CN111386383A - 原位热响应流体表征 - Google Patents

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Abstract

提供了基于流体的热响应的用于原位流体表征的工具、方法和系统。井下流体的热响应可使用井下热响应工具进行测量，并与已知流体相关的热响应进行比较。可通过将井下流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配并使用与已知流体相关的性质来确定井下流体的性质，例如热容量、扩散率和热导率。可通过将井下流体的粘度与已知流体的粘度进行匹配来确定井下流体的组成。提供了一种用于套管井眼或井段的井下热响应工具和一种用于裸眼井眼或井段的井下热响应工具。

Description

原位热响应流体表征
技术领域
本公开主要涉及烃储层中的流体的分析。更具体而言，本公开的实施方案涉及用于烃储层中的流体的原位表征的井下工具。
背景技术
可将井钻入岩石中以接近存储在具有烃类物质的地理地层中的流体。这种地理地层可包括“储层”或被称为“储层”。对于正确地表征储层以及进行最佳的钻井和生产作业以有效地提取烃而言，关于烃储层中的流体的信息是重要的。提高该信息的准确度可提高用于表征储层的后续测定的准确度。存在用于确定流体信息的各种装置和技术，例如井下工具和储油岩石的岩心取样。这些技术具有特定的限制和成本，并且可能无法提供最准确的流体信息。例如，许多装置和技术不能够直接原位确定流体信息。此外，一些流体信息的测定和不准确性可能导致钻井和生产的延期。
发明内容
本公开的实施方案主要涉及经由热响应(例如，冷却速率、加热速率或这两者)对诸如油、水和油水混合物之类的井下流体进行原位表征。
在一个实施方案中，提供了一种用于确定井下流体的热响应的工具。该工具包括工具主体和多个温度传感器，工具主体限定了流体入口和内部腔室，内部腔室配置为接收流体，多个温度传感器设置在沿着工具主体的轴向长度的各自的多个位置处。多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取流体的温度测量结果，并且加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处，使加热元件设置在多个温度传感器中的两个温度传感器之间，并且加热元件配置为加热流体。在一些实施方案中，加热元件为耦合至射频(RF)天线的陶瓷网加热元件。在一些实施方案中，多个温度传感器中的每一个温度传感器为热电偶。在一些实施方案中，多个温度传感器中的每一个温度传感器为红外传感器。在一些实施方案中，加热元件为第一加热元件，位置为第一位置，并且工具包括第二加热元件，该第二加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的第二位置处，使得该加热元件设置在多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间。第二加热元件配置为加热流体。在这样的实施方案中，第一加热元件配置为加热至第一温度，并且第二加热元件配置为加热至第二温度。
在另一个实施方案中，提供了一种用于确定井下流体的热响应的工具。该工具包括工具主体和多个温度传感器，该多个温度传感器设置在沿着工具主体的轴向长度的各自的多个位置处。多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取工具主体外部的流体的温度测量结果。该工具还包括加热元件，该加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处，使加热元件设置在多个温度传感器中的两个温度传感器之间，加热元件配置为加热工具主体外部的区域。在一些实施方案中，加热元件为耦合至定向射频(RF)天线的RF源。在一些实施方案中，RF源为可围绕工具主体的周向旋转的旋转RF源。在一些实施方案中，多个温度传感器中的每一个温度传感器为热电偶。在一些实施方案中，多个温度传感器中的每一个温度传感器为红外传感器。在一些实施方案中，加热元件为第一加热元件，位置为第一位置，区域包括第一区域，并且工具包括第二加热元件，第二加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的第二位置处，使得该加热元件设置在多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间。第二加热元件配置为加热流体。在这样的实施方案中，第一加热元件配置为加热至第一温度，并且第二加热元件配置为加热工具主体外部的第二区域。
在另一个实施方案中，提供了一种确定流体的性质的方法，该方法包括将工具插入井眼中。该工具包括工具主体和多个温度传感器，该多个温度传感器设置在沿着工具主体的轴向长度的各自的多个位置处。多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取流体的温度测量结果。该方法还包括接收来自工具的多个温度传感器的相应的多个温度测量结果；基于多个温度测量结果来确定流体的热响应；以及使用热响应来确定流体的至少一种性质。在一些实施方案中，使用热响应来确定流体的性质包括将流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配，并且由已知流体的性质来确定流体的性质。在一些实施方案中，至少一种性质包括热容量、扩散率和热导率中的至少一者。