CN1696702B - 流体的监管链 - Google Patents
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Abstract
一种确保可靠的和高品质流体样品采集的方法，包括如下步骤：在一获取点获取流体样品，分析在该获取点的该流体样品的物理化学特性；在电子数据库档案中记录获取点样品特性，分析在远离该获取点的地点的流体样品的物理化学特性，在档案中记录远地点样品特性，通过比较获取点样品特性和远地点样品特性确认流体样品和将有效的样品特性记录在档案中。
Description
技术领域
本发明涉及流体的表征，尤其是有利于数据质量、管理和一致性的流体监管链(chain-of-custody)。
背景技术
术语流动保证(flow assurance)被用于描述大量有关油和气生产系统的可靠性和可操作性的问题。此流动保证工作流程由两个流路(streams)组成，设计流和监视流。设计流开始于勘探和评估阶段，终止于系统的试运行。监视流开始于第一次的生产并持续于油田的整个开采期。监视流是一个用于监测和优化生产系统性能的反馈回路。
来自油气层的流体样品对于了解即将生产的流体是必需的。油田开发的许多决策，比如生产策略和流体处理设备的设计是基于从探井中取样样品的流体特性。了解储油层中原始流体的信息是很重要的。在储油层开采期限的后期仍然需要流体样品来评估在一某个特定时间或者经过一些生产活动后流体的条件，然而比较的基点还是原始流体特性。因此，重要的是获得优质有代表性的流体样品和处理这些数据。
发明内容
鉴于上述的和其它的考虑，本发明涉及流体表征，尤其是一种确保获取可靠和有代表性的流体样品的方法。在此参考储油层流体和储油层表征来描述本发明，然而，应该认为本发明适用于任何流体样品，如使用在医学表征里。
因此，提供了一种确保获得代表性流体样品的方法。该方法包括以下步骤：在获取点获得流体样品，获取点可能是在井底(在储油层深度)、在井口或者在地面或地表下的生产设备，分析在该获取点得到的流体样品的物理和化学特性；在电子数据库档案中记录获取点的样品特性，分析在远离获取点位置的流体样品的物理和化学特性，在档案中记录远地点样品特性，通过比较获取点样品特性和远地点样品特性确认流体样品，包括在远地点重复井底测量方法，和在档案(archive)中记录有效的样品特性。
流体样品的有效性(validaion)意味着运用相同的物理或者化学技术，在预先选定的误差容许范围内，在获取点分析的所选的物理和化学特性与在远地点分析的样品特性相配。然而，在某些情况下，在预选的容许范围内获取点的样品特性不能与远地点样品特性相配，在这种情况下，确认有效的样品特性包括对档案中结果的误差的鉴别。“已分析的”包括从测试中获得或测量的特性。还应当注意的是确认有效样品的特性可以包括从远地点而不是获取点得到的分析结果。
附图的简要说明
根据下面对本发明具体实施例的描述，结合附图，将最好的理解本发明上面的和其它特征和方面，其中：
图1是一个典型的流动保证过程的示意图；
图2是一个流动保证过程的设计过程图；
图3是一个流动保证过程的监视过程图；和
图4是本发明的流体监管链的流程图。
具体描述
现在参考附图，其中描述的元件没有必要按比例显示，在这几幅图中相同的参考数字指示相同或者类似的元件。
流动保证是一个必须在生产系统设计程序早期就解决的关键性问题，并对海上生产系统至关重要。图1是一幅典型的流动保证过程的示意图，一般以数字10指示。流动保证过程10(如图1所示)概括地阐述了设计过程11及监视过程20，该设计过程11包括取样12、分析14、模拟16和设计18步骤。
