Определение in situ эффективной подвижности и эффективной проницаемости пласта

1 Настоящее изобретение относится к определению in situ эффективной подвижностипластового слоя. Эффективная подвижность пласта определяется выражением= k/, где k обозначает проницаемость пласта (в единицахDarcy, размерность L2), апредставляет собой динамическую вязкость (выраженную в пуазах,размерность МL-1 Т-1). Подвижность выражают в единицах Darcy/пуаз, и она имеет размерностьM-1L3T. Пластовой слой представляет собой углеводородсодержащий пластовой слой. Используемый в тексте описания и формулы изобретения термин эффективная подвижность относится к подвижности пласта по отношению к незагрязненной пластовой жидкости, а термин подвижность относится к подвижности пласта по отношению к загрязненной пластовой жидкости. Способ определения подвижности описан в книге Formation Testing and Sampling, Schlumberger, 1996, стр. 6-3 - 6-8. Известный способ включает следующие стадии:a) выбор участка пластового слоя для проведения анализа;b) спуск через пробуренную скважину на выбранный участок аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием,снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием,открывающимся в центральную трубу и средства для вывода жидкости из центральной трубы;c) создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы путем введения в пласт зонда, выходное отверстие которого находится в прямой жидкостной коммуникации с входным отверстием центральной трубы;d) подачу пластовой жидкости в приемный резервуар и измерение прироста давления; иe) определение эффективной подвижности с использованием величины прироста давления. Подвижность определяли в две стадии. Вначале кривые прироста давления сравнивали с кривыми, полученными для различных режимов движения потока жидкости через пласт в зонд. Такое сравнение позволяет выбрать эффективный режим обтекания. Затем, используя измеренные значения и выбранный эффективный режим обтекания, рассчитывали подвижность. Вполне понятно, что при известном значении динамической вязкости из значения подвижности может быть рассчитано значение проницаемости пласта. Такая операция носит название анализа предтестового прироста (pre-test build-up analysis). Недостатком такого анализа служит тот факт, что определяется подвижность пласта относительно бурового глинистого раствора, поступающего в пласт в ходе бурения. В связи с тем, что пластовая жидкость загрязнена, ее вяз 004752 2 кость не идентична вязкости незагрязненной пластовой жидкости, вследствие чего такая предтестовая подвижность не идентична подвижности пласта относительно его углеводородсодержащего слоя. Однако авторы изобретения установили,что анализ предтестового прироста может использоваться для определения среднего значения истинной или эффективной проницаемости пласта. Такой способ определения среднего значения in situ проницаемости пластового слоя с пробуренной скважиной в соответствии с настоящим изобретением включает следующие стадии:a) выбор серии участков в пластовом слое;b) выбор из полученной серии первого участка;c) спуск через пробуренную скважину на выбранный участок аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием,снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием,открывающимся в центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости;d) создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы;e) пропускание пластовой жидкости через центральную трубу, ее поступление в приемный резервуар и измерение прироста давления;f) определение подвижности по измеренным значениям прироста давления;g) размещение аппарата вблизи следующего участка и повторение стадий d) - f) с целью определения подвижности на всех участках серии;h) определение эффективной подвижности на одном из участков серии, расчет проницаемости для выбранного участка с использованием известного значения вязкости незагрязненной пластовой жидкости, и определение вязкости незагрязненной пластовой жидкости с использованием проницаемости и подвижности,определенной на стадии f) для данного участка; и к) расчет проницаемости для других участков серии с использованием значений вязкости загрязненной пластовой жидкости и подвижности, определенной на стадии f) и расчет среднего значения проницаемости; причем определение эффективной подвижности, представляющей собой подвижность пласта относительно незагрязненной пластовой жидкости, включает стадии 1) выбора участка в пластовом слое; 2) спуска через пробуренную скважину на выбранный участок аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием,снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием, 3 открывающимся в центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости; 3) создания замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы; 4) пропускания пластовой жидкости через центральную трубу, анализ жидкости, ее