在一些实施方案中，基于多个温度测量结果来确定流体的热响应包括绘制多个温度测量结果相对于时间的曲线。在一些实施方案中，多个温度传感器中的每一个温度传感器为热电偶。在一些实施方案中，工具主体限定了流体入口和内部腔室，内部腔室配置为接收流体。在这样的实施方案中，工具包括加热元件，该加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处，使加热元件设置在多个温度传感器中的两个温度传感器之间并且配置为加热流体。在这样的实施方案中，加热元件为第一加热元件，位置为第一位置，并且工具包括第二加热元件，该第二加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的第二位置处，使得该加热元件设置在多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间。在这样的实施方案中，第二加热元件配置为加热流体。在一些实施方案中，工具包括加热元件，该加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处，使加热元件设置在多个温度传感器中的两个之间。在这样的实施方案中，加热元件配置为加热工具主体外部的区域。在这样的实施方案中，加热元件包括第一加热元件，位置为第一位置，区域包括第一区域，并且工具包括第二加热元件，第二加热元件设置在沿着工具主体的轴向长度的第二位置处，使得该加热元件设置在多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间。在这样的实施方案中，第二加热元件配置为加热流体。在一些实施方案中，至少一种性质包括粘度，并且该方法包括使用粘度和多个温度测量结果中的至少一个温度来确定流体的组成。在一些实施方案中，使用粘度和多个温度测量结果中的至少一个温度来确定流体的组成包括将流体在至少一个温度下的粘度与已知流体的粘度进行匹配，以及由已知流体的组成来确定流体的组成。
在另一个实施方案中，提供了一种用于确定井眼中的流体的性质的系统。该系统包括处理器和非暂时性计算机可读存储器，非暂时性计算机可读存储器可由处理器访问并且具有存储在其上的可执行代码。该可执行代码包括使处理器执行操作的指令集，这些操作包括接收来自插入井眼中的工具的多个温度传感器的相应的多个温度测量结果，基于多个温度测量结果来确定流体的热响应，以及使用热响应来确定流体的至少一种性质。在一些实施方案中，使用热响应来确定流体的性质包括将流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配；以及由已知流体的性质来确定流体的性质。在一些实施方案中，至少一种性质包括热容量、扩散率和热导率中的至少一者。在一些实施方案中，基于多个温度测量结果来确定流体的热响应包括绘制多个温度测量结果相对于时间的曲线。在一些实施方案中，至少一种性质为粘度，并且操作包括使用粘度和多个温度测量结果中的至少一个温度来确定流体的组成。在一些实施方案中，使用粘度和多个温度测量结果中的至少一个温度来确定流体的组成包括将流体在至少一个温度下的粘度与已知流体的粘度进行匹配，以及由已知流体的组成来确定流体的组成。
附图说明
图1示出了根据本公开的实施方案的10％油和90％水的油水混合物的示例性热响应的曲线图；
图2为根据本公开的实施方案的用于确定流体的原位热响应的井下热响应工具的示意图；
图3为根据本公开的实施方案的使用井下热响应工具来确定井下流体的流体性质的方法的流程图；
图4为根据本公开的实施方案的用于确定裸眼井中的流体的原位热响应的井下热响应工具的示意图；
图5为根据本公开的实施方案的使用井下热响应工具来确定井下流体的流体性质的方法的流程图；
图6示出了根据本公开的实施方案的发动机油、水和水油混合物的粘度相对于温度行为的曲线图；
图7为根据本公开的实施方案的使用井下热响应工具来确定井下流体的组成的方法的流程图；以及
图8为根据本公开的实施方案的具有井下热响应工具和热响应处理系统的井场的示意图。
具体实施方式
将参照示出本公开的实施方案的附图来更全面地描述本公开。然而，可以许多不同的形式实施本公开，并且不应被解释为受限于所示出的实施方案。相反地，提供这些实施方案是为了使本公开全面且完整，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。
当暴露于热源时，诸如油、水和油水混合物之类的井下流体可呈现热响应(例如，加热速率)，并且在无热源的情况下可呈现热响应(例如，冷却速率)。热响应可为流体的各种热性质(如热容量、扩散率和热导率)的函数。已知流体的加热速率和冷却速率可从流体信息的数据库或从实验室中的分析获得。例如，10％油和90％水的油水混合物表现出可显示为热响应曲线的特定热响应。图1示出了根据本公开的实施方案的10％油和90％水的油水混合物的示例性热响应的曲线图100。如图1所示，y轴102表示温度(单位为℃)，并且x轴104表示时间(单位为秒)。线106示出了通过用热源加热油水混合物10秒至80秒并且每10秒记录温度所得的温度增加。线108示出了在移除热源后80秒至10秒并且每10秒记录温度所得的温度降低。如图1所示，油水混合物可表现出特定的热响应，例如当如线106所示加热流体时以及如线108所示冷却流体时，可用于匹配具有相似热响应的未知流体。
