專利名稱：預(yù)測(cè)地層溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及對(duì)地下地層中的地層溫度的預(yù)測(cè)，本發(fā)明特別涉及對(duì)烴地層溫度的預(yù)測(cè)。
背景技術(shù)：
通過穿透烴支承地層鉆井能夠從地下地質(zhì)地層(被稱為儲(chǔ)集層)中獲得烴流體(諸如石油和天然氣)。對(duì)于鉆井、完井(completion)和儲(chǔ)層流體的開采中涉及的各種操作，需要了解未受到干擾的儲(chǔ)集層溫度。這些操作例如可包括鉆井流體和水泥漿的設(shè)計(jì)；測(cè)井解釋；井身管和井下設(shè)備的腐蝕趨勢(shì)；烴儲(chǔ)量的估算；流動(dòng)保證設(shè)計(jì)；以及地?zé)崮芰康墓浪愕取?br> 在鉆井操作中，地層溫度與鉆井流體的流變性是直接相關(guān)的，因此在鉆井流體和井身設(shè)計(jì)中必須被考慮。地層溫度直接影響水泥漿脫水和硬化時(shí)間，因此在下套管和注水泥程序中必須被考慮。電測(cè)井的解釋需要精確的地層電阻率，而地層電阻率取決于溫度。在開采和井控制操作中，流體流量的精確計(jì)算是重要的。作為深度和消耗時(shí)間的函數(shù)的流體溫度決定諸如密度和粘性等流體性能，因此影響可達(dá)到的壓降和/或可允許的最大開采速度。流動(dòng)保證設(shè)計(jì)考慮(諸如防止水合物形成和石蠟沉積)取決于對(duì)儲(chǔ)集層溫度的精確了解。
當(dāng)鉆出井身時(shí)，循環(huán)的鉆井流體會(huì)產(chǎn)生溫度干擾，從而會(huì)冷卻井孔周圍的地層。僅在遠(yuǎn)離井孔一定距離的位置處存在原始的未受到干擾的地層溫度。在鉆井流體(通常被稱為“泥漿”)循環(huán)過程中，井孔內(nèi)的溫度下降并且在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一種偽穩(wěn)態(tài)條件。在經(jīng)過一定的時(shí)間后，井孔內(nèi)的溫度在流體循環(huán)過程中可被認(rèn)為是恒定的。以前的研究表明，在井底流體和井身壁之間的溫度差基本上立即達(dá)到恒定并且在井孔流體循環(huán)過程的整個(gè)使用期間保持恒定的溫度差。這意味著，在井孔流體循環(huán)過程中從地層到井孔之間的熱交換是恒定的熱通量控制過程。因此，在泥漿循環(huán)過程中，可利用無限儲(chǔ)集層的恒定熱通量解描述在井孔和地層之間的熱交換。見Raymond，L.R.的“Temperature Distribution in a Circulating Drilling Fluid”，JPT，March 1969；和Scheoppel，R.J.，Bennet，R.E.的“NumericalSimulation of Borehole and Formation Temperature DistributionsWhile Drilling to Total Depth”，SPE paper 3364，presented October1971。
在鉆井和完井操作過程中相對(duì)于未受干擾的地層溫度的偏差值取決于幾個(gè)因素，諸如，初始溫度分布、儲(chǔ)集巖和鉆井/完井流體的物理性質(zhì)。流體循環(huán)率和持續(xù)時(shí)間以及用于井上的筒形和水泥灌漿設(shè)計(jì)也是影響溫度分布的因素。通常利用在井孔內(nèi)進(jìn)行的溫度測(cè)量(通常連同測(cè)井和流體采樣)評(píng)估地層溫度。
地層流體采樣方法通常包括將采樣工具下降到井孔中。通過采樣工具的探測(cè)器模塊和井孔壁之間的接合能夠使采樣工具采集一個(gè)或者多個(gè)地層流體樣品。采樣工具的實(shí)施例可包括多于一個(gè)單一探測(cè)器，諸如具有雙探測(cè)器模塊或者多探測(cè)器模塊，在采樣工具的一次使用過程中能夠在地層內(nèi)的不同位置處采樣。市場(chǎng)上有幾種可使用的采樣工具，例如由Schlumberger制造的the Modular Dynamics Tester(MDTTM，，模塊動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置)、Baker Atlas的the Reservoir CharacterizationInstrument(RCISM，儲(chǔ)集層鑒定裝置)以及由Halliburton制造的theReservoir Description Tool(RDTTM，儲(chǔ)集層描繪工具)工具。
Schlumberger擁有并提供的The Modular Dynamics FormationTester(MDT)地層測(cè)試工具通過產(chǎn)生穿過探測(cè)器模塊與井孔的接合部分的壓力差以使地層流體流動(dòng)到采樣工具內(nèi)的一個(gè)或者多個(gè)采樣室中來工作。這樣的和類似的方法披露在美國(guó)專利US4,860,581；US4,936,139(都轉(zhuǎn)讓予Schlumberger)中。由于上述包圍井孔的溫度場(chǎng)中的變化，因此，MDT所獲得的溫度數(shù)據(jù)通常低于實(shí)際靜態(tài)地層溫度，這是由于采樣時(shí)間短。測(cè)井電纜預(yù)測(cè)試和采樣的獨(dú)特的特征是，在探測(cè)器用作一個(gè)點(diǎn)匯的情況下，流動(dòng)狀態(tài)主要是由三維(3D)球形或者徑向流控制的。因此，確定初始地層溫度的特殊困難是，在記錄過程中在探測(cè)器處的流體溫度的計(jì)算，這與3D球形流有關(guān)。