поступление в приемный резервуар, когда жидкость представляет собой практически незагрязненную пластовую жидкость и измерение прироста давления; и 5) определения эффективной подвижности по измеренным значениям прироста давления. Следует иметь в виду, что потребуется некоторое время на вытеснение глинистого бурового раствора и поступление незагрязненной пластовой жидкости в центральную трубу. Однако это не является существенным недостатком, поскольку, как правило, для анализа также требуется образец незагрязненной пластовой жидкости, в связи с чем тест на прирост давления согласно изобретению можно проводить после отбора образца. Далее приводится более подробное описание изобретения. Первая стадия способа определения in situ эффективной подвижности пластового слоя,пересеченного буровой скважиной, включает выбор участка в пластовом слое для определения эффективной подвижности. Затем на этот участок, через скважину опускают аппарат. Этот аппарат включает центральную трубу с входным отверстием, снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием, открывающимся в центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости. После помещения аппарата на выбранный участок, создают замкнутую жидкостную коммуникацию между пластом и входным отверстием центральной трубы. В результате создания такой коммуникации жидкость, присутствующая в буровой скважине, не сможет поступать в центральную трубу аппарата. Пластовая жидкость может проходить через центральную трубу, и вначале ее отводят из центральной трубы. Поскольку такая пластовая жидкость загрязнена глинистым буровым раствором, она не идентична незагрязненной пластовой жидкости. Перед отводом пластовую жидкость, прошедшую через центральную трубу, подвергают анализу. Тест на прирост давления проводят лишь в том случае, когда анализ показывает, что в пластовой жидкости отсутствуют загрязнения. Пластовую жидкость подают в приемный резервуар в том случае, когда она представляет собой практически не загрязненную пластовую жидкость, и после этого измеряют прирост давления. После этого, описанным выше способом,по значениям прироста давления, определяют 4 эффективную подвижность. Способ, согласно настоящему изобретению, обеспечивает точное определение эффективной подвижности, представляющей собой подвижность по отношению к незагрязненной пластовой жидкости. Хотя анализ предтестового прироста не подходит для определения эффективной подвижности, авторы изобретения установили, что такой анализ может использоваться для выбора наиболее подходящего участка для отбора образца пластовой жидкости. Таким образом, первая стадия способа настоящего изобретения, представляющая собой выбор участка в буровой скважине, включает проведение анализа предтестового прироста на нескольких участках скважины и выбор участка,обладающего наибольшей подвижностью. Таким образом, вначале выбирают первый участок в буровой скважине. Затем создают замкнутую жидкостную коммуникацию между пластом и входным отверстием центральной трубы, пластовую жидкость подают в приемный резервуар и измеряют прирост давления. Затем, с использованием установленного прироста давления, определяют подвижность на данном участке. Далее выбирают следующий участок, и анализ предтестового прироста повторяют до определения подвижности на всех заранее выбранных участках. Участок с наибольшей подвижностью используется для отбора образца, поскольку на нем обеспечивается наиболее быстрый отбор. Образец отбирают до проведения теста на прирост давления и хранят в специальном контейнере аппарата. Следует иметь в виду, что после каждого определения прироста давления приемный резервуар опустошают. Авторы изобретения также обнаружили,что анализ предтестового прироста может использоваться для определения среднего значения истинной или эффективной проницаемости пласта. Такой способ, который описан ниже,может применяться для скважин, пробуренных с помощью нефтесодержащего бурового раствора. Вначале выбирают серию участков в пластовом слое, после чего выбирают первый участок из серии. В выбранный участок через скважину опускают аппарат. Этот аппарат включает центральную трубу с входным отверстием, снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием, открывающимся в центральную трубу,анализатор жидкости и средства для отвода жидкости. Создают замкнутую жидкостную коммуникацию между пластом и входным отверстием центральной трубы. Обеспечивают прохождение пластовой жидкости через центральную трубу и ее проход в приемный резервуар и измеряют прирост давления. Из получен 5 ного значения прироста давления определяют подвижность (i). Затем аппарат располагают вблизи следующего участка определения подвижности и операцию повторяют до тех пор, пока не будут измерены подвижности (i) i участков серии. Затем, по описанной выше методике, определяют эффективную подвижность (1eff) одного из серии участков. При известном значении динамической вязкостинезагрязненной пластовой жидкости может быть определена проницаемость (k1 = 1eff.) для данного участка. Таким образом, для одного участка могут быть одновременно определены подвижностьи эффективная подвижность (1eff). Используя значения проницаемости и подвижности, может быть рассчитано значение динамической вязкости (соnt) загрязненной пластовой жидкости(соnt= k1/ 1) для участка 1. После этого, с использованием значения динамической вязкости (соnt) загрязненной пластовой жидкости и значения подвижностей (i),по уравнению ki = 1eff.