考虑到前述内容，本公开的实施方案涉及基于流体的热响应的用于原位流体表征的工具、方法和系统。如本公开中所讨论的，可使用井下热响应工具来测量井下流体的热响应。可将该热响应与已知流体的热响应进行比较。可通过将井下流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配并使用与已知流体相关的性质来确定流体的性质，例如热容量、扩散率和热导率。在一些实施方案中，可由流体的热响应来确定流体的粘度。然后，可使用粘度和温度测量结果，通过将某一温度下的粘度与具有已知组成的已知流体的粘度进行匹配来确定流体的组成。
在一些实施方案中，用于套管井眼或套管井段的井下热响应工具可包括工具主体，该工具主体限定了流体入口和用于接收流体的内部腔室。井下热响应工具可包括沿着工具主体的轴向长度设置的温度传感器和设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处的一个或以上加热元件，使加热元件设置在两个温度传感器之间。加热元件可加热井下热响应工具的内部腔室中的流体，并且温度传感器可在流体被加热并且随后冷却时获取流体的温度测量结果。温度测量结果可用于确定井下流体的热响应。如本公开中所讨论的，可将该热响应与已知流体的热响应进行比较以确定流体的性质。
在一些实施方案中，用于裸眼井眼或裸眼井段的井下热响应工具可包括工具主体，该工具主体具有沿着工具主体的轴向长度设置的温度传感器和设置在沿着工具主体的轴向长度的位置处的一个或以上加热元件，加热元件配置为加热周围地层。加热元件可加热井下热响应工具周围的地层中的流体，并且温度传感器可在周围流体被加热并随后冷却时获取周围流体的温度测量结果。温度测量结果可用于确定井下流体的热响应，并且可将该热响应与已知流体的热响应进行比较以确定流体的性质。
图2为根据本公开的实施方案的用于确定流体的原位热响应和相应的流体性质的井下热响应工具200的示意图。井下热响应工具200包括工具主体202，工具主体202限定了内部腔室204和流体入口206。井下热响应工具200可包括一个或以上温度传感器208和一个或以上加热元件210。每一个加热元件210可耦合至射频(RF)天线212。
温度传感器208可定位成测量流经工具200的内部腔室204的流体的温度。在一些实施方案中，每一个温度传感器208可为热电偶或红外(IR)传感器。在一些实施方案中，温度传感器208可为热电偶和IR传感器的组合。在其他实施方案中，温度传感器可包括其他合适类型的温度传感器。如将理解的，每一个温度传感器208可为光纤，并且在一些实施方案中可为围绕工具主体202的内圆周设置的圆形传感器。
加热元件210可定位成加热流经工具200的内部腔室204的流体的温度。在一些实施方案中，各加热元件210可加热至不同的温度。例如，在这样的实施方案中，加热元件210A可加热至第一温度，而加热元件210B可加热至第二温度。加热元件210可各自为灯丝或其他加热元件。在一些实施方案中，加热元件210可各自为由射频(RF)天线212激活的陶瓷网加热元件。在一些实施方案中，例如，可由相应的射频(RF)天线212中的一个RF天线来激活这种陶瓷网加热元件，然后使用工具200来确定流体的热响应。可在使用工具之前激活陶瓷网加热元件，以提供足以使陶瓷网加热元件达到特定温度的加热时间段。举例来说，陶瓷网加热元件的一些实施方案可在约3分钟的加热时间段内达到特定温度。
温度传感器208和加热元件210可组合工作以确定流经工具200的内部腔室202的流体的热响应。温度传感器208和加热元件210的示例性操作在下文中进行描述。然而，应当理解，工具200的其他实施方案可包括以类似于本公开中所述的方式操作的不同数量的温度传感器和加热元件。
在图2所示的实施方案中，流体可经由流体入口202进入内部腔室204，如箭头214所示。可由温度传感器208A测量流体的初始温度。随后可通过由RF天线212A激活的加热元件210A对流体进行加热，并且可由温度传感器208B测量经加热的流体的升高的温度。在图2所示的实施方案中，随后可通过由RF天线212B激活的陶瓷加热元件210B对流体进行加热，并且可由温度传感器208C测量经加热的流体的升高。接下来，位于温度传感器208C下游的附加温度传感器208可测量在流经内部腔室204期间流体冷却时流体的降低的温度。例如，温度传感器208D和208E可测量流体流经内部腔室204以经由流体出口216离开工具时流体的温度。以这种方式，可确定流经工具200的流体的温度情况。
在其他实施方案中，工具可具有更多或更少的加热元件和温度传感器。例如，尽管图2所示的工具200包括两对加热元件和下游温度传感器，但是工具的其他实施方案可包括三对加热元件和下游温度传感器、四对加热元件和下游温度传感器、五对加热元件和下游温度传感器、或者多于五对加热元件和下游温度传感器。在一些实施方案中，工具可包括在陶瓷加热元件下游和下一个陶瓷加热元件上游的多于一个的温度传感器。在一些实施方案中，工具200可包括在加热元件和下游温度传感器对之后且在工具200的流体出口之前的多于两个温度传感器。
图3示出了根据本公开的实施方案的工具200的操作方法。首先，可将工具200插入井眼中并定位在井眼内适合于测量目标流体的适当的距离处(框302)。接下来，可激活工具200的加热元件以加热至期望的温度(框304)。在加热元件已经达到期望的温度后，可使用温度传感器获取流经工具200的流体的温度测量结果(框306)。在一些实施方案中，可在一段持续时间内获取温度测量结果。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取单组温度测量结果。例如，可在时间(t)＝0时获取初始温度测量结果，并且可在t+n时获取附加温度测量结果，其中n为时间的量。例如，若n＝2秒，则可在t＝0时获取初始温度测量结果，可在2秒时获取来自第二温度传感器的温度测量结果，可在3秒时获取来自第三温度传感器的温度测量结果，可在4秒时获取来自第四温度传感器的温度测量结果，等等。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取多组结果(例如，来自各温度传感器的多个温度测量结果或来自一个或以上温度传感器的多个温度测量结果)。
