CN102782251A - 储层渗透率的估计 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定含油储层的渗透率的方法包括在第一位置处将标记的有机分子注入储层中，并在该储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号，其中该标记的有机分子包括具有小于1个月的半衰期的放射性核素。在某些实施例中，该标记的有机分子包含从由碘-131和氟-18组成的组中选择的放射性核素。

Description

储层渗透率的估计
技术领域
本文公开的实施例一般涉及渗透率的估计，以及更具体地来说涉及含油储层的渗透率的估计。
背景技术
渗透率是岩石能够引导流体的流畅度(facility)，常常以达西或微达西为单位来测量。1达西表示这样的渗透率：1厘米厚的岩石样本允许粘度为单位厘泊的1立方厘米流体在单位大气压差下在1秒内通过1平方厘米面积。一个非常重要的关联描述符号是孔隙度。孔隙度定义为表示岩石样本内空隙空间的、岩石样本体积的分数。孔隙率典型地报告为范围从0到1的分数或范围从0%到100%的百分比。
可以将含油储层中存在的岩石看作由固体晶粒组成，其中这些晶粒之间含有开敞容积或孔。孔的数量、其相对尺寸和位置是确定岩石的孔隙率以及也是确定岩石的渗透率的因素。同时测量或估计油储层的岩相的渗透率和孔隙率作为以较高确定性预测油储层的总产油潜力的一种方式是有利的。此知识在采用通过注水进行储层中油的两相置换的增强型恢复技术时突出(project)油储层的行为中也是有价值的。此外，油储层的生产特征还可能受到孔隙率和渗透率之外的多种因素的影响，例如，压力和如与水、油和气的相对渗透率的特征；储层尺寸、储层水饱和度、毛细管压力和毛细管压力功能。
众所周知的，油田内的含油区的渗透率和孔隙率特性不一定在整个油田内是恒定不变的。例如，在整个油田上，包含给定油田的连续含油区的渗透率可能变化几个数量级。有时简单的模型无法产生有关油田性能的有用信息，因为含油区的渗透率和孔隙率特性可能并非在正在建模的油田或油田局部上保持均匀。
例如，考虑沙特阿拉伯加瓦尔油田。加瓦尔油田是世界最大的常规油田。在1948年被发现并在1951年开始投产。在其峰值时，该油田日产油5,700,000桶。约10英里范围上不同位置处油田的孔隙率和平均渗透率的变化在本领域中是已知的。对于油田已知的平均孔隙率似乎在从约14%到约19%的范围中变化，以及平均渗透率似乎在从约52毫达西到约639毫达西的范围中变化。该油田的哈拉德部分已知为具有14%的平均孔隙率和52毫达西的平均渗透率。该油田的哈维亚部分已知为具有17%的平均孔隙率和68毫达西的平均渗透率。该油田的乌德曼尼亚(Uthmaniyah)部分已知为具有18%的平均孔隙率和220毫达西的平均渗透率。该油田的艾因达尔(Ain Dar)部分已知为具有19%的平均孔隙率和617毫达西的平均渗透率。该油田的德古姆部分已知为具有19%的平均孔隙率和639毫达西的平均渗透率。
可以对从含油储层移除的核芯样本进行渗透率和孔隙率的直接测量，并且此类数据可以是有价值的。但是，有时，此类核芯样本无法获得，并且即使在可获得时，有关核芯多大程度地表示作为整体的油储层的特征，以及钻取核芯本身以及后续样本处理的动作所产生的可能变化也存在不确定性。
已开发多种方法来尝试估计含油储层的渗透率。用于确定含油储层的渗透率的一种方法包括使用中子衰变测井过程。将具有已知中子捕获截面的第一含水液体注入含油储层中，直到所关注的含油储层的水饱和度基本为100%为止。在注入第一含水液体之后，以低压将第二粘性液体注入储层中，该第二粘性液体具有与第一含水液体的中子捕获截面不同的已知中子捕获截面。在一段时间之后，使用中子衰变测井过程来测量粘性液体的浓度。使用更高压力重复粘性液体的注入，并再次测量粘性液体的浓度。注入压力按离散步长递增，以及对于每个步长测量浓度，直到逼近含油储层的破裂压力为止。将粘性液体的浓度对注入压力绘图，并将其用于确定含油岩石的渗透率。但是，如所描述的，该过程相对复杂，可能耗时，并且可能包括将相对较大体积的多种外源液体注入储层。
