EA001131B1

EA001131B1 - Способ определения параметра компонента в составе

Info

Publication number: EA001131B1
Application number: EA199700249A
Authority: EA
Inventors: Йоханнес Мария Вианней Антониус Кулман; Андре Де Кюэйпер
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2000-10-30
Also published as: NO974327L; DK0815473T3; DE69618935D1; AR001263A1; ES2171660T3; EA199700249A1; MX9707090A; NO318900B1; DE69618935T2; EG20741A; NO974327D0; RO118780B1; OA10507A; MY114699A

Description

Изобретение относится к способу определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента, входящего в состав, содержащий множество компонентов. Изобретение представляет особый интерес для определения относительного объема какого-то компонента земного пласта, например, для определения содержания углеводородов в углеводородсодержащем земном пласте. Применявшиеся до настоящего времени способы определения такого содержания основаны, в основном, на эмпирических моделях.

Один из таких известных способов описан в работе Электропроводимость в нефтеносных сланцевых песках, Ватсмана М.Н. и Смитса Л.Дж.М., представленной на 42-ом ежегодном совещании в Хьюстоне 1-4 октября 1967 г. (материалы 8РЕ 1863-А).

В этой работе предложен способ определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента, входящего в состав, содержащий множество компонентов. Способ заключается в том, что измеряют электропроводность данного состава и выбирают зависимость между проводимостью состава и проводимостью данного компонента.

В указанном способе используется зависимость, обычно называемая моделью ВаксманаСмитса:

С_о = С../Е* + ΒΟ,./Ρ* где С_о - проводимость полностью насыщенной рассолом горной породы,

С, - проводимость рассола, присутствующего в пласте,

Р* - пластовый фактор,

В - эквивалентная проводимость обменных катионов натрия/глины как функция С,,

Ο_ν - катионнообменная способность на единицу порового объема.

Результаты, получаемые с помощью этого известного способа, не всегда достаточно точны, вероятно, из-за эмпирического характера модели Ваксмана-Смитса, которая определяет зависимость между проводимостью земли и разными другими параметрами.

Настоящее изобретение решает задачу создания более точного способа определения параметра, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента в составе, содержащем множество компонентов.

Предложенный способ заключается в том, что измеряют электропроводность состава, выбирают зависимость между электропроводностью состава и множеством параметров состава, включая физические параметры, характеризующие электропроводность и относительный объем каждого компонента состава, причем все компоненты представлены физическими параметрами в указанной зависимости, и определяют выбранный параметр из указанной зависимости и измеренной проводимости состава.

При этом следует понимать, что под электропроводностью подразумевается электропроводность как таковая или любая полученная на ее основе величина, например удельное электрическое сопротивление. Кроме того, признак изобретения, заключающийся в том, что все компоненты равно представлены в зависимости, означает, что каждый компонент представлен в данной зависимости по существу одинаково со всеми другими компонентами.

Предложенный способ позволяет получить результаты, отличающиеся более высокой точностью. В выбранной зависимости точно учитываются вклады отдельных компонентов в проводимость состава. Применяемая в предложенном способе зависимость симметрична для всех компонентов, т.е. ни одному компоненту не отдается предпочтение перед другими. Кроме того, было обнаружено, что предлагаемый способ обеспечивает требуемую точность при любом пороге просачивания компонентов. При этом следует понимать, что степень просачивания компонента относится к степени постоянства компонента в составе. Например, исчезновение просачивания компонента означает, что данный компонент полностью рассеян в составе, а полное просачивание компонента свидетельствует о том, что компонент непрерывно рассредоточен по составу.

Целесообразно, чтобы среди множества параметров состава был, по меньшей мере, один подгоночный параметр, причем каждый подгоночный параметр определяется с помощью применения указанной зависимости к набору данных, полученных путем измерения электропроводности, по меньшей мере, одного образца, характерного для указанного состава, для разных значений, по меньшей мере, одного из параметров.

