烃类勘探方法

专利名称：烃类勘探方法
技术领域：
本发明涉及烃类的勘探，更具体讲是从井筒中取得岩心并立即在井场分析岩心，以便加强对地下地层的了解。
在烃类勘探中，找寻工作集中于曾经产生、含有或捕集有烃类的沉积岩位置的确定。为此目的，首先是对具体的目标地区了解地下地层，而目标地区通常是来自用市售的大面积调查设备所得的结果。这些调查可包括重力测量、磁法测量以及地震测量。重力和磁法测量更常被采用，因为可得到覆盖大面积的结果，成本较低。
应用重力和磁法测量的问题在于都存在以下问题非专一性、分辨力差、并且只能对具较高密度或磁性响应的一层物质上面的相对厚度的物质作出估计。此外，这些测量法对于在该地下地层之下是何种类型物质以及在具有高密度或磁性响应的该层物质之下是何类型物质，所提供的资料较少。地震测量的问题在于震源、反射点和接收点之间的传递时间是已知，但是到达该反射点的深度仅仅是根据该地震能量经过每一个地下地层进行传递所假定的速度估算而得。当任何一个速度假定是不正确时，则对深度的估算和对地下地层的了解都会大大改变。
若首次对地下地层的了解表示沉积的可能，其他来源的资料就用于修正这些了解，例如对地表岩石和岩石露头的地理学描述，以及来自相邻矿井和/或以前所钻井筒的地下地层资料。根据这些修正的了解确定井位，然后开始钻井。在该井钻进过程中和之后，通常要测得一系列由测井绳索所得的井筒测量数据，例如γ射线测井、脉冲中子测井以及电阻率测井数据，这些资料用于估定地下地层的矿物特征、石油烃的存在、以及推断的岩石性质，例如渗透率和孔隙率。
已能明了到，所要求的对地下地层物理性质的测量，可以通过对地下地层的实际岩石样品进行分析而达到最佳了解。这些岩石样品可通过市售的取岩心设备而得到。有一种取岩心设备广泛应用于矿物勘探，有时也应用于石油烃勘探，见于下述文献“ContinuousWirelineCoreDrillingAnAlternativeMethodforOilandGasExploration”，R.E.Swayne，DrillBits，Spring1988drillbits，pp.7-12。此文中还提到，在整个井深范围内，通过得自该井的测井绳索所得数据与对岩心样品所作测量进行对比而得出直接的相关关系。
在下述文献中描述了从岩心分析所得资料的数项应用ReservoirDescriptionWhatisNeededandWhen？”，Richardson等，刊于SymposiumonGeologyandResenoirManagement，1986，NationalConferenceonEarthScience，September，1986。
本发明是提供一种勘探方法和装置，用于加强勘探人员对地下地层的了解。在本发明的一个实施方案中，得取井筒基本上全部深度的岩心，并用位于井的近旁的岩心分析设备分析得到基本上全部代表该岩心的岩性学资料，用以增进对该地下地层物理性质的了解。然后，在该岩心分析设备中得出该地下地层的与深度相关的资料或记录并表达出来，这些资料可用于在该井的钻进过程中以及其后为勘探和开采的目的作出决定。
岩心一经从井中取出，即使原生液体迅速蒸发，某些易散碎的地层物料迅速崩解，并使岩心的粘弹性松弛。本发明者已发现，其中某些物理性质的改变要比以前所想象的更快。借助于在井旁即时分析岩心，可以在合要求的短时间内完成岩心分析，并且对岩心的扰动最小，并且进行分析时的条件能作到使其物理性质不致与刚从井中取出时岩石的性质有显著不同。


图1是一幅示意图，表示按本发明的实施方案之一岩心已从井中取出并向岩心分析装置运送。
图2是在岩芯分析装置中，连续式岩心取样站的立面示意图，此设备包括在本发明范围内。
图3是一种方案的岩心分析装置所输出资料与深度的相关关系。
图4是在岩心分析装置中，岩心取样站部分的方块流程图，此设备包括在本发明范围内。
图5是在两个不同时间对同一岩心所测紫外线数据与深度的相关关系，表示所测紫外线响应随经过的时间所发生的变化。
