CN105003236A - 基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统及监测方法。基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统包括：驱替液容器、高压泵组、磁流体容器、实时数据采集与处理中心、监测井磁力计；驱替液容器通过驱替液输送管线与高压泵组相连；磁流体容器通过磁流体输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过注水井输送管线与注水井的井筒相连；监测井磁力计通过通讯线路与实时数据采集与处理中心相连，实时数据采集与处理中心采集、保存监测井磁力计的测量信息并计算、显示储层中磁流体分布，继而捕捉水驱前缘。本发明利用环绕于水驱波及区域的纳米磁流体捕捉水驱前缘，可为后期注采井网调整、挖掘剩余油等提供可靠的技术依据，对于提高最终采收率具有重大意义。

Description

基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于石油天然气工程领域，具体地，涉及一种基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统及监测方法。

背景技术

注水是油田开发过程中保持地层能量、实现稳产、提高采收率最常见和最直接、简便的方法。有效地监测注水井水驱前缘可以及时了解、掌握水驱前缘变化状况、水流走向等，为后期注采井网调整、挖掘剩余油等提供可靠的技术依据，对于提高最终采收率具有重大意义。

由于储层非均质性强及地下发育分布复杂、规律性差的裂缝等高渗通道，如何确定注入水推进方向、主力注水方位、注水前缘位置具有很大的挑战性。以前只能靠经验或通过示踪剂监测进行粗略判断，存在精度低、施工复杂、周期长、成本高等缺点。在21世纪初，国内外逐渐开始应用微地震监测技术进行水驱前缘监测(刘建中,王春耘,刘继民.用微地震法监测油田生产动态[J].石油勘探与开发,2004,31(2):71-73.)，其原理归纳为注水过程引发微地震，通过监测微地震波继而反演震源位置，最后结合渗流力学、地质统计学等相关理论得到水驱前缘、注入水波及范围、优势注水方向，注水波及区面积等结果。此外，还有一些数值方法计算水驱前缘，比如试井分析法、贝克莱－列维尔特法等(贾金伟,张伟,贾嵩.砂岩油藏注水井水驱前缘计算方法研究[J].重庆科技学院学报:自然科学版,2013,(1):104-108.)，该类方法主要是从试井理论和油藏工程基本理论出发，根据简化物理模型从而给出相应数学模型，求解数学模型从而得到油水前缘相关信息，由于简化的物理模型和实际油藏相差较大，因此该方法精度较低，并且应用局限性大。

针对全球石油工业和纳米等技术的快速发展，纳米材料逐渐应用到油气田开发领域。由于磁流体中包含纳米磁性颗粒从而表现出磁性性质，当地层中存在磁流体时会改变其磁导率，在外加磁场作用下表现出磁异常区域，利用现有的地球物理磁异常反演技术可以得到磁异常位置，针对该方法国内外专家学者提出了基于纳米磁流体的裂缝检测技术(中国石油大学(华东)，基于纳米磁流体的储层裂缝检测系统及检测方法，ZL201310186293.2)，并取得了一定研究成果。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统及方法；首先向地层注入纳米磁流体，然后再进行注水，纳米磁流体在注入水的驱动作用下随水驱前缘推进而流动并形成环绕于水驱波及区域的高磁化带，经外加磁场磁化后形成磁异常带，通过对磁异常的处理及解释从而反演出磁异常带分布，继而捕捉水驱前缘位置，可为注水水驱前缘监测提供一种新的技术手段。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，包括：驱替液容器、高压泵组、磁流体容器、实时数据采集与处理中心、井下磁场发生器、监测井磁力计，其中：所述的驱替液容器通过驱替液输送管线与高压泵组相连；所述的磁流体容器通过磁流体输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过注水井输送管线与注水井的井筒相连；所述的井下外加磁场发生器布置在注水井井筒中预定的监测层段附近，所述的监测井磁力计位于监测井井筒中预定的监测层段附近，所述的实时数据采集与处理中心位于监测井井场地面上，实时数据采集与处理中心通过通讯线路与监测井磁力计相连，实时数据采集与处理中心采集、保存监测井磁力计测量信息并计算、显示储层中磁流体位置分布，继而捕捉水驱前缘。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过对环绕于水驱波及区域的纳米磁流体所形成的磁异常带进行反演，从而捕捉水驱前缘位置，继而获得水驱波及范围，施工简单、周期短。

2、可以伴随水驱过程实时动态监测水驱前缘位置。

3、监测结果可为后期注采井网调整、挖掘剩余油等提供可靠的技术依据，对于提高最终采收率具有重大意义。

附图说明

图1为基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统的结构示意图；

图中，1、驱替液容器；2、高压泵组；3、磁流体容器；4、实时数据采集与处理中心；5、注水井；6、监测井；7、井下磁场发生器；8、监测井磁力计；9、驱替液输送管线；10、磁流体输送管线；11、注水井输送管线；12、通讯线路；13、地面；14、储层；15、驱动至储层中的磁流体。