Предпочтительно, чтобы множество параметров включало в себя дополнительный параметр, зависящий от геометрической конфигурации компонентов в составе.

Точное геометрическое представление с помощью указанного дополнительного компонента достигается в том случае, если выбранный дополнительный параметр является функцией множества переменных, каждая из которых зависит от проводимости одного из компонентов и коэффициента смешивания, при этом коэффициенты смешивания зависят от геометрической конфигурации компонентов в составе.

Целесообразно, чтобы определение подгоночного параметра посредством применения указанной зависимости к набору данных для компонента выполнялось как итеративный процесс. Под итеративным процессом подразумевается многократное применение указанной зависимости по схеме минимизации. Схема минимизации предпочтительно применяется к некогерентности между измеренными электропроводностями компонентов и электропроводностями компонентов, определенными из указанной зависимости.

В дальнейшем принцип изобретения будет описан более подробно на конкретном примере его реализации и сравнительном примере.

Пример.

Рассмотрим изотропную систему, содержащую значительное количество сферических включений, в виде земного пласта, который состоит, в основном, из четырех компонентов: непроводящей пористой материнской горной породы, непроводящего углеводородного флюида, проводящей глины и проводящего рассола. Проводимость пласта зависит от относительной насыщенности рассолом порового пространства, и углеводородный флюид группируется с материнской горной породой, так как они оба непроводящие. Таким образом, углеводород и материнская горная порода вводятся в уравнение в виде суммы их относительных объемов. Эффективная проводимость а_эф этого земного пласта оценивается с помощью выражения (σ_3φ -σ₀) (Ьо_эф+(1-Ь) σ₀) ^_1 = Φ^(σ^-σ₀) (Ь0ь+ (1~Ь) σ₀) ^_1 где а_о - дополнительный параметр в виде тензора проводимости, к = 1...Ν, N - количество компонентов в составе, а_эф - тензор проводимости образца, а_к - тензор проводимости компонента к, ф_к - относительный объем компонента к, Ь - тензор деполяризации (тензор формы). Предпочтительно, чтобы тензор деполяризации был положительным и имел единичный след. В предпочтительном примере тензор деполяризации равен 1/3 единичного тензора.

Член σ₀ означает дополнительный параметр, который можно рассматривать как дополнительную первичную среду, в которую добавляли компоненты, пока первичная среда не была полностью замещена компонентами, в результате чего с ней не связано никакого относительного объема. Наличие этой первичной среды позволяет модели быть симметричной для всех ее составляющих, т.е. ни одному из компонентов горной породе, глине или рассолу - не отдается предпочтение в модели. Зависимость σ₀ от разных параметров, которые предстоит определить, определяет характеристики просачивания в модели. Установка σ₀ = σ^^ дает известную среднюю Т-матричную аппроксимацию, которую называют также обобщенным уравнением Клаузиуса-Моссотти. Эта модель характеризуется заметной ассиметрией между компонентом рассола и другими компонентами, поскольку только рассол будет просачиваться, независимо от его относительного объема. Выбор непротиворечивой проводимости первичной среды, σ0 = σ^, приводит к известной апроксимации когерентного потенциала, которую называют также обобщенным уравнением Бругемана. Эта модель симметрична для всех компонентов, но ее недостаток заключается в том, что требуются нереально высокие пороги просачивания для каждого компонента.

В предпочтительном варианте дополнительный параметр σ0 выбирают как

Σ Ьь. <з_к; для к = 1,2,3 где 11 _к - тензор коэффициента смешивания, относящийся к компоненту к, причем этот тензор содержит коэффициенты смешивания, представляющие геометрическую информацию о пространственном распределении компонентов в пласте. Эти коэффициенты определяют связность, т.е. степень просачивания отдельных компонентов. Коэффициенты не имеют отрицательного знака и удовлетворяют следующее нормировочное условие:

Σ - ъдля к = 1, 2, 3.