图6是测得速度随经过时间的变化百分率图。
图7是从本发明岩心分析所得数据与从一个相邻井所得常规法测井数据的相关关系图。
按本发明的方法之一，从井中取出岩心，立即送到设在此井近旁的岩心分析装置，立即分析此段岩心内基本上全部岩性学数据，从而得到多种物理性质的精确测量结果。于是勘探人员和/或开采人员可应用这些测量结果，例如对所测物理性质与深度相关的记录或数据加以研读，对地下地层作出更详细和更精确的了解。
本发明的方法包括至少两大部分钻井/取岩心和岩心分析;下面进行说明。
钻井/取岩心在实施本发明的方法时，任何市售的钻井和取岩心装置及其附属设备和供应品均可应用。可采用现时工业采用的旋转取岩心技术和用绳索的井壁取岩心法。在本发明的此方案实施中，曾成功使用了一种类型的岩心钻机和附属设备，描述于“ContinuousWirelineCoreDrilling”，Swayan，P.7。按Swayne的文章所述，由于各种理由，最好使用高速、小直径、低钻头压力的取岩心设备。通常采用小于约6英寸的小直径，由这类钻机钻出的井孔不会遇到井筒稳定性这样的费钱而麻烦的问题，而较大直径的井筒就经常遇到这类问题。对于较小直径井筒的情况，把井筒钻成过大直径或是地层物料松散落入井筒中的趋向都比较小，因为较小直径的井筒容易保持地层构造的完整性。在使用齐平口型钻杆柱的情况下，在井壁和钻杆柱之间产生的环形空隙较小。因此需用的钻井液较少，所需的泵送能力比大直径井筒的通常需要量也是较小。因此，在整个取岩心/钻井过程中，可以使用对岩心及邻近井筒的地层破坏较小的较昂贵的钻井液。此外取岩心钻杆柱通常可达到400转/分钟以上的转速，于是可以达到更高钻进速率并且对地层物料的破坏并不比使用大直径钻头用低钻进速率时的破坏更严重。
岩心分析如图1所示，在实施本发明的方案之一时，通常从井筒中取出长度20或40英尺的岩心，每一段岩心均送到邻近的岩心分析装置。岩心放在一种输送架上，使它们通过一个液体浴(例如水浴)，用洗涤或喷淋除去岩心表面的一切钻井液或外来杂质，然后通过空气吹扫装置，除掉岩心上的洗涤液体。将钻井液洗掉和用空气吹扫并非一定要作的，但最好有这些工序以除掉可能对物理性质测定带来不良影响的物质。每一段长的岩心均切断成为适当尺寸的小段，以便于分析和保存，例如每段3英尺。在单独的样品分析站中从岩心上切取单个的样品，供物理性质分析之用，见后文详述。
本发明的岩心分析方法可以分为两种不同的方法连续式岩心分析和单独的岩心样品分析。如图2所示的连续式岩心样品分析方法的一个实施方案，当把岩心切成为便于分析和搬运的长度之后，在每一段上附上编号标签以便于保存管理，然后每一段通过一台或多台物理性质测定设备，并指示出该岩心的物理性质。在这个站中可以测量的物理性质包括γ-射线辐射，可用于与其他井的γ-射线测井记录找出相关关系;磁化率，用于表达该处地层的磁性特性;红外线反射率，用于确定矿物学持性;紫外线荧光法，用于探查烃类。对岩心留下目测记录，例如照片、录像带或激光盘，用于记载宏观外观记录，例如用约3英寸见方的目测样品;还留下该宏观样品一个部分的微观记录，例如用10倍放大。
然后将整条岩心送到下一工序，通常由地质师作出与深度相关的岩心测定记录或描述，即包括碳酸盐、砂岩、页岩等等，还有地质学特性，例如顺层面、断层作用、倾斜取向、沉积环境、沉积史、构造地质学、化石描述等等。图3示出由此岩心分析装置输出的与深度关联的分析记录实例，其中以模拟方式表达γ-射线和紫外线荧光法测定结果与深度的相关关系，岩性学数据的图形表达，以及对碳酸盐含量及孔隙率的估测。然后可将这些岩心处置、装箱并于现场贮存，或者将全部或部分岩心送到岩心分析机构，供今后分析和使用。