在获取流经工具200的流体的温度测量结果后，可确定流体的热响应(框308)。在一些实施方案中，例如，可通过连接(connection)将温度测量结果传输至地表，并且可在地表处由热响应确定系统来确定热响应。在确定热响应后，可将井下流体的热响应与热响应的数据库进行比较，并且可确定匹配。如将理解的，可使用用于曲线匹配的已知技术来确定匹配。在将井下流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配后，可由已知流体的热性质来确定井下的流体性质(框310)。
图4为根据本公开的实施方案的用于确定裸眼井中的流体的原位热响应和相应的流体性质的井下热响应工具400的示意图。井下热响应工具400包括工具主体402、一个或以上温度传感器404和一个或以上加热元件(例如，RF源406)。每个RF源406可耦合至射频(RF)天线408。与图2所示及上文所述的工具200相比，井下热响应工具400不包括接收流体以流经该工具的内部腔室。如下所述，井下热响应工具400将热量导入周围地层以加热周围流体，然后测量流体的温度。
温度传感器404可定位成测量周围流体的温度。在一些实施方案中，每一个温度传感器404可为热电偶或红外(IR)传感器。在一些实施方案中，温度传感器404可为热电偶和IR传感器的组合。在其他实施方案中，温度传感器可包括其他合适类型的温度传感器。如将理解的，每一个温度传感器404可为光纤，并且在一些实施方案中可为围绕工具主体402的外圆周设置的圆形传感器。
如图4所示，RF源406和相关的RF天线408可定位成将热量导入相应的目标区域并加热工具主体402周围的流体。在一些实施方案中，RF源406可各自定位在工具主体402内部。可激活RF源406以产生经由定向天线408导入目标区域410的能量。定向天线408可为向目标区域410提供特定量的覆盖范围的任何合适的定向天线。在一些实施方案中，定向天线408可各自为周向天线，其围绕工具主体402的360°圆周设置在沿着工具主体402的长度的特定位置处。
在一些实施方案中，例如，可激活RF源406以提供足以使目标区域410达到特定温度的加热时间段。在一些实施方案中，每个RF源406可加热至不同的温度。例如，在这样的实施方案中，RF源406A可加热至第一温度，而RF源406B可加热至第二温度。
在一些实施方案中，RF源406可各自为可围绕工具主体402的周向旋转的可旋转RF源。在这样的实施方案中，各可旋转RF源可为诸如本领域已知的电力或液压可旋转RF源。例如，在一些实施方案中，各RF源406可耦合至电动机，该电动机响应于传输至工具400的控制信号而旋转相关的RF源。如图4所示，例如，RF源406A可旋转以围绕工具主体402相应地旋转目标区域410A。在这样的实施方案中，RF源可用于加热目标区域，并且可在加热目标区域中的流体后获取温度测量结果。在加热后，RF源可围绕工具主体402的周向(例如360°)旋转，当目标区域中的先前经加热的流体冷却时，可获取附加的温度测量结果。在一些实施方案中，可控制RF源的旋转速度以控制(例如，增加或减少)RF源围绕工具主体402周向旋转的时间。以这种方式，可获得目标区域中的经加热和冷却的流体的多个温度测量结果。
温度传感器404、RF源406和相关的RF天线408可组合工作，以确定围绕工具400的工具主体402的流体的热响应。下文描述了温度传感器404、RF源406和相关的RF天线408的示例性操作。然而，应当理解，工具400的其他实施方案可包括以类似于本公开中所述的方式操作的不同数量的温度传感器和加热元件。
在将工具400定位在裸眼井眼中之后，可由温度传感器404A测量周围流体的初始温度。可由RF源406A和定向天线408A加热目标区域410A中的周围流体。可由温度传感器404B测量经加热的流体的升高的温度。在图4所示的实施方案中，可由温度传感器404C测量周围流体的第二初始温度。可由RF源406B和定向天线408B加热目标区域410B中的周围流体。可由温度传感器406D测量经加热的流体的升高的温度。以这种方式，可确定工具402周围的流体的温度情况。
在其他实施方案中，工具400可具有更多的RF加热部件和温度传感器。例如，尽管图2所示的工具400包括两组RF加热部件和温度传感器，但是工具的其他实施方案可包括三组RF加热部件和温度传感器、四组RF加热部件和温度传感器、五组RF加热部件和温度传感器、或者多于五组RF加热部件和温度传感器。
图5示出了根据本公开的实施方案的工具400的操作方法。首先，可将工具400插入裸眼井眼中并定位在井眼内适合于测量目标流体的适当的距离处(框502)。在一些实施方案中，工具400可包括足以测量裸眼井眼中的单个区域、裸眼井眼中的多个区域或整个井眼的多个加热元件和温度传感器。
