CN106661939B - 对储层状况的电磁延时遥感 - Google Patents

Abstract

一种用于从包括具有衬套的有衬套段和无衬套段的地下井中感测油气储层状况的方法，包括：在有衬套段的下端附近将电流传感器附接至衬套，并且沿着无衬套段设置多个电磁源。独立地启动电磁源，并且利用电流传感器测量衬套中的由每个电磁源感应出的产生电流。可以变换这些测量值，以确定储层中的电导率的空间分布以及因生产期间的流体置换而造成的电导率的空间分布随时间的变化。作为选择，为了较早地检测和定位可能接近生产井的滨水区，提出了一种用于解译数据的快速且稳健的方法。

Description

对储层状况的电磁延时遥感

技术领域

本发明涉及在生产油气期间对储层状况的遥感。更具体地说，本发明涉及用于测量和解译生产井的衬套(或套管)中的由位于相邻无衬套段中的电磁源感应出的电流的系统和方法。

背景技术

在油气生产和管理期间(特别是在注水期间)，水窜的发生因油/水比率的下降以及对受影响的生产井进行修复而可能产生的额外成本而成为不期望事件。水窜还可能意味着改变储层的特性，例如可能难以恢复的润湿性和相对渗透率等。将注水井和生产井连接起来的注水路径的地层可能绕开储层中的最佳位置，从而导致无法有效扩大生产，并最终因不经济的水/油分割(water/oil-cut)等级而导致受到影响的生产井的废弃。现有技术在已经到达井时检测到滨水区(例如美国专利申请公开No.2008/0262735A1)，或在位于距井筒的距离短的位置时感测到正接近的滨水区(例如，现有的感应电磁式测井仪器)，使得生产变量的修改不能避免已经在生产井附近发生的储层特性的不期望的改变以及与水窜有关的有害结果和成本。

例如美国专利申请公开No.2006/003857A1或美国专利申请公开No.2009/0005994A1中的一者所公开的现有电磁监测系统使用地表上的传感器或源来监测储层的变化，但这使这些技术的可检测性和识别力下降，并且即使当提出将源和接收器设置在井中时，目前已公开的系统也没有提出测量在相邻衬套或套管中感应出的电流，该相邻衬套或套管作为接收器(检测器)的感测地表下的电磁响应的部分。

发明内容

本发明涉及在生产油气期间使用电磁场来遥感储层状况，具体而言，本发明涉及用于测量和解译生产井的衬套(或套管)中的由位于相邻裸眼井段中的电磁源感应出的电流的系统和方法。这些测量意图确定储层的电导率以及因生产期间的流体置换而导致的电导率随时间的变化。这将允许较早地检测接近生产井的滨水区(即，在发生水窜之前)，从而帮助改进储层特性。

本公开内容的各个实施例使用套管或衬套中的由位于井的相邻裸眼井段中的电磁源感应出的电流来提高电磁监测系统的可检测范围和分辨力，因为将套管或衬套用作尺寸增大的天线，从而提高了系统的灵敏度。本文所公开的系统和方法设置用于对储层进行电磁监测，该系统和方法使用相邻衬套或套管中的感应电流并且包括用于快速检测接近井的滨水区的稳健的定性解译方法并且可以使用数据反演技术来得到对数据的更定量的解译，因此，提高了监测系统的性能。

本公开内容的各个实施例提供了用于遥感和监测裸眼井的系统和方法，该系统和方法允许较早地响应于滨水区的接近，从而避免水窜、改进生产管理、延长储层的寿命和生产并降低运行成本。本公开内容的系统和方法可以降低或消除通常在生产井经受水窜时所使用的修复措施的成本、因产量下降而造成的损失，并且在一些情况中，当这些井不有利地响应于修复措施时，该系统和方法可以降低或消除废弃成本以及钻探新替换井的成本。因为可以检测与生产井相距几十米处的正接近的滨水区，所以可以较早地实施防护措施以避免水窜，并且可以实施这些措施来防止生产井附近的润湿性和渗透性的不期望的变化以及通过改进清扫(sweeping)策略来使采油最大化。所得到的信息也可以用于升级油藏模型，并因此优化石油生产和波及系数。本公开内容的各个实施例在水平井中是特别有用的。

在本公开内容的一个实施例中，用于从包括有衬套段(其具有衬套)和相邻无衬套段的地下生产井中感测油气储层状况的方法包括：在有衬套段的下端附近将电流传感器附接至衬套，以测量流动通过该位置处的衬套的电流。可以沿着相邻无衬套段设置多个电磁源。通过分别启动每个电磁源来产生电磁场，从而由每个电磁源产生源电流。在启动这种电磁源期间，利用电流传感器测量衬套中的由每个电磁源感应出的产生电流。