用于估计储层渗透率的另一种方法包括压力构建分析，其中通过测量生产流周期之后已关井的井中的井底压力来收集数据。在停止井产油时，记录井随时间推移的井底压力构建。可以创建压力对时间的分布图，并将其与数学储层模型一起使用以评估储层以及近井地带的范围和特性。但是，正如所提到的，为了获取此类数据，一般必须停止从该井的生产相当长时间，由于油井停产的关联费用，这可能是非期望的。
用于估计储层特性的另一种方法使用生产历史匹配过程，其中改变储层模型的参数，直到模型与储层的过往生产历史最接近地相似为止。相关联的方法利用对压裂施工期间的施工压力进行匹配。当利用这些匹配方法时，匹配的精确度尤其取决于储层模型的质量和压力和生产数据的质量和数量。一旦模型匹配，则可以将其用于模拟将来储层行为。但是，与这些方法关联的缺点在于，若干不同的可能压裂结构或含油储层的特性可能得到相同的结果。即，有多种可能的解或多组参数值可能会产生可能的匹配，除非获取进一步的约束信息。
另一种方法包括邻近井眼的含油岩石重复施加交流磁场。这产生邻近井眼的“激发区”内存在的核子的重复性激发松弛过程。这种称为顺磁测井的技术可以用在裸眼井中以及在套管井口内。在相对较靠近井眼的有限区域中，可以使用顺磁测井来估计油的量、水的量、总流体体积、现存油的粘度、油饱和系数和水饱和系数，邻近井眼的垂直油和水分界线的位置、以及含油地层的横向不连续的位置。但是，正如所提到的，该技术对于仅相对较靠近井眼的区域中的此类参数是灵敏的。
另一种方法包括对岩石间隙内含油流体的含油岩石进行原位分析。提供一种激发设备，用于施加流体相对于岩石的运动，并测量岩层中流体的相对运动产生的磁场，以及估计岩层的渗透率。还已经采用核磁共振技术和电子顺磁共振技术作为估计渗透率的工具。
尽管目前有许多且种类繁多的技术可用，但是仍存在对用于原位测量的简单技术的需要，以能够可靠地估计含油储层的渗透率特性。
发明内容
在一个实施例中，一种用于确定含油储层的渗透率的方法，包括在第一位置处将标记的有机分子注入储层中，并在该储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号，其中该标记的有机分子包括具有小于1个月的半衰期的放射性核素。
在另一个实施例中，一种用于确定含油储层的渗透率的方法，包括在第一位置处将标记的有机分子注入储层中，并在该储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号，其中该标记的有机分子包括从由碘-131和氟-18组成的组中选择的放射性核素。
在又一个实施例中， 一种用于确定原油储层的渗透率的方法，包括在第一地下位置处将1-(131I)碘十八烷作为原油中的溶液注入储层中，并在储层中的第二地下位置处检测与1-(131I)碘十八烷关联的信号。
在再一个实施例中，一种用于确定原油储层的渗透率的方法，包括在第一地下位置处将1-(18F)氟十八烷作为原油中的溶液注入储层中，并在储层中的第二地下位置处检测与1-(18F)氟十八烷关联的信号。
本发明的技术效果包括实现一种简化且鲁棒性的方法，其使用与储层渗透率和储层生产潜力相关联的储层特征的原位测量来估计含油储层的渗透率。本发明提供的方法具有重要的有益特征，使用相对微小量的包含具有较短半衰期（小于1个月）的放射性核素的标记的有机分子，从而消除含油储层的长期污染。该方法还提供灵活性，并且可进行调适以便在估计种类广泛的含油储层类型中的渗透率和其他特性中时使用。本公开内容提供在本发明的实践中使用而选择的适合标记的有机分子示例，但是本领域中且获益于本公开内容的技术人员将意识到，根据本发明提供的方法，可以采用包含半衰期小于1个月的放射性核素的范围非常广泛的标记的有机分子。
