CN108138549B - 用于从储层收集并且保存芯层样品的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文提供了一种从储层收集和保存芯层样品的方法和装置。在一些实施方案中，提供了一种方法，包括使用岩石和流体采样工具从储层获得芯层样品并将芯层样品放置在填充有无氢流体的容器中，使得一部分无氢流体被芯层样品置换，并且芯层样品被浸没在无氢流体中。该方法还包括将气体转移到容器中以占据容器中的空间并通过容器端部上的盖密封容器。本文还提供了分析从储层收集到的芯层样品的方法以及岩石和流体采样工具。

Description

用于从储层收集并且保存芯层样品的方法和装置
技术领域
本公开的实施方案总体上涉及由地质岩层获得并分析芯层样品。更具体地说，本公开涉及用于在收集的芯层样品中保存原始孔隙流体和岩石性质，并能够对这些样品进行有效的成像的方法和系统。
背景技术
可在岩石中钻井以获取储存在含烃地质岩层中的流体。这样的地质岩层可以被称为“储层”。存在多种技术用于确定这种储层中烃的存在及其储量。在一些情况下，可以在井的井眼中的井底收集岩石和流体的样品(称为“芯层样品”)并将其收回到地面以用于进一步分析。可以对芯层样品进行分析以量化储层中烃(例如，石油和天然气)的量和价值。芯层样品的分析也可能决定所确定的石油和天然气的生产速度并有助于确定提取石油和天然气的技术并最大限度地从储层中采收。
然而，从储层获得未改变的芯层样品可能是具有挑战性的并且可能影响样品的准确分析以及随后的储层中的烃的定量。从储层获得芯层样品的现有技术可能会对样品中的岩石和流体施加压力，并导致岩石性质、流体性质或这两者发生变化。此外，通过现有技术获得的芯层样品可能具有不同于天然流体组成的流体组成，对于具有相对低渗透性的岩石的芯层样品尤其是如此。此外，对于如致密页岩气和致密页岩油之类的烃类而言，可能难以获得原始气体，并且来自此储层的芯层样品可能含有挥发性液体和随着样品在收回到地面时减压而膨胀的高度可压缩的气体，将进一步影响芯层样品的分析。
发明内容
本公开的实施方案总体上涉及用于收集一个或多个芯层样品并分析一个或多个芯层样品的方法和系统。在一些实施方案中，提供了这样一种方法，其包括使用插入到井眼的井底的岩石和流体采样工具，从储层获取一个或多个芯层样品，所述井眼从地面延伸至储层。该岩石和流体采样工具包括填充有无氢流体的容器。该方法还包括将该一个或多个芯层样品放置在该容器中，使得一部分无氢流体被一个或多个芯层样品置换，并且该一个或多个芯层样品被浸没在该无氢流体中。该容器还包括未被一个或多个芯层样品和无氢流体占据的空间。该方法还包括将气体转移到容器中以填充未占据的空间并通过容器端部上的盖密封容器。
在一些实施方案中，通过盖密封容器产生在一定压力值下的加压容器。在一些实施方案中，压力值基本上等于储层的压力。在一些实施方案中，该方法包括从井眼的井底将具有密封容器的岩石和流体采样工具收回到地面。在一些实施方案中，该方法包括使用中子成像、X射线成像和核磁共振成像中的至少一种使加压容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个成像。在一些实施方案中，使用岩石和流体采样工具从储层获得一个或多个芯层样品包括使用旋转取心装置从井眼的侧壁获得一个或多个芯层样品。
在一些实施方案中，无氢流体是氟碳类流体。在一些实施方案中，气体包含氮气。在一些实施方案中，容器包括共晶金属组件。在一些实施方案中，该方法包括将岩石和流体采样工具插入井眼中。在一些实施方案中，该方法包括在将岩石和流体采样工具插入井眼之前，将无氢流体添加到容器中。在一些实施方案中，使用插入井眼中的岩石和流体采样工具从储层获得一个或多个芯层样品包括在井眼中的第一深度处获得第一芯层样品以及在井眼中的第二深度处获得第二芯层样品。
在一些实施方案中，该方法包括去除一定量的气体、一定量的无氢流体或这两者。在一些实施方案中，该方法还包括将水溶液转移到容器中以替换去除量的气体、去除量的无氢流体或这两者。在一些实施方案中，该方法还包括使用中子成像和计算机断层(CT)成像中的至少一种对容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。在一些实施方案中，该方法还包括确定进入至少一个芯层样品的水溶液的饱和度。
在一些实施方案中，该方法包括去除一定量的气体、一定量的无氢流体或这两者。在一些实施方案中，该方法还包括将二氧化碳转移到容器中以替换去除量的气体、去除量的无氢流体或这两者。在一些实施方案中，该方法包括使用计算机断层(CT)成像对容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。该方法还包括确定二氧化碳吸入至少一个芯层样品的情况。在一些实施方案中，该方法还包括确定二氧化碳与至少一个芯层样品的流体的交换情况。
在一些实施方案中，该方法包括去除一定量的气体、一定量的无氢流体或这两者，并且将乙硼烷转移到容器中以替换去除量的气体、去除量的无氢流体或这两者。该方法还包括使用中子成像对容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。