在单独岩心样品分析方法中，按预定的取样间隔从这些岩心上取下单个的样品或圆盘。所说取样间隔应至少在每次岩性改变之后取样。所定的间隔应能充分表达在地震处理中所用最大分辨率波长所代表的物理性质，一般不大于每10英尺取样一次。图4示出本发明的一个实施方案，对每一种岩性至少取三个盘形样品，并在测试设备中试验，以得到下列各物理性质数据的一种或多种颗粒密度、干态堆积密度、饱和态堆积密度、磁化率、矿物学特性(红外线)、抗压强度、弹性模量，以及纵波及横波地震速度与压力的关系。具备这些直接测定数据之后，即可计算其他想知道的物理参数，例如从干态堆积密度与颗粒密度之差可以估算孔隙率。另方面也可以从饱和态堆积密度与干态堆积密度之差估算孔隙率。此外，已知饱和密度和地震波速度的综合资料，可得到动态弹性模量、声阻抗和反射系数。对所取样品深度段的速度进行分段积分，得到双向传播时间，这个资料可用于将在一个地震带测得的时间换算成为真实深度。上述的测定方法还可以测量纵波及横波速度、双折光率、快及慢横波速度差的大小，以及弹性组构角。若将这些测量数据与对该样品的量度(直径、重量、长度)综合在一起，就可以估算孔隙率。还有饱和态密度和干态密度之差可用于估算饱和态孔隙率。在表Ⅰ中示出由图4的单独取样设备所测数据值与深度的相关关系。
优选的分析方法从岩心分析装置的连续式取样设备所测物理性质的部分或全部可以采取纸页记录、屏幕显示或用数字式计算机的存储器。这些物理性质测定数据可以通过电话、传真、数字式通信线路等传送至远离钻井现场的地方。在一种实施方案中，在一口正在钻进的井上将预定的一套所测物理性质数据通过通信卫星传送到远离井场的数据计算中心的数据库，供给勘探人员修正他对该井地下地层的了解。另外，其他勘探人员也可以利用这个数据库对邻近井位或已完全撤出并且与之不同的井位修正他们对地下地层的了解。换言之，可将所测得的物理性质加入到一个数据库中，并由这个数据库向勘探人员提供对全世界地下地层现象了解的经常性革新和修正。
在分析岩心时，已发现取样品的间隔是十分重要的，因为未被分析到的岩性越多，对数据的解释就更为一般化，因此就更为不确定。若是分析了来自某一段的岩心但该井筒其他部分未能取岩心或是取得岩心未作分析，于是就会失掉所需的资料。此外，一条岩心内的基本上全部岩性都需要分析，因为每一种岩性都会影响通过该地下地层的声能传播时间。特别在地表层的速度未测的情况下，于是在地震资料处理中这一地下地层阻抗就必须估计。若这个估计不正确，则其误差会导致所得地下反射层的深度有误差。
业已发现，岩心的某些物理性质在岩心暴露于无压缩力、干燥和氧化性条件中，并经历较长时间后，其变化要比以前想象中的快得多，并会产生不利后果。本发明的主要目的是尽快对岩心进行分析，使所得到的物理性质测定结果近似地相当于从井中取出岩心的当时的物理性质。
例如，烃类会迅速挥发，所以对刚刚从井筒中取出的岩心所测紫外线荧光测定结果可以表现出烃类，而在72小时后所作相同测定则未表现有烃类存在，见图5所示的例。因为在应用本发明时，人们的目的是试图勘探并希望发现烃类，在深度相关的区段在岩心上显示有油膜会对修正勘探人员的是否有烃类存在的了解具很大重要性，若是这样，还包括对这些烃是来自何处以及何处还可能有烃类的了解。勘探人员就可以根据这些资料作出决定，包括钻井是否要继续进行下去，若应继续钻进，还应再钻多么深，并且若是计划/需要打另一口井，这口新井的井位应在何处。在过去，从井中取出的岩心是运送到远离井位的岩心分析装置，通常在数星期至数月之后完成岩心分析。这样就损失了宝贵的数据。而在采用本发明时，可以得到这些宝贵数据，并在需要时随时调用。
从岩心离开井筒到分析之间经过长时间而能产生不良影响的其他性质有烃的热解及孔隙流体分析、抗压强度以及纵波及横波速度。图6中示出，在从井中取出岩心后立即测定和经过4个月后测定时，所得纵波和横波速度的变化百分率与井深度的关系。这些速度变化是很重要的，因为不正确的速度估算值对于所估算的到达反射层深度有不利的影响。例如，使用比真空速度低10%的速度所得地震图来估算的深度，所得结果是在10000英尺为2.2秒，而不是应有的2.0秒。在目标深度上有200毫秒误差换算为钻井计划深度后的误差是要更多钻进1000-1500英尺。这样的误差对于找到一个合要求区段的经济考虑以及达到该钻井目的深度的准确性都有反面影响。
