CN114922616A - 通过标记物诊断法确定油和气生产井的流入剖面的方法 - Google Patents
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Abstract
一种确定垂直和/或水平井中的油气藏流体和/或气体的流入剖面的方法，包括制备包含单分散发光聚合物微球作为标记物的聚合物组合物，将在指定的聚合物组合物中的标记物浸入井眼，在地面上对油气藏流体进行采样并随后对其结果进行分析，使用流式细胞荧光测定法确定各种代码的标记物数目，以及所述结果基于对井眼流体和/或气体流入量的分析结果确定，所述方法的特征在于，通过使用暴露在350至780nm波长范围内的UV辐射或波长范围为320至760nm的可见光后发荧光的发光物质来获得指定标记物，通过自由基共聚、分散缩聚或水解缩聚分别获得这些发光物质以及它们的混合物，同时获得干燥形式和含有10‑60重量％干物质的分散体形式的标记；聚合物组合物用作载体介质，在水平井完井管中进行指定的注入，使用流式细胞仪进行井眼流体样品中的指定的标记物代码和浓度的鉴定，然后使用在机器学习算法上运行的软件对结果进行后续处理，其结果用于计算相关部分在地层流体相的总井产量中的贡献，所述地层流体相为油、水、气体或凝析油。
Description
本发明适用于油和气工业，并且可以被部署用于油气藏和井的生产监控，以试图最终更好地采收烃。
油气勘探和生产行业的主要任务是优化油田开发和油气藏管理中的烃采收率，增加生产井的回报。为了优化油井性能，应确保油井中来自不同油气藏区块的生产剖面(production profiling)数据点的频繁可用性。这些信息减少了为优化产量和增加采收率而建立水动力模型的不确定性。因此，其与确保井中每个油气藏段的定量生产贡献的可靠性和准确性相关。
已知多种用于确定液体或气体流入的方法，包括使用示踪剂。示踪剂(在生产流体中可识别的指示剂或标记物)的使用是直接可靠的确定流动或获得可靠信息的方法，其基于对随流体一起移动的示踪剂数据的使用，同时考虑到含烃地下结构内的关键地质学、地质力学和岩石学参数。
提出了以下方法(US 10253619B2，公开于2019年4月9日)。此方法基于部署在井中的管状管道以提取烃，而该井具有至少一种类型的流体(油、气或水)，两个或多个区域或支流流入所述井中中央生产管道的生产流中，其指示剂(示踪剂、标记物)源于具有已知井水平的多种指示材料，一个或多个单独的延迟室位于指定管道的整体的一部分，延迟室配备有上述一种或多种指示剂(示踪物)，位于在完井管道与井眼壁之间形成的环形空间中，上述指示剂源之一对至少一个流入区域中的流体敞开，在这种情况下，延迟室具有一个或多个孔，用于使流体在所述中央生产管中流动。该方法的显著缺点是需要关闭井以在油气藏流体中积累必要的示踪剂浓度，以便通过使用分析气相色谱法和质谱法可靠地在地表进行检测。实际上，关闭井中的操作会导致烃的生产延迟。
为了监视井，提出了以下方法(US 20110257887 A1，公开于2011年10月20日)，该方法是通过向井内或井附近的一个或多个地下位置供应放射性示踪剂材料来进行的，以使示踪剂材料可以进入油气藏内部的流中并最终进入井眼；从井眼流中进行多次采样，并分析样品在钻井现场附近是否存在示踪物质。通常在地表对流体进行采样，并且可以通过由编程计算机控制的自动设备来进行采样。可以对计算机进行编程执行诸如操作井眼中的阀的动作，以响应于对示踪剂材料的检测。重复采样和现场分析可以提供近似的实时信息，从而将示踪剂的使用整合到整个监视和控制过程中。