本文书面描述使用示例来公开本发明，包括最优模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统并执行任何并入的方法。本发明的可专利范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员设想的其他示例。如果此类其他示例具有并无不同于权利要求的字面语言的结构元素或它们包含与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则它们规定为在权利要求的范围内。
附图说明
当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，贯穿附图相似的符号表示相似部件，在附图中：
图1是具有多个井眼的油田的示意图表示；以及
图2是根据本发明实施例的估计渗透率的方法的示意图表示。
具体实施方式
本文描述了本发明的一个或多个特定实施例。为了提供对这些实施例的简明描述，本说明书中并未描述实际实现的所有特征。应该意识到在任何此类实际实现的开发中，与任何工程或设计项目中一样，必须作出多种针对实现的决策以便达到开发者的特定目标，例如与系统相关联以及业务相关联的约束相符，这对于不同的实现可能是有所变化的。再者，应该意识到，对于从本公开获益的本领域普通技术人员来说，此类开发操作可能是复杂且耗时的，但是尽管如此仍是设计、制造和加工的例行操作。
当介绍本发明的多种实施例的元件时，冠词“一”和“该”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”应是涵盖性的，并且表示可能存在所列元件之外的附加的元件。所公开的实施例的描述中，给出的操作参数和/或环境状况的任何示例不应排除其他参数/状况。
正如本文所使用的，短语“标记的有机分子”是指包含一种或多种放射性核素的有机分子，并且涵盖低分子量的有机分子和高分子量的有机分子。
本文描述的本发明实施例解决了用于估计含油储层中渗透率相关联的特性的现有技术方法的提到的缺点。具体来说，本发明的方法提供增强的灵活性以便原位确认与含油储层的渗透率和孔隙率相关联的特性。在一个实施例中，这些原位测量可以在井眼内多种位置处进行，例如在生产井眼或感测井眼处进行。在一个实施例中，从井眼中的一个位置将标记的有机分子注入到含油储层中，此后，在井眼中的第二位置处检测与含油储层内的标记的有机分子关联的信号。可以分别地或集合地使用注入标记的有机分子和检测与所述标记的有机分子关联的信号之间逝去的时间、检测的信号的幅值和性质来估计含油储层的一个或多个渗透率特性。确信的是，本发明在估计与储层渗透率相关联的特性时提供相对于本领域中已知的方法获得更大可靠性和成本节省的机会。
在一个实施例中，正如所提到的，一种用于确定含油储层的渗透率的方法，包括在第一位置处将标记的有机分子注入储层中；并在储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号；其中该标记的有机分子包含半衰期小于1个月的放射性核素。在一个实施例中，含油储层可以是海床下的海底地下岩层。在备选实施例中，含油储层可以是“旱地”地下岩层。
在多种实施例中，标记的有机分子包含半衰期小于1个月的放射性核素。适合的放射性核素包括碘131、溴82、氟18、碳11和氮13，这些放射性核素的每一种具有小于1个月的半衰期。在备选实施例中，该标记的有机分子包含半衰期小于1周的放射性核素。在又一个实施例中， 该标记的有机分子包含半衰期小于1天的放射性核素。在再一个实施例中，该标记的有机分子包含从由碘131和氟18组成的组中选择的放射性核素。
在一个实施例中，该标记的有机分子包含1-(131I)碘十八烷。本领域普通技术人员将意识到，可以使用标准放射化学合成方法制备如1-(131I)碘十八烷的标记的有机分子，如通过1-十八醇甲苯磺酸盐与容易获得的碘化钠或碘化钾(131)在如氰化甲烷的极性溶剂中在范围从约环境温度到环境条件下该溶液的回流温度的温度下进行反应。相似地，可以使用丙酮作为反应溶剂。可以将如冠醚的催化剂包含在反应混合物中以加速起始甲苯磺酸盐转化到包含碘131的成品标记的有机分子的速率。该反应可以使用过量摩尔数的起始甲苯磺酸盐执行以便将最大量的起始碘转化为成品。在反应之后，可以通过例如向下经过硅胶柱将成品标记的有机分子与任何残留无机碘分离。出于说明本发明的目的，将任何余下甲苯磺酸盐与成品分离一般并非必要的，因为一般预期注入储层中的标记的有机分子样本中存在此起始材料不会与注入步骤、检测步骤或标记的有机分子在储层内的移动相干扰。
