用流体分析仪确定流体特性的制作方法

专利名称：用流体分析仪确定流体特性的制作方法
技术领域：
背景技术：
人们通常将井钻到地下以获得碳氢化合物的自然沉淀物和其他埋藏在地壳 的地质层里的有用物质，他们从地面的钻探设备直接钻一个井到地下的目标地
质位置。
在钻井钻到一个感兴趣的地层时，钻井者经常通过从地层中提取用于分析 的流体样本来对地质层流体进行研究。对流体样本的分析可以提供关于流体体 积、密度、粘性、沸点和其他重要特性的信息。这些重要信息可用于油田计划 的确定，和上游、下游生产设备的优化。
一个持别重要的流体特性是气一油一比率("GOR")。 GOR是在标准条件 下(标准劍牛是6(rF和lato)天然地质层流体中气相的体积与液体碳氢化合物 的体积之比。GOR的标准单位是在标准条件下(sc^bbl)每桶油所含气体的标 准立方尺，即标准条件下每桶油的气体立方尺。在设计上游和下游的生产设备 时GOR是很重要的。例如，如果GOR高，地面设备必须被设计成能处理来自 井内的大量气体。
通常地， 一个流体样本是通过将流体取样工具方认至拼里并从一个地层提 取流体样本而获得的。有一种取样工具是Modular Formation Dynamics Tester(MDT)(标准地质层动力学试验仪)，它是Schlumberger Technology Corporation(技术公司)注册的商标，这个公司是本发明的受让人。地质层试验工 具已在Zimmernian等人的美国专利Nos.4860581和4936139中公开，这些专利 已转让给本发明的受让人。
图1示出了一种设计用来从地质层114提取流体样本的地质层i式验工具 J0。工具101悬挂在钻孔10里的运输器具115，例如绕在地面巻轴上的电线 或多心电缆上。在地面，电线115通常与监测和控制工具101的电控制系统18连接。
--旦到达预定深度，工具101用来获得地质层的流体样本。工具101具有 --个探头120，或一个从工具101选择性伸展的流体容纳装置，和一个位于工具 101相反侧上的、同样也选择性伸展的固定部件121。探头120从工具101上伸 展并与钻孔壁112密封接触，这样探头120就可以与地质层114之间进行流体 传送。典型的工具101还包括一个泵(未示出)。泵用于从地质层把地质层流体 泵入工具101。泵还可用于从工具101把地质层流体泵入钻孔110。
这样就有一个与流体取样有关的问题，就是地质层流体通常会被泥浆滤液 污染。泥浆滤液是钻井过程中渗漏到地质层里的钻探泥浆的流体成分。泥浆滤 液侵入地质层并污染天然地质层流体。当流体样本从地质层取出时，样本从一 开始就包括泥浆滤液。
为解决这一问题，流##本通常从地质层中取出并且泵入钻孔或者泵入工 具里一个大的、没用的腔室，直至取出的流体已被"净化"。"净化"样本是这 样一种物质，即在样品流体中泥浆滤液的百分比低至这种流体可以代表天然地 质层流体的容许程度为止。此刻，可收集样本用作随后的分析。
再参照图l，用探头120从地质层114中把地质层流体取出，并且在用泵 装置(未示出)将流体泵出工具101注入钻孔之前，流体流经一个流体分析仪 125。流体分析仪125分析样本流体并确定泥浆滤液污染的程度。 一旦由探头抽 取的地质层流体是干净的，样本就可以il31将流体样本泵入样本腔室122、 123 中的一个来获得。
--种用于地质层试验工具的流体分析仪是光学传感器，它可以在几个不同 波长上观糧样本流体的光密度("OD")。用于油基泥浆("OBM")的油通常是 浅颜色的，这样，随着样本流体的净化，色通道上的OD会逐渐增加到较深色 的天然地质层流体的OD。
两种吸收机构用于测量流体样本的OD:电子激励和分子振动模式激励。 当传送入射光的能量把移位pi电子激励至反束缚状态时，将产生电子激励吸收。 这个能量等级通常相当于可视的近红外线范围，结果会产生一个颜色阴影。此 后，我们在本文中简单地称这种吸收方式为颜色。石油可以呈现出不同的颜色， 因为它们具有不同数量的芳香族环烃、树脂和沥青烯，其中每一种物质吸收可 见光和近红外光(MR)范围内的光。重油具有比较高的芳香族环烃、树脂和沥青烯含量百分比，这使它们呈现为黑色。另一方面，轻油和凝聚物具有比较浅 的淡黄色，这是因为它们具有比劍氐的芳香族环烃、树脂和沥青烯含量百分比。 由于分子的化学键共振，分子振动吸收是对特定频率光的吸收。当颜色吸 收覆盖可见光和NIR范围时，只有对特定物质的特定波长才会产生^^振动吸 收。对于任何给定分子，产生分子振动吸收的波长与化学键和分子结构的种类
有关。例如，油的分子振动吸收峰值在波长1200nm、 1400nm、和1700nm附近。 分子振动吸收是某种特定物质百分含量的函数，并且不必受这种物质所处物态 的影响。例如，不管甲浣是气态或是溶解在油里，甲烷的吸收共振峰值(大约 1670nm)都是相同的。
一种光学传感器是光学流体分析仪(OFA) (Optical Fluid Analyzer)，商标 为Schliimberger。 OFA在近红外光(NRI)和可见光范围内以10个不同的波长 测量样本流体的OD。当流体第一次从地质层中取出时，样本流体主要包括浅颜 色的OBM滤液。随着样本流体的净化，样本流懒每包含更多的较深颜色的天 然地质层流体。随着流体的净化，色通道上的流体样本的OD将变化。例如， 由于地质层流体的颜色比OBM滤液的颜色深，随着流,本的提取，在色通 道上的流体样本的OD将增加，色通道上的OD将逐渐接魁也质层流体的OD。