提出以下方法(US000010669839B2，公开于2020年6月2日)，以估计生产油井中至少一个井眼流体的流入剖面，其中有两个或多个区域或位置的支流流入生产流，而井包含源于具有已知井水平的多种指示材料的指示剂源，在至少在一个流入区域中至少有一个指示剂源位于下游并暴露于流体中，在这种情况下，每个指定的指示剂源在指定的井筒流体中具有均匀的释放速度，其不同之处在于，在一个或多个延迟腔室中提供一个或多个指示剂源，用于使带有泄漏指示材料的流体随时间常数循环，该常数远高于从指示剂源到井眼流体的扩散速率；该方法还包括：在下游位置检测到瞬态示踪剂过程期间，在示踪物源下游位置的采出流中提供样品，根据采样时间或总产量，分析样品中这些可能的指示剂来源的指示物质的浓度和类型；并根据测得的浓度和采样时间或总生产量计算流入量。
提出了以下方法(US 201414782209，公开于2016年2月18日)，用于检测或测绘从地质岩石进入气井的潜在气体流入区域，该方法包括以下阶段：使用具有相应的独特的指示剂的示踪剂材料标记潜在的流入区域；用含有与指定流体具有亲合性的指示剂的流体从地表通过井口填充气井；从井中提取流体，从提取的液体中依次取样，分析样品以证明可能存在一种或多种指示剂，甚至测量指示剂的浓度。该方法的缺点是需要关闭油井，将伴有示踪剂的多余液体泵入井中，非常短的监测时间以及推迟生产烃。
与要求保护的发明最接近的方法是在多级水力压裂过程中确定井下流体流入的方法(RU 2685600)，包括使用制备的树脂和发光物质的分散体生产聚合物微球形式的荧光标记物，获得的标记物与提供给井眼的载体介质组合，将标记物与指定载体介质注入井中，从井中取样并通过使用荧光分析法确定井眼流体样品中标记物的代码和浓度以分析其结果，所述结果基于井眼流体流入的这些分析结果，通过在350至780nm波长范围内暴露到UV辐射或波长范围为320至760nm的可见光后发荧光的发光物质来获得标记物，以这些发光物质的0.01：0.99至0.99：0.01比例的二元混合物形式，通过苯乙烯与二乙烯基苯的自由基共聚物或三聚氰胺-甲醛或脲-甲醛树脂的分散缩聚物、或四乙氧基硅烷的水解缩聚物，以其水悬浮液的20-30％注入，当混合物的量为固化树脂重量的0.1至5.0％(重量)时，获得含有40-60％(重量)的干物质的分散液，将硅酸铝支撑剂用作载体介质，如果将指定的标记物放置在基于环氧树脂的亲水性或疏水性聚合物涂层中，则在水平井眼中进行注入，并利用流式细胞荧光测定法来确定井眼流体样品中标记物的代号和浓度，其结果用于计算水力压裂各个阶段的流入。本发明的缺点包括仅在多级水力压裂过程中其使用才具有可能性。
所要求保护的方法的技术结果表示与确定多级水力压裂过程期间的井眼流体流入有关的结果的可靠性程度的提高。
本发明的技术结果如下。垂直和/或水平井中的油气藏流体和/或气体的流入剖面，包括制备包含单分散发光聚合物微球作为标记物的聚合物组合物，将在指定的聚合物组合物中的标记物浸入井眼，在地面上对油气藏流体进行采样并随后对其结果进行分析以使用流式细胞荧光测定法确定各种代码的标记物数目，以及基于所述结果对井眼流体和/或气体流入进行确定。该方法的特征在于：使用在350至780nm波长范围内暴露到UV辐射或波长范围为320至760nm的可见光辐射后发光的发光物质来进行指定标记物的监测，通过自由基共聚、分散缩聚或水解缩聚分别获得这些发光物质以及它们的混合物，同时获得干燥形式和含有10-60重量％干物质的分散体形式的标记物；聚合物组合物用作载体介质，在水平井中进行指定的注入，该水平井适合于横跨含烃地下区域的专用管材(称为井下完井)，使用流式细胞荧光测定法进行井眼流体样品中的指定的标记物代码和浓度的鉴定，然后使用在机器学习算法上运行的软件对结果进行后续处理，其结果用于计算相关部分在地层流体相的总井产量中的贡献，所述地层流体相为油、水、气体或凝析油。
获得发光聚合物亲水和/或亲油和/或气体标记物作为标记物，其为尺寸为0.2至500微米的单分散微球。
