使用分配系数增强储层流体分析的制作方法
【专利说明】使用分配系数増强储层流体分析
[0001] 背景
[0002] 随着油井钻井变得日益复杂，需要收集和分析与地层相关的信息。一种收集此信 息的方式是通过分析循环流体，诸如钻井流体。钻井流体或"泥浆"是特别设计的流体，当 在地下地层中钻井筒时，所述流体在井筒或钻孔中循环以促进钻井操作。钻井流体的各种 功能包含从井筒去除钻机切割部分，冷却和润滑钻头，辅助支撑钻杆和钻头，以及提供静水 压头以维持井筒的完整性且防止井喷。
[0003] 通常在钻井操作期间监测钻井流体的属性。举例来说，经常需要准确地测量钻井 流体在离开井筒时的烃类气体浓度。钻井流体中的烃类气体的等级可影响钻井的方式以及 所涉及的钻井机和人员的安全性。此外，钻井流体中存在的烃类气体和其它成分的浓度可 指示被钻井的地层的特性和钻井环境。
[0004] 因此，分析钻井流体和其在钻井操作期间经历的改变是优化钻井操作的重要因 素，且对于钻井方法以及钻井操作的效率可以是重要的。因此，在井筒的钻井、完成和测试 期间，需要获得从井筒回流至地面的流体的分析测量。
[0005] -种收集和分析钻井流体的方法涉及在钻井流体离开井筒时将容器内的转子浸 没至钻井流体中。钻井流体在其进入和离开容器时被搅动且其中溶解的气体中的一些蒸发 且逃离流体的限制。这些蒸发的气体接着被收集且通过分析方法处理以确定钻井流体中的 烃和其它成分的存在和等级。
[0006] 然而，当钻井流体暴露于含有气体的地下储层时，取决于储层的各种特性，那些气 体分配至井筒中存在的不同流体中。当那些流体循环回到地面时，经常通过从流体提取那 些气体来测量气体含量。常规气体提取方法一般不区分气体如何（或气体中的多少）分配 至不同流体中。举例来说，现有方法不测量水相中的残余饱和量，也不考虑成分在油相和水 相中的相应量。
[0007] 实际上，地面井场分析的某些常规技术可导致不需要的相变。为了解决问题的先 前努力试图通过提供对井筒本身中的流体取样的复杂程序来解决此问题。然而，井下分析 经常需要停止井筒中的循环，此可导致若干问题。停止循环可导致因延迟生产引起的经济 困难。其也可导致因为井筒的内含物下陷引起的损坏。
[0008] 因此，需要提供可较准确地测量和分析从储层取得的流体样品以确定流体样品所 取自的储层的特性。
[0009] 附图简述
[0010] 这些图式说明本发明的实施方案中的一些的某些方面，且不应用以限制或限定本 发明。
[0011] 图1说明示范性井筒和循环流体在井筒内的流动。
[0012] 图2说明可用以实践本发明的用于提取气体的系统的一个示例。
[0013] 详细描述
[0014] 本公开提供对循环流体的样品的较复杂的分析，以获得关于循环流体已暴露于的 地下储层的性质和组成的较准确的数据。现有方法依赖于一个或多个校正系数来估计成分 转化为气体的效率。现有气体分析方法迫使气体离开循环流体样品且测量仅那个气相的组 成，而本公开的方法将评估泥浆样品的所有相的流量和组成。此包含气相、水相、有机相和 固相。本公开的教示通过计算或测量成分在每一相中的量来直接说明成分转换为气体的效 率，从而消除对估计的校正系数的需要。
[0015] 本公开的方法和系统利用分配系数来量化循环的流体样品的四种相之间的转变。 某些分配系数描述固相与其它三种相中的每一者之间的转变。其它分配系数描述水相与有 机相或气相之间的转变。最后，分配系数描述有机相与气相之间的转变。这些分配系数可用 以描述两种相之间的双向的转变。通过使用适当的分配系数，有可能通过测量一种相（例 如，气相）的组成来确定不同的相的组成。
