確定地層中流體數量的方法
2023-07-03 23:05:21 2
專利名稱：確定地層中流體數量的方法
技術領域：
本發明涉及採用核磁共振技術(NMR)確定地層中流體數量的方法。從含有烴流體和水的地層中得到烴的工業，通常需要確定地層中水的飽和度，或反之，烴的飽和度，以評估從該地層中生產烴的技術和經濟上的可行性。例如，對一個新油田，或者對一個還剩有或遺有油量的半廢棄油田來說，期望作這種評估。
被普遍用於確定地層中油，氣或水的測井技術是核磁共振測井法。該技術探測含在地層中水和油的核磁橫向弛豫的時間過程。
觀察到的磁化強度回波高度衰減曲線基本上是多指數函數，可以表達為M(t)=M(0)∫~0P(T2)e-t/T2dT2(1)其中P(T2)dT2表示橫向弛豫時間在T2和T2+dT之間的流體數量。
然後根據地層中對不同流體所觀察到的NMR弛豫時間來確定油、氣或水的飽和度。然而，為了區分地層中水和油產生的信號，需要這些信號有明顯不同的NMR弛豫時間。這也許正是弛豫時間小於幾毫秒，而水的弛豫時間是十到幾百毫秒的重油存在下的。通常這種差別不是很明顯，所以區分水和油僅能是通過用具有順磁性離子的泥漿濾液去置換靠近鑽孔處地層中的水，它能將水的弛豫時間縮短到幾毫秒。複合NMR衰變曲線一般在長於20ms的時間測定，可理解為它只能是由油引起的。儘管這種技術得到成功地運用，但是它的缺點是必須使用特殊的泥漿以獲得所要求的在井身周圍地層中置入的泥漿濾液，這使得已有的方法費錢費時。另外不能保證完全置換且不易檢查。還有，這種技術通常用於製造蓄物池，而且在測量還未完成之前置入的砂可能會漂移離開井身。
EP-A-489578揭示了一種在鑽孔中進行脈衝-回波NMR測量的方法。該方法使靜態的磁場和磁場梯度作用在鑽孔周圍的地層中，接著施加一系列NMR電磁脈衝。NMR回波的衰減用於確定擴散係數D和橫向弛豫時間T2。該出版物指出擴散係數D可以用來確定水和烴的飽和程度。然而，並沒有公開水和烴的飽和程度是如何確定的。甚至，公開物中只提到了單擴散係數D，它只與水有關或只與碳氫化物流體有關。
本發明的目的是提出一種確定至少含有二種流體的地層中流體數量的經改進的方法。
根據本發明，這裡提出了一種選自至少二種被含於地層中的流體中的流體數量的確定方法，包括a)在該地層區施加磁場；b)在該地層區進行脈衝-回波NMR測量；c)選擇由該流體，流體數量產生的NMR回波響應和以取決於所述流體數量的方式影響NMR回波響應的至少一個變量之間的關係；d)在NMR測量過程中改變該至少一個變量，以取決於所述流體數量的方式影響測定的NMR回波響應；e)通過將NMR回波響應與已選擇的關係相對照，確定所選流體點的比例。
由於NMR回波的時間過程以取決於所述流體數量的方式受到影響，且測得的NMR回波是來自各個流體回波的疊加，可以通過變量的改變對所測的NMR回波響應的影響去區分來自各個流體的回波。
這些流體適宜具有不同的NMR擴散係數，不同的NMR擴散係數含在選擇的關係式中，該電磁場有磁場梯度，該至少一個變量為NMR脈衝間隔和磁場梯度的乘積。該乘積數值的變化可以通過改變NMR脈衝間隔和/或磁場梯度來實現。
在存在磁場梯度的時候，所測的NMR回波的時間過程受到分子自擴散的影響。因此，可以通過對所測到的NMR回波響應的擴散效應去區分各個流體的回波。
在NMR測量過程中最好出現至少兩個不同長度的NMR脈衝時間間隔，該不同長度的脈衝時間間隔適當地作用於單個NMR測井序列，周期性地作用於單個測井通道，或獨立的測井通道中。