具体实施方式

如图1所示，基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，包括：驱替液容器1、高压泵组2、磁流体容器3、实时数据采集与处理中心4、井下磁场发生器7、监测井磁力计8，其中：

驱替液容器1中储存驱替液，驱替液为水，磁流体容器3中储存纳米磁流体，纳米磁流体是稳定的胶状液体，由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液和表面活性剂三者混合而成；纳米量级的磁性固体颗粒由元素周期表中D区元素的金属颗粒或氧化物颗粒组成，其成分包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锆、铌、钼、铑、钯、钇、铪、钽、钨、铂或者上述元素的任意组合。

所述的驱替液容器1通过驱替液输送管线9与高压泵组2相连，所述的磁流体容器3通过磁流体输送管线10与高压泵组2相连，高压泵组2通过注水井输送管线11与注水井5的井筒相连；所述的纳米磁流体通过磁流体输送管线10进入高压泵组2增压，经增压后的高压纳米磁流体经注水井输送管线11进入注水井5的井筒中，在高压作用下进入储层14中；通过驱替液输送管线9将水引入高压泵组2增压，经增压后的高压水经注水井输送管线11进入注水井5的井筒中，在高压作用下进入储层14中并推动前面注入的纳米磁流体运移。

所述的井下外加磁场发生器7布置在注水井5井筒中的预定监测层段附近，井下外加磁场发生器7通过通入电流产生外加磁场，使注入储层14中的纳米磁流体15磁化从而产生次生磁场。

所述的监测井磁力计8位于监测井6井筒中预定的监测层段附近，监测井磁力计8测量注入纳米磁流体前的背景磁场、井下外加磁场发生器产生的外加磁场和注入纳米磁流体后的强化磁场。

所述的监测井磁力计8为超导量子干涉仪，多个监测井磁力计8构成磁力计组。

所述的实时数据采集与处理中心4位于监测井6井场地面13上，实时数据采集与处理中心4通过通讯线路12与监测井磁力计8相连，实时数据采集与处理中心4采集、保存监测井磁力计8测量信息并计算、显示储层中磁流体位置分布，继而捕捉水驱前缘。

所测量的背景磁场、外加磁场和强化磁场信息通过通讯线路8送入实时数据采集与处理中心4，根据采集的背景磁场、外加磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出储层中引入纳米磁流体后产生的磁异常，然后根据磁异常参数、纳米磁流体的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到环绕于水驱波及区域的磁流体位置分布，继而捕捉水驱前缘；该功能可以根据现有技术中的磁异常数据采集与反演解释软件实现。

作为改进，还可以在监测井周围邻井中对应监测井监测层段深度处布置一组邻井磁力计，并将邻井磁力计通过通讯线路与实时数据采集与处理中心4相连。

基于纳米磁流体的水驱前缘监测方法，采用上述监测系统，在布置好监测井的监测现场后开始进行水驱前缘监测，具体步骤如下：

步骤1：布置监测现场

在注水井5井筒中预定的注水层段附近布置井下磁场发生器7，在监测井井筒6预定的注水层段附近布置监测井磁力计8，并通过通讯线路12与实时数据采集与处理中心4相连；

步骤2：启动监测井磁力计8，测量初始背景磁场；

步骤3：启动注水井井下外加磁场发生器7，利用监测井磁力计8测量井下外加磁场发生器产生的外加磁场；

步骤4：将纳米磁流体通过磁流体输送管线10输送至高压泵组2，增压后经注水井输送管线11注入注水井5井筒中；

步骤5：在纳米磁流体充满井筒后关闭磁流体容器3，并开启驱替液容器1，将水通过驱替液输送管线9输送至高压泵组2，增压后通过注水井输送管线11注入注水井5井筒中；

步骤6：随着不断向井筒中注水，步骤4注入的磁流体在注入水的驱替作用下不断地被推进地层中，从而在地层中形成环绕水驱波及区域的高磁化带，并在外加磁场作用下磁化形成次生磁场，利用监测井磁力计8实时测量磁流体进入地层后由背景磁场、外加磁场及次生磁场共同叠加的强化磁场；

步骤7：将步骤6所测量的强化磁场和步骤2、3所测量的初始背景磁场、外加磁场通过通讯线路12传输至实时数据采集与处理中心4，并进行数据预处理后得到磁异常数据，根据磁异常数据反演出储层中环绕水驱波及区域的高磁化带，从而得到水驱前缘位置及水驱波及范围。

作为改进，根据步骤6将邻井磁力计测量强化磁场和步骤2、3所测量的初始背景磁场、外加磁场通过通讯线路传输至实时数据采集与处理中心4，并进行数据预处理后得到邻井磁力计所测量的磁异常数据，然后通过监测井及邻井磁力计分别测量的磁异常数据反演出地层中环绕于水驱波及区域的高磁化带，通过对比分析从而得到更精确的水驱前缘位置及水驱波及范围。

