專利名稱：通過比較不同勘測深度處的核磁共振響應(yīng)來探測烴的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求享有于2002年8月12日提交的美國臨時專利申請No.60/319462的優(yōu)先權(quán)。關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明不適用于此。
本發(fā)明涉及測井領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及采用核磁共振測量來探測油層中的烴以及侵入到地層中的微粒的方法。
背景技術(shù)：
石油和天然氣的勘探和開采是費用很高的操作。任何關(guān)于地層的有助于減少鉆井中資源的不必要浪費的知識都是非常寶貴的。因此，石油和天然氣行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了各種能夠確定和預(yù)測地層特性的工具。在這些不同類型的工具中，核磁共振(NMR)儀器已被證明是非常有用的。NMR儀器可用于確定地層特性，例如孔隙空間的部分體積，以及可填充此孔隙空間的可動流體的部分體積。在美國專利No.6140817中介紹了NMR測井技術(shù)的大致背景知識。
核磁共振是發(fā)生在具有磁核矩、即非零自旋量子數(shù)的一組選出的原子核中的現(xiàn)象。由于1H(質(zhì)子)本質(zhì)上較多并對NMR測量較敏感，因此它是在NMR測井中普遍檢測的物質(zhì)。當(dāng)將這些原子核放置在磁場(Bo，“Zeeman場”)中時，它們均以特定的頻率即拉莫爾頻率(ωo)圍繞Bo場的軸線旋進(jìn)，拉莫爾頻率是各核類的一個特性(回轉(zhuǎn)磁比，γ)，并取決于原子核位置處的有效磁場強度(Bo)，即ωo＝γBo。
地層中的水和烴均產(chǎn)生在測井中可檢測到的NMR信號。通常希望來自水和烴的信號是分開的，以便識別地層中的哪些區(qū)域具有烴。然而，并不總是能容易地區(qū)分來自水和來自烴的信號。已經(jīng)提出了各種方法來單獨地識別水和烴信號。
烴探測的現(xiàn)有NMR方法可分為兩類。最簡單的方法涉及進(jìn)行少量測量(通常為兩次)，其中只改變一個測量參數(shù)。然后根據(jù)不同流體的NMR響應(yīng)的已知模型或假定模型來解釋測量之間的差異。最普遍的這類技術(shù)為差示波譜(極化時間WT發(fā)生變化)和移動波譜/增強擴散(回聲間隔TE發(fā)生變化)。這些方法利用了這一事實，即水和烴通常具有不同的弛豫時間(T1和/或T2)和擴散常數(shù)。在授予Freedman的美國專利No.6366087B1(“Freedman專利”)中介紹了這些方法，在此引用了此專利。Freedman專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用結(jié)合于本文中。
第二類NMR烴探測方法更常用，其對以不同的參數(shù)、通常是TE和WT所采集的NMR數(shù)據(jù)組應(yīng)用正演模擬，然而在原理上也可將梯度G包括為一個參數(shù)。目前存在兩種這類方法MACNMR(Slijkerman等人，1999，SPE56768)和如Freedman專利所公開的MRF。
這些NMR烴探測方法將在相同或相似勘探量中所進(jìn)行的測量相比較。當(dāng)情況不是這樣時，仍然假定在測量組中所采集的所有數(shù)據(jù)可用一組流體飽和度來描述。這些方法中沒有一種利用了來自不同勘探深度的NMR響應(yīng)的差異。
在鉆井過程中，流體(鉆井流體或泥漿)被泵送到井中。鉆井流體用于從井中除去鉆屑，并冷卻鉆頭的切削面。鉆井流體可以是水基泥漿或油基泥漿。這些鉆井流體通常在高壓下泵送，以防止地層流體在井完成之前從井中噴出。由于鉆井流體處于比地層壓力更高的壓力下，因此這些流體可滲入到地層中，即產(chǎn)生泥漿濾液侵入。另外，懸浮在鉆井泥漿中的微粒也可侵入到地層中。在這里，微粒是指泥漿或泥漿添加劑中的非常小的顆粒。鉆井流體或微粒侵入到地層中的程度取決于下述幾個因素地層滲透率、井筒流體和地層之間的壓力差、泥漿類型和從鉆孔以來所逝去的時間。由于這些參數(shù)的差異，在地層從中幾毫米到幾英尺的距離處均可能存在侵入前沿(invasion front)。
對多種測井操作而言，鉆井流體侵入到地層中是比較麻煩的。操作人員必須對遠(yuǎn)離井眼的地層進(jìn)行取樣，希望泥漿濾液不會到達(dá)勘探區(qū)域，或者采用某種方式將泥漿濾液的信號從地層流體的信號中區(qū)分出來。類似地，微粒從鉆井泥漿到地層的侵入導(dǎo)致了井筒附近存在著不均勻性。這些細(xì)顆粒會物理性地堵塞疏松地層中的流動路徑，或者跨接在流動路徑上，這就使得地層被破壞。
雖然數(shù)據(jù)處理方法如MRF方法能夠?qū)⒛酀{濾液分量與NMR測量中的其它分量分開，然而它們都是在采集后進(jìn)行的方法。希望NMR測井方法能夠利用泥漿侵入的優(yōu)點，而不是與泥漿侵入不一致，這樣就可容易地確定地層中烴的存在。另外，希望具有可用于檢測微粒侵入的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種用于探測地層中烴的存在的方法。用于探測被井眼穿過的地層中的含烴區(qū)域的方法包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；以及通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定該地層是否含有烴。
