DE69733507T2

DE69733507T2 - Vorrichtung zur Bestimmung der Permeabilität von Gesteinsfragmenten

Info

Publication number: DE69733507T2
Application number: DE69733507T
Authority: DE
Inventors: Alberto Marsala; Marco Brignoli; Frederic Santarelli; Adriano Figoni; Elio Rossi
Original assignee: Eni SpA
Current assignee: Eni SpA
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2017-01-11
Also published as: NO970294L; DE69733507D1; EP0786658A1; NO970294D0; US5844136A; ES2242971T3; EP0786658B1; DK0786658T3; IT1281706B1; CA2195794A1; CA2497637A1; NO319269B1; CA2195794C; ITMI960111A1; CN1104639C; ITMI960111A0; CN1162738A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche für eine direkte Messung der Durchlässigkeit von Gesteinfragmenten verwendet werden, welche direkt aus der Bohrung einer Ölbohrung heraustreten und im Allgemeinen Bruchstücke genannt werden, gebildet aus einem hohlzylindrischen Körper (c), welcher eine Einlassöffnung für das Fluid (i) bildet, ein Gewinde zum Verschließen desselben (h) und eine Hydraulikdichtung (g), in welcher die Probenhaltescheibe (d) angeordnet ist, welche auf der Dichtung (g) ruht und durch ein poröses, gesintertes Stahlseptum (e) überlappt wird, auf welchem ein Verschlussstopfen (f) mit einer Auslassöffnung für das Fluid (i') angebracht ist, und derselbe ist ebenso mit einem Gewinde (h') versehen, um demselben zu ermöglichen, auf dem Körper (c) zu schließen.
Die Einrichtung kann verwendet werden, um direkt an der Stelle die Messung der Durchlässigkeit entlang der gesamten Länge einer Ölbohrung zu erhalten.
Die Probenhaltescheibe (d) wird in 1 gezeigt und bildet einen anderen Teil dieser Erfindung.
Die Bestimmung der Durchlässigkeit von Gestein, welches beim Bohren und der Ölgewinnung involviert ist, bildet einen wesentlichen Teil der als "Ausbildungsauswertung" bekannten Tätigkeit, welche durch alle Ölgesellschaften durchgeführt werden.
Unter diesen Messungen, welche in dem Labor an Proben von Gestein durchgeführt werden, welche aus Kernen für die petro-physikalische Charakterisierung genommen werden, ist die Bestimmung der Durchlässigkeit fundamental; tatsächlich bestimmt diese Trageigenschaft die Fähigkeit eines Materials (beispielsweise Gestein) einem oder mehrerer Fluide (z.B. Wasser, Gas oder Öl) durch dieses hindurch zu treten.
Derzeit ist die direkte Messung der Durchlässigkeit nur an Proben von Gestein möglich, welche aus einem Testkern genommen sind, wie in US-P-4 555 934 offenbart ist; die Hauptbeschränkungen dieses Verfahrens, wie Zeiten (beträchtlich, da der Kern gewonnen werden muss und Proben zu einem Labor für die Analyse gesandt werden müssen) und Kosten (verbunden vor allem mit dem Nachteil des Testkerns selbst und welche nur für Proben zugezogen werden können, welche aus den so genannten "pay zones" kommen und sicher nicht für die gesamte Länge der Ölbohrung) bedeuten, dass die Durchlässigkeit nur für die Abschnitte der Bohrung bekannt ist, welche gekernt wurden und nur für eine lange Zeit nach den Bohrvorgängen.
Um Lösungen zu diesen beträchtlichen Einschränkungen zu finden und um die Durchlässigkeit von Gesteinsausbildungen zu bestimmen, wurden verschiedene halb-empirische Korrelationen zwischen der Durchlässigkeit und anderen petro-physikalischen Eigenschaften, wie Porosität, Tonanteil, Geschwindigkeit von Schallwellen, elektrische Messungen, etc. entwickelt, welche durch Sonden bestimmbar sind, welche in die Ölbohrung eingesetzt werden (Aufzeichnungen); bei diesem indirekten Verfahren der Bestimmung der Durchlässigkeit ist es derzeit, obwohl es schwierige Kalibrierungsvorgänge erfordert, welche von der in Frage stehenden Lithologie abhängen, das einzige Verfahren, welches in den Teilen der Bohrung erhältlich ist, von welchen keine Kerne genommen wurden, aber es ist in jedem Fall weit davon entfernt, so zuverlässig zu sein wie eine direkte Messung, da es zeitweilig keine klare physikalische Bedeutung aufweist.
Der Anmelder hat nun eine Vorrichtung entwickelt, welche durch direkte Bestimmung der Durchlässigkeit von Bruchstücken fundamentale Information von der Natur der Gesteinsschichten bereitstellt, welche während des Bohrens durchquert wurden, so dass nötigenfalls schnelle Aktionen unternommen werden können.
Dies wird durch die Merkmale in den Ansprüchen 1 und 3 erzielt.
Der Zweck dieser Erfindung ist es, direkt an der Stelle die Messung der Durchlässigkeit entlang der gesamten Länge einer Ölbohrung zu erhalten.
Die Probenhalterscheibe (d), welche durch den Anmelder zur Messung von Durchlässigkeit durch Gesteinsfragmente verwendet wird, wird in 1 gezeigt und bildet ebenfalls einen weiteren Teil dieser Erfindung.
Diese ist gebildet aus einem Harz (b), welches anfänglich in seinem flüssigen Zustand in eine kreisförmige Form gegeben wird, in welcher die Bruchstücke (a) eingekapselt werden; nachdem das Harz sich ausgehärtet hat, wird die Scheibe derart geschliffen, dass ihre Flächen flach und parallel sind, und so, dass die zwei Oberflächen jedes eingekapselten Bruchstücks auf jeder Seite der Scheibe freiliegen.
Insbesondere muss bei der Auswahl des Harzes (b) Vorsicht walten, welches die folgenden Eigenschaften aufweisen muss:

