CN101680966B - 用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，包括步骤：在预先设定的时间间隔，对勘测场地实施一系列“用于构架/校准区域”的梯度测量活动，对于每次梯度测量活动，获悉容纳在亚层土的相应间隔区域中的流体体积的相对变化ΔV_i；根据实施的测量，对于在前一个之后的每个“用于构架/校准区域”的测量活动，计算与整个勘察区域有关的参数P_1i；根据已知的流体体积变化ΔV_i和所计算的相应参数P_1i，按照近似法确定有关参数P_1i与间隔区域中的流体体积变化的变化规律，基于所确定的变化规律，关联在那些“用于构架/校准区域”的测量活动之后的任何测量活动。

Description

用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体的方法

技术领域

本发明涉及一种用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，例如天然沉积物，也称为储层，其在工业上可适用于油田，另外，也可以用于监测碳氢化合物的开采和储藏，并减少勘探阶段期间和路上及海上储层的开采期间的采矿危险。

背景技术

在亚层土资源勘探时，通常依赖于重力场的竖直分量和竖直梯度的测量。根据这些数据的分析，可以推导出有关特定地点的亚层土密度分布的信息。

基于该方法，也可以获得储层内部存在的碳氢化合物的质量变化。

该技术基于的思想是，由于储层内部的碳氢化合物运动与密度变化相关联，所以可以借助于竖直重力梯度测量进行评估。

实际上，自从三十年代以来，重力场梯度的测量就已经成功地用于亚层土资源勘探。自从1936年以来，人们就已经认识到利用竖直梯度的重要性，但由于竖直梯度具有较好的分辨力并且对地域效应相对不是那么敏感，所以竖直梯度常常具有根据重力场数据不能容易地获得的特定结构。

竖直重力场梯度的测量可以借助于称为重力梯度仪的特定仪器进行。

作为选择，某个点的重力场竖直梯度也可以借助于差不多同期获得的不同高度的两个重力测量值利用好的近似法进行测量。

在该第二种情况下，在利用地质条件解释在场地获得的数据之前，布格(Bouguer)异常方面的减少很频繁，据此排除不希望的效应，随后实施竖直梯度的计算和分析。

要进行的最重要的校正如下：

-仪器零点漂移

-潮汐校正

-纬度校正

-自由空气校正

-布格校正

-地形校正

这些校正的描述如下。

仪器零点漂移：重力计的数据读数由于形成仪器本身的材料的弹性特性而随时间变化。仪器零点漂移可以通过对同一测量点在不同时间，典型每1-2小时，进行重复测量而容易地确定。参照笛卡尔轴的表示给出零点漂移曲线，对许多重力计来说，零点漂移曲线为线型。

根据测量时间，在随后的测量点进行的各个测量减去定值。

潮汐校正：测量的零点漂移实际上还包含由于月亮-太阳吸引力引起的海洋类型效应(潮汐)的进一步作用。根据理论基础，借助于对该效应进行量化的公式，例如朗曼(Longman)公式，计算要进行的校正。

纬度校正：地球的旋转及其赤道的膨胀都使重力随纬度而增大，当观测的重力数据减少时，必须对此进行考虑。

自由空气校正：这是为了考虑测量点海拔而使用的校正。

布格校正：该校正用来考虑由介于测量点与基准面之间的质量引起的吸引力。在1749年，布格建议，该附加吸引力可以像由厚度等于测量点从海平面的海拔的无限大的水平板引起的作用那样来计算。

地形校正：所述板的近似在带有铰接地貌趋势的区域是不令人满意的。

在这些条件下，适于增加一校正以便考虑上述板之上的质量以及那些在布格校正中错误地减掉的作用。

在减去所列出的之后，按照如下所述的方式计算场地的竖直梯度。

亚层土密度随时间的变化可以根据竖直重力场梯度的测量进行测量和监测。

该方法早已用来测量和监测水层和地热场地。

本发明的目的是提供一种用于推算流体例如在地下的间隔区域中运动、即例如开采、注入和/或存储的流体例如液体和/或气态碳氢化合物的体积的方法。

在上述目的中，必须对每单个场地储层画出校准特性曲线。

依照本发明，这些及其他目的可以借助于本申请中所述的推算在间隔区域中移动的流体体积的方法来实现。

该方法的进一步的特征记载在本申请的其他方面中。

依照本发明，推算在间隔区域中的流体体积的方法的特征和优点将从下面直观且非模拟的描述中变得更加显而易见。

发明内容

依照本发明，推算亚层土中的流体体积的方法包括“构架/校准区域”的第一梯度测量阶段，基于此，按照统计近似法确定模型，以便量化在亚层土中开采、注入和/或存储的流体、例如碳氢化合物体积的运动。

