CN103397879B - 基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法。该系统，包括：井下电位测试单元、压力传感器、井口装置、流量控制装置、数据采集与处理中心、控制中心；压力传感器通过压力采集线路与数据采集与处理中心相连，井下电位测试单元通过电位采集线路与处理中心相连，由采集与处理中心对测量数据进行解释并显示结果；所述控制中心，一方面通过流量控制线路控制流量控制装置在测试层段产生压力变化；另一方面通过采集信号控制线路设定数据采集与处理中心的各种测量参数。本发明的测量方法具有较高的垂向分辨率和较短的测量周期，能够有效地识别高含水层位、区分储层渗透率差异，识别不同方向地层及流体差异。

Description

基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于石油天然气开发领域，具体地，涉及一种储层参数测量系统及测量方法，特别地，涉及一种基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法。

背景技术

在油气田开发领域，储层渗透率、流体饱和度等参数是影响生产决策的重要物理量，直接决定着前期的投资规模和后期的开发效果。目前能够对单井内储层参数进行评价的方法主要有压力试井和电法测井两种。压力试井方法是通过人工激发不稳定的压力从而改变井底流体的运动状态，监测压力随时间的变化规律来评价地层及流体的性质，然而该方法存在垂向空间分辨率不高、测量周期较长的缺点，因该方法是将几米到十几米的整段地层通过封隔器分隔为独立的压力单元，测量结果只能反映该段的平均性质，无法满足当前油田开发对地层精细认识的要求，若干具有潜力但厚度较薄的含油层位很有可能被主力生产层位掩盖。电法测井方法虽然具有较高地层分辨率，但仅能够反映井附近10～100cm较短的距离，测量参数为地层流体处于静态时的电学性质差异响应，而油气田开发决策更需要一种评价地层流体在各类储层中的流动能力差异的手段。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明将压力试井与流动电位测量相结合，提供了一种基于流动电位的储层参数测量系统及测量方法，实现高分辨率的储层渗透率、流体饱和度等参数的评价工作。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

一种基于流动电位的储层参数测量系统，包括：井下电位测试单元、压力传感器、井口装置、流量控制装置、数据采集与处理中心、控制中心；其特征在于：压力传感器通过压力采集线路与数据采集与处理中心相连，井下电位测试单元通过电位采集线路与数据采集与处理中心相连，由数据采集与处理中心对测量数据进行解释并显示结果；所述控制中心，一方面通过流量控制线路与流量控制装置连接，通过实现流量的调控在测试层段产生不稳定的压力；另一方面通过采集信号控制线路与数据采集与处理中心相连，设定采集的频率、异常值报警及数据降噪处理的参数。

进一步地，所述井下测量单元结构，包括：液压缸、第一短接、第一扶正器、电位测量短接、第二短接、第二扶正器；液压缸与第一短接的下端螺纹相连，液压缸内设有活塞，活塞与配重块相连，液压缸的下端设有液压缸接口；第一短接的上端与电位测量短接的下端螺纹相连，第一短接上套设第一扶正器；电位测量短接的上端与第二短接的下端螺纹相连，电位测量短接上开有流体流入孔和电极口；测量电极孔内设置测量电极。

进一步地，测量电极包括：电极芯、电极芯座、弹簧、电极孔底座、电极信号线连接端；电极孔底座通过螺纹安装在电极孔靠近电位测量短接管柱内壁一端，电极信号线连接端焊接在电极孔底座末端靠近管柱内壁一侧，弹簧的一端与电极孔底座焊接在一起；所述电极芯座通过螺纹安装在电极孔内靠近管柱外壁的一端，电极芯座开有电极芯安装孔，电极芯座上同时设置有液压通路，液压通路通过电极液压管路与液压缸的液压缸接口相连；电极芯靠近电极孔底座的一端与弹簧自由接触。

进一步地，所述井口装置安装于地面井口位置，井口装置设有四个端口，套管端口，压力信号端口，控制端口，电位采集线路；第二短接的上端与套管的下端相连，第二短接上套设第二扶正器；套管的上端与井口装置的套管接口相连；所述井口装置的控制端口通过产出流体管线与流量控制装置相连，流量控制装置与集输管线相连。

进一步地，压力传感器通过电缆放置在套管内部接近测试层段的位置，压力传感器与压力采集线路相连，压力采集线路经由压力信号端口与数据采集与处理中心相连，实时向数据采集与处理中心传输测试层段的压力数据。

