專利名稱：確定地層中流體數(shù)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用核磁共振技術(shù)(NMR)確定地層中流體數(shù)量的方法。從含有烴流體和水的地層中得到烴的工業(yè)，通常需要確定地層中水的飽和度，或反之，烴的飽和度，以評(píng)估從該地層中生產(chǎn)烴的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。例如，對(duì)一個(gè)新油田，或者對(duì)一個(gè)還剩有或遺有油量的半廢棄油田來說，期望作這種評(píng)估。
被普遍用于確定地層中油，氣或水的測(cè)井技術(shù)是核磁共振測(cè)井法。該技術(shù)探測(cè)含在地層中水和油的核磁橫向弛豫的時(shí)間過程。
觀察到的磁化強(qiáng)度回波高度衰減曲線基本上是多指數(shù)函數(shù)，可以表達(dá)為M(t)=M(0)∫~0P(T2)e-t/T2dT2(1)其中P(T2)dT2表示橫向弛豫時(shí)間在T2和T2+dT之間的流體數(shù)量。
然后根據(jù)地層中對(duì)不同流體所觀察到的NMR弛豫時(shí)間來確定油、氣或水的飽和度。然而，為了區(qū)分地層中水和油產(chǎn)生的信號(hào)，需要這些信號(hào)有明顯不同的NMR弛豫時(shí)間。這也許正是弛豫時(shí)間小于幾毫秒，而水的弛豫時(shí)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(qū)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鉆孔處地層中的水，它能將水的弛豫時(shí)間縮短到幾毫秒。復(fù)合NMR衰變曲線一般在長(zhǎng)于20ms的時(shí)間測(cè)定，可理解為它只能是由油引起的。盡管這種技術(shù)得到成功地運(yùn)用，但是它的缺點(diǎn)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(fèi)錢費(fèi)時(shí)。另外不能保證完全置換且不易檢查。還有，這種技術(shù)通常用于制造蓄物池，而且在測(cè)量還未完成之前置入的砂可能會(huì)漂移離開井身。
EP-A-489578揭示了一種在鉆孔中進(jìn)行脈沖-回波NMR測(cè)量的方法。該方法使靜態(tài)的磁場(chǎng)和磁場(chǎng)梯度作用在鉆孔周圍的地層中，接著施加一系列NMR電磁脈沖。NMR回波的衰減用于確定擴(kuò)散系數(shù)D和橫向弛豫時(shí)間T2。該出版物指出擴(kuò)散系數(shù)D可以用來確定水和烴的飽和程度。然而，并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(kuò)散系數(shù)D，它只與水有關(guān)或只與碳?xì)浠锪黧w有關(guān)。
本發(fā)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(shù)量的經(jīng)改進(jìn)的方法。
根據(jù)本發(fā)明，這里提出了一種選自至少二種被含于地層中的流體中的流體數(shù)量的確定方法，包括a)在該地層區(qū)施加磁場(chǎng)；b)在該地層區(qū)進(jìn)行脈沖-回波NMR測(cè)量；c)選擇由該流體，流體數(shù)量產(chǎn)生的NMR回波響應(yīng)和以取決于所述流體數(shù)量的方式影響NMR回波響應(yīng)的至少一個(gè)變量之間的關(guān)系；d)在NMR測(cè)量過程中改變?cè)撝辽僖粋€(gè)變量，以取決于所述流體數(shù)量的方式影響測(cè)定的NMR回波響應(yīng)；e)通過將NMR回波響應(yīng)與已選擇的關(guān)系相對(duì)照，確定所選流體點(diǎn)的比例。
由于NMR回波的時(shí)間過程以取決于所述流體數(shù)量的方式受到影響，且測(cè)得的NMR回波是來自各個(gè)流體回波的疊加，可以通過變量的改變對(duì)所測(cè)的NMR回波響應(yīng)的影響去區(qū)分來自各個(gè)流體的回波。
這些流體適宜具有不同的NMR擴(kuò)散系數(shù)，不同的NMR擴(kuò)散系數(shù)含在選擇的關(guān)系式中，該電磁場(chǎng)有磁場(chǎng)梯度，該至少一個(gè)變量為NMR脈沖間隔和磁場(chǎng)梯度的乘積。該乘積數(shù)值的變化可以通過改變NMR脈沖間隔和/或磁場(chǎng)梯度來實(shí)現(xiàn)。
在存在磁場(chǎng)梯度的時(shí)候，所測(cè)的NMR回波的時(shí)間過程受到分子自擴(kuò)散的影響。因此，可以通過對(duì)所測(cè)到的NMR回波響應(yīng)的擴(kuò)散效應(yīng)去區(qū)分各個(gè)流體的回波。
在NMR測(cè)量過程中最好出現(xiàn)至少兩個(gè)不同長(zhǎng)度的NMR脈沖時(shí)間間隔，該不同長(zhǎng)度的脈沖時(shí)間間隔適當(dāng)?shù)刈饔糜趩蝹€(gè)NMR測(cè)井序列，周期性地作用于單個(gè)測(cè)井通道，或獨(dú)立的測(cè)井通道中。