在另一个实施例中，该标记的分子可以包含1-(18F)氟十八烷。本领域普通技术人员将意识到1-(18F)氟十八烷可以采用与制备1-(131I)碘十八烷类似的方式来进行制备，除了采用(18F)氟化物源而非碘化钠或碘化钾(131I)。(18F)氟化物的商业源可广泛范围获取，并且使用商业渠道获取的(18F)氟化物执行亲核取代反应SN2的技术是公知的。在反应之后，可以通过例如向下经过硅胶柱或用于此目的且本领域中公知的其他手段将包含(18F)氟化物的成品标记的有机分子与任何残留无机氟化物分离。
正如提到的，本发明的方法包括在储层内的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号。由此，标记的有机分子在第一位置处注入储层中，并在施加的力的影响下穿过储层的一部分（例如加压液体或气体形式的压力迫使标记的有机分子进入储层中）。在一个实施例中，将标记的有机分子注入储层中，此后，以溶剂将标记的有机分子洗脱，从而以在储层内向前移动的形式分发标记的有机分子。随着向前移动逼近检测器的位置，设在储层内的第二位置处的检测器检测到与标记的有机分子关联的信号。本领域普通技术人员将意识到，可以一起使用在第二位置处开始检测的时间以及施加的力的幅值来评估储层的渗透率特性。
在一个实施例中，在储层中的第二位置处检测的与标记的有机分子关联的信号是伽马射线。在备选实施例中，在储层中的第二位置处检测的与标记的有机分子关联的信号是贝塔粒子。在又一个实施例中，在储层中的第二位置处检测的与标记的有机分子关联的信号是正电子湮没事件产生的光子。
标记的有机分子的量只需足够在储层内的第二位置处被检测即可，注入的标记的有机分子的实际质量预期约为小于1毫克。在一个实施例中，注入储层中的标记的有机分子的量对应于小于约200毫居里放射性活度。在另一个实施例中，该标记的有机分子对应于小于约180毫居里放射性活度。在又一个实施例中， 该标记的有机分子对应于小于约150毫居里放射性活度。
在一个实施例中，该方法包括在第一位置处作为与储层的表面接触的溶液将标记的有机分子注入储层中，并对该溶液施加力以驱使它在第一位置处进入储层中。在多种实施例中，包含标记的有机分子的溶液可以包括标记的有机分子和与标记的有机分子相容的溶剂。在一个实施例中，该溶剂使得标记的有机分子完全溶解在溶剂中并形成均匀的溶液。在另一个实施例中，该溶剂可以起载体的作用，以及该标记的有机分子可以细化地分散在溶剂中。在某些其他实施例中，该溶剂是不与标记的有机分子反应的中性溶液。溶剂的适合示例包括诸如癸烷、十六烷、十八烷、原油和精炼油的碳氢化合物溶剂；诸如二苯醚、苯甲醚、4-己基苯甲醚、乙二醇二甲醚的醚类以及聚乙二醇的醚类；以及诸如乙酸乙酯、苯甲酸甲酯和丁内酯的酯类。该溶剂可以选为使得它支持容易且安全地处理并且不会导致储层的过度污染。
所采用的溶剂的量可以根据如检测与标记的有机分子关联的信号所在的第二位置与第一位置之间的距离、这些位置之间的储层的渗透率以及执行测量所在的储层区域中是否存在诸如裂隙和沟槽的不均匀等参数而变化。在一个实施例中，所采用的溶剂的量在约10毫升至约1000 升的范围内。在另一个实施例中，所采用的溶剂的量在约100毫升至约100 升的范围内。在又一个实施例中， 所采用的溶剂的量在约1升单位至约10 升的范围内。
图1图示具有N+1个井眼的油田100。在一个方面中，本发明的方法可以用于确定在含油储层中的作为注入点A 110的井孔和取样井W1、W2、…、WN 1201-120N之间是否存在最小孔喉(pore throat)半径。
