使用分配系數(shù)增強儲層流體分析的制作方法
【專利說明】使用分配系數(shù)増強儲層流體分析
[0001] 背景
[0002] 隨著油井鉆井變得日益復雜，需要收集和分析與地層相關的信息。一種收集此信 息的方式是通過分析循環(huán)流體，諸如鉆井流體。鉆井流體或"泥漿"是特別設計的流體，當 在地下地層中鉆井筒時，所述流體在井筒或鉆孔中循環(huán)以促進鉆井操作。鉆井流體的各種 功能包含從井筒去除鉆機切割部分，冷卻和潤滑鉆頭，輔助支撐鉆桿和鉆頭，以及提供靜水 壓頭以維持井筒的完整性且防止井噴。
[0003] 通常在鉆井操作期間監(jiān)測鉆井流體的屬性。舉例來說，經(jīng)常需要準確地測量鉆井 流體在離開井筒時的烴類氣體濃度。鉆井流體中的烴類氣體的等級可影響鉆井的方式以及 所涉及的鉆井機和人員的安全性。此外，鉆井流體中存在的烴類氣體和其它成分的濃度可 指示被鉆井的地層的特性和鉆井環(huán)境。
[0004] 因此，分析鉆井流體和其在鉆井操作期間經(jīng)歷的改變是優(yōu)化鉆井操作的重要因 素，且對于鉆井方法以及鉆井操作的效率可以是重要的。因此，在井筒的鉆井、完成和測試 期間，需要獲得從井筒回流至地面的流體的分析測量。
[0005] -種收集和分析鉆井流體的方法涉及在鉆井流體離開井筒時將容器內(nèi)的轉子浸 沒至鉆井流體中。鉆井流體在其進入和離開容器時被攪動且其中溶解的氣體中的一些蒸發(fā) 且逃離流體的限制。這些蒸發(fā)的氣體接著被收集且通過分析方法處理以確定鉆井流體中的 烴和其它成分的存在和等級。
[0006] 然而，當鉆井流體暴露于含有氣體的地下儲層時，取決于儲層的各種特性，那些氣 體分配至井筒中存在的不同流體中。當那些流體循環(huán)回到地面時，經(jīng)常通過從流體提取那 些氣體來測量氣體含量。常規(guī)氣體提取方法一般不區(qū)分氣體如何（或氣體中的多少）分配 至不同流體中。舉例來說，現(xiàn)有方法不測量水相中的殘余飽和量，也不考慮成分在油相和水 相中的相應量。
[0007] 實際上，地面井場分析的某些常規(guī)技術可導致不需要的相變。為了解決問題的先 前努力試圖通過提供對井筒本身中的流體取樣的復雜程序來解決此問題。然而，井下分析 經(jīng)常需要停止井筒中的循環(huán)，此可導致若干問題。停止循環(huán)可導致因延遲生產(chǎn)引起的經(jīng)濟 困難。其也可導致因為井筒的內(nèi)含物下陷引起的損壞。
[0008] 因此，需要提供可較準確地測量和分析從儲層取得的流體樣品以確定流體樣品所 取自的儲層的特性。
[0009] 附圖簡述
[0010] 這些圖式說明本發(fā)明的實施方案中的一些的某些方面，且不應用以限制或限定本 發(fā)明。
[0011] 圖1說明示范性井筒和循環(huán)流體在井筒內(nèi)的流動。
[0012] 圖2說明可用以實踐本發(fā)明的用于提取氣體的系統(tǒng)的一個示例。
[0013] 詳細描述
[0014] 本公開提供對循環(huán)流體的樣品的較復雜的分析，以獲得關于循環(huán)流體已暴露于的 地下儲層的性質和組成的較準確的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有方法依賴于一個或多個校正系數(shù)來估計成分 轉化為氣體的效率。現(xiàn)有氣體分析方法迫使氣體離開循環(huán)流體樣品且測量僅那個氣相的組 成，而本公開的方法將評估泥漿樣品的所有相的流量和組成。此包含氣相、水相、有機相和 固相。本公開的教示通過計算或測量成分在每一相中的量來直接說明成分轉換為氣體的效 率，從而消除對估計的校正系數(shù)的需要。
[0015] 本公開的方法和系統(tǒng)利用分配系數(shù)來量化循環(huán)的流體樣品的四種相之間的轉變。 某些分配系數(shù)描述固相與其它三種相中的每一者之間的轉變。其它分配系數(shù)描述水相與有 機相或氣相之間的轉變。最后，分配系數(shù)描述有機相與氣相之間的轉變。這些分配系數(shù)可用 以描述兩種相之間的雙向的轉變。通過使用適當?shù)姆峙湎禂?shù)，有可能通過測量一種相（例 如，氣相）的組成來確定不同的相的組成。