另一種采樣工具是由Baker Atlas提供的the ReservoirCharacterization Instrument(RCI)。它可包括一種被稱為SampleViewSM的光學(xué)分析器，可用于監(jiān)測(cè)通過工具泵送的采樣地層流體內(nèi)的污染程度，并且可與其他儲(chǔ)集層表征傳感器結(jié)合使用。其他儲(chǔ)集層表征傳感器的例子包括壓力傳感器和測(cè)量采樣流體的表觀介電常數(shù)的傳感器，從而識(shí)別采樣流體內(nèi)的油、氣和水。可利用一種三維流體流動(dòng)模擬模型和從RCI所獲得的輸入數(shù)據(jù)(諸如地層壓力、地層滲透性以及地層流體性能)來預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層流體樣品的質(zhì)量和獲得樣品所需的時(shí)間。
可與本發(fā)明結(jié)合使用的另一種采樣工具包括由Halliburton制造的the Reservoir Description Tool(RDT)工具。它可包括一種使用核磁共振(NMR)技術(shù)以進(jìn)行地層流體樣品的井下NMR測(cè)量的模塊化設(shè)備，如在授權(quán)于Blades等人的美國(guó)專利US6,111,408中所披露的。
參見附圖，圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種常規(guī)鉆井/開采平臺(tái)10，平臺(tái)10具有延伸到井孔14中的管狀管柱(tubular string)12。井孔14穿透地下地層16并且與開采儲(chǔ)集層18相交。套管柱20沿著井形成分界線并且提供支承以及使井孔14與地層16以及水體22隔開。井孔鉆井流體或者完井流體24(通常被稱為“泥漿”)通常沿管狀管柱12向下而沿井孔14向上進(jìn)行循環(huán)。井孔流體24的循環(huán)使井孔14周圍的儲(chǔ)集層18冷卻。在流體循環(huán)停止后，可將管12從井孔14中取出。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的一種常規(guī)鉆井/開采平臺(tái)10，平臺(tái)10具有在測(cè)井電纜28上的插入到井孔14中的井下工具26。井下工具26可包括一種能夠采集一個(gè)或者多個(gè)地層流體樣品的地層測(cè)試工具，諸如TheModular Dynamics Formation Tester(MDT)地層測(cè)試工具。除了獲得來自于儲(chǔ)集層18的地層流體樣品以外，井下工具26還可采集諸如溫度和壓力讀數(shù)等數(shù)據(jù)。井下工具26的實(shí)施例可在一個(gè)油管柱、鋼絲測(cè)井電纜上或者利用其他能夠?qū)⒃摴ぞ咴O(shè)置在儲(chǔ)集層18內(nèi)的裝置將其送到井中。來自于與井孔相鄰的儲(chǔ)集層的地層流體的溫度T低于地層的初始未經(jīng)干擾的溫度Te(有時(shí)被稱為原始或者靜態(tài)儲(chǔ)集層溫度或者地層溫度)。當(dāng)井孔流體24的循環(huán)停止時(shí)，井孔流體24的溫度Tm開始升高，這是由于受到儲(chǔ)集層18內(nèi)的較高溫度的影響。
圖3示出了可用于地層流體采樣和預(yù)測(cè)試操作中的現(xiàn)有技術(shù)的一種MDT地層測(cè)試工具30的一個(gè)實(shí)施例。各種預(yù)測(cè)試操作可包括使地層流體在所需的時(shí)間內(nèi)流動(dòng)以獲得特定量的與地層分離的流體，或者可包括在井中流動(dòng)直至產(chǎn)生所需的壓降，以測(cè)量壓力恢復(fù)速度或者壓力增加速度。工具30包括能夠?qū)?chǔ)集層流體流引到流體探測(cè)器46中沿著流送管34流出井孔14的泵32。儲(chǔ)集層流體的流動(dòng)可持續(xù)一段較長(zhǎng)的時(shí)間以減少污染并且獲得質(zhì)量較好的儲(chǔ)集層流體樣品，或者在進(jìn)行壓力增加測(cè)試或者其它地層分析之前提供所需的預(yù)測(cè)試流量。如果需要采集樣品，密封閥36，38的開啟將一部分流體流轉(zhuǎn)移到采樣室40中。在采樣室40中的任何初始流體可被地層流體沖掉。在工具30內(nèi)的活塞42可移動(dòng)并且從緩沖室44排出流體，從而使地層流體進(jìn)入采樣室40中。密封閥36，38的關(guān)閉將流體樣品容納在采樣室40內(nèi)以從井孔取出并且進(jìn)行分析。
通過使井孔附近的因素(諸如由于采樣流體受到污染而導(dǎo)致鉆井流體的損失以及殘留鉆井泥漿)達(dá)到最小，地層流體在采樣之前的流動(dòng)性能可使MDT工具30提供更典型的地層流體樣品。MDT工具30可包括溫度傳感器以在測(cè)試期間記錄通過流線34的儲(chǔ)集層流體的溫度。
