CN112858397B - 一种地层流体中原油饱和度的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种地层流体中原油饱和度的测量方法，使用电导率测量装置，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线和泵抽装置；所述方法包括如下步骤：1)将所述电导率测量装置下入目标地层；2)对地层流体进行泵抽，当电导率变化平稳时对地层流体进行取样；3)将取样得到地层流体配置成油水交替的段塞流，所述段塞流经过流体管线通过电导率传感器，得到油电导率和水电导率交替的泵抽周期，从而得到泵抽周期内的电导率及其对应的时间T和数据计数点i；将所述泵抽周期中的电导率及其对应的时间T和数据计数点i通过计算，得到所述对应的时间的地层流体中的原油饱和度。

Description

一种地层流体中原油饱和度的测量方法

技术领域

本文涉及地层流体实时在线检测技术，尤指一种地层流体中原油饱和度的测量方法。

背景技术

地层测压取样仪(电缆地层测压取样仪、随钻地层测压取样仪等一系列仪器)，提供地层压力测试和地层流体取样等多种服务。取样服务，借助流体密度、电导率、粘度传感器和井下光谱仪等先进设备，实时判断地层流体样品的性质、类别，区分油、气、水，区分水基泥浆滤液和地层水，区分油基泥浆滤液和原油样品，提前预知油样、气样、水样种类，达到获取准确样品的目的。取样作业时，探针座封井壁后，EFDT活塞泵产生负压，将地层流体吸入仪器样品管线之中，并在合适的时刻将流体样品存储于取样筒中。抽取的地层流体可能为多相流、混合物质、或单相未知流体，现有的方法无法实时预测样品管线中原油的饱和度，即原油体积占取样流体总体积的比例，只能在仪器上提地面后，测量样筒中液体的油水比。因井下高温高压环境不同于井上常温常压环境，现有方法既不准确，也不能实时计算，更无法在作业进行中及时指导取样时机的选择。最重要的是，现有方法无法在线计算管线中流体的原油饱和度，更无法预测地层中实际流体的原油饱和度。

对于地层测试作业，若想获得取样流体的饱和度，只有将取样流体移送至实验室，通过化学、物理的方法测量原油饱和度，及测量取样流体中油水比。对于取样作业，事后的测量是没有意义的，只有取样过程中实时给出被取样流体原油饱和度的预测，才能指导取样作业。显然，现有技术无法达到这种要求。

发明内容

本申请提供了一种地层流体中原油饱和度的测量方法，可以针对油水混合地层(无气或少气)，应用活塞泵在仪器样品管线中产生段塞流，即一段原油、一段地层水交替出现的油水两相流，根据实时测量得到的流体电导率连续曲线的周期性起伏现象，建立其与原油饱和度的数量关系，从而在取样中实时计算原油的饱和度。

本申请提出了应用EFDT活塞泵在流体管线中产生段塞流，在此基础上得到了取样作业中管线中流体饱和度的实时测量方法，最后提出了一种测量地层中实际流体的原油饱和度的方法。本文通过EFDT仪器泵抽倒置的连接方式，在仪器样品管线中产生段塞流，即一段原油，一段地层水交替出现的油水两相流，根据实时测量得到的流体电导率连续曲线的周期性起伏现象，建立其与原油饱和度的数量关系。

本申请提供了一种地层流体中原油饱和度的测量方法，使用电导率测量装置，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线和泵抽装置；

所述方法包括如下步骤：

1)将所述电导率测量装置下入目标地层；

2)对地层流体进行泵抽，当电导率变化平稳时对地层流体进行取样；

3)将取样得到地层流体配置成油水交替的段塞流，所述段塞流经过流体管线通过电导率传感器，得到油电导率和水电导率交替的泵抽周期，从而得到泵抽周期内的电导率及其对应的时间T和数据计数点i；将所述泵抽周期中的电导率及其对应的时间T和数据计数点i带入公式(1)中，得到所述对应的时间的地层流体中的原油饱和度；

在式1中，S_oilσ为用电导率数据计算出的原油饱和度，％；K_σ为经验参数；N表示一个泵抽周期内采集到的数据点有N个、σ_max表示一个泵抽周期内电导率的最大值,单位为S/m；σ_i表示第i个数据点的电导率,单位为S/m；σ_o表示地层原油的电导率,单位为S/m。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，泵抽周期是人为设定的，地层渗透性高，比如>10md(毫达西，渗透率的单位，泵抽周期小；渗透率较低，比如<10md，泵抽周期居中；具体的设定是经验值；渗透性非常差，<1md，泵抽周期非常大)。仪器的操作人员手动设置泵抽周期，设置多少，下面公式的泵抽周期就选择多少)