在另一个实施方案中，提供了一种分析从储层收集的芯层样品的方法。该方法包括提供具有浸没在无氢流体中的一个或多个芯层样品的加压容器。该加压容器内有气体，并且在从储层收集一个或多个芯层样品后，所述加压容器密封在延伸到所述储层的井眼中的井底。该方法还包括将加压容器加热至一个温度值并且在一个或多个步骤中将加压容器的压力减小到大气压力。该一个或多个步骤包括释放一定量的气体、一定量的无氢流体或这两者以将加压容器的压力减小一定压力值并确定气体的释放量、无氢流体的释放量或这两者。该方法还包括在将加压容器的压力降低到大气压力之后，确定所释放的气体，无氢流体和烃的总量，并根据释放的气体、无氢流体和烃的总量计算原位烃值。
在一些实施方案中，所述温度值基本上等于储层的温度。在一些实施方案中，所述压力值是第一压力值，并且该方法包括将加压容器加压到第二压力值，之后在一个或多个步骤中，将加压容器的压力减小到大气压力。在一些实施方案中，第二压力值基本上等于储层的压力。
在一些实施方案中，提供了一种岩石和流体采样工具。该岩石和流体采样工具包括旋转侧壁取心装置和具有共晶金属组件的容器，该容器被构造成可容纳储层的一个或多个芯层样品。所述一个或多个芯层样品通过旋转侧壁取心装置由从地面延伸到储层的井眼的侧壁获得。岩石和流体采样工具还包括被构造成储存气体的罐以及将所述罐连接到所述容器的一个或多个阀门。在一些实施方案中，岩石和流体采样工具是钢丝绳岩石和流体采样工具。
在一些实施方案中，提供了一种从井眼收集一个或多个芯层样品的方法。该方法包括将岩石和流体采样工具插入从地面延伸到储层的井眼中，并从井眼的侧壁提取芯层样品。该方法还包括将芯层样品放置在容器中，该容器包含密封该容器的无氢流体，将气体输送到容器中，并将容器收回到地面。在一些实施方案中，将岩石和流体采样工具插入井眼中包括将钢丝绳上的岩石和流体采样工具插入井眼中。
附图简要说明
基于以下描述、权利要求和附图，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的几个实施方案，因此不认为其限制本公开的范围，因为它可以允许其他等效的实施方案。
图1是根据本公开实施方案的用于收集一个或多个芯层样品以及保存原始孔隙流体和岩石性质的方法的框图；
图2是根据本公开实施方案的从一个或多个芯层样品确定原位烃的方法的框图；
图3是根据本公开实施方案确定收集的一个或多个芯层样品的水吸入情况的方法的框图；
图4是根据本公开实施方案确定收集的一个或多个芯层样品的二氧化碳吸入情况的方法的框图；
图5是根据本公开实施方案的采用岩石和流体采样工具的岩石和流体采样系统的框图；以及
图6是根据本公开实施方案的岩石和流体采样工具的压力取心容器的框图。
发明详述
现在将在下文中参照示出本公开的实施方案的附图更全面地描述本公开。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应该将其解释为限制于此阐述所示的实施方案。相反，提供这些实施方案是为了使本公开透彻和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
岩石和流体采样系统可以提供来自储层中井内的芯层样品(例如，岩石和流体样品)的井底收集。在某些情况下，芯层样品可以收集并密封在容器中(称为“压力取心”)。一些岩石和流体采样系统可以用甲酸钠溶液预填充容器，并在样品收集并放入容器后密封容器。然而，由于容器在从井底上升到地面期间冷却，容器内的流体由于收缩可能会使容器失去压力。因此，芯层样品内的流体可能会被排出。此外，甲酸钠的水相可能会被吸入芯层样品的水润湿部分，排出烃，并影响后续的水吸入芯层样品的分析。甲酸钠的水相也会与芯层样品的岩石的水敏感部分相互作用，并且会改变该水敏感部分的性质。
考虑到上述内容，本公开的实施方案包括从储层收集和保存芯层样品的方法、设备和系统，以及分析压力取心容器(PCV)中保存的芯层样品。本文描述的技术可以提供维持压力取心容器中的原始储层压力，从而防止芯层样品内流体的排出或气体从芯层样品内的流体的液相中分离。因此，本文描述的技术可以使流体能够在其芯层样品的岩石内的原始孔隙位置成像。此外，本文描述的技术可以防止吸入或其他外来流体进入芯层样品，并且在将压力取心容器收回到地面之后，能够进行后续的水和水基流体吸入芯层样品情况的分析。此外，当芯层样品保留在压力取心容器中时，本文描述的技术可以提供芯层样品在储层压力下的中子成像、X射线成像和核磁共振(NMR)成像。
如下所述，可以用无氢流体(其可以包括或被称为“无氢惰性流体”)填充用于收集芯层样品的压力取心容器，之后收集来自井的井眼中的可获得储层中的芯层样品。。如本文所使用的，术语“填充”不需要占据压力取心容器的整个体积。在一些实施方案中，可以基于储层压力、储层温度和钻井操作期间使用的钻井液的密度来选择无氢流体的比重，使得无氢流体的比重大于在钻井操作期间使用的钻井液的比重。当芯层样品存放在压力取心容器中时，无氢流体可以被置换并占据芯层样品上方的空间，从而浸没芯层样品并防止钻井液进一步污染芯层样品。