目前用于確定初始儲(chǔ)集層溫度的方法通常基于推斷閉井溫度記錄(extrapolated shut-in temperature recordings)。這些方法通常需要較長(zhǎng)的閉井(shut-in)時(shí)間并且導(dǎo)致估算值低于實(shí)際儲(chǔ)集層溫度。在井孔附近區(qū)域中的完全溫度恢復(fù)在任何地方都需要耗費(fèi)幾個(gè)小時(shí)至幾個(gè)月，這取決于地層、井特征以及泥漿循環(huán)時(shí)間。由于完全溫度恢復(fù)所需的較長(zhǎng)等待時(shí)間會(huì)大大提高鉆井費(fèi)用；因此需要一種耗費(fèi)時(shí)間少的能夠利用早期的閉井和測(cè)試數(shù)據(jù)來計(jì)算靜態(tài)儲(chǔ)集層溫度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種計(jì)算在被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法。該方法包括估算靜態(tài)地層溫度和計(jì)算在井孔處的地層流體溫度，所述的計(jì)算部分地基于所估算的靜態(tài)地層溫度。測(cè)量在井孔處的地層流體樣品的溫度。將計(jì)算的在井孔處的地層流體溫度與地層流體樣品的測(cè)量溫度進(jìn)行比較。通過改變靜態(tài)地層溫度的估算值直至使計(jì)算的井孔處的地層流體溫度與地層流體的測(cè)量溫度之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種計(jì)算在被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法，該方法包括估算在儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度。部分地基于在儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度的估算值，對(duì)于由鉆井探測(cè)器(sink probe)從地層中取下的流體，建立一個(gè)計(jì)算的井孔處地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。測(cè)量由鉆井探測(cè)器從地層中取下的井孔處地層流體溫度，以及建立井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。將在井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與在井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線進(jìn)行比較。通過改變?cè)趦?chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度的估算值直至使井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與在井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。


從下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中可以理解本發(fā)明，在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似的部件，在附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)所涉及的一種常規(guī)鉆井/開采平臺(tái)；圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)所涉及的一種包括地層測(cè)試工具的常規(guī)鉆井/開采平臺(tái)；圖3示出了現(xiàn)有技術(shù)所涉及的一種MDT地層測(cè)試工具的一個(gè)實(shí)施例；圖4以圖表的形式示出了在井孔流體循環(huán)停止后的徑向溫度分布的一個(gè)示例；圖5以圖表的形式示出了在不同下降時(shí)間時(shí)的計(jì)算的三維流體流動(dòng)曲線的一個(gè)示例，其中為了便于說明，在笛卡兒坐標(biāo)系內(nèi)畫出了一個(gè)球形模型；圖6以圖表的形式示出了在井孔流體循環(huán)停止后的在一個(gè)鉆井探測(cè)器處相對(duì)于逝去時(shí)間的計(jì)算的和測(cè)量的溫度的一個(gè)示例；以及圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的方法的示意性流程圖。
具體實(shí)施例方式
溫度分布預(yù)測(cè)在流體在井孔內(nèi)循環(huán)的過程中，井孔內(nèi)的溫度下降并且在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一種偽穩(wěn)態(tài)條件。在流體循環(huán)過程中的井孔內(nèi)的溫度可認(rèn)為是恒定的。井下流體和井孔壁之間的溫度差基本上立刻能夠到達(dá)恒定并且在井孔流體循環(huán)的整個(gè)過程中保持恒定。這意味著，井孔和地層之間的熱交換是一種熱通量恒定控制過程。因此，在泥漿循環(huán)過程中，可利用無限儲(chǔ)集層的恒定熱通量解(solution)描述在井孔和地層之間的熱交換。