適當(dāng)?shù)腘MR測(cè)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(yīng)j)其中TR序列間等待的時(shí)間；tcp,j是Carr-Purcell間隔；x,y分別表示90°和180°脈沖相位；j回波信號(hào)的指數(shù)對(duì)單一流體，在一個(gè)有梯度的磁場(chǎng)中和恒定的tcp時(shí)，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(shí)間T2i的流體的數(shù)量；M(o)是t=0時(shí)刻的信號(hào)幅度T2,i是流體數(shù)量Ai的橫向弛豫時(shí)間T1,i是流體數(shù)量Ai的縱向弛豫時(shí)間γ是該流體核子的旋磁率G是磁場(chǎng)的梯度D是多孔巖中流體分子的自擴(kuò)散系數(shù)。
從含有幾種流體的地層中產(chǎn)生的NMR回波曲線是各個(gè)流體產(chǎn)生回波的疊加，因此M(t)=∑Mj(t)(4)其中Mj(t)是第j個(gè)流體數(shù)量的NMR回波衰減比，如方程(3)所述。
擴(kuò)散系數(shù)D的大小與流體的溫度和粘度有關(guān)，且近似為經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式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(kuò)散必然受到限制，這意味著D不是常量，而是有效擴(kuò)散時(shí)間2tcp和孔體系幾何形狀的函數(shù)。
應(yīng)當(dāng)清楚的是將來自不同流體的回波區(qū)分開來是根據(jù)不同擴(kuò)散系數(shù)對(duì)NMR響應(yīng)所產(chǎn)生的作用(改變脈沖時(shí)間間隔)，和/或根據(jù)不同的縱向弛豫時(shí)間對(duì)NMR響應(yīng)所產(chǎn)生的作用(改變TR)。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，該至少一個(gè)變量包括有NMR脈沖序列之間的等待時(shí)間，該等待時(shí)間例如在CPMG序列中是指TR。
更具吸引力的是應(yīng)用呈NMR脈沖間隔和磁場(chǎng)梯度的乘積的形式的第一個(gè)變量和以NMR脈沖序列之間等待時(shí)間這種形式出現(xiàn)的第二個(gè)變量(在CPMG序列中的TR)。應(yīng)當(dāng)理解的是第一個(gè)變量將和磁場(chǎng)梯度一起施加于具有不同NMR擴(kuò)散系數(shù)的流體中去。
所發(fā)明的方法中的步驟e)最好包括對(duì)所測(cè)的NMR回波響應(yīng)和所選擇的關(guān)系式采用反逆法。
最好采用恰當(dāng)?shù)姆匠淌?4)，同時(shí)將改變至少一個(gè)變量(如第一和第二變量)所得到的被測(cè)量的NMR回波響應(yīng)數(shù)據(jù)逆置過來，因?yàn)檫@種方法允許該變量有更寬的范圍，對(duì)各個(gè)衰減曲線允許有可能的不同噪音水平，而且能顧及任意數(shù)量的衰減曲線。
實(shí)施例參見附圖，下面說明的是對(duì)一個(gè)巖石地層樣品采用梯度磁場(chǎng)NMR測(cè)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(jiǎn)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(jiǎn)要地示出了對(duì)兩個(gè)不同的脈沖時(shí)間間隔NMR回波信號(hào)之比隨不同時(shí)刻油飽和度變化的關(guān)系。
選出兩個(gè)橫向弛豫時(shí)間和相應(yīng)的兩個(gè)容積部分來模擬水。具有短弛豫時(shí)間的部分表示結(jié)合水且保持恒定，而具有長(zhǎng)弛豫時(shí)間的部分代表流動(dòng)著的水且隨油的飽和度而變化。油用一個(gè)橫向弛豫時(shí)間和相應(yīng)的容積來模擬。參數(shù)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(gè)圖表示經(jīng)過歸一化處理的兩個(gè)脈沖時(shí)間間隔(2tcp)的NMR回波衰減曲線，每個(gè)圖中上面的那條曲線(編號(hào)1a,1b,1c,1d)表示脈沖時(shí)間間隔2tcp=2ms時(shí)NMR響應(yīng)隨時(shí)間t的變化，下面的曲線(編號(hào)2a,2b,2c,2d)表示脈沖時(shí)間間隔2tcp=6ms時(shí)NMR響應(yīng)隨時(shí)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。因此采用至少兩個(gè)不同的脈沖時(shí)間間隔，可確定上部和下部曲線之間的距離，根據(jù)此距離可以確定油的飽和度。