通过多次获得OD数据，利用数学方法计算所测OD的趋近值确定天然地 质层流体的OD，称为"无污染"OD。这里所说的"无污染"表^:天然地质层 流体特性，基本上没有泥浆滤液的的污染。这样，"无污染GOR"表示没有或 几乎没有泥浆滤液污染的地质层流体的GOR。尽管实际上获得没有泥浆滤液污 染的流体样本是困难的，但是目的是确定地质层流体的特性。"视在"这个词用 来指样本处理过程中所取得的测量值。那么，"视在GOR"是从地质层中提取 的流体样本的GOR测量值。视在GOR可以受到泥浆滤液或其他污染物的影响。
一旦无污染OD预先确定，就可以基于所测的OD和无污染的OD确定样 本流体中的OBM滤液污染量。确定流体样本中OBM污染的方法已经公开，例 如Mullms的美国专利No.5266800，该专利已转让给本发明的受让人。
另一种光学传感器叫现场流体分析仪(LFA) (Live Fluid Analyzer),商标 为Schlumberger。 LFA不同于OFA，因为LFA包括一个"甲烷峰值"波长的甲 ^il道和一个"油峰值"波长的油通道，"甲烷峰值"是甲烷的分子振动吸收峰 值，其波长相当于甲烷分子C一H键的共振波长。 一种甲烷分子振动吸收峰值
5的波长大约为1670nm。 M振动吸收的发生不受流体颜色的影响，也不管甲烷 是处在气态还是溶角祐地质层流体里。相似地，"油峰值"是油的分子振动吸收 峰值，它的波长相当于油分子中的一CH2—和一CH3基化合物的共振波长。 一种 油峰值波长大约为1720nm。
通常，OBM不含甲烷，因此随着从地质层中提取流鹏本，甲烷峰值上的 OD将增加。甲垸峰值的OD将逐渐接姐也质层流体的甲烷峰值上的OD。根据 地质层流体的组成不同，在油通道上的流,本的OD可能增加或减小。不管 怎样，它将逐渐接近地质层流体油通道上的OD。
另一种传感器叫凝聚物和气体分析仪(CGA)，其商标为Schlumberger。 CGA利用特定频率上的光通道得到对存在于流体样本中的气体范围的更好评 价。例如，典型的CGA具有一个与二氧化碳的^ 振动吸收共振峰值相对应的 通道。典型的CGA能确定甲烷、非甲烷气体碳氢化合物、二氧化碳和液体碳氢 化合物的质量百分比。
然而这些分析仪提供的都是用来监测地质层流体中的各种成分以及地质层 流体中泥浆滤液污染度的传统方法，所以，希望为这种监测提供更加灵敏并且 受^il影响更小的方法。

发明内容
在本发明的一个或多个实施例中，本发明涉及一种确定地质层流体特性的方 法，其包括多次获得流体样本的与甲垸峰值上的光密度和油峰值上的光密度相 关的数据，和每一次由多次获得的流体样本的甲烷峰值上的光密度和油峰值上 的光密度计算视在气一油一比率。这种方法还包括选择气一油一比率成长的取 样参数的幂函数，根据所测的数据计算幂函数的指数常量，和确定从包含无污 染气一油一比率和污染度的一组数据中选择的至少一个。在某些实施例中，取 样参数可以从历经时间、泵出时间和泵出体积中选择。
在本发明的一个或多个实施例中，本发明涉及一种确定地质层流体特性的方 法，其包括多次获得流体样本的与甲垸峰值上的光密度和油峰值上的光密度相 关的数据，基于数据多次计算样本流体的视在气一油一比率，和选择能使视在 气一油一比率增加的取样参数的指数函数。本方法还包括线性外推气一油一比 曲线至一个点，在这个点指数函数对于取样参数的导数为零。在某些实施例中，取样参数可以从历经时间、泵出时间和泵出体积中选择。
在本发明的一个或多个实施例中，本发明涉及一种确定流体样本的气一油 一比率的方法，其包括多次获得与甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量 成分、液态碳氢化合物质量成分和二氧化碳质量成分有关的数据。这种方法还 包括用甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量成分和二氧化碳质量成分与 液态碳氢化合物质量成分的比率来确定气一油一比率。在某些实施例中，利用 甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量成分、液态碳氢化合物质量成分和 二氧化碳质量成分的函数确定气一油一比率。在至少一个实施例中，该函数是 基于对地质层流体组成成分的假设。
在本发明的一个或多个实施例中，本发明涉及一种确定地质层流体特性的 方法，其包括多次获得流体样本的与甲烷'质量百分比和液态碳氢化合物质量百 分比相关的数据；和每一次由多次获得的数据计算流体样本的视在甲垸质量百 分比和视在液态碳氢化合物质量百分比。这种方法还包括选择一个能使视在甲 烷质量百分比增加的取样参数的甲垸幂函数，选择一个能使视在液态碳氢化合 物质量百分比增加或降低的取样参数的液体幂函数，基于数据确定甲烷幂函数 的指数常量，基于数据确定液体幂函数的指数常量，和确定污染物体积百分比。 在某些实施例中，取样参数可以从历经时间、泵出时间和泵出体积中选择。