соnt рассчитывают проницаемости (ki) для других участков серии. Среднюю проницаемость рассчитывают, как среднее для значений ki. В этих расчетах предполагается, что известно значение динамической вязкостинезагрязненной пластовой жидкости. Эта динамическая вязкость может быть определена на образце, взятом с поверхности. В другом случае, динамическая вязкость может быть определена из градиента давления. Такой способ включает расчет градиента давления по пластовому слою и определение динамической вязкости из полученного значения градиента давления с использованием эмпирического отношения, полученного в результате построения кривой по заранее полученным экспериментальным точкам зависимости между измеренной динамической вязкости и градиентом давления. С другой стороны, значение динамической вязкости углеводородной пластовой жидкости может быть получено в результате использования в аппарате оптического анализатора жидкости. В этом случае способ определения вязкости включает выбор участка в пластовом слое; спуск через скважину на выбранный участок аппарата, который включает центральную трубу с входным отверстием, средства для вытеснения жидкости через центральную трубу и оптический анализатор жидкости; создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы; снятие спектра оптической плотности; расчет первого фактора, представляющего собой произведение максимальной оптической плотности в заранее определенном коротковолновом диапазоне на длину этого диапазона, расчет второго фактора,представляющего собой интеграл по тому же 6 коротковолновому диапазону спектра, вычитание второго фактора из первого и деление полученной разности на оптическую плотность нефтяного пика с получением газового фактора; и определение значения in situ вязкости из полученного газового фактора с использованием соотношения, полученного в результате построения кривой по предварительно полученным экспериментальным точкам зависимости измеренного значения фактической вязкости от газового фактора. Хотя способ, согласно настоящему изобретению, описан выше для случая использования скважины без обсадки, он применим и к обсаженным скважинам. Способ определения in situ эффективной подвижности, согласно настоящему изобретению, может также применяться и в случае обсаженных скважин, представляющих собой буровые скважины, футерованные каркасом для предотвращения их смятия. Оболочку скважины цементируют, и слой затвердевшего цемента заполняет кольцевое пространство между внутренней поверхностью скважины и внешней поверхностью каркаса. В обсаженной буровой скважине обсадка может перфорироваться перед созданием замкнутой жидкостной коммуникации. В этом случае стадии спуска аппарата в обсаженную скважину и создания замкнутой жидкостной коммуникации предшествует выполнение перфорационных отверстий, проходящих через стенку обсадки в пласт. Перфорацию осуществляют с помощью пулевого перфоратора. Это устройство представляет собой удлиненный корпус,снабженный множеством зарядов, направленных наружу. Заряды, расположенные в различных участках вдоль корпуса устройства и ориентированные в различных направлениях, могут запускаться с помощью электрической или механической энергии. Заряды имеют такую конструкцию, что запуск каждого из них приводит к перфорации и образованию перфорационного туннеля, проходящего через стенку обсадки в пласт, окружающий скважину. Пулевой перфоратор может спускаться в обсаженную скважину, например, с помощью каната. Затем аппарат спускают к перфорированному участку обсаженной скважины. Аппарат дополнительно обеспечивают верхним и нижним пакерами, расположенными по обе стороны входного отверстия центральной трубы, причем центральная труба открывается под нижним пакером, а расстояние между верхним и нижним пакерами больше высоты перфорированного участка. Таким образом, стадия создания замкнутой жидкостной коммуникации завершается установкой пакеров таким образом, что между ними проходит ряд перфорационных отверстий. Пакеры устанавливают для герметизации пространства для отбора проб между пакерами, в которые открываются все перфорации. 