建議通過采用適當(dāng)?shù)臄?shù)值極小化方法將整個(gè)曲線和方程(3)的適當(dāng)形式相擬合確定水的飽和度(或油的飽和度)，本發(fā)明方法的靈敏度可以從圖5中得到，圖5表示對(duì)選定的時(shí)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(shù)實(shí)際值的范圍內(nèi)重復(fù)該方法，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法只是很小程度上取決于油參數(shù)的實(shí)際值。如果沒有關(guān)于這些參數(shù)的信息可用，水飽和度預(yù)計(jì)的誤差最高為0.1。如果油的粘度可以估計(jì)在小數(shù)點(diǎn)兩位的精度，相應(yīng)的水飽和度的誤差與整個(gè)測(cè)量精度相比可以忽略不計(jì)。
本方法例如可以用于在地層中形成鉆孔的情況下，或者用于從地層中取得鉆土取樣的實(shí)驗(yàn)室中。
另外，本方法對(duì)于在為了置換出地層中的油對(duì)地層采用注水或氣驅(qū)的條件下確定殘留油的飽和度具有吸引力。
權(quán)利要求
1．一種從選自至少兩種被含于地層中的流體中的一種流體數(shù)量的確定方法，其中包括a)在該地層區(qū)中施加磁場(chǎng)；b)在該地層區(qū)中進(jìn)行脈沖-回波NMR測(cè)量；c)選擇由該流體，流體數(shù)量產(chǎn)生的NMR回波響應(yīng)，和以取決于所述流體數(shù)量的方式影響NMR回波響應(yīng)的至少一個(gè)變量之間的關(guān)系；d)在NMR測(cè)量過程中改變?cè)撝辽僖粋€(gè)變量，以取決于所述流體數(shù)量的方式影響NMR回波響應(yīng)。e)通過將NMR回波響應(yīng)與已選擇的關(guān)系相對(duì)照，確定所選流體占的比例。
2．權(quán)利要求1中的方法，其中流體有不同的NMR擴(kuò)散系數(shù)，不同的NMR擴(kuò)散系數(shù)處在選擇的關(guān)系式中，該磁場(chǎng)有磁場(chǎng)梯度，該至少一個(gè)變量是NMR脈沖間隔和磁場(chǎng)梯度的乘積。
3．權(quán)利要求2的方法，其中至少有兩個(gè)不同長(zhǎng)度的NMR脈沖間隔用于NMR測(cè)量。
4．權(quán)利要求1的方法，其中該至少一個(gè)變量包含NMR脈沖序列之間的等待時(shí)間。
5．權(quán)利要求2或3中的方法，其中NMR脈沖間隔和磁場(chǎng)梯度的乘積形成第一個(gè)變量，其中至少一個(gè)變量包括的第二個(gè)變量為在NMR脈沖序列之間的等待時(shí)間。
6．權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中步驟(e)包括對(duì)所測(cè)的NMR回波響應(yīng)和選擇的關(guān)系式采用逆向法。
7．從屬于權(quán)利要求5的權(quán)利要求6的方法，其中將通過改變第一和第二個(gè)變量得到的測(cè)量的NMR回波響應(yīng)數(shù)據(jù)同時(shí)逆過來。
8．權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中NMR測(cè)量包括如上所定義的CPMG序列。
9．權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其關(guān)系式有如上所定義的形式M(t)=∑Mj(t)。
10．權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)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(quán)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(gè)。
12．權(quán)利要求11的方法，其中所選的流體包括對(duì)地層施加注水或氣驅(qū)后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(shù)量的確定方法,該方法包括對(duì)該地層區(qū)施加磁場(chǎng);對(duì)該地層區(qū)進(jìn)行脈沖回波測(cè)量;選擇來自該流體,流體數(shù)量的NMR回波響應(yīng)和以取決于所述流體數(shù)量的方式影響該NMR回波響應(yīng)的變量之間的關(guān)系;在NMR測(cè)量過程中改變這些變量,所測(cè)到的NMR回波響應(yīng)以取決于所述流體數(shù)量的方式受到影響。所選擇流體的數(shù)量通過將NMR回波響應(yīng)和選擇的關(guān)系式對(duì)照而得到確定。
文檔編號(hào)G01R33/44GK1213433SQ97192988
公開日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1997年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月14日
發(fā)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(qǐng)人:國際殼牌研究有限公司