Данное нормировочное отношение гарантирует, что полученная эффективная проводимость σ^ удовлетворяет пределы ХашинШтрикмана, известные специалистам.

Кроме того, компонент, имеющий стремящийся к нулю относительный объем, не может просачиваться, и поэтому соответствующий параметр связности должен быть равен нулю

11ш 11_к, = 0; для ф_к => 0.

Тензор коэффициента смешивания целесообразно выбрать как

Ьк = Ак фк V*. (£ ^λπ Ф» ν»)'¹где к, η = 1...Ν, N - количество компонентов, составляющее указанное множество компонентов,

Х_к - тензор скорости просачивания, относящийся к компоненту к, ф_к - относительный объем компонента к,

У_к - показатель просачивания, относящийся к компоненту к.

Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, один из параметров 11_к, Х_к и V был подгоночным параметром.

Для испытания изобретения были взяты данные, полученные на 27 образцах керна сланцевых песков, представленные в упомянутой выше публикации 8РЕ. В этой работе даны кривые С_о - СТ для образцов керна, начиная от почти чистого песка (ρ_ν = 0,017 экв/л) до чрезвычайно сланцевого песка (ρ_ν = 1,47 экв/л). Все образцы содержали каолинит, монтмориллонит и иллит отдельно или вместе. Характерные петрофизические данные для каждого образца приведены в прилагаемой таблице, в которой ф означает пористость образца, к - проницаемость образца, а ρ_ν - катионообменную способность на единицу порового объема образца. Проводимость каждого образца в полностью насыщенном рассолом состоянии измеряли для 8-10 соленостей рассола. Кроме того, на образцах производили измерение концентрационного мембранного потенциала.

Параметры этой модели выбирали следующим образом:

(1) Рассол

Относительный объем рассола, ф_ь определяют по пористости, количеству связанной с глиной воды и насыщенности водой Проводимость рассола а_Ь(=С\Э определяют по солености и температуре рассола. Два параметра просачивания, Х_ь и V, являются свободными параметрами.

(2) Горная порода/углеводород

Объем углеводородов, ф_йс, определяют по общей пористости, количеству связанной с глиной воды и насыщенности углеводородом 1-8_ν, а объем материнской горной породы, ф_г, вычисляют, используя правило суммы и относительные объемы. Как порода, так и углеводород имеют стремящуюся к нулю проводимость. Параметры просачивания, λ_Γ и Х_Ьс, обоих компонентов приняты за единицу. Коэффициент смешивания, относящийся к породе/углеводороду, й_г/й_с, следует из условия

(3) Глина

Объем глины, ф_с, и проводимость глины, а_с, являются свободно подобранными параметрами. Скорость просачивания, λο, принята равной нулю, что соответствует не слоистым глинам. Было обнаружено, что дополнительный свободный параметр не дал существенного улучшения модели, подходящей для набора данных.

Были произведены измерения С_о - С\ для чрезмерной засолености, а именно, солености в диапазоне 1-300 г/л. Относительный объем рассола колебался незначительно для всего диапазона солености для взятого образца. Поэтому параметр просачивания V в эксперименте был принят равным единице, в результате чего параметр просачивания 11_ь принял постоянное значение, а количество свободных параметров уменьшилось до трех.

Для каждого образца была выполнена подгонка к кривой С_о - С\ по минимизации относительной некогерентности, определенной как

где С_о,_рас - расчетная проводимость образцов полностью насыщенной рассолом породы,

С_о,_изм - измеренная проводимость образцов полностью насыщенной рассолом породы,

2- - суммирование соленостей.

В прилагаемой таблице приведены результаты трех подгоночных параметров ф_с, а_с и 11_ь и относительная некогерентность.

Кроме того, в таблице приведена некогерентность между мембранным потенциалом (^_расч), определенным предложенным способом, и измеренным мембранным потенциалом (Т_изм)

Мембранный потенциал является особенно интересной величиной, так как он является прямой неразрушающей мерой вклада глины в общую проводимость, который не использовался для определения подгоночных параметров.