本發(fā)明的另一方面涉及測井方法。用于對被井眼穿過的地層進(jìn)行核磁共振測井的方法包括提供可在井眼中運動的核磁共振儀；獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；以及通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定該地層是否含有烴。
本發(fā)明的另一方面涉及用于檢測微粒侵入方法。用于探測井眼周圍的地層中的微粒侵入的方法包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；以及通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定是否產(chǎn)生了微粒侵入。
從下述介紹和所附權(quán)利要求中可以清楚本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點。


圖1顯示了核磁共振測井系統(tǒng)。
圖2顯示了能夠進(jìn)行多頻率探測的核磁共振儀。
圖3A和3B分別顯示了IR-CPMG和SR-CPMG脈沖序列。
圖4顯示了擴散編輯(diffusion-editing)脈沖序列。
圖5顯示了在用水基泥漿鉆出的井中的水飽和區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明方法的模擬。
圖6顯示了在用水基泥漿鉆出的井中的油飽和區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明方法的模擬。
圖7顯示了在用油基泥漿鉆出的井中的水飽和區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明方法的模擬。
圖8顯示了在用油基泥漿鉆出的井中的輕油區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明方法的模擬。
圖9顯示了在用油基泥漿鉆出的井中的中等粘度油區(qū)域中根據(jù)本發(fā)明方法的模擬。
圖10A和10B分別顯示了根據(jù)本發(fā)明方法在井中的不同DOI(深和淺)處得到的NMR孔隙度和T2分布。
圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及用于根據(jù)從離井筒表面為不同距離的不同體積處得到的NMR測量的比較來探測油層中的烴的方法。新一代的邊鉆邊繩索起下式(wireline and while-drilling)NMR工具能夠在地層的不同深度處進(jìn)行勘探。當(dāng)侵入前沿產(chǎn)生于MR測量體積的范圍內(nèi)或當(dāng)侵入前沿超過了NMR測量體積的范圍時，本發(fā)明的實施例是有效的，這是因為泥漿濾液在勘探的不同徑向深度上形成了梯度，或者產(chǎn)生了跨過DOI范圍的流體的非均勻分布。
圖1顯示了NMR測井系統(tǒng)的示意圖。在圖1中顯示了核磁共振(NMR)測井儀30，其可勘探由井筒32所穿過的地層31。NMR測井儀30懸掛在井筒32內(nèi)的鎧裝電纜33上，電纜長度基本上決定了儀器30的相對軸向深度。電纜長度由地面上的適當(dāng)裝置如滾筒和絞盤機構(gòu)8控制。地面設(shè)備7可以是傳統(tǒng)的類型，并具有可與包括了NMR測井儀30的井下設(shè)備進(jìn)行通信的處理器子系統(tǒng)。
NMR測井儀30可以是任何適當(dāng)?shù)暮舜殴舱駵y井儀；它可以是如圖1所示的用于繩索起下式測井應(yīng)用的類型，也可以是用于邊鉆邊測井式(LWD)或邊鉆邊測量式(MWD)應(yīng)用的類型。NMR測井儀30通常包括用于在地層中產(chǎn)生靜磁場的裝置，以及用于在地層中產(chǎn)生磁場脈沖并從地層中接收自旋回聲的射頻(RF)天線裝置。用于產(chǎn)生靜磁場的裝置可包括永久磁體或磁體陣列，用于產(chǎn)生磁場脈沖并從地層中接收自旋回聲的RF天線裝置可包括一個或多個RF天線。
在本領(lǐng)域中已知了多種可與本發(fā)明的方法一起使用的NMR測井儀。圖2顯示了一種類型的NMR測井儀30的一些部件的示意圖。圖2顯示了第一集中式磁體或磁體陣列36和RF天線37，其可以是適當(dāng)定向的線圈。圖2還顯示了緊密間隔的圓柱形薄殼體38-1，38-2，...，38-N的通用表示，其在多頻率測井操作中被分頻率地選擇。在美國專利No.4710713中公開了一種這樣的裝置。在圖2中還顯示了另一磁體或磁體陣列39。磁體陣列39可用于在測井儀30在井筒內(nèi)沿箭頭Z的方向上升時預(yù)先極化勘探區(qū)域之前的地層。這種裝置的例子包括公開于美國專利No.5055788和No.3597681中的那些裝置。
本發(fā)明的實施例提供了用于通過觀測離井筒為不同距離的位置(不同的勘探徑向深度)處的NMR響應(yīng)的偏差來探測烴的存在的方法。然后將任何偏差與流體飽和度、尤其是天然烴飽和度中的差異相關(guān)聯(lián)，這種差異是由鉆井流體侵入到地層中而引起的。為了檢測流體飽和度，可以采用幾種NMR參數(shù)，包括縱向弛豫時間(T1)、橫向弛豫時間(T2)、T1/T2的比率，擴散常數(shù)(D)和磁場梯度(G)。這些參數(shù)通過不同的機制來影響NMR信號的強度。
Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列是NMR測井中最普遍的脈沖序列。在場梯度下用CPMG序列測得的NMR信號的強度可表達(dá)為F(t,WT,TE,G)=C(G)·Φ·ΣjSjHjΣkaj,k(1-e-WT/T1j,k)·e-t/T2j,k.]]>e-(G·TE)2γ2Dj,kt/12....(1)]]>其中，F(xiàn)(t，Wt，TE，G)是采用Wt，TE和G的測量的時間t(對于第n個回聲來說，t＝n×TE)處的信號幅度；C(G)是孔隙度校準(zhǔn)因子，對各磁場梯度(G)來說它可能不同；Φ為地層孔隙度；Sj是流體j的飽和度；Hj是流體j的含氫指數(shù)；aj，k是流體j的第k個成分的信號幅度；WT是CPMG測量的有效極化時間；T1j，k是流體j的第k個成分的縱向弛豫時間；T2j，k是流體j的第k個成分的橫向弛豫時間；G是由儀器磁體形成的磁場梯度；TE是CPMG脈沖序列的回聲間延遲時間；γ是質(zhì)子的回轉(zhuǎn)磁比；而Dj，k是流體j的第k個成分的擴散常數(shù)。
