RU2478991C2 - Methods and apparatus for measuring streaming potentials and determining underground formation characteristics - Google Patents
Methods and apparatus for measuring streaming potentials and determining underground formation characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2478991C2 RU2478991C2 RU2009132837/28A RU2009132837A RU2478991C2 RU 2478991 C2 RU2478991 C2 RU 2478991C2 RU 2009132837/28 A RU2009132837/28 A RU 2009132837/28A RU 2009132837 A RU2009132837 A RU 2009132837A RU 2478991 C2 RU2478991 C2 RU 2478991C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- formation
- well
- sensors
- electrodes
- filtration
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 117
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 80
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 168
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 31
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 30
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims description 12
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 2
- -1 gravel Substances 0.000 claims description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 5
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 20
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 105
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 74
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 26
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 15
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 5
- 239000012223 aqueous fraction Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000009295 crossflow filtration Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
Description
Уровень техники изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION
1. Область техники, к которой относится изобретение1. The technical field to which the invention relates.
В общем настоящее изобретение относится к нефтегазовой промышленности. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройствам и способам для измерения фильтрационных потенциалов, являющихся результатом переходных процессов изменения давления в подземном пласте, пересекаемом стволом скважины. Настоящее изобретение также относится к способам осуществления исследований, касающихся определения характеристик подземного пласта, по результатам измерений фильтрационного потенциала. Одной такой характеристикой является проницаемость пласта на различных глубинах, но изобретение не ограничено этим.In general, the present invention relates to the oil and gas industry. More specifically, the present invention relates to devices and methods for measuring filtration potentials resulting from transients of pressure changes in an underground formation intersected by a wellbore. The present invention also relates to methods for carrying out studies relating to the characterization of an underground formation from measurements of a filtration potential. One such characteristic is the permeability of the formation at various depths, but the invention is not limited to this.
2. Уровень техники2. The level of technology
Предыстория возможности осуществления измерений фильтрационных потенциалов в пластах, пересекаемых стволом скважины, является долгой. В патенте США №2433746, 1947, Doll предположил, что сильная вибрация скважинного устройства в стволе скважины может вызывать осцилляции давления и перемещение флюида относительно пласта, что, в свою очередь, может приводить к возрастанию доступных для измерения фильтрационных потенциалов, обусловленных эффектом электрокинетических потенциалов. В патенте США №2814017, 1957, Doll предложил способы исследования проницаемостей подземных пластов путем измерения разностей фаз между периодическими волнами давления, проходящими через пласты, и потенциалов, создаваемых при колебательном перемещении пластового флюида, вызванном этими волнами давления. С другой стороны, было предложено использовать периодически изменяющийся электрический ток для создания колебательного перемещения пластового флюида, приводящего, в свою очередь, к формированию в пласте периодических волн давления. В результате осуществления измерения сдвига фаз между создающими и создаваемыми физическими величинами будет получаться непосредственный показатель относительной проницаемости пласта.The background to the possibility of measuring the filtration potentials in the reservoirs intersected by the wellbore is long. In US Pat. No. 2,433,746,1947, Doll suggested that strong vibration of the downhole device in the wellbore can cause pressure oscillations and fluid movement relative to the formation, which in turn can lead to an increase in the filtration potentials available for measurement due to the effect of electrokinetic potentials. In US patent No. 2814017, 1957, Doll proposed methods for studying the permeability of underground formations by measuring phase differences between periodic pressure waves passing through the formations and potentials created by the oscillatory movement of the formation fluid caused by these pressure waves. On the other hand, it was proposed to use a periodically changing electric current to create oscillatory movement of the formation fluid, which, in turn, leads to the formation of periodic pressure waves in the formation. As a result of the measurement of the phase shift between the creating and created physical quantities, a direct indicator of the relative permeability of the formation will be obtained.
В патенте США № 3599085 (Semmelink A.) под названием “Apparatus for well logging by measuring and comparing potentials caused by sonic excitation”, 1971, было предложено прикладывать к поверхности пласта низкочастотную акустическую энергию с тем, чтобы создавать мощные электрокинетические импульсы или импульсы течения в непосредственной близости от акустического генератора. В соответствии с раскрытием этого патента электрокинетические импульсы, являющиеся результатом сдавливания (т.е. состязания вязкости и инерции) пласта, и импульсы фильтрационного потенциала вызывают периодические перемещения пластового флюида относительно породы пласта. Перемещение флюида создает обнаруживаемые электрокинетические потенциалы на той же самой частоте, которую имеет приложенная акустическая энергия, и имеющие в любом заданном месте величины, прямо пропорциональные скорости движения флюида и обратно пропорциональные квадрату расстояния от геометрического места точек импульсов фильтрационного потенциала. Поскольку, как было обнаружено, скорость флюида снижается относительно первоначального значения с увеличением расстояния, проходимого через пласт, с темпом, отчасти зависящим от проницаемости породы пласта, то было сделано предположение, что величина электрокинетического потенциала на любом заданном расстоянии от импульса дает относительный показатель проницаемости пласта. Получив отношение величин (амплитуд синусоид) электрокинетического потенциала в местах, отстоящих от акустического генератора, по которому можно найти эффективную глубину проникновения электрокинетического потенциала, в свою очередь, можно определить действительную проницаемость.US Pat. No. 3,599,085 (Semmelink A.), entitled “Apparatus for well logging by measuring and comparing potentials caused by sonic excitation”, 1971, proposed applying low frequency acoustic energy to the formation surface in order to generate powerful electrokinetic or flow pulses in the vicinity of the acoustic generator. In accordance with the disclosure of this patent, electrokinetic pulses resulting from compression (i.e. viscosity and inertia) of the formation and filtration potential pulses cause periodic displacement of the formation fluid relative to the formation rock. The movement of the fluid creates detectable electrokinetic potentials at the same frequency as the applied acoustic energy, and having values at any given location that are directly proportional to the velocity of the fluid and inversely proportional to the square of the distance from the geometric location of the pulse points of the filtration potential. Since it was found that the fluid velocity decreases with respect to the initial value with increasing distance traveled through the formation, with a rate partially dependent on the permeability of the formation rock, it was suggested that the value of the electrokinetic potential at any given distance from the pulse gives a relative indicator of the permeability of the formation . Having obtained the ratio of the magnitudes (amplitudes of sinusoids) of the electrokinetic potential in places that are separated from the acoustic generator by which it is possible to find the effective penetration depth of the electrokinetic potential, in turn, it is possible to determine the actual permeability.
В патенте США № 4427944, 1984, Chandler предложил скважинный прибор стационарного типа и способ для определения проницаемости пласта. Скважинный прибор включает в себя прижимной каротажный зонд, который приводят в зацепление с поверхностью пласта в нужном месте и который включает в себя средство для нагнетания флюида в пласт и электроды для измерения переходных процессов изменения электрокинетических фильтрационных потенциалов и времени отклика на нагнетание флюида. Нагнетание флюида является эффективным для возбуждения в пласте импульсов давления, которые вызывают в пласте переходное течение. Chandler предложил измерять характеристическое время отклика переходных фильтрационных потенциалов, создаваемых в пласте таким течением, чтобы получать точную информацию относительно проницаемости пласта.In US Pat. No. 4,427,944, 1984, Chandler proposed a stationary type downhole tool and method for determining formation permeability. The downhole tool includes a downhole logging probe, which is engaged with the surface of the formation in the right place and which includes means for pumping fluid into the reservoir and electrodes for measuring transients of changes in electrokinetic filtration potentials and response time for pumping fluid. Fluid injection is effective for generating pressure pulses in the formation that cause a transient flow in the formation. Chandler proposed measuring the characteristic response time of transient filtering potentials generated in the formation in such a way as to obtain accurate information regarding the permeability of the formation.
В патенте США № 5503001, 1996, Wong предложил способ и устройство для измерения фильтрационного потенциала конечной частоты и электроосмотического напряжения, наведенных вследствие приложения осцилляций давления с конечной частотой и переменного тока. Предложенное устройство включает в себя электромеханический преобразователь, который на конечной частоте создает осцилляции перепада давлений между двумя точками, и множество электродов, с помощью которых обнаруживаются перепад давлений и сигнал фильтрационного потенциала между теми же самыми двумя точками вблизи источника прикладываемого давления и на той же самой частоте путем использования синхронного усилителя или цифрового анализатора частотной характеристики. Wong считает, что, поскольку посредством устройства измерения осуществляется измерение перепада давлений на конечных частотах между двумя точками пористой среды вблизи источника прикладываемого давления (или тока), то этим существенно уменьшается влияние фоновых помех, создаваемых гидростатическим давлением, обусловленным глубиной залегания измеряемого пласта.In US patent No. 5503001, 1996, Wong proposed a method and apparatus for measuring the filtering potential of a finite frequency and electroosmotic voltage induced due to the application of pressure oscillations with a finite frequency and alternating current. The proposed device includes an electromechanical converter, which at the final frequency creates oscillations of the pressure drop between two points, and many electrodes, with which a pressure drop and a filtering potential signal are detected between the same two points near the source of applied pressure and at the same frequency by using a synchronous amplifier or digital frequency response analyzer. Wong believes that since the pressure differential at the final frequencies between two points of the porous medium near the source of applied pressure (or current) is measured using a measuring device, this significantly reduces the effect of background noise created by hydrostatic pressure due to the depth of the measured formation.
Несмотря на долгую предысторию и многочисленные идеи из предшествующего уровня техники, заявитель считает, что на самом деле до полевых измерений, выполненных в подтверждение настоящего изобретения, скважинные измерения переходных процессов изменения фильтрационного потенциала на реальных нефтяных месторождениях никогда не проводились. Имеются несколько причин отсутствия фактической реализации предложенных вариантов осуществления из предшествующего уровня техники. Wong считает, что ни измерение фильтрационного потенциала, ни измерение электроосмотического потенциала само по себе не дает надежного показателя проницаемости пласта, особенно пласта с низкой проницаемостью. Wong утверждает, что попытки измерения сигнала фильтрационного потенциала с помощью электродов, находящихся на расстояниях друг от друга, превышающих одну длину волны, являются ошибочными, поскольку осцилляции давления распространяются как акустическая волна, и перепад давлений будет зависеть от величины и фазы волны, а сигнал фильтрационного потенциала будет очень слабым, так как значительная часть энергии потеряется на вязкое рассеяние на всем протяжении этого расстояния. Кроме того, Wong утверждает, что приложение к пласту постоянного тока и измерение переходного напряжения во временной области не дадут эффекта в пластах с низкой проницаемостью, поскольку при более длительном времени отклика и очень низком сигнале фильтрационного потенциала на поверхности раздела электродов в динамике во времени будут превалировать дрейфы напряжения. Поэтому, несмотря на теоретические возможности, сформулированные в предшествующем уровне техники, общепринятая точка зрения специалистов в данной области техники (на которых Wong ориентируется) заключается в том, что практические измерения фильтрационного потенциала не могут быть осуществлены вследствие низких уровней сигналов, высоких уровней шумов, плохого пространственного разрешения и недостаточной долговременной стабильности. Несомненно, трудно получать данные о переходном процессе изменения давления с высоким пространственным разрешением, поскольку ствол скважины является по существу изобарической областью. С помощью датчиков давления, помещаемых внутрь ствола скважины, нельзя получать подробную информацию о переходных процессах изменения давления внутри пласта, если пласт является неоднородным. Чтобы сделать это, необходимо разделять ствол скважины на гидравлически изолированные зоны, что является трудной и требующей больших затрат задачей. Кроме того, должно быть понятно, что некоторые предложенные приборы из предшествующего уровня техники, даже если они и функционируют так, как задумано, находят чрезвычайно узкое применение. Например, прибор, который предложил Chandler, будет работать в пробуренных стволах скважин только до обсаживания, и при этом необходима остановка прибора на некоторое время на каждом месте, где должны быть осуществлены измерения. Поэтому прибор, который предложил Chandler, не может быть использован в качестве устройства для измерения в процессе бурения или каротажа в процессе бурения, неприменим в законченных скважинах для осуществления измерений в процессе добычи и даже не может быть использован на подвижной гирлянде каротажных устройств.Despite the long background and numerous ideas from the prior art, the applicant believes that, in fact, before field measurements performed in support of the present invention, downhole measurements of transient changes in the filtration potential in real oil fields were never carried out. There are several reasons for the lack of actual implementation of the proposed prior art embodiments. Wong believes that neither measuring the filtration potential nor measuring the electroosmotic potential alone provides a reliable indicator of the permeability of the formation, especially a formation with low permeability. Wong claims that attempts to measure the signal of the filtration potential using electrodes located at distances greater than one wavelength from each other are erroneous, since pressure oscillations propagate as an acoustic wave, and the pressure drop will depend on the magnitude and phase of the wave, and potential will be very weak, since a significant part of the energy will be lost to viscous scattering throughout this distance. In addition, Wong claims that applying a direct current to the formation and measuring the transient voltage in the time domain will not have an effect in formations with low permeability, since with a longer response time and a very low signal of the filtration potential at the electrode interface, the dynamics will prevail over time voltage drifts. Therefore, despite the theoretical possibilities formulated in the prior art, the generally accepted point of view of specialists in this field of technology (which Wong focuses on) is that practical measurements of the filtration potential cannot be carried out due to low signal levels, high noise levels, poor spatial resolution and insufficient long-term stability. Undoubtedly, it is difficult to obtain pressure transient data with a high spatial resolution, since the wellbore is essentially an isobaric region. Using pressure sensors placed inside the wellbore, it is impossible to obtain detailed information about transient changes in pressure inside the formation if the formation is heterogeneous. To do this, it is necessary to divide the wellbore into hydraulically isolated zones, which is a difficult and costly task. In addition, it should be clear that some of the proposed devices from the prior art, even if they function as intended, find extremely narrow application. For example, the instrument proposed by Chandler will only work in drilled wellbores until casing, and it is necessary to stop the instrument for a while at each place where measurements are to be taken. Therefore, the instrument proposed by Chandler cannot be used as a device for measuring during drilling or logging during drilling, is not applicable in completed wells for measurements during production, and cannot even be used on a moving garland of logging devices.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Поэтому задача изобретения заключается в создании способов и устройств для измерений фильтрационного потенциала в подземном пласте.Therefore, the objective of the invention is to provide methods and devices for measuring the filtration potential in an underground formation.
