烃储层中的连续的水的压力的测量的制作方法

1.本发明涉及用于烃储层中的连续的水的压力的测量的装置、以及相关方法。


背景技术：

2.存在下述若干技术：这些技术用于在新井的钻探期间限定烃
‑
水接触面，从而渗透接触面，大部分基于在钻探期间或之后使用专用的丝线测井仪器所记录的电气日志。还有下述测井仪器：这些测井仪器能够在钻探期间使用深电阻率探查，在距井的某一距离处检测水位的位置，然而这两种解决方案在烃生产开始给出接触面的位置，并且水
‑
烃接触面逐渐地朝向井口前进。
3.还存在使用永久性设施的解决方案，这些永久性设施可以使用交叉孔电磁层析成像以一定程度的近似值来检测水的运动。在这种情况下，沿着至少两个生产或监测井放置多个电极，并且以规则的间隔进行探查。使用两个监测井，沿着包含两个孔的平面进行探查，其中，使用三个或更多个孔，可以对含有井的容积内部的水的运动进行评估。这些解决方案的一些缺点是复杂性、成本以及需要至少两个孔。
4.检测运动的一些最近的解决方案是基于来自沿着井孔放置、通常是水平的相对高数目的电极的多频电磁探查，这是完成的一部分。通过若干井放置成彼此平行，可以将水的运动映射在大面积上。该解决方案也相对复杂且昂贵，并且还需要将井沿着预定义和可能并行图案来放置，这种情况仅在特定解决方案中是可以的。
5.4d地震探查也是已知的，并且可以给出有关水烃接触面的位置的重要信息，然而探查的效率仅对于高密度对比有好处，例如在具有强水驱动的气田中有好处。此外，永久性设施较为昂贵，并且鉴于其较高的成本，也可以仅以长的间隔执行按需记录。
6.现有技术包括编号为342792的挪威专利(“用于烃储层内部的水相的压力的测量的探针布置”)，该专利公开了通过钻探经过地层的接近井的受干扰和/或污染的区域来对烃储层内部的水的压力进行测量的装置和方法。
7.现有技术还包括us2011/0284216a1，其公开了用于通过井生产烃流体的方法，该井具有包括套管部段的井套管柱，该井套管柱由环形空间围绕。环形空间包括传感器组件，该传感器组件用于在围绕环形空间的地下地层中和/或套管柱的部段内，在环形空间内对固体和流体材料的电磁和/或其他物理性质进行测量。传感器组件安装在可膨胀材料比如可膨胀的橡胶或其他弹性体材料的本体上，可膨胀材料的本体紧固至所述套管部段的外表面，并在套管柱已下降到井孔中之后将传感器组件按压成抵靠周围的地下地层的内表面。
8.现有技术还包括us2011/0315377a1，其公开了井下仪器，该井下仪器包括构造成用于在井孔中展开的管和设置在管的外部的测量单元。测量单元包括嵌入在膨胀材料中的检测器。


技术实现要素：

9.在主权利要求中阐述了本发明并描述了本发明的特征，同时从属权利要求描述了
本发明的其他特性。
10.因此，提供了一种用于烃储层中的连续的水的压力的测量的装置，该装置包括：压力传感器；亲水隔膜，该亲水隔膜定位在储层地层与压力传感器之间，亲水隔膜具有表面积；和偏置装置，该偏置装置用于以一力推动亲水隔膜抵靠储层地层，该力等于或大于烃相与水相之间的压力差乘以亲水隔膜的接触表面的表面积。
11.该装置还可以包括清洁装置，该清洁装置适于在推动亲水隔膜抵靠储层地层之前清洁储层地层的表面。清洁装置可以是机械清洁装置，比如刷、适于对井壁喷射流体的喷射器，或者为下述装置：该装置通过针对井壁引发振动和/或压力脉冲来进行清洁。清洁装置可以适于注入清洁孔隙并移除所吸附的化学物质的流体，比如甲醇、甲苯、水基、酸或其组合。偏置装置可以是弹簧。偏置装置可以是可膨胀的弹性体。偏置装置可以是金属衬套。
12.在实施方式中，亲水隔膜具有抵靠储层地层的连续表面。亲水隔膜可以包括抵靠储层地层的多个分离的表面。
13.在实施方式中，该装置还包括将水的压力的测量值传送至表面的发送器装置。发送器装置可以连续地传送水的压力的测量值。
14.在实施方式中，该装置还包括用于亲水液体的储层。
15.还提供了一种将根据本发明的装置安装在烃储层中的方法，该方法包括：
16.a)使偏置装置扩展，直到偏置装置与地层接触为止；