7 Анализ предтестового прироста также может применяться и в случае обсаженных скважин с целью выбора участка в скважине, из которого отбирают образец для анализа. Выбор такого участка начинается с выполнения множества перфораций в стенке обсадки в направлении пластового слоя. После этого аппарат спускают в первую перфорированную область. Аппарат дополнительно снабжают верхним и нижним пакерами, расположенными с любой стороны входного отверстия центральной трубы, причем выходное отверстие расположено под нижним пакером, расстояние между верхним и нижним пакерами больше высоты зоны перфорации, а расстояние между соседними перфорированными зонами, по меньшей мере,равно длине большего пакера. Пакеры устанавливают таким образом, что область перфорации находится между ними. Пластовую жидкость направляют в приемный резервуар, измеряют прирост давления, по которому определяют подвижность. Затем аппарат помещают около следующей перфорации и измеряют подвижность, после чего эти стадии повторяют до тех пор, пока не будут измерены подвижности на заранее определенном числе участков. После этого участок с наибольшей подвижностью выбирают в качестве участка для отбора проб. Способ определения среднего значения insitu подвижности пластового слоя также может использоваться применительно к обсаженной скважине. В этом случае проделывают множество перфорированных рядов через стенку обсадки в направлении пластового слоя. Выбирают первый участок перфорации и аппарат,снабженный пакерами, спускают через скважину на первый перфорированный участок. Пакеры устанавливают таким образом, чтобы перфорация располагалась между ними. Пластовую жидкость пропускают через центральную трубу,подают в приемный резервуар и измеряют прирост давления. Из полученного значения прироста давления определяют подвижность. Затем аппарат устанавливают вблизи следующего перфорированного ряда и определяют подвижности заранее определенного числа участков. Последующие стадии аналогичны описанным выше стадиям определения средней проницаемости. В том случае, когда углеводородная пластовая жидкость представляет собой, так называемую, тяжелую нефть, являющуюся относительно вязкой средой, довольно трудно получить репрезентативный образец пластовой жидкости. Для получения такого репрезентативного образца стадия создания замкнутой жидкостной коммуникации дополнительно включает использование нагревательного устройства, расположенного вблизи зонда с целью нагрева пластовой жидкости. 8 Зонд соединяют с пакерной прокладкой, в которую помещают нагревательное устройство. В другом случае нагревательное устройство размещают на аппарате. Нагревательное устройство может представлять собой микроволновый генератор, а также генератор световых или инфракрасных волн. Такое устройство также может представлять собой электронагреватель,химический нагреватель или ядерный нагреватель. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ определения in situ среднего значения проницаемости пластового слоя, пересеченного буровой скважиной, включающий следующие стадии:a) выбор серии участков в пластовом слое;b) выбор из этой серии первого участка;c) спуск через пробуренную скважину к выбранному участку аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием,снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием,открывающимся в центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости;d) создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы;e) обеспечение прохода пластовой жидкости через центральную трубу, ее подача в приемный резервуар и измерение пророста давления;f) определение подвижности по измеренным значениям прироста давления;g) размещение аппарата вблизи следующего участка и повторение стадий d) - f) до измерения подвижности всех участков серии;h) определение эффективной подвижности одного из участков серии, расчет проницаемости этого участка с использованием известного значения вязкости незагрязненной пластовой жидкости и определение вязкости загрязненной пластовой жидкости с использованием значений проницаемости и подвижности данного участка,полученных на стадии f); и к) расчет проницаемости других участков серии с использованием значения вязкости загрязненной пластовой жидкости и подвижности,полученных на стадии f) и расчет среднего значения проницаемости,причем определение эффективной подвижности, представляющей собой подвижность пласта относительно незагрязненной пластовой жидкости, включает стадии: 1) выбора участка в пластовом слое; 2) спуска через скважину к выбранному участку аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием, снабженную датчиком давления, резервуар для приема жидкости с входным отверстием, открывающимся в 9 центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости; 3) создания замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы; 4) обеспечения прохода жидкости через центральную трубу, анализа жидкости, подачи пластовой жидкости в приемный резервуар в том случае, когда она представляет собой практически незагрязненную пластовую жидкость и измерения прироста давления; и 5) определения эффективной подвижности из полученного значения прироста давления. 