Еще одна задача изобретения заключается в создании способов и устройств для измерения фильтрационных потенциалов в пласте в процессе бурения ствола скважины.Another objective of the invention is to provide methods and devices for measuring the filtration potentials in the reservoir during the drilling of the wellbore.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании способов и устройств для измерения фильтрационных потенциалов в пласте около устройства, постоянно установленного в стволе скважины.An additional objective of the invention is to provide methods and devices for measuring the filtration potentials in the reservoir near the device, constantly installed in the wellbore.
Задача изобретения также заключается в создании способов и устройств для измерения фильтрационных потенциалов в пласте с помощью перемещаемого скважинного прибора.The objective of the invention is also to create methods and devices for measuring the filtration potentials in the reservoir using a movable downhole tool.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании способов определения характеристик пласта путем использования результатов измерений фильтрационных потенциалов.An additional objective of the invention is to create methods for determining the characteristics of the reservoir by using the results of measurements of filtration potentials.
Еще одна задача изобретения заключается в создании способов определения характеристик трещин в пласте путем использования результатов измерений фильтрационных потенциалов.Another objective of the invention is to create methods for determining the characteristics of cracks in the reservoir by using the results of measurements of filtration potentials.
Дополнительная задача изобретения заключается в создании способов определения одного или нескольких из проницаемости пласта, проницаемости приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью, эффективной проницаемости трещины и горизонтальной и вертикальной проницаемостей пласта путем использования результатов измерений фильтрационных потенциалов.An additional objective of the invention is to provide methods for determining one or more of the permeability of the formation, the permeability of the near-barrel part of the formation with impaired permeability, effective permeability of the fracture, and horizontal and vertical permeability of the formation by using the results of measurements of filtration potentials.
В соответствии с этими задачами, которые будут подробно обсуждены ниже, предложены различные способы и устройства для измерения фильтрационного потенциала в подземном пласте. Первый вариант осуществления изобретения относится к измерению фильтрационного потенциала в процессе бурения ствола скважины. В настоящей заявке измерение в процессе бурения и каротаж в процессе бурения будут считаться равнозначными. Второй вариант осуществления изобретения относится к измерению фильтрационного потенциала с помощью скважинного прибора, который выполнен с возможностью осуществления измерений при перемещении по стволу скважины. Третий вариант осуществления изобретения относится к измерению фильтрационного потенциала с помощью устройства, которое постоянно установлено (например, зацементировано) вокруг ствола скважины. Все варианты осуществления изобретения могут быть использованы для обнаружения характеристик пласта. В частности, поскольку измерение фильтрационного потенциала непосредственно связано с движением флюидов, то результаты измерений фильтрационных потенциалов могут быть использованы для отслеживания движения флюидов в пласте. В свою очередь, эта информация может быть использована для нахождения проницаемости пласта в различных слоях породы вокруг ствола скважины и/или для обнаружения трещин в пласте и определения их характеристик.In accordance with these tasks, which will be discussed in detail below, various methods and devices for measuring the filtration potential in an underground formation are proposed. The first embodiment of the invention relates to measuring the filtration potential during the drilling of a wellbore. In this application, measurement during drilling and logging during drilling will be considered equivalent. A second embodiment of the invention relates to measuring the filtration potential using a downhole tool, which is configured to take measurements while moving along the wellbore. A third embodiment of the invention relates to measuring the filtration potential using a device that is permanently installed (eg, cemented) around the wellbore. All embodiments of the invention can be used to detect formation characteristics. In particular, since the measurement of the filtration potential is directly related to the movement of the fluids, the results of measurements of the filtration potentials can be used to track the movement of fluids in the reservoir. In turn, this information can be used to find the permeability of the formation in various layers of the rock around the wellbore and / or to detect cracks in the formation and determine their characteristics.
Дополнительные задачи и преимущества изобретения станут понятными специалистам в данной области техники при обращении к подробному описанию в сочетании с сопровождающими чертежами.Additional objects and advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art upon reference to the detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертежах:In the drawings:
Фиг.1 - схематический вид законченной горизонтальной скважины, имеющей электроды, размещенные около нее, для измерения фильтрационных потенциалов;Figure 1 is a schematic view of a completed horizontal well having electrodes located near it, for measuring filtration potentials;
Фиг.2 - схематический вид электродов, установленных на изолированных соединительных секциях, при заканчивании скважины из Фиг.1 с использованием песочных фильтров;Figure 2 is a schematic view of the electrodes mounted on insulated connecting sections, when completing the well of Figure 1 using sand filters;
Фиг.3 - график переходных процессов изменения давления, измеренных для двух зон из зон, показанных на Фиг.1;Figure 3 is a graph of transients of pressure changes measured for two zones from the zones shown in Figure 1;
Фиг.4 - график, иллюстрирующий в зависимости от времени переходные процессы изменения давления и фильтрационные потенциалы для скважины из Фиг.1;Figure 4 is a graph illustrating, depending on time, transients of pressure change and filtration potentials for the well of Figure 1;
Фиг.5 - график, иллюстрирующий фильтрационные потенциалы, измеренные с помощью электродов в зоне 2 из Фиг.1;FIG. 5 is a graph illustrating filtration potentials measured with electrodes in
Фиг.6 - график, иллюстрирующий фильтрационные потенциалы, измеренные с помощью электродов в зоне 3 из Фиг.1;FIG. 6 is a graph illustrating filtration potentials measured with electrodes in
Фиг.7 - график, иллюстрирующий дрейфы напряжений на электродах в зоне 1 из Фиг.1;FIG. 7 is a graph illustrating voltage drifts at the electrodes in
Фиг.8 - график, иллюстрирующий фильтрационные потенциалы, измеренные с помощью электродов в зоне 1 из Фиг.1;Fig. 8 is a graph illustrating filtration potentials measured with electrodes in
Фиг.9 - схематический вид скважины из Фиг.1, иллюстрирующий качественные определения характеристик, осуществленные по информации, полученной с помощью электродов, расположенных около скважины;Fig.9 is a schematic view of the well of Fig.1, illustrating the qualitative definitions of the characteristics, carried out according to the information obtained using electrodes located near the well;
Фиг.9а - схематическое представление прямой модели неоднородного пласта;Fig. 9a is a schematic representation of a direct model of a heterogeneous formation;
Фиг.9b - график фильтрационных потенциалов, полученных с помощью прямой модели из Фиг.9а;Fig. 9b is a graph of filtration potentials obtained using the direct model from Fig. 9a;
Фиг.9с - схематическое представление прямой модели пласта с трещиной;Fig. 9c is a schematic representation of a straight fracture formation model;
Фиг.9d - график фильтрационных потенциалов, полученных с помощью прямой модели из Фиг.9с;Fig. 9d is a graph of filtration potentials obtained using the direct model of Fig. 9c;
Фиг.10 - схематический вид законченной вертикальной скважины, имеющей электроды, размещенные около нее, для измерения фильтрационных потенциалов;Figure 10 is a schematic view of a completed vertical well having electrodes located near it, for measuring filtration potentials;
Фиг.11 - схематическая иллюстрация способа, в соответствии с которым электроды были установлены в законченной скважине из Фиг.10;11 is a schematic illustration of the method in which the electrodes were installed in the completed well of FIG. 10;
Фиг.12 - график давления на устье скважины, приложенного к скважине из Фиг.10, в течение нескольких суток;Fig. 12 is a graph of the pressure at the wellhead applied to the well of Fig. 10 over several days;
Фиг.13 - график, иллюстрирующий давление на устье скважины из Фиг.12 и фильтрационные потенциалы, измеренные группой электродов на месте расположения коллектора, показанного на Фиг.10;Fig.13 is a graph illustrating the pressure at the wellhead of Fig.12 and the filtration potentials measured by a group of electrodes at the location of the collector shown in Fig.10;
Фиг.14 - увеличенный вариант участка из Фиг.13;Fig - an enlarged version of the plot of Fig;
Фиг.15 - график, иллюстрирующий давление на устье скважины из Фиг.12 и фильтрационные потенциалы, измеренные группой электродов выше места расположения коллектора;Fig is a graph illustrating the pressure at the wellhead of Fig and filtration potentials measured by a group of electrodes above the location of the collector;
Фиг.16 - увеличенный вариант участка из Фиг.15;Fig.16 is an enlarged version of the plot of Fig.15;
Фиг.17 - график, иллюстрирующий давление на устье скважины из Фиг.12 и фильтрационные потенциалы, измеренные группой электродов ниже места расположения коллектора;Fig is a graph illustrating the pressure at the wellhead of Fig and filtration potentials, measured by a group of electrodes below the location of the collector;
Фиг.18 - схематический вид скважины из Фиг.10, иллюстрирующий качественные определения характеристик, осуществленные по информации, полученной с помощью электродов, расположенных около скважины;Fig. 18 is a schematic view of the well of Fig. 10, illustrating qualitative characterization performed by information obtained using electrodes located near the well;
Фиг.18а - схематическое представление прямой модели трещины для вертикальной продуктивной скважины;Fig. 18a is a schematic representation of a straight fracture model for a vertical production well;
Фиг.18b - график фильтрационных потенциалов, полученных с помощью прямой модели из Фиг.18а;Fig. 18b is a graph of filtration potentials obtained using the direct model from Fig. 18a;
Фиг.19 - увеличенный вариант участка из Фиг.17, который использован для показа стабильности электродов;Fig - enlarged version of the plot of Fig, which is used to show the stability of the electrodes;
Фиг.20 - схематический вид законченной скважины с необсаженным стволом и с электродами, расположенными около изолирующей зоны, окружающей лифтовую колонну;Fig. 20 is a schematic view of a completed well with an open hole and with electrodes located near the insulating zone surrounding the elevator string;
Фиг.21 - схематический вид законченной скважины с обсаженным стволом и с электродами, включенными в обсадную колонну;Fig is a schematic view of a completed well with a cased hole and with electrodes included in the casing;
Фиг.22 - схематический вид прибора для каротажа в процессе бурения с электродами для измерения фильтрационных потенциалов, расположенными на нем;Fig is a schematic view of a tool for logging while drilling with electrodes for measuring filtration potentials located on it;
Фиг.23 - схематический вид спускаемого на кабеле прибора, имеющего электроды для измерения фильтрационных потенциалов, расположенные на нем;23 is a schematic view of a cable-launched device having electrodes for measuring filtering potentials located on it;
Фиг.23а - схематическое представление прямой модели спускаемого на кабеле прибора, который выполнен с возможностью прорезания глинистой корки ствола скважины;Figa is a schematic representation of a direct model of a tool launched on a cable, which is configured to cut a clay crust of a wellbore;
Фиг.23b - график фильтрационных потенциалов, полученных с помощью прямой модели из Фиг.23а, для не затронутой проникновением зоны;Fig.23b is a graph of filtration potentials obtained using the direct model of Fig.23a, for not affected by the penetration of the zone;
Фиг.23с - график фильтрационных потенциалов, полученных с помощью прямой модели из Фиг.23а, для зоны проникновения фильтрата;Fig.23c is a graph of filtration potentials obtained using the direct model of Fig.23a, for the zone of penetration of the filtrate;
Фиг.23d - график, полученный с помощью прямой модели из Фиг.23а, чувствительности фильтрационного потенциала к глубине проникновения; иFig.23d is a graph obtained using the direct model of Fig.23a, the sensitivity of the filtration potential to the penetration depth; and
Фиг.23е - график, иллюстрирующий инверсию синтетических данных для проницаемости и наилучшее соответствие для пяти параметров модели.Fig.23e is a graph illustrating the inversion of synthetic data for permeability and the best fit for the five parameters of the model.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществленияDetailed Description of Preferred Embodiments
До обращения к чертежам целесообразно рассмотреть некоторые теоретические соображения, относящиеся к физике изобретения. В коллекторных породах существует тонкий заряженный двойной слой на границе раздела между скелетом горной породы и водой в порах. Поверхность скелета заряжена отрицательно, а вода заряжена положительно. Когда вода перемещается под действием градиента ∇p давления, вместе с течением воды создается электрический ток i e. Электрический ток пропорционален течению воды, которое пропорционально градиенту давления: Before referring to the drawings, it is advisable to consider some theoretical considerations related to the physics of the invention. In reservoir rocks there is a thin charged double layer at the interface between the rock skeleton and the water in the pores. The surface of the skeleton is negatively charged, and the water is positively charged. When water moves under the action of a pressure gradient ∇ p , an electric current i e is created along with the flow of water. Electric current is proportional to the flow of water, which is proportional to the pressure gradient:
где L - постоянная связи, которая является свойством породы.where L is the coupling constant, which is a property of the breed.
Переходные процессы изменения давления возникают в пласте при многих различных работах, которые производятся в период эксплуатации скважины, таких, как бурение, закачивание бурового раствора с проникновением его в пласт, цементирование, закачивание в пласт воды и кислоты, гидравлический разрыв пласта и добыча нефти и газа. Испытание при переходном процессе изменения давления представляет собой общепризнанный способ определения таких свойств коллектора, как проницаемость, размер коллектора и гидродинамическая связь между различными зонами и между различными скважинами. Кроме того, как изложено ниже, для определения этих свойств могут быть использованы переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, связанные с переходными процессами изменения давления.Transient pressure changes occur in the formation during many different operations that are carried out during the life of the well, such as drilling, injecting drilling fluid with its penetration into the formation, cementing, injecting water and acid into the formation, hydraulic fracturing and oil and gas production . Pressure transient testing is a generally accepted way of determining reservoir properties such as permeability, reservoir size, and hydrodynamic coupling between different zones and between different wells. In addition, as described below, to determine these properties can be used transient changes in the filtration potential associated with transient changes in pressure.
Моделирование пластового давления p может быть осуществлено с помощью моделей многофазного потока. Моделирование фильтрационного потенциала целесообразно начать с уравнения диффузии однофазного потока: Modeling of reservoir pressure p can be carried out using multiphase flow models. It is advisable to begin modeling the filtration potential with the diffusion equation for a single-phase flow:
где k - проницаемость, µ - вязкость, ϕ - пористость и с - сжимаемость флюида.where k is the permeability, μ is the viscosity, ϕ is the porosity, and c is the compressibility of the fluid.