17.b)使偏置装置扩展，直到以一力将亲水隔膜推动成抵靠储层地层为止，该力等于或大于烃相与水相之间的压力差乘以亲水隔膜的接触表面的表面积；
18.其中，在步骤b)之前或之后，将来自储层的亲水流体穿过亲水隔膜注入到地层中以克服侵入带。
19.还提供了一种将根据本发明的装置安装在烃储层中的方法，该方法包括：
20.‑
靠近装置设置封隔器，
21.‑
将亲水液体注入至亲水隔膜；
22.‑
使偏置装置扩展，直到封隔器与地层接触为止；
23.‑
使偏置装置扩展，直到以一力将亲水隔膜推动成抵靠储层地层为止，该力等于或大于储层中的烃相与水的压力差乘以探测隔膜接触面积，使得亲水流体被迫从隔膜中出来并进入到地层中以克服侵入带。
24.与烃储层的开发有关，所提出的解决方案的主要优点是简单性、烃接触面确定的更高精度、以及安装的较低成本。这些特性的组合将使该技术在单个仪器(甚至几个仪器)应用在每个井的情况下在每个井中是适用的。在不同井中所收集的信息的组合将使得可以了解水是如何在储层的内部移动。知道水如何移动将如何有助于确定放置填充井的位置，以便更有效地回收剩余的烃。
25.本发明公开了下述系统和方法：该系统和方法在不必经过井孔附近的受干扰和/或污染区域进行钻探的情况下对烃储层的内部的水的压力进行测量。
附图说明
26.本发明的上述和其他特性将通过参照所附的示意图对以下作为非限制性示例给出的实施方式的描述而变得清楚，在附图中：
27.图1示出了本发明的第一示例性实施方式；
28.图2示出了本发明的第二示例性实施方式；
29.图3示出了本发明的第三示例性实施方式；
30.图4示出了本发明的第四至第七示例性实施方式；
31.图5示出了本发明的第八示例性实施方式；
32.图6示出了根据本发明的示例性亲水过滤器；
33.图7示出了本发明的第九示例性实施方式；
34.图8示出了本发明的第十示例性实施方式；
35.图9示出了本发明的第十一示例性实施方式；
36.图10示出了本发明的第十二示例性实施方式。
具体实施方式
37.以下描述可以使用比如“水平”、“竖向”、“侧向”、“前和后”、“上和下”、“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“向前”、“向后”等术语。这些术语通常是指如附图中示出的视图和取向，并且这些术语与本发明的正常使用相关联。术语仅为了方便读者而使用并且不应当是限制性的。
38.在以下部分中，阐述本发明的各种示例和实施方式，以便向技术人员提供对本发明的更透彻的理解。在各个实施方式的上下文中并且参照附图所描述的具体细节不旨在被解释为限制。而是，本发明的范围由所附权利要求限定。
39.本发明的目的是在烃田的整个开采寿命期间，不论烃相的压力如何，对地层内部的水的压力进行连续测量而。
40.水的压力与烃的压力之间的差异将有助于限定在油田的开采寿命期间移动的烃
‑
水接触面的位置。监测储层的不同部位中的这种接触面的演变将有助于了解地层水或注入的水在储层中如何移动，并有助于了解未开采的烃的分布，从而最终提出使可回收烃最大化的最佳策略。图1示出了在时间t处对烃/水接触面与通用竖向井中生产间隔之间的距离h
w
(t)进行测量的一般概念。在井的开采寿命期间对油/水接触面的运动进行监测的可能性会产生以下几个优势：
41.井产能预测
42.这将使得可能在井的整个开采寿命期间将实际产能与预期特性进行比较。换句话说，尽管在任何单一的时刻将实际产能与预期流速进行比较相对容易，但目前还不存在下述系统：该系统能够评估井是否正在达到预期的最终累积采收率。这仅在地层水或注入的水遇到井时才变得清晰。由于储层的复杂性或储层水平处的不同层之间或不同井之间的意外连通，出于若干原因，最终采收率可能与初始模拟不同——更高或更低。这在天然裂缝性储层中可能更为典型。
43.许多井因初始流速被认为是成功的；然而，最重要的是，流速可以在其整个预期开采寿命中持续地维持。何时必须采取决策以便分配新的加密井或以对井或田的开采寿命终止进行评估的信息非常重要。
44.尽管通过对油水接触面(owc)的距离随时间变化的分析，可能可以对水达到井的预期时间以及因此预期的最终累积进行评估，然而通过对同一函数的导数的分析，可以对