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，所述地层原油的电导率σ_o通过包络提取算法得到；

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中所述σ_o的提取方法为：

a)将所述电导率传感器采集的电导率和该电导率在泵抽周期中对应的数据点绘制成以第i个数据计数点的电导率值为y轴，数据计数点i为x轴的电导率记录曲线；

b)将步骤a)中所述电导率记录曲线通过公式(2)拟合包络提取结果，得到参数a₀和参数a_i，所述参数a₀和参数a_i的获取方法包括：运用包络提取算法，提取泵抽周期波动的电导率的低值包络，运用最小二乘法，用公式(2)去拟合、调试提取出的低值包络，获得参数a_i和参数a₀；所述拟合、调试精度为1％；

之后将参数a₀和参数a_i带入公式(2)，并将T取足够大的值(所述T的取值为5000-10000s)，计算得到地层原油的电导率σ_o；

在公式2中，所述σ_o为电导率，单位为S/m，所述a_i为包络提取结果参数，单位为S/(m·s)；所述a₀为包络提取结果参数，单位为S/m，所述T为电导率数据点对应的时间，单位为s；

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，步骤(2)中所述当电导率变化平稳具体为：在含有地层的泵抽过程中，随着抽吸的进行，电导率会出现下降趋势，当电导率下降到十分平稳的程度时，可以取样。判断“十分平稳的标准”为变化率小于0.3S/m/min，即电导率每分钟变化率小于0.3S/m，持续10min以上。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，公式(1)中，所述K_σ的取值为取值范围0.5-0.95。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，公式(2)中，所述m取1，所述n取3。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线、电导率传感器、泵抽装置、活塞泵和抽吸探针；

可选地，所述活塞泵用于将地层流体配置成油水交替的段塞流。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，所述抽吸探针座封在井壁。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，所述电导率测量装置为EFDT地层测试器。所述EFDT地层测试器是一种测井仪器，该仪器中的流体管线装有一种电导率传感器，该传感器每1s钟采集4次数据，并通过总线传递给地面。

在本申请提供的地层流体中原油饱和度的测量方法中，所述地层流体取样为不包含水基泥浆滤液的地层流体。

本申请的技术方案的有益效果：

1、本申请应用流体管线中的电导率传感器计算管线中原油饱和度；

2、本申请适用于一切横截面积均匀不变的流体管线中的无气、少气的油水两相段塞流的某一种流体的饱和度计算。

3、将事后测量，改成实时预测，极大丰富了操作工程师判断流体取样时机的工具；

4、使取样过程精细化，原油的取样作业设计较为粗糙，只能定性或凭借操作者的经验判断，本方法更加精细，将定性升级为定量。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书和附图中所描述的方案来发明实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为实施例1渤海某井作业中实时监测到的电导率波形图；

图2为实施例1周期波动的电导率曲线和包络提取结果得到的拟合曲线。

图3为实施例1基于电导率法得到的原油饱和度的实时监测结果。

图4为实施例1井次全程泵抽的电导率曲线。

图5为包络提取结合和拟合结果附图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种地层流体中原油饱和度的测量方法，使用电导率测量装置，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线和泵抽装置；

所述方法包括如下步骤：

1)将所述电导率测量装置下入目标地层；

2)对地层流体进行泵抽，当电导率变化平稳时对地层流体进行取样；

3)将取样得到地层流体配置成油水交替的段塞流，所述段塞流经过流体管线通过电导率传感器，得到油电导率和水电导率交替的泵抽周期，从而得到泵抽周期内的电导率及其对应的时间T和数据计数点i；将所述泵抽周期中的电导率及其对应的时间T和数据计数点i带入公式(1)中，得到所述对应的时间的地层流体中的原油饱和度；

在式1中，S_oilσ为用电导率数据计算出的原油饱和度，％；K_σ为经验参数；N表示一个泵抽周期内采集到的数据点有N个、σ_max表示一个泵抽周期内电导率的最大值,单位为S/m；σ_i表示第i个数据点的电导率,单位为S/m；σ_o表示地层原油的电导率,单位为S/m。

在本申请实施例中，泵抽周期是人为设定的，地层渗透性高，比如>10md(毫达西，渗透率的单位，泵抽周期小；渗透率较低，比如<10md，泵抽周期居中；具体的设定是经验值；渗透性非常差，<1md，泵抽周期非常大)。仪器的操作人员手动设置泵抽周期，设置多少，下面公式的泵抽周期就选择多少)