进一步地，所述电极信号线连接端与电位采集线路相连，电位采集线路经控制端口与数据采集与处理中心相连，由数据采集与处理中心对测量数据进行解释并显示结果。

进一步地，流体流入孔沿电位测量短接的轴向设有多层，每层设有多个，每层上的流体流入孔的角度呈30°或60°布置，轴向上等间距布置。

进一步地，测量电极孔的布置垂向上按照等间距分布，径向每90°一个，同一深度布置4个。

进一步地，电极芯与井壁接触的一端呈半球形，电极芯制作材料选用Hg/Hg₂Cl₂、Ag/AgCl电极或铂、金电极；电极芯通过安装第一密封圈和第二密封圈形成一个活塞机构。

基于流动电位的储层参数测量方法，采用上述的测量系统，具体步骤如下：

步骤1：测试方案设计

首先需要根据测量目标层位的深度、厚度、岩石及流体的化学性质和电学性质、上覆地层的结构等确定测量电极的数量及间距、测量段数量；

步骤2：利用测试层段的岩心和地层水，通过实验获取电位耦合系数；

步骤3：布置测试井场，安装电极芯到电位测量短接的电极孔内，完成电极的地面测试工作和下放准备；

步骤4：将电位测试单元与套管相连，下放到测试层段；待到达指定位置，并且电极完成展开后进行传感器校验和通讯线路检查；

步骤5：通过控制中心启动数据采集与处理中心工作；

步骤6：通过控制中心向地面流量控制装置发出指令，改变产出流体的流量；同时由数据采集与处理中心测量压力和电位的变化，并进行后处理；

步骤7：重复步骤5，多次改变流量得到不同流量情况下的压力和电位数据；

步骤8：根据所测量的多组压力和电位数据和所对应的流量数据，利用数据采集与处理中心中所装备的流动电位储层参数解释软件对储层参数进行解释；

步骤9：该层段进行测试和解释完成，结束。

相对于现有技术，本发明的优势在于：

1、本发明的测量方法具有较高的垂向分辨率和较短的测量周期，保持压力试井方法优点的同时能够获得更高分辨率的储层参数。

2、本发明的测量方法能够有效地识别高含水层位、区分储层渗透率差异、预测油水前缘位置。

3、本发明所用的电极分布采用垂向及周向布置，能够准确识别不同方向地层及流体差异。

附图说明

图1为基于流动电位的储层参数测量系统结构示意图；

图2为井下测量单元结构剖面图；

图3为测量电极结构示意图；

图中，1、液压缸；101、配重块；102、活塞；103、液压缸接口；104、液压管线；2、第一短接；3、第一扶正器；4、电位测量短接；41、流体流入孔；42、电极孔；5、第二短接；6、第二扶正器；7、套管；8、井壁；9、压力传感器；10、测试层段；11、井口装置；12、流量控制装置；13、数据采集与处理中心；14、控制中心；15、产出流体管线；16、集输管线；17、压力采集线路；18、电位采集线路；19、流量控制线路；20、采集信号控制线路，21、地面；43、电极芯；44、电极芯座；45、电极液压管路连接端；46、电极孔壁；47、弹簧；48、电极孔底座；49、电极信号线连接端；441、第一密封圈；442、电极芯座液压通路；443、第二密封圈。

具体实施方式

流动电位也称为“流动电势”或“过滤电势”，是一种“耦合流动”效应，广泛存在于油气田开发领域，其产生与地层流体的流动直接相关，具有反映地层及流体性质的能力而受到地球物理界广泛关注。将流动电位看作一种信号源，能够获得更丰富的地层及流体信息。

如图1、图2所示，基于流动电位的储层参数测量系统，包括：井下电位测试单元、压力传感器9、井口装置11、流量控制装置12、数据采集与处理中心13、控制中心14。

所述井下电位测试单元，包括：液压缸1、第一短接2、第一扶正器3、电位测量短接4、第二短接5、第二扶正器6。

液压缸1与第一短接2的下端螺纹相连，液压缸1保持管柱下端的封闭，液压缸1内设有活塞102，活塞102与配重块101相连，液压缸1的下端设有液压缸接口103，液压缸1内存有液压油为电极的伸展操作提供动力。

第一短接2的上端与电位测量短接4的下端螺纹相连，第一短接2上套设第一扶正器3，第一扶正器3保证电位测试单元下放到测试层段10时保持直立状态。

电位测量短接4的上端与第二短接5的下端螺纹相连，电位测量短接4安放在测试层段10，电位测量短接4上开有流体流入孔41和电极口42；流体流入孔41是流体进入井下测量单元管柱内部的通道，流体流入孔41沿电位测量短接4的轴向设有多层，每层设有多个，每层上的流体流入孔41的角度可以呈30°或60°布置，轴向上等间距布置；测量电极孔42内设置测量电极，测量电极孔42的布置垂向上按照等间距分布，径向每90°一个，同一深度可布置4个。