公式(1)對標(biāo)準(zhǔn)CPMG序列成立，并假設(shè)場梯度在NMR測量體積中是均勻的。還假設(shè)在地層中存在無限制的擴散，并且不存在任何顯著的內(nèi)部梯度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可以容易地制訂出未采用這些假設(shè)的其它表達(dá)方式。然而，公式(1)滿足大部分情況，并不意味著此方法的通用性的任何損失。同樣存在類似的表達(dá)，可將NMR響應(yīng)描述為其它脈沖序列，例如在Huerlimann等人于2002年6月2日到5日召開的2002 Annual Meeting of the Society ofProfessional Well Log Analysts，Osio，Japan上提交的文章“擴散編輯飽和度與孔隙幾何形狀的新型NMR測量”中所提出的擴散編輯(DE)自旋回聲脈沖序列。這種DE脈沖序列也適用于這里所介紹的方法。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的NMR烴探測方法采用來自地層中相同或相似體積的差示測量，并假設(shè)測量可由一組流體飽和度來描述。作為對比，本發(fā)明的實施例檢測不同測量體積中的不同的流體飽和度。不同流體飽和度可因泥漿濾液的侵入而引起。本發(fā)明的方法利用了這一事實，即現(xiàn)代MR測井儀本質(zhì)上具有磁場梯度，或具有梯度性能，即遠(yuǎn)離磁體的區(qū)域比接近儀器的區(qū)域具有更低的磁場。
作為磁場梯度的結(jié)果，氫核在距井眼為不同距離的位置處在不同拉莫爾頻率(因為ωo＝γBo)下共振。因此，可以采用不同的RF頻率在不同的DOI處測量不同的體積。換句話說，勘探體積可由特定的測量頻率來選擇。在較低的測量頻率處，勘探體積遠(yuǎn)離儀器，即深入到地層中。如果侵入前沿正好位于一次采集組中的兩個(或多個)NMR測量所探測的體積之間，那么NMR數(shù)據(jù)將反映與這些體積相對應(yīng)的流體飽和度(流體成分)中的可能差異。即使泥漿流體侵入或微粒侵入延伸到由兩個(或多個)NMR測量所探測的體積之外，仍然可能得到關(guān)于不同流體飽和度或微粒侵入的信息，這是因為侵入過程可產(chǎn)生泥漿濾液體積或自由流體體積的梯度。結(jié)果，在離井眼為不同距離的位置處，不同量的原始流體被所侵入的泥漿濾液或微粒取代。
因此，本發(fā)明的方法獲取不同勘探深度(DOI)處的兩個或多個NMR測量。在一些實施例中，所用的勘探深度(DOI)指徑向深度，即離井眼的距離。然后，在不同DOI處由這些NMR測量測得的流體飽和度(流體成分)中的差異可用于確定在地層中是否存在烴。流體飽和度的差異可通過幾種方法來檢測。在下文中將介紹這些方法中的幾種。雖然可采用水基泥漿或油基泥漿來鉆井，然而下述介紹中假定采用水基泥漿。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，如果采用油基泥漿的話，下述介紹中的推論需要被修改。
在本發(fā)明的一些實施例中，通過孔隙度測量來檢測不同勘探深度處的流體飽和度的差異?？蓮某跏糔MR信號強度(在T2衰減之前)中確定視地層孔隙度(或流體填充的孔隙度)，其與存在于NMR儀器所探測的體積中的流體內(nèi)的氫量成正比。在大多數(shù)地層中，水為濕潤相，而油為非濕潤相。因此，水更容易受到孔隙表面上的順磁雜質(zhì)的影響。結(jié)果，水通常比輕質(zhì)烴具有更短的弛豫時間(T1和T2)。在典型的NMR測井中，極化時間(WT)可能不夠長，無法使所有核類在脈沖序列之間完全地弛豫。結(jié)果，更長T1的自旋(如輕油)無法完全地極化，它們的信號幅度相對于較短T1的自旋(如水)來說受到抑制。因此，地層在飽和有烴時呈現(xiàn)出具有較小的孔隙度。根據(jù)這一現(xiàn)象，如果深處測量中的信號幅度(以及視孔隙度)比淺處測量中的更低，就表示存在有具有較長T1的烴，例如氣體、冷凝物或輕油。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果在地層中存在有氣體，則視孔隙度可用于檢測泥漿的侵入，而與使用水基或油基泥漿無關(guān)。這是因為氣體具有較低的含氫指數(shù)，任何泥漿濾液、水或油的侵入都將提高淺DOI區(qū)域中的含氫指數(shù)。
在本發(fā)明的其它實施例中，流體飽和度中的差異可通過極化測量來檢測。在各NMR的勘探深度(DOI)處，獲取采用不同極化時間(或等待時間WT)的測量。不同極化時間(WT)的NMR測量對不同自旋種類的不同縱向弛豫時間(T1)是很敏感的。地層中的不同流體(如水或油)通常具有對環(huán)境的不同影響。例如，在較小的孔隙中，水相通常濕潤孔隙表面，其具有可促進(jìn)自旋弛豫(縱向和橫向弛豫)的順磁雜質(zhì)。作為對比，油相通常以非濕潤相的形式存在，并不受到表面弛豫的影響。因此，地層中的不同流體成分可具有不同的T1弛豫時間，可采用不同的WT來得到具有T1的對比的NMR測量。具有較長WT的測量允許所有流體成分(如水和烴)完全地或大致地被磁場極化。另一方面，具有較短WT的測量將只允許具有較短T1的成分(如水)被大致地極化和檢測。