此外，对较浅深度的速度估算难以进行，或者最好也是受很大局限的。例如，从一个浅的高速度区取了岩心，并且对该区段所测速度证明要比用于处理该地震段所用的估算速度快得多。按原来的估算值，对该目标区段的钻井深度预先估计为7900英尺。利用从该井位近旁的岩心分析装置实测的速度，对该地震段重新处理，所估得的目标区段深度为6000英尺。后来钻头钻进到6030英尺时，取得该目标区段的岩心。
应用这些速度数据即可按需要停止钻井，也就不必达到原先计划的7900英尺的费用。此外，通常是应用绳索测井工具来得到竖向的地震资料变化以确定确实已钻进到目标区段;然而，在从现场岩心分析得到可确信资料的情况下，操作人员就能够省掉这项附加费用。附带一点，应用速度记录资料可以对目标区段进行相似的钻进估计;然而，这些记录资料与本发明的现场岩心分析相比还不是最优选的，因为应用这类记录资料的方法是必须将钻进停下来，处于稳定边缘的井筒可能损坏或坍堒，并且为得到并处理这些数据需要附加的时间和费用。本发明所提供的从岩心得到所需物理性质测定结果的方法是成为该钻井工艺整体中的一个部分。
某些地层的物料例如页岩在暴露于空气、受到振动和从原位条件下取出后会很快崩解。通常，在远离现场的岩心分析装置均不分析页岩，因为那些页岩已经崩解了，所以就损失了宝贵的资料。所以，若希得到有关这些地层的物理性质任何有意义的测定资料并能描述其特性，就必须在现场分析这些地层物料。
测得性质资料之应用以下讨论的内容是阐明按本发明的岩心分析装置所得资料的进一步用途。
如前所述，岩心物料性质可在井位处用于计算反射层的深度，亦即准备要钻达的层位，以及到达目标的距离或该井的总深度(TD)。在过去，钻该井的开采人员对于钻达具体所要层位的深度有一个粗略估计。但该层位几乎总是从邻近井的测井记录和/或地震数据来估计的，这样也就在很大程度上取决于所假定的岩石性质和速度。在有了按本发明即时提供的岩心分析数据后，钻井人员就可以决定是否需要钻进到某一目标层位，以及怎样的一个深度是通过了该层位。还有，还可以即时地预见到，在预期的地层变化之前，还要在该地层中再钻进多久，于是钻井人员可以确定是否需要更换钻头和/或更换钻井液，以及什么时候作这些更换。
从即时的岩心分析数据知道了该地层的岩性和抗压强度，并且知道了钻头在该地层中钻进速率之后，即可确定钻头的性能，于是就可以监控由于钻头磨损和/或钻头损坏造成的钻头性能下降。此外，还可以对具体的钻头钻过具体的地层物料的性能好坏作出了解。在过去，由于不能得到即时的现场岩心仪器分析资料，所以不能作出这类精确的决定。
由于能即时得到岩心分析资料，从该井得到的资料可以立即用于对同一或其他地区的其他井的开采、勘探、钻井、完井等计划的制订或修正。密度数据和磁化率数据可用于重力和磁法测量结果的再处理。即时分析可以缩短计划评价时间，使勘探人员达到更高工作效率。因此，关于对于该项特许/租借案是否要出价，准备出多高价，在这份特许/租借案中是否要补充打井，应在何处打井等等，都可以迅速作出决定。
可以完成一种形式的测井记录，称为反式测井记录，即在钻井过程中取得岩心，并按本发明方法加以分析。然后，该岩心与深度关联的测井记录又可以与其他测井记录关联，例如从邻近移位井得到的γ-射线测井记录，用以确定由两口井所钻过的同一区的位置和深度。此外，根据按本发明方式所产生的测井记录，可以对移位井合理地推断其岩性和物理性质。图7表示此一方法的示意图。
对一口井拥有了大量的岩心，例如基本整个井深度的岩心，并在现场对岩心作了分析，就可以更全面地确定该地下地层的沉积环境的全貌。所说沉积环境包括是否有滩、流、砂丘存在，并且是否曾发生变化。可以确定其构造历史，还有古生物学序列。可以确定出成岩作用史，以及化石的类型和分布。还可以确定沉积环境、岩石组构、成岩作用、埋藏历史，以及生油源、储油层和盖层的存在。采取此一方式，从现场的岩心可以直接确定储油层品质和特性、岩石类型的分布，这些性质可向勘探人员直接提供资料，用以更好地修正和评价地下的模型。孔隙率、裂缝的集中程度和走向可提供关于一个盆地的区域和竖向连续性的指示。