作为发光物的源，使用选自包括硒化物、硫化物、锌和/或碲化镉的量子点的组的物质和/或有机发光物质。因此，单个标记物组合了n个类型的量子点，它们在最大荧光的位置上不同，同时获得了包含不同比例和单个标记物组合形式的1、2、3、4、5、6、7和8个不同量子点的标记物，因此不同特征的荧光标记物的总数，即代码为2n-1。
作为聚合物组合物的基础，使用含有功能性填料的三维聚合物，其选择方式应使整个聚合物组合物具有亲水性或亲油性，或能够将标记物释放到气流中。
聚合物组合物以厚度为1至30mm的片状形式获得，或者以平均粒径为500μm至10毫米的颗粒的形式获得。
将前述聚合物组合物放置在盒中并作为下部完井组件(井下完井)的一部分浸入，而盒可以在钻孔环形空间中提供聚合物组合物的位置，而盒是开槽的或金属丝的过滤器，通过焊接或螺钉固定在固定环上。在将聚合物组合物放置在过滤器部件下方之后，用螺栓或焊接组装盒子，然后将盒子放在多孔或具有插入末端的管身的顶部，并通过螺纹连接固定在其主体上。
在每个井段使用唯一的标记代码，并且亲水性组合物和/或亲油性组合物、亲水性和/或用于确定气体流入量的组合物，亲油性和/或用于确定气体流入量的组合物和/或所有三种类型的聚合物组合物是同时使用。
为了处理细胞荧光数据的结果，使用了基于机器学习算法的软件，而从直接浸入井中的聚合物组合物中提取标记物的数据被用作学习样本。
为了确定油气藏流体中水、烃和气相的流入剖面，将流式细胞仪的数据与井眼组件的几何和图表数据一起使用，即多级水力压裂的设计和报告；有关射孔和井眼三维轨迹的报告；调试前的井研究，即钻井过程和井的现场研究中的地球物理研究，即井的现场和地球物理研究、井眼的流体力学研究、井口和井底压力、流体生产率、油水流动速率；先验的地质信息，特别是地质剖面、结构图、油和水饱和度图、油气藏流体的性质和组成，特别是在压力、温度和体积变化的条件下的相行为、密度、粘度。
所要求保护的发明提供的技术结果是与确定油、水和天然气的井眼流入有关的结果的可靠性程度的提高。
可以通过以下实施例说明本发明。
实施例1.通过自由基均相聚合和聚合的方法之一获得平均尺寸为200μm的三维单分散聚合物微球，在该方法中，获得了8种类型的量子点，所述量子点在UV辐射或波长为320-760nm的可见光辐射时在350-780nm的波长范围内发光，既可以单独使用也可以混合使用作为荧光源。因此，获得了255种类型的微球，这些微球的标记物的荧光特性即代码不同。这些代码在聚合物组合物中用作分析信号的载体。制备厚度为10mm的片状的三种不同类型的聚合物组合物。
第一类是亲水性聚合物组合物，其亲水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有利于其被油气藏流体的水相润湿。第二类是疏水性聚合物组合物，其疏水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有助于其被油气藏流体的烃相润湿。第三类是能够将微球释放到气流中的组合物。
然后将聚合物组合物放入盒中，并浸入下层完井包中，该盒将聚合物组合物放置在后套管(环形空间)中，该盒是通过螺纹螺丝连接至固定环的开槽过滤器；在将聚合物组合物放置在过滤器部分下方后，再进行盒的组装，然后将其放在多孔管身的顶部，并通过螺纹连接固定在其主体上。在研究井的一个部分中使用了三个盒，在每个盒中放置了一种类型的聚合物组合物：第一个盒中为亲水性，第二个盒中为疏水性，第三个中是一种将荧光微球释放到气流中的组合物。接下来，将盒子放在多孔或具有插入末端的管身的顶部，并通过螺纹连接将其固定在其主体上。每个井段使用唯一的标记代码。
将盒子放入井中后，对油气藏流体进行采样。对样品进行样品制备过程，该过程包括将标记物从油气藏流体的水相和烃相转移至蒸馏水。将由于样品制备过程而获得的样品置于流式细胞仪中，并确定每种标记物和油气藏流体各相的含量。为了处理细胞荧光数据的结果，使用了基于机器学习算法的软件。从直接浸入井眼的聚合物组合物中提取标记物的数据用作学习样本。