更具体地说，在某一时间段重复实施一系列测量活动，以便借助于模型量化开采、注入和/或存储的流体运动量。

然后通过统计分析获得的数据求出该模型的精确度。

测量作业活动在勘测区域中适当打乱的一系列测量点进行。

对每单个测量点，利用高精度重力仪和适当定位的三脚架实施测量，以允许在离开地面的某一恒定距离进行测量。

对于如上所述的地球物理应用，建议使用精确度不低于μGal(微伽)的重力计。

根据操作的观点，测量活动由下列阶段构成。

获得第一地面重力测量G_bot，接着利用三脚架将重力计定位在离开地面一段距离dh处，获得第二重力测量G_top。

在各单个测量点和整个勘测测量期间，与地面的距离dh优选保持恒定。事实上，申请人已经注意到，通过在各单个测量点和对整个勘测使与地面的距离保持恒定，梯度异常的测量和确定更加精确。

基于所测量的G_bot和G_top，然后确定对于前述的效应进行校正的重力值G^＊ _bot、G^＊ _top。

借助于下列公式，从校正的重力值获得重力场的竖直梯度值：

$\mathrm{VGG}=\frac{(G_{\mathrm{bot}}^{*}-G_{\mathrm{top}}^{*})}{\mathrm{dh}}---\left(1\right)$

借助于带有毫米精确度的激光测距仪，确定在高度水平dh的各单个测量点的两个相对测量值之间的差。

然后随着时间变化在同一区域重复该获得和详细设计的程序，强调是同一测量点。

然后获得时滞(time lapse)信号，即与亚层土中一定时间段的重力变化有关的信号。

在不同的时间，根据同一测量点上实施的两次梯度勘测之间的差，计算时滞信号：

TL_ji＝VGG_i-VGG_j    (2)

这样，可以评价所检验的区域的哪些地带遇到了密度变化，从而披露存在流体相对运动的地方。

这样，获得有关亚层土中流体体积变化的定性结果，该体积变化与不同情况的开采、注入和/或存储作业有关。

申请人随后鉴定每单个存储层或开采储层的校准特性曲线，所述校准特性曲线将某一时滞所检测的梯度值变化与同一时间段内移动或开采、注入和/或存储的流体对应体积相关联。

申请人还开发、测试和证实了所述校准曲线的评价方法。

只要考虑质量随时间的运动的定性评价，申请人就认为它适于找到一条校准曲线，所述校准曲线将流体体积变化与时滞数据相互关联，而不是与单个评价的重力梯度数据相互关联。

为此，必须评定与开采、注入和/或存储作业相关的流体体积变化的特征参数。

已经证明，利用时滞值在检验区域的整个限定范围上的积分适用于该目的：

∫∫TL_1i(x，y)dxdy    (3a)

由此获得的值优选相对于第一时滞TL₁₂的积分进行标准化，从而将第一评价作为基准点。

由此可获得量纲参数P_1i，赋值为体积的定量总体变化，并限定为：

$P_{1i}\≡\frac{{\∫\∫\mathrm{TL}}_{1i}(x,y)\mathrm{dxdy}}{\left|{\∫\∫\mathrm{TL}}_{12}(x,y)\mathrm{dxdy}\right|}---\left(4a\right)$

可以根据测量活动编号i所获得的值计算参数P_1i。

同样，在整个勘测区域上分布的n个测量点所测量的时滞值总和也适于作为参数P_1i：

$\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TL}}_{1i}\left(n\right)---\left(3b\right)$

而且在这种情况下，由此获得的值优选相对于第一时滞TL₁₂的总和进行标准化，以便获得量纲参数：

$P_{1i}\≡\frac{\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TL}}_{1i}\left(n\right)}{\left|\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TL}}_{12}\left(n\right)\right|}---\left(4b\right)$