Фильтрационный потенциал V может быть вычислен на основании полученного моделированием поля давления p путем решения уравнения Пуассона: The filtration potential V can be calculated on the basis of the pressure field p obtained by modeling by solving the Poisson equation:
где σ - удельная электропроводность.where σ is the electrical conductivity.
Из уравнения (2) следует, что время Δt распространения на расстояние Δx в пласте переходного процесса изменения давления и связанного с ним переходного процесса изменения фильтрационного потенциала, возникающего на поверхности ствола скважины, имеет вид From equation (2) it follows that the propagation time Δ t at a distance Δ x in the reservoir of the transient process of changing the pressure and the associated transient process of changing the filtration potential that occurs on the surface of the wellbore has the form
В ранний момент времени переходные процессы изменения давления и фильтрационного потенциала являются чувствительными в основном к свойствам коллектора вблизи ствола скважины, а в поздний момент времени переходные процессы являются чувствительными к свойствам коллектора как вблизи ствола скважины, так и на расстоянии от ствола скважины. Свойства коллектора на различных расстояниях от ствола скважины могут быть определены путем упорядоченной во времени интерпретации измеренных переходных процессов. Интерпретация переходных процессов изменения давления таким упорядоченным во времени способом является общепринятой в данной области техники. Например, переходные процессы изменения давления в ранний момент времени используют для определения нарушения проницаемости или «скин-эффекта», а переходные процессы изменения давления в поздний момент времени используют для определения границ коллектора.At an early point in time, transients of pressure and filtration potential changes are mainly sensitive to the properties of the reservoir near the wellbore, and at a late time, transients are sensitive to the properties of the reservoir both near the wellbore and at a distance from the wellbore. The properties of the reservoir at various distances from the wellbore can be determined by time-ordered interpretation of measured transients. The interpretation of pressure transients in such a time-ordered manner is generally accepted in the art. For example, transients of pressure change at an early point in time are used to determine permeability or “skin effect” disturbances, and transients of pressure change at a late point in time are used to determine reservoir boundaries.
Эти применения очень сильно ограничиваются, если имеются результаты измерений только установившихся значений фильтрационных потенциалов. Для установившегося состояния уравнение (2) становится следующим These applications are very limited if there are measurements of only steady-state filtration potentials. For a steady state, equation (2) becomes
В таком случае перепад Δp давлений на глубинном интервале Δx пропорционален In this case, the pressure difference Δ p in the depth interval Δ x is proportional
Падение ΔV фильтрационного потенциала в зависимости от Δp имеет вид The drop Δ V of the filtration potential depending on Δ p has the form
при этом оно пропорционально while it is proportional
На основании установившегося фильтрационного потенциала можно получать информацию только о среднем значении свойства коллектора, и при этом он является значимым на интервалах с большими значениями (Lµ)/(σk). Считается, что при наличии глинистой корки установившийся фильтрационный потенциал находится под преобладающим влиянием глинистой корки и нечувствителен к свойствам коллектора. Проницаемость глинистой корки является очень низкой, и установившийся перепад давлений существует в основном на глинистой корке.Based on the established filtration potential, it is possible to obtain information only on the average value of the reservoir property, and at the same time, it is significant on intervals with large values ( Lµ ) / ( σk ). It is believed that in the presence of a clay cake, the steady-state filtration potential is dominated by a clay cake and is insensitive to reservoir properties. The permeability of the clay cake is very low, and a steady differential pressure exists mainly on the clay cake.
Хотя в принципе можно определять свойства коллектора на всех расстояниях от ствола скважины (т.е. по радиальным направлениям от ствола скважины) путем упорядоченной во времени интерпретации переходных процессов, на практике решающим вопросом является возможность осуществления измерений с достаточным качеством: точностью, пространственным разрешением и стабильностью в течение продолжительного периода времени. Трудно получать данные о переходном процессе изменения давления с высоким пространственным разрешением, поскольку ствол скважины является по существу изобарической областью. Если пласт является неоднородным, то с помощью датчика давления, помещенного внутрь ствола скважины, нельзя получать подробную информацию о переходных процессах изменения давления внутри пласта. Для осуществления этого необходимо сегментировать ствол скважины на гидравлически изолированные зоны, что является трудной задачей, требующей больших затрат при ее выполнении. С другой стороны, ствол скважины не является эквипотенциальной поверхностью для протекания электрического тока. Поэтому переходные процессы изменения фильтрационного потенциала могут быть измерены с помощью группы электродов, помещенных внутрь ствола скважины и электрически обособленных (то есть изолированных) друг от друга, и при этом может быть получена информация, эквивалентная информации во время испытания при переходном процессе изменения давления в гидравлически изолированной зоне, поскольку фильтрационный потенциал определяется градиентом давления. На самом деле, путем использования группы изолированных электродов для измерения фильтрационного потенциала можно измерять фильтрационный потенциал с более высоким пространственным разрешением, чем в случае испытания при переходном процессе изменения давления в гидравлически изолированной зоне.Although in principle it is possible to determine the properties of the reservoir at all distances from the wellbore (i.e., in the radial directions from the wellbore) by interpreting transients in an orderly manner over time, in practice the decisive question is the possibility of making measurements with sufficient quality: accuracy, spatial resolution and stability over an extended period of time. It is difficult to obtain pressure transient data with high spatial resolution because the wellbore is essentially an isobaric region. If the formation is heterogeneous, then using a pressure sensor placed inside the wellbore, it is impossible to obtain detailed information about transient pressure changes inside the formation. To accomplish this, it is necessary to segment the wellbore into hydraulically isolated zones, which is a difficult task requiring high costs in its implementation. On the other hand, the wellbore is not an equipotential surface for electric current to flow. Therefore, transient changes in the filtration potential can be measured using a group of electrodes placed inside the wellbore and electrically isolated (i.e. isolated) from each other, and information equivalent to the information during the test during the transient pressure change in hydraulically can be obtained isolated zone, since the filtration potential is determined by the pressure gradient. In fact, by using a group of isolated electrodes to measure the filtration potential, it is possible to measure the filtration potential with a higher spatial resolution than in the case of a transient test of a pressure change in a hydraulically isolated zone.
С учетом теоретического толкования, приведенного выше, согласно одному аспекту изобретения для измерения переходных процессов изменения фильтрационного потенциала изолированные электроды размещают в стволе скважины или в скважине, или около них. Как будет рассмотрено более подробно ниже, согласно различным вариантам осуществления изобретения электроды могут быть размещены на изолированных секциях бурильной трубы при осуществлении измерений в процессе бурения или каротажа в процессе бурения или на корпусе прибора, который перемещают по стволу скважины при кабельном каротаже. В случаях применений после заканчивания скважины электроды могут быть размещены на изолированном зонде, помещенном в необсаженный ствол при заканчивании скважины с необсаженным стволом, или на центраторах (или в качестве частей их) при заканчивании скважины с использованием песочных фильтров, или в изолированном окружении обсадной трубы при заканчивании скважины цементированием. При заканчивании скважины с необсаженным стволом и с электрически изолированными секциями обсадной трубы металлические обсадные трубы могут использоваться как электроды. Независимо от того каким образом размещают электроды, разности напряжений постоянного тока, указывающие на фильтрационные потенциалы, измеряют между опорным электродом и другими электродами группы. Начальные значения разностей напряжений между опорным электродом и другими электродами, которые обычно обусловлены различиями в химии поверхности электродов, вычитают из всех последующих данных, чтобы получать переходные процессы изменения давления.In view of the theoretical interpretation given above, according to one aspect of the invention, for measuring transients of a change in the filtration potential, insulated electrodes are placed in or near the wellbore or in the well. As will be discussed in more detail below, according to various embodiments of the invention, the electrodes can be placed on insulated sections of the drill pipe during measurements while drilling or logging while drilling or on the tool body, which is moved along the wellbore with cable logging. In applications after completion of the well, the electrodes can be placed on an insulated probe placed in an open hole when completing a well with an open hole, or on centralizers (or as parts of them) when completing the well using sand filters, or in an isolated casing environment when well completion by cementing. When completing an open hole well and with electrically isolated casing sections, metal casing can be used as electrodes. Regardless of how the electrodes are placed, the DC voltage differences, indicating the filtering potentials, are measured between the reference electrode and other electrodes of the group. The initial values of the voltage differences between the reference electrode and other electrodes, which are usually due to differences in the chemistry of the surface of the electrodes, are subtracted from all subsequent data to obtain transients of pressure change.
Согласно еще одному аспекту изобретения переходные процессы изменения фильтрационного потенциала создают любым из многих способов. Согласно одному варианту осуществления изобретения, связанному с бурением ствола скважины, перепад давлений между пластом и стволом скважины приводит к проникновению бурового раствора в пласт, к переходным процессам изменения давления и переходным процессам изменения фильтрационного потенциала. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, связанному с кабельным каротажем ствола скважины, переходные процессы изменения фильтрационного потенциала создают путем снабжения каротажного прибора одним или несколькими лезвиями, закрепляемыми на одном или нескольких отводных рычагах, которыми во время каротажа прорезают щели в глинистой корке. Вследствие большого репрессионного перепада давлений между пластом и стволом скважины при прорезании глинистой корки флюид будет протекать через щель, и возникающий переходный процесс изменения давления может быть измерен. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, применяемому при заканчивании и после заканчивания скважины, переходные процессы изменения фильтрационного потенциала создают путем закачивания раствора для заканчивания скважины, цемента, гравия, кислот, расклинивающего пропелланта, путем проведения испытания с нагнетанием воды, испытания на приток и т.д. В действительности, любое изменение дебита добычи также будет создавать переходные процессы изменения фильтрационного потенциала. При условии, что существует поток электропроводных флюидов, связанных с переходными процессами изменения давления, будет возникать переходный процесс изменения фильтрационного потенциала, и он может быть измерен путем использования размещенных электродов.According to another aspect of the invention, transients of changing filtration potential are created in any of many ways. According to one embodiment of the invention related to drilling a wellbore, the pressure differential between the formation and the wellbore leads to the penetration of the drilling fluid into the formation, to transient pressure changes and transient changes in the filtration potential. According to another embodiment of the invention associated with cable logging of the wellbore, transient changes in the filtration potential are created by supplying the logging tool with one or more blades that are mounted on one or more by-pass levers, through which slots are cut in the clay crust during logging. Due to the large pressure drop between the formation and the wellbore, when cutting the clay cake, the fluid will flow through the slot, and the resulting transient pressure change can be measured. According to another embodiment of the invention, used at the completion and after completion of the well, transient processes of changing the filtration potential are created by pumping a solution to complete the well, cement, gravel, acids, proppant, by conducting a water injection test, an inflow test, etc. d. In fact, any change in production flow rate will also create transient changes in the filtration potential. Provided that there is a flow of electrically conductive fluids associated with transients of pressure change, a transient process of changing the filtration potential will occur, and it can be measured by using placed electrodes.
Согласно еще одному аспекту изобретения данные, относящиеся к переходным процессам изменения фильтрационного потенциала, полученные с помощью электродов, интерпретируют для извлечения полезной информации. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что интерпретация данных о переходных процессах изменения давления (в противоположность данным о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала) с целью получения свойств коллектора, таких как проницаемость, является общепринятым способом. В пластах с высокой проницаемостью переходные процессы изменения давления протекают быстро во времени, тогда как в пластах с низкой проницаемостью переходные процессы изменения давления протекают медленно. Переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, создаваемые переходными процессами изменения давления, зависят от проницаемости пласта точно так же, как и переходные процессы изменения давления.According to another aspect of the invention, data related to transient changes in the filtration potential obtained by the electrodes are interpreted to extract useful information. Those of skill in the art would understand that interpreting transient pressure change data (as opposed to transient change in filtration potential) in order to obtain reservoir properties, such as permeability, is a common method. In reservoirs with high permeability, transient pressure changes occur rapidly in time, while in reservoirs with low permeability transient pressure changes occur slowly. Transient changes in the filtration potential created by transient changes in pressure depend on the permeability of the formation in the same way as transients of pressure change.
Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, имеются средства для аналитического и численного моделирования переходных процессов изменения давления. Параметры коллектора, представляющие интерес, могут быть определены путем варьирования параметров в модели до тех пор, пока вычисленное давление не будет согласовано с измеренными данными. Формально, пусть R будет обозначать набор параметров коллектора, подлежащих определению, а f p(R) пусть будет обозначать переходный процесс изменения давления, полученный моделированием. Расхождение между переходными процессами изменения давления, полученными моделированием и путем измерения, имеет вид: As should be clear to specialists in this field of technology, there are tools for analytical and numerical simulation of transient pressure changes. The reservoir parameters of interest can be determined by varying the parameters in the model until the calculated pressure is consistent with the measured data. Formally, let R denote the set of reservoir parameters to be determined, and let f p ( R ) denote the pressure transient obtained by the simulation. The discrepancy between the transients of the pressure change obtained by modeling and by measurement has the form:
Расхождение минимизируют при R=R 0, чтобы получить обращенные значения параметров коллектора.The discrepancy is minimized at R = R 0 in order to obtain the inverted values of the reservoir parameters.