– nicht aggressiv, selbst für hochdurchlässige Bruchstücke;
– nicht giftig für die Verwendung am Platz;
– einfach vorzubereiten und mit hohem Grad von Homogenität;
– mit schneller Abbindezeit bei Atmosphärendruck und ohne die Produktion von übermäßiger Hitze aushärtend, welche die Eigenschaften der Bruchstücke modifizieren könnte;
– hohe Festigkeit nach dem Abbinden;
– einfach zu schneiden und zu schleifen;
– optisch opak, um die Bestimmung der freiliegenden Oberflächen von Gesteinen zu ermöglichen.

Insbesondere wird das Harz (b) unter Epoxy-, Polyurethan- oder Acrylharzen ausgewählt.
8 zeigt eine Fotografie einer Probenhaltescheibe (d), welche durch Elektronenmikroskop (SEM) realisiert wurde, in welchem zu sehen ist, dass das Harz (b) nicht in die Porenmatrix des Bruchstücks (a) eindringt, selbst bei hochdurchlässigen Proben (die in Frage stehende Fotografie zeigt einen Sandstein von 530 Millidarcy (mD).
2 zeigt einen Querschnitt des Vorrichtungsobjekts dieser Erfindung: Es besteht aus einem hohlen zylindrischen Körper (c), welcher eine Einlassöffnung für das Fluid (i) darstellt, einem Gewinde zum Verschließen desselben (h) und eine Hydraulikdichtung (g), in welcher die Probenhaltescheibe (d) angeordnet ist, welche auf der Dichtung (g) ruht und durch ein poröses, gesintertes Stahlseptum (e) überlappt ist, auf welchem sich ein Verschlussstopfen (f) mit einer Auslassöffnung für das Fluid (i') befindet, und derselbe ist ebenso mit einem Gewinde (h') versehen, um es in die Lage zu versetzen, auf dem Körper (c) zu schließen.
Insbesondere wird das poröse Septum (e) verwendet, um zu verhindern, dass sich die Probenhaltescheibe (d) biegt und bricht.
Nur zum Zweck der Darstellung der Erfindung und ohne dass dies in irgendeiner Weise für die Erfindung selbst beschränkend ist, zeigt 3 ein Diagramm des Hydraulikkreises, welcher für die Messung verwendet wird: Es besteht aus einer Pumpe (α), welche einen Druckunterschied zwischen den zwei Flächen der Scheibe (d) sicherstellt, der durch ein Manometer (β) gemessen wird, während die Strömungsrate des für die Messung verwendeten Fluids durch ein Fließmessgerät (flowmeter) (γ) bereitgestellt wird.
Experimente wurden wie folgt durchgeführt: Die Probenhaltescheibe (d) wird wie vorstehend beschrieben hergestellt und nach dem Schleifen wird der Oberflächenbereich der exponierten Bruchstücke auf den zwei Flächen der Scheibe selbst unter Verwendung von transparentem Millimeter-Graph-Papier oder einer Videokamera und einer Bilderkennungs-Software berechnet, welche die Fläche für die Strömung halbautomatisch berechnet.
Die Scheibe (d) wird dann in die Messeinrichtung eingesetzt, welche das Objekt dieser Erfindung ist, und welche den Durchtritt des Fluids, welches zu testen ist, durch die in ihr eingekapselten Bruchstücke ermöglicht; Bewirken eines Druckunterschieds zwischen den zwei Flächen der Scheibe durch die Pumpe (α), wobei die entsprechenden Fließraten des Fluids unter Verwendung des Fließmessgeräts (γ) gemessen werden, und solche Werte ermöglichen, eingesetzt in die Darcy-Gleichung, die hydraulische Permeabilität zu bestimmen (Verfahren stetigen Zustands).
Es ist auch möglich, ein Verfahren nicht-stetigen Zustands in derselben Weise durchzuführen, indem die Pumpe (α) verwendet wird, um einen Druckunterschied zwischen den zwei Flächen der Scheibe (d) zu erzeugen, und durch Messen der Zeit, welche erforderlich ist, um den Gleichgewichtszustand zu erzielen.