在一些实施方案中，气体(例如，惰性气体如氮气或其他惰性气体)可被转移到压力取心容器中以占据压力取心容器中的一些空间(例如，未被无氢流体和收集的芯层样品所占据的空间，如无氢流体上方的空间)。在一些实施方案中，用于收集和保存芯层样品的岩石和流体采样工具可以包括阀门和其他部件，以有利于将气体(例如，惰性气体，如氮气或其他惰性气体)转移到压力取心容器中。可以理解，压力取心容器被气体占据的空间可以在压力取心容器被收回到地面时最小化芯层样品的减压。
将压力取心容器收回到地面后，可以使用如中子成像、X射线成像和NMR成像的各种成像技术在压力取心容器内分析收集的芯层样品，因为压力取心容器中的无氢流体在经受这些成像技术时不会发射光谱学可检测的信号(即，无氢流体对中子是透明的并且不具有H-NMR信号)。在一些实施方案中，压力取心容器可被加压至原始储层压力(如果压力取心容器不处于原始储存压力)并被加热至原始储层温度，以能够对储层样品中烃的量进行定量。压力取心容器中的芯层样品平衡后，可以逐步降低压力取心容器内的压力，并且可以记录在每次减压下释放和收集的气体和流体的量(包括例如预先添加到容器中的气体、无氢流体和烃)。释放的气体和流体的压力降低和记录可以重复，直到压力取心容器减压到大气压。减压过程中释放的气体和流体的总体积可以提供储层的原位烃的估算值。
在一些实施方案中，容器中添加的气体和无氢流体可以被水溶液代替以确定水或水基流体吸入收集的芯层样品中的情况。在一些实施方案中，压力取心容器中的气体和无氢流体可以被水溶液代替，这通过在压力取心容器顶部注射水溶液并从压力取心容器的底部排出无氢流体而实现。可以通过中子成像、计算机断层(CT)成像或这两者监测芯层样品中水溶液的饱和(例如，溶液的水相的吸入)。
在一些实施方案中，可以去除压力取心容器中的气体并用相对高压的二氧化碳代替。在这样的实施方案中，当二氧化碳被转移到容器中时，可以从容器的底部取出容器内的无氢流体。在这样的实施方案中，可以在将二氧化碳转移到压力取心容器期间保持压力取心容器中的压力。可以使用例如CT成像来监测芯层样品中二氧化碳的吸入或二氧化碳与气体或流体的交换。在一些实施方案中，可以去除压力取心容器中的气体并用乙硼烷(B2H6)代替。在这样的实施方案中，乙硼烷(B2H6)可以使得能够使用高对比度中子成像来获得压力取心容器中的芯层样品的图像。在其他实施方案中，可以使用具有较强中子信号并且可以增强中子成像中的对比度的其他气体，例如，三甲基硼烷((CH3)3B)、四硼烷(B4H11)、三氟化硼(BF3)或三氯化硼(BCl3)。在其他实施方案中，也可以使用具有较强中子信号并可以增强中子成像中的对比度的液体，例如，五硼烷(B5H9)、六硼烷(B6H10)、三乙基硼烷(B(C2H5)3)、硼酸三甲酯(B(OCH3)3)、硼酸三乙酯(B(OC2H5)3)、三(三甲基甲硅烷氧基)硼酸盐(((CH3)3SiO)3B)、三溴化硼(BBr3)、硼嗪(BH3NH3)、苯基二氯化碳(C6H5BCl2)、四氟硼酸(HBF4)、硼酸三正丁酯(B(OC4H9)3)、三甲氧基硼氧烷((CH3O)3B3O3)、硼酸三异丙酯(B(OCH(CH3)2)3)。在其他实施方案中，还可以使用硼烷或硼衍生物的液体加合物，包括，(例如)硼烷-吡啶(C5H5N:BH3)、硼烷-二甲基硫醚((CH3)2S:BH3)、三氟化硼-乙酸(BF3:2CH3COOH)、三氟化硼-乙醚(BF3:O(C2H5)2)。
本公开的实施方案可以包括具有岩石和流体采样工具的压力取心容器或在具有岩石和流体采样工具的压力取心容器中实施。在一些实施方案中，例如，岩石和流体采样系统可以包括旋转侧壁取心装置，该装置将一个或多个侧壁芯层样品收集到压力取心容器中，使得以本文所述的方式保存芯层样品。在一些实施方案中，岩石和流体采样工具可以是提供插入井眼的钢丝绳工具。在一些实施方案中，岩石和流体采样工具可以包括由共晶金属部件形成的压力取心容器，例如包含在压力容器中的共晶金属插入物。在一些实施方案中，岩石和流体采样系统可以包括上述岩石和流体采样工具，并且可以包括输送系统(例如，钢丝绳系统)和控制系统。
图1描绘了根据本公开的实施方案的用于从储层收集和保存一个或多个芯层样品的方法100。如下所述，方法100可以使一个或多个芯层样品的原始孔隙流体和岩石性质在收集和收回一个或多个芯层样品期间得以保留。首先，可以基于储层温度、储层压力、钻井液密度或这些因素的任何组合来选择用于岩石和流体采样工具的无氢流体(方框102)。例如，在一些实施方案中，在钻井操作(例如，通过随钻测量(MWD)工具)或其他操作期间，可以从井眼获取储层条件，如储层温度和储层压力。在一些实施方案中，无氢流体可以是氟碳类流体，例如由3M(Maplewood，Minnesota，USA)制造的FluorinertTM流体组之一。在这样的实施方案中，选择的氟碳类流体的比重可以基于储层温度、储存压力、钻井液密度或这些因素的组合。压力取心容器中选定的无氢流体不会与收集到的芯层样品的储层岩石和流体相互作用，并且可能有助于维持压力取心容器内的压力。而且，如下面进一步解释的，压力取心容器中的无氢流体不会向某些成像技术发射可光谱检测的信号，从而增强芯层样品在压力取心容器收回到地面后的后续中子、X射线和核磁共振成像。