Ниже приводится сравнительный пример, позволяющий более конкретно проиллюстрировать изобретение.

Сравнительный пример.

Как было указано выше, в упомянутой выше публикации 1 кроме данных для 27 образцов керна предложена эмпирическая модель, называемая в общем как модель ВаксманаСмитса. Для сравнения предложенного способа с моделью Ваксмана-Смитса определяли относительную некогерентность между измеренными проводимостями и проводимостями, определенными с помощью модели Ваксмана-Смитса, и относительную некогерентность между измеренными концентрационными мембранными потенциалами и концентрационными мембранными потенциалами, определенными с помощью модели Ваксмана-Смитса. Эти относительные некогерентности для всех 27 образцов приведены в таблице. Для модели Ваксмана-Смитса применяли следующее известное выражение:

С_о = С_те/Г* + ВОЛ* при Г* = ф^-тгде т - свободный параметр (также называемый показателем цементации), О, - определяется из измерений образца, так же как и пористость ф, при этом была использована стандартная Вдиаграмма для вычисления влияния солености и температуры на измерения проводимости.

Из сравнения значений некогерентности, полученных с помощью предложенного способа, и значений некогерентности, полученных с помощью модели Ваксмана-Смитса, видно, что предложенный способ позволяет получить лучшие результаты. В частности, чрезвычайно низкие значения некогерентности для концентрационного мембранного потенциала, которые, в основном, постоянны во всем диапазоне 9_ν, свидетельствуют, что точность результатов, полученных предложенным способом, гораздо выше.

Предложенный способ может найти применение при определении относительного объема рассола или углеводорода в земном пласте, если имеются данные каротажа, характеризующие проводимость пласта. Способ может быть реализован, например, следующим образом. Проводится каротаж электропроводимости земного пласта с использованием каротажного прибора, опущенного в буровую скважину в земном пласте. Для изотропного пласта, содержащего рассол, (индекс Ь), глину (индекс с) и непроводящую горную породу и углеводород (индекс г/йс), породу и углеводород группируют вместе, так как их проводимости стремятся к нулю. Выбирается зависимость ^σ^~^σο _у, ~^σο ^ + 2σ₀ ΓΓ*σ*+2σ₀ где Со “ у⁵, Ьк 0к

Йк ⁼ ^к <^к Ук (Σλη φ_η ν_η) ¹ в которой σ₀ - дополнительный параметр, к, η = 1...Ν, N - количество компонентов, σ^ - проводимость земного пласта, σ_κ - проводимость компонента к, ф_к - относительный объем компонента к,

11_к - коэффициент смешивания, относящийся к компоненту к, /_к - коэффициент просачивания, относящийся к компоненту к, ν\.„ - показатель просачивания, относящийся к компонентам к, η.

Каждый компонент к имеет четыре параметра: ф_ь σ^ /к и ν^ при этом фв, σβ, σ^/нс измеряются непосредственно. Кроме того, /_с = 0 для дисперсной глины. й_кнс и ф_в/нс следуют из правила суммы. Необходимо определить параметры σ,., λ_Β, ν_Β и ф_с. Эти параметры определяют посредством прямого моделирования на экспериментальных данных. σ,., λ_Β, ν_Β остаются неизменными во всем геологическом пласте, а ф_в зависит от глубины. Экспериментальные данные для определения параметра включают в себя каротажные измерения содержащей рассол зоны, лабораторные измерения коэффициента удельного сопротивления пласта (КСП) и экспериментальные измерения солености рассола. Каротажные данные из содержащей рассол зоны используются для корреляции локального параметра ф_с с подходящими комбинациями 1о§§/1о§, известными в области каротажа. σ,., λ_Β, ф_в и корреляция ,1_с с подходящими комбинациями 1о§§/1о§ могут использоваться в углеводородсодержащих пластах. Для каротажа скважин приведенная выше зависимость и указанные параметры, относительный объема рассола, а значит, и относительный объем углеводорода, определяются как функция глубины.