在本申请实施例中，所述地层原油的电导率σ_o通过包络提取算法得到；

在本申请实施例中，所述σ_o的提取方法为：

a)将所述电导率传感器采集的电导率和该电导率在泵抽周期中对应的数据点绘制成以第i个数据计数点的电导率值为y轴，数据计数点i为x轴的电导率记录曲线；

b)将步骤a)中所述电导率记录曲线通过公式(2)拟合包络提取结果，得到参数a₀和参数a_i，所述参数a₀和参数a_i的获取方法包括：运用包络提取算法，提取泵抽周期波动的电导率的低值包络，运用最小二乘法，用公式(2)去拟合、调试提取出的低值包络，获得参数a_i和参数a₀；所述拟合、调试精度为1％；

之后将参数a₀和参数a_i带入公式(2)，并将T取足够大的值(所述T的取值为5000-10000s)，计算得到地层原油的电导率σ_o；

在公式2中，所述σ_o为电导率，单位为S/m，所述a_i为包络提取结果参数，单位为S/(m·s)；所述a₀为包络提取结果参数，单位为S/m，所述T为电导率数据点对应的时间，单位为s；

在本申请实施例中，所述包络提取算法ED。设K为经验参数，K的取值范围为0.1-1，在本申请实施例中，K的取值为0.8，ED算法是一种序列处理算法：(1)对于一个N长数组ARR_OLD，索引从0开始，拷贝一份一样的ARR_OLD为ARR_NEW；(2)按顺序执行以下处理，如果ARR_OLD[1]<ARR_NEW[0]，则ARR_NEW[1]＝ARR_OLD[1]，否则ARR_NEW[1]＝ARR_NEW[0]*K，如果ARR_OLD[2]<ARR_NEW[1]，则ARR_NEW[2]＝ARR_OLD[2]，否则ARR_NEW[2]＝ARR_NEW[1]*K，……，如果ARR_OLD[i]<ARR_NEW[i-1]，则ARR_NEW[i]＝ARR_OLD[i]，否则ARR_NEW[i]＝ARR_NEW[i-1]*K，……，如果ARR_OLD[N-1]<ARR_NEW[N-2]，则ARR_NEW[N-1]＝ARR_OLD[N-1]，否则ARR_NEW[N-1]＝ARR_NEW[N-2]*K；(3)算法结束，数组ARR_NEW即包络提取结果。

在本申请实施例中，步骤(2)中所述当电导率变化平稳具体为：在含有地层的泵抽过程中，随着抽吸的进行，电导率会出现下降趋势，当电导率下降到十分平稳的程度时，可以取样。判断“十分平稳的标准”为变化率小于0.3S/m/min，即电导率每分钟变化率小于0.3S/m，持续10min以上。

在本申请实施例中，公式(1)中，所述K_σ的取值为取值范围0.5-0.95。

在本申请实施例中，所述电导率测量装置为EFDT地层测试器。所述EFDT地层测试器是一种测井仪器，该仪器中的流体管线装有一种电导率传感器，该传感器每1s钟采集4次数据，并通过总线传递给地面。

在本申请实施例中，所述地层流体取样为不包含水基泥浆滤液的地层流体。

实施例1

在渤海某井使用本申请提供的实时监测地层流体原油饱和度的计算方法，该油井中地层水和原油的电导率相差在10％以上。实施例1使用钻井中途油气层测试仪(EFDT)作为电导率测量装置，该装置含有活塞泵、泵抽装置、抽吸探针和电导率传感器，地层流体通过坐封于井壁上的抽吸探针进入电导率测量装置内，泵抽装置用于泵抽地层流体，被泵抽仅电导率测量装置内的地层流体经过活塞泵，在横截面积不变的流体管线中形成段塞流，即一段原油，一段地层水交替出现的油水两相流，最后，段塞流经过电导率传感器，获得数据。

图1是渤海某井作业中实时监测到的电导率波形，该泵抽点井深位于2128m处，图1截取了图4泵抽的3050s到3300s时间段内的波形，此时电导率波动变化较为平稳，波动的高值、低值变化变得不明显，电导率变化率小于变化率小于0.3S/m/min，此时的地层流体包含地层水和原油。图3的波形与EFDT出口排除流体的顺序较为接近。实施例1将以图1为例，计算原油的饱和度。