为了确定油气藏流体中水、烃和气相的流入剖面(the profile of theinflows)，将流式细胞仪的数据与完井的几何和流程图数据一起使用，即多级水力压裂的设计和报告；有关射孔和井眼三维轨迹的报告；调试前的井研究，即钻井过程和井的现场研究中的地球物理研究，即井的现场和地球物理研究、井眼的流体力学研究、井口和井底压力、流体生产率、油水流量；先验的地质信息，特别是地质剖面、结构图、油和水饱和度图、油气藏流体的性质和组成，特别是在压力、温度和体积变化的条件下的相行为、密度、粘度。
实施例2.通过自由基均相聚合和聚合的方法之一获得平均尺寸为10μm的三维单分散聚合物微球，在该方法中，获得了8种类型的量子点，所述量子点在UV辐射或波长为320-760nm的可见光辐射时在350-780nm的波长范围内发光，既可以单独使用也可以混合使用作为荧光源。因此，获得了255种类型的微球，这些微球的标记物的荧光特性即代码不同。这些代码在聚合物组合物中用作分析信号的载体。制备厚度为1mm的片状的两种不同类型的聚合物组合物。
第一类是亲水性聚合物组合物，其亲水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有利于其被油气藏流体的水相润湿。第二类是疏水性聚合物组合物，其疏水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有助于其被油气藏流体的烃相润湿。
然后将聚合物组合物放入盒中，并浸入下层完井管中，该盒将聚合物组合物放置在后套管(环形空间)中，该盒是通过焊接连接至固定环的开槽过滤器；在将聚合物组合物放置在过滤器部分下方后，再进行盒的组装，然后将其放在多孔管身的顶部，并通过螺纹连接固定在其主体上。在研究井的一个部分中使用了两个盒，在每个盒中放置了一种类型的聚合物组合物：第一个盒中为亲水性，第二个盒中为疏水性。接下来，将盒子放在多孔或具有插入末端的管身的顶部，并通过螺纹连接将其固定在其主体上。每个井段使用唯一的标记代码。
将盒子放入井中后，对油气藏流体进行采样。对样品进行样品制备过程，该过程包括将标记物从油气藏流体的水相和烃相转移至蒸馏水。将由于样品制备过程而获得的样品置于流式细胞仪中，并确定每种标记物和油气藏流体各相的含量。为了处理细胞荧光数据的结果，使用了基于机器学习算法的软件。从直接浸入井眼的聚合物组合物中检测的标记物的数据用作学习样本。
为了确定油气藏流体中水和烃相的流入量情况，将流式细胞仪的数据与完井的几何和流程图数据一起使用，即多级水力压裂的设计和报告；有关射孔和井眼三维轨迹的报告；调试前的井研究，即钻井过程和井的现场研究中的地球物理研究，即井的现场和地球物理研究、井眼的流体力学研究、井口和井底压力、流体生产率、油水流动速率；先验的地质信息，特别是地质剖面、结构图、油和水饱和度图、油气藏流体的性质和组成，特别是在压力、温度和体积变化的条件下的相行为、密度、粘度。所要求保护的发明提供的技术结果是与确定油、水和天然气的井眼流入量有关的结果的可靠性程度的提高。
实施例3.通过自由基均相聚合和聚合的方法之一获得平均尺寸为1μm的三维单分散聚合物微球，在该方法中，获得了8种类型的量子点，所述量子点在UV辐射或波长为320-760nm的可见光辐射时在350-780nm的波长范围内发光，既可以单独使用也可以混合使用作为荧光源。因此，获得了255种类型的微球，这些微球的标记物的荧光特性即代码不同。这些代码在聚合物组合物中用作分析信号的载体。制备厚度为5mm的片状的亲水聚合物组合物。该组合物的亲水性是由特殊的填料提供的，这些填料可确保其被油气藏流体的水相润湿。