在本发明的一个或多个实施例中，本发明涉及一种确定地质层流体特性的 方法，其包括多次获得流体样本的与甲烷质量百分比和液态碳氢化合物质量百 分比相关的数据，和每一次由多次获得的数据计算流体样本的视在甲烷质量百 分比和视在液态碳氢化合物质量百分比。这种方法还包括选择一个能使视在甲 烷质量百分比增加的取样参数的甲烷指数函数，选择一个能使视在液态碳氢化 合物质量百分比增加或降低的取样参数的液体指数函数，和用数据确定污染物 百分比。在某些实施例中，取样参数可以从历经时间、泵出时间和泵出体积中 选择。


图1所示的是先前技术的地质层试验工具的截面图。
图2A所示的是流体样本的色通道的数据曲线图。 图2B所示的是流##本的甲《繩道的 曲线图。图2C所示的是流,本的GOR曲线图。
图2D所示的是流体样本的色通道的数据曲线图。 图2E所示的是流##本的甲烷通道的 曲线图。 图2F所示的是流体样本的GOR曲线图。 图2G所示的是流体样本的色通道的数据曲线图。 图2H所示的是流体样本的甲j^l道的数据曲线图。 图21所示的是流体样本的GOR曲线图。
图3所示的是GOR对于取样参数自然对数的自然对数与经过一合适间隔
的取样参数的自然对数的关系曲线。
图4所示的是GOR与取样参数的指数常量幂的关系曲线图和分析。
图5所示的是GOR对于取样参数的导数与经过一合适间隔的GOR的关系
曲线图。
图6A所示的是甲烷的质量百分比与取样参数的关系曲线图。
图6B所示的是液态碳氢化合物的质量百分比与取样参数的关系曲线图。
图7A所示的是甲烷的质量百分比对于取样参数自然对数的自然对数与经
过-合适间隔的取样参数的自然对数的关系曲线图。
图7B所示的是液态碳氢化合物的质量百分比对于取样参数自然对数的自
然对数与经过一合适间隔的取样参数的自然对数的关系曲线图。
图8A所示的是甲烷的质量百分比与取样参数的指数常量幂的关系曲线图。 图8B所示的是液态碳氢化合物的质量百分比与取样参数的指数常量幂的
关系曲线图。
图9A所示的是甲垸的质量百分比对于取样参数的导数与甲烷的质量百分 比的关系曲线图。
图9B所示的是液态 化合物的质量百分比对于取样参数的导数与液态 碳氢化合物的质量百分比的关系曲线图。
图IOA所示的是本发明的一个方法实施例。 图10B所示的是本发明的另一个方法实施例。 图IOC所示的是本发明的另一个方法实施例。 图IOD所示的是本发明的另一个方法实施例。 图IOE所示的是本发明的另一个方法实施例。
具体实施例方式
在某些实施例中,本发明涉及确定无污染流体样本特性以及监测流体样本 的污染程度的方法。视在流体样本的气一油一比率(GOR)可用于确定地质层
流体的无污染GOR并可监测流体样本的污染。另外，在某些实施例中，本发明 涉及用凝聚物和气体分析仪(CGA)来确定视在流体样本的GOR的方法。CGA 也可用于监测流体样本的污染。
本发明不但对在此所述的由注入油基泥衆(OBM)的井中提取的流体样本 特别有用，而且具有本领域普通技术的人员还可以意识到本发明的实施例能够 应用于由注入其他种类泥浆例如水基泥浆(WBM)的井中提取的流体样本。本 发明也可用于钻孔勘探测井和生产测井。为简明启见，说明书直接对使用OBM 钻探的钻孔勘探测井进fiH兑明。但将本发明应用到其他情况中也是可以理解的。
无污染GOR
本发明的一些实施例可用来确定流,本的无污染GOR。在一个或多个实 施例中，本发明涉及利用视在GOR和无污染的GOR来监测流体样本的污染。
通常，OBM中的油实际上不包含甲烷或其他溶解气体。因此，OBM的 GOR基本为零。另一方面，地质层油可具有的GOR范围是小于20sc仍bl，对 深黑油来说，大于30000sc仍bl，对凝聚物来说。在取样过程刚开始时，第一次 从地质层中提取的流体样本主要包括泥浆滤液，所测的GOR基本上为零。随着 取样过程的继续，视在GOR逐纟斩增加至地质层流体的GOR。
图2A-B所示的是在LFA工具的几个通道的OD与取样处理过程的泵出时 间的关系曲线图。可以理解的是，当监测流体样本的OD是不同通道时，泵出 时间是惟一可使用的变量。
图2A所示的是色通道的曲线图205。色通道曲线图205示出了随着流体样 本从地质层中取出，由于流体样本颜色的原因OD会增加。相似地，图2B所示 的是甲烷通道的曲线图207。曲线图207示出了随着流体样本从地质层中取出， 由于甲垸分子振动吸收的原因OD也会增加。色通道和甲烷通道曲线205、 207 都逐步增加到它们的无污染值。几种先前技术的方法都对从颜色和甲烷通道来 确定污染水平进行了改进。
用具有甲烷通道和油通道的流体分析仪可以确定GOR。用甲垸峰值与油峰
9值的比值来计算GOR。 一种方法是用公式GOR二8930[nW(mo-0.193 mm)]来确 定GOR;其中mm是甲垸的质量分率，mo是油的质量分率，单位是sc^bl。确 定GOR的方法在SPE77899 "In-Situ Contamination Monitoring and GOR Measurement of Formation Fluid Samples"中公开，由Dong等人发表在2002年 10月8—10日于澳大利亚Melbourne召开的SPE技术讨论会上。
视在或所测的GOR在图2C的GOR曲线209中示出。视在GOR由甲烷 通道(图2B的曲线207)和油通道(未示出)计算出。所以，视在GOR的增 加要比颜色通道或甲烷通道快很多，正如图2C中的曲线209所示。