因此，用于長、短等待時間的信號幅度之比Mshort_WT/Mlong_WT可用于提供關(guān)于勘探區(qū)域內(nèi)流體類型的信息。如果比率Mshort_WT/Mlong_WT比深處測量低很多，這就表示存在著較長T1的物質(zhì)，例如輕油、冷凝物或氣體。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，也可采用差值Mlong_WT-Mshort_WT而不是這兩個測量的比率。在這種情況下，如果較深DOI處的差值比近井眼區(qū)域的差值大很多，那么就表示存在較長T1的物質(zhì)(例如輕油或氣體)。雖然上述介紹采用了整體信號幅度，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，這兩個測量的比率或差異可基于自由流體的幅度。
具有長、短WT的NMR測量可采用CPMG脈沖序列或任何其變型來得到。另外，CPMG脈沖序列可與特地采用了T1弛豫的脈沖序列結(jié)合使用。例如，如圖3A和3B所示，可用反轉(zhuǎn)恢復(fù)(IR)或飽和恢復(fù)(SR)序列與CPMG脈沖序列結(jié)合使用，圖中分別顯示了IR-CPMG和SR-CPMG脈沖序列。采用這些混合序列，可以改變恢復(fù)延遲時間(RT)而不是WT來得到T1的對比。
在本發(fā)明的其它實施例中，可通過T1/T2的對比來檢測流體飽和度中的差異。存在著若干可測量T1/T2比的方法。最普遍的方法涉及重復(fù)性的CPMG測量，其中等待時間或極化時間發(fā)生變化?；蛘撸瑴y量可在儀器的單獨運行中在不同測井速度下獲得。在這種情況下，可通過測井速度和預(yù)極化磁體長度來確定不同的有效極化時間。可采用不同DOI處的測量的長、短有效極化時間之間的校準(zhǔn)信號幅度中的比率或差值的偏差來推斷烴的存在。
另外，圖3A和3B所示的IR-CPMG和SR-CPMG脈沖序列還可用于提供T1/T2的比率。為了得到T1/T2的比率，采用在各次測量之間發(fā)生變化的RT和回聲間延遲時間(TE)來得到NMR測量。另外，也可采用典型的CPMG脈沖序列來得到T1/T2的對比?？刹捎脕碜圆煌珼OI處的測量的T1/T2的對比中的差異來推斷烴的存在。如上所述，地層中的水因表面弛豫率而具有更短的T2。結(jié)果，水通常具有T1/T2≥1.0。另一方面，烴通常不與孔隙表面接觸，它們的T1/T2比通常接近1。因此，如果較深DOI處的T1/T2比小于近井眼區(qū)域的T1/T2比，則可推斷出地層含有烴?；蛘?，如果在較深DOI處觀測到更大的T1/T2比，則可推斷出存在氣體，這是因為氣體的T2通常通過場梯度中的快速擴散效應(yīng)而降低。
采用IR-CPMG作為一個示例，用于測量T1/T2比的脈沖序列為(WT-180-RT-CPMG)n，如圖3A所示，其中WT為用于弛豫回穩(wěn)態(tài)的自旋的等待時間(也稱為“極化時間”)，RT為恢復(fù)延遲時間，在此時間段中信號以指數(shù)級增長到穩(wěn)態(tài)強度，而CPMG是典型的CPMG脈沖群。
在IR-CPMG序列中，第一180度脈沖轉(zhuǎn)換磁化作用(即到-z軸上)。在RT延遲后可用90度脈沖檢測到信號。信號實際上可用CPMG序列檢測為自旋回聲群。所檢測到的自旋回聲強度不僅受到T2弛豫過程的影響(在CPMG序列中)，而且受到T1弛豫過程的影響(在IR序列中)，其由不同的RT延遲時間來編碼。圖3B顯示了結(jié)合有飽和恢復(fù)(SR)序列而不是反轉(zhuǎn)恢復(fù)(IR)序列的CPMG序列。此序列被稱為“SR-CPMG”序列。如圖3B所示的SR-CPMG序列可檢測在RT延遲后弛豫回到Z軸的信號分量。在本發(fā)明的一些實施例中可采用SR-CPM來代替IR-CPMG。
在其它一些實施例中，可通過擴散方法來檢測流體飽和度中的差異。在各DOI處，得到具有不同回聲間間隔(延遲)的測量。理想上說，回聲間間隔應(yīng)當(dāng)選擇成使得乘積G×TE對各DOI來說均相似。通過這種參數(shù)化，在不同DOI處測得的信號衰減速度的差異表明存在著烴。如果深處測量顯示出增大的衰減速度，這就意味著存在有氣體。相反，較深DOI處的較慢衰減速度表示存在著中等粘度的油。更普遍的是，可在各DOI處得到具有不同TE值的測量。在這種情況下，可采用在各DOI處具有變化的TE的衰減速度的變化差異來推斷存在或不存在烴。
雖然擴散測量可用具有不同回聲間延遲(TE)的典型CPMG序列來進(jìn)行，然而新型“擴散編輯(DE)”的自旋回聲序列提供了更好的方法。這可見于M.D.Huerlimann等人在2002 Annual Meeting of theSociety of Professional Well Log Analysts，Osio，Japan，6月2-5日上提出的論文“擴散編輯飽和度與孔隙形狀的新型NMR測量”；以及由Huerlimann于2000年11月28日提交的題為“采用脈沖NMR的更簡單且更可靠的烴分型”的美國專利申請No.09/723803。此申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用結(jié)合于本文中。
DE序列(見圖4)與CPMG序列相似，但開頭兩個回聲具有更長的回聲間延遲，而第三個及之后的回聲具有更短的回聲間延遲。擴散信息在采集開頭兩個回聲的過程中編碼，而第三個及之后的回聲提供了在更長采集時間下的體積和表面弛豫時間信息，并帶有很少的由擴散引起的信號衰減(如果有的話)。雖然擴散信息在采集開頭兩個回聲的過程中編碼，如圖4所示，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可采用其它數(shù)目(如1，3，4個等)的回聲來對擴散信息進(jìn)行編碼。