如图3所示，测量电极包括：电极芯43、电极芯座44、弹簧47、电极孔底座48、电极信号线连接端49。

电极孔底座48通过螺纹安装在电极孔42靠近电位测量短接4管柱内壁一端，电极信号线连接端49焊接在电极孔底座48末端靠近管柱内壁一侧。

所述电极芯座44通过螺纹安装在电极孔42内靠近管柱外壁的一端，电极芯座44开有电极芯安装孔，电极芯座44上同时设置有液压通路442，液压通路442通过电极液压管路连接端45与电极液压管路104相连，电极液压管路104与液压缸1的液压缸接口103相连；电极芯座44和电极孔底座48在电极孔42内形成了一个密封腔体，弹簧47设在密封腔体内，弹簧47靠近电极芯座44的一端与电极孔底座48焊接在一起，电极芯43靠近电极孔底座48的一端与弹簧47自由接触；在液压和弹簧的共同作用下推动电极芯43移动，从而完成电极伸展收缩操作。

所述电极芯43是电位测量最重要的部分，电极芯43与井壁8接触的一端呈球形；制作材料选用如Hg/Hg₂Cl₂、Ag/AgCl电极或铂、金电极等材料；其它部分是钢材料制作，通过安装第一密封圈441和第二密封圈443形成一个活塞机构。

电极孔42内各种部件安装顺序：首先将电极芯43安装在电极芯座44内，将电极芯座44安装在电极孔42内，然后将电极孔底座48安装在电极孔42内，此时弹簧47推动电极芯43伸展；最后液压管路104沿电位测量短接4的外壁与电极液压管路连接端45相连，电位采集线路18沿电位测量短接4的内壁与电极信号线连接端49相连。

井下电位测试单元下放过程中，依靠配重块101的重力，液压油被泵入电极液压管路104，随后通过电极芯座液压通路442进入活塞缸体，弹簧47处于被压缩状态，电极芯43收缩在电极孔42内；当管柱到达井底位置时活塞102被推到液压缸1的顶部，液压油回流到缸体101内，由于液压系统的压力被释放电极芯43被弹簧47推动紧贴在井壁8上，从而实现了电极的伸展；测量结束后，井下电位测试单元再次被吊起时，电极芯43再次被液压推动收缩至电极孔42内。

所述井口装置11安装于地面井口位置，井口装置设有四个端口：套管端口111、压力信号端口112、控制端口113、电位采集线路114。

第二短接5的上端与套管7的下端相连，第二短接5上套设第二扶正器6；套管7的上端与井口装置11的套管接口111相连，套管7建立了测量层段9与地面21之间的流体通道。

所述井口装置11的控制端口113通过产出流体管线15与流量控制装置12相连，流量控制装置12与集输管线16相连；地层流体从流体流入孔41进入电位测量单元管柱内部向地面方向流动，经过套管7由套管端口111进入井口装置11，随后经过控制端口113连接产出流体管线15进入流量控制装置12，最后汇入集输管线16。

压力传感器9通过电缆放置在套管7内部接近测试层段9的位置，压力传感器9与压力采集线路17相连，压力采集线路17经由压力信号端口112与数据采集与处理中心13相连，实时向数据采集与处理中心13传输测试层段的压力数据，信号传输是单向传输。

所述电极信号线连接端49与电位采集线路18相连，电位采集线路18经控制端口113与数据采集与处理中心13相连，由采集与处理中心13对测量数据进行解释并显示结果。

所述控制中心14，一方面通过流量控制线路19与流量控制装置12连接，通过实现流量的调控在测试层段9产生不稳定的压力；另一方面通过采集信号控制线路与数据采集与处理中13相连，设定采集的频率、异常值报警及数据降噪处理的参数。

基于流动电位的储层参数测量方法，采用上述测量系统，具体步骤如下：

步骤1：测试方案设计

首先需要根据测量目标层位的深度、厚度、岩石及流体的化学性质和电学性质、上覆地层的结构等确定测量电极的数量及间距、测量段数量。

步骤2：利用测试层段的岩心和地层水，通过实验获取电位耦合系数。

步骤3：布置测试井场，安装电极芯43到电位测量短接4的电极孔42内，完成电极的地面测试工作和下放准备。

步骤4：将电位测试单元与套管7相连，下放到测试层段10；待到达指定位置，并且电极完成展开后进行传感器校验和通讯线路检查。

步骤5：通过控制中心14启动数据采集与处理中心13工作。

步骤6：通过控制中心14向地面流量控制装置12发出指令，改变产出流体的流量；同时由数据采集与处理中心13测量压力和电位的变化，并进行后处理。

步骤7：重复步骤5，多次改变流量得到不同流量情况下的压力和电位数据。

步骤8：根据所测量的多组压力和电位数据和所对应的流量数据，利用数据采集与处理中心13中所装备的流动电位储层参数解释软件对储层参数进行解释。

步骤9：该层段进行测试和解释完成，结束。

Claims (9)