接下来，岩石和流体采样工具的压力取心容器可用选定的无氢流体填充(方框104)，并且岩石和流体采样工具可以插入井眼中(方框106)。在一些实施方案中，岩石和流体采样工具可以是在井眼内的钢丝绳上运行的钢丝绳工具。在其他实施方案中，可以使用不同的输送系统来插入岩石和流体采样工具。接下来，可通过岩石和流体采样工具将一个或多个芯层样品收集在压力取心容器中(框108)。芯层样品的收集可以包括切割储层岩石和流体的样品，并将样品存放在压力取心容器中。在一些实施方案中，一个或多个芯层样品可以包括从井眼的一侧获得的侧壁芯层。例如，在一些实施方案中，可以使用岩石和流体采样工具的旋转侧壁取心装置来切割储层岩石和流体样品。应当理解的是，在这样的实施方案中，可以在井眼中的不同深度处收集多个芯层样品。例如，可以在第一深度处收集第一芯层样品，可以在第二深度处收集第二芯层样品等。
由于芯层样品收集在压力取心容器中，芯层样品置换了压力取心容器中的无氢流体，使得芯层样品被浸没在无氢流体中并防止或最小化芯层样品的污染和改变(例如被钻井液污染和改变)。例如，在岩石和流体采样工具的垂直方向上，随着芯层样品被浸没并且无氢流体被置换，无氢流体的水平可能朝向压力取心容器的顶部增加，因此保证了压力取心容器采集的芯层样品全部覆盖，并且防止采集到的芯层样品进一步受到污染。
在收集完所有芯层样品之后，压力取心容器可以包括芯层样品未占据的空间和无氢流体。可以将气体(例如惰性气体)转移到压力取心容器中以占据这些空间中的一部分并且可以通过密封盖密封容器(方框110)。在一些实施方案中，气体可以包括氮气。在一些实施方案中，气体可以是氮气和其他惰性气体的组合。应当理解的是，输送的气体可以在浸没无氢流体中的一个或多个芯层样品上方形成“缓冲”(例如，压力取心容器的顶部与一个或多个芯层样品和无氢流体之间)。压力取心容器中被输送的气体占据的空间可以在压力取心容器被收回到地面时防止或最小化一个或多个芯层样品的降压。
然后可以将压力取心容器从井眼收回到地面(方框112)。例如，包括压力取心容器的岩石和流体采样工具可以(例如)通过插入井眼的钢丝绳从井眼收回到地面。当将压力取心容器收回到地面时，压力取心容器中的气体可以使一个或多个芯层样品的降压最小化，从而使压力取心容器能够在井底静水压下或其附近收回到地面。在一些实施方案中，压力取心容器可以具有共晶金属部件(例如，共晶金属插入件)，使得可以进一步防止或最小化一个或多个芯层样品的冷却和相关联的降压。在这样的实施方案中，输送的气体和共晶金属组件的组合可以进一步防止压力取心容器收回到地面期间从原始储存压力降低或最小化降压。
将压力取心容器收回到地面后，可以使用如中子成像、X射线成像、NMR成像或其组合的一种或多种成像技术对压力取心容器中的一个或多个芯层样品进行成像(方框114)。当使用这些成像技术时，无氢流体不会发射光谱学可检测的信号(即，无氢流体对中子是透明的并且不具有H-NMR信号)，因此不会影响一个或多个芯层样品的中子成像和NMR成像。因此，填充有无氢流体的压力取心容器可提供一个或多个芯层样品的中子成像和NMR成像，该成像不受用于保持限定压力的流体的影响，同时芯层样品仍然浸没在无氢流体中，而不需打开容器并去除一个或多个芯层样品。此外，压力取心容器中的无氢流体和转移的气体不吸入或置换一个或多个芯层样品内的流体，从而使孔隙流体能够在其一个或多个芯层样品中的原始位置成像。在一些实施方案中，可以执行压力取心容器中的一个或多个芯层样品的进一步分析(方框116)，如下所述。
图2至4描绘了根据本公开实施方案的用于分析压力取心容器中的一个或多个芯层样品的各种方法(即，不打开压力取心容器并去除一个或多个芯层样品)。相应地，图2示出了根据本公开实施方案从压力取心容器中收集并保存的一个或多个芯层样品来确定原位烃的方法200。如下所述，压力取心容器中的压力可逐步减小，直到压力取心容器减压至大气压。在每次减压时，可记录释放的流体和气体的量(例如体积)并用于随后的测定。
如上所述，可以获得含有浸没在无氢流体中的一个或多个芯层样品并含有气体(例如惰性气体)的压力取心容器(202)。如果压力取心容器未处于原始储层压力，则具有一个或多个芯层样品的压力取心容器可被加压至原始储存压力(方框204)。压力取心容器可以使用合适的加压装置加压或向压力取心容器上添加加压气体加压。接下来，具有一个或多个芯层样品的压力取心容器可被加热到原始储层温度(方框206)。例如，可以使用合适的加热装置加热压力芯层样品。
接下来，通过从压力取心容器中释放和收集气体、流体或这两者，将经加压的压力取心容器内部的压力减小一定的减压值(方框208)。在一些实施方案中，减压值可以基于加压压力取心容器内部的初始压力、大气压力、将压力取心容器减压至大气压所需的步骤数或其任何组合。可以记录减压期间释放和收集的气体和流体的量(方框210)。在压力降低之后，可以测量压力取心容器内部的压力以确定压力取心容器是否处于大气压力下(判定框212)。如果压力取心容器内部的压力尚未达到大气压力(线214)，则经加压的压力取心容器内的压力可以降低一定的减压值(方框208)，并记录释放和收集的气体和流体的量(框210)直到压力取心容器内的压力降低到大气压。在一些实施方案中，每次压力降低可以使压力取心容器内部的压力减小相同的减压值。在其他实施方案中，一个或多个减压步骤可以将压力取心容器内部的压力减小不同的减压值。