图3使用上文叙述的方法计算了图4中500s～5000s内50个泵抽周期的原油饱和度，每个泵抽周期取90s。

图4记录了上文所述井次全程泵抽的电导率曲线，电导率曲线持续震荡。从中可知，泵抽的全部过程，活塞泵排出的流体均形成了段塞流，油段、水段循环流出。

使用图4中整个抽取过程的数据。将该数据通过包络提取算法，提取400s到测量结束时刻范围内的电导率低值，详见图2和图5。然后应用公式(2)去拟合包络提取结果，得到公式(2)中的参数a₀和参数a_i，公式(2)中的m取1，n取3，将以上数值带入公式(2)得到以下公式：

σ＝0.8299+0.0001271T-3.177e^-8T²+1.5e^-11T³ (3)

为了获得公式(1)中的σ_o，将公式(3)中T取一个足够大的值，选取T取6000s，计算得到σ_o为3.9S/m，即地层原油的电导率。

选取公式1中的K_σ为经验参数为0.8。

选取图1中的两个周期(第33周期、第34周期)的各项数据将以上数据带入公式(1)，

即可计算得到图1中第33周期的原油饱和度为0.8，图1中第34周期的原油饱和度为0.8以此类推得到图3中实时在线监测原油饱和度的结果。

本次测井中，操作人员采集了第50周期的井下地层流体的样品，放置到实验室中测量得到，原油的饱和度约0.76，与本申请计算结果较为接近。本申请可以实时监测原油饱和度，比实验室测量具有实时性，且实验室结果是在常温常压下，而目标地层温度压力等测量环境不同，实验室结果与井下结果存在差异，本申请提供的计算方法的结果对解释人员也具有意义。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种地层流体中原油饱和度的测量方法，使用电导率测量装置，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线和泵抽装置；

所述方法包括如下步骤：

1)将所述电导率测量装置下入目标地层；

2)对地层流体进行泵抽，当电导率变化平稳时对地层流体进行取样；

3)将取样得到地层流体配置成油水交替的段塞流，所述段塞流经过流体管线通过电导率传感器，得到油电导率和水电导率交替的泵抽周期，从而得到泵抽周期内的电导率及其对应的时间T和数据计数点i；将所述泵抽周期中的电导率及其对应的时间T和数据计数点i带入公式(1)中，得到所述对应的时间的地层流体中的原油饱和度；

在公式(1)中，S_oilσ为用电导率数据计算出的原油饱和度，％；K_σ为经验参数；N表示一个泵抽周期内采集到的数据点有N个、σ_max表示一个泵抽周期内电导率的最大值,单位为S/m；σ_i表示第i个数据点的电导率,单位为S/m；σ_o表示地层原油的电导率,单位为S/m。

2.根据权利要求1所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述地层原油的电导率σ_o通过包络提取算法得到；

所述σ_o的计算方法为：

a)将所述电导率传感器采集的电导率和该电导率在泵抽周期中对应的数据点绘制成以第i个数据计数点的电导率值为y轴，数据计数点i为x轴的电导率记录曲线；

b)将步骤a)中所述电导率记录曲线通过公式(2)拟合包络提取结果，得到参数a₀和参数a_i，所述参数a₀和参数a_i的获取方法包括：运用包络提取算法，提取泵抽周期波动的电导率的低值包络，运用最小二乘法，用公式(2)去拟合、调试提取出的低值包络，获得参数a_i和参数a₀；所述拟合、调试精度为1％；

之后将参数a₀和参数a_i带入公式(2)，并将T取足够大的值，计算得到地层原油的电导率σ_o；

在公式(2)中，所述σ_o为电导率，单位为S/m，所述a_i为包络提取结果参数，单位为S/(m·s)；所述a₀为包络提取结果参数，单位为S/m，所述T为电导率数据点对应的时间，单位为s，所述m取1，所述n取3。

3.根据权利要求2所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，步骤(2)中所述当电导率变化平稳，具体为：电导率下降到变化率小于0.3S/m/min。

4.根据权利要求2所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，公式(1)中，所述K_σ的取值为取值范围0.5-0.95。

5.根据权利要求2所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述T的取值为5000-10000s。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述电导率测量装置包括横截面积不变的流体管线、电导率传感器、泵抽装置、活塞泵和抽吸探针。

7.根据权利要求6所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述活塞泵用于将地层流体配置成油水交替的段塞流。

8.根据权利要求6所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述抽吸探针座封在井壁。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的地层流体中原油饱和度的测量方法，其中，所述电导率测量装置为EFDT地层测试仪。

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