采用傳統(tǒng)的CPMG序列來對擴散信息進(jìn)行編碼需要較長的回聲間間隔，這導(dǎo)致了較差的體積和表面弛豫時間的信息，這是因為擴散衰減在相對較少的回聲后使信號減弱。因此，與通過CPMG序列得到的類似數(shù)據(jù)組相比，通過DE序列得到的數(shù)據(jù)組提供了在自旋回聲數(shù)據(jù)中的擴散信息和更有效的信噪比。DE序列可提供比CPMG序列更精確和可靠的分量T2的計算或擴散(D)分布。
在本發(fā)明的其它實施例中，流體飽和度的差異可通過MRF方法或類似的方法來檢測，其可從流體混合物的測量中提供各成分的NMR參數(shù)。根據(jù)這種方法，采用在各DOI處的一組NMR測量來進(jìn)行MRF分析。然后可從這種分析中評估流體飽和度和流體特性。這種方法可提供最綜合的數(shù)據(jù)和定量的分析，然而可能會犧牲測井速度。
MRF方法是基于擴散的NMR流體表征方法，可根據(jù)不同的分子擴散來區(qū)分流體混合物(如地層流體)中的不同成分(例如油和水)?？赏ㄟ^幾種脈沖序列來得到對擴散具有不同靈敏度的NMR測量，包括CPMG脈沖序列或其變型，以及擴散編輯(DE)脈沖序列。MRF方法利用了下述事實，即在自旋回聲實驗中測得的橫向磁化的衰減是部分地因流體分子的分子擴散而引起。非均勻靜態(tài)磁場中的分子擴散使得自旋的拉莫爾旋進(jìn)頻率變得與時間有關(guān)。這就導(dǎo)致產(chǎn)生了180度脈沖的自旋回聲信號的不完全再集中，從而導(dǎo)致了不可逆的由擴散引發(fā)的回聲衰減。
MRF方法調(diào)用了油層流體的廣泛的和現(xiàn)實的弛豫模型。將此模型應(yīng)用于適當(dāng)?shù)腘MR數(shù)據(jù)組中，MRF分析就可提供地層流體中各成分的估計。這些單獨的成分估計可提供例如關(guān)于沖刷區(qū)域的流體飽和度和油粘度的信息。由采用當(dāng)前儀器采集的鉆井記錄的初始結(jié)果表明了MRF技術(shù)的潛力。這可見于R.Freedman等人，“儲集巖中的流體表征的新型NMR方法實驗驗證和模擬結(jié)果”，SPEJ(2001年12月)，第452-464頁；以及R.Freedman等人在2001 SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition，New Orleans，9月30日到10月3日上提出的論文SPE71713“新型磁共振流體表征方法的油田應(yīng)用”。
上述介紹是NMR對比的例子，其可用于檢測泥漿濾液侵入的本發(fā)明的實施例中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，也可采用其它的NMR參數(shù)。例如，用CPMG脈沖序列方便地得到的橫向弛豫時間(T2)也可用作對比，以比較在不同DOI處所得到的NMR測量。另外，流體飽和度差異可通過上述不同方法的組合來檢測。例如，可將極化和擴散相結(jié)合以提供不同DOI處的對比。結(jié)合有極化(T1的對比)和擴散對比的采集序列可設(shè)計成采用較少次數(shù)的單獨測量。通過慎重選擇采集參數(shù)，序列可設(shè)計成允許以中等速度進(jìn)行測井。
本發(fā)明的一些實施例涉及用于探測微粒或整體泥漿侵入的方法。微粒侵入物理性地堵塞了地層中的孔隙。結(jié)果，與原始區(qū)域(遠(yuǎn)離井眼的區(qū)域)相比，侵入?yún)^(qū)域(近井眼區(qū)域)中的整體NMR孔隙度更小。如果與深DOI處測量相比在淺(近)DOI處測量中檢測到孔隙度不足(即更小的孔隙度)，那么可能存在著微粒侵入。
下面將通過下述例子來說明本發(fā)明的實施例。所考慮的最簡單的情況是用水基泥漿鉆出的井。這里，鉆井流體到地層的侵入將近井眼區(qū)域中的一些烴和水替換為鉆井泥漿中的水。對于水飽和地層來說，這種取代不會導(dǎo)致任何可檢測到的變化。因此，不同DOI處的NMR測量所檢測到的流體基本上相同。另一方面，在烴區(qū)域中，烴被水濾液的取代將是可察覺的，這種取代在近井眼區(qū)域中比在深處區(qū)域中更明顯。因此，近井眼區(qū)域處的NMR測量受到水濾液的影響更大，而深處區(qū)域的相同測量受到水濾液的影響更小。
表1在模擬中所用的采集序列參數(shù)測量參數(shù) Ta(s) Ea(ms) EaTb(s) Eb(ms) EbTc(s) Ec(ms) Ec深處0.50 000 0.50 0.50 000 0.50 0.0 00(20G/cm)近處0.25 000 0.50 0.25 000 0.50 0.0 00(40G/cm)WT，TB和NE分別指極化時間、回聲間隔和回聲數(shù)。下標(biāo)a，b和c對應(yīng)于圖5和6中的標(biāo)號。
圖5和6顯示了在兩種不同環(huán)境、即水飽和地層(圖5)和烴飽和地層(圖6)中的NMR響應(yīng)的模擬結(jié)果。用于模擬序列的采集參數(shù)如表1所示。在圖5和6中，部分(a)是在較長WT下的測量，部分(b)是在較短WT下的測量，而部分(c)是在較長TE下的測量。應(yīng)注意到在各種情況下，對于相應(yīng)的近處(曲線1)和深處(曲線2)測量來說，G×TE均相同。相同的G×TE保證了兩個DOI測量之間的擴散效果相同或基本上相似，因此其它的對比可容易地進(jìn)行比較。分別將0.5p.u./回聲和1.0p.u./回聲的隨機高斯噪聲加入到近處(曲線1)和深處(曲線2)測量的模擬信號中。在各種情況下，地層孔隙度為20p.u.，并包括來自T2分布中心在5ms處的約束流體的6p.u.的信號。