视在GOR的增加iM能使GOR测量对污染的微小变化更加敏感。图2D 一2F所示的是采集的LFA数据(相对于，例如泵出时间)，其中流体样本的污 染很小。图2D所示的颜色通道曲线214几乎没有增加，图2E中的甲烷通道曲 线216对于低污染度甚至还呈现了微小的下降。然而，视在GOR (在图2F的 GOR曲线218中示出)比颜色通道和甲烷通道中的任何-一个都要更敏感，视在 GOR曲线218示出了随着流,本的取出而不断增加。
流体样本的泵速在样本处理过程中会发生变化。例如，如果压力接近流体 样本的沸点，，会降低以使流体样本压力保持在其沸点以上。图2G—2I所示 的是当流体^il变化时所采集的LFA数据曲线图(相对于，例如泵出时间)。 图2G中的颜色通道曲线224和图2H中的甲^M道曲线226都示出了在泵速低 到大约4000时的水平或值的下降。然而，图2I中的视在GOR曲线228示出了 在S^itil程中的不断增加。
GOR的增加能作为取样过程参数的函数模型。 一个这样的取样参数是泵出 时间。泵出时间是泵打开并从地质层中泵出流体的总时间。这样，如果泵因为 某种原因停止，那么泵停止时间将不计算在泵出时间内。这样的函数公式可以 具有如下形式GOR《(t)，其中t是取样参数。在一个或更多个的实施例中，GOR 时间函数模型化为幂函数，如公式1所示
GOR:X-Yf1 Eqn.l 其中X是无污染GOR， Y是与GOR增加有关的常量，t是泵出时间，a
是指数常量。
要注意的是，在所公开的实施例中，t被用来表示泵出时间，但是其他取样参数也可代替它的位置。例如，当泵一直以基本相同的速度运转时，t可以用来 表示所经过的时间。在另一实施例中，t可用来表示泵出体积。本领域的普通技 术人员可以意识到在不脱离本发明范围的情况下，可以将其他取样参数用作t。 例如，取样参数可以是历经时间、泵出时间、泵出体积或其他能代表取样过程 的任何取样参数。
对公式l做对于t域的微分，得到
--=a}7/ a
在公式2两边同时乘以t ,并令t/dt=l/dln(t)重新设置公式为 -TV = Eqn.3
最后，在两边取自然对数
In (J(G潔、))=in (a) + in (y) 一 a ln (/) 4 t/ln(/) ，.4
公式4示出ln(d(GOR)/dln(t))与ln(t)呈线性关系。指数常量a可以用这个关 系来确定。图3示出了随着流,本的提取，禾U用所选择的视在GOR i(^，公 式4左边ln(d(GOR)/dln(t))相对于ln(t)的曲线图。指数常量a可以用图3中的曲 线302在所选择的一合适间隔内的斜率来确定。公式4中，除了自然对数之外， 其他类型的对数如logn (n可以是任意正数)也可用于确定指数常量a。
合适间隔306可以自动地选择，以使合适间隔内的数据点趋近一条直线。 例如，合适间隔306可以是一自动测出的合适间隔，在这个间隔内数据点基本 在一条直线上，Y轴上的截距可以由图4推出。可替换地，合适间隔306可以 人工选择，例如，在曲线上选择一段基本上为直线的区域。 一个本领域的普通 技术人员可以理解的是，可以使用不同的数学算法 择合适间隔。
一旦指数常量a被确定，无污染GOR可以由图4所示的、在图3中所使 用的相同间隔306内视在GOR与^的关系曲线来确定。线性曲线匹配分析404 可用来导出曲线402以确定公式1中的X和Y值。随着历经时间t的无穷增大，
ii项Yt"趋近于零，这样X就是无污染GOR。在图4所示的特定实施例中，无污 染GOR的计算值为803scFbbl。
图IOA示出了本发明的一种方法实施例。这种方法包括在流##本的甲烷 峰值和油峰值点多次获得与光密度有关的数据(步骤1011所示)。随着流体的 取出，数据可以fflil测量流体样本的OD来获得。下一步，这种方法包括多次 用获得的数据来计算流体样本的视在GOR (步骤1013所示)，或者也可以通过 分析这些娜来获徵见在GOR。方法还包括选择一个取样参数的幂函数来增加 视在气一油一比率(步骤1015所示)。这个不必按所示柳顷序执行。取样参数 可以是历经时间、泵出时间、泵出体积、或其他能代表取样过程的取样参数。
该方法还包括基于数据计算幂函数的指数常量(步骤1018所示)。在一些 实施例中，这里可以首先选择一合适间隔(步骤1017所示)，绘制公式4左边 与ln(t)的关系曲线，确定在选择的合适间隔内的曲线的斜率。
最后，该方法包括确定无污染GOR和/或流体样本的污染度(步骤1019 所示)。在一些实施例中，幂函数可以用来计算无污染GOR。在至少一个实施 例中，无污染GOR用于确定流体样本的污染度。在其它实施例中，污染度可以 直接被确定，而不需要特意确定无污染GOR。视在GOR可以被提供用于其他 测量仪器例如NMR(核磁共振)的分析。
本发明并不局限于公式l中所示用于GOR的幂函数。例如，也可为GOR
采用一个指数函数
GOR=A-Be-nt Eqn.5 其中A是无污染GOR， B是与视在GOR增加有关的常量，t是泵出时间， n是一个常量。此外，t可以是历经时间、泵出体积或其他有用的取样参数。对 公式5进行时间微分
^ Eqn.6
对公式6右边重新设置得出:
+ W Eqn7将公式5代入公式7得出:
iGOA + "」Eqn.8
X式6示出在历经时间无穷大，视在GOR为无污染GOR时，GOR的时
公
间微分等于零。公式8示出视在GOR对时间的微分与视在GOR具有线性关系。 这样，M纟魏舰在GOR的时间微分与视在GOR的关系曲线，外推出线性部 分至微分为零的地方，可以获得无污染GOR。
图5示出了 d(GOR)/dt与GOR的关系曲线。曲线502是根据取出流体样本 时所记录的视在GOR数据绘制的。所示的合适间隔508是从曲线502中选择的 -一部分，这部分曲线基本上为线性。参照图3，本领域的普通技术人员可以利用 不同的方法来选择一合适间隔。曲线502在合适间隔508内的这一部分可以外 推至点506，这点的微分值为零。点506的值即是无污染GOR。
流体样本中的重油污染物的体积百分比可以用视在GOR和无污染GOR
来确定。在取样过程中，污染可以被监测，以确定何时流体样本具有可以接受 的低污染量。当污染程度处于可接受的低水平时，流体样品可直接进入样本腔 室用于以后的分析。污染物的体积百分比可以用公式9来确定
Fo/%Co"/. =-2-x 100 Eqn.9
GO凡 ' ^
这里GORo是无污染GOR， GOR为视在GOR。需要注意的是， 一旦无污 染GOR利用时间的幂函数、指数函数或其他用来确定无污染GOR的函数确定 后，污染物就可以被确定。
图10B示出了本发明的一种方法实施例。这种方法包括在流##本的甲烷 峰值和油峰值点多次获得与光密度有关的数据(步骤1021所示)。随着流体的 取出，数据可以iM测量流体样本的OD来获得。下一步，这种方法包括多次 用获得的数据来计算流体样品的视在GOR (步骤1023所示)，或者也可以通过 分析这些数据来获得视在GOR。该方法还包括选择一个取样参数的指数函数来 增加气一油一比(步骤1025所示)。这个不必按所示的顺)Wl行。取样参数可 以是历经时间、泵出时间、泵出体积、或其他能4 取样过程的取样参数。
13最后，方法包括确定无污染GOR和/或流体样本的污染度(步骤1027所 示)。在一些实施例中，指数函数可以用来计算无污染GOR。在至少一个实施 例中，无污染GOR用于确定流体样本的污染度。在其它实施例中，污染度可以 直接被确定，而不需要特意确定无污染GOR。
用CGA确定GQR
本发明的一个或多个实施例涉及利用凝聚物和气体分析仪(CGA) (Condensate and Gas Analyzer)来确定原油的GOR。工具CGA利用电磁辐射的 特定波长，最好是能使待分析要素的分子振动吸收产生特定共振峰值的特定波 长，来确定流体样本成分的质量百分比。通常，CGA被用来分析甲烷("d")、
非一甲烷气态碳氢化合物(即乙烷、丁烷、丙烷和戊烷)("C2—5")、液态碳
氢化合物(正乙烷和较重碳氢化合物分子)("CV')、和二氧化碳("co2")的量。
本发明的一个或多个实施例禾,流体样本成分C,、 C2-5 、 Q^和032的质 量百分比，来预测在标准条件下气态和液态物质所占的体积。气态和液态物质 所占的体积能确定流体样本的GOR。
GOR是甲垸("m广)、非一甲烷气态碳氢化合物("m2—5")、液态碳氢化合物 (m&)、和二氧化碳("mco2")的质量百分比的函数。利用成分百分比来估 算GOR通常可用质量百分比函数来表示:GOR^f(rm ,m2.5 ， ,mc02)。实际公式 可以有无限多种形式，这要根据对流体的一组假设和用于计算的特定公式状态 来确定。
在本发明的一个或多个实施例中，GOR函数用下列假设来确定 U诸藏流体大致是由下列4组分子组成的:d、 C2-5 、 Q^和C02。 2.4组^的成分质量百分比用CGA测量。
3. 标准条件下d、 C2—5和C02分子全部处于气态。
4. 标准条件下CV分子全部处于液态。
5. C2—5分子组内的质量分布为m2 : m3 : ni4 : 1115=4:3:2:1(摩尔量比为 133:68:34:14)
6. 液相的密度为0.75g/cm3。
7. 气相遵守真实气体定律PV=znRT。
M用l代替常量z，真实气体定律可以转变为理想气体定律。可替换地，常量Z也可以是确定的任何值，以能提供更好的气体估计。在下面的实施例中， Z为l,尽管在不脱离本发明的范围内，本领域的普通技术人员可以意识到Z可 以采用其它值。
利用假设7，真实气体定律可应用于气相的组成成分上以得到公式10—15， 其中摩尔数n等于成分质量除以分子量
尸,f^ =02/i6)/ r
尸入=("72/30)灯
尸3& =(柳3/44)灯
P4FS =(" 4/58)/^ Eqn.lO
尸5匕=(w5〃2)/ r
其中P,，P2,P3，P4,Ps,和PC02是气相各组成成分的部分压力，Vg是标准条件下 气相的体积。气相的部分压力的和等于一个大气压(即标准^i牛下的压力)
P+P2+P3+P4+P5+P^l[atm] Eqn.ll
假设5提供了气相各组成成分的质量比
m2=0.4m2-5;m3=0.3m2—5;m4=0.2m2-5;m5=0.1 m2—5 Eqn. 12
GOR可以作为气体体积(Vg)与液体体积(V。之比计算。气体体积(Vg) 可以ilil求解公式lO和ll (7个未知数和7个等式)来求得Vg。液体体积(V。 等于其质量(~)除以密度。Vg/^的比为