應(yīng)用恒定熱通量線性源解(linear source solution)，在任何時(shí)間t處的地層中的一個(gè)點(diǎn)處的溫度T可表示如下T=Te-Q2πHkff(r,t)---(1)]]>f(r,t)=-12Ei(-r24αt)---(2)]]>其中，Te是原始地層溫度，Q是熱流量(＝2πrHq)，kf是地層熱導(dǎo)率，H是儲(chǔ)集層厚度、q是熱通量、Ei是指數(shù)積分函數(shù)、α是地層的耗熱率、r是井孔半徑以及t是泥漿循環(huán)的時(shí)間。
基于整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡，熱量可被表示為Q=2πH(Te-Tm)1hfrw+1kff(r,t)|rw---(3)]]>其中，hf是井孔內(nèi)流體的熱傳導(dǎo)系數(shù)以及rw是井孔半徑。TM是在循環(huán)結(jié)束時(shí)井孔內(nèi)的井孔流體溫度，并且是隨著時(shí)間變化的變量。由于TM通常不能實(shí)際應(yīng)用，因此它被看作一個(gè)可調(diào)節(jié)的參數(shù)。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“井孔流體”指的是在井孔內(nèi)循環(huán)并且在測(cè)試過程中保留在井孔內(nèi)的流體，并不是指的是位于地層基質(zhì)內(nèi)的地層流體或者利用采樣工具或者探測(cè)器從地層中取得的地層流體。
在泥漿循環(huán)停止后，地層溫度逐漸升高。假設(shè)，在泥漿循環(huán)后熱通量率為0，利用疊加原理可獲得下列方程式以表示在溫度升高期間(Δt)的一維徑向溫度分布。T=Te-Q2πHkff(r,t+Δt)+Q2πHkff(r,Δt)---(4)]]>通過估算井孔流體溫度TM和原始地層溫度Te，可根據(jù)方程式(3)計(jì)算Q的數(shù)值。根據(jù)方程式(4)可獲得在與井孔壁保持一定徑向距離的位置處的相對(duì)于時(shí)間的計(jì)算溫度T，圖4中以圖表的形式示出了這樣一個(gè)示例，其中曲線1表示在泥漿循環(huán)過程中的溫度曲線，曲線2-5表示在循環(huán)停止后在隨著時(shí)間的增加的溫度曲線。
流體流動(dòng)預(yù)測(cè)在本發(fā)明所涉及的方法中的下一個(gè)步驟包括對(duì)在空間上的三維流體流動(dòng)的計(jì)算。
在鉆井探測(cè)器處抽取的流體可被看作一種連續(xù)點(diǎn)源，在沒有溫度通量穿過的半徑為rw的圓柱形內(nèi)邊界上的強(qiáng)度為qr。對(duì)于由連續(xù)點(diǎn)源所產(chǎn)生的在恒定溫度下在空間上的球形流體流動(dòng)，Goode等利用下列方程式表示在一定位置和時(shí)間處的壓力變化 其中，qr是單相液體的接近恒定的抽取率以及(r0，θ0，z0)是點(diǎn)源的圓柱坐標(biāo)，并且α＝r2+r02-2rr0cos(θ-θ0) (6) 為了獲得流體流動(dòng)方程式，求關(guān)于r，θ和z的壓力的導(dǎo)數(shù)。接著，沿著r，θ和z的壓力梯度可被表示為∂p∂r=ABr-r0cos(θ-θ0)2ηr[12texp(-Bt)+π4Berfc(Bt)]---(9)]]>∂p∂θ=ABrr0sin(θ-θ0)2ηr[12texp(-Bt)+π4Berfc(Bt)]---(10)]]>∂p∂z=ABz2ηz[12texp(-Bt)+π4Berfc(Bt)]---(11)]]>其中erfc(x)是誤差函數(shù)，并且 B=14[αηr+(z-z0)2ηz]---(13)]]>這樣，在時(shí)間t處的在三維空間中的一個(gè)位置處的速度可被表示為vr(t)=-krμ∂p∂r---(14)]]>vθ(t)=-krμ∂p∂θ1r2---(15)]]>vz(t)=-kzμ∂p∂z---(16)]]>以及Δs＝vΔt (17)其中s是在時(shí)間段Δt內(nèi)一個(gè)空間點(diǎn)沿著r，θ和z的方向移動(dòng)的距離，以及v表示沿著這三個(gè)方向的速度。這是一個(gè)分析模型，利用該分析模型可以計(jì)算在任何時(shí)間的在空間中的一個(gè)點(diǎn)的位置和速度。
利用這組方程式，可追蹤在不同時(shí)間處流體在鉆井探測(cè)器中的移動(dòng)，因此可使起點(diǎn)定位。這樣，通過將包圍點(diǎn)源的小球分成流線族，可使在一個(gè)特定時(shí)刻的流線的起點(diǎn)定位。流體移動(dòng)的起點(diǎn)表示流體在測(cè)試階段開始時(shí)的位置。圖5示出了在圖5中所示的各個(gè)下降時(shí)間處的方程式(5)至(17)的解的一部分。在知道地層內(nèi)的流線的起點(diǎn)位置后，各個(gè)位置可被看作與井孔壁的徑向距離。