然后申请人根据至少三次获得活动，在已知运动(开采、注入和/或存储)的流体体积的情况下构造校准曲线。

根据与已知运动的体积ΔV_i的时滞相关联的参数P_1i，按照近似法重构参数P_1i与相应的已知开采、注入和/或存储的体积ΔV_i之间的关系。

由此获得的结果的各种控制表明并证实：由此确定的变化规律允许运动(开采、注入和/或存储)的流体体积变化从“用于构架/校准区域”的第一阶段之后的梯度测量活动开始进行推算。

以纯粹示例的方式，在此描述了用于确定将测量的梯度值与运动流体即开采、注入和/或存储的流体、例如碳氢化合物的体积相互关联的可能的规律的方法。

假定参数P_1i与运动的碳氢化合物体积ΔV_i的线性关系为：

P＝a+bΔV    (5)

该直线可构造成用于推算从向前第四勘测开始的ΔV。

与第一个三次测量活动和已知的运动的相对体积相关联的参数P_1i是用于限定参数a和b所必须的。

为了求出参数a和b，利用相对不确定度δa和δb，例如可以利用使理想直线的理论值与所观测的数据之间的差最小化的最小二乘近似法，即下列表达式：

$X^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{(P_i-a-{\mathrm{b\ΔV}}_i)}^2}{{\mathrm{\δP}}_i^2}---\left(6\right)$

一旦这样确定了a和b，已知参数P_1i的值，就可以求出ΔV的对应值。

该方法的不确定度和灵敏度取决于参数a和b的不确定度以及有关来自重力测量的参数P的不确定度δP。

用于推算运动的体积的等式是：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{(P-a)}{b}---\left(7\right)$

所以，相关的误差δΔV通过下式给出：

$\left(8\right),\mathrm{\δ\ΔV}=\left|\frac{\∂\mathrm{\ΔV}}{\∂P}\right|\∂P+\left|\frac{\∂\mathrm{\ΔV}}{\∂a}\right|\mathrm{\δa}+\left|\frac{\∂\mathrm{\ΔV}}{\∂v}\right|\mathrm{\δb}$

同样，可以采取合适程度的多项式变化规律和使用与近似法一样的最小二乘法(square minima method)或内插法。

本发明的方法目的的特征以及相应优点从上述描述中是显而易见的。

申请人增加了确定竖直重力梯度和对应时滞流程的算法，用于推算一定时间段在储层中运动的流体体积。

最后，很明显，由此构思的方法可以进行进一步的改进和变化，所有这些都包括在本发明的范围之内。

Claims (26)

1.一种用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，包括下列步骤：

a)在预先设定的时间间隔，对勘测场地实施一系列“用于构架/校准区域”的梯度测量活动，对于每次梯度测量活动，获悉容纳在亚层土的相应间隔区域中的流体体积的相对变化ΔV_i；

b)根据实施的测量，对于在前一个之后的每个“用于构架/校准区域”的测量活动，计算与整个勘测区域有关的参数P_1i；

c)根据已知的流体体积变化ΔV_i和所计算的相应参数P_1i，按照近似法，确定有关参数P_1i与所述间隔区域中的流体体积变化的变化规律，基于在步骤c)所确定的变化规律，关联在那些在步骤a)下限定的“用于构架/校准区域”的测量活动之后的任何测量活动；

其中，根据所述步骤a)中在预先设定的时间间隔进行的所述梯度测量，将在各个测量点在不同时间进行的两次梯度测量VGG_i、VGG_j之间的差计算为时滞TL_ji；

其中，根据时滞TL_1i值在勘测区域的整个限定范围上的积分计算所述参数P_1i；

其中，所述参数P_1i是时滞TL_1i值在勘测区域的整个限定范围上的积分，并相对于第一时滞TL₁₂的积分进行标准化。

2.如权利要求1所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤c)在于确定所计算的所述参数P_1i和已知的对应体积变化ΔV_i之间的线性变化规律。

3.如权利要求1所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤c)在于确定所计算的所述参数P_1i和已知的对应体积变化ΔV_i之间的多项式变化规律。

4.如权利要求2所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照近似法，通过最小二乘法或内插法确定所述变化规律。

5.如权利要求3所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照近似法，通过最小二乘法或内插法确定所述变化规律。

6.如权利要求1所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤a)中的所述系列梯度测量活动至少为三次。