接下来，可激活工具400的加热元件以加热至期望的温度，并随后加热周围的地层和流体(框504)。在加热元件已经达到期望的温度后，可使用温度传感器获取工具400周围的流体的温度测量结果(框506)。在一些实施方案中，可在一段持续时间内获取温度测量结果。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取单组温度测量结果。例如，可在时间(t)＝0时获取初始温度测量结果，并且可在t+n时获取附加温度测量结果，其中n为时间的量。例如，若n＝2秒，则可在t＝0时获取初始温度测量结果，可在2秒时获取来自第二温度传感器的温度测量结果，可在3秒时获取来自第三温度传感器的温度测量结果，可在4秒时获取来自第四温度传感器的温度测量结果，等等。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取多组结果(例如，来自各温度传感器的多个温度测量结果或来自一个或以上温度传感器的多个温度测量结果)。
在获取围绕工具400的流体的温度测量结果后，可确定流体的热响应(框508)。在一些实施方案中，例如，可通过连接将温度测量结果传输至地表，并且可在地表处由热响应确定系统来确定热响应。在确定热响应后，可将井下流体的热响应与热响应的数据库进行比较，并且可确定匹配。如将理解的，可使用用于曲线匹配的已知技术来确定匹配。在将井下流体的热响应与已知流体的热响应进行匹配后，可由已知流体的热性质来确定井下的流体性质(框510)。
在另外的实施方案中，井下热响应工具可用于确定井下流体的粘度，并由该粘度确定井下流体的组成。图6示出了根据本公开的实施方案的发动机油、水和水油混合物的粘度相对于温度行为的曲线图600。如图6所示，y轴102表示粘度(单位为厘沲(cSt))，x轴604表示温度(单位为℃)。如图6所示，线106示出了发动机油的粘度相对于温度行为，线108示出了发动机油的粘度相对于温度行为，并且线110示出了水的粘度相对于温度行为。对于各温度，曲线图600中所示的各组合物具有沿着相应的粘度相对于温度线确定的粘度。例如，在60℃的温度时，线110表示水的粘度为约0.1cSt，并且线106表示水油混合物的粘度为约0.5cSt。
因此，在一些实施方案中，使用本公开中描述的井下热响应工具获得的井下流体的热响应可用于确定井下流体的粘度。使用该粘度，可确定井下流体的组成。图7示出了根据本公开的实施方案的使用井下热响应工具以用于确定井下流体的组成的方法700。首先，可将工具700插入井眼(例如，使用井下热响应工具的受欢迎的实施方案的套管井眼或裸眼井眼)中并定位在井眼内适合于测量目标井下流体的适当的距离处(框702)。
接下来，可激活工具的加热元件以加热至期望的温度(框704)。在加热元件已经达到期望的温度后，可使用温度传感器获取井下流体(例如，套管井眼中的工具主体中的流体或裸眼井眼中的工具主体周围的流体)的温度测量结果(框708)。在一些实施方案中，可在一段持续时间内获取温度测量结果。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取单组温度测量结果。例如，可在时间(t)＝0时获取初始温度测量结果，并且可在t+n时获取附加温度测量结果，其中n为时间的量。例如，若n＝2秒，则可在t＝0时获取初始温度测量结果，可在2秒时获取来自第二温度传感器的温度测量结果，可在3秒时获取来自第三温度传感器的温度测量结果，可在4秒时获取来自第四温度传感器的温度测量结果，等等。在一些实施方案中，可在该持续时间内获取多组结果(例如，来自各温度传感器的多个温度测量结果或来自一个或以上温度传感器的多个温度测量结果)。
在获取温度测量结果后，可确定流体的热响应(框708)。在一些实施方案中，例如，可通过连接将温度测量结果传输至地表，并且可在地表处由热响应确定系统来确定热响应。在确定热响应后，可使用热响应的时间和温度与粘度之间的已知相关性来确定井下流体的粘度(框710)。在一些实施方案中，可通过在测量流体的热响应时测量粘度，经由流体的实验室分析来确定相关性。例如，可由在某一温度下的加热时间和在某一温度下的冷却时间来确定粘度。然后，通过与已知流体在相同温度下的粘度进行比较，可使用在测量的热响应内的温度下的粘度来确定井下流体的组成(框712)。例如，如图6所示，在特定温度(例如，井下热响应工具中的加热元件的温度)下的粘度可表明流体的组成。在特定温度下的粘度可与已知流体在相同温度下的粘度进行匹配。例如，井下流体的粘度可与粘度的数据库进行比较，并且可确定匹配。以这种方式，可将井下流体确定为油、水、特定比率的油水混合物等。
图8示出了根据本公开的实施方案的井场800，井场800包括用于确定井下流体的热响应的井下热响应工具802和热响应处理系统804。在所示的实施方案中，将井下热响应工具802插入井804中，井804限定了延伸至地层810中的井眼806。井眼806可为(例如)任意合适类型的井的井眼806，例如勘探井、构造顶部井(crestal well)或钻探以探测储层的其他类型的井。
如将理解的，图8示出了可包括套管井眼或裸眼井的井场800。也就是说，图8中所示的井眼806可表示套管井眼或裸眼井眼。因此，井下热响应工具802可包括诸如上文所述的且适用于套管井眼的井下热响应工具200或上文所述的且适用于裸眼井眼的井下热响应工具400的实施方案。
井眼806可包括形成在地质地层中的任何形式的孔，例如为了从地层810中定位和提取烃类或其他资源。例如，地层810可包括油气储层，因而井眼806可包括用于定位和获得关于储层中的油、气和其他烃类的信息而钻入地层810中的井眼。