由于涉及的使用采樣工具的測(cè)試時(shí)間較短，因此假設(shè)在測(cè)試過程中在地層內(nèi)的溫度分布是保持恒定的。根據(jù)如在方程式(4)中所表示的徑向溫度分布預(yù)測(cè)，可計(jì)算在這些起點(diǎn)處的溫度。起點(diǎn)溫度的平均值表示在起點(diǎn)處的流體的計(jì)算溫度。流體流動(dòng)方程式能夠估算流體從每一個(gè)起點(diǎn)到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間。通過知道在起點(diǎn)處的流體溫度以及該特定流體進(jìn)入探測(cè)器的時(shí)間，可相對(duì)于時(shí)間確定在探測(cè)器處的流體的計(jì)算溫度。盡管這是一個(gè)分析模型，但是可利用計(jì)算機(jī)程序完成對(duì)流體沿著流線移動(dòng)到探測(cè)器的追蹤。
方程式(9)至(17)的求解提供了徑向距離(流體位置)相對(duì)于時(shí)間的一系列解，接著可與方程式(1)至(4)的溫度相對(duì)于半徑的解結(jié)合以提供在特定時(shí)刻的在探測(cè)器處的計(jì)算溫度。圖6中的曲線2示出了計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的解的圖形表示的一個(gè)示例。改變井孔流體溫度Tm和原始地層溫度Te的估算值能夠改變計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的解。
地層流體測(cè)量并下探測(cè)器被插入到井孔中，在那里井下探測(cè)器能夠接收地層流體樣品并且在測(cè)試時(shí)間內(nèi)對(duì)地層流體進(jìn)行溫度測(cè)量。通常井下探測(cè)器與井孔壁接合，在那里井下探測(cè)器能夠接收地層流體并且沒有來自于井孔流體的污染物。以基本上均勻的抽取速率從儲(chǔ)集層抽取地層流體。記錄地層流體溫度測(cè)量結(jié)果并且提供在井孔處的相對(duì)于時(shí)間數(shù)據(jù)的觀測(cè)地層流體溫度。
利用最佳化確定原始地層溫度為了估算靜態(tài)地層溫度，在觀測(cè)的溫度和計(jì)算溫度之間的誤差E的下列目標(biāo)函數(shù)被最小化E=Σi=1NMDT(Tiobs-Tical)2---(18)]]>井孔流體(泥漿)溫度Tm和原始地層溫度Te是可調(diào)節(jié)的參數(shù)。計(jì)算溫度曲線的形狀和斜率會(huì)受到Tm以及原始地層溫度Te的數(shù)值影響。接著，將進(jìn)入探測(cè)器的流體的相對(duì)于時(shí)間的觀測(cè)溫度Tobs與進(jìn)入探測(cè)器的流體的相對(duì)于時(shí)間的計(jì)算溫度Tcal進(jìn)行比較。這兩個(gè)溫度曲線之間的誤差E在方程式(18)的解中被量化，產(chǎn)生它們之間的誤差的測(cè)量結(jié)果?？蓪?duì)井孔流體溫度Tm和原始儲(chǔ)集層溫度Te的估算值進(jìn)行調(diào)節(jié)以使該誤差達(dá)到最小。通過系統(tǒng)地調(diào)節(jié)井孔流體溫度Tm和原始儲(chǔ)集層溫度Te的數(shù)值，可使計(jì)算溫度和測(cè)量溫度之間的誤差達(dá)到最小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原始儲(chǔ)集層溫度Te的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。該過程提供了一種無需很長(zhǎng)的溫度升高時(shí)間段即可確定靜態(tài)儲(chǔ)集層溫度的系統(tǒng)方法。
圖7是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所涉及的方法的一個(gè)示意性流程圖。塊1包含可使用的輸入數(shù)據(jù)，諸如儲(chǔ)集層參數(shù)、井孔數(shù)據(jù)和任何已經(jīng)獲得的預(yù)測(cè)試數(shù)據(jù)。塊2表示用于分析井孔周圍的地層的三維模型。建立在空間上的三維流體流動(dòng)模型能夠在任何時(shí)刻確定在包圍井孔的地層中的任何點(diǎn)處的地層流體速度。該技術(shù)用于在測(cè)試過程中在任何時(shí)刻追蹤流體的位置，以及確定在一個(gè)特定位置處的流體進(jìn)入井孔的時(shí)間，這也被稱為飛行時(shí)間。產(chǎn)生和追蹤流體流動(dòng)的流線，從而能夠確定作為在某一時(shí)刻進(jìn)入井孔的流體起點(diǎn)的流體在空間中的位置。塊3示出了將在下面的分析中所用的在地層流體空間中位置的飛行時(shí)間參數(shù)。塊4包含可使用的關(guān)于地層和井孔的熱性能的輸入數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括在井孔內(nèi)的鉆井流體溫度和靜態(tài)地層溫度的估算值。塊5示出了用于將根據(jù)流動(dòng)模型所獲得的空間位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成溫度場(chǎng)的溫度模型。對(duì)具有相同的飛行時(shí)間的流體的計(jì)算溫度求平均值以獲得在不同飛行時(shí)間(即，在特定地層流體進(jìn)入并孔的時(shí)間)處的流體計(jì)算溫度，從而獲得相對(duì)于時(shí)間的進(jìn)入井孔的流體溫度的估算值。