可以通过改变所采用的标记的有机分子的尺寸和结构并将其注入到储层注入点A 110中并测量传输时间和效率来探测储层的具体孔喉尺寸特性，该传输时间和效率与标记的有机分子从储层内的第一位置到可以在储层内的第二位置（例如取样井W1、W2、…、WN 1201-120N）处检测到与该标记的有机分子关联的信号所在的储层内部位的迁移关联。如果标记的有机分子的尺寸和结构超过储层内孔允许该标记的有机分子迁移的能力，则可以根据观察到迁移开始被阻止时的具体标记的有机分子的尺寸来估计储层的具体孔喉尺寸分布。在特定标记的有机分子无法从第一位置迁移到储层内可以在第二位置处检测标记的有机分子关联的信号所在的点，且较小尺寸的标记的有机分子成功迁移的情况下，则可以得出结论，注入点A 110和具体取样井之间的区域中的孔喉半径小于未迁移的标记的有机分子。
用于探测储层孔喉尺寸分布的标记的有机分子的结构可以是高度变化的，以及用于产生如1-(131I)碘十八烷的标记的有机分子的分支变化的技术是本领域中公知的。此外，制备具有几乎任何尺寸的低聚和聚合标记的有机分子是可能的。例如，包含碘131或溴82的聚苯乙烯在本领域中是公知的，并且本领域普通技术人员可以采用本领域公知的技术来制作具有高度变化的尺寸的范围广泛的多种低分子量和高分子量的聚苯乙烯。正如所提到的，测试的至少一种标记的有机分子应该可在取样井W1、W2、…、WN 1201-120N处容易地被检测。再次，强调的是，因为探测分子（标记的有机分子）包含一个或多个放射性核素，所以可以采用难以觉察地小量的标记的有机分子，并且因此预期该技术不会负面地影响储层的后来生产特性。
参考图2，提供一种根据本发明的实施例的估计渗透率的方法的示意表示200。如附图所示，井孔210具有包括渗出口214的钻头组装件212。穿过井孔210降下传输管216。在钻头组装件212的路径上，传输管216将井孔210的表面部分218上的渗出口214连接到设在井孔210内一定距离的检测口220。当由包括电、光、声音、震动或磁装置的范围广泛的装置从表面传送的命令时，将包含渗透率估计标记的有机分子222的溶液在渗出口214处引入传输管216中。正如本文所使用的，“渗出口”214是将标记的有机分子注入的位置，以及“检测口”220是检测标记的有机分子的位置。可以使用装置（附图未示出）施加压力，以迫使溶液222可离开检测口220。溶液222然后沿从渗出口214到检测口220的路径行进。可以将放射检测器224设置在沿钻头组装件212的路径的、检测口220附近，以使放射检测器224能够检测与溶液222中存在的标记的有机分子关联的信号。放射检测器224经由导体226连接到分析设备（附图中未示出）。在施加的力作用下，标记的有机分子到达储层中能够在检测口220处检测与该标记的有机分子关联的信号的位置处。注意到注入和检测之间的时间和施加的力，并且可以将它们用于估计储层的渗透率。
在图2中，渗出口214图示为在检测器220上方。这些口的相对位置可以反转而不影响本方法。渗出口214与配备放射检测器224的检测口220之间的分隔可以采用英尺为单位来测量。在一个实施例中，渗出口与检测口之间的距离约为10英尺。在另一个实施例中，渗出口与检测口之间的距离约为100英尺。在多种实施例中，渗出口与检测口之间的距离约为10英尺，并且可以在几英尺到几百英尺的范围。在一个实施例中，标记的有机分子经由渗出口214从设在钻杆内的腔体引入到储层，并且在来自表面的命令时被释放。在图2中，放射检测器经由导体226链接到表面以用于报告目的。在检测器处收集的数据可以通过范围广泛的装置（包括电、光、声音、震动或磁装置传送到表面）。
在某些实施例中，溶液222可以包含具有不同分子尺寸的多个标记的有机分子。在某些实施例中，可以通过不同标记的有机分子中存在的放射性核素的标识来区分这些标记的有机分子，例如包含第一标记的有机分子和第二标记有机分子的混合物，该第一标记的有机分子含有氟-18且具有第一分子尺寸，以及该第二标记的有机分子含有碘-131且具有第二较大分子尺寸。采用的检测器224可以将第一标记的有机分子所关联的信号与第二标记的有机分子所关联的信号进行区分，从而能够实现单次测试孔尺寸估计测试。例如，在检测到第一标记的有机分子而没有检测到第二标记的有机分子的情况下，可以得出结论，渗出口214与检测口220之间的区域中含油储层的孔喉的直径小于第二标记的有机分子的尺寸。