例如水锥进(water corning)是否正在进行中或者水是否通过通道而不是通过具有预期几何形状的路径接近进行评估。
45.井产能优化
46.一旦对owc随时间变化的特性进行监测，考虑到流速是可变的，则可能可以使随时间变化的产能最大化。
47.图2图示了同一井中的多于一个的仪器对在不同生产层中的烃
‑
水接触面的运动进行检测的实施方式。在这种情况下，仪器1可以均放置在水平储层部段中，从而检测一个或更多个层中的同一井的生产期间的接触面的特性h
b
(t)、h
c
(t)。然而，仪器2也可以放置在生产套管的外部并且记录未直接连接至同一井的生产带的层的压力特性ha(t)。
48.在图3中示出了另一示例性实施方式，并且该示例性实施方式表示在长期生产测试期间的临时安装。此处，三个不同的仪器1可以提供三个owc的不同距离的指示h
a
(t)、h
b
(t)和h
c
(t)以及三个owc在长期生产测试期间的特性。在这种情况下，勘探或评价井暂时完成并且投入生产持续一延长时段、例如几周或几个月，以对勘探或评价井的生产力和储层的特性进行评估。该仪器的重要应用将会是对测试期间的owc位置的确定。该信息非常相关，特别是当井穿过独立的地层时，这些独立的地层可能相连或可能不相连。对该早期的生产阶段的充分了解可能为该油田的开发提出最佳策略。
49.此外，该仪器可以在地质导向阶段中、当井必须放置在相对于水接触面的最佳位置中时应用。存在在钻探时给出对水位置的粗略估计的技术、例如深电阻率仪器；然而，对水的压力的局部测量可以增加置信度，并且有时地层水超出了深电阻率仪器的探查的范围。可以在钻探时进行测量，同时还可以测量烃相的压力。
50.对水的压力的测量可以以下述四个基本步骤描述：
51.1.在设置仪器之前准备地层表面；
52.2.设置仪器；
53.3.在仪器与地层之间建立亲水连续性；
54.4.在油田开采寿命期间获取和传输数据。
55.准备地层表面
56.在将仪器设定成抵靠地层之前，可能需要移除泥浆滤液的面板，该泥浆滤液已经沉积在可渗透地层部段上方的井壁处。这可以通过放置在仪器的前面的机械装置来实现。示例性装置包括刷或对井壁将喷射流体。振动/压力脉冲也可能移除污垢并且露出清洁的表面。所述机械装置可以在打开位置运行或者可以在设定操作之前打开，并且所述机械装置的动作可以通过旋转或通过轴向平移或旋转和轴向平移两者来实现。在另一示例中，可以注入流体——该流体清洁孔隙并移除所吸附的化学物质——比如甲醇、甲苯、水基、酸、或其组合。
57.设置仪器
58.该仪器的设置预计需要强大的力，以使仪器的关键部分保持与地层永久接触。这可以通过几种方式来实现、与弹性元件比如预压缩弹簧的扩展一样、通过使封隔器(packer)充气、通过迫使金属筒体扩展或者通过作为可膨胀封隔器的弹性体的永久扩展来实现。优选地，设定的过程通过使管中的内部压力增加或者使用任何其他系统比如轴向运动部件或者通过专用电线的电力来实现。待设定的第一部分将是包围半渗透隔膜的弹性
体，随后抵靠岩石压缩相同隔膜。隔膜将允许任何亲水流体进入地层，但是将阻挡任何烃类流体进入仪器本身。由于更高的烃的压力而朝向隔膜作用的力将由支承隔膜的力抵消。向隔膜施加以抵靠岩石的压力对下述情况将是至关重要的：在田的开采寿命期间提供所需的亲水连续性并且防止烃形成可以破坏与地层中的水的连续连接的薄膜。
59.建立亲水连续性
60.应该提供仪器与地层中的水之间的连续连通。为了达到这一点，重要的是克服地层的下述可能部段：在该可能部段中，水可能已经由包含表面活性组分的滤液所取代，该表面活性组分已经将岩石的表面改变成油湿性的。受损带的深度可以通过电气日志的分析来评估。提出的解决方案是注入一定量的亲水清洁溶液，以恢复岩石的水湿性。在不同类型的地层的情况下，亲水清洁溶液可以不同，例如在碳酸酯地层或白垩地层的情况下，亲水清洁溶液可以是下述弱酸：该弱酸能够通过部分地溶解岩石而使岩石表面的水湿性再生。可以按顺序注入不同的流体，以便实现与地层水的最佳的永久接触和连续性。该仪器可以在设置过程之后立即将存储在内部的专用量的流体注入，或者在井中存在的流体被适当地过滤并且具有正确的亲水特性的情况下该仪器可以将井中存在的流体部分注入。在进入地层之前，亲水流体将穿过亲水的半渗透隔膜。