G0/ — CG力=A (-1--Eqn.q 13
— 柳6+
其中k是基于上述假设的一个常量。用英制单位[scWbl]时，ic =9971;用公 制单位[m3(gas)/m3(hqmd)，k =1776。 CGA测量提供m！ ,m2-5 ,n ,mc02。这^f直 可以在公式13中使用以提供一个GOR估计值。
这些假设用来形成上面的多个公式。需要注意的是，如果这對叚设中的一 个或多个被修改，那么导出的公式也会不同。例如，如果假设5中的比率被改 变(如m2:m3:m4:m产2.5丄7:1.5:1.0),公式12将表现新的假设
15m2=0.37m2-5;m3=G.25m2-5;m4=0.23m2-5;m5=0.15m2-5 Eqn.ql 2a 利用公式12a，公式13将变成
隨0^(0.625"7'+02， 2)
Eqn.ql3a
其中常量k对于单位scFbbl为9972。本领域的普通技术人员育滩理解的是， 假设可以改变，对GOR的导出公式将会相应不同。
在一个或多个实施例中，本发明育&够M计算标准条件下气化的已烷(C6)、
庚烷(C7)、辛烷(C8)、和任垸(C9)部分来确定GOR。当这些组成部分处于 气态时，液体的体积将会 咸少，GOR将会增加。
当Ce至Q)部分处于气态时，GOR的表达公式作为CGA测量函数可以从 一對叚设中推导出，除上面的那對段设外还有
1.标准劍牛下流体闪蒸后，C、C2-5 、和C02完全处于气态。
2. 流体闪蒸后，液体包含4mol%C6, 5mol%C7, 7mol%C8jH
8mol%C9。
3. 在气态时，C6，G/,C8,和C9的蒸气与液相平衡。
4. 液相的密度为0.8g/cm3。
5. 气相遵守真实气体定律(PV=znRT)。 禾拥这些假设，可推导出GOR的表达公式作为CGA的测量函数
固附i歸 他"7C_
— /"6+—0.782(m,/16.0 + w2—5/40.1 + wc。2/44.0 tqu.14
其中k是基于特定假设和期望单位的常量。当用上面的假设1—5和单位 scWbl时，k =107285。用公制单位m3(gas)/m3(liquid), k =19107。 CGA测量提 供m, ，m2—5 4、 ,mC02。在某些实施例中，这些值可以用于公式14以提供流体样 本的一个GOR估计值。
应当理解的是，应用除公式14所示的函数以外的函数也是不脱离本发明范 围的。具体的函数形式根据设定的特定假设得出。例如，除了假设2中的摩尔 分量以外，其他摩尔分量也可用来推导出与公式14相似或相同的公式。另外，比C9重的成分可以气化或气态存在。例如，C,和d2可以被气化，包括在假设
2中。还有，密度的估计值可能不同于0.8g/cm3。本领域的普通技术人员可以在
不脱离本发明范围的情况下，作出其他假设和其他函数。
用CGA确定GOR的方法可以与确定无污染GOR的方法和用GOR监测 流##本污染的方法相结合。然而，可以发现确定无污染GOR的方法和用GOR 监测流体样本污染的方法可以与任何确定GOR的方法一起使用，并且不局限于 用CGA确定GOR的方法。视在GOR可用于来自任意设备的分析，例如NMR工具。
图IOC示出了本发明方法的一个实施例。这种方法首先包括多次获得与流 体样本的甲烷质量成分、非一甲垸气态碳氢化合物质量成分、液态碳氢化合物 质量成分、和二氧化碳质量成分有关的数据(步骤1031所示)。
在一些实施例中，这种方法下一步包括做出关于地质层流体组成成分的假 设(步骤1033所示)，和确定一个i十算GOR的公式，这个公式是甲烷质量成分、 非一甲垸气态碳氢化合物质量成分、液态碳氢化合物质量成分、和二氧化碳质 量成分的函数(步骤1035所示)。需要注意的是，做出假设和确定计算GOR的 公式可以在获得数据之前或之后执行。
最后，这种方法包括基于甲烷质量成分、非一甲烷气态碳氢化合物质量成 分、和二氧化碳质量成分与液态碳氢化合物质量成分的比来计算GOR (步骤 1037所示)。
用CGA监测污染
在本发明的一个或多个实施例中，CGA测量可以用于对OBM井中气体凝 聚物取样污染的监测。井下气体的主要成分是甲垸，几乎没有井下气体包含大 量的液体成分。另一方面，OBM通常不包含甲烷，并且完全由液态碳氢化合物 组成。这样，取样过程中的倾向是Ci逐渐增加而C6+逐渐减小。CGA测量甲烷 m,的质量百分比和液态碳氢化合物,的质量百分比。
图6A示出了在取样过程中m！ (m,曲线602所示)随着历经时间的增加而 增加。i化逐渐接近无污染mi (如虚线604所示)。相似地，图6B示出了 ~ (m^曲线612所示)在取样过程中随着历经时间的增加而减小。m^逐渐接近 无污染1~ (如虚线614所示)。
在-一些实施例中，m,的增加和m^的减小可以作为幂函数的模型。例如公
17式]5和16 ，类似于上述GOR的公式1:
m尸A-Bt"
Eqn.15 Eqn.16
对于公式15， i化是测得的甲烷百分比，A是无污染nn， B是与m的增加 有关的常量，a是指数常量。对于公式16， m^是观赐的液体的百分比，X是无 污染液体，Y是与m^的减小有关的常量，P是指数常量。如上所述，需要指出 的是，t是取样参数，并且它可以代表历经时间、泵出时间、泵出体积、或其他 能代表泵出过程的任意取样参数。本领域的普通技术人员可以在不脱离本发明 范围的情况下，设定其它取样参数。