此过程从勘探和评估阶段开始，其中该阶段测量原地流体特性数据和取回的所选流体样品从而更详细的分析。具体的流动保证相关的研究可以在实验室里的流体样品中进行。这些分析的范围和类型将取决于预期的问题。接着将实验室得到的数据用在一系列工程软件工具中以模拟生产系统中的不同情况。通过这个过程确定每个系统及其适当的流动保证管理策略。
一旦设计并建立好所选系统，该流动保证管理过程将在监视过程中监控和优化。考虑到这些策略的最初设计很可能是保守的，就有机会具有代表性地很好的去优化该过程。但是，失败的大代价需要仔细监控该系统，在潜在的问题导致灾难性的失败之前发现它们。在此监视过程中，通过传感器在不同地点收集系统数据如温度、压力和流速。利用在设计阶段得到流体特性数据的模型根据测定的系统数据进行调整。这些模型现在可以用于确定系统的当前状态和通过一系列运行优化系统。
设计和监视工作流应该无缝地配合，并且必须保持一致性。系统设计中应采用相同的数据设备和模型用于监控和优化。接下来，我们将更为详细的描述工作流程中的每个元件。
图2是本发明中设计过程11的简图。取样12是设计过程11中的第一个步骤。
流动保证测量已导致对有代表性样品需要的新认识。任何取样程序的目标是带回实验室的样品与在储油层中的流体成分一致。不幸的是，许多导致流动保证问题的固体颗粒在取样过程中从溶液中产生，如同它们在生产系统中产生一样。压力和温度的变化可以引起相变，导致样品改变。在获得样品的过程中污染物的介入也会改变流体成分。污染物的最常来源就是钻井液。
理想的样品是在恒温恒压下从储油层中无污染地收集，然后保持其温度和压力完整地运到实验室里。以这种方式消除与相位变化、转移或者污染相关的改变。事实上，时至今日这仍是不可能的。更现实的目标是通过压力和温度补偿减少相变的潜势。
可记录的样品数据比如，但是并不限制于，取样的日期、序号、采样号、记录文件、样品的深度、取样方法和工具配置、地层压力、地层温度、泥浆类型、取样瓶的类型、装瓶时样品的温度和压力、流体样品成分、气油比例(GOR)、污染程度、密度、粘度、H2S的浓度、泡点压力、水pH、和样品的光谱指纹识别(可见近红外线(VI-NIR)、荧光、反射率)。该数据存储在数据管理系统22中。数据管理系统22可能是一个基于软件的电子系统。
在分析阶段14中测量与样品流体特性有关的相应的流动保证。流体分析可以在井底、在野外和/或实验室里进行。相应的流体特性列表根据流体的类型和预期的系统操作条件变化。典型地采用一个分析程序的设计的定相方法。首先进行样品整理和有效性检查。这通常包括组分和基本流体特性。一旦鉴别出足够优质的样品，流动保证筛选就完成了。
以蜡、沥青烯和水合物筛选为例进行阐明。如蜡，在重油中进行如下测量：正链烷烃分配、使用高温气相色谱法(HTGC)、蜡出现温度、粘度和倾点。如果这些参数显示潜在高蜡沉积物、高粘度和凝胶化问题，就需要一个更全面的包括在含气石油(live oil)管路状态进行测量和化学评估的分析程序。
如沥青烯，包括SARA(饱和芳香烃树脂沥青烯)和含蜡族溶剂(典型地正戊烷或正庚烷)滴定终点的重油表征数据用做筛分流体稳定性。因为沥青烯的筛分和建模能力不如蜡，所以通常还测量至少一个含气石油沥青烯的沉淀压力。如果沥青烯的问题识别了，补充研究确定绘制沥青烯相图作温度的函数和估计化学品或涂料的效力作为预防策略。
以水化气体来说，标准PVT或有效性研究中的成分和水成分用在热动力学模型中，以产生预期的水合物的形成界面。如果成分的数据异常或压力和温度的条件是在模型的有效性范围外，就可能要直接测量水合物形成的条件。如果模型组合存在潜在问题和实验数据用于评价热力学抑制剂和/或低剂量抑制剂(LDHI)的性能。
流动保证测量的领域仍是一个发展中的领域，新技术经常成为可利用的。这既有正面也有负面的影响。正面的，检测和解释流体特性变化的能力不断提高。这将产生更好的设计，同时优化性能和减少流动保证的风险。然而，测量技术的动力学特性导致缺乏统一标准以及测量结果与模型建立之间的矛盾。