2. Способ по п.1, в котором создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы включает введение в пласт зонда, выход которого находится в прямой жидкостной коммуникации с входным отверстием центральной трубы аппарата. 3. Способ по п.2, в котором создание замкнутой жидкостной коммуникации дополнительно включает запуск нагревательного устройства,расположенного вблизи зонда с целью нагревания пластовой жидкости. 4. Способ по п.1, в котором буровая скважина имеет обсадку и в котором стадии а) - g) включают стадии:a1) выполнения множества перфораций в стенке обсадки в направлении пластового слоя;b1) выбора первого перфорированного участка;c1) спуска аппарата через скважину к перфорированному участку, причем аппарат дополнительно снабжают верхним и нижним пакерами, расположенными с любой стороны входного отверстия центральной трубы так, что выходное отверстие расположено под нижним пакером, расстояние между верхним и нижним пакерами больше высоты зоны перфорации, а расстояние между соседними перфорированными зонами, по меньшей мере, равно длине большего пакера;d1) установки пакеров таким образом, чтобы зона перфорации проходила между ними;e1) обеспечения прохода пластовой жидкости через центральную трубу, ее подачи в приемный резервуар и измерения прироста давления;f1) определения подвижности из полученного значения прироста давления; иg1) размещения аппарата вблизи следующего перфорированного участка и повторение стадий d1) - f1) до тех пор, пока не будут измерены подвижности для заранее определенного числа участков. 5. Способ по любому из пп.1-4, дополнительно включающий расчет градиента давления по пластовому слою и определение из рассчитанного значения величины вязкости с использованием эмпирического соотношения, полученного построением кривой по предварительно 10 полученным экспериментальным точкам зависимости измеренной вязкости от градиента давления. 6. Способ отбора образца незагрязненной пластовой жидкости из пластового слоя, пересеченного буровой скважиной, включающий следующие стадии:a) выбор серии участков в пластовом слое;b) выбор из этой серии первого участка;c) спуск через пробуренную скважину к выбранному участку аппарата, включающего центральную трубу с входным отверстием,снабженную датчиком давления, приемный резервуар для жидкости с входным отверстием,открывающимся в центральную трубу, анализатор жидкости и средства для отвода жидкости,причем аппарат дополнительно включает контейнер для образцов;d) создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы;e) обеспечение прохода пластовой жидкости через центральную трубу, ее подача в приемный резервуар и измерение пророста давления;f) определение подвижности по измеренным значениям прироста давления;g) размещение аппарата вблизи следующего участка и повторение стадий d) - f) до измерения подвижности всех участков серии; иh) выбор участка с наибольшей подвижностью в качестве участка для отбора образца. 7. Способ по п.6, в котором создание замкнутой жидкостной коммуникации между пластом и входным отверстием центральной трубы включает ввод в пласт зонда, выходное отверстие которого находится в прямой жидкостной коммуникации с входным отверстием центральной трубы аппарата. 8. Способ по п.7, в котором создание замкнутой жидкостной коммуникации дополнительно включает запуск нагревательного устройства,расположенного вблизи зонда с целью нагревания пластовой жидкости. 9. Способ по п.6, в котором буровая скважина имеет обсадку и в котором операции по пунктам а) - g) включают стадии:a1) выполнения множества перфораций в стенке обсадки в направлении пластового слоя;b1) выбора первого перфорированного участка;c1) спуска аппарата через скважину к перфорированному участку, причем аппарат дополнительно снабжают верхним и нижним пакерами, расположенными с любой стороны входного отверстия центральной трубы так, что выходное отверстие расположено под нижним пакером, расстояние между верхним и нижним пакерами больше высоты зоны перфорации, а расстояние между соседними перфорированными зонами, по меньшей мере, равно длине большего пакера;d1) установки пакеров таким образом, чтобы зона перфорации проходила между ними;e1) обеспечения прохода пластовой жидкости через центральную трубу, ее подачи в приемный резервуар и измерения прироста давления;f1) определения подвижности из полученного значения прироста давления; иg1) размещения аппарата вблизи следующего перфорированного участка и повторение 12 стадий d1) - f1) до тех пор, пока не будут измерены подвижности заранее определенного числа участков. 10. Способ по любому из пп.6-9, дополнительно включающий определение эффективной подвижности из значения прироста давления практически незагрязненной пластовой жидкости.