在一些实施例中，指数常量a、 J3的选择是基于对泥浆滤液侵入深度的估 计。在---此实施例中，指数常量a、 P可以在O.l禾n2.0之间。在至少一个实施 例中，指数常量a、 P中的一个或者两个大约为0.5。对于浅的侵入，希望是较 低的指数常量，如。=1/3或3=1/3。对于深的侵入，希望是较高的指数常量， 如(1=2/3或3=2/3。 一旦选择好指数常量，公式15和16中的常量值可以由样 本数据计算出。
一种确定无污染m,和无污染m6+值的方法在图8A和图8B中示出。图8A 示出了m，与r的关系曲线。从公式15和图8A可以看出，这种关系为线性关 系。m,数据曲线812可以用nn和r的数据点的连线来产生。m,数据曲线812 可以线性外推至r-O，这里t为无限大。随着t接近无限大，nn接近无污染nn (如点814所示)。相似地，如图8B中的曲线所示，m6+数据曲线822可以用 H和tl勺数据点的麟来产生。m^娜曲线822可线性外推至f、0,这里t为 无限大。随着t接近无限大，m6+接近无污染m^ (如点824所示)。
在可替换的实施例中，可以测量指数常量a、 P中的一个或两个。与公式 1变换成公式4的操作一样，公式15和16可以变换成公式17和18:
!n(^2)二雖)+ ',一一) t/ln(Z)
)二ln(" + ln(y) —/ ln(/)
Eqn.18公式17示出了 ln(d(mO/dln抑与ln①之间的线性关系。图7A示出了 ln(d(m]ydln(t))与ln(t)之间的关系曲线。数据曲线712在曲线的某一段内具有线 性关系，并且把这一段线性曲线的斜率作为指数常量a。曲线712的斜率可以 在一合适间隔内确定，如714所示。本领域的普通技术人员能够设定选择合适 间隔的方法。一旦指数常量a被确定，无污染mi可以M纟飾ij相同合适间隔714 内的m]与t—"的关系曲线(图8A中的812)确定。
相似地，公式18示出了ln(-dC)/dln(t》与ln(t)之间的线性关系。图7B示 出了 1n(-d(m6+)/dln(t))与ln(t)之间的关系曲线。数据曲线722在曲线的某一段内 具有线性关系，并且把曲线722的这一段线性曲线的斜率作为指数常量P。曲 线722的斜率可以在一合适间隔724内确定。 一旦指数常量e被确定，无污染 nv可以通i^魏湘同合适间隔724内的m6+与t"的关系曲线(图8B中的822) 确定。
图IOD示出了本发明方法的一个实施例。这种方法包括多次获得与流傳4羊 本甲垸的质量百分比和液态碳氢化合物质量百分比有关的数据(步骤1041所 示)。在流体取出时，可以通过监测流体样本来获得数据，或者通过分析这些数 据获得。下一步，这种方法包括为甲烷质量百分比选择样本参数的甲烷幂函数 (步骤1042所示)和为液体碳氢化合物质量百分比选择样本参数的液体幂函数 (步骤1043所示)。这些不需按所示顺序进行。取样参数可以是历经时间、泵 出时间、泵出体积、或其他代表取样过程的取样参数。
这种方法下一步包括确定甲烷幂函数的指数常量(步骤1045所示)和确定 液体幂函数的指数常量(步骤1046所示)。在一些实施例中，这里可以首先选 择-一个合适间隔(步骤1044所示)，绘出公式17和18左边与ln(t)的关系曲线， 并确定所选择合适间隔内的曲线的斜率。
最后，这种方法包括确定流体样本的污染度(步骤1047所示)。
在一个或多个实施例中，m,和m^的百分比可以作为指数函数的模型，如 公式19和20所示
m=A-Be—at Eqn.19 m^X+Ye-" Eqn.20与公式5变换成公式8的操作一样，公式19和20可以变换成公式21和
<formula>formula see original document page 20</formula>
Eqn.21
X式21示出了 mi关于t的微併d rWdt)与m,之间的线性关系。图9A示出
公i'
了dm,/dt与m,的关系曲线。nn数据曲线912在曲线的一部分上是线性的。合 适间隔915是从曲线912中选择的，这一段曲线基本上是线性的。m,时间微分 为零时的mi值是可以通过线性延伸916来确定。这就是914所示的无污染m,。
公式22示出了 m6+关于t的微併即d mWdt;^ m6+之间的线性关系。图9B 示出了 dm6+/dL% ni6+的关系曲线。合适间隔925是从m6+数据曲线922中选择 的，这一段曲线基本上是线性的。m6+时间微分为零时的m6+值是可以通过从合 适间隔925的曲线线性延伸926来确定。这就是924所示的无污染ni6+。
流体样本的污染可以利用m,和m6+数据来监测。在一些实施例中，加权污 染程度可以表示为一个Q或C^和无污染值的函数
<formula>formula see original document page 20</formula> e 23
其中n^是无污染m, ， i化是视在mj,
其中111640是无污染1116+ ， m6+是视在m6+。
在公式15和16中，m,和m6+可以用下式确定的颜色比率Rcdor代替，