1.一种基于流动电位的储层参数测量系统，包括：井下电位测试单元、压力传感器、井口装置、流量控制装置、数据采集与处理中心、控制中心；其特征在于：压力传感器通过压力采集线路与数据采集与处理中心相连，井下电位测试单元通过电位采集线路与数据采集与处理中心相连，由数据采集与处理中心对测量数据进行解释并显示结果；所述控制中心，一方面通过流量控制线路与流量控制装置连接，通过实现流量的调控在测试层段产生不稳定的压力；另一方面通过采集信号控制线路与数据采集与处理中心相连，设定采集的频率、异常值报警及数据降噪处理的参数；

所述井下测量单元结构，包括：液压缸、第一短接、第一扶正器、电位测量短接、第二短接、第二扶正器；液压缸与第一短接的下端螺纹相连，液压缸内设有活塞，活塞与配重块相连，液压缸的下端设有液压缸接口；第一短接的上端与电位测量短接的下端螺纹相连，第一短接上套设第一扶正器；电位测量短接的上端与第二短接的下端螺纹相连，电位测量短接上开有流体流入孔和电极口；测量电极孔的布置垂向上按照等间距分布，径向每90°一个，同一深度布置4个，测量电极孔内设置测量电极。

2.根据权利要求1所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：测量电极包括：电极芯、电极芯座、弹簧、电极孔底座、电极信号线连接端；电极孔底座通过螺纹安装在电极孔靠近电位测量短接管柱内壁一端，电极信号线连接端焊接在电极孔底座末端靠近管柱内壁一侧，弹簧的一端与电极孔底座焊接在一起；所述电极芯座通过螺纹安装在电极孔内靠近管柱外壁的一端，电极芯座开有电极芯安装孔，电极芯座上同时设置有液压通路，液压通路通过电极液压管路与液压缸的液压缸接口相连；电极芯靠近电极孔底座的一端与弹簧自由接触。

3.根据权利要求2所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：所述井口装置安装于地面井口位置，井口装置设有四个端口，套管端口，压力信号端口，控制端口，电位采集线路；第二短接的上端与套管的下端相连，第二短接上套设第二扶正器；套管的上端与井口装置的套管接口相连；所述井口装置的控制端口通过产出流体管线与流量控制装置相连，流量控制装置与集输管线相连。

4.根据权利要求3所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：压力传感器通过电缆放置在套管内部接近测试层段的位置，压力传感器与压力采集线路相连，压力采集线路经由压力信号端口与数据采集与处理中心相连，实时向数据采集与处理中心传输测试层段的压力数据。

5.根据权利要求4所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：所述电极信号线连接端与电位采集线路相连，电位采集线路经控制端口与数据采集与处理中心相连，由数据采集与处理中心对测量数据进行解释并显示结果。

6.根据权利要求5所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：流体流入孔沿电位测量短接的轴向设有多层，每层设有多个，每层上的流体流入孔的角度呈30°或60°布置，轴向上等间距布置。

7.根据权利要求6所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：测量电极孔的布置垂向上按照等间距分布，径向每90°一个，同一深度布置4个。

8.根据权利要求7所述的基于流动电位的储层参数测量系统，其特征在于：电极芯与井壁接触的一端呈半球形，电极芯制作材料选用Hg/Hg₂Cl₂、Ag/AgCl电极或铂、金电极；电极芯通过安装第一密封圈和第二密封圈形成一个活塞机构。

9.一种基于流动电位的储层参数测量方法，采用权利要求1-8之一所述的测量系统，具体步骤如下：

步骤1：测试方案设计

首先需要根据测量目标层位的深度、厚度、岩石及流体的化学性质和电学性质、上覆地层的结构等确定测量电极的数量及间距、测量段数量；

步骤2：利用测试层段的岩心和地层水，通过实验获取电位耦合系数；

步骤3：布置测试井场，安装电极芯到电位测量短接的电极孔内，完成电极的地面测试工作和下放准备；

步骤4：将电位测试单元与套管7相连，下放到测试层段；待到达指定位置，并且电极完成展开后进行传感器校验和通讯线路检查；

步骤5：通过控制中心启动数据采集与处理中心工作；

步骤6：通过控制中心向地面流量控制装置发出指令，改变产出流体的流量；同时由数据采集与处理中心测量压力和电位的变化，并进行后处理；

步骤7：重复步骤5，多次改变流量得到不同流量情况下的压力和电位数据；

步骤8：根据所测量的多组压力和电位数据和所对应的流量数据，利用数据采集与处理中心中所装备的流动电位储层参数解释软件对储层参数进行解释；

步骤9：该层段进行测试和解释完成，结束。