在一些实施方案中，井下热响应工具802可为悬挂在线缆812上的线缆工具。线缆812可包括导体并且可以能够在电缆工具802和线缆监控系统814之间进行数据传输。例如，可将控制信号传输至线缆工具802以控制工具802的操作，例如启动加热元件的加热、停止加热元件的加热、旋转加热元件、获取来自温度传感器的温度测量结果等。可使用本领域已知的设备(例如具有线缆系统的各种部件的服务车中的卷筒装置)使线缆812在井804内升高和降低至不同的深度。监控系统814可有利于线缆工具802在井眼806中的操作，并且可接收来自工具802的数据以产生温度数据816(例如，温度测量结果)。监控系统814可包括一个或以上计算机系统或设备。监控系统812可存储温度数据816，并且在一些实施方案中，可具有根据本公开中描述的技术分析温度数据816的能力。在一些实施方案中，如图8所示，可将温度数据816传送至另一系统(例如，热响应处理系统804)以进行分析。
尽管图8所示的实施方案示出了线缆工具，但是在其他实施方案中，井下热响应工具802可适合用作其他合适的工具以插入井眼806中。在其他实施方案中，可以其他方式部署井下热响应工具802，例如通过钢丝绳、挠性管或管柱。例如，在一些实施方案中，可以将井下热响应工具802或其功能并入随钻测量(MWD)装置或随钻测井LWD装置(例如在井底组件中)。MWD或LWD装置可具有与线缆工具相同的部件或功能(例如，发射和接收天线、传感器等)，但可设计和构造成可承受钻井期间的条件并进行操作。
如本公开中所述，热响应工具802的实施方案可为温度传感器和加热元件，以使得能够测量井下流体的温度并随后确定流体的热响应(例如，加热速率和冷却速率)。如本公开所述，热响应处理系统804可使用温度测量结果，以确定油的基准总体积、油的计算总体积和自由水面，如本公开所述。
在一些实施方案中，热响应处理系统804可用于基于由从井下热响应工具802获取的温度测量结果确定的热响应来确定井下流体的流体性质。然后，流体性质可用于进一步规划和执行储层的勘探、管理和评估。
图8还示出了根据本公开的实施方案的热响应处理系统的部件。如图8所示，热响应处理系统可包括处理器820、存储器822和显示器824。应当理解，热响应处理系统可包括为了清楚起见而省略的其他部件，如网络接口、输入设备等。
处理器820(如本公开所使用的，术语“处理器”涵盖微处理器)可包括一个或以上这样的处理器，该处理器具有接收和处理测井数据的能力，测井数据为例如由线缆工具或由随钻测井工具生成的数据。在一些实施方案中，处理器820可包括专用集成电路(AISC)。在一些实施方案中，处理器820可包括精简指令集(RISC)处理器。此外，处理器820可包括单核处理器和多核处理器，并且可包括图形处理器。可采用多个处理器来提供本发明中所描述的技术中的一者或一者以上的并行或顺序执行。处理器820可接收来自存储器(例如，存储器822)的指令和数据。
存储器822(其可包括一个或以上有形的非暂时性计算机可读存储介质)可包括诸如随机存取存储器(RAM)之类的易失性存储器，以及非易失性存储器，诸如ROM、闪存、硬盘驱动器、任何其他合适的光学、磁性或固态存储介质或它们的组合。可由处理器820访问存储器822。存储器822可存储可执行计算机代码。可执行计算机代码可包括用于实现本公开中描述的一个或以上技术的计算机程序指令。例如，可执行计算机代码可包括用以实现本公开的一个或以上实施方案的热响应确定指令826。在一些实施方案中，热响应确定指令826可接收温度数据816作为输入，并提供与温度数据816相关的井下流体的热响应作为输出。输出可存储在存储器822中。
此外，存储器822可执行计算机代码可包括用以实现本公开的一个或以上实施方案的流体性质确定指令828和流体数据库630。流体性质确定指令828可接收由热响应确定指令828确定的井下流体的热响应作为输入。如在公开内容中所述，可将井下流体的热响应与已知流体的热响应进行比较。例如，流体数据库630可包括已知流体以及相关的热响应和流体性质。如上所述，通过比较井下流体的热响应与来自数据库828的已知流体的热响应，可确定井下流体的流体性质。
显示器824可包括阴极射线管(CRT)显示器、液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器或其他合适的显示器。显示器824可显示用户界面(例如，图形用户界面)。根据一些实施方案，显示器824可为触摸屏并且可包括触敏元件或提供有触敏元件，用户可通过触敏元件与用户界面交互。在一些实施方案中，显示器824可显示根据本公开中描述的技术由井下热响应工具802测量的井下流体的热响应、流体性质或这两者。
在一些实施方案中，热响应处理系统804可包括网络接口(未示出)，网络接口可提供热响应处理系统与其他设备之间的通信。网络接口可包括有线网络接口。网络接口可与诸如因特网、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN)或其他网络等网络进行通信。网络上的通信可使用合适的标准、协议和技术，如以太网蓝牙、无线保真(Wi-Fi)(例如，IEEE802.11标准)和其他标准、协议和技术。
在一些实施方案中，热响应处理系统804可耦合至输入设备(例如，一个或以上输入设备)。输入设备可包括(例如)键盘、鼠标、麦克风或其他输入设备。在一些实施方案中，输入设备可实现与显示在显示器824上的用户界面的交互。例如，在一些实施方案中，输入设备可使得能够进行用于确定自由水面方法和在该方法中使用的参数(例如，在本公开中讨论的在确定油的计算总体积中使用的所选的水饱和模型的参数)的输入。