在替代实施例中，在经历一些时间之后，通过利用电磁源产生源电流来重复另一系列的测量，并且利用电流传感器测量在启动各个电磁源期间在衬套中感应出的产生电流。可以通过将衬套中的由每个电磁源感应出的测量出的产生电流与衬套中的由每个电磁源感应出的后续(延时)测量出的产生电流进行比较来计算油气储层的电导率的变化。

在替代实施例中，可以执行对根据以上描述收集的数据的反演来得到生产井附近的电导率及电导率的相应的延时变化。可以分析或解译电导率的变化，并可以确定从地下井至可能正接近的滨水区的距离。此外，该技术允许通过观察每个电磁源的感应电流随时间的延时变化的任意极性反转来进行可选的、稳健且快速的定性解译。当给定电磁源的感应电流的延时变化表现出极性反转时，滨水区变得相对于其他电磁源(尚未观察到延时变化的极性反转)而言更接近该电磁源。该定性基准是稳健的，并允许生产管理的快速实施在不可能得到或不能立即得到对所得数据的反演的情况下作出响应。

从地下井的轴线垂直地测量出的检测范围(或穿透深度)可以在大约几十米至几百米的量级。确切的检测范围取决于电磁场的频率、电磁源的强度(功率)以及所使用的电流传感器的灵敏度。所产生的电磁场的频率越低，则检测范围越大。类似的是，电磁源功率越大且电流传感器越灵敏，则检测范围越大。因此，上述检测范围仅为借助于数值模型得到的估值，该数值模型假设使用现有技术(电磁源的功率和电流传感器的灵敏度)和典型裸眼生产井方案。

在其他替代实施例中，多个电磁源中的一个电磁源位于地下井的有衬套段的下端附近，并且该方法包括：使用衬套中的由该较近电磁源感应出的产生电流来使衬套中的由其他电磁源中的每一个电磁源感应出的产生电流归一化。

在其他替代实施例中，可以产生频率通常在0.1Hz至10KHz的范围内(但不限于此)的电磁场。一旦选定频率(或一组频率)之后，可以根据期望的穿透深度(检测范围)、电流传感器的灵敏度以及系统中的总噪声水平(即，自然噪声加上仪器噪声)来建立要用于电磁源的功率(或一组功率值)。

在本公开内容的另一个实施例中，用于从包括有衬套段(其具有衬套)和相邻无衬套段的地下井中感测可能接近油气储层的滨水区的方法包括：在有衬套段的下端处将电流传感器附接至衬套。沿着无衬套段设置多个电磁源。利用电磁源产生源电流，并且利用电流传感器测量衬套中的由每个电磁源感应出的初始产生电流。利用电磁源产生后续源电流，并且利用电流传感器测量衬套中的由每个电磁源感应出的后续产生电流。将衬套中的由每个电磁源感应出的后续产生电流与由前述电磁源感应出的初始产生电流比较，以确定产生电流随时间的变化。变换初始产生感应电流和后续产生感应电流，以得到储层中的电导率分布以及储层中的电导率分布随时间的变化，从而识别正接近的滨水区。

在本公开内容的另一个实施例中，用于从包括有衬套段(其具有衬套)和无衬套段的地下井中感测油气储层状况的系统包括多个电磁源，多个电磁源沿着无衬套段间隔开。电磁源选择性地产生源电流。电流传感器在有衬套段的下端处被附接至衬套。电流传感器测量衬套中的由每个电磁源感应出的产生电流。

在替代实施例中，每个电磁源均包括电偶极，电偶极的每个端部均具有被绝缘材料隔离开的电极。作为替代，每个电磁源均可以为磁偶极或感应电偶极。

在其他替代实施例中，衬套延伸部可以位于电流传感器的与衬套相反的端部，且电流传感器将衬套电连接至衬套延伸部或测量从衬套流动至衬套延伸部的电流。这样，实际上可以得到电流检测器的位置的最佳距离。

在其他替代实施例中，多个电磁源包括归一化电磁源，归一化电磁源位于有衬套段的下端附近并与衬套间隔开。控制系统可以设定产生源电流的定时。数据收集和分析系统可以收集衬套中的由每个电磁源感应出的产生电流，并确定生产井周围的储层的电导率及其延时变化等，从而可以解译从地下井至可能正接近的滨水区的垂直距离。

在本公开内容的另一个实例中，具有如上所述的电磁源和电流传感器的系统可以位于衬套的多个下端中以及相应裸眼井段中，以覆盖对完整井的监测并共同地处理和解译数据。类似的是，如果存在以足够小距离隔离开的相邻井而允许布置在一个井中的接收器测量有效信号(即，在噪声水平以上)，当启动相邻井中的电磁源时，该数据还可以被用于反演和解译，以得到储层中的电导率及其延时变化。因此，多个电磁源可以沿着地下井的无衬套段、相邻井的无衬套段或地下井的多分支部分的无衬套段间隔开。电流传感器可以被附接至地下井的衬套、相邻井的衬套和/或地下井的多分支部分的衬套。