	Петрофизические данные	параметры	нскогерентность в изобретении	нскогерентность в прототипе
Образец N	Ф	к [тО]	Ων [экв4п]	Ус	о_с [т8/ст]	Ьв	V Δ² _г “ ^со Гд	. Σ4	Уд² _{г с}
1	0,239	659	0,017	0,0532	2,9581	0,2016	0,002	0,018	0,009	0,026
2	0,212	105	0,052	0,1822	1,3537	0,2038	0,002	0,035	0,061	0,099
3	0,231	397	0,052	0,1376	1,8607	0,2517	0,002	0,014	0,031	0,097
4	0, 080	1,34	0,26	0,1323	1,3325	0,1788	0,010	0,119	0,045	0,010
5	0, 154	55	0,2	0,3216	1,4851	0,3752	0,005	0,042	0,149	0,128
6	0,215	29	0,095	0,3467	1,0193	0,1370	0,003	0,026	0,206	0,257
7	0,171	3.5	0,053	0,3779	0,7847	0,1200	0,008	0,016	0,312	0,446
8	0,171	7,66	0,053	0,3119	0,8994	0,1274	0,007	0,018	0,234	0,366
9	0, 199	57	0,085	0,3935	1,0627	0,1613	0,007	0,025	0.276	0,351
10	0, 125	0,042	0,263	0,432	0,3113	0,0255	0,029	0,074	0,483	0,262
11	0,125	0,0106	0,253	0,4007	0,2590	0,0233	0,037	0,057	0,348	0,.203
12	0,110	1,86	0,28	0,5855	0,8601	0,1326	0,018	0,010	0,760	0,.542
13	0,110	0,3	0,28	0,5998	1,0802	0,1286	0,020	0,016	0,868	0,589
14	0,110	2,08	0,28	0,5815	0,6025	0,1998	0,054	0,029	0,854	0,538
15	0,092	0,128	0,41	0,509	1,4537	0,0402	0,027	0,025	0,917	0,449
16	0,103	0,024	0,67	0,7202	1,4583	0,1103	0,010	0,013	1,263	0,529
17	0,140	0,575	0,33	0,7763	1,5783	0,0977	0,050	0,013	1,606	0,919
18	0,259	3,78	0,59	0,7033	2,8964	0,1357	0,012	0,007	1,173	0,507
19	0,259	17,1	0,59	0,6408	2,8227	0,1484	0,010	0,012	0,823	0,376

	Петрофизические данные	параметры	некогерентность в изобретении	некогерентность в прототипе
Образец N	Ф	к [тЭ]	Ων [экв/л]		Ос [т8/ст]	Ьв	^Сй~^с$	Σ4		,Σδ^!.
20	0,259	44,8	0,59	0,5978	3,4771	0,2113	0,003	0,023	0,674	0,286
21	0,238	315	0,29	0,6984	1,3859	0,1812	0,009	0,031	0,632	0,546
22	0,225	1,92	0,72	0,7651	2,4172	0,0766	0,016	0,013	1,808	0,637
23	0,242	54,3	1,04	0,7306	4,0758	0,1165	0,022	0,011	1,640	0,490
24	0,216	0,546	0,81	0,7751	2,6418	0,0659	0,021	0,014	2,1-3	0,703
25	0,.187	0,0348	1,27	0,7995	3,4510	0,0726	0,005	0,040	0,490	0,369
26	0,229	1,53	1,47	0,7491	5,0425	0,0887	0,042	0,026	2,.155	0,470
27	0,209	0,263	1,48	0,7656	5,1455	0,0884	0,001	0,067	0,495	0,326