[0016] 本公开的方法和系统可用于安置在地下地层中的井筒。井筒可形成，以便延伸至 位于地下地层中的储层中。在一个实施方案中，可将套管安置在井筒内且可将水泥引入套 管与井筒壁之间，以便将套管固持在适当位置且防止套管与井筒壁之间的流体运移。油管 柱可安置在套管内。在实施方案中，油管柱可以是接合油管、连续油管，或适合用于地下井 环境中的任何其它类型的油管。考虑到诸如井深度、压力、温度、化学环境和其预期用途的 适合性的因素，本领域技术人员可知道合适的类型的油管以及油管直径和厚度的适当选 择。
[0017] 图1说明可使用本公开的典型钻井操作的一个示例。在示范性钻井操作中，将井 筒110从钻台102钻井至含有储层的地下地层104。井筒可包含套管井114和裸眼井116。 在套管井114中，井筒110用金属套管、水泥或其它构件被密封以与地下地层104隔开。在 裸眼井116中，井筒110暴露于地下地层104且流体可在井筒110与地下地层104之间流 动。防喷器（Β0Ρ)组117可安置在套管井114上方。隔水器118可连接防喷器与地面。钻 柱122可安置在井筒110内。顶部驱动器124可使钻柱124旋转以使位于钻柱122底部的 钻头126转动。
[0018] 本公开的方法和系统可与在井筒110中循环的任何流体一起使用。在钻井操作期 间，通常使钻井流体（或"泥浆"）循环。钻井流体或泥浆可包括任何基础流体，包含但不限 于水、油、合成油和/或合成流体。在某些实施方案中，钻井流体可还包括悬浮在基础流体 中的固体。非水基泥浆可含有油或合成流体以作为连续相，且还可含有通过乳化作用分散 在连续相中的水，使得在流体中不存在明显的水层。油中的此分散的水大体上称作逆乳液 或油包水乳液。数种添加剂可包含在此钻井流体和逆乳液中以增强流体的某些属性。此类 添加剂可包含（例如）乳化剂、增重剂、降滤失剂或降滤失控制剂、增粘剂或粘度控制剂，和 碱。
[0019] 维持钻井泥浆的密度以便控制泥浆施加在井底部的静水压力。如果泥浆太轻，那 么压力比钻井泥浆形成的静水压力高的地层流体可进入井筒且不受控制地流动至地面，从 而可能导致井喷。如果泥浆太重，那么施加在井筒底部的静水压力可降低钻头将钻孔的速 率。另外，过大的流体重量可使地层破裂，从而导致严重的井筒破坏。受益于本公开的本领 域技术人员将知道如何使用适当的添加剂来控制泥浆的重量。
[0020] 如图1所示，钻井泥浆在井筒110中循环通过钻柱122。最初，钻井泥浆从泥浆槽 系统130被栗抽到钻柱122。若干升压栗132a至132d可用以帮助移动钻井泥浆。钻井泥 浆可通过立管134和水龙带136被栗抽至钻柱122的顶部。钻井泥浆从钻柱122中其离开 钻柱122处被栗抽通过钻头126。钻井泥浆接着通过钻柱122与井筒110之间的环形空间 向上流回至地面。当其到达地面时，钻井泥浆流动通过流出管线142。其在进入回流管线 146之前经过清洁系统144,回流管线146可使钻井泥浆回流至泥浆槽系统130。
[0021] 根据本公开的实施方案，在将泥浆引入至井筒中之前确定泥浆的物理特性。举例 来说，测量钻井泥浆的所有四种相（固相、水相、有机相和气相）的初始流量和组成。基于 泥浆的所测量的特性，可计算泥浆的特定参数。举例来说，可产生泥浆样品中的所有四种相 (固相、水相、有机相和气相）的分配系数集。分配系数是基于相平衡，相平衡可针对压力、 温度历史、粒子效应和/或其它条件被校正。相平衡模型选择取决于其对压力和温度的适 合性。若干相平衡模型也可能用以恰当地确定循环系统中的不同点处的分配系数。这些可 针对非牛顿流体相态和在相之间交叉的