在本公开内容的替代实施例中，多个电磁源可以包括在单个仪器中间隔开的多个受控电磁源的阵列，或者多个电磁源可以包括具有单个电磁源的仪器，并该仪器可以操作为沿着地下井的无衬套段移动并且在沿着地下井的不同的预建立位置处被启动。

附图说明

可以通过参考本发明的在构成该说明书的一部分的附图中示出的实施例来简单总结本发明的更具体的描述，从而以这种方式得到并可以详细理解本发明的以上列举的特征、方面和优点以及将变得显而易见的其他部分。然而，值得注意的是，所附视图仅示出了本发明的优选实施例，并且因为本发明可以允许其他同样有效的实施例，所以所附视图不被认为是限制本发明的范围。

图1是具有根据本公开内容的实施例的遥感系统的地下井的示意性纵剖图。

图2是本公开内容的实施例的电流传感器位置的实例的示意性透视图。

图3a是本公开内容的实施例的遥感系统的电磁源的实例的示意性透视图。

图3b是用于启动本公开内容的实施例的不同电磁源构造(在该特定实例中为电偶极源(galvanic electric dipole source))的受控阵列的替代实例的示意性透视图。

图4a是用于对本公开内容的实施例的遥感系统进行计算机模拟的油藏模型的实例的视图。

图4b是在图4a的油藏模型实例的不同延时处的滨水区的位置的细节。

图4c是图4a的油藏模型实例的地下井、套管或衬套和电磁源的位置的细节。

图5a至图5c是分别示出了根据使用图4a的油藏模型实例的计算机模拟由源S1、S2和S4沿着套管感应出的电流的实部在延时T0、T2和T4处的曲线图。

图6a和图6b是分别示出了根据使用图4a的油藏模型实例的计算机模拟由源S1、S2和S4沿着套管感应出的电流的实部在延时间隔T0至T2和T0至T4处的延时变化的曲线图。

具体实施方式

现在，将在下文中参考附图来更充分描述本发明，附图示出了本发明的各个实施例。然而，本发明可以以许多不同形式呈现，并不应解释为限于本文所述的所示实施例。确切的说，提供这些实施例使得本发明将是彻底和完整的，并将本发明的范围完全传达给本领域的普通技术人员。在全文中相同标号指代相同的元件，并且撇号(如果使用的话)指代可选实施例中的相似元件或位置。

在以下讨论中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的充分理解。然而，对本领域的普通技术人员来说显而易见的是，本发明可以在没有这些特定细节的情况下实施。此外，对本文的大部分而言，已省略了关于钻井、储层测试、完井等的细节，这是因为这些细节被认为对得到本发明的完整理解而言不是必需的，并被认为落入本领域的普通技术人员的技术范围内。

参考图1，油气开发包括地下井10。地下井10可以具有延伸到地下井10的井筒13中的生产油管12，生产油管12用于将从油气储层生产出的油气以及来自地下井10中的其他流体送回至地表14。封隔器16可以将生产油管12的下端与地下井10的井筒13的内周之间的环形间隙密封起来。地下井10的井筒13包括：主井眼13a，其可以是竖直或近似竖直的；以及水平井眼或分支井眼13b，其从主井眼13a延伸出来。

地下井10包括有衬套段18，有衬套段18沿着井筒13的内周具有管状套管或衬套20。地下井10还具有无衬套段22，无衬套段22是裸露的因而沿着井筒13的内周不存在管状部件。在图1的实例中，地下井10具有单个有衬套段18，单个有衬套段18靠近地表14，并沿着主井眼13a延伸且延伸到分支井眼13b中。单个无衬套段22位于有衬套段18的端部并沿着分支井眼13b延伸。在替代实施例中，地下井10在沿着井筒13的多个位置处可以包括不只一个有衬套段18以及不只一个无衬套段22。

参考图1、图3a和图3b，遥感系统23包括电磁源24。当利用与介质的电耦合时，电磁源24的两个以上表面可以电镀有惰性金属，以在包围井筒13的地层中允许更高效的电流注入。选择性地启动电磁源24，以在周围介质中产生电磁场。电磁源可以产生具有0.1Hz至10KHz的典型频率范围(但不限于此)的电磁场，并且作为选择，该频率为10Hz。电磁源24可以定位在井筒13中，使得源轴线30与井眼中心轴线32平行或大致平行。

在图1和图3a的实施例中，多个独立电磁源24'从衬套20的底端沿着地下井10的无衬套段22以等距间隔开。作为选择，可以使单个电磁源沿着裸眼井段移动至不同位置以进行连续测量，尽管这不太实用。作为实例，每个电磁源24'均可以为简单的，因此为与井轴线平行的耐用的电偶极，从而将低频电流注入至周围介质，并具有受控和被监测(即，被测量)的电流幅值和相位。电磁源24'的每个端部均可以包括电极26'。每个电磁源24'的电极26'均被绝缘材料28'隔离开。