虽然本文仅图示并描述本发明的某些特征，但是本领域技术人员将设想到许多修改和更改。因此，要理解，所附权利要求应涵盖落在本发明的真实精神内的所有此类修改和更改。

Claims (19)

1. 一种用于确定含油储层的渗透率的方法，包括：
在第一位置处将标记的有机分子注入到所述储层中；以及
在所述储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号；
其中所述标记的有机分子包含半衰期小于1个月的放射性核素。
2. 根据权利要求1所述的方法，包括：在第一位置处作为与所述储层的表面接触的溶液将标记的有机分子注入到所述储层中，并对所述溶液施加力以驱使它在所述第一位置处进入所述储层。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述标记的有机分子包含1-(131I)碘十八烷。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述标记的有机分子包含1-(18F)氟十八烷。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述检测包括检测伽马射线。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述检测包括检测贝塔粒子。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述检测包括检测正电子湮没事件产生的光子。
8. 如权利要求1所述的方法，其中所述半衰期小于1周。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述半衰期小于1天。
10. 如权利要求1所述的方法，其中所述标记的有机分子对应于小于约200毫居里放射性活度，这提供一种用于检测所述标记的分子的装置；其中将用于检测所述标记的分子的装置设在所述储层中。
11. 一种用于确定含油储层的渗透率的方法，包括：
在第一位置处将标记的有机分子注入到所述储层中；以及
在所述储层中的第二位置处检测与标记的有机分子关联的信号；
其中所述标记的有机分子包含从由碘131和氟18组成的组中选择的放射性核素。
12. 根据权利要求11所述的方法，包括：在第一位置处作为与所述储层的表面接触的溶液将标记的有机分子注入到所述储层中，并对所述溶液施加力以驱使它在所述第一位置处进入所述储层。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述标记的有机分子包含1-(131I)碘十八烷。
14. 如权利要求11所述的方法，其中所述标记的有机分子包含1-(18F)氟十八烷。
15. 如权利要求11所述的方法，其中所述检测包括检测伽马射线。
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述检测包括检测贝塔粒子。
17. 如权利要求11所述的方法，其中所述检测包括检测正电子湮没事件产生的光子。
18. 一种用于确定原油储层的渗透率的方法，包括：
在第一地下位置处作为原油中的溶液将1-(131I)碘十八烷注入到所述储层中，以及
在所述储层中的第二地下位置处检测与1-(131I)碘十八烷关联的信号。
19. 一种用于确定原油储层的渗透率的方法，包括：
在第一地下位置处作为原油中的溶液将1-(18F)氟十八烷注入到所述储层中，以及
在所述储层中的第二地下位置处检测与1-(18F)氟十八烷关联的信号。
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