一旦确定压力取心容器内的压力处于大气压力下(线216)，即可以计算释放的气体和流体的总量(例如体积)并用于确定储层的原位烃(方框218)。在一些实施方案中，在确定上述的原位烃之后，可以打开压力取心容器并且可以将一个或多个芯层样品转移到另一压力取心容器以监测作为时间函数释放的烃。
在一些实施方案中，压力取心容器中的一个或多个芯层样品可在上述减压至大气压期间进行成像，以确定减压对压敏岩石物理性质和岩石机械性质的影响。例如，在一些实施方案中，一个或多个芯层样品可以减压一定的减压值之前、期间和之后成像。在一些实施方案中，这种压敏岩石物理性质和岩石机械性质可以包括体积模量、剪切模量、杨氏模量、泊松比、剪切速度、纵波速度、渗透率、孔隙率和粘土膨胀。在其他实施方案中，可以确定减压对其他岩石物理性质和岩石机械性质的影响。
在一些实施方案中，压力取心容器中的经加压的一个或多个芯层样品的图像可以与压力取心容器中的经减压的一个或多个芯层样品的图像进行比较，以量化在减压期间引入芯层样品中的破裂和损坏。例如，在这样的实施方案中，在第一次减压之前或在一次或多次减压之后获得的一个或多个芯层样品的图像可以与在减压到大气压力之后获得的一个或多个芯层样品的图像进行比较。
在一些实施方案中，可以确定压力取心容器中的一个或多个芯层样品的水吸入情况。图3示出了用于确定根据本公开实施方案收集并保存的压力取心容器中的一个或多个芯层样品中的水吸入情况300。在将具有一个或多个芯层样品的压力取心容器收回到地面上之后，可将转移的气体和无氢流体从压力取心容器中取出(方框302)并用水溶液代替(方框304)。水溶液可以包括(例如)水或水基流体。
接下来，可以使用中子成像、计算机断层(CT)成像或其组合对压力取心容器中的一个或多个芯层样品进行成像(方框306)。在一些实施方案中，可以在水溶液吸入之前、期间和之后进行一个或多个芯层样品的成像。基于所得图像可以确定水溶液吸入芯层样品的情况(方框308)。在一些实施方案中，可以将水相吸入之前(以及当一个或多个芯层样品浸没在无氢流体中时)的一个或多个芯层样品的图像与在水相吸入期间和之后获得的图像进行比较，以鉴定一个或多个芯层样品中的水润湿孔隙空间。
在一些实施方案中，可以确定二氧化碳(CO2)吸入压力取心容器中的一个或多个芯层样品的情况。图4示出了用于确定根据本公开实施方案收集并保存的压力取心容器中的一个或多个芯层样品的二氧化碳吸入情况的方法400。在将具有一个或多个芯层样品的压力取心容器收回到地面之后，可以从压力取心容器中取出转移的气体和无氢流体(方框402)，并且可以将二氧化碳添加到压力取心容器(方框404)。在这样的实施方案中，在加入二氧化碳期间可以保持压力取心容器中的流体的压力。
接下来，可以使用计算机断层(CT)成像来分析压力取心容器中的芯层样品(方框406)。例如，在使用CT成像的一些实施方案中，可以基于成像结果确定二氧化碳吸入到一个或多个芯层样品中的情况或确定一个或多个芯层样品中的流体交换(方框408)。在其他实施方案中，可以使用其他流体来增强由各种成像技术产生的一个或多个芯层样品的图像。例如，在一些实施方案中，可以使用氙来增强X射线图像(例如，放射摄影图像和CT图像)。在另一个实例中，在一些实施方案中并且如上所述，可以使用乙硼烷(B2H6)分析压力取心容器中的芯层样品，以增强中子成像中的对比度(方框410)。在一些实施方案中，在吸入或交换二氧化碳或其他气体之前，一个或多个芯层样品的图像可以与在添加二氧化碳或其他气体期间和之后获得的图像进行比较，以鉴定(例如)诸如二氧化碳等气体吸入一个或多个芯层样品或在一个或多个芯层样品中进行流体交换情况。
图5示出了根据本公开实施方案的采用岩石和流体采样工具502的岩石和流体采样系统500。本公开的实施方案可以包括例如现有商业岩石和流体采样系统的改进(例如，改造)以包括本文描述的特征和操作。钻孔岩石和流体采样系统500包括岩石和流体采样工具502、形成在储层506中的井眼504(也称为“钻孔”)，并具有纵向轴线508、输送系统510和控制系统512。如所示实施方案中所描绘的，流体采样工具502可以布置在井眼504中，其中下端514首先进入井眼504，随后是上端516。尽管图5以大体垂直的取向描绘了井眼504和岩石和流体采样工具502，但应当理解，在其他实施方案中可以使用其他取向。
井眼504可以包括形成在地质岩层中的任何形式的孔。在一些实施方案中，井眼504可以包括为了从储层506定位和提取烃或其他资源而创建的井眼。例如，储层506可以包括石油和天然气储层，并且井眼504可以包括钻入储层506中的井眼，用于储层中定位和提取石油、天然气和其他烃。
尽管井眼504的图示部分包括基本笔直的垂直柱，但井眼504可以采取任何各种合适的形状/方向。在一些实施方案中，井眼504可能沿着其长度偏离垂直，使得钻孔期间钻头横向偏离(例如钻头在钻孔过程中无意中漂移—或有时被有意地迫使漂移—向左或向右)。作为另一个实例，井眼504可以包括使用定向钻井技术形成的定向钻孔。当以变化的方向插入(例如降低)到钻孔中时，工具通常可以遵循钻孔的方向，使得其轴线保持与钻孔的轴线基本对齐。