虽然为了说明本发明而将电偶极源描述为实例，但本发明不限于仅使用该类型的源。作为另一实例，替代的电磁源为螺旋电感线圈。当螺旋电感线圈源的对称轴线平行于井轴线时，该电磁源产生与上述电偶极源类似的辐射图案，但在该情况下，该电磁源与周围介质的耦合是感应的，在存在弱电耦合(电磁源与周围介质之间)的情况下，这可以是有益的。类似的是，虽然本发明所述的偶极源的取向可以与监测系统的最大灵敏度对应，但在可能有益于监测和检测的情况下，本发明的公开内容暗含且包含使用不同的偶极源取向作为例如空间分辨能力。

在图3b的可选实施例中，受控电极阵列29包括多个潜在的电磁源24”。电极阵列29位于地下井10的无衬套段22(图1)中。电极阵列29可以包括多个电极26”，绝缘材料28”将每个电极26”与相邻电极26”分离。每个电磁源24”由被绝缘材料28”(并且如果适用的话，由其他电极26”)间隔开的一对电极26”限定。为了产生源电流，可以由控制系统40选择电流所穿过的一对电极26”。将在下文中进一步描述控制系统40。这样，可以控制电磁源24”的沿着地下井10的无衬套段22的长度和位置。例如，如果每个电极26”均与相邻电极26”以距离L间隔开，则可以选择以距离L间隔开或以多个距离L间隔开(例如以2L或3L间隔开)的一对电极26”。地层中的源电流的在沿与中心轴线32垂直的方向测量出的穿透距离直接取决于电磁源24”的长度，从而一对电极26”之间的距离越大，则地层中的源电流的穿透越强。另外，所选的一对电极26”之间的距离的中心点的位置将决定监测系统的沿着井轴线(中心轴线32)的方向的空间分辨率。因此，操作者可以选择性地启动某些对电极26”以设置电磁源24”，电磁源24”将提供源电流的期望的穿透深度以及沿着井轴线的空间分辨率，从而更好地查明正接近的滨水区的位置。

转而参考图1和图2，在地下井10的井筒13的有衬套段18的下端处电流传感器34附接至衬套20。在某些实施例中，衬套延伸部36可以选择性地设置于电流传感器34的与衬套20相反的端部，在该情况下，电流传感器34将衬套20电连接至(即，允许电流来回流动)衬套延伸部36。

电流传感器34测量衬套20中的由每个电磁源24感应出的产生电流。为了使本公开内容的系统和方法检测与井筒13相距几十米(并且在某些实施例中，与井筒13相距高达几百米)的正接近的滨水区，衬套20中的产生电流的幅值可以具有5至6数量级的动态范围。特别是当使用锁相鉴别和放大时，电流传感器34具有检测动态范围为5至6数量级的电流的能力。因为电流传感器34的位置位于有衬套段18的下端处，所以电流传感器34测量进入或离开衬套20的产生电流，这里，在衬套20中感应出的电流具有接近其最大值的幅值。使用最佳长度的衬套延伸部36可以帮助使检测电流最大。因此，在提供最高灵敏度的位置测量衬套20中的产生电流。

另外，本公开内容的系统和方法的灵敏度和有效性在某种程度上取决于如下因素：具有显著长度(例如，在图1所示的实例中，衬套20从地表14起一直延伸)的衬套20用作非常大的天线。用作非常大的天线的衬套20提高了遥感系统23的灵敏度，并允许遥感与井筒13相距几十米(并且在优选的条件下高达几百米)的距离处的滨水区。然而，由于使用衬套来实现较长距离上的遥感，因此当衬套20与周围地层的电耦合的变化与油气储层中的变化无直接关系时，重要的是具有用于修正衬套20与周围地层的电耦合的变化的机构。为了提供这种修正机构，多个电磁源24中的一个电磁源为归一化电磁源38。归一化电磁源38位于有衬套段18的下端附近但与该下端相隔一定距离，使得归一化电磁源38不接触衬套20。归一化电磁源38可以用作基准电磁源，该基准电磁源用于将衬套20中由其他电磁源24中的每一个电磁源感应出的产生电流归一化。这将提供对衬套20与包围衬套20的地层之间的电耦合中的其他变化(即，与储层无关)不敏感的耐用的系统和方法。