在数据管理系统22中，所有的取样和流体分析数据储存在中央数据库中，比如一个以网络为基础的系统。数据库可以包括取样记录、传送和运输信息，以及所有井底的、野外的和实验室流体特性测量结果。数据库管理提供几个功能：数据管理和对客户的数据管理服务；一个以网络为基础的客户数据和报告的数据传输系统；通过容易地比较在取样、处理和分析过程中得到的多重的测量结果和追踪样品的历史(这是监管链服务)，从而能跟踪样品质量；和它可以将数据直接转化为流体特性模型。
建立模型步骤16可以包括流体特性模型和过程模型。流体特性模型包括，但是不局限在，热动力学的、沉积作用和多相的流体模型。流体特性模型是分析的流体数据和工程应用之间的连接。所有的这些模型使用在流体特性数据库中可用的测量数据。在热动力学的模型中，流体性质的实验数据和相态特性载入热动力学程序包中。状态参数的方程式将调整到与测量值匹配。模型参数与用来产生它们的流体特性数据一起可以存储在数据库中。沉积作用和多相的流体模型直接使用在数据库中的流体特性数据。重要的是，还要记住模型应该使用在数据库中同类型的实验数据进行发展。也就是说，样品的类型、质量和数据的分析技术以及产生过程都必须与用来发展模型的一致。用本发明的数据管理程序和综合方法，这是可靠的。
流体特性模型嵌入行业标准工程程序包中。用来设计的生产系统的程序包包括，但不局限于：油藏模拟程序；井身模拟程序；流体管道模拟程序和程序模拟程序或设备模拟程序。对于跨越不同类型模拟程序的流体特性模型的相同组的合并作了许多工作。这样，在生产系统的不同部分可以一致地模拟流体特性。
在设计步骤18中，模型用于工程设计的前进料和进料阶段中，用来选择生产系统的类型和开发操作程序。在这个阶段，将开发解决常见流动保证问题的预防和补救策略。该研究的部分可以包括启动和关闭程序。在这个具体设计的阶段，模型可被再访问和调整以反映最后系统设计。
图3是本发明的一个流体保证过程中的监视过程20简图。监视20开始于第一次生产，贯穿在油田的生产期。起初基于使用在设计过程11中的数据和模型。这些模型和数据可以随时间改变以反映系统和流体中的变化。
数据获得26于两个来源。在系统中的传感器24测量有关系统性能的数据(实时动力数据)。这些测量可以是实时的或者定期的。当前可使用多种传感器24，这对于流体保证监视非常重要。它们包括离散的压力点，离散和分布的温度，相态流速和化学喷射速度。这些测量结果存储在数据库28中。
数据的第二个来源是流体特性和在设计阶段11之前收集的和保持在静态数据存储器22中的流动保证数据(静态数据)。在设计流11中，在静态数据存储器22中的流体特性数据必须是完整的并与用于监视的模型保持一致。那意味着在系统安装好之前，必须考虑如何监视30和优化32流动保证策略。至关重要的是钻井时获取所有所需数据和易于获取代表性样品。一旦系统投入生产，要在海底区域收集高质量的流动保证样品就更加困难和代价昂贵。
如果流体成分随时间改变，静态流体特性数据仍然可能是定期更新的。成分会在损耗中改变。举例说明，如一种气体冷凝物降到饱和压力水平以下，冷凝物产量和蜡出现温度都会下降。在成分的等级的积累中，由于远离最初样品生产点的区域中流体的产生成份可能会改变。新的油田或地带被带入现有的生产系统也会改变在系统中的流体样品的特性。流体特性数据集必须更新以反映这些变化。
用于设计系统的相同的工程模型18可用于说明系统的性能。模型必须调整适应测量数据。系统使用的数据越少，调节和调整也越少受抑制，这样增加了与条件模型的不唯一性相关的不确定性。
考虑以下简单的例子。流送管的一部分的输入和输出温度与模型中预期的不同。沿管的长度的总热转化系数(U值)是否均与假定值不同，或者是否沿着流送线是否有更小一部分绝缘失效和其它地方假定的U值是否适当？这也许涉及着蜡沉淀。如果热转化系数于流送线的一个短的部分显著地较高，则在这个区域的流送线有很低的壁温，这就会导致蜡沉淀速度的升高。一个沿着流送线分布的温度测量结果(每少数几米的温度)可能提供更多细节，而且能够排除和确认这个可能性。因此，温度数据的另外分析导致一个更少不确定性的条件模型。