输送系统510可以提供用于将工具和设备输送(运输)到地下位置和/或从地下位置输送(运输)工具和设备。在一些实施方案中，输送系统510可用于将钻头、测井工具、射孔枪、压裂液等输送到井眼504的地下部分和/或从井眼504的地下部分输送。例如，输送系统510可以包括用于将流体采样工具502下降到井眼504中并随后从其中收回(提升)流体采样工具502的装置。输送系统510的类型和配置可以基于钻孔和/或被输送的工具或设备的特性而变化。
在一些实施方案中，输送系统510包括便于输送流体的输送构件518(例如，钢丝绳)，其便于输送流体采样工具502和/或有助于流体采样工具502和地面系统之间的通信(例如电和数据通信)。输送构件518可以包括联接到地面输送单元520的第一(上)端部518a和联接到流体采样工具502的第二(下)端部518b。输送构件518和/或地面输送单元520的类型可以基于所采用的输送技术而变化。例如，如果输送系统510是钢丝绳系统，则输送构件518可以包括钢缆，并且地面输送单元520可以包括钢丝绳线轴。在另一个实例中，如果输送系统510是钻杆系统，则输送构件518可以包括钻杆，并且地面输送单元520可以包括钻机。作为又一个实例，如果输送系统510是连续油管(CT)系统，则输送构件518可以包括连续油管(CT)(例如，包括设置在其中的钢丝绳)，并且地面输送单元520可以包括CT线轴。在一些实施方案中，输送系统510可以包括牵引机输送装置。牵引机可以用于代替上述输送技术之一或与其结合使用。例如，输送系统510可以包括钢丝绳型输送构件518和布置在流体采样工具502之上或之下的井底牵引机以提供物理力以协助通过井眼504向上和/或向下推动和/或拉动流体采样工具502。
控制系统512可以控制岩石和流体系统200的各种操作方面。例如，控制系统512可以包括控制电路和处理系统以提供钻井、完井以及生产操作的监测和/或控制。在一些实施方案中，控制系统512包括岩石和流体采样控制系统522，其提供使用流体采样工具502来监测和/或控制采样操作。例如，岩石和流体采样控制系统522可以基于由输送系统510和/或流体采样工具502提供的反馈来控制输送系统510。反馈可以包括(例如)从输送系统510返回的深度测量结果、从流体采样工具502接收的数据或这两者。
根据本文描述的技术，岩石和流体采样工具502可以包括各种组件以使其能够收集和保存芯层样品。如图5所示，在一些实施方案中，岩石和流体采样工具502可以包括工具主体524、工具电子装置526、旋转侧壁取心装置528、压力取心容器530以及气体储存和阀门系统532。
工具主体524可以容纳流体采样工具524的各种部件。在一些实施方案中，工具主体524可以包括刚性结构，例如金属圆筒。这样的刚性结构可以使组件能够永久地或可移除地固定到其上。在这样的实施方案中，工具主体524可以保护工具电子装置526、旋转侧壁取心装置528和其他部件使其免于使用期间的损坏(例如，在采样操作期间流体采样工具502下降到井眼504中时)。
工具电子装置526可以包括便于控制流体采样工具502的各种操作方面的电路(例如，在处理装置中实现)。例如，工具电子装置526可以控制旋转侧壁取心装置528并从井眼504获得样品。在一些实施方案中，工具电子装置526可以促进与流体采样系统500的其他装置的通信。例如，在采样操作期间，工具电子装置526可以接收命令(例如来自控制系统的命令)以开始收集芯层样品。响应于该命令，工具电子装置526可以将适当的命令发送到旋转侧壁取心装置528。在另一个实例中，工具电子装置526可以接收命令以完成芯层样品的收集，并且可以启动压力取心容器530的密封以及经由气体存储和阀门系统532的气体注入。
如上所述，旋转侧壁取心装置528可以实现从井眼504的侧壁534收集芯层样品。在一些实施方案中，旋转侧壁取心装置528可从工具主体524延伸并接合侧壁534。在从井眼504的侧壁534收集到芯层样品后，旋转侧壁取心装置528可将收集到的芯层样品放置在压力取心容器530中。如上所述，压力取心容器530可以填充有无氢流体，从而将芯层样品放置在压力取心容器530中，并将芯层样品浸没在无氢流体中(并置换相应量的无氢流体)。
压力取心容器530可以被工具主体524完全封闭，或者在一些实施方案中可以部分地从工具主体524伸出。压力取心容器530可以由金属形成，并且在这里描述的实施方案中，可以包括共晶金属部件。在一些实施方案中，可基于熔化温度、熔化/凝固速率、组成(例如，与如NMR成像的成像技术的干扰)或其任何组合来选择共晶金属。在一些实施方案中，压力取心容器530可以包括在从井眼504收集芯层样品之后密封压力取心容器530的盖。
气体储存和阀门系统532可以包括用于储存气体并将气体插入压力取心容器532中的合适部件。例如，在一些实施方案中，气体储存和阀门系统532可以包括储存加压气体(例如氮气)的加压容器(例如气瓶)。另外，在一些实施方案中，气体储存和阀门系统532可以包括一个或多个管线以及将加压容器连接到压力取心容器530以将气体插入压力取心容器530的一个或多个阀。例如，在井眼504完成芯层样品的收集时，可以通过打开适当的一个或多个阀门将气体添加到压力取心容器530中，直到已经向压力取心容器530添加了期望的压力或体积的气体。在一些实施方案中，各种传感器(例如，压力传感器)可以包括在气体储存和阀门系统532、压力取心容器530或这两者中以实现对气体的监测。