此模擬明顯表示出水飽和地層(圖5)和油區(qū)域(圖6)的不同響應(yīng)。具體地說，在水飽和區(qū)域中，來自兩個DOI(曲線1和2)的響應(yīng)相互重疊(圖5，部分(a)-(c))。這是由于地層水被濾液水的取代不會在NMR響應(yīng)中產(chǎn)生任何可檢測到的差異而引起的。作為對比，在烴飽和區(qū)域(圖6)中，來自近處(曲線1)和深處(曲線2)測量中的響應(yīng)明顯不同。同樣，這是因為在近井眼區(qū)域中烴被水濾液的取代更容易發(fā)生而引起的。應(yīng)注意的是，在部分(a)中，NMR響應(yīng)的差異比部分(b)和(c)中的更明顯。部分(b)和(c)具有更短的WT，其不足以使大多數(shù)烴完全極化。因此，在部分(b)和(c)中檢測到的信號更可能來自快速弛豫的地層水，因此，近處(曲線1)和深處(曲線2)測量之間的差異更小。
圖6中部分(a)的測量是以8秒的WT來得到的，其足以使大多數(shù)核類完全地極化。因此，在這兩個測量(曲線1和2)中可檢測到大部分核類。從曲線1(近處測量)和曲線2(深處測量)的比較中可看出，深處測量包括更長T2的物質(zhì)，其很可能是烴。實際上，烴模擬參數(shù)選擇成可模仿輕油(1cp)。因此，這是采用本發(fā)明的方法來將T2的對比用于推斷烴的存在的一個示例。
油基泥漿的情況更復(fù)雜一些。在這種情況下，天然油可完全或部分地被油濾液代替。然后必須檢測兩種不同類型的烴之間的差異，而不是如水基泥漿的情況那樣檢測烴和水之間的差異。然而，如果在油基泥漿濾液和天然烴之間在其組分中存在足夠的差異，并且不同測量體積具有足夠不同的相對量的天然和鉆井流體，那么此技術(shù)仍適用。
圖7-9分別顯示了三種情況下的近處(曲線1)和深處(曲線2)DOI的NMR響應(yīng)的模擬結(jié)果，這三種情況是用油基泥漿鉆井時可能遇到的情況，即水區(qū)域、輕油區(qū)域和中等粘度的油區(qū)域。采集序列參數(shù)與如圖5和6所示以及如表1所示的模擬中的相同。
圖7顯示了水區(qū)域的模擬結(jié)果。圖8顯示了含有輕油(0.3cp)的區(qū)域的模擬結(jié)果。圖9顯示了含有中等粘度油(20cp)的區(qū)域的模擬結(jié)果。同樣，部分(a)，(b)和(c)分別對應(yīng)具有較長WT、較短WT和較長TE的模擬。在各種情況下，地層孔隙度為20p.u.，并包括來自T2分布中心在5ms處的約束流體的6p.u.。對于烴區(qū)域模擬(圖8和9)來說，假定一些殘油留在近處DOI體積中，并且深處測量基本上檢測到更高的油飽和度。流體飽和度和烴粘度的詳細(xì)情況提供于附表中。油基泥漿濾液作為具有較窄T2分布的1cp的油。
圖7顯示了深處測量(曲線2)的緩慢衰減分量具有與近處測量(曲線1)相當(dāng)或更小的T1值。這從部分(a)和部分(b)之間的比較中可明顯看出。從此結(jié)果中可以預(yù)測，這個區(qū)域并不含有輕質(zhì)烴。采用MRF方法的測量(b)和(c)的定量分析表明，烴具有約1cp的粘度，說明烴信號可能是由泥漿濾液所引起。
圖8顯示了深處測量(曲線2)的緩慢衰減分量具有比近處測量(曲線1)明顯更大的T1值。這個結(jié)論可從深處測量(曲線2)的信號幅度相對于部分(b)的近處測量(曲線1)相比明顯減小的事實中得出。由此可推斷，存在著輕質(zhì)烴或較大孔隙的水(較長T1)。這一結(jié)論可通過用部分(c)所示的較長回聲間延遲(TE)的測量來進(jìn)一步證實，其顯示了一種快速衰減，表明具有較長弛豫時間的流體具有較高的擴散常數(shù)。僅根據(jù)NMR數(shù)據(jù)很難在輕質(zhì)油和大孔隙水之間進(jìn)行區(qū)分。然而，在許多所關(guān)注的實際情況下，大孔隙/空穴被忽略，例如這樣的NMR響應(yīng)可被解釋為輕質(zhì)烴?；蛘?，可將其它測量(例如電阻率)與本發(fā)明的方法相結(jié)合，以在輕質(zhì)油和大孔隙水之間進(jìn)行區(qū)分。
參考圖9，僅根據(jù)如部分(a)和(b)所示的測量，具有中等粘度油的此區(qū)域的NMR響應(yīng)與水區(qū)域(圖7)的那些NMR響應(yīng)類似。然而，部分(c)中的測量表明在較深DOI處存在著大量的緩慢擴散流體。這一觀察與水區(qū)域的情況不符，在水區(qū)域中在較深DOI處預(yù)計有大量的快速擴散流體。采用MRF方法的數(shù)據(jù)定量分析表明，與近處DOI相比，在較深DOI處具有較高的烴粘度(雖然整體的烴飽和度未明顯變化)。這一結(jié)果與存在著已從近處DOI體積中部分地涌出的中等粘度油或重油相符。
圖10A和10B顯示了井的徑向輪廓。此輪廓是由能夠進(jìn)行多頻率采集的儀器來得到的?？刹捎脙蓚€不同頻率來探測兩個DOI(淺和深)。圖10A顯示了NMR孔隙度(曲線1和2分別對應(yīng)于淺和深的DOI)。顯然，在井的下半部分中，淺處測量的孔隙度比深處測量的孔隙度明顯更低，這表明微粒侵入到淺DOI中。應(yīng)注意的是，井的上半部分被沖刷，這表示為淺處測量中的較高孔隙度，這是因為在淺DOI處可“看見”井眼。圖10B顯示了淺和深DOI處的T2分布。雖然具有微粒侵入的區(qū)域看起來具有更長的T2分量，然而此區(qū)域內(nèi)的T2分布的幅度較低。在任一情況下，圖10A和圖10B之間的比較表示孔隙度是微粒侵入的更可靠的指數(shù)。
上述例子表明，流體飽和度的對比可通過在不同勘探深度(DOI)處進(jìn)行的NMR測量組來檢測和量化，并且從所觀察到的對比中，可以推斷出地層中烴的存在，或是識別微粒的侵入。這些例子表明，橫向弛豫時間(T2)、縱向弛豫時間(T1)、縱向與橫向弛豫時間之比(T1/T2)、擴散速度(D)及其組合的對比可用于檢測不同DOI處的流體飽和度的偏差，而孔隙度和T2的對比可用于檢測微粒侵入。任何采集序列如CPMG、擴散編輯的脈沖序列、IR-CPMG、SR-CPMG及其它可探測NMR響應(yīng)中的偏差的采集序列均可用于得到這些對比。
