[發明專利]基于聲學性質隨壓力的變化的井下流體表征

無效

• 申請號: 200780019076.7
• 申請日: 2007-03-29
• 公開（公告）號: CN101454662A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: R·迪弗吉奧
• 申請（專利權）人: 貝克休斯公司
• 主分類號: G01N29/00
• 分類號: G01N29/00;G01V1/40
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王會卿

技術領域

本發明涉及地質勘探技術，更特別地涉及根據聲學數據來估計流體性質。

背景技術

在各種涉及流體材料的工業過程中，知道所涉及流體的性質是有用的。這些性質包括例如密度、可壓縮性和聲阻抗。在許多應用(比如石油勘探和生產)中，特別關心流體性質。油藏工程師需要知道井下流體(特別是碳氫化合物流體)的狀態方程(EOS)以便決定對儲層進行生產的最佳方式。狀態方程是與流體的壓力、體積和溫度有關的熱力學方程。最簡單的狀態方程是公知的理想氣體方程，pV＝nRT。然而，理想氣體方程不能用于井下，因為在井下的壓力和溫度下，即使純甲烷氣體也與理想氣體相差甚遠。液體的狀態方程更復雜而且經常是半經驗式的。“PVT”實驗室專門對取回的碳氫化合物流體樣品進行壓力、體積和溫度分析。

已經知道了有使流體的各種物理性質與聲學測量相關的嘗試。然而，這些其他的井下聲學方法中沒有一個能夠在多個壓力下進行聲學測量或者嘗試確定流體的EOS或其EOS參數(維里系數)以便估計流體性質。例如，在2005年10月25日公布的、標題為“原地測量鉆孔的流體聲學性質的自校準超聲波方法”(“Self-Calibrated?UltrasonicMethod?of?In-Situ?Measurement?of?Borehole?Fluid?AcousticProperties”)的美國專利No.6,957,700中，公開了使用由精密金屬盤的反射來測定鉆井液的聲阻抗的工具和方法。它沒有描述在流體壓力變化時進行聲學測量以便確定EOS或其他流體性質。

在2004年7月20日公布的、標題為“用于超聲波測定流體性質的自校準系統和技術”(“Self?Calibrating?System?and?Technique?forUltrasonic?Determination?of?Fluid?Properties”)的美國專利No.6,763,698中提供了一個實例，但是其未描述在井下的使用。在該專利中，用于確定流體性質的系統和技術包括在固體構件(solid?member)的第一表面上的超聲波傳感器。縱向超聲波脈沖通過固體構件傳送并且檢測和處理由固-液界面和傳感器-固體界面之間的超聲波脈沖的反射所引起的多重脈沖回波。流體中的超聲波速度被確定并且流體密度被確定為超聲波速度和已確定的聲學性質的函數。它沒有描述在流體壓力變化時進行聲學測量以便確定EOS或其他流體性質。

在樣品罐從井眼收回之后，經常在地面PVT實驗室完成對地下樣品的綜合分析。假設樣品出自處于比較高的溫度和壓力下的環境的深度處，應該意識到在保留的樣品內存在溶解組分的靈敏平衡。這就是為何樣品僅收回到地面(在該處溫度和壓力低得多)就可能發生非常明顯的變化的原因。瀝青質和蠟可能從溶液中沉淀出來，可能要花費數周時間來在實驗室在高溫度和壓力下進行攪拌(一項稱為“重組(recombination)”的費勁的任務)以便使這些組分回到溶液中。因此，各種采樣技術已經包括了某些協議以便克服這些問題并且保持樣品的完整性。一種這樣的技術包括對樣品腔內的樣品施加超壓(通常比地層壓力高幾千psi)以便限制或防止由于樣品返回地面期間因冷卻而收縮從而在樣品內分離成兩相或者沉淀出某些組分。然而，在可能時，仍優選如本發明所述的在原地進行這些流體性質測量。在井下進行測量確保流體樣品處于相對原始的狀態。此外，對于工具的任何單次運行，可以配置的樣品罐的數量有限。如果從比單次具有的樣品罐數量更多的井中層段(zone)測試流體，就需要進行井下測量或者使用工具再返回到井中。

使用聲信號來確定或估計從井眼中獲取的樣品的物理和化學性質的現有技術不能提供對地下樣品的某些期望的原地分析。更特別地，利用聲信號進行樣品分析的現有技術不能在多個壓力下進行聲測量。此外，它們并未用聲學性質隨壓力的變化來估計EOS或其他流體性質。