Количественная интерпретация данных о фильтрационном потенциале с целью определения параметров коллектора, таких как проницаемость пласта, может быть осуществлена тем же самым способом, что и интерпретация данных о переходном процессе изменения давления. Пусть s обозначает набор измеренных переходных процессов. Набор может состоять только из переходных процессов изменения фильтрационного потенциала V или он может состоять как из переходных процессов изменения фильтрационного потенциала, так и из переходных процессов изменения давления. Пусть f s(R,L) обозначает полученные моделированием переходные процессы, которые зависят от дополнительного набора параметров: от постоянных L связи в уравнении (3). (Удельная электропроводность σ в уравнении (3) обычно известна из данных каротажа удельного электрического сопротивления). Расхождение между полученными моделированием и измеренными переходными процессами изменения давления находят в соответствии с: Quantitative interpretation of the data on the filtration potential in order to determine reservoir parameters, such as the permeability of the formation, can be carried out in the same way as the interpretation of the data on the transient process of pressure change. Let s be the set of measured transients. A set may consist only of transients of a change in the filtration potential V or it may consist of both transients of a change in the filtration potential and transients of a change in pressure. Let f s ( R , L ) denote transients obtained by simulation, which depend on an additional set of parameters: on the coupling constants L in equation (3). (Electrical conductivity σ in equation (3) is usually known from electrical resistivity logging data). The discrepancy between the obtained simulations and the measured transients of the pressure change is found in accordance with:
Расхождение минимизируют при R=R 0 и L=L 0, чтобы получить обращенные значения параметров коллектора.The discrepancy is minimized at R = R 0 and L = L 0 in order to obtain the inverted values of the reservoir parameters.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что уравнение (3) Пуассона является линейным относительно постоянных L связи, поскольку обратная связь фильтрационного потенциала с основными уравнениями для давления при электроосмосе является пренебрежимо малой. Поэтому инверсия постоянных связи представляет собой непосредственную линейную инверсию. На самом деле, минимизацию уравнения (10) осуществляют в два этапа. Первый этап заключается в фиксации R и изменении L и нахождении субоптимального минимума расхождения путем решения линейной задачи для R. Решение дает L как функцию R. В таком случае субоптимальный минимум является функцией только R: Specialists in the art should understand that Poisson's equation (3) is linear with respect to the coupling constant L , since the feedback of the filtration potential with the basic equations for pressure during electroosmosis is negligible. Therefore, the inversion of coupling constants is a direct linear inversion. In fact, the minimization of equation (10) is carried out in two stages. The first stage consists in fixing R and changing L and finding the suboptimal minimum of the discrepancy by solving the linear problem for R. The solution gives L as a function of R. In this case, the suboptimal minimum is a function of only R :
Второй этап заключается в нелинейном поиске минимума уравнения (11), содержащего такое же число неизвестных, что и уравнение (9). Поэтому дополнительной задачей оценивания постоянных связи не вносится дополнительная вычислительная сложность или математическая неопределенность в задачу инверсии.The second stage consists in a nonlinear search for the minimum of equation (11) containing the same number of unknowns as equation (9). Therefore, the additional task of estimating coupling constants does not introduce additional computational complexity or mathematical uncertainty into the inversion problem.
Согласно еще одному аспекту изобретения измеренные переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, связанные с движением флюида в пласте, могут быть использованы в числе прочего для: отслеживания перемещения следа цементного раствора во время цементирования и тем самым обнаружения возможных проблем, связанных с цементированием; отслеживания суспензий, переносящих гравий, и тем самым контроля гравийной набивки; отслеживания перемещения кислоты во время закачивания кислоты в пласт, поскольку при закачивании кислоты создаются переходные процессы изменения фильтрационного потенциала; контроля гидравлического разрыва пластов в реальном времени; количественного оценивания работ по гидравлическому разрыву; отслеживания перемещения воды, происходящего вследствие закачивания воды; повышения эффективности испытания при переходном процессе изменения давления; и контроля изменений параметров коллектора на протяжении больших периодов времени, в том числе водонасыщенности, относительной проницаемости и обводненности.According to another aspect of the invention, the measured transient changes in the filtration potential associated with the movement of fluid in the formation can be used, inter alia, to: track the movement of a trace of cement during cementing and thereby detect possible problems associated with cementing; tracking suspensions carrying gravel, and thereby controlling gravel packing; tracking the movement of acid during injection of acid into the formation, since when injecting acid, transient processes of changing the filtration potential are created; real-time monitoring of hydraulic fracturing; quantitative assessment of hydraulic fracturing; tracking the movement of water resulting from water injection; increase the efficiency of the test during the transient process of pressure change; and monitoring changes in reservoir parameters over long periods of time, including water saturation, relative permeability, and water cut.
При использовании различных аспектов изобретения, описанных ранее, были проведены промысловые испытания на горизонтальной эксплуатационной скважине, часть которой схематически показана на Фиг.1. Горизонтальная эксплуатационная скважина 100 из Фиг.1 была закончена в пласте 105 с использованием песочных фильтров 114 (см. Фиг.2) и сегментирована на три зоны затрубными пакерами 111а, 111b, 111c. Зона, ближайшая к устью горизонтальной скважины, обозначена как зона 1, средняя зона как зона 2 и зона, ближайшая к забою, как зона 3. Каждая зона снабжена клапанным узлом 113a, 113b, 113c, соответственно, встроенным на протяжении фильтра 114, с двумя датчиками давления 115-1 и 115-2, связанными с каждым клапанным устройством 113 (см. Фиг.2). Электроды 118 были размещены так, как рассмотрено ниже.Using the various aspects of the invention described previously, field trials were conducted on a horizontal production well, part of which is shown schematically in FIG. The horizontal production well 100 of FIG. 1 was completed in
Теперь обратимся к Фиг.2, где показано размещение электродов 118 согласно изобретению. Как видно из Фиг.2, скважина 100 закончена с использованием секций 114 песочных фильтров, которые с целью образования колонны для заканчивания соединены друг с другом посредством изолированных соединительных секций 116. Должно быть понятно, что секции экранов не могут быть электрически изолированы от пласта 105 или от флюида в затрубном пространстве (не показанного). Соединительные секции 116 являются электрически изолированными. В середине каждой соединительной секции установлен центратор 118. Из-за массы колонны 114, 116 для заканчивания центраторы 118 всегда находятся в хорошем контакте с пластом 105. Поэтому в соответствии с изобретением предпочтительно, чтобы центраторы 118, используемые как электроды, были снабжены высокоимпедансными цепями измерения напряжения и соединены с наземной электроникой кабелем (не показанным). Соответствующая конструкция центраторов описана в Международной заявке WO 02/053871.Now turn to Figure 2, which shows the placement of the
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что колонна для заканчивания, изготовленная из металла, создает цепь короткого замыкания для электрических токов. Секции 114 экранов, использованные для заканчивания скважины 100, были длиной пятнадцать футов, а соединительные секции 116 были длиной пять футов. Поскольку изолированные соединительные секции 116 колонны для заканчивания имеют защитное покрытие только на небольшом участке вблизи электродов 118, большая часть электрических токов может протекать через незащищенные секции 114 фильтров, приводя к снижению уровня сигнала. Однако, как показано ниже, все же существуют сигналы значительных уровней, которые могут быть измерены. Следует отметить, что для количественной интерпретации достаточно учесть ток утечки при прямом моделировании.Those skilled in the art will appreciate that a completion column made of metal creates a short circuit for electric currents. The
Как показано на Фиг.1, на каждую зону было предусмотрено семь электродов при общем количестве электродов, составляющем двадцать один (обозначенных 118-1, 118-2, …, 118-21). При секции фильтра длиной пятнадцать футов и соединительной секции длиной пять футов расстояние между соседними электродами в каждой зоне составляло приблизительно двадцать футов. Расстояние между ближайшими двумя электродами в разных зонах было немного больше одной сотни футов.As shown in FIG. 1, seven electrodes were provided for each zone with a total number of electrodes of twenty-one (designated 118-1, 118-2, ..., 118-21). With a filter section of fifteen feet long and a connecting section five feet long, the distance between adjacent electrodes in each zone was approximately twenty feet. The distance between the nearest two electrodes in different zones was a little over one hundred feet.
Из данных испытания на герметичность, собранных посредством манометров на обеих сторонах колонны для заканчивания, следует, что зона 1 гидравлически изолирована от зоны 2 и зоны 3. Это видно из Фиг.3, поскольку давление 125а в зоне 1 значительно выше давлений 125b, 125c в зоне 2 и зоне 3, что свидетельствует об изоляции. Поэтому для напряжений электродов в зоне 1 (от 118-1 до 118-7) опорный электрод выбирался в зоне 2 или зоне 3, а для напряжений электродов в зоне 2 и зоне 3 опорный электрод выбирался в зоне 1.From the leak test data collected by pressure gauges on both sides of the completion column, it follows that
Чтобы создать переходный процесс изменения фильтрационного потенциала, три электрических клапана 113a, 113b, 113c и штанговый насос (не показанный) на поверхности пласта использовались для регулирования потока флюида. Флюид из затрубного пространства каждой зоны втекал в трубу через отверстие клапана. Манометром 115-1 на трубной стороне отверстия измерялось трубное давление, а манометром 115-2 на стороне затрубного пространства измерялось давление в кольцевой области между пластом и фильтром. Переходные процессы изменения давления создавались в пласте 105 путем включения и отключения насоса и открывания и закрывания клапанов 113, и они измерялись манометрами 115-2 на стороне затрубного пространства.To create a transient change in the filtration potential, three
Для каждой из трех зон давление в затрубном пространстве было равно пластовому давлению. Как видно из Фиг.3, давления 125b, 125c в затрубном пространстве в зоне 2 и зоне 3 приблизительно равны, что указывает на то, что эти две зоны находятся в гидравлической связи. Давление 125а в затрубном пространстве в зоне 1 выше, что указывает на гидравлическую изоляцию зоны 1. Путем выкачивания флюида из ствола скважины трубное давление поддерживали примерно на 150 фунтов/дюйм2 выше давлений в затрубном пространстве в зоне 2 и зоне 3. Клапан зоны 2 и клапан зоны 3 открывали на три часа, а затем закрывали. Давление в затрубном пространстве в зоне 2, показанное кривой 125а на Фиг.3, падало на 150 фунтов/дюйм2 (от приблизительно 840 фунтов/дюйм2 до приблизительно 690 фунтов/дюйм2) до уровня трубного давления сразу же после открывания клапана, а затем начинало возрастать обратно до пластового давления. На Фиг.3 давление в затрубном пространстве в зоне 3 показано кривой 125b. Кривая роста давления в зоне 3 поднимается быстрее, чем кривая роста давления в зоне 2, что указывает на большую проницаемость зоны 3 по сравнению с проницаемостью зоны 2.For each of the three zones, the pressure in the annulus was equal to the reservoir pressure. As can be seen from Figure 3, the
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что сразу после открывания клапанов градиент давления существует в основном в поврежденной зоне вблизи скважины. Известно, что проницаемость в поврежденной зоне или в приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью ниже, чем проницаемость неповрежденного пласта. Если постоянная связи между градиентом давления и электрическим током также меньше в приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью, чем в пласте, то фильтрационный потенциал должен повышаться со временем на начальной стадии, когда градиент давления распространяется от приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью до неповрежденного пласта. В более поздние моменты времени давление возрастает обратно до пластового давления, при этом градиент давления снижается и распространяется глубоко в пласт, дальше от электродов, а фильтрационный потенциал падает. Скорости первоначального повышения и последующего падения фильтрационного потенциала определяются проницаемостью приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью, толщиной приствольной части пласта с нарушенной проницаемостью и проницаемостью неповрежденного пласта. На Фиг.4 показаны переходный процесс изменения фильтрационного потенциала, зарегистрированный с помощью электрода 118-8 в зоне 2, который сначала возрастает, а затем падает, и переходный процесс изменения давления. Как и ожидалось, временная шкала падения фильтрационного потенциала является сравнимой с временной шкалой возрастания давления.Specialists in the art should understand that immediately after opening the valves, a pressure gradient exists mainly in the damaged area near the well. It is known that the permeability in the damaged area or in the near-barrel part of the formation with impaired permeability is lower than the permeability of the intact formation. If the coupling constant between the pressure gradient and electric current is also less in the near-barrel part of the formation with impaired permeability than in the formation, then the filtration potential should increase with time at the initial stage, when the pressure gradient propagates from the near-barrel part of the formation with impaired permeability to the undamaged formation. At later times, the pressure increases back to the reservoir pressure, while the pressure gradient decreases and propagates deep into the reservoir, further from the electrodes, and the filtration potential decreases. The rates of the initial increase and subsequent fall of the filtration potential are determined by the permeability of the near-barrel part of the formation with impaired permeability, the thickness of the near-barrel part of the formation with impaired permeability and permeability of the undamaged formation. Figure 4 shows the transient process of changing the filtration potential, registered with the electrode 118-8 in
Данные о фильтрационном потенциале в зоне 2, зарегистрированные с помощью всех семи электродов с 118-8 по 118-14 в зоне 2, показаны вместе с данными давления на Фиг.5. Данные о фильтрационном потенциале в зоне 3 показаны на Фиг.6. Совершенно ясно, что в пределах каждой зоны коллектор является неоднородным; все отдельные кривые фильтрационного потенциала на Фиг.5 и Фиг.6 имеют очень различающиеся скорости подъема и спада, что указывает на большие вариации проницаемости. Таким образом, видно, что измерение фильтрационного потенциала с помощью группы электродов дает существенно улучшенную информацию по сравнению с информацией, которая может быть получена на основании одной кривой нарастания давления для каждой зоны, которая будет давать только среднюю проницаемость для этой зоны.The data on the filtration potential in
При внимательном рассмотрении кривой от электрода 118-12 на Фиг.5 обнаруживается двойной пик. Двойной пик находится в соответствии с наложением быстро возрастающей и быстро спадающей составляющей и медленно возрастающей и медленно спадающей составляющей. Быстрая составляющая возникает вследствие течения в трещине, имеющей высокую проницаемость, а медленная составляющая возникает вследствие течения в скелете породы пласта с низкой проницаемостью. Эта интерпретация согласуется с изображениями ствола скважины, которые были получены от скважинного прибора формирования изображения, и с результатами моделирования, рассмотренными ниже.A close examination of the curve from electrode 118-12 in FIG. 5 reveals a double peak. The double peak is in accordance with the superposition of a rapidly increasing and rapidly falling component and a slowly increasing and slowly falling component. The fast component occurs due to the flow in the fracture having high permeability, and the slow component occurs due to the flow in the skeleton of the rock of the formation with low permeability. This interpretation is consistent with the images of the wellbore that were obtained from the downhole imaging device, and with the simulation results discussed below.
Согласно изобретению величина фильтрационного потенциала является показателем водяной фракции потока, и он изменяется от электрода к электроду. Как видно из Фиг.5, имеется небольшое поступление воды вблизи электрода 118-13 (то есть фильтрационный потенциал сохраняется около 0 мВ), а на Фиг.6 отсутствует или имеется небольшое поступление воды вблизи электродов 118-16 и 118-17.According to the invention, the value of the filtration potential is an indicator of the water fraction of the stream, and it varies from electrode to electrode. As can be seen from Figure 5, there is a small flow of water near the electrode 118-13 (that is, the filter potential remains at about 0 mV), and in Figure 6 there is no or small flow of water near the electrodes 118-16 and 118-17.