適當的NMR測井序列是卡-珀賽-梅玻姆-吉爾(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)(CPEG)序列，因此TR-90°±x-(tcp,j-180°y-tcp,j-響應j)其中TR序列間等待的時間；tcp,j是Carr-Purcell間隔；x,y分別表示90°和180°脈衝相位；j回波信號的指數對單一流體，在一個有梯度的磁場中和恆定的tcp時，NMR回波衰變曲線可以寫成M(t)=M(o)∑Aiexp(-t/T2,i)exp(-tγ2DG2tcp2/3)(1-exp(-TR/T1,i))(3)其中，Ai是具有橫向弛豫時間T2i的流體的數量；M(o)是t=0時刻的信號幅度T2,i是流體數量Ai的橫向弛豫時間T1,i是流體數量Ai的縱向弛豫時間γ是該流體核子的旋磁率G是磁場的梯度D是多孔巖中流體分子的自擴散係數。
從含有幾種流體的地層中產生的NMR回波曲線是各個流體產生回波的疊加，因此M(t)=∑Mj(t)(4)其中Mj(t)是第j個流體數量的NMR回波衰減比，如方程(3)所述。
擴散係數D的大小與流體的溫度和粘度有關，且近似為經驗關係式D=2.5T/300η(10-9m2/s)(5)其中T是溫度(K)；η是粘度(cp)。
在多孔流體中分子擴散必然受到限制，這意味著D不是常量，而是有效擴散時間2tcp和孔體系幾何形狀的函數。
應當清楚的是將來自不同流體的回波區分開來是根據不同擴散係數對NMR響應所產生的作用(改變脈衝時間間隔)，和/或根據不同的縱向弛豫時間對NMR響應所產生的作用(改變TR)。
在本發明優選的實施例中，該至少一個變量包括有NMR脈衝序列之間的等待時間，該等待時間例如在CPMG序列中是指TR。
更具吸引力的是應用呈NMR脈衝間隔和磁場梯度的乘積的形式的第一個變量和以NMR脈衝序列之間等待時間這種形式出現的第二個變量(在CPMG序列中的TR)。應當理解的是第一個變量將和磁場梯度一起施加於具有不同NMR擴散係數的流體中去。
所發明的方法中的步驟e)最好包括對所測的NMR回波響應和所選擇的關係式採用反逆法。
最好採用恰當的方程式(4)，同時將改變至少一個變量(如第一和第二變量)所得到的被測量的NMR回波響應數據逆置過來，因為這種方法允許該變量有更寬的範圍，對各個衰減曲線允許有可能的不同噪音水平，而且能顧及任意數量的衰減曲線。
實施例參見附圖，下面說明的是對一個巖石地層樣品採用梯度磁場NMR測量方法，確定含有中等比重油和水的巖石地層中水的飽和度，其中
圖1-4簡要地示出了所含油飽和度分別為0.15,0.3,0.45,0.6的地層的NMR衰變曲線；圖5簡要地示出了對兩個不同的脈衝時間間隔NMR回波信號之比隨不同時刻油飽和度變化的關係。
選出兩個橫向弛豫時間和相應的兩個容積部分來模擬水。具有短弛豫時間的部分表示結合水且保持恆定，而具有長弛豫時間的部分代表流動著的水且隨油的飽和度而變化。油用一個橫向弛豫時間和相應的容積來模擬。參數值選擇如下T2,w,1=10ms,
Aw,1=0.25T2,w,2=100msAw,2=0.60；0.45；0.30；0.15Dw=3.0E-9m2/sT2,0=50msA0=0.15；0.30；0.45；0.60G=0.2T/mr=2π42.565MHz/T圖1-4中任何一個圖表示經過歸一化處理的兩個脈衝時間間隔(2tcp)的NMR回波衰減曲線，每個圖中上面的那條曲線(編號1a,1b,1c,1d)表示脈衝時間間隔2tcp=2ms時NMR響應隨時間t的變化，下面的曲線(編號2a,2b,2c,2d)表示脈衝時間間隔2tcp=6ms時NMR響應隨時間t的變化。另外，圖1中油的飽和度A0=0.15，圖2中A0=0.3，圖3中A0=0.45，圖4中A0=0.6。