图6示出了根据本公开实施方案的示出了收集并保存的芯层样品600的压力取心容器530的示意图。如图5所示，压力取心容器530可以包含第一芯层样品600A、第二芯层样品600B、第三芯层样品600C和第四芯层样品600D。应当理解的是，在其他实施方案中，压力取心容器可以储存任何合适数量的芯层样品，如一个或多个芯层样品、两个或更多个芯层样品、三个或更多个芯层样品、四个或更多个芯层样品、五个或更多个芯层样品、六个或更多个芯层样品、七个或更多个芯层样品、八个或更多个芯层样品、九个或更多个芯层样品或十个或更多个芯层样品。
在一些实施方案中，压力取心容器530一般可以是圆筒形的。在其他实施方案中，压力取心容器530可以是其他形状。压力取心容器530可以由金属形成。在一些实施方案中，如上所述，压力取心容器530可以包括共晶金属插入件608。在一些实施方案中，压力取心容器530的一些部分可以由金属形成，而其他部分可以由其他材料形成。
在一些实施方案中，例如，可以在钻孔中的不同深度处收集各个芯层样品600。例如，可以在第一深度处收集第一芯层样品600A，可以在第二深度(例如，大于第一深度的第二深度)处收集第二芯层样品600B，等等。如图6所示并且如上所述，压力取心容器530可以填充有无氢流体602。当每个芯层样品被添加到压力取心容器530中时，无氢流体602在压力取心容器530中被替换并覆盖芯层样品。因此，如图6所示，无氢流体602的水平高于第四芯层样品600D，使得所有芯层样品600A、600B、600C和600D都浸没在无氢流体602中。
在一些实施方案中，压力取心容器530可以经由密封盖604密封。在一些实施方案中，例如，密封盖604可以包括一个或多个密封部件(例如，O形环)，其与压力取心容器530的壁配合并密封压力取心容器530。在一些实施方案中，密封盖604可以包括用于连接到气体储存和阀门系统532的部件，以使得能够向压力取心容器530添加气体。如上所述，可以将气体添加到压力取心容器530中以填充未被无氢流体602和芯层样品600占据的空间606。因此，当压力取心容器530收回到地面时，图6所示的压力取心容器530的一些空间606可以填充有气体以减轻或防止压力损失并保持芯层样品600的原始压力。
鉴于本说明书，本公开的各个方面的进一步的修改和替代实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，该描述仅被解释为说明性的，并且用于教导本领域技术人员执行在此描述的实施例的一般方式。应该理解的是，这里所示出和描述的形式将被视为实施例的实例。在得益于本说明书之后，元件和材料可以替代在此图示和描述的元素和材料，部件和过程可以被颠倒或省略，并且可以独立地利用某些特征，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。在不脱离如所附权利要求中所描述的本公开的精神和范围的情况下，可以对本文描述的元件进行改变。此处使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制描述的范围。

Claims (28)

1.一种收集一个或多个芯层样品的方法，包括：
使用插入到井眼的井底中的岩石和流体采样工具从储层获取一个或多个芯层样品，所述井眼从地面延伸到所述储层中，所述岩石和流体采样工具包括填充有无氢流体的容器；
将所述一个或多个芯层样品放置在所述容器中，使得一部分所述无氢流体被所述一个或多个芯层样品置换，并且所述一个或多个芯层样品被浸没在所述无氢流体中，其中所述容器包括未被所述一个或多个芯层样品和所述无氢流体占据的空间；
将气体转移到所述容器中以填充未占据的空间；以及
通过容器端部上的盖密封所述容器，其中通过盖密封容器产生在一定压力值下的加压容器，其中所述压力值等于所述储层的压力。
2.根据权利要求1所述的方法，包括从所述井眼的井底将具有通过盖密封的容器的所述岩石和流体采样工具收回到所述地面。
3.根据权利要求1所述的方法，包括使用中子成像、X射线成像和核磁共振成像中的至少一种使所述加压容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个成像。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用岩石和流体采样工具从所述储层获取一个或多个芯层样品包括使用旋转取心装置从所述井眼的侧壁获得一个或多个芯层样品。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述无氢流体包含氟碳类流体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体包含氮气。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述容器包括共晶金属组件。