图4是本发明的流体监管的流程图。监管链是指获得流体样品和测量特性以得到储油层开发中有价值的情报的过程。这个过程包括在收集样品和试验室分析过程中和过程之间的不同阶段监视流体特性测量。本发明的更明确的一个目的是连接井底、海底、井场(wellsite)、地表设备和实验室分析结果到一个数据管理系统，并有利于质量控制和质量保证。
一个流体监管链方法开始于获取34流体样品。流体样品可以从储油层深度(井底)、井口或者在分离器取得。流体样品的选择的物理化学特性检测36现场进行。当在获取点收集和分析样品时，档案38在电子可用数据库中产生，数据库包括监管链页面、链接到记录文件的井底测量结果(概要和图解显示)的显示、指示储油层样品的位置的石油物理记录的简图显示以及质量保证页面。样品的井场确认和分析40是在地表进行，包括容器的条件和容器开放压力。在这个阶段重复采用用于获取点的测量技术以在降低的不确定性的检测中发现任何异常。在样品数据库档案42中输入和记录井场的测量和分析。如果在井底流体(现场的)样品测量和井场的流体样品的测量之间记录到异常，该过程可以重新开始44。然后将确认有效的液体样品传送到实验室，进行分析46。重复基础分析，并且可进行专门的研究。尽管可以用不同的物理技术在获取点测量流体特性，但是对于井底样品，在井场和/或实验室要重复在井底环境下使用的相同的程序以评估样品质量、井底设备、取样和处理程序。所有收集的数据输入数据库中的样品档案中用来对比和确认，步骤48。任何误差或异常可以记录在用于流动保证建立模型的档案中。在过程的每个阶段，检查样品的指纹。
本发明的方法将在下面进一步详细描述。数据库便于监视程序，确保获得的信息的质量。在不同阶段的流体特性测量结果显示在以网络为基础的用于样品质量的追踪和分析的系统中。还定义程序用来处理矛盾的测量结果和调查引起误差的原因。这些指导方针用作监管链程序的评估和审查，来保证流体样品和测量结果，并且更确信的选择流体特性值用来对储油层的研究。
许多方法可以用来得到井底流体样品。来自Schlumberger公司的模型式动力检测(MDT)广泛地用于获取井底样品，并且以光谱学方法为基础的井底样品分析的最近发展使流体的样品特性能够早期识别，该流体特征可以影响品质样品的获得。一个井底分析的优点是流体在接近储油层的条件下检测，其中流体的初始状态最小受到干扰。同样的，在获取样品之前，在地质积聚不同的深度研究流体特性有利于识别最佳取样深度。
除吸收光谱法之外，在井身环境中也可以用其它物理技术检测流体特性，比如，但是不局限于用电动机械系统检测粘度和密度，用荧光光谱法检测露水，用声学法检测泡点压力，用传感器检测硫化氢浓度，用光反射法检测气体，用化学试剂和电阻率检测pH值。
在样品获取期间或样品获取后立即，用测井电缆取样工具数据通道处理提取记录和分析在获取点的流体样品的物理化学特性，比如，但不局限于：“基础信息”-日期、瓶序号、采样号、记录文件名称、深度、取样工具配置、地层压力、记录的最高温度或者地层温度、泥浆类型、样品类型、瓶的类型、瓶的打开时间、瓶的关闭时间、瓶的关闭压力、样品体积、样品收集时的最小压力、样品收集时的最低温度；“样品组成”--CO2、C1、C2-5、C6+、H2S的重量百分比，气油比率(GOR)、瓶中的水分、表观烃密度；“流体特性”-粘度、密度、泡点压力、沥青烯开始压力、相变、和电阻率；“污染“--OBM污染、CO2净化、C1净化、C2-5净化、和C6+净化；“相变指示“-荧光曲线、气体检查曲线、SDS、SAS、和光学井下照相机；和“质量保证参数“-光学吸收频谱、荧光光谱、粘度、密度、泡点压力和气体检定器。