上述的井下热响应工具和相关的流体性质确定提高了井下流体确定的准确度，并提供了此类流体性质的更直接的测量结果。更准确的流体性质可改进井的钻探以进入地层中的烃储层，并且可提高来自烃储层的烃产量。此外，与可能需要在分析之前进行流体取样和流体分离的现有技术相比，井下热响应工具还可提供更快且成本更低的井下流体性质的确定。此外，与先前技术相比，上文描述的流体性质确定在计算上可更为有效，例如，与先前技术相比，流体性质确定可减少确定具有烃储层的地层中的井下流体的流体性质所需的计算成本和时间。
在本公开中，范围可表达为从大约一个特定值到大约另一个特定值，或包括这两者。当表达为这样的范围时，应当理解，另一实施方案是从一个特定值到另一个特定值，或包括这两者，以及在所述范围内的所有组合。
鉴于本说明书，本公开的各个方面的进一步修改和替代实施方案对于本领域技术人员是明显的。因此，本说明书仅被解释为说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实现本公开中描述的实施方案的一般方式。应当理解，本公开中示出和描述的形式将被视为实施方案的实例。本公开中示出和描述的元件和材料可被替代，部件和步骤可被颠倒或省略，并且某些特征可被独立地采用，所有这些对于受益于本说明书的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描述的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开中描述的元素进行改变。在本公开中所述使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制本说明书的范围。

Claims (30)

1.一种用于确定井下流体的热响应的工具，包括：
工具主体，所述工具主体限定流体入口和内部腔室，所述内部腔室配置为接收流体；多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在沿着所述工具主体的轴向长度的各自的多个位置处，所述多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取所述流体的温度测量结果；以及
加热元件，所述加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的这样的位置处，该位置使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的两个温度传感器之间，所述加热元件配置为加热所述流体。
2.根据权利要求1所述的工具，其中所述加热元件包括耦合至射频(RF)天线的陶瓷网加热元件。
3.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中所述多个温度传感器中的每一个温度传感器包括热电偶。
4.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中所述多个温度传感器中的每一个温度传感器包括红外传感器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中所述加热元件包括第一加热元件，并且所述位置包括第一位置，所述工具包括第二加热元件，所述第二加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的第二位置处，使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间，所述第二加热元件配置为加热所述流体。
6.根据权利要求5所述的工具，其中所述第一加热元件配置为加热至第一温度，并且所述第二加热元件配置为加热至第二温度。
7.一种用于确定井下流体的热响应的工具，包括：
工具主体；
多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在沿着所述工具主体的轴向长度的各自的多个位置处，所述多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取所述工具主体外部的流体的温度测量结果；以及
加热元件，所述加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的这样的位置处，所述位置使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的两个温度传感器之间，所述加热元件配置为加热所述工具主体外部的区域。
8.根据权利要求7所述的工具，其中所述加热元件包括耦合至定向RF天线的射频(RF)源。
9.根据权利要求8所述的工具，其中所述RF源包括可围绕所述工具主体的周向旋转的旋转RF源。
10.根据权利要求7、8或9所述的工具，其中所述多个温度传感器中的每一个温度传感器包括热电偶。
11.根据权利要求7、8或9所述的工具，其中所述多个温度传感器中的每一个温度传感器包括红外传感器。
12.根据权利要求7、8、9、10或11所述的工具，其中所述加热元件包括第一加热元件，所述位置包括第一位置，并且所述区域包括第一区域，所述工具包括第二加热元件，所述第二加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的第二位置处，使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间，所述第二加热元件配置为加热所述流体。
13.根据权利要求12所述的工具，其中所述第一加热元件配置为加热至第一温度，并且所述第二加热元件配置为加热所述工具主体外部的第二区域。