[0016] 本公開的方法和系統(tǒng)可用于安置在地下地層中的井筒。井筒可形成，以便延伸至 位于地下地層中的儲層中。在一個實施方案中，可將套管安置在井筒內(nèi)且可將水泥引入套 管與井筒壁之間，以便將套管固持在適當位置且防止套管與井筒壁之間的流體運移。油管 柱可安置在套管內(nèi)。在實施方案中，油管柱可以是接合油管、連續(xù)油管，或適合用于地下井 環(huán)境中的任何其它類型的油管。考慮到諸如井深度、壓力、溫度、化學環(huán)境和其預期用途的 適合性的因素，本領域技術人員可知道合適的類型的油管以及油管直徑和厚度的適當選 擇。
[0017] 圖1說明可使用本公開的典型鉆井操作的一個示例。在示范性鉆井操作中，將井 筒110從鉆臺102鉆井至含有儲層的地下地層104。井筒可包含套管井114和裸眼井116。 在套管井114中，井筒110用金屬套管、水泥或其它構件被密封以與地下地層104隔開。在 裸眼井116中，井筒110暴露于地下地層104且流體可在井筒110與地下地層104之間流 動。防噴器（Β0Ρ)組117可安置在套管井114上方。隔水器118可連接防噴器與地面。鉆 柱122可安置在井筒110內(nèi)。頂部驅動器124可使鉆柱124旋轉以使位于鉆柱122底部的 鉆頭126轉動。
[0018] 本公開的方法和系統(tǒng)可與在井筒110中循環(huán)的任何流體一起使用。在鉆井操作期 間，通常使鉆井流體（或"泥漿"）循環(huán)。鉆井流體或泥漿可包括任何基礎流體，包含但不限 于水、油、合成油和/或合成流體。在某些實施方案中，鉆井流體可還包括懸浮在基礎流體 中的固體。非水基泥漿可含有油或合成流體以作為連續(xù)相，且還可含有通過乳化作用分散 在連續(xù)相中的水，使得在流體中不存在明顯的水層。油中的此分散的水大體上稱作逆乳液 或油包水乳液。數(shù)種添加劑可包含在此鉆井流體和逆乳液中以增強流體的某些屬性。此類 添加劑可包含（例如）乳化劑、增重劑、降濾失劑或降濾失控制劑、增粘劑或粘度控制劑，和 堿。
[0019] 維持鉆井泥漿的密度以便控制泥漿施加在井底部的靜水壓力。如果泥漿太輕，那 么壓力比鉆井泥漿形成的靜水壓力高的地層流體可進入井筒且不受控制地流動至地面，從 而可能導致井噴。如果泥漿太重，那么施加在井筒底部的靜水壓力可降低鉆頭將鉆孔的速 率。另外，過大的流體重量可使地層破裂，從而導致嚴重的井筒破壞。受益于本公開的本領 域技術人員將知道如何使用適當?shù)奶砑觿﹣砜刂颇酀{的重量。
[0020] 如圖1所示，鉆井泥漿在井筒110中循環(huán)通過鉆柱122。最初，鉆井泥漿從泥漿槽 系統(tǒng)130被栗抽到鉆柱122。若干升壓栗132a至132d可用以幫助移動鉆井泥漿。鉆井泥 漿可通過立管134和水龍帶136被栗抽至鉆柱122的頂部。鉆井泥漿從鉆柱122中其離開 鉆柱122處被栗抽通過鉆頭126。鉆井泥漿接著通過鉆柱122與井筒110之間的環(huán)形空間 向上流回至地面。當其到達地面時，鉆井泥漿流動通過流出管線142。其在進入回流管線 146之前經(jīng)過清潔系統(tǒng)144,回流管線146可使鉆井泥漿回流至泥漿槽系統(tǒng)130。
[0021] 根據(jù)本公開的實施方案，在將泥漿引入至井筒中之前確定泥漿的物理特性。舉例 來說，測量鉆井泥漿的所有四種相（固相、水相、有機相和氣相）的初始流量和組成?；?泥漿的所測量的特性，可計算泥漿的特定參數(shù)。舉例來說，可產(chǎn)生泥漿樣品中的所有四種相 (固相、水相、有機相和氣相）的分配系數(shù)集。分配系數(shù)是基于相平衡，相平衡可針對壓力、 溫度歷史、粒子效應和/或其它條件被校正。相平衡模型選擇取決于其對壓力和溫度的適 合性。若干相平衡模型也可能用以恰當?shù)卮_定循環(huán)系統(tǒng)中的不同點處的分配系數(shù)。這些可 針對非牛頓流體相態(tài)和在相之間交叉的