Die Vorrichtung, welche Objekt dieser Erfindung ist, verwendet deshalb Harzscheiben, welche eine direkte Messung der Durchlässigkeit auf Bruchstücken ermöglicht, wie es auf Proben durchgeführt wird, welche aus einem Testkern genommen werden.
Der Anmelder hat, ohne jegliche Beschränkung des Inhalts dieser Erfindung, Vorrichtungen mit dem Körper sowohl in Stahl als auch in Plexiglas konstruiert, mit welchen eine Reihe von Messungen durchgeführt wurde, um die Durchführbarkeit des Verfahrens zu demonstrieren.
Bohrtests wurden mit Scheiben durchgeführt, welche Sandstein- und Ton-Bruchstücke enthalten, welche dann in die Messvorrichtung eingesetzt wurden, und mit gasförmigem Stickstoff durchströmt wurden; die Ergebnisse werden in den 4, 5 und 6 jeweils für Doddington-Sandstein, Sprintwell-Sandstein und Ton angegeben, wobei die Kurven derselben auf den Graphen die Zeit (in Stunden, Minuten und Sekunden auf der Abszisse) zeigen, welche zur Dissipation einer Druckdifferenz von 3,5 bar (auf der Ordinate) benötigt wurde, welcher zwischen den zwei Flächen jeder Bruchstückscheibe ausgeübt wurde.
7 zeigt andererseits einen Druck gegen (auf der Ordinate, ausgedrückt in bar) einen Graph der Strömungsrate (auf der Abszisse, ausgedrückt in cm³/min) des stationären Flusses durch die Scheibe, welche Tonbruchstücke enthält.
Der nächste Schritt bestand darin zu prüfen, ob die Durchlässigkeitswerte, welche unter Verwendung der Vorrichtung, welche Objekt dieser Erfindung ist, erhalten wurden, konsistent mit denen waren, welche unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens auf einem Testkern waren.
Hierzu wurden drei keramische Proben bekannter und zertifizierter Durchlässigkeit (1 mD, 5 mD und 50 mD) verwendet, an welchen die Durchlässigkeit auf Testkernen unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens gemessen wurden; gleichzeitig wurden die Proben zerdrückt, um "künstliche" Bruchstücke zu erhalten, an welchen die Durchlässigkeit unter Verwendung der Messvorrichtung, welche das Objekt dieser Erfindung ist, gemessen wurde, wobei Ergebnisse erhalten wurden, welche innerhalb der Grenzen von experimentellen Fehlern lagen.
Weitere Tests wurden an Sandstein-Testkernen durchgeführt, welche aus dem Gesteinsreservoir einer Ölbohrung kommen, die Durchlässigkeit wurde unter Verwendung des Verfahrens stetigen Zustands an Proben gemessen, welche aus den Kernen genommen wurden und welche durch sehr weit reichende Durchlässigkeitsgrade (von Zehntel mD bis zu mehr als 500 mD) gekennzeichnet waren.
Anschließend wurden "künstliche" Bruchstücke durch Zertrümmern erhalten und die Durchlässigkeit unter Verwendung der Vorrichtung gemessen, welche das Objekt dieser Erfindung ist.
Die Durchlässigkeitsmessungen, welche bei diesen Bruchstücken erhalten wurden, waren im Wesentlichen dieselben wie die, welche an dem Kern erhalten wurden (Tabelle 1).
Abschließend ergänzt das hier beschriebene Verfahren und verbessert das hier beschriebene Verfahren bekannte Verfahren in vollständig unerwarteter Weise und kann als ein industrielles Instrument für einen Einsatz von Messungen am Platz verwendet werden.
Die Kosten zur Durchlässigkeitsmessung sind wegen der Verfügbarkeit von Bruchstücken während des Bohrens ziemlich niedrig und ebenso deshalb, weil das Verfahren einen Teil eines Pakets von Messungen am Platz an Bruchstücken bilden kann: akustische, mechanische und petro-physikalische Messungen.
Tabelle 1