Напряжения на электродах в зоне 1 показаны на Фиг.7. Поскольку зона 1 гидравлически изолирована от зоны 2 и зоны 3, а клапан в зоне 3 сохраняется закрытым, напряжения, регистрируемые на электродах, дрейфуют. Порядок дрейфов составляет меньше одного милливольта в сутки. Поскольку электроды представляют собой стальные центраторы, не защищенные от флюида затрубного пространства, такая величина дрейфов является ожидаемой.The voltage at the electrodes in
При последующем испытании на приток клапаны в зоне 2 и зоне 3 были закрыты, а клапан в зоне 1 был открыт и оставался открытым. Переходной процесс изменения давления и фильтрационные потенциалы, полученные при этом испытании, показаны на Фиг.8. Высокие значения измеренного фильтрационного потенциала и двойной пик, связанный с электродом 118-1, свидетельствуют о трещине. В дополнение к трещине значительные вариации времен нарастания фильтрационного потенциала (например, при сравнении электрода 118-6 с электродом 118-5) указывают на большие вариации проницаемости пласта на протяжении зоны 1.In a subsequent inflow test, the valves in
Теперь обратимся к Фиг.9, на которой сведены результаты качественной интерпретации данных о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала из фигур 5, 6 и 8. Как видно из Фиг.9, с помощью электрода 118-1 выявляется трещина в пласте с высокой проницаемостью, тогда как данные с электродов с 118-2 по 118-5 и с электрода 118-7 указывают на местоположения пластов, имеющих среднюю проницаемость, а данные с электрода 118-6 указывают на местоположение пласта с высокой проницаемостью. В зоне 2 данные с электродов с 118-8 по 118-10 и 118-14 указывают на местоположения пластов со средней проницаемостью, тогда как данные с электродов 118-11 и 118-12 указывают на местоположение пласта или минизоны с низкой проницаемостью. Кроме того, с помощью электрода 118-12 выявляется трещина в пласте. Данные с электрода 118-13 указывают на местоположение пласта без притока воды. В зоне 3 данные с электродов 118-15 и с 118-18 по 118-20 указывают на местоположения пластов с высокой проницаемостью, тогда как данные с электрода 118-21 указывают на местоположение пласта со средней проницаемостью, а данные с электродов 118-16 и 118-17 указывают на местоположения пластов или минизон без притока воды. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что данные о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала из фигур 5, 6 и 8, сведенные на Фиг.9, предоставляют значительно более подробную информацию по сравнению с той информацией, которая была доступна ранее на основе переходных процессов изменения давления.Now we turn to Figure 9, which summarizes the results of a qualitative interpretation of data on transient changes in the filtration potential from figures 5, 6 and 8. As can be seen from Figure 9, using the electrode 118-1, a fracture in the formation with high permeability is detected, then as data from electrodes 118-2 through 118-5 and from electrode 118-7 indicate the locations of formations having medium permeability, and data from electrode 118-6 indicate the location of formations with high permeability. In
Результаты качественной интерпретации, сведенные на Фиг.9, подкреплены прямым моделированием. В частности, путем использования уравнения (2) для однофазного потока на основании прямой модели неоднородного пласта, графически показанной на Фиг.9а, были вычислены переходные процессы изменения фильтрационного потенциала. Полученные моделированием характеристики показаны на Фиг.9b. Как видно из Фиг.9b, фильтрационный потенциал, зарегистрированный с помощью электрода, помещенного в область высокой проницаемости, возрастает быстрее и спадает быстрее, чем фильтрационный потенциал, зарегистрированный с помощью электрода, помещенного в область низкой проницаемости. Качественно эта полученная моделированием характеристика находится в соответствии с данными, представленными на фигурах 5 и 6. Аналогично этому, переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, вычисленные для подкрепления анализа, относящегося к трещинам, на основании прямой модели еще одного неоднородного пласта, показаны на Фиг.9с. Как видно из Фиг.9d, переходным процессом изменения фильтрационного потенциала, вычисленным на основании прямой модели, показанной графически на Фиг.9с, подтверждается интерпретация фильтрационного потенциала, зарегистрированного с помощью электрода 118-12 (фигура 5); то есть трещина является причиной двойного пика на переходной характеристике фильтрационного потенциала.The results of the qualitative interpretation summarized in FIG. 9 are supported by direct modeling. In particular, by using equation (2) for a single-phase flow based on a direct model of a heterogeneous formation, graphically shown in Fig. 9a, transient processes of changing the filtration potential were calculated. The characteristics obtained by modeling are shown in Fig. 9b. As can be seen from Fig. 9b, the filtration potential detected by the electrode placed in the high permeability region increases faster and decreases faster than the filter potential detected by the electrode placed in the low permeability region. Qualitatively, this characteristic obtained by modeling is in accordance with the data presented in figures 5 and 6. Similarly, transient changes in the filtration potential, calculated to support the analysis related to fractures, based on a direct model of another heterogeneous reservoir, are shown in Fig. 9c . As can be seen from Fig. 9d, the transient of the change in the filtration potential calculated on the basis of the direct model shown graphically in Fig. 9c confirms the interpretation of the filtration potential registered with the electrode 118-12 (figure 5); that is, a crack causes a double peak in the transient response of the filtration potential.
В свете изложенного выше понятно, что при наличии информации о фильтрационном потенциале соответствующее прямое моделирование и инверсия могут быть осуществлены с помощью программы решения уравнения Лапласа и модели двухфазного потока (то есть нефти и воды), рассмотренной выше со ссылкой на уравнения (9)-(11), или с помощью модели многофазного потока. В результате, полученные данные о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала могут быть использованы для представления в количественной форме проницаемости пласта, проницаемости приствольной части пласта, эффективной проницаемости пласта, горизонтальной и вертикальной проницаемостей, гидродинамической связи между зонами и скважинами и границ коллектора, при этом намного более подробнее, чем это возможно только в результате испытания при переходном процессе изменения давления. В результате этого может быть достигнуто лучшее понимание характеристик скважины и коллектора, способствующее лучшему контролю скважины и коллектора.In light of the foregoing, it is clear that, if there is information about the filtration potential, the corresponding direct modeling and inversion can be carried out using the program for solving the Laplace equation and the two-phase flow model (i.e., oil and water), considered above with reference to equations (9) - ( 11), or using a multiphase flow model. As a result, the obtained data on transient changes in the filtration potential can be used to quantify the permeability of the formation, permeability of the near-stem part of the formation, effective permeability of the formation, horizontal and vertical permeabilities, hydrodynamic coupling between zones and wells and reservoir boundaries, much more more than is possible only as a result of a transient pressure test. As a result of this, a better understanding of the well and reservoir characteristics can be achieved, contributing to better control of the well and reservoir.
Теперь обратимся к фигурам 10-19, на которых отражена возможность использования информации о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала, относящейся к вертикальной нагнетательной скважине 200, расположенной в пласте 205. Как видно из Фиг.10, пласт 205 включает в себя углеводородный коллектор, местоположение которого обозначено между 1026 футами и 1047 футами. Кроме того, имеется тонкий слой песка на глубине 1020,55 футов, который гидравлически изолирован от углеводородного коллектора.Now turn to figures 10-19, which reflects the possibility of using information on transient changes in the filtration potential related to the vertical injection well 200 located in the
Как видно из фигур 10 и 11, скважина 200 включает в себя обсадную колонну 209, вокруг которой предусмотрен электроизоляционный материал 211. Группа 218 электродов, включающая в себя электроды с 218-1 по 218-16 вместе со связанными с ними схемами измерения напряжения, которые предпочтительно являются высокоимпедансными, расположена в изоляционном материале или с наружной его стороны. Обсадная колонна, изоляционный материал и группа зацементированы на месте цементным слоем 217. Поэтому электроды с 218-1 по 218-16 находятся в контакте с цементом 217, но не с металлической обсадной колонной 209. Для добычи углеводородов обсадная колонна должна быть перфорирована с образованием ориентированных отверстий 219, схематически показанных на Фиг.11, но без повреждения электродов и соединительных кабелей (непоказанных). В этом случае отверстия над верхней частью коллектора (то есть выше 1026 футов) не делались. После перфорации электрический ток может протекать через перфорационные отверстия 219 к металлической обсадной колонне 209. Как показали результаты полевых испытаний, электрическая изоляция обсадной колонны является несовершенной, но функциональной. Нижний электрод 218-16 на Фиг.10 использовался как опорный электрод.As can be seen from figures 10 and 11, the well 200 includes a
В случае скважины 200 переходные процессы изменения фильтрационного потенциала создавались закачиванием воды в скважину. Закачивание воды регулировалось наземным насосом 221 и наземным клапаном 223 (оба схематически показаны на Фиг.10) и контролировалось датчиком 225 давления, помещенным между клапаном 223 и устьем скважины. С самого начала приемистость скважины была очень низкой, поэтому были проведены кислотная обработка скважины и гидравлический разрыв пласта. При определении качества работ по цементированию скважины выявлена вероятность плохого сцепления цемента с обсадной колонной. Поэтому пласт за пределами интервала коллектора, представляющего интерес, мог подвергаться гидравлическому разрыву, а закачанная вода могла втекать в такие трещины.In the case of well 200, transient changes in the filtration potential were created by pumping water into the well. Water injection was controlled by a
Давление нагнетания на устье скважины показано на Фиг.12. До начала получения данных, показанных на Фиг.12, клапан был закрыт в течение длительного времени. При открывании клапана давление нагнетания резко повышалось, а затем периодически падало и восстанавливалось, поскольку насос выключался на короткие промежутки времени.The injection pressure at the wellhead is shown in Fig. 12. Prior to receiving the data shown in FIG. 12, the valve was closed for a long time. When the valve was opened, the discharge pressure increased sharply, and then periodically dropped and restored, since the pump was turned off for short periods of time.
Переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, обнаруженные с помощью основных электродов на интервале коллектора, представляющего интерес, показаны на Фиг.13, а в растянутом масштабе времени на Фиг.14 (следует отметить, что электрод 218-12 вышел строя и поэтому для него данные не показаны). Видно, что переходные процессы изменения фильтрационного потенциала имеют две компоненты: одна компонента изменяется очень быстро в ответ на изменения давления, а другая компонента изменяется медленно на протяжении нескольких суток. Быстрая компонента связана с водой, втекающей в трещины с высокой проницаемостью. Изменения быстрой компоненты на фигурах 13 и 14 такие, что фильтрационные потенциалы понижаются с возрастанием давления нагнетания и повышаются с падением давления нагнетания. Это ожидалось, поскольку закачиваемая вода, несущая положительные заряды, перемещается на расстояние от ствола скважины и от электродов. Знаки фильтрационного потенциала скважины 200 противоположны знакам переходных процессов изменения фильтрационного потенциала, показанным для скважины 100, поскольку данные для скважины 100 собирались во время добычи при перемещении воды, переносящей положительные заряды, в ствол скважины к электродам. Медленная компонента характеристики переходного процесса обусловлена нагнетанием воды из ствола скважины непосредственно в скелет горной породы с низкой проницаемостью или межпластовым перетоком из трещин в скелет горной породы. Прямой поток закачиваемой воды в скелет горной породы всегда направлен от электродов. Межпластовый переток из трещин в скелет породы также происходит от электродов, если электроды находятся непосредственно в трещине. Фильтрационный потенциал, регистрируемый с помощью таких электродов, медленно понижается по мере перемещения воды в скелет породы. Если электрод находится на некотором расстоянии от трещины, межпластовый поток проходит мимо электрода. В результате, в зависимости от точного местоположения электрода относительно трещины фильтрационный потенциал будет либо медленно понижаться, либо медленно повышаться по мере перемещения воды в скелет породы. Данные на фигурах 13 и 14 могут быть интерпретированы как иллюстрирующие, что электрод 218-5 находится непосредственно в мощной трещине, тогда как электрод 218-9 находится на небольшом расстоянии от трещины.Transient changes in the filtration potential detected by the main electrodes in the interval of the collector of interest are shown in Fig. 13, and in an extended time scale in Fig. 14 (it should be noted that the electrode 218-12 is out of order and therefore there is no data for it shown). It can be seen that the transient changes in the filtration potential have two components: one component changes very quickly in response to pressure changes, and the other component changes slowly over several days. The fast component is associated with water flowing into cracks with high permeability. Changes in the fast component in figures 13 and 14 are such that the filtration potentials decrease with increasing discharge pressure and increase with a decrease in discharge pressure. This was expected because the injected water, carrying positive charges, travels a distance from the wellbore and from the electrodes. The signs of the filtration potential of the well 200 are opposite to the signs of the transient changes in the filtration potential shown for the well 100, since data for the well 100 were collected during production when the water carrying the positive charges was transferred into the wellbore to the electrodes. The slow component of the transient response is due to the injection of water from the wellbore directly into the rock skeleton with low permeability or inter-reservoir flow from cracks to the rock skeleton. The direct flow of injected water into the rock skeleton is always directed from the electrodes. The inter-layer flow from cracks to the rock skeleton also occurs from electrodes if the electrodes are directly in the crack. The filtration potential recorded using such electrodes slowly decreases as water moves into the rock skeleton. If the electrode is at some distance from the crack, the interstratal flow passes by the electrode. As a result, depending on the exact location of the electrode relative to the crack, the filtration potential will either slowly decrease or slowly increase as water moves into the rock skeleton. The data in figures 13 and 14 can be interpreted as illustrating that the electrode 218-5 is located directly in a powerful crack, while the electrode 218-9 is located at a small distance from the crack.
Переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, обнаруженные с помощью электродов выше интервала коллектора, представляющего интерес, показаны на Фиг.15, а в растянутом масштабе времени на Фиг.16. Электрод 218-2 расположен очень близко к тонкому слою проницаемого песка вблизи неперфорированного участка обсадной колонны. Но все же фильтрационный потенциал на электроде 218-2 достигает значения 150 мВ, которое в пять раз выше, чем значение фильтрационного потенциала, регистрируемое с помощью любого электрода на интервале коллектора. Это можно объяснить, понимая, что интервал выше перфорированного интервала имеет трещины, предположительно, исходящие из зацементированного затрубного пространства (что было подтверждено при определении качества работ по цементированию). Поэтому формы переходных процессов изменения фильтрационных потенциалов на этом интервале отличаются от форм на интервале коллектора. Обнаружено, что на этом интервале фильтрационный потенциал содержит три компоненты: быструю, среднюю и медленную. Это видно более ясно относительно электрода 218-2 на Фиг.16. Вероятно образование трещин в слое глины, расположенном между коллектором и тонким слоем песка. Течение через трещины в слое глины происходит в промежуточном масштабе времени относительно масштабов времени течений через песок и скелет породы.Transient changes in the filtration potential detected by the electrodes above the interval of the collector of interest are shown in Fig. 15, and in an extended time scale in Fig. 16. The electrode 218-2 is located very close to a thin layer of permeable sand near the non-perforated section of the casing. But nevertheless, the filtration potential on the electrode 218-2 reaches a value of 150 mV, which is five times higher than the value of the filtration potential recorded with any electrode on the collector interval. This can be explained by understanding that the interval above the perforated interval has cracks, presumably coming from the cemented annulus (which was confirmed when determining the quality of cementing works). Therefore, the forms of transient changes in the filtration potentials in this interval differ from the forms in the reservoir interval. It was found that in this interval, the filtration potential contains three components: fast, medium, and slow. This is more clearly seen with respect to the electrode 218-2 in FIG. 16. The formation of cracks in the clay layer, located between the collector and a thin layer of sand, is likely. The flow through cracks in the clay layer occurs in an intermediate time scale relative to the time scales of flows through sand and rock skeleton.
Теперь обратимся к Фиг.17, на которой показаны фильтрационные потенциалы, обнаруженные с помощью электродов с 218-13 по 218-15 ниже коллектора. Напряжения, обнаруженные с помощью этих электродов, меньше 1 мВ. Поэтому можно заключить, что очень немного нагнетаемой воды протекает ниже интервала коллектора.Now turn to Fig, which shows the filtering potentials detected using electrodes 218-13 to 218-15 below the collector. Voltages detected by these electrodes are less than 1 mV. Therefore, it can be concluded that very little injected water flows below the reservoir interval.
С учетом измерений, выполненных с помощью электродов, результаты которых показаны на фигурах 13-17, может быть сделана качественная интерпретация данных о переходных процессах изменения фильтрационного потенциала и в подытоженном виде показана на Фиг.18. В частности, как видно на Фиг.18, трещина с межпластовым перетоком имеется в слое глины выше коллектора; трещина с межпластовым перетоком имеется на отметке 1028,55 фута (электрод №4); трещина с межпластовым перетоком имеется вблизи отметки 1037,55 фута (электрод №9); и трещина с межпластовым перетоком имеется на отметке 1042,05 фута (электрод №11) (см. Фиг.13).Taking into account the measurements made using the electrodes, the results of which are shown in figures 13-17, a qualitative interpretation of the data on transients of the change in the filtration potential can be made and summarized is shown in Fig. 18. In particular, as can be seen in FIG. 18, a fracture with interstratal flow is present in the clay layer above the reservoir; a crack with interstratal flow is at around 1028.55 feet (electrode No. 4); a crack with interstratal flow is near the mark of 1037.55 feet (electrode No. 9); and a fissure with inter-reservoir flow is at around 1042.05 feet (electrode No. 11) (see FIG. 13).
Качественная интерпретация из Фиг.18 подкрепляется прямой моделью, графически показанной на Фиг.18а, и полученной моделированием характеристикой, показанной на Фиг.18b, из которой видно, что фильтрационный потенциал, обусловленный межпластовыми перетоками, может иметь такой же знак, что и фильтрационный потенциал, обусловленный потоком в трещине, или может иметь противоположный знак. Поэтому полученной моделированием характеристикой качественно воспроизводятся экспериментальные данные с электрода 218-9 из Фиг.13 и электрода 218-2 из Фиг.15.The qualitative interpretation of Fig. 18 is supported by the direct model graphically shown in Fig. 18a and the simulation obtained by the characteristic shown in Fig. 18b, from which it is seen that the filtration potential due to inter-layer flows can have the same sign as the filtration potential due to the flow in the crack, or may have the opposite sign. Therefore, the obtained simulation data qualitatively reproduces the experimental data from the electrode 218-9 of Fig. 13 and the electrode 218-2 of Fig. 15.
Данные о фильтрационных потенциалах с электродов с 218-13 по 218-15, показанные на Фиг.17, представлены на Фиг.19 на растянутых шкалах времени и напряжения. До того как наземный клапан 223 был открыт в момент времени 116,43, напряжения на электродах 218-14 и 218-15 были стабильными с точностью до одного уровня дискретизации (то есть до 10 мкВ). Напряжение на электроде 218-13 было с несколькими шумовыми выбросами до 100 мкВ. Шумовые выбросы, возникающие в течение очень короткого промежутка времени, не связаны со стабильностью поверхности электродов, а, вероятно, обусловлены помехой, наводимой на провод 235, соединяющий электрод и наземную электронику 233 (Фиг.10). Эти шумовые выбросы могут быть уменьшены или исключены путем улучшения прокладки электрических проводов и электроники или скважинной электроники.Data on filtration potentials from electrodes 218-13 to 218-15 shown in Fig. 17 are presented in Fig. 19 on stretched time and voltage scales. Before the
Как видно из Фиг.19, напряжения на электродах с 218-13 по 218-15 очень хорошо согласуются с данными о давлении на устье скважины. При открывании клапана 223 в момент времени 116,43 все три напряжения снижаются, а когда в момент времени около 116,8 насос 221 останавливают, для всех трех напряжений характерен небольшой, но заметный пик. Согласование очень похоже на то, которое наблюдалось в случае намного больших напряжений, измеряемых с помощью электродов, расположенных в коллекторе и на интервале выше коллектора. Основываясь на этой информации, можно сделать вывод, что стабильность электродов в случае, когда они являются зацементированными электродами, составляет порядка 10 мкВ, а сигналы с уровнями 100 мкВ являются подходящими для определения свойств коллектора, представляющих интерес. Стабильность зацементированной группы 218 электродов по меньшей мере в сто раз лучше стабильности открытых электродов 118 в виде центраторов, показанных в отношении скважины 100.As can be seen from Fig. 19, the voltages at the electrodes 218-13 to 218-15 are very well consistent with the pressure at the wellhead. When
Согласно еще одному аспекту изобретения предпочтительно, чтобы электроды из группы электродов, используемой для обнаружения и измерения переходных процессов изменения фильтрационных потенциалов, были накрыты или покрыты полупористым покровным материалом (таким как цемент), независимо от использования их в качестве центраторов, показанных в скважине, законченной с использованием песочных фильтров, или в других стационарных установках, или использования в приборах для измерения в процессе бурения или в спускаемых на кабеле каротажных приборах, рассматриваемых ниже. Полупористый покровный материал должен иметь значительную удельную электропроводность, но очень низкую проницаемость, чтобы ионы могли доходить до электрода для обеспечения возможности измерений напряжений, а новый флюид не мог доходить до поверхности электрода в течение периода измерений. Поверхности электродов находятся в стабильной химической среде, что обеспечивает повышение стабильности измерений. Предпочтительным в настоящее время полупористым материалом является цемент, хотя могут быть использованы полупористая керамика, глина или другой материал. В качестве альтернативы могут быть использованы электроды с жидкостной границей, поскольку полупористый штырек электрода с жидкостной границей приостанавливает перемещение флюида, но обеспечивает возможность диффузии ионов. Стабильный электрод обеспечивает возможность измерения переходного процесса в течение более длительного периода времени, тем самым позволяя осуществлять анализ пласта большей протяженности и также позволяя осуществлять измерения сигналов с более низкими уровнями.According to another aspect of the invention, it is preferable that the electrodes from the group of electrodes used to detect and measure transient changes in the filtration potentials are covered or coated with a semi-porous coating material (such as cement), regardless of their use as centralizers shown in a well completed using sand filters, or in other stationary installations, or use in measuring instruments during drilling or in logging logs appliances discussed below. The semi-porous coating material must have a significant electrical conductivity, but a very low permeability, so that the ions can reach the electrode to allow stress measurements, and the new fluid cannot reach the electrode surface during the measurement period. The surfaces of the electrodes are in a stable chemical environment, which provides increased measurement stability. The currently preferred semi-porous material is cement, although semi-porous ceramics, clay, or other material may be used. Alternatively, electrodes with a liquid boundary can be used, since a semi-porous pin of an electrode with a liquid boundary stops the movement of the fluid, but allows ion diffusion. A stable electrode makes it possible to measure the transient over a longer period of time, thereby allowing for analysis of a longer formation and also allowing measurements of signals with lower levels.
Применительно к измерениям фильтрационных потенциалов, описанным со ссылками на Фиг. 10-19, должно быть понятно, что, используя уравнения с (9) по (11), рассмотренные выше, и полагая трещины тонкой средой с заданной проницаемостью, можно определять проницаемость пласта (скелета породы) и эффективные проницаемости трещин по длине скважины. Кроме того, результаты измерений фильтрационных потенциалов могут быть использованы для контроля в реальном времени работ по гидравлическому разрыву пласта. Например, при осуществлении гидравлического разрыва в скважине 200 целевым был представляющий интерес средний интервал коллектора, а гидравлический разрыв верхнего интервала был нежелательным. Однако нагнетаемая вода не направилась туда, куда хотелось. При наличии данных о фильтрационном потенциале, зарегистрированных во время процедуры гидравлического разрыва, в очень ранний момент времени стало видно, что жидкость для гидравлического разрыва пласта перемещается в основном к верхнему интервалу (выше коллектора). После этого работу по гидравлическому разрыву пласта смогли приостановить, провести ремонтно-изоляционные работы, а план работ по гидравлическому разрыву довести до конца надлежащим образом.With reference to measurements of filtration potentials described with reference to FIG. 10-19, it should be clear that using equations (9) through (11) discussed above and assuming that the cracks are thin with a given permeability, it is possible to determine the permeability of the formation (rock skeleton) and the effective permeability of the cracks along the length of the well. In addition, the measurement results of the filtration potentials can be used for real-time monitoring of hydraulic fracturing. For example, when performing hydraulic fracturing in well 200, the target was the average reservoir interval of interest, and hydraulic fracturing of the upper interval was undesirable. However, the injected water did not go wherever wanted. With the presence of data on the filtration potential recorded during the hydraulic fracturing procedure, at a very early time it became clear that the hydraulic fracturing fluid moves mainly to the upper interval (above the reservoir). After that, the work on hydraulic fracturing was halted, repair and insulation work was carried out, and the hydraulic fracturing work plan was brought to an end properly.
Теперь обратимся к Фиг.20, где показан пласт 305, пересекаемый законченной скважиной 300 с необсаженным стволом, имеющей лифтовую колонну 306, проходящую в ней. Вокруг лифтовой колонны показан изолированный зонд 311 с электродами 318-1, 318-2,…, расположенными на изолированном зонде 311. Поэтому лифтовая колонна 306 является по существу лишь транспортировочным средством для перемещения зонда 311 до желаемых мест. Могут быть использованы другие транспортировочные средства, предпочтительно относительно прочные, но до некоторой степени гибкие. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в, на или в составе зонда 311 и электродов 318 предусмотрены провода, соединяющие электроды, измерительную электронику и телеметрическую аппаратуру или запоминающее устройство для хранения данных, но они не показаны на Фиг.20.Turning now to FIG. 20, a
Законченная скважина с обсаженным стволом показана на Фиг.21, при этом пласт 405 пересекается скважиной 400. Скважина включает в себя изолированную лифтовую колонну 406, обсадную колонну, имеющую электропроводные электродные участки 418-1, 418-2, 418-3,…, разделенную электроизоляционными участками 416, которые зацементированы в скважине с помощью цемента 417. Поэтому металлическая обсадная колонна используется в качестве группы электродов, при этом отдельные секции обсадной колонны электрически изолированы друг от друга. Секции обсадной колонны могут быть регулярными секциями обсадной колонны, соединенными посредством изолирующих фланцев, или специально спроектированными секциями обсадной колонны, изготовленными из двух или более электрически изолированных подсекций. Как видно на Фиг.21, электроды 418 находятся в контакте с цементом 417 и с флюидом внутри обсадной колонны. Если лифтовая колонна 406 внутри скважины является металлической, то предпочтительно, чтобы лифтовая колонна была электрически изолированной или частично изолированной.The cased-hole completed well is shown in FIG. 21, with the
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предложены прибор и способ для измерения фильтрационных потенциалов в процессе бурения ствола скважины. В частности, в процессе бурения перепад давлений между пластом и стволом скважины вызывает проникновение бурового раствора в пласт и переходные процессы изменения давления и, следовательно, переходные процессы изменения фильтрационного потенциала. В скважинах, пробуренных с использованием бурового раствора на нефтяной основе, фильтрационный потенциал будет существовать, если буровой раствор содержит водяную фракцию.According to another embodiment of the invention, there is provided an apparatus and method for measuring filtration potentials while drilling a wellbore. In particular, during the drilling process, the pressure differential between the formation and the wellbore causes the penetration of the drilling fluid into the formation and transient pressure changes and, consequently, transient changes in the filtration potential. In wells drilled using oil-based drilling mud, a filtration potential will exist if the drilling mud contains a water fraction.