然后将聚合物组合物放入盒中，并浸入下层完井包中，该盒将聚合物组合物放置在套管柱中，在此，该盒是通过螺纹螺丝连接至固定环的开槽过滤器；在将聚合物组合物放置在过滤器部分下方后，再进行盒的组装，然后将其放在多孔管柄的顶部，并通过螺纹连接固定在其主体上。在研究井的一个部分中使用了两个盒，在每个盒中放置了一种其水性聚合物组合物。每个井段使用唯一的标记代码。
将盒子放入井中后，对油气藏流体进行采样。对样品进行样品制备过程，该过程包括将标记物从油气藏流体的水相转移至蒸馏水。将由于样品制备过程而获得的样品置于流式细胞仪中，并确定每种标记物和油气藏流体各相的含量。为了处理细胞荧光数据的结果，使用了基于机器学习算法的软件。从直接浸入井眼的聚合物组合物中提取标记物的数据用作学习样本。
为了确定油气藏流体中水相的流入量情况，将流式细胞仪的数据与完井的几何和流程图数据一起使用，即多级水力压裂的设计和报告；有关射孔和井眼三维轨迹的报告；调试前的井研究，即钻井过程和井的现场研究中的地球物理研究，即井的现场和地球物理研究、井眼的流体力学研究、井口和井底压力、流体生产率、油水流动速率；先验的地质信息，特别是地质剖面、结构图、油和水饱和度图、油气藏流体的性质和组成，特别是在压力、温度和体积变化的条件下的相行为、密度、粘度。
实施例4.通过自由基均相聚合和聚合的方法之一获得平均尺寸为2μm的三维单分散聚合物微球，在该方法中，获得了8种类型的量子点，所述量子点在UV辐射或波长为320-760nm的可见光辐射时在350-780nm的波长范围内发光，既可以单独使用也可以混合使用作为荧光源。因此，获得了255种类型的微球，这些微球的标记物的荧光特性即代码不同。这些代码在聚合物组合物中用作分析信号的载体。将三种不同类型的聚合物组合物制成颗粒形式，平均粒径为2-3μm。
第一类是亲水性聚合物组合物，其亲水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有利于其被油气藏流体的水相润湿。第二类是疏水性聚合物组合物，其疏水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有助于其被油气藏流体的烃相润湿。第三类是能够将微球释放到气流中的组合物。
然后将聚合物组合物放入盒中并作为下部完井包的一部分浸入，并进行实施例1中规定的动作。
实施例5.通过自由基均相聚合和聚合的方法之一获得平均尺寸为10μm的三维单分散聚合物微球，在该方法中，获得了8种类型的量子点，所述量子点在UV辐射或波长为320-760nm的可见光辐射时在350-780nm的波长范围内发光，既可以单独使用也可以混合使用作为荧光源。因此，获得了255种类型的微球，这些微球的标记物的荧光特性即代码不同。这些代码在聚合物组合物中用作分析信号的载体。制备两种不同类型的平均粒径为5mm的颗粒形式的聚合物组合物。
第一类是亲水性聚合物组合物，其亲水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有利于其被油气藏流体的水相润湿。第二类是疏水性聚合物组合物，其疏水性通过特殊的填充剂来确保，该填充剂有助于其被油气藏流体的烃相润湿。
然后将聚合物组合物放入盒中并作为下部完井包的一部分浸入，并进行实施例1中规定的动作。
Claims (12)
1.一种确定垂直和/或水平井中的油气藏流体和/或气体的流入剖面的方法，包括生产包含发光单分散聚合物微球作为标记物的聚合物组合物；将在指定的聚合物组合物中的标记物浸入井眼；在地面上对油气藏流体进行采样并随后对其结果进行分析，以使用流式细胞荧光测定法确定各种代码的标记物数目；基于这些分析结果确定井眼流体和/或气体流入量，特征在于，指定标记物通过使用在350至780nm波长范围内暴露到UV辐射或波长范围为320至760nm的可见光辐射后发光的发光物质来获得，通过自由基共聚、分散缩聚或水解缩聚分别获得这些发光物质以及它们的混合物，同时获得干燥形式和含有10-60重量％干物质的分散体形式的标记物；聚合物组合物用作载体介质，在水平井完井管中进行指定的注入，使用流式细胞荧光测定法进行井眼流体样品中的指定的标记物代码和浓度的鉴定，然后使用在机器学习算法上运行的软件对结果进行后续处理，其结果用于计算相关部分在地层流体相的总井产量中的贡献，所述地层流体相为油、水、气体或凝析油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得尺寸为0.2至500μm的所述聚合物微球作为标记物。