雖然上述例子表明可從NMR測量的比較中不經(jīng)轉(zhuǎn)換就得到有用的結(jié)果，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，所得測量也可轉(zhuǎn)換以提供可用于預(yù)測地層中的烴存在的NMR參數(shù)(如T1、T2和T1/T2)分布。特別是，能夠提供各流體成分的NMR參數(shù)分布的MRF方法在此方面最有效。
用于檢測泥漿濾液侵入的本發(fā)明方法在用水基泥漿鉆井的情況中尤其有用。在這種情況下，在不同DOI處檢測到的NMR響應(yīng)中的任何差異均可推斷出烴的存在。通過慎重地選擇采集參數(shù)，例如通過將乘積TE×G限制為對不同DOI的相應(yīng)測量來說均相似，則擴散效應(yīng)可相對于場梯度偏差歸一化。
對于油基泥漿來說，通過將不同DOI處的NMR響應(yīng)與不同狀態(tài)下的預(yù)期響應(yīng)相比較，就可以識別出不同的狀態(tài)(水區(qū)域、輕質(zhì)油區(qū)域、中等油區(qū)域、氣體)。例如采用MRF的數(shù)據(jù)的定量分析可用于幫助說明此響應(yīng)。
圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的方法的流程圖。首先，獲取第一DOI處的NMR測量(顯示為101)。此獲取可采用任何適于所需對比(如T1、T2、T1/T2或D)的脈沖序列。這些脈沖序列包括上述序列CPMG或其變型、DE脈沖序列、IR-CPMG和SR-CPMG。接著，采用相同的脈沖序列和相似的采集參數(shù)來獲取第二DOI處的另一NMR測量(顯示為102)。優(yōu)選將采集參數(shù)保持為對第一和第二NMR測量來說相同，但回聲間延遲(TE)例外，其最好可變化以使乘積G×TE對兩個測量來說均相同。如上所述，這是用于將不同梯度處的擴散效果歸一化，并方便兩個NMR測量之間的比較。然而，如果乘積G×TE對不同DOI處的測量來說不相同，此方法仍適用。對于檢測微粒侵入來說，優(yōu)選第一和第二NMR測量采用相同的參數(shù)，使得測量值可直接用于得出整體NMR孔隙度或自由流體體積，或者是T2分布。雖然圖11顯示了只涉及在兩個不同DOI處進(jìn)行的兩個測量的最簡單的方案，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，可采用超過兩個測量來實現(xiàn)相同目的。
一旦得到這些測量，就將它們進(jìn)行比較，以分析在不同DOI處是否存在著流體飽和度(流體成分)或所選NMR響應(yīng)參數(shù)(例如NMR孔隙度、自由流體體積、T1、T2或D)的對比的任何差異(顯示為103)。同樣，比較可根據(jù)測量數(shù)據(jù)(例如，自旋回聲序列)并不經(jīng)轉(zhuǎn)換地進(jìn)行?；蛘撸赊D(zhuǎn)換這些測量數(shù)據(jù)以提供用于比較的NMR響應(yīng)參數(shù)(例如T1、T2、T1/T2和D)分布。轉(zhuǎn)換可包括采用MRF方法(“磁共振流體表征方法”)。
然后流體飽和度中的任何差異可用于如圖5-9所示地推斷地層中烴的存在，而任何自由流體體積差異或T2分布的差異可用于推斷微粒的侵入。對流體飽和度中任何差異的具體解釋肯定取決于所用鉆井泥漿的類型，還取決于預(yù)期的地層性質(zhì)。
雖然采用本發(fā)明方法的不同DOI處的NMR測量的對比檢測可作為存在烴的可靠表示，然而檢測對比的失敗并不就意味著不存在烴。許多因素會引起這種失敗。例如，NMR體積的整個范圍的有效沖刷將引起不同DOI之間的零對比或降低的對比。類似地，非常淺的或受阻礙的侵入(重油、焦油、瀝青)也會引起不同DOI之間的較低對比。
雖然已經(jīng)采用了一些實施例來介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員在領(lǐng)會了本公開的優(yōu)點后可以理解，也可設(shè)計出不脫離如這里公開的本發(fā)明范圍的其它實施例。例如，雖然本發(fā)明的實施例在上述例子中顯示了只采用兩個DOI測量，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，也可采用多次DOI測量。另外，本發(fā)明的實施例可用繩索起下工具以及LWD或MWD工具來進(jìn)行。此外，本發(fā)明的實施例可與其它類型的測量相結(jié)合。因此，本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于探測被井眼穿過的地層中的含烴區(qū)域的方法，包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離所述并眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；和通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定所述地層是否含有烴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述至少兩個核磁共振測量采用了選自Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列、擴散編輯的脈沖序列、反轉(zhuǎn)恢復(fù)的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列以及飽和恢復(fù)的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列中的脈沖序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，各所述至少兩個核磁共振測量通過除回聲間延遲時間之外均基本上相同的參數