顯然圖中上部曲線(1a,1b,1c,1d)和下部曲線(2a,2b,2c,2d)之間的距離隨油飽和度的增加而減小。因此採用至少兩個不同的脈衝時間間隔，可確定上部和下部曲線之間的距離，根據此距離可以確定油的飽和度。
建議通過採用適當的數值極小化方法將整個曲線和方程(3)的適當形式相擬合確定水的飽和度(或油的飽和度)，本發明方法的靈敏度可以從圖5中得到，圖5表示對選定的時間t，曲線3,4,5,6表示比值R=M(t,2tcp-6)/M(t,2tcp=2)。隨著油飽和度A0的變化而變化。曲線3選定的t值為t=90ms，曲線4中t=48ms，曲線5中t=18ms,曲線6中t=12ms。
在油和水參數實際值的範圍內重複該方法，可以發現本發明方法只是很小程度上取決於油參數的實際值。如果沒有關於這些參數的信息可用，水飽和度預計的誤差最高為0.1。如果油的粘度可以估計在小數點兩位的精度，相應的水飽和度的誤差與整個測量精度相比可以忽略不計。
本方法例如可以用於在地層中形成鑽孔的情況下，或者用於從地層中取得鑽土取樣的實驗室中。
另外，本方法對於在為了置換出地層中的油對地層採用注水或氣驅的條件下確定殘留油的飽和度具有吸引力。
權利要求
1．一種從選自至少兩種被含於地層中的流體中的一種流體數量的確定方法，其中包括a)在該地層區中施加磁場；b)在該地層區中進行脈衝-回波NMR測量；c)選擇由該流體，流體數量產生的NMR回波響應，和以取決於所述流體數量的方式影響NMR回波響應的至少一個變量之間的關係；d)在NMR測量過程中改變該至少一個變量，以取決於所述流體數量的方式影響NMR回波響應。e)通過將NMR回波響應與已選擇的關係相對照，確定所選流體佔的比例。
2．權利要求1中的方法，其中流體有不同的NMR擴散係數，不同的NMR擴散係數處在選擇的關係式中，該磁場有磁場梯度，該至少一個變量是NMR脈衝間隔和磁場梯度的乘積。
3．權利要求2的方法，其中至少有兩個不同長度的NMR脈衝間隔用於NMR測量。
4．權利要求1的方法，其中該至少一個變量包含NMR脈衝序列之間的等待時間。
5．權利要求2或3中的方法，其中NMR脈衝間隔和磁場梯度的乘積形成第一個變量，其中至少一個變量包括的第二個變量為在NMR脈衝序列之間的等待時間。
6．權利要求1-5中任一項的方法，其中步驟(e)包括對所測的NMR回波響應和選擇的關係式採用逆向法。
7．從屬於權利要求5的權利要求6的方法，其中將通過改變第一和第二個變量得到的測量的NMR回波響應數據同時逆過來。
8．權利要求1-7中任一項的方法，其中NMR測量包括如上所定義的CPMG序列。
9．權利要求1-8中任一項的方法，其關係式有如上所定義的形式M(t)=∑Mj(t)。
10．權利要求1-9中任一項的方法，其中該地層含有烴和水，所選的流體包括烴流體。
11．權利要求10的方法，其中所選的流體至少包括油和氣中的一個。
12．權利要求11的方法，其中所選的流體包括對地層施加注水或氣驅後含在地層中的剩油或遺留下的油。
13．基本上如上參照附圖所述的方法。
全文摘要
一種選自至少兩種被含在地層中的流體中的一種流體數量的確定方法,該方法包括對該地層區施加磁場;對該地層區進行脈衝回波測量;選擇來自該流體,流體數量的NMR回波響應和以取決於所述流體數量的方式影響該NMR回波響應的變量之間的關係;在NMR測量過程中改變這些變量,所測到的NMR回波響應以取決於所述流體數量的方式受到影響。所選擇流體的數量通過將NMR回波響應和選擇的關係式對照而得到確定。
文檔編號G01R33/44GK1213433SQ97192988
公開日1999年4月7日 申請日期1997年3月13日 優先權日1996年3月14日
發明者R·J·M·博尼, P·霍福斯塔拉, W·J·路耶斯提恩, R·K·J·桑多 申請人:國際殼牌研究有限公司