塊6表示飛行時(shí)間平均溫度的參數(shù)，它給出了將在下面的分析中所用的相對(duì)于時(shí)間的進(jìn)入井孔的地層流體計(jì)算溫度。塊7示出了相對(duì)于時(shí)間的計(jì)算溫度數(shù)據(jù)與由相同的探測(cè)器所獲得的相對(duì)于時(shí)間的測(cè)量溫度數(shù)據(jù)之間的比較。計(jì)算的地層流體溫度基于在探測(cè)器測(cè)試之前的所估算的溫度分布。在井孔流體循環(huán)結(jié)束時(shí)的井孔中的泥漿溫度和原始地層溫度在建立計(jì)算溫度(進(jìn)入探測(cè)器)相對(duì)于時(shí)間的數(shù)據(jù)的過程中是可調(diào)節(jié)的。塊8示出了可如何改變泥漿溫度和原始儲(chǔ)集層溫度的可調(diào)節(jié)參數(shù)并且將它們返回輸入到塊5中所示的溫度模型中。由于通過調(diào)節(jié)泥漿溫度和原始儲(chǔ)集層溫度可改變計(jì)算溫度數(shù)據(jù)，因此利用反復(fù)迭代可使計(jì)算溫度和測(cè)溫度數(shù)據(jù)之間的誤差達(dá)到最小，從而提供靜態(tài)儲(chǔ)集層溫度的估算值。
圖4以圖表的形式示出了在井孔流體循環(huán)停止后的徑向溫度分布。其中示出了在幾個(gè)升高階段中沿著與井孔的徑向距離的溫度分布。在井孔流體循環(huán)停止后，溫度漏斗向著均勻的溫度場(chǎng)快速升高，但是該升高逐漸變慢，這表示熱通量隨著時(shí)間的增加而減小。
圖5以圖表的形式示出了在不同下降時(shí)間時(shí)的計(jì)算的三維流體流動(dòng)曲線。由于滲透性的各向異性，流動(dòng)曲線是橢圓形的并且隨著時(shí)間的增加而變平。
圖6以圖表的形式示出了在井孔流體循環(huán)停止后在一個(gè)鉆井探測(cè)器處相對(duì)于逝去時(shí)間的計(jì)算的和測(cè)量的溫度。其中示出了用于該實(shí)施例的在MDT探測(cè)器處測(cè)量的溫度與計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的關(guān)系。對(duì)于大部分的抽取時(shí)間，可以獲得計(jì)算溫度圖與測(cè)量溫度圖之間的良好的匹配結(jié)果。明顯高于計(jì)算數(shù)據(jù)的測(cè)量數(shù)據(jù)的早期數(shù)據(jù)表示原始MDT流線溫度高于此時(shí)流入工具中的流體，但是測(cè)量的溫度快速減小到實(shí)際流動(dòng)流體溫度。在進(jìn)行該實(shí)施例的測(cè)試之前，在測(cè)試關(guān)鍵點(diǎn)之前的相同操作過程中MDT工具已經(jīng)測(cè)試了較深的間距(具有較高的溫度)，這可解釋在早期數(shù)據(jù)中的偏差。與場(chǎng)數(shù)據(jù)的良好匹配表示該技術(shù)是可行的并且是可靠的。
本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例包括在泥漿循環(huán)停止后靜態(tài)地層溫度和在井孔內(nèi)的泥漿溫度的估算。利用這些估算值以及儲(chǔ)集層的實(shí)際性能、循環(huán)時(shí)間以及升高時(shí)間(在循環(huán)停止后的時(shí)間長(zhǎng)短)，可解開方程式(1)至(4)的一維徑向熱通量方程式。這些解建立了在各個(gè)升高時(shí)間處相對(duì)于與井孔的徑向距離的地層溫度曲線，諸如圖4中所示出的。利用由采樣探測(cè)器在井孔處取得的地層流體抽取速率的估算值，可利用方程式(5)至(17)計(jì)算儲(chǔ)集層的三維流體流動(dòng)模型，建立在各個(gè)下降(采樣/測(cè)試)時(shí)間處的地層流體位置曲線，諸如圖5中所示的。已知下降時(shí)間和升高時(shí)間，可使流體移動(dòng)的起點(diǎn)定位。這些起點(diǎn)位置可與圖4中的相對(duì)于徑向距離的溫度曲線圖有關(guān)，確定每一個(gè)起點(diǎn)位置的溫度。對(duì)這些溫度取平均值以預(yù)測(cè)包括從這些位置的流體的組合的流體樣品溫度。
通過根據(jù)流體流動(dòng)模型預(yù)測(cè)將進(jìn)入采樣探測(cè)器的特定流體的時(shí)間，可以建立當(dāng)特定流體進(jìn)入采樣探測(cè)器時(shí)的預(yù)測(cè)溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線和由采樣探測(cè)器從地層中抽取的地層流體的預(yù)測(cè)溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。通過將采樣探測(cè)器插入到井孔中并且使其與井孔壁接合，可從地層中抽取地層流體。通常以已知的速率和基本上穩(wěn)定的速率抽取流體以減少流過可改變測(cè)試數(shù)據(jù)的流體中的偏差。如果流體抽取速率與用于流體流動(dòng)模型中的估算的流體抽取速率明顯不同，那么需要利用實(shí)際的流體流量對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行重新計(jì)算。通過井孔處的探測(cè)器的地層流體的溫度被測(cè)量，從而建立相對(duì)于時(shí)間的觀測(cè)地層流體溫度的曲線。