61.获取和传输数据
62.一旦建立了亲水连续性，压力将立即降低，直至压力达到实际地层水的压力为止。优选地，该仪器应该能够测量两个不同的压力、烃的压力和水的压力。来自该仪器的数据应该根据数据传输系统以连续形式或在特定时刻期间被发送至表面。在图4中示出了数据传输的一些示例性实施方式。呈现了所有数据传送替代性方案以便更好地理解代表公知和可用技术的系统。
63.图4表示四个示例性实施方式，然而任何其他合适的系统将是可接受的。
64.第一示例性实施方式(图4a)是通过专用电线3的传输，该专用电线3可以沿着从仪器1至表面(未示出)的管放置。这是最佳可能的解决方案，因为数据被连续地获取并且电力被持续地提供给仪器。在某些情况下，该解决方案可以利用安装用于压力和温度的井下仪表的优点，这些井下仪表可能已经计划在井下运行。在这种情况下，专用线3(例如，呈电缆或光纤电缆的形式)已经是完成的部分，额外的成本将仅与沿着储层部段中的衬套的电缆部分相关。
65.第二示例性实施方式(图4b)是无线传输装置4，该无线传输装置4穿过管的钢或穿过地层进行传输。该系统需要电池电源。为了使获取时间延长，可能需要降低采样和传输速率、例如降低至每周一个信息。
66.在第三示例性实施方式(图4c)中，通过使用专用运行来进行数据获取，该专用运行具有任意装置5、如丝线、连续油管、碳纤维棒或其他。在这种情况下，特定装置5将暂时地放置在仪器的前面，并且数据将例如通过感应联接来获取。以该方式，所有记录的数据都将在每次运行中被下载，从而节省用于传输所需的所有能量，但该获取将因操作的成本而在时间上受到限制。
67.在第四示例性实施方式(图4d)中，其为被称为套管外设施(behind
‑
casing installations)的解决方案，由于围绕套管放置的仪器与放置在该仪器前面并且应用在生产油管中的发送器/接收器之间的无线通信，数据被持续不断地获取。该解决方案允许一旦
适当的接收器/发送器正确地放置在每个仪器的前面，则立即从沿着套管放置的任意数目的仪器中进行读取。在该解决方案中，仪器不需要电池，因为可以由同一发送器以无线的方式供给电力。
68.为了测量地层水的压力，必须在地层水与仪器内的测量系统之间形成亲水连续性，这是本发明的目的。该连续性的损失将阻碍测量水的压力的能力。
69.该仪器在图5中以其一般形式表示。
70.通过一系列偏置元件55比如弹簧的力迫使半渗透元件51抵靠地层52，该一系列偏置元件55作用在包含半渗透元件51的支承件54上。允许亲水液体(流体)53沿着专用通道在半渗透元件的下方流动。封隔器56通过相同的偏置元件55的力强力地压靠地层。半渗透元件51允许亲水液体(流体)53朝向地层52流动，但是阻止烃沿相反方向流动。偏置元件55的力大于地层的可移动烃对半渗透隔膜施加的力，使得半渗透隔膜51保持与地层的岩石持续接触。偏置元件的力f等于或大于烃相(p
o
)与水相(p
w
)之间的压力差p乘以半渗透元件51的接触表面的面积a，f＝(p
o
‑
p
w
)*a。
71.半渗透元件51仅允许水通过。存在可以用作为这种隔膜的几种不同的材料，但共同的特征是隔膜的表面是亲水的、即对水分子有吸引力。因此，我们可以称这种隔膜为亲水隔膜。在图6中示出了具有亲水颗粒61的示例性亲水隔膜。亲水隔膜可以由多孔且可渗透的材料制成，包括：氧化铝、氧化硅、高岭石、金属、聚合物或许多其他材料。亲水隔膜可以呈下述形式：糊状物(例如，与液体混合的固体颗粒)、陶瓷材料(例如氧化铝的熔融颗粒)、网状物、纤维束或这些材料的组合。材料可以是天然亲水的，或者材料可以通过表面涂层或通过进行表面处理而被制成为亲水的。亲水隔膜中的开口62必须小到使得开口62阻止烃相穿透隔膜。由于烃相——与水不同——并不是润湿相，因此烃相与水之间的界面需要充分地弯曲以穿过亲水隔膜的较小开口。用于在这种隔膜中孔隙的烃进入压力必须高于烃相与存在的水之间的压力差。在烃储层的顶部处水与烃相之间的压力差可以是几巴、在一些示例中超过10巴。