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Claims

1. Способ определения параметра компонента в составе земного пласта, выбранного из электропроводности и относительного объема компонента в составе, содержащем множество компонентов земного пласта, заключающийся в том, что бурят скважину в земном пласте для получения испытуемого образца керна, измеряют электропроводность состава с помощью каротажного прибора, выбирают зависимость между электропроводностью состава и множеством параметров состава, включая физические параметры, характеризующие электропроводность и относительный объем каждого компонента состава, причем все компоненты по существу равно представлены физическими параметрами в указанной зависимости, и определяют выбранный параметр из указанной зависимости и измеренной проводимости состава, отличающийся тем, что в указанную зависимость вводят дополнительный параметр, который зависит от проводимости одного из компонентов и коэффициента смешивания, при этом коэффициент смешивания зависит от геометрической конфигурации компонентов в составе и определяет степень просачивания отдельных компонентов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное множество параметров состава включает в себя, по меньшей мере, один подгоночный параметр, который определяют посредством применения указанной зависимости к набору данных, полученных путем измерения электропроводности, по меньшей мере, одного образца, характерного для указанного состава, для разных значений, по меньшей мере, одного из указанных параметров.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанную зависимость выбирают как (о_Эф- ©о) (Ь©_Эф+ (1-Ь) ©о) ^_1 = Σφκ.(©κ-©ο) (Ьок+(1-Ь) σ0) ^_1где Оо представляет дополнительный параметр в виде тензора проводимости, к = 1...Ν, N - количество компонентов в составе, а_эф - тензор проводимости образца,

О_к - тензор проводимости компонента к, ф_к - относительный объем компонента к, Е - тензор деполяризации.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанный дополнительный параметр выбирают как ^σο = Σ ^Ек Ок где О_о представляет дополнительный параметр в виде тензора проводимости, характерного для проводимости в трех основных направлениях, к = 1...Ν, N - количество компонентов в составе,

О_к - тензор проводимости компонента к,

Е_к- тензор коэффициента смешивания, относящийся к компоненту к.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что коэффициенты смешивания выбирают таким образом, что их сумма по существу равна единице.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что коэффициенты смешивания не имеют отрицательного значения.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что каждый коэффициент смешивания выбирают как функцию, по меньшей мере, относительного объема компонента, относящегося к указанному коэффициенту смешивания.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанная функция является монотонно возрастающей функцией в относительном объеме компонента, относящегося к коэффициенту смешивания.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что указанную функцию выбирают так, чтобы коэффициенты смешивания стремились к нулю для обращающегося в нуль относительного объема компонента, относящегося к коэффициенту смешивания.

10. Способ по любому из пп.1 или 9, отличающийся тем, что каждый коэффициент смешивания выбирают как

Ек = Хк ф_к Ук(Х λ φ_η У_п)-‘ к, η = 1...Ν, N - количество компонентов, составляющих указанное множество компонентов, λ_1: - тензор скорости просачивания, относящийся к компоненту к, ф_к - относительный объем компонента к,

У_к>п - показатель просачивания, относящийся к компонентам к, η.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один из параметров 1ι_1:. λ]< и V является подгоночным параметром.

12. Способ по любому из пп.3-11, отличающийся тем, что тензор деполяризации имеет положительное значение.

13. Способ по любому из пп.3-12, отличающийся тем, что тензор деполяризации имеет единичный след.

14. Способ по любому из пп.3-13, отличающийся тем, что тензор деполяризации равен 1/3 единичного тензора.

15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что определение подгоночного параметра посредством применения указанной зависимости к набору данных выполняют как итеративный процесс.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что итеративный процесс заключается в многократном применении указанной зависимости в схеме минимизации.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что схему минимизации применяют к рассогласованию между измеренными электропроводностями указанных компонентов и электропроводностями компонентов, определенных с помощью указанной зависимости.

18. Способ по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что указанным составом является земной пласт.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что указанный земной пласт содержит, по меньшей мере, один компонент из горной породы, рассола, углеводородного флюида и глины.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что указанным определяемым параметром является относительный объем углеводородного флюида или рассола.

Евразийская патентная организация, ЕАПВ

Россия, Москва, ГСП 103621, М. Черкасский пер., 2/6