7.如上述权利要求1-6之一所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于重力计和三脚架，对各个测量点实施用于梯度测量的所述步骤a)，以便允许几乎同期获得有关不同海拔的两个重力测量值G_bot和G_top。

8.如权利要求7所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，从所述重力测量值G_bot和G_top导出根据一系列影响因素校正的重力测量值G^＊ _bot和G^＊ _top。

9.如权利要求8所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照以下规律，由校正的所述重力测量值G^＊ _bot和G^＊ _top计算所述步骤a)的所述梯度测量，

$\mathrm{VGG}=\frac{(G_{\mathrm{bot}}^{*}-G_{\mathrm{top}}^{*})}{\mathrm{dh}}---\left(1\right)$

其中dh是单个测量点的两次测量之间的高度差。

10.如权利要求9所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于激光测距仪实现所述高度差dh。

11.如权利要求9所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，对于整个勘测的所有测量点，所述高度差dh必须保持恒定。

12.如权利要求10所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，对于整个勘测的所有测量点，所述高度差dh必须保持恒定。

13.如权利要求1-6任一所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于重力计，在各个测量点实施所述梯度测量活动。

14.一种用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，包括下列步骤：

a)在预先设定的时间间隔，对勘测场地实施一系列“用于构架/校准区域”的梯度测量活动，对于每次梯度测量活动，获悉容纳在亚层土的相应间隔区域中的流体体积的相对变化ΔV_i；

b)根据实施的测量，对于在前一个之后的每个“用于构架/校准区域”的测量活动，计算与整个勘测区域有关的参数P_1i；

c)根据已知的流体体积变化ΔV_i和所计算的相应参数P_1i，按照近似法，确定有关参数P_1i与所述间隔区域中的流体体积变化的变化规律，基于在步骤c)所确定的变化规律，关联在那些在步骤a)下限定的“用于构架/校准区域”的测量活动之后的任何测量活动；

其中，根据所述步骤a)中在预先设定的时间间隔进行的所述梯度测量，将在各个测量点在不同时间进行的两次梯度测量VGG_i、VGG_j之间的差计算为时滞TL_ji；

其中，根据在勘测区域的整个限定范围上分布的n个测量点所检测的时滞TL_1i值的相加计算所述参数P_1i；

其中，根据在勘测区域的整个限定范围上分布的n个测量点所检测的时滞TL_1i值的相加，并相对于第一时滞TL₁₂的总和标准化，来计算所述参数P_1i。

15.如权利要求14所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤c)在于确定所计算的所述参数P_1i和已知的对应体积变化ΔV_i之间的线性变化规律。

16.如权利要求14所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤c)在于确定所计算的所述参数P_1i和已知的对应体积变化ΔV_i之间的多项式变化规律。

17.如权利要求15所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照近似法，通过最小二乘法或内插法确定所述变化规律。

18.如权利要求16所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照近似法，通过最小二乘法或内插法确定所述变化规律。

19.如权利要求14所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，所述步骤a)中的所述系列梯度测量活动至少为三次。

20.如上述权利要求14-19之一所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于重力计和三脚架，对各个测量点实施用于梯度测量的所述步骤a)，以便允许几乎同期获得有关不同海拔的两个重力测量值G_bot和G_top。

21.如权利要求20所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，从所述重力测量值G_bot和G_top导出根据一系列影响因素校正的重力测量值G^＊ _bot和G^＊ _top。

22.如权利要求21所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，按照以下规律，由校正的所述重力测量值G^＊ _bot和G^＊ _top计算所述步骤a)的所述梯度测量，

$\mathrm{VGG}=\frac{(G_{\mathrm{bot}}^{*}-G_{\mathrm{top}}^{*})}{\mathrm{dh}}---\left(1\right)$

其中dh是单个测量点的两次测量之间的高度差。

23.如权利要求22所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于激光测距仪实现所述高度差dh。

24.如权利要求22所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，对于整个勘测的所有测量点，所述高度差dh必须保持恒定。

25.如权利要求23所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，对于整个勘测的所有测量点，所述高度差dh必须保持恒定。

26.如权利要求14-19任一所述的用于推算在亚层土的间隔区域中运动的流体体积的方法，其特征在于，借助于重力计，在各个测量点实施所述梯度测量活动。