Теперь обратимся к Фиг.22, на которой схематически показана конструкция инструмента 510, пригодного для измерения в процессе бурения фильтрационного потенциала в стволе 500 скважины, окруженном пластом 505. Бурильный инструмент 510 включает в себя буровое долото 507 и электроды 518-1, 518-2, 518-3, …, 518-R (предпочтительно, чтобы на все было нанесено полупористое покрытие, такое как цемент), установленные на электрически изолированных секциях 511-1, 511-2, 511-3 бурильной трубы 515. Электроды 518 перемещаются вместе с инструментом 510. Поэтому различными электродами в группе в различные моменты времени будет восприниматься переходный процесс изменения фильтрационного потенциала в фиксированных пространственных точках. Расстоянием между электродами 518 в группе и скоростью бурения определяется частота квантования по времени переходного процесса изменения фильтрационного потенциала. Другими словами, момент времени, в который электрод 518-2 располагается в конкретном месте, где ранее осуществлялись измерения с помощью электрода 518-1, зависит от скорости бурения и расстояния между электродами. В варианте осуществления из Фиг.22 верхний электрод 518-R используется в качестве электрода опорного напряжения, поскольку он находится дальше всего от бурового долота и будет часто достигать мест в пласте, где переходный процесс изменения фильтрационного потенциала уже пришел к установившимся значениям. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в, на или в составе инструмента 510 для измерения в процессе бурения предусмотрены провода, соединяющие электроды, измерительную электронику и телеметрическую аппаратуру, которые являются стандартными в данной области техники, но они не показаны на Фиг.22. На Фиг.22 показаны процессор 550 и связанное с ним запоминающее устройство 560 для хранения данных, которые используются для получения контрольных данных. Должно быть понятно, что процессор 550 и запоминающее устройство 560 для хранения данных также можно применять в других вариантах осуществления, хотя при обработке в процессоре могут использоваться различные прямые и обратные модели.Now turn to Fig, which schematically shows the design of the
В случае инструмента 510 для измерения в процессе бурения выполняемые измерения фильтрационного потенциала являются пассивными измерениями напряжения, которые могут быть осуществлены в высокоомном стволе скважины путем использования высокоимпедансной электроники. В скважинах, пробуренных с использованием бурового раствора на нефтяной основе, необходимо, чтобы электроды были большими, насколько это возможно, и для снижения электродного импеданса помещались, по возможности, близко к пласту.In the case of a
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для надлежащего анализа данных, получаемых посредством инструмента 510 для каротажа в процессе бурения, в прямую модель должна быть включена модель глинистой корки, наращиваемой в процессе бурения. Могут быть использованы точные модели, например, раскрытые в статье: Fordham E.J. and Ladva H.K.J., “Crossflow filtration of bentonite suspensions”, Physico-Chemical Hydrodynamics”, 11 (4), 411-439 (1989).Those of skill in the art should understand that, in order to properly analyze the data obtained by the
При наличии инструмента 510 для измерения в процессе бурения и соответствующей модели информация о фильтрационном потенциале, получаемая и обрабатываемая с помощью инструмента, может обеспечивать различные контрольные данные. Поскольку переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, создаваемые при бурении, протекают быстро с течением времени в случае пласта с высокой проницаемостью и медленно в случае пласта с низкой проницаемостью, то с помощью обратной модели, которая содержит модель наращивания глинистой корки, может быть получена проницаемость пласта в зоне проникновения фильтрата и в не затронутой проникновением зоне.With a
На основе инструмента 510 для каротажа в процессе бурения и соответствующей модели может быть осуществлена система для раннего обнаружения потерь промывочной жидкости. В частности, могут быть неожиданные потери жидкости из-за естественных и наведенных в процессе бурения трещин. В этом случае фильтрационный потенциал будет возрастать мгновенно при продвижении жидкостей в пласт. Изменения давления в стволе скважины будут немного более медленными, поскольку ствол скважины обладает аккумулирующей способностью. Потери жидкости, заметные на поверхности, будут происходить намного позднее. Для наведенных бурением трещин большие изменения фильтрационного потенциала будут обнаруживаться задолго до того, как трещины станут значительными. Поэтому контроль результатов измерений фильтрационного потенциала может быть использован для раннего обнаружения потерь промывочной жидкости.Based on the
Аналогичным образом информация о фильтрационном потенциале может быть использована для раннего обнаружения аномальных пластовых давлений. Например, когда пластовое давление становится более высоким, чем скважинное давление, знак фильтрационного потенциала изменяется. Это изменение знака можно наблюдать до того, как в ствол скважины втечет флюид в количестве, достаточном для наблюдения скачка давления. Развитие реверсирования потока при бурении зоны аномального давления может происходить в течение короткого, но конечного периода времени. Любое реверсирование потока будет сразу же обнаруживаться по результатам измерений фильтрационного потенциала. Поэтому измерения фильтрационного потенциала имеют значение при раннем обнаружении аномального пластового давления.Similarly, information about the filtration potential can be used for early detection of abnormal reservoir pressure. For example, when the reservoir pressure becomes higher than the borehole pressure, the sign of the filtration potential changes. This sign change can be observed before the fluid flows into the wellbore in an amount sufficient to observe the pressure surge. The development of flow reversal during drilling of the abnormal pressure zone can occur within a short but finite period of time. Any reversal of the flow will be immediately detected by the measurement results of the filtration potential. Therefore, measurements of the filtration potential are important in the early detection of abnormal reservoir pressure.
Теперь обратимся к Фиг.23, на которой показан еще один вариант осуществления изобретения. На Фиг.23 представлен спускаемый на кабеле прибор 610 для измерения фильтрационного потенциала. Спускаемый на кабеле прибор 610 показан подвешенным на кабеле 611 в стволе 600 скважины (имеющем глинистую корку 607), пересекающем пласт 605. Спускаемый на кабеле прибор 610 снабжен изолированным зондом 616, на котором расположена группа электродов 618-1, 618-2, 618-3,…, включающая в себя опорный электрод 618-R и соответствующие схемы измерения напряжения, предпочтительно высокоимпедансные. Предпочтительно, чтобы электроды были покрыты полупористым материалом, таким как цемент. Кроме того, прибор 610 включает в себя один или несколько рычагов 631, предпочтительно отводных, на которых закреплено одно или несколько лезвий 635. Лезвия 635 предназначены для прорезания щелей в глинистой корке 607, когда спускаемый на кабеле прибор перемещают по стволу скважины. Лезвия могут быть выполнены из поликристаллического алмаза. Поскольку между пластом и стволом скважины имеется большой репрессионный перепад давлений (наибольший перепад давлений имеется на глинистой корке), то после того как лезвием 635 прорезается щель в глинистой корке 607, в щели будет быстро наращиваться новая глинистая корка, что приостанавливает поток флюида. Тем временем в пласте 605 формируется переходный процесс изменения давления. В скважинах, пробуренных с использованием бурового раствора на нефтяной основе, переходные процессы изменения фильтрационного потенциала будут возникать, если буровой раствор имеет водяную фракцию.Turning now to FIG. 23, another embodiment of the invention is shown. On Fig presents the descent on the cable device 610 for measuring filtration potential. A cable-lowered device 610 is shown suspended on a
Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, в режиме непрерывного каротажа электроды 618 перемещаются вместе с прибором 610. Переходные процессы изменения фильтрационного потенциала воспринимаются в фиксированных пространственных точках различными электродами в группе. Расстоянием между электродами в группе и скоростью каротажа определяется частота квантования по времени переходного процесса изменения фильтрационного потенциала. Верхний электрод 618-R используется в качестве электрода опорного напряжения, поскольку он находится дальше всех от лезвий и здесь еще не происходит переходный процесс изменения фильтрационного потенциала. Предусмотрены провода, соединяющие электроды, измерительную электронику и телеметрическую аппаратуру, но они не показаны на Фиг.23.As should be understood by specialists in this field of technology, in the continuous logging mode, the
Как упоминалось ранее, предпочтительно, чтобы рычаги 631 были отводными. В результате, лезвия 635 могут быть отведены, когда не будет необходимости в информации о фильтрационном потенциале, а прибор, если необходимо, может использоваться для повторных рейсов с целью регистрации данных о фильтрационных потенциалах на протяжении длительного периода времени. Для облегчения согласования данных из повторных рейсов предусмотрен детектор 640 гамма-излучения.As mentioned previously, it is preferred that the
Как обсуждалось ранее при обращении к инструменту 510 для каротажа в процессе бурения, измерения фильтрационных потенциалов представляют собой пассивные измерения напряжений, которые могут быть выполнены в высокоомном стволе скважины при использовании высокоимпедансной электроники. В скважинах, пробуренных с использованием бурового раствора на нефтяной основе (без водяной фракции), предпочтительно, чтобы электроды были относительно большими (например, но без ограничения этими размерами, двенадцать дюймов на два дюйма), а для обеспечения плотного контакта с пластом предпочтительно, чтобы они были размещены на шарнирных площадках (непоказанных) или на прижимном каротажном зонде.As discussed previously when referring to a
В случае использования спускаемого на кабеле прибора 610 мгновенная водоотдача из разреза глинистой корки, по всей вероятности, происходит в течение более короткого периода времени по сравнению со временем, необходимым для того, чтобы переходный процесс изменения давления распространился за пределы зоны проникновения фильтрата. В таком случае источник переходного процесса изменения фильтрационного потенциала, возникающего при разрезании глинистой корки, может быть интерпретирован как дельта-функция времени. Инверсия данных для короткого периода времени может быть осуществлена без всяких входных данных из модели наращивания глинистой корки. После мгновенной водоотдачи глинистая корка будет снова нарастать благодаря статическому процессу. Толщина глинистой корки будет возрастать пропорционально корню квадратному из времени. При том, что глинистая корка нарастает пропорционально корню квадратному из времени, инверсия данных о фильтрационных потенциалах в течение более длительного периода времени все же является вполне робастной.In the case of using the device 610 launched on the cable, instantaneous water loss from the clay crust section is most likely to occur within a shorter period of time compared to the time necessary for the pressure transient to extend outside the filtrate penetration zone. In this case, the source of the transition process of the change in the filtration potential that occurs when cutting clay cake can be interpreted as a delta function of time. Data inversion for a short period of time can be carried out without any input from the clay peel model. After instant water loss, the clay crust will grow again due to the static process. The thickness of the clay crust will increase in proportion to the square root of time. Despite the fact that the clay crust grows in proportion to the square root of time, the inversion of data on filtration potentials over a longer period of time is still quite robust.
Проникновение бурового раствора в пласт является почти не прекращающимся процессом даже при хорошей системе циркуляции бурового раствора. Переходные процессы изменения фильтрационного потенциала, возникающие при проникновении бурового раствора в пласт, вероятно, могут быть измерены, если с момента бурения скважины или расширения ствола скважины до момента каротажа прошло не слишком много времени. Поэтому посредством прибора, показанного на Фиг.23, с отводными лезвиями (или без рычагов и лезвий) можно регистрировать фильтрационный потенциал, образованный при предшествующем бурении и/или расширении ствола скважины и непрерывном проникновении бурового раствора в пласт. В такой ситуации модель для продолжительного периода измерения и наращивания глинистой корки должна использоваться для интерпретации собранных данных о фильтрационных потенциалах. Поэтому должно быть понятно, что спускаемый на кабеле прибор для измерения фильтрационного потенциала может быть использован при соответствующем моделировании и инверсии для выполнения измерений проницаемости пласта в зоне проникновения фильтрата, за пределами зоны проникновения фильтрата и в дальней зоне, непрерывно по длине ствола скважины. Переходные процессы, регистрируемые в течение продолжительных периодов времени без использования режущего ножа, будут способствовать определению проницаемости в дальней зоне.The penetration of the drilling fluid into the reservoir is an almost continuous process, even with a good system of circulation of the drilling fluid. Transient changes in the filtration potential that occur when the drilling fluid penetrates the formation can probably be measured if not too much time has passed from the time of drilling the well or expanding the wellbore to the time of logging. Therefore, by means of the device shown in FIG. 23, with the retracting blades (or without levers and blades), the filtration potential generated during the previous drilling and / or expansion of the wellbore and the continuous penetration of the drilling fluid into the formation can be recorded. In such a situation, a model for a long period of measurement and build-up of clay cake should be used to interpret the collected data on filtration potentials. Therefore, it should be clear that a cable-launched device for measuring the filtration potential can be used with appropriate modeling and inversion to perform formation permeability measurements in the filtrate penetration zone, outside the filtrate penetration zone and in the far zone, continuously along the length of the wellbore. Transients recorded over long periods of time without the use of a cutting knife will help determine the permeability in the far zone.
Возможность использования спускаемого на кабеле прибора из Фиг.23 для обнаружения переходных процессов изменения фильтрационного потенциала и получения качественных определений характеристик подкрепляется прямой моделью из Фиг.23а и результатами моделирования, показанными на фигурах 23b-23e. В модели из Фиг.23а предполагается, что мгновенная водоотдача в результате разрезания глинистой корки происходит в течение более короткого периода времени по сравнению с периодом временем, необходимым для распространения переходного процесса изменения давления за пределы зоны проникновения фильтрата. Источник переходного процесса изменения фильтрационного потенциала, возникающего при разрезании глинистой корки, может быть интерпретирован как дельта-функция времени. Предполагается, что после мгновенной водоотдачи новой глинистой коркой приостанавливается любое дальнейшее течение.The ability to use the cable-lowered device from Fig. 23 to detect transient changes in the filtration potential and to obtain qualitative characterization is supported by the direct model from Fig. 23a and the simulation results shown in figures 23b-23e. In the model of FIG. 23a, it is assumed that instantaneous water loss due to cutting of the clay cake occurs over a shorter period of time compared with the period of time necessary for the transient process of pressure change to extend beyond the penetration zone of the filtrate. The source of the transition process of changes in the filtration potential that occurs when cutting clay cake can be interpreted as a delta function of time. It is assumed that after instant water loss by a new clay crust, any further course is suspended.
На Фиг.23b показано, что ранние переходные процессы не зависят от не затронутой проникновением зоны. Требуется временной интервал, определяемый уравнением (4), чтобы переходный процесс изменения давления распространился в не затронутую проникновением зону. На Фиг.23с показано, что как фильтрационный потенциал в раннее время, так и фильтрационный потенциал в позднее время чувствительны к проницаемостям зоны проникновения фильтрата. То, что ранние данные и поздние данные являются чувствительными к проницаемостям разных зон, делает алгоритм инверсии совершенно робастным.23b shows that the early transients are independent of the intact zone. The time interval defined by equation (4) is required in order for the transient process of pressure change to spread to the zone not affected by penetration. Fig. 23c shows that both the filtration potential in the early time and the filtration potential in the late time are sensitive to the permeability of the filtrate penetration zone. The fact that early data and late data are sensitive to permeabilities of different zones makes the inversion algorithm completely robust.