<formula>formula see original document page 20</formula>200810181702.9
Eqn.25
其中ODcom和OD。虹2是两个不同的颜色通道，OEW是颜色基道。用颜
色比率Rcdor代替1化,污染可表示为
%Co"/. 二 x 100 Eqn.26
尺d — 0
其中Rcdorj,是无污染颜色比率，其与nn的推导方式是相同的。 图IOE示出了本发明方法的一个实施例。这种方法包括多次获得与流体样 本甲烷的质量百分比和、液态碳氢化合物质量百分比有关的数据(步骤1051所 示)。在流体取出时，可以通过监测流体样本来获得数据，或者通过分析这些数 据获得。下一步，这种方法包括为甲烷质量百分比选择样本参数的甲烷指数函 数(步骤1053所示)和为液体碳氢化合物质量百分比选择样本参数的液体指数 函数(步骤1055所示)。这些不需按所示顺序进行。取样参数可以是历经时间、 泵出时间、泵出体积、或其他代表取样过程的取样参数。
最后，这种方法包括确定流体样本的污染度(步骤1057所示)。 本发明的某些实施例具有下述优点中的一个或几个。 一些实施例能确定无 污染GOR。无污染GOR是地质层流体的一个特性，并且可以不用在样本腔室 内收集样本就能被确定。通过这样做，可以储存地质层试验工具里收集到的有 限的样品量，从而可以增加在一次工具操作中的数据量。
有利的是,本发明的某些实施例能禾,视在GOR监测污染。GOR比颜色或 甲垸分析更加敏感。视在GOR会招氐污染流体中不断增加，这样可以得出更精 确的污染水平。还有，视在GOR对流体样本泵出速度的变化不敏感。即使泵出 速度降低，GOR也可以持续增加。
有利的是，本发明的某些实施例能确定一个接近GOR的时间函数。在这 些实施例中，这些函数可以用来确定将流体样本净化到可以接受的污染水平所 需要的时间。
有利的是，本发明的某些实施例能用组成成分的质量百分比来确定视在 GOR。视在GOR的函数可以基于关于地质层流体组成成分的假设。利用通常 获得的地质层流体数据，GOR函数能很快确定GOR。
21有利的是，本发明的雜实施伊憎調甲微口瓶态ra:化^)的驢百分比来监
测污染。在不需要收^^鹏的情况下，就育鹏鹏测流##本污染的目的。
然而本发明只能描述有限的实施例，在本发明所公开的基础上，本领域的 技术人员可以意识到，在不脱离本发明范围的情况下，可以设定其他实施例。 所以，本发明的保护范围仅限定在附加的权禾腰求书中。
权利要求
1. 一种确定流体样本气—油—比率的方法，包括多次获得与甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量成分、液态碳氢化合物质量成分和二氧化碳质量成分有关的数据；和利用甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量成分和二氧化碳质量成分对液态碳氢化合物质量成分的比值确定气—油—比率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述确定气一油一比率包括利 用甲烷质量成分、非甲烷气态碳氢化合物质量成分、液态碳氢化合物质量成分 和二氧化碳质量成分的函数。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述函数是基于地质层流体成 分的假设。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述假设包括 流体样本大致为一种甲烷分子组、非甲烷气态碳氢化合物分子组、液态碳氢化合物分子组和二氧化碳分子组的组合物；甲垸分子组、非甲烷气态碳氢化合物分子组、和二氧化碳分子组在标准条 件下为气态；液态碳氢化合物分子组在标准条件下完全为液态； 乙烷、丁烷、丙烷和戊烷^T的质量比大约分别为4:3:2:1; 液态碳氢化合物分子组的密度大约为0.75g/cm3;和甲烷分子组、非甲烷气 态碳氢化合物分子组、和二氧化碳分子组遵守理想气体定律。
5. 根据权禾腰求3所述的方法，其特征在于假设包括 标准剝牛下流体闪蒸后甲烷分子组、非甲烷气态碳氢化合物分子组、和二氧化碳分子组完全处于气态；流体闪蒸后，液态包含4mol。/。的已烷、5mol。/。的庚烷、7mol。/。的辛烷、和 8molo/。的任烷；在气态时，已烷、庚烷、辛烷、和任垸的气体能与液态建立平衡；和 液态的密度为0.8g/cm3。
全文摘要
本发明涉及用流体分析仪确定流体特性。一种确定地质层流体特性的方法包括多次获得流体样本的与甲烷峰值光密度和油峰值光密度相关的数据，基于数据每一次用多次获得的流体样本的甲烷峰值光密度对油峰值光密度计算流体样本的视在气—油—比率，选择能使气—油—比率增加的取样参数的幂函数，基于数据计算幂函数的指数常量，和确定从包含无污染气—油—比率和污染度的一组数据中选择的至少一个。
文档编号G01N21/53GK101446552SQ20081018170
公开日2009年6月3日 申请日期2004年3月27日 优先权日2003年3月27日
发明者A·L·库尔克简, C·董, G·福吉萨瓦, H·M·埃尔沙哈维, J·J·波普, O·C·穆林斯, P·S·赫格曼, S·S·贝坦库特, T·特拉巴亚施 申请人:施卢默格海外有限公司