对已取岩心的井的将来强化，例如压裂、酸处理等等程序都可以更精确设计，因为已对真实的岩心进行了分析，并得到了必要的输入数据，例如地层分离压力、渗透性、泊桑比值以及杨氏模量等等。
虽然本发明是结合附图作了说明，不言而喻的是还可在本发明的精神实质和范围以内，对此处所明示和暗示的内容作出其他的和进一步的修改。
权利要求
1.一种在钻井过程中，应用截取的岩心作出与深度关联的地下地层记录的方法，包括(a)在岩心从井中取出后，在该井近旁的岩心分析装置中立即对从井筒基本上全部深度所取岩心分析该岩心内基本上全部代表性岩性，得到其物理性质测定结果；(b)制备出该等物理性质与深度相关联的数据记录。
2.按权利要求1的方法，其中所述物理性质是选自γ-射线、红外线吸收、红外线反射、磁化率、紫外线荧光、饱和密度、干密度、颗粒密度、孔隙率、横波声速、纵波声速、弹性模量、抗压强度。
3.按权利要求1的方法，其中的岩心是从该井的基本上全部深度所取得，并供给该岩心分析装置。
4.按权利要求2的方法，其中磁化率的测量是用于表达地层的磁性特性。
5.按权利要求1的方法，其中至少一种物理性质的与深度关联的记录是用于关联到得自另一口井的与深度关联的数据记录。
6.按权利要求1所作出的该等物理性质与深度关联的记录。
7.一种岩心分析装置，该装置是在一口井的近旁使用，并产生与深度关联的该地下地层的记录，该装置包括用于对从井的基本上全部深度所得岩心分析其基本上全部代表性岩性的设备，从而在岩心从井中取出后立即得到其物理性质测定结果;产生该等物理性质与深度相关联的记录的设备。
8.按权利要求7的装置，其中所述物理性质是选自γ-射线、红外线吸收、红外线反射、磁化率、紫外线荧光、饱和密度、干密度、颗粒密度、孔隙率、横波声速、纵波声波、弹性模量、抗压强度。
9.一种烃类勘探方法，包括(a)作出该地下地层的表达资料;(b)由该地下地层的表达资料作出钻井计划;(c)按该钻井计划向地下地层中钻进，钻成井筒;(d)沿该井筒基本上全部深度取得岩心;(e)在该井的邻近地点分析该岩心内基本上全部代表性岩性，得到其多项物理性质数据;(f)从所得的多项物理性质数据修正该地下地层的表达资料;(g)根据按地下地层物理性质对其表达资料的修正，修正该井的钻井计划;(h)按修正后的钻井计划钻进该井。
10.按权利要求9的方法，其中该多项性质中包括抗压强度及孔隙率。
11.按权利要求9的方法，其中该地下地层的表达资料中包括地震剖面图。
12.一种勘探烃类的方法，包括(a)在第一口井近旁设有岩心分析装置，并且将从第一口井取出的岩心立即进行分析，由此得到来自该井筒基本上全部深度的岩心的至少一种物理性质与深度相关联的记录;(b)由绳索测井装置通过第二口井得取其中该至少一种物理性质与深度相关联的记录;(c)对步骤(a)的记录与步骤(b)的记录比较其以相似方法表示的地下地层特征。
13.按权利要求12的方法，其中所述至少一种物理性质是天然γ-射线辐射量。
14.按权利要求12的方法，还包括(d)从所述第一口井的至少一种物理性质的与深度关联的记录，为所述第二口井得出推断的岩性资料记录。
全文摘要
一种烃类勘探方法，是沿井的全深度取岩心，并在井旁的岩心分析装置立即分析该岩心的代表性岩性，测得多项物理性质。这些性质与深度相关的记录用于(a)正在钻进的井调整钻井计划，(b)其他勘探方法如地震、磁法、重力测量的资料；(c)与得自其他井的其他与深度关联的记录找出相关关系。
文档编号G01N21/64GK1042396SQ89108300
公开日1990年5月23日 申请日期1989年10月30日 优先权日1988年10月31日
发明者钱德拉·S·赖, 卡尔·H·桑德盖尔德, 基思·K·米尔海姆, 休斯敦·B蒙特 申请人:阿莫科公司