14.一种确定流体的性质的方法，包括：
将工具插入井眼中，所述工具包括：
工具主体；以及
多个温度传感器，所述多个温度传感器设置在沿着所述工具主体的轴向长度的各自的多个位置处，所述多个温度传感器中的每一个温度传感器配置为获取所述流体的温度测量结果；
接收来自所述工具的所述多个温度传感器的各自的多个温度测量结果；
基于所述多个温度测量结果来确定所述流体的热响应；以及
使用所述热响应来确定所述流体的至少一种性质。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，使用所述热响应来确定所述流体的性质包括：
将所述流体的所述热响应与已知流体的热响应进行匹配；以及
由所述已知流体的性质来确定所述流体的性质。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述至少一种性质包括热容量、扩散率和热导率中的至少一者。
17.根据权利要求14、15或16所述的方法，其中基于所述多个温度测量结果来确定所述流体的所述热响应包括绘制所述多个温度测量结果相对于时间的曲线。
18.根据权利要求14、15、16或17所述的方法，其中所述多个温度传感器中的每一个温度传感器包括热电偶。
19.根据权利要求14、15、16、17或18所述的方法，其中所述工具主体限定流体入口和内部腔室，所述内部腔室配置为接收所述流体，所述工具包括：
加热元件，所述加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的这样的位置处，所述位置使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的两个温度传感器之间，所述加热元件配置为加热所述流体。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述加热元件包括第一加热元件，并且所述位置包括第一位置，所述工具包括第二加热元件，所述第二加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的第二位置处，使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间，所述第二加热元件配置为加热所述流体。
21.根据权利要求14、15、16、17或18所述的方法，其中所述工具包括：
加热元件，所述加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的这样的位置处，所述位置使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的两个温度传感器之间，所述加热元件配置为加热所述工具主体外部的区域。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述加热元件包括第一加热元件，所述位置包括第一位置，并且所述区域包括第一区域，所述工具包括第二加热元件，所述第二加热元件设置在沿着所述工具主体的所述轴向长度的第二位置处，使所述加热元件设置在所述多个温度传感器中的不同的两个温度传感器之间，所述第二加热元件配置为加热所述流体。
23.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21或22所述的方法，其中所述至少一种性质包括粘度，其中所述方法包括使用所述粘度和所述多个温度测量结果中的至少一个温度来确定所述流体的组成。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，使用所述粘度和所述多个温度测量结果中的至少一个温度来确定所述流体的组成包括：
将所述流体在所述至少一个温度下的粘度与已知流体的粘度进行匹配；以及
由所述已知流体的组成来确定所述流体的组成。
25.一种用于确定井眼中的流体的性质的系统，所述系统包括：
处理器；
可由所述处理器访问的非暂时性计算机可读存储器，所述存储器具有存储在其上的可执行代码，所述可执行代码包括使所述处理器执行操作的指令集，所述操作包括：
接收来自从插入所述井眼中的工具的所述多个温度传感器的各自的多个温度测量结果；
基于所述多个温度测量结果来确定所述流体的热响应；以及
使用所述热响应来确定所述流体的至少一种性质。
26.根据权利要求25所述的系统，其中，使用所述热响应来确定所述流体的性质包括：
将所述流体的所述热响应与已知流体的热响应进行匹配；以及
由所述已知流体的性质来确定所述流体的性质。
27.根据权利要求25或26所述的系统，其中所述至少一种性质包括热容量、扩散率和热导率中的至少一者。
28.根据权利要求25、26或27所述的系统，其中基于所述多个温度测量结果来确定所述流体的所述热响应包括绘制所述多个温度测量结果相对于时间的曲线。
29.根据权利要求25、26、27或28所述的系统，其中所述至少一种性质包括粘度，所述操作包括使用所述粘度和所述多个温度测量结果中的至少一个温度来确定所述流体的组成。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，使用所述粘度和所述多个温度测量结果中的至少一个温度来确定所述流体的组成包括：
将所述流体在所述至少一个温度下的粘度与已知流体的粘度进行匹配；以及
由所述已知流体的组成来确定所述流体的组成。
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