遥感系统23包括控制和数据采集系统40，控制和数据采集系统40可以控制并设定要启动的电磁源24的选择、产生源电流的定时，并测量和记录由电流传感器(一个或多个)34检测到的电流。控制系统40还可以包括数据收集和分析系统，该数据收集和分析系统用于收集衬套20中的由每个电磁源24感应出的产生电流，并处理和解译所得数据，以确定井筒13的裸眼井段附近的储层的电导率的分布和延时变化以及从井筒13至可能正接近的滨水区的距离。控制系统40可以使用电线来发射和接收信号，并且作为替代，可以使用井筒无线通信工具来执行控制系统40的一些功能。控制系统40还可以提供操作电磁源24和电流传感器34所需的电力。

如图1所示，作为替代，地下井10'可以为不具有水平井眼或分支井眼的直井或近似直井。在这种实施例中，地下井10'具有延伸到地下井10'中的生产油管12'，生产油管12'用于将从油气储层中生产出的油气以及来自地下井10'中的其他流体送回至地表14，并且地下井10'还具有封隔器16'。地下井10具有：有衬套段18'，其沿着地下井10'的内周具有管状套管或衬套20'；以及无衬套段22'。遥感系统23'包括：电流传感器34'，其在地下井10'的有衬套段18'的下端处附接至衬套20'；以及多个电磁源24'，其沿着地下井10'的无衬套段22'间隔开。在本公开内容中，涉及地下井10以及地下井10的各个部件的讨论同样适于地下井10'和地下井10'的各个部件。

在操作的实例中，衬套20的下端附近可以附接有电流传感器34，并且电磁源24可以沿着无衬套段22设置。为电磁源24选定的电流幅值将足够高以到达期望的穿透深度(检测距离)。在选定要使用的频率组之后，可以根据期望的穿透深度(检测距离)以及电流传感器34的灵敏度来选择用于电磁源24的相应功率(其与电磁源24的电流成正比)组，使得可以基于储层中的期望检测距离处的可能的电导率变化得到足够的信噪比。

可以利用电磁源24产生源电流，并且可以利用电流传感器34测量衬套20中的由每个电磁源24感应出的产生电流，以确定衬套20中的由各个电磁源24感应出的初始产生电流。在衬套20中感应出的电流的大部分经由衬套20的与无衬套段22相邻的底端进入(或离开)衬套20。对遥感系统23而言，在该位置处由电流传感器34测量出的产生电流提供最大灵敏度。然后，电流将从衬套20中逐步地漏出或离开(漏进或进入衬套20)，并循环返回至电磁源24。

在某些时间间隔处，可以再次利用电磁源24产生源电流，并且可以利用电流传感器34测量衬套20中的由每个电磁源24感应出的产生电流，以确定衬套20中的由每个电磁源24感应出的多个后续产生电流。可以将后续产生电流与初始产生电流进行比较，以确定产生电流随时间的变化。还可以比较后续产生电流，以确定(产生电流的)随时间的变化(即，延时变化)。每次进行数据采集，都可以利用衬套20中的由归一化电磁源38感应出的产生电流来将衬套20中的由其他电磁源24的每一个电磁源感应出的产生电流归一化。

对每个电磁源24(除了归一化电磁源38之外)而言，由于在用水移置油气时储层中的电导率发生变化，因此在使用来自归一化电磁源38的产生电流进行修正之后衬套20中的产生电流的相对变化大体上取决于滨水区与特定电磁源24的相对距离。

当滨水区接近一个电磁源24时，衬套20中的感应电流将增大，达到最大值，并然后随着滨水区持续接近而减小。就相对远离正接近的滨水区的其他电磁源24而言，在衬套20中感应出的产生电流可能不表现出随时间的可感知的变化，或可能仅表现出小幅增大。衬套20中的由相对远离正接近的滨水区的电磁源24感应出的产生电流的小幅增大的幅值可能与衬套20中的由更靠近正接近的滨水区的电磁源24感应出的产生电流的增大的幅值相近；然而，衬套20中的由相对远离正接近的滨水区的电磁源24感应出的产生电流的幅值的将不会随后减小。该特征允许进行用于检测和定位正接近的滨水区的快速定性解译，当不能在少量时间内获得数据的反演以得到储层中的电导率分布以及电导率分布随时间的变化时，该快速定性解译可以用于快速实施生产管理措施。

因此，可以通过检查产生电流随时间的变化(延时变化)来检测储层中的电导率的变化。通过分析储层中的电导率的变化(在执行数据的反演之后)，可以将从井筒13至滨水区的距离确定为沿着无衬套段22中的中心轴线32的位置的函数。此外，本领域的技术人员将能够观察到，如果使用具有非同轴对准且沿不同方位方向旋转的偶极源，则在井的裸眼井段周围的电导率的方位方向上的部分分辨率也是可以的。虽然将用于预期渗透的有效非同轴对准偶极包括进来可能实际上是困难的(由于井的直径)并使采集系统更复杂且不太耐用，但该特征必须被认为是本文所述的系统和方法的可选实施例。