(shù)來獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，對于各所述至少兩個核磁共振測量來說，所述回聲間延遲時間和所述勘探體積處的磁場梯度的乘積基本上相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括推導(dǎo)至少一個核磁共振參數(shù)的分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一個核磁共振參數(shù)包括選自縱向弛豫、橫向弛豫、縱向弛豫與橫向弛豫之比、視孔隙率和擴散常數(shù)中的一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括從各所述至少兩個核磁共振測量中推導(dǎo)出視孔隙率；和比較來自各所述至少兩個核磁共振測量中的視孔隙率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述確定包括推導(dǎo)出各所述至少兩個核磁共振測量的流體飽和度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，各所述至少兩個核磁共振測量的流體飽和度的差異表示了在所述地層中烴的存在。
10.一種用于對被井眼穿過的地層進(jìn)行核磁共振測井的方法，包括提供可在所述井眼中運動的核磁共振儀；獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離所述井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；和通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定所述地層是否含有烴。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，獲取所述至少兩個核磁共振測量采用了選自Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列、擴散編輯的脈沖序列、反轉(zhuǎn)恢復(fù)的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列以及飽和恢復(fù)的Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列中的脈沖序列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，各所述至少兩個核磁共振測量通過除回聲間延遲時間之外均基本上相同的參數(shù)來獲得。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，對于各所述至少兩個核磁共振測量來說，所述回聲間延遲時間和所述勘探體積處的磁場梯度的乘積基本上相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括推導(dǎo)至少一個核磁共振參數(shù)的分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一個核磁共振參數(shù)包括選自縱向弛豫、橫向弛豫、縱向弛豫與橫向弛豫之比、視孔隙率和擴散常數(shù)中的一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括從各所述至少兩個核磁共振測量中推導(dǎo)出流體飽和度。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括從各所述至少兩個核磁共振測量中推導(dǎo)出視孔隙率；和比較來自各所述至少兩個核磁共振測量中的視孔隙率。
18.一種用于探測井眼周圍的地層中的微粒侵入的方法，包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離所述井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；和通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定是否發(fā)生了微粒侵入。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述至少兩個核磁共振測量通過基本上相同的參數(shù)來獲得。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括推導(dǎo)出選自自由流體體積、孔隙度和約束流體體積中的一個參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，比較所述至少兩個核磁共振測量包括推導(dǎo)出橫向弛豫時間分布。
全文摘要
一種用于探測被井眼穿過的地層中的含烴區(qū)域的方法，包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；以及通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定該地層是否含有烴。一種用于探測井眼周圍的地層中的微粒侵入的方法，包括獲取至少兩個核磁共振測量，各所述至少兩個核磁共振測量均從離井眼為不同徑向深度處的勘探體積中得到；以及通過比較所述至少兩個核磁共振測量來確定是否存在微粒侵入。
文檔編號G01V3/32GK1484044SQ03154059
公開日2004年3月24日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月12日
發(fā)明者R·弗雷曼, N·J·赫頓, R 弗雷曼, 赫頓 申請人:施盧默格海外有限公司