井孔處的觀測(cè)地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線和井孔處的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差可被數(shù)學(xué)量化，諸如利用方程式(18)。由于井孔處的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線取決于靜態(tài)地層溫度和井孔內(nèi)的泥漿溫度的估算值，因此這些估算值可被改變并且產(chǎn)生井孔處的修改的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。
可通過反復(fù)迭代修改的靜態(tài)地層流體估算溫度和井孔流體溫度變量，以及產(chǎn)生并孔處的修改的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線，直至使井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差達(dá)到最小，來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
權(quán)利要求
1.一種計(jì)算被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法，包括估算靜態(tài)地層溫度；計(jì)算井孔處的地層流體溫度，所述的計(jì)算部分地基于所估算的靜態(tài)地層溫度；測(cè)量井孔處的地層流體樣品的溫度；將計(jì)算的井孔處的地層流體溫度與地層流體樣品的測(cè)量溫度進(jìn)行比較；以及通過改變靜態(tài)地層溫度的估算值直至使計(jì)算的井孔處的地層流體溫度與地層流體的測(cè)量溫度之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，井孔處的地層流體溫度的計(jì)算包括對(duì)徑向熱通量方程式的求解。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在井孔處的地層流體溫度的計(jì)算包括建立通過儲(chǔ)集層的三維流體流動(dòng)模型。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，利用估算的井孔處的地層流體抽取速率建立通過儲(chǔ)集層的三維流體流動(dòng)模型。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，井孔處的地層流體溫度的計(jì)算包括結(jié)合三維流體流動(dòng)模型對(duì)徑向熱通量方程式求解以建立井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用井孔處的地層流體樣品的測(cè)量溫度建立井孔處的地層流體樣品的測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，使井孔處的地層流體樣品的測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差被量化。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過使井孔處的地層流體樣品的測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與計(jì)算的井孔處的地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將鉆井探測(cè)器插入到井孔中；使鉆井探測(cè)器與在井孔壁處的地層接合；以及以基本上已知的抽取速率利用鉆井探測(cè)器從地層抽取流體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器在測(cè)井電纜上被伸入井孔中。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器被伸入管柱上的井孔中。
12.一種計(jì)算被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法，該方法包括估算在儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度；部分地基于在儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度的估算值，對(duì)由鉆井探測(cè)器從地層中取下的流體，建立一個(gè)關(guān)于計(jì)算的井孔處的地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線；測(cè)量由鉆井探測(cè)器從地層中取下的井孔處的地層流體的溫度，以及建立在井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線；將在井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線進(jìn)行比較；以及通過改變儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度和井孔流體溫度的估算值直至使井孔處的地層流體測(cè)量溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將鉆井探測(cè)器插入到井孔中；使鉆井探測(cè)器與在井孔壁接合；以及以基本上已知的抽取量利用鉆井探測(cè)器從地層抽取流體。