8.根据权利要求1所述的方法，包括将所述岩石和流体采样工具插入所述井眼中。
9.根据权利要求8所述的方法，包括在将所述岩石和流体采样工具插入井眼之前将所述无氢流体添加到所述容器中。
10.根据权利要求1所述的方法，包括：
去除一定量的所述气体、或去除一定量的所述无氢流体或去除一定量的所述气体和无氢流体；
将水溶液转移到所述容器中以替换去除量的所述气体、去除量的所述无氢流体或去除量的所述气体和无氢流体；
使用中子成像和计算机断层成像中的至少一种对所述容器中的所述一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。
11.根据权利要求1所述的方法，包括：
去除一定量的所述气体、或去除一定量的所述无氢流体或去除一定量的所述气体和无氢流体；
将二氧化碳转移到所述容器中以替换去除量的所述气体、去除量的所述无氢流体或去除量的所述气体和无氢流体；
使用计算机断层成像对所述容器中的所述一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。
12.根据权利要求1或11所述的方法，包括：
去除一定量的所述气体、去除一定量的所述无氢流体或去除一定量的所述气体和无氢流体；
将乙硼烷转移到所述容器中以替换去除量的所述气体、去除量的所述无氢流体或去除量的所述气体和无氢流体；
使用中子成像对所述容器中的一个或多个芯层样品中的至少一个芯层样品进行成像。
13.根据权利要求1所述的方法，其中使用插入在所述井眼的井底中的岩石和流体采样工具从所述储层获取一个或多个芯层样品包括：
在所述井眼的第一深度处获得第一芯层样品；以及
在所述井眼的第二深度处获得第二芯层样品。
14.一种分析从储层收集的芯层样品的方法，包括：
提供具有浸没在无氢流体中的一个或多个芯层样品的加压容器，在从储层收集所述一个或多个芯层样品后，所述加压容器密封在从地面延伸到所述储层的井眼的井底，所述加压容器包含气体；
将所述加压容器加热至一定的温度值；在一个或多个步骤中，在将加压容器的压力降低到大气压力之前，将加压容器的压力加压到第二压力值，其中第二压力值等于储层压力，
在一个或多个步骤中将所述加压容器的压力降低到大气压力；每个步骤包括：
释放一定量的所述气体、或释放一定量的无氢流体、或释放一定量的烃或释放一定量的气体、无氢流体、烃的任意组合以将所述加压容器的压力减小第一压力值；以及
确定所述气体的释放量、所述无氢流体的释放量、所述烃的释放量或所述气体、无氢流体、烃的任意组合的释放量；
在将所述加压容器的压力降低到大气压力之后，确定所释放的所述气体、无氢流体和烃的总量；以及
根据释放的所述气体、无氢流体和烃的总量计算原位烃值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述温度值等于所述储层的温度。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述无氢流体包含氟碳类流体。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述气体包含氮气。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述容器包括共晶金属组件。
19.一种用于权利要求1所述方法的岩石和流体采样工具，包括：
旋转侧壁取心装置；
包括共晶金属组件的容器，所述容器被构造成可容纳储层的一个或多个芯层样品，所述一个或多个芯层样品通过所述旋转侧壁取心装置从井眼的侧壁获得，所述井眼从地面延伸到储层中；
构造为储存气体的罐；以及
将所述罐连接到所述容器的一个或多个阀门。
20.根据权利要求19所述的岩石和流体采样工具，其中所述岩石和流体采样工具包括钢丝绳岩石和流体采样工具。
21.根据权利要求19所述的岩石和流体采样工具，其中所述气体为氮气。
22.根据权利要求19所述的岩石和流体采样工具，其中所述容器含有无氢流体。
23.根据权利要求19所述的岩石和流体采样工具，其中所述无氢流体包含氟碳类流体。
24.一种从井眼收集一个或多个芯层样品的方法，包括：
将岩石和流体采样工具插入到从地面延伸到储层的井眼中；
从所述井眼的侧壁提取芯层样品；
将所述芯层样品放置在容器中，所述容器包含无氢流体；
密封所述容器以产生在一定压力值下的加压容器，其中所述压力值等于所述储层的压力；
将气体输送到所述加压容器中；以及
将所述加压容器收回到所述地面。
25.根据权利要求24所述的方法，其中将所述岩石和流体采样工具插入到所述井眼中包括将钢丝绳上的所述岩石和流体采样工具插入所述井眼中。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述无氢流体包含氟碳类流体。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述气体包含氮气。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述容器包括共晶金属组件。
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