滨水区相对于井筒13的位置可以被确定为相距几十米的距离处，并且在一些优选条件中，该距离高达几百米。可以比较产生电流的变化以确定衬套20中的由特定电磁源24感应出的产生电流的初始增大量以及后续减小量(随时间的变化)。该减小量被识别为由电磁源24感应出的感应电流的延时变化的极性反转(polarity reversal)，并表示滨水区更接近该特定电磁源。可以容易且有力地识别出产生电流随时间的变化的该极性反转。

这里所呈现的系统和方法特别使用在水平井中，在水平井中，裸眼井段可以为几十或几百米长。可以沿着无衬套段22使用相当大数量的电磁源24，并且可以确定由每个电磁源24感应出的感应电流随时间的变化的极性。因为遥感系统23的检测范围可以为几十米以上，所以监测计划可以是灵活和稀少的，并可以依然允许花费相当长的时间来对生产制度进行改变，以避免可能降低储层的生产管理的灵活性的水窜或滨水区接近。

如果担心存在潜在的正接近的滨水区以及在担心存在潜在的正接近的滨水区时，电流传感器34和电磁源24可以被永久地安装在地下井10中或可以被临时地安装在地下井10中。不论哪种情况，遥感系统23可以被控制系统40控制为在需要时(即，仅当建议或需要检查储层状况时)设定产生源电流的定时以及对产生电流的测量。由于与井筒13相距几十米以上的遥感系统23具有相当大的检测范围，因此监测计划可具有该灵活性。这节省了能量和运行成本，但仍然允许花费相当长的时间来对生产制度进行改变，以避免可能降低油气储层的生产管理的灵活性的水窜或滨水区接近。作为替代，控制系统40可以提供启动电磁源的定时以及对产生感应电流的测量的预定计划。

计算机模型实例

转而参考图2、图3、图4a至图4c、图5a至图5c以及图6a和图6b，对具有遥感系统23的地下井10的综合计算机模型进行分析。图2和图3分别示出了衬套20的具有电流传感器34的下端的模型以及电磁源24的模型。图4a示出了油藏模型。在综合模型中，地下井是竖直的，并且滨水区从注入井沿水平方向移动，该注入井位于与地下生产井相距约3km的水平距离处。地下生产井从地表向下至位于约1000m的深度处的储层顶部均被包覆。穿过100m厚的储层及下方的地下生产井变为裸露的(未包覆或无衬套)。模型还假设：注入水为盐度与海水盐度大约相等的盐水，并且未侵入的储层的孔隙率和初始相对含水饱和度为使得水淹储层的电阻率至少比未侵入的储层的电阻率小一个数量级。在该合理且现实的实例中电阻率(电导率的倒数)的该对比是典型和足够的，以允许检测在与生产井相距几百米的范围内的正接近的滨水区，该检测可以从图6a中呈现的感应电流的延时变化的结果观察到，并且在下文中我们将继续详细说明这点。

如图4b所看到的，综合模型具有与各个延时T0、T1、T2、T3和T4对应的多个滨水区位置。在各个延时处在与地下井10相距一定水平距离处测量出的滨水区的位置为：

延时T0：不存在滨水区(在注水开始之前的初始条件)

延时T1：滨水区位于与生产井相距800m的位置处

延时T2：滨水区位于与生产井相距510m的位置处

延时T3：滨水区位于与生产井相距250m的位置处

延时T4：滨水区位于与生产井相距20m的位置处

图4c是地下井10的模型的放大视图，示出了无衬套段中的电磁源24的模型的位置以及无衬套段上方的衬套的位置。在储层区及其下方，电磁源24被模型化为在储层区中或下方的电流幅值为0.5A、频率为10Hz并沿着井轴线设置的2m长的电偶极。为了进行比较，该综合实例中包括位于储层下方的电磁源模型，并且该电磁源模型可以被看作为无衬套段长于100m且注水仅在无衬套段的上部100m中移动。第一电磁源S1的中心位于储层顶部下方5m处；第二电磁源S2的中心位于储层顶部下方50m处；而第四电磁源S4的中心位于储层顶部下方150m处。

转而参考图5a至图5c，分别示出了在延时T0、T2和T4处衬套中的由电磁源S1、S2和S4感应出的产生电流的实部(real part)的幅值作为沿着地下井的z轴线的竖直位置的函数。可以看到的是，在图5a所使用的比例下，由电磁源S1(电磁源S1在模型中用作归一化电磁源模型)感应出的产生电流的自相关延时变化量基本不变。此外，由电磁源S1感应出的产生电流的幅值比由电磁源S2和S4(图5b至图5c)感应出的产生电流大若干个数量级。这在意料之中，因为电磁源S1非常接近套管或衬套下端或边缘。