数据处理算法的输出是一个“综合报告”，可以易于加载流体数据库。样品获取和井下分析信息是流体表征处理的第一个步骤，它们初始化数据库中一个新的档案用于取样的特定储油层。在井场、地面设施或在实验室中所做的连续的测量结果一旦变成有用的，就被输入这个档案。“监管链”的页面也在样品档案中初始化，显示不同阶段的有效参数(井下的、海底的、井场的、地表的、实验室的)，以便于样品跟踪和追踪处理。
井下数据的图形显示也载入数据库中，因为它们有利于分析和与实验室测量结果作比较。有用的显示包括流体成分、GOR、与时间相对的流体压力和温度、OBM污染监视、与时间相对的荧光和油气标识、光信号通道和指示取样地点的岩石物理的记录。
在一个给定的取样地点，可用一个或多个的瓶子装满流体。通过用于后期追踪的序号正确识别瓶子对于监管链是非常重要的。数据库有利于相同深度所取的样品之间的比较，并且这可用于另一个质量控制检查。
当样品到达地表，基础的压力-体积-温度(PVT)实验室-质量分析可以在通过来自Schlumberger的PVT速递或采用其它分析机械装置在井场进行，同时如果必要井下流体分析仪可获取更多的样品。第一次所做的是通过检测样品瓶开放压力来确认样品。考虑到温度的变化，一个在指示样品瓶关闭压力之下的值在样品获取之中意味着一些瓶内物质可能泄漏。
如果瓶的开放压力确认是满意的，那么井场流体分析将继续，否则样品将会转移到实验室。检测流体成分、GOR和OBM污染，并与井下的检测结果作比较。如果井下的流体特性和在井场的或者实验室中的不一致，并且如果没有检测到泄漏(瓶中开放压力和关闭压力的不同)，就可能调查相变(如，用于检测的子样不具备代表性)。如果没有检测到相变，在实验室中重复井下的检测结果，以排除由于工具标定造成的问题。所有这些确认过程将存储和注释在数据库中。
基本上，存在五种情况可能导致样品的无效，也就是掉色(组分损失或者相变)、油气损失、组分损失、光散射和光谱的通道与通道比较的不一致性。井下条件和在实验室中所得的光谱比较得出所有的信息，并且因此，使用恰当地复原子样，重复同样的检测不论是在井场或者在实验室中对于监管链都是重要的。
在实验室或者井场重制井下技术，并且显示在数据库里的质量保证部分中。实验室将通过气和液相色谱分析法或者其它成分检测装置来检测流体的成分。使用不同技术的结果的比较是非常有指导性的。而且，通过井下分光计的复制品或者不同的分光计在实验室中或者井场检测光学吸收频谱。
在实验室中或者井场复制井下检测不仅能确认样品和保证监管链的一致性，而且会帮助其它问题的辨别和早期纠错，如软件故障、解释问题、和不适当的取样、样品的重新调节和/或样品的转移技术。
从本发明上述的特定实施例的详细描述中可知，已经披露监管链过程具有新颖性是明显的。虽然本发明的具体实施例在此详细描述，但这只是为了描述本发明不同的特征和方面，并不是局限本发明的范围。不同的替换、改变、和/或修改包括但不是局限于那些在此已经建议的实施变化，在不脱离如下附件的权利要求定义的本明的精神和范围下，这些替换、改变和/或修改可以用来揭示本发明是可以预期的。
Claims (19)
1.一种在油和气生产系统中确保获取优质流体样品的方法，该方法包括步骤：
在井底、井口或者在地面或地表下的生产设备的获取点获取流体样品；
使用分析技术来分析在该获取点的该流体样品的物理化学特性；
在电子数据库档案中记录获取点的样品特性；
通过复制所述分析技术来分析在远离获取点的地点的流体样品的物理化学特性；
在档案中记录该远地点样品特性；
通过在预先选定的误差容许范围内匹配获取点样品特性和远地点样品特性来确认流体样品有效；
在档案中记录有效样品特性；和