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器在測(cè)井電纜上被伸入到井孔中。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器在管狀管柱上被伸入到井孔中。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在井孔中的井孔流體循環(huán)停止后將所述鉆井探測(cè)器伸入到井孔中。
17.一種預(yù)測(cè)被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法，該方法包括估算靜態(tài)地層溫度；估算井孔流體溫度；利用一維徑向熱通量方程式計(jì)算地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于徑向距離的曲線；利用井孔處的地層流體抽取速率的估算值計(jì)算儲(chǔ)集層的三維流體流動(dòng)模型，從而建立地層流體位置相對(duì)于時(shí)間的曲線；將地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于徑向距離的曲線與地層流體位置相對(duì)于時(shí)間的曲線結(jié)合以建立井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線；以基本上已知的并且基本上恒定的抽取速率在井孔處從地層中抽取流體；測(cè)量從地層中抽取的地層流體進(jìn)行溫度；建立井孔處的地層流體觀測(cè)溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線；對(duì)井孔處的地層流體觀測(cè)溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差進(jìn)行量化；改變靜態(tài)地層流體溫度和井孔流體溫度的估算值；產(chǎn)生井孔處的修改的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線；以及通過反復(fù)迭代修改的地層流體估算溫度和井孔流體溫度變量，產(chǎn)生井孔處的修改的計(jì)算地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線，直至使井孔處的地層流體計(jì)算溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線與觀測(cè)的井孔處地層流體溫度相對(duì)于時(shí)間的曲線之間的誤差達(dá)到最小，來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將鉆井探測(cè)器插入井孔中；使鉆井探測(cè)器與井孔壁接合；以及以基本上已知的抽取速率利用鉆井探測(cè)器從地層抽取流體。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器在測(cè)井電纜上被伸入到井孔中。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述鉆井探測(cè)器在管狀管柱上被伸入到井孔中。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，在井孔內(nèi)的井孔流體循環(huán)停止后將所述鉆井探測(cè)器伸入到井孔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種計(jì)算被井孔穿透的儲(chǔ)集層中的靜態(tài)地層溫度的方法。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括估算靜態(tài)地層溫度和計(jì)算井孔處的地層流體溫度，所述的計(jì)算部分地基于所估算的靜態(tài)地層溫度。測(cè)量在井孔處的地層流體樣品的溫度。將計(jì)算的在井孔處的地層流體溫度與地層流體樣品的測(cè)量溫度進(jìn)行比較。通過改變靜態(tài)地層溫度的估算值直至使計(jì)算的井孔處的地層流體溫度與地層流體的測(cè)量溫度之間的誤差達(dá)到最小來預(yù)測(cè)靜態(tài)地層溫度。
文檔編號(hào)E21B47/06GK1427137SQ02154820
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者S·S·哈達(dá)德, Y·程 申請(qǐng)人:施盧默格海外有限公司