另外，由电磁源S2和S4感应出的产生电流的自相关延时变化量比由电磁源S1感应出的产生电流的自相关延时变化量大。这是由于如下事实：与储层的发生电导率变化(由于正接近的滨水区)的区域的距离相比，从电磁源S1至衬套端部的距离非常小，然而电磁源S2和S4至衬套边缘的距离比电磁源S1至衬套边缘的距离大，并且这些距离开始变得与距储层的发生电导率变化的区域的距离相当。因此，介质(在该情况下为储层)中的电导率的变化对介质中的由电磁源S2和S4感应出的产生电流的路径具有较大作用，因此，在衬套中感应出电流。

还值得注意的是，当滨水区接近生产井时，由电磁源S2和S4感应出的产生电流的幅值增大了若干个数量级。对电磁源S2而言，产生电流的变化在时间间隔T0至T2是可忽略的，但在时间间隔T2至T4显著下降。对电磁源S4而言，产生电流的变化在时间间隔T0至T2是可忽略的，但在时间间隔T2至T4显著增大。

现在参考图6a和图6b，针对延时间隔T0至T2和T0至T4分别示出了衬套中的由电磁源S1、S2和S4感应出的产生电流的实部的沿着井的z轴线的延时变化。对延时间隔T0至T2而言，衬套中的由电磁源S1和S2感应出的产生电流表现出显著增大，并且衬套中的由电磁源S4感应出的产生电流表现出相对小的增大。对延时间隔T0至T4而言，在图6b的比例下，衬套中的由电磁源S1和S2感应出的产生电流再次表现出显著增大，而衬套中的由电磁源S4感应出的产生电流表现出相对小的变化。

对延时间隔T0至T4而言，在延时T4处，当滨水区接近电磁源S2时，衬套中的由电磁源S2感应出的产生电流减小，使得衬套中的由电磁源S2感应出的产生电流的延时变化改变极性，并且对于Z≤-900m(其与衬套的位于储层顶部附近的下段对应)，该延时变化在图6b的曲线图中为负数。对电磁源S1和S4而言，延时间隔T0至T4的延时变化保持相同极性，从而对于Z≤-900m，这些延时变化在图6b的曲线图中为正数。这是由于电磁源相对于正接近的滨水区具有不同的相对位置和距离。在延时T4处电磁源S2变为与滨水区最接近的电磁源，但仍然相对地远离衬套，因此，被注入到地层中的来自电磁源S2的电流将优先循环(分流)通过储层的发生水淹的电导率增大的区域。

因此，对正接近的滨水区的相对位置的直接定性解译是可行的。另外，在对衬套与周围地质的电耦合的由电磁源S1感应出的产生电流所给定的可能变化进行修正和归一化之后，衬套中的感应产生电流的延时变化的变换(inversion)因电磁源定位不同而可以将滨水区与地下井的距离设置作为沿着无衬套段附近的生产井轴线的位置的函数。

如本文讨论的那样，本公开内容的遥感系统23具有如下优点：提供以衬套20的形式呈现的大的接收天线，从而允许在储层中使用低频率和较大的检测范围。以衬套20的形式呈现的更高效且更大的天线还为遥感系统23提供若干个数量级的固有放大，从而与其他全钻井电磁遥感技术相比使遥感系统23更耐用。以归一化电磁源38的形式呈现的归一化机构允许遥感系统23不受衬套20与包围衬套20的地层的电耦合的变化的影响。

因此，与当前技术相比，遥感系统23及其方法的使用提供了更大范围的可检测性以及对所得数据的更简单的解译。遥感系统23的钻井仪器也是简单、耐用的，并且使得结果因使用简单安排的源电极以及受控且被监测的源电流而不受电磁源24的电耦合的影响，并因使用归一化电磁源38的归一化过程而不受衬套20与周围地层的电耦合的影响。另外，因为遥感系统23基于钻井，所以遥感系统23对远离储层和地下井10的背景电导率的变化(例如近地表中的电导率和电阻率的变化)不太敏感，背景电导率的变化被认为影响钻井-地表、地表-钻井或地表-地表电磁技术，因此，对这些技术而言，需要额外的数据处理和测量，以试图补偿近地表变化的影响。对钻井环境中的部署而言，所有这些因素使遥感系统23更有效且相对便宜。

因此，本文所述的本发明良好地适于实施该目的，并得到上述结果和优点以及本文固有的其他结果和优点。虽然已为了公开而给出本发明的现有优选实施例，但为了得到期望结果，许多改变存在于详细程序中。本领域的技术人员将容易地想起这些和其他类似变型例，并且这些和其他类似变型例意图被包含在本文所公开的本发明的精神以及所附权利要求的范围中。

Claims (23)

1.一种用于从地下生产井中感测油气储层状况的方法，所述地下生产井包括具有衬套的有衬套段以及相邻无衬套段，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(a)在所述衬套的与所述无衬套段相邻的下端附近将电流传感器附接至所述衬套，以测量在所述衬套上感应出的电流；