На Фиг.23d показана зависимость фильтрационного потенциала от толщины зоны проникновения фильтрата. Из уравнения (4) видно, что время, требуемое для распространения переходного процесса изменения давления через зону проникновения фильтрата, зависит от толщины Δ зоны проникновения фильтрата и проницаемости k зоны проникновения фильтрата через формульную комбинацию Δ2/k. Из уравнения (8) видно, что при приближении к установившемуся состоянию фильтрационный потенциал, обусловленный зоной проникновения фильтрата, зависит от Δ и k через формульную комбинацию Δ/k. Различие между этими двумя формульными комбинациями приводит к предположению, что толщина и проницаемость зоны проникновения фильтрата могут быть индивидуально определены с помощью инверсии.23d shows the dependence of the filtration potential on the thickness of the penetration zone of the filtrate. From equation (4) it can be seen that the time required for the transition of the pressure change through the filtrate penetration zone depends on the thickness Δ of the filtrate penetration zone and the permeability k of the filtrate penetration zone through the formula Δ 2 / k . From equation (8) it can be seen that when approaching the steady state, the filtration potential due to the penetration zone of the filtrate depends on Δ and k through the formula combination Δ / k . The difference between the two formula combinations suggests that the thickness and permeability of the filtrate penetration zone can be individually determined by inversion.
Результаты инверсии для случая синтетических данных, определенных из прямой модели, с добавлением шума в количестве 5% показаны на Фиг.23е. Все обращенные значения проницаемости зоны проникновения фильтрата, проницаемости не затронутой проникновением зоны и толщины зоны проникновения фильтрата очень хорошо согласуются с входными значениями, использованными в прямой модели.The results of the inversion for the case of synthetic data determined from a direct model with the addition of noise in the amount of 5% are shown in Fig.23e. All inverted values of the permeability of the filtrate penetration zone, the permeability of the zone not affected by the penetration, and the thickness of the filtrate penetration zone are in very good agreement with the input values used in the direct model.
В настоящей заявке были описаны и пояснены несколько вариантов осуществления устройств и способов для измерения фильтрационных потенциалов и определения на их основании характеристик подземных пластов. Хотя были описаны конкретные варианты осуществления изобретения, не предполагается, что изобретение ограничено ими, а предполагается, что объем изобретения является широким, насколько допускается в области техники, к которой относится изобретение, и что описание должно толковаться аналогичным образом. Следовательно, необходимо понимать, что хотя были раскрыты конкретные приборы и компоновки электродов, могут быть осуществлены модификации при условии, что прибор или компоновка будет включать в себя группу электродов, с помощью которой можно измерять фильтрационные потенциалы. Поэтому, например, изобретение может быть видоизменено так, что в результате этого двумерная группа электродов может быть использована при некоторых обстоятельствах для получения информации об азимутальных фильтрационных потенциалах. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть осуществлены еще и другие модификации предложенного изобретения без отступления от его заявленных сущности и объема.In this application, several embodiments of devices and methods for measuring filtration potentials and determining the characteristics of underground formations based on them have been described and explained. Although specific embodiments of the invention have been described, it is not intended that the invention be limited thereto, but rather that the scope of the invention is as wide as is permitted in the technical field to which the invention relates, and that the description should be construed in a similar manner. Therefore, it must be understood that although specific devices and electrode arrangements have been disclosed, modifications can be made provided that the device or arrangement includes a group of electrodes with which filtration potentials can be measured. Therefore, for example, the invention can be modified so that as a result, a two-dimensional group of electrodes can be used in some circumstances to obtain information about azimuthal filtering potentials. Specialists in the art should understand that other modifications of the invention may also be made without departing from its claimed essence and scope.
Claims (19)
a) используют по меньшей мере один датчик в скважине или около нее для восприятия напряжений постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам, на протяжении периода времени; и
b) идентифицируют трещину в подземном пласте путем идентификации профиля с двойным пиком в упомянутых напряжениях постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам.1. A method of researching an underground formation traversed by a well, comprising the steps of:
a) use at least one sensor in or near the well to sense DC voltages corresponding to transient filtering potentials over a period of time; and
b) identify the fracture in the subterranean formation by identifying a double peak profile in said DC voltages corresponding to transient filtering potentials.
c) инициируют образование упомянутых напряжений постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам.2. The method according to claim 1, in which additionally:
c) initiate the formation of said DC voltages corresponding to transient filtering potentials.
при упомянутом инициировании создают изменение относительного давления между скважиной и пластом.3. The method according to claim 2, in which:
with said initiation, a change in relative pressure is generated between the well and the formation.
при упомянутом инициировании разрезают глинистую корку на упомянутой скважине.4. The method according to claim 2, in which:
with said initiation, a clay crust is cut in said well.
при упомянутом инициировании закачивают жидкость в скважину.5. The method according to claim 2, in which:
with said initiation, fluid is pumped into the well.
упомянутая жидкость содержит воду, содержащуюся в буровом растворе.7. The method according to claim 5, in which:
said fluid contains water contained in the drilling fluid.
при упомянутом инициировании закачивают в скважину по меньшей мере один компонент для заканчивания из промывочной жидкости, цементного раствора, гравия, кислот, жидкости для гидравлического разрыва и пропеллента.8. The method according to claim 2, in which:
with said initiation, at least one component is pumped into the well for completion from the flushing fluid, cement, gravel, acids, fracturing fluid and propellant.
при упомянутом инициировании изменяют норму отбора пластовых флюидов через скважину.9. The method according to claim 2, in which:
with the mentioned initiation, the rate of formation fluid selection through the well is changed.
при упомянутом использовании по меньшей мере одного датчика используют множество датчиков.10. The method according to claim 1, in which:
with said use of at least one sensor, a plurality of sensors are used.
датчики упомянутого множества являются по меньшей мере частично изолированными друг от друга.11. The method according to claim 10, in which:
the sensors of said plurality are at least partially isolated from each other.
при упомянутом использовании множества датчиков перемещают спускаемый на кабеле прибор с упомянутыми датчиками по упомянутой скважине.12. The method according to claim 10, in which:
with said use of a plurality of sensors, a cable-launched device with said sensors is moved along said well.
упомянутый спускаемый на кабеле прибор включает в себя средство для разрезания глинистой корки вокруг скважины.13. The method according to item 12, in which:
said cable-lowered device includes means for cutting clay cake around a well.
при упомянутом использовании множества датчиков поворачивают прибор, имеющий буровое долото и упомянутые датчики.14. The method according to claim 10, in which:
with said use of a plurality of sensors, an apparatus having a drill bit and said sensors is rotated.
упомянутая скважина представляет собой необсаженную скважину, а при упомянутом использовании множества датчиков используют множество датчиков, размещенных на изолирующем зонде, помещенном в упомянутую необсаженную скважину.15. The method according to claim 10, in which:
said well being an open hole, and with said use of a plurality of sensors, a plurality of sensors are used located on an insulating probe placed in said open-hole well.
при упомянутом использовании множества датчиков располагают упомянутые датчики на центраторах в скважинах, законченных с использованием песочных фильтров.16. The method according to claim 10, in which:
with said use of a plurality of sensors, said sensors are located on centralizers in wells completed using sand filters.
при упомянутом использовании множества датчиков располагают упомянутые датчики на электрически изолированных секциях обсадной колонны в законченной обсаженной скважине.17. The method according to claim 10, in which:
with said use of a plurality of sensors, said sensors are placed on electrically isolated sections of the casing in a finished cased well.
при упомянутом использовании множества датчиков располагают упомянутые датчики в изолирующем окружении обсадной колонны в законченной цементированием скважине.18. The method of claim 10, in which:
with said use of a plurality of sensors, said sensors are located in an insulating environment of the casing in a cemented well.
a) располагают множество датчиков в скважине или около нее;
b) инициируют образование в пласте напряжений постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам;
c) используют датчики для восприятия на протяжении периода времени упомянутых напряжений постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам; и
d) идентифицируют трещину в подземном пласте путем идентификации профиля с двойным пиком в упомянутых напряжениях постоянного тока, соответствующих переходным фильтрационным потенциалам. 19. The method of research of the underground formation, intersected by the well, which consists in the fact that
a) have multiple sensors in or near the well;
b) initiate formation of direct current voltages in the formation corresponding to transient filtering potentials;
c) use sensors to sense, over a period of time, said DC voltages corresponding to transient filtering potentials; and
d) identify the fracture in the subterranean formation by identifying a double-peak profile in said DC voltages corresponding to transient filtering potentials.
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10/871,856 | 2004-06-18 | ||
US10/871,856 US7233150B2 (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics |
US10/871,854 | 2004-06-18 | ||
US10/871,854 US6978672B1 (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | Wireline apparatus for measuring steaming potentials and determining earth formation characteristics |
US10/871,446 US7520324B2 (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | Completion apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics |
US10/871,446 | 2004-06-18 | ||
US10/872,112 | 2004-06-18 | ||
US10/872,112 US7243718B2 (en) | 2004-06-18 | 2004-06-18 | Methods for locating formation fractures and monitoring well completion using streaming potential transients information |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101729/28A Division RU2402048C2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Measurement methods and devices for filtration potentials and determination of characteristics of underground formation |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012143734/28A Division RU2012143734A (en) | 2004-06-18 | 2012-10-12 | METHODS AND DEVICES FOR MEASURING FILTRATION CAPACITIES AND DETERMINING CHARACTERISTICS OF THE UNDERGROUND LAYER |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009132837A RU2009132837A (en) | 2011-03-10 |
RU2478991C2 true RU2478991C2 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=39810428
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101729/28A RU2402048C2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Measurement methods and devices for filtration potentials and determination of characteristics of underground formation |
RU2008129820/28A RU2453873C2 (en) | 2004-06-18 | 2008-07-18 | Apparatus for measuring filtration potential and determining underground formation characteristics |
RU2009132837/28A RU2478991C2 (en) | 2004-06-18 | 2009-08-31 | Methods and apparatus for measuring streaming potentials and determining underground formation characteristics |
Family Applications Before (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007101729/28A RU2402048C2 (en) | 2004-06-18 | 2005-06-17 | Measurement methods and devices for filtration potentials and determination of characteristics of underground formation |
RU2008129820/28A RU2453873C2 (en) | 2004-06-18 | 2008-07-18 | Apparatus for measuring filtration potential and determining underground formation characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (3) | RU2402048C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485290C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-06-20 | Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина | Development method by horizontal well of formation with zones of various permeability |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4427944A (en) * | 1980-07-07 | 1984-01-24 | Schlumberger Technology Corporation | System for permeability logging by measuring streaming potentials |
US5103178A (en) * | 1990-09-11 | 1992-04-07 | Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Method using a pluraliyt of electrode, including a reference electrode, for recording a spontaneous potential curve in a borehole while drilling |
RU2041358C1 (en) * | 1992-06-19 | 1995-08-09 | Кузбасский Политехнический Институт | Method for evaluation of irregularity in distribution of absorbing capacity of rock mass |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1409960A1 (en) * | 1986-12-01 | 1988-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Геофизических Методов Исследований,Испытания И Контроля Нефтегазоразведочных Скважин | Resistivity logging sonde |
FR2716536B1 (en) * | 1994-02-22 | 1996-04-26 | Geophysique Cie Gle | Method and device for measuring the permeability of a rock medium. |
US5543715A (en) * | 1995-09-14 | 1996-08-06 | Western Atlas International, Inc. | Method and apparatus for measuring formation resistivity through casing using single-conductor electrical logging cable |
US5809458A (en) * | 1996-09-05 | 1998-09-15 | Western Atlas International, Inc. | Method of simulating the response of a through-casing electrical resistivity well logging instrument and its application to determining resistivity of earth formations |
RU17737U1 (en) * | 2000-12-26 | 2001-04-20 | Смилевец Олег Демьянович | ELECTRICAL LOGGING DEVICE |
-
2005
- 2005-06-17 RU RU2007101729/28A patent/RU2402048C2/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-07-18 RU RU2008129820/28A patent/RU2453873C2/en not_active IP Right Cessation
-
2009
- 2009-08-31 RU RU2009132837/28A patent/RU2478991C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4427944A (en) * | 1980-07-07 | 1984-01-24 | Schlumberger Technology Corporation | System for permeability logging by measuring streaming potentials |
US5103178A (en) * | 1990-09-11 | 1992-04-07 | Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Method using a pluraliyt of electrode, including a reference electrode, for recording a spontaneous potential curve in a borehole while drilling |
RU2041358C1 (en) * | 1992-06-19 | 1995-08-09 | Кузбасский Политехнический Институт | Method for evaluation of irregularity in distribution of absorbing capacity of rock mass |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2453873C2 (en) | 2012-06-20 |
RU2009132837A (en) | 2011-03-10 |
RU2402048C2 (en) | 2010-10-20 |
RU2007101729A (en) | 2008-07-27 |
RU2008129820A (en) | 2010-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7891417B2 (en) | Completion apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics | |
US6978672B1 (en) | Wireline apparatus for measuring steaming potentials and determining earth formation characteristics | |
US7243718B2 (en) | Methods for locating formation fractures and monitoring well completion using streaming potential transients information | |
US8302687B2 (en) | Apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics | |
US10126448B2 (en) | Formation measurements using downhole noise sources | |
US7233150B2 (en) | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics | |
US6886632B2 (en) | Estimating formation properties in inter-well regions by monitoring saturation and salinity front arrivals | |
US20070256830A1 (en) | Method and an apparatus for evaluating a geometry of a hydraulic fracture in a rock formation | |
US7886591B2 (en) | Method for improving the determination of earth formation properties | |
US7388380B2 (en) | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics and other useful information | |
BRPI0615864A2 (en) | method for investigating a hole-formed ground formation during drilling operations | |
RU2475782C2 (en) | Nondestructive determination of pore size distribution and distribution of fluid flow velocities | |
WO2007032956A2 (en) | While-drilling methodology for estimating formation pressure based upon streaming potential measurements | |
WO2007032928A2 (en) | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics and other useful information | |
US7944211B2 (en) | Characterization of formations using electrokinetic measurements | |
RU2478991C2 (en) | Methods and apparatus for measuring streaming potentials and determining underground formation characteristics | |
CA2570049A1 (en) | Methods and apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics | |
US7340384B2 (en) | Process for determining the variation in the relative permeability of at least one fluid in a reservoir | |
RU2176731C2 (en) | Method determining perforation interval and perforation quality | |
Arrays | SPE Paper Number 102106 Streaming Potential Applications in Oil Fields |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140618 |