Claims (8)

1.一种基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，包括：驱替液容器、高压泵组、磁流体容器、实时数据采集与处理中心、井下磁场发生器、监测井磁力计；其特征在于：所述的驱替液容器通过驱替液输送管线与高压泵组相连，所述的磁流体容器通过磁流体输送管线与高压泵组相连，高压泵组通过注水井输送管线与注水井的井筒相连；所述的井下外加磁场发生器布置在注水井井筒中预定的监测层段附近，所述的监测井磁力计位于监测井井筒中预定的监测层段附近，所述的实时数据采集与处理中心位于监测井井场地面上，实时数据采集与处理中心通过通讯线路与监测井磁力计相连，实时数据采集与处理中心采集、保存监测井磁力计测量信息并计算、显示储层中磁流体位置分布，继而捕捉水驱前缘。

2.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，其特征在于：驱替液容器中储存驱替液流体，磁流体容器中储存纳米磁流体。

3.根据权利要求1-2所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，其特征在于：驱替液流体为水，纳米磁流体是稳定的胶状液体，由直径为纳米量级的磁性固体颗粒、基载液和表面活性剂三者混合而成；纳米量级的磁性固体颗粒由元素周期表中D区元素的金属颗粒或氧化物颗粒组成，其成分包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、锆、铌、钼、铑、钯、钇、铪、钽、钨、铂或者上述元素的任意组合。

4.根据权利要求1-3所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，其特征在于：所述的监测井磁力计为超导量子干涉仪，多个监测井磁力计构成磁力计组。

5.根据权利要求1-4所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，其特征在于：监测井磁力计测量注入纳米磁流体前的背景磁场、井下外加磁场发生器产生的外加磁场和注入纳米磁流体后的强化磁场。

6.根据权利要求1-5所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测系统，其特征在于：所测量的背景磁场、外加磁场和强化磁场信息通过通讯线路送入实时数据采集与处理中心，根据采集的背景磁场、外加磁场和强化磁场信息，通过降噪处理后确定出储层中引入纳米磁流体后产生的磁异常，然后根据磁异常参数、纳米磁流体的磁化率等参数，利用磁异常反演算法得到环绕于水驱波及区域的磁流体位置分布，继而捕捉水驱前缘；该功能可以根据现有技术中的磁异常数据采集与反演解释软件实现。

7.一种基于纳米磁流体的水驱前缘监测方法，采用权利要求1-6所述的监测系统，其特征在于，在布置好监测井的监测现场后开始进行水驱前缘监测，具体步骤如下：

步骤1：布置监测现场

在注水井井筒中预定的注水层段附近布置井下磁场发生器，在监测井井筒预定的注水层段附近布置监测井磁力计，并通过通讯线路与实时数据采集与处理中心相连；

步骤2：启动监测井磁力计，测量初始背景磁场；

步骤3：启动注水井井下外加磁场发生器，利用监测井磁力计测量井下外加磁场发生器产生的外加磁场；

步骤4：将纳米磁流体通过磁流体输送管线输送至高压泵组，增压后经注水井输送管线注入注水井井筒中；

步骤5：在纳米磁流体充满井筒后关闭磁流体容器，并开启驱替液容器，将容器中的水通过驱替液输送管线输送至高压泵组，增压后通过注水井输送管线注入注水井井筒；

步骤6：随着不断向井筒中注水，步骤4注入的磁流体在注入水的驱替作用下不断地被推进地层中，从而在地层中形成环绕水驱波及区域的高磁化带，并在外加磁场作用下磁化形成次生磁场，利用监测井磁力计实时测量磁流体进入地层后由背景磁场、外加磁场及次生磁场共同叠加的强化磁场；

步骤7：将步骤6所测量的强化磁场和步骤2、3所测量的初始背景磁场、外加磁场通过通讯线路传输至实时数据采集与处理中心，并进行数据预处理后得到磁异常数据，根据磁异常数据反演出储层中环绕水驱波及区域的高磁化带，从而得到水驱前缘位置及水驱波及范围。

8.根据权利要求7所述的基于纳米磁流体的水驱前缘监测方法，其特征在于，在监测井周围邻井中对应监测井监测层段深度处布置一组邻井磁力计，根据步骤6、7将邻井磁力计测量强化磁场和步骤2、3所测量的初始背景磁场、外加磁场通过通讯线路传输至实时数据采集与处理中心4，并进行数据预处理后得到邻井磁力计所测量的磁异常数据，然后通过监测井及邻井磁力计分别测量的磁异常数据反演出地层中环绕于水驱波及区域的高磁化带，通过对比分析从而得到更精确的水驱前缘位置及水驱波及范围。