(b)沿着所述相邻无衬套段设置多个电磁源；以及

(c)利用所述电磁源产生源电流，并且利用所述电流传感器测量所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的产生电流。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

(d)重复步骤(c)，并通过将所述衬套中的由每个所述电磁源感应出且在步骤(c)中测量出的产生电流与所述衬套中的由每个所述电磁源感应出且在步骤(d)中测量出的产生电流进行比较，来计算所述油气储层的电导率的变化。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过反演数据来分析电导率的变化并确定从所述地下井至可能正接近的滨水区的距离。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括：通过确定所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的所述产生电流的延时变化的极性改变，来确定从所述地下井至可能正接近的滨水区的位置和距离。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，确定从所述地下井至所述滨水区的距离的步骤包括在高达几百米的范围内确定从所述地下井至所述滨水区的距离。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个电磁源中的一个电磁源位于所述地下井的所述有衬套段的所述下端附近，所述方法还包括：利用所述衬套中的由所述一个电磁源感应出的产生电流来使所述衬套中的由其他电磁源中的每一个电磁源感应出的产生电流归一化。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括产生频率在0.1Hz至10KHz的范围内的源电流。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括产生频率为10Hz的源电流。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括产生幅值被选定为得到期望穿透深度的源电流。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括产生幅值为0.5A的源电流。

11.一种用于在油气储层中感测对地下井而言可能正接近的滨水区的方法，所述地下井包括具有衬套的有衬套段和相邻无衬套段，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(a)在所述有衬套段的与所述无衬套段相邻的下端或边缘，将电流传感器附接至所述衬套；

(b)沿着所述无衬套段设置多个电磁源；

(c)利用所述电磁源产生源电流，并且利用所述电流传感器测量所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的初始产生感应电流；

(d)重复步骤(c),并将所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的后续产生感应电流与由相应电磁源感应出的所述初始产生感应电流进行比较，来确定产生感应电流随时间的变化；以及

(e)变换所述初始产生感应电流和所述后续产生感应电流或所述产生感应电流随时间的变化，以得到所述储层中的电导率分布、所述储层中的所述电导率分布随时间的变化，并识别所述可能正接近的滨水区。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多个电磁源中的一个电磁源位于所述有衬套段的所述下端附近，所述方法还包括：利用所述衬套中的由所述一个电磁源感应出的产生电流来使由其他电磁源感应出的产生电流归一化。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(c)包括产生频率在0.1Hz至10KHz的范围内的源电流。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，步骤(c)包括产生具有用于得到期望穿透深度的幅值的源电流。

15.一种用于从地下生产井中感测油气储层状况的系统，所述地下生产井包括具有衬套的有衬套段以及无衬套段，其特征在于所述系统包括：

多个电磁源，其沿着所述无衬套段间隔开，所述电磁源选择性地产生源电流；以及

电流传感器，其在所述有衬套段的下端处附接至所述衬套，所述电流传感器测量所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的产生电流。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，每个所述电磁源均包括电偶极，所述电偶极的每个端部均具有被绝缘材料隔离开的电极。

17.根据权利要求15所述的系统，还包括：

衬套延伸部，其位于所述电流传感器的与所述衬套相反的端部，所述电流传感器在所述衬套与所述衬套延伸部之间进行电连接，并测量经由所述衬套流动至所述衬套延伸部的电流。

18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个电磁源包括归一化电磁源，所述归一化电磁源位于所述有衬套段的所述下端附近并与所述衬套间隔开。

19.根据权利要求15所述的系统，还包括：

控制系统，其设定产生或启动所述电磁源的定时以及对产生感应电流的感测。

20.根据权利要求15所述的系统，还包括：

数据收集和分析系统，其收集所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的产生电流，并确定从所述地下井至可能正接近的滨水区的距离。

21.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个电磁源包括在单个仪器中间隔开的多个受控电磁源的阵列。

22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个电磁源包括仪器，所述仪器具有单个电磁源，并能操作为沿着所述地下井的所述无衬套段移动并且在沿着所述地下井的不同的预建立位置处被启动。

23.一种用于从地下生产井中感测油气储层状况的系统，所述地下生产井包括具有衬套的有衬套段以及无衬套段，其特征在于所述系统包括：

多个电磁源，其沿着选自如下群组中的一者间隔开，所述群组包括所述地下井的所述无衬套段、相邻井的无衬套段以及所述地下井的多分支部分的无衬套段，所述电磁源选择性地产生源电流；以及

电流传感器，其被附接至从如下群组中选择的一者的衬套，所述群组包括所述地下井、所述相邻井以及所述地下井的所述多分支部分，所述电流传感器测量所述衬套中的由每个所述电磁源感应出的产生电流。