通过档案提供监管链页面，显示流体样品的有效物理化学特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中的获取点接近储油层构造。
3.根据权利要求1所述的方法，其中的远地点是在获取流体样品的井场。
4.根据权利要求1所述的方法，其中的远地点是在实验室。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：在档案中记录有关在实际位置之间样品的转移的信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其中获取点样品特性包括：
获取点位置；
在样品获取过程中获取点的最高温度；
在获取点样品瓶的关闭压力；和
得到的样品瓶的识别。
7.根据权利要求6所述的方法，其中获取点样品特性进一步包括：
样品组成；和
相变指示器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确认步骤包括比较在获取点的样品瓶的关闭压力和在远地点的样品瓶的开放压力，补偿温度变化，以在预选的误差容许范围内确定压力差。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确认步骤包括记录有关在获取点样品特性和远地点样品特性之间的差异的信息。
10.根据权利要求1所述的方法，其中的档案是以网络为基础的。
11.根据权利要求2所述的方法，其中获取点样品特性包括：
获取点的位置；
在样品获取过程中获取点的最高温度；
在获取点样品瓶的关闭压力；和
得到的样品瓶的识别。
12.根据权利要求2所述的方法，其中获取点样品特性包括：
获取点的位置；
在样品获取过程中获取点的最高温度；
在获取点样品瓶的关闭压力；
得到的样品瓶的识别；
样品组成；和
相变指示器。
13.根据权利要求2所述的方法，其中确认步骤包括比较在获取点的样品瓶的关闭压力和在远地点的样品瓶的开放压力，补偿温度变化，以在预选的误差容许范围内确定压力差。
14.根据权利要求11所述的方法，其中确认步骤包括比较在获取点的样品瓶的关闭压力和在远地点的样品瓶的开放压力，补偿温度变化，以在预选的误差容许范围内确定压力差。
15.一种在油和气生产系统中确保获得优质流体样品的方法，该方法包括步骤：
在井底、井口或者在地面或地表下的生产设备的获取点获取流体样品；
使用分析技术来分析在该获取点的该流体样品的物理化学特性；
在电子数据库档案中记录获取点样品特性；
通过复制所述分析技术来分析在远离获取点的第一地点的流体样品的物理化学特性；
在档案中记录该第一远地点样品特性；
通过在预先选定的误差容许范围内匹配获取点样品特性和该第一远地点样品特性来确认流体样品有效；
记录该第一远地点样品特性；
通过复制所述分析技术来分析在远离获取点的第二地点的流体样品的物理化学特性；
在档案中记录该第二远地点样品特性；
通过在预先选定的误差容许范围内匹配获取点样品特性和该第二远地点样品特性来确认流体样品的有效性；
在档案中记录有效的样品特性；和
通过档案提供监管链页面，显示流体样品的有效物理化学特性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中远地点是在流体样品获取的井场。
17.根据权利要求15所述的方法，其中远地点是在实验室。
18.根据权利要求15所述的方法，其中确认步骤包括比较在获取点的样品瓶的关闭压力和在远地点的样品瓶的开放压力，补偿温度变化，以在预选的误差容许范围内确定压力差。
19.根据权利要求15所述的方法，其中的获取点样品特性包括：
获取点的位置；
在样品获取过程中获取点的最高温度；
在获取点样品瓶的关闭压力；和
得到的样品瓶的识别。
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