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，获得所述亲水性和/或亲油性的微球和/或气体标记物作为标记物。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述发光物质选自量子点，包括硒化物、硫化物、碲化锌和/或镉。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，使用有机发光物质。
6.根据权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，单个标记物组合了n个类型的量子点，其在最大荧光的位置上不同，同时获得了包含不同比例和单个标记物组合形式的1、2、3、4、5等不同类型量子点的标记物，因此不同特征的荧光标记物的总数，即代码为2n-1。
7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，使用含有功能性填料的三维聚合物作为所述聚合物组合物的基础，其选择方式应使所述整个聚合物组合物具有亲水性或亲油性，或能够将标记物释放到气流中。
8.根据权利要求1-7之一所述的方法，其特征在于，所述聚合物组合物以厚度为1至30mm的片状形式或平均粒径为500μm至10mm的颗粒形式获得。
9.根据权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，将所述聚合物组合物放置在盒中并作为下完井管(钻孔组件)的一部分浸入，而所述盒可以在后套管(环形空间)或套管柱中提供聚合物组合物的位置，而盒是开槽的或金属丝的过滤器，通过焊接或螺纹螺丝固定在固定环上；在将聚合物组合物放置在过滤器部件下方之后，用螺栓或焊接组装盒子，然后将其放在多孔或具有插入末端的管身的顶部，并通过螺纹连接固定在其主体上。
10.根据权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，在每个井段使用唯一的标记代码，并且亲水性组合物和/或亲油性组合物、亲水性和/或用于确定气体流入量的组合物、亲油性和/或用于确定气体流入量的组合物和/或所有三种类型的聚合物组合物是同时使用。
11.根据权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，为了处理细胞荧光数据的结果，使用了基于机器学习算法的软件，而从直接浸入井中的聚合物组合物中释放的检测的标记物的数据被用作学习样本。
12.根据权利要求1-12之一所述的方法，其特征在于，为了确定油气藏产物中水、烃和气相的流入剖面，将流式细胞荧光数据与完井的几何和流程图数据一起使用，即多级水力压裂的设计和报告；有关射孔和井眼三维轨迹的报告；调试前的井研究，即钻井过程和井的现场研究中的地球物理研究，即井的现场和地球物理研究、井眼的流体力学研究、井口和井底压力、液体、油水流动速率；先验的地质信息，特别是地质剖面、结构图、油和水饱和度图、油气藏流体的性质和组成，特别是在压力、温度和体积变化的条件下的相行为、密度、粘度。
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