Claims

Verfahren zum Messen der Durchlässigkeit von Gesteinsfragmenten, umfassend die Schritte – Sammeln von Bruchstücken von Gestein, welche direkt aus einer Ölbohrung während des Bohrens heraustreten, – Einkapseln der Bruchstücke in einer Scheibe aus Kunstharz, welches nach dem Gießen aushärtet, – Schleifen der Scheibe auf beiden Seiten derart, dass eine Oberfläche jedes eingekapselten Bruchstücks auf jeder Seite der Scheibe frei liegt, – Beaufschlagen mit Fluid unter Druck auf einer Seite der Scheibe, und – Messen der Strömungsrate des Fluids durch die freiliegenden Oberflächen der Bruchstücke.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Kunstharz ausgewählt ist aus Epoxy-, Polyurethan- oder Acrylharzen.
Vorrichtung zum Messen der Durchlässigkeit von Gesteinsfragmenten in der Form von Bruchstücken, welche direkt aus einer Ölbohrung während des Bohrens heraustreten, umfassend: einen hohlzylindrischen Körper (c) mit einer Einlassöffnung für ein Fluid (i) und einem Gewinde (h) zum Schließen des Körpers, einen Stopfen (f) mit einer Auslassöffnung für das Fluid (i') und ein Gewinde (h) zum Schließen des Körpers (c), und eine Scheibe (d) aus Kunstharz, mit den darin eingekapselten Bruchstücken, wobei beide Seiten der Scheibe (d) derart geschliffen sind, dass eine Oberfläche jedes eingekapselten Bruchstücks auf jeder Seite der Scheibe frei liegt, wobei die Scheibe (d) auf einer hydraulischen Dichtung (g) in dem hohlzylindrischen Körper (c) platziert ist, und wobei die Scheibe (d) durch ein poröses gesintertes Stahl-Septum (e) getragen wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Material des Körpers (c) und des Stopfens (f) Stahl oder Plexiglas ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die verwendeten Dichtungen O-Ringe sind.
Probenhalterscheibe zum Messen der Durchlässigkeit von Gesteinsfragmenten in der Form von Bruchstücken, welche direkt aus einer Ölbohrung während des Bohrens heraustreten, wobei die Bruchstücke in einer Scheibe aus Kunstharz (b) eingekapselt sind, und beide Flächen der Scheibe so geschliffen sind, dass sie flach und parallel sind, so dass eine Oberfläche jedes eingekapselten Bruchstücks auf jeder Seite der Scheibe frei liegt.