72.鉴于地层的岩石的渗透率，在井的钻探期间，来自钻探泥浆的一些流体可能进入地层的孔隙。当泥浆(钻探液体)是液相中的固体颗粒的悬浮物时，固体颗粒将在地层的前面形成薄层，同时液体的部分将进入可渗透的岩石达到一定的深度，该深度不能被忽略。
73.仪器的设置序列可以在三个步骤中完成。在第一步骤中，该仪器将扩展，直到封隔器将与地层接触为止。在第二步骤中，力将增加，直到封隔器将被完全设置并且半渗透隔膜将与地层完全接触为止。在该阶段中，圈闭在地层与封隔器之间的一些流体可能将被注入，并且在这种情况下，流体将进入地层。
74.在第三阶段中，一些亲水流体53将穿过半渗透元件51而被注入，并且将进入地层以克服侵入带。所需的流体的量取决于侵入的深度和地层的孔隙率。
75.在图7中图示了可以简化结构的另一示例性实施方式。在该实施方式中，该过程被减少至两个步骤，因为在相同的扩展过程期间完成了注入。半渗透隔膜含有所需的流体(溶剂、酸、水)，所需的流体在设置过程期间被挤压到地层中：一旦设置过程开始，作用在隔膜上的压力将立即迫使流体从隔膜中出来进入地层中。隔膜的最终厚度将由于流体的喷射而减小。
76.图8图示了使用膨胀封隔器时设置和注入同时发生的情况下的两步骤过程。围绕
管本体81组装有可膨胀的弹性体82，该弹性体82由存在于井或地层中的流体启用。在膨胀的封隔器的外部部分的一些部段中，安装有以相对较薄的层的形式的半渗透弹性隔膜83。所有隔膜均在其基部处通过挠性管88连接至亲水流体的储层84。封隔器在生产开始后正常地运行并且暴露于井中的流体或地层的流体，然后使橡胶缓慢地且逐渐地扩展直到完整的部段完全填充井部段为止。膨胀过程继续，从而使隔膜抵抗地层的压力增加。在扩展的最终部分期间或当该过程完全结束时，包含于储层84中的其中一些亲水流体通过泵单元85的支持穿过半渗透隔膜被注入到地层89中。具有所需电子器件86的测量装置获取地层水的压力，该地层水的压力在稳定后与储层腔室中流体的压力和井中可移动烃的压力相等。电子系统87提供传输能力以发送表面处的信息。
77.在该解决方案中，注入流体的替代性系统可以是任意不同的机械或液压系统，该机械或液压系统通常用于启用井下的仪器、如释放重量或增加基部管道内部的压力。
78.在图9中所图示的另一示例性实施方式中，与先前实施方式的不同之处在于，扩展不是因弹性体的膨胀、而是通过金属衬套92即机械地扩展的封隔器的塑性扩展而发生，该金属衬套92使弹性体和亲水隔膜压靠地层的壁。该扩展可以以不同的方式来完成，但是在该示例中通过经由背压阀91通过向内部管道施加压力来实现。专用锚固系统——在该附图中没有表示——将使管保持在扩展位置中，从而提供了系统的亲水连续性所需的持续力。
79.在图10中所图示的另一示例性实施方式中，与先前实施方式的不同之处在于，接触不是通过筒形表面来实现，而是在独立的垫101、102、103上实现。该解决方案的主要原因是可以在仪器必须封固时将仪器安装在套管的后面。在这种情况下，首先设置仪器和垫，并且通过半渗透隔膜实现亲水连续性。在将仪器设置好后，可以在环形部中泵送接合剂。鉴于垫为接合剂留下足够的空间以进行循环，该仪器不会对封固过程带来问题。为了使循环期间的摩擦损失进一步减少，可以将三个垫放置在不同的部段中，从而使流动区域扩大。在该示例中，扩展通过从基部管道的内部注入流体来实现，然而在不改变将封固操作与仪器的适当功能相结合的基本概念的情况下，可以设想不同的扩展系统。
80.在示例性实施方式中，各个特征和细节以组合的方式示出。关于特定示例描述了若干特征的事实不应被解释为意味这些特征必须一起被包括在本发明的所有实施方式中。相反，参考不同实施方式所描述的特征不应被解释为相互排斥。如本领域技术人员将容易理解的那样，结合本文所描述的特征的任何子组并且不是明显地独立的实施方式已经由发明人考虑并且是预期公开的一部分。然而，对所有这些实施方式的明确描述不会有助于理解本发明的原理，并且因此出于简单或简洁而省略了特征的一些排列。