专利名称：使用脉冲中子装置的套管井眼内地层气体压力测量的制作方法
使用脉冲中子装置的套管井眼内地层气体压力测量 技术领域0001本发明一般地涉及油气井测井工具。更特别地，本发明涉及使用由脉冲中子源产生的伽马射线测量地层的气体饱和度及气 体压力的工具。本发明可以用于套管孔以及棵孔。
背景技术：
0002在石油和烃类生产中，储层气体的釆收具有相当大的商 业价值。在气体产生的过程中，存在不断增加的进到储层内的水流 量。该情况可能是由于自然的原因，或者可能是在二次采收作业的 情况下水注入到储层内的结果。从而气体的产生导致储层中的气体 饱和度减小。另外，由于作为其重要本质储层在不可透过性地层内 包含可透过性地层的事实，气体的生产导致了气体压力减小。而气 体压力的减小又影响储层流体的流动方式。知道气体压力在储层开 发中同样是非常有帮助的。在将气体贯进注入井内并用来将石油流 从储层引导到生产井内的增强石油采收项目(EOR)中，知道气体 饱和度也是重要的。00031支撑气体饱和度与/或气体压力的确定的基本方法即是密 度确定的方法。 一种被称为感生伽玛射线测井的方法包括了响应于 高能中子源在地层内产生的伽马辐射的探测。当使中子源产生脉冲 时，伽玛射线由两个反应中的一个产生。第一个反应是快中子的非 弹性散射(具有大约1MeV以上或大约一个量级以内能量的中 子)。第二个反应是超热中子的俘获(具有大约leV能量的中 子)。第三个反应是热中子的俘获(具有大约0.025eV能量的中 子)。快中子的寿命非常短(几微妙)，使得在中子源的脉冲期间 存在混合能量中子场。在脉沖之后不久，所有中子减慢到热中子能级并且这些具有几百微秒以内寿命的热中子到处游荡直到被俘获。 来自非弹性散射的伽玛射线紧邻于加速器产生，以及来自热中子俘 获的伽马射线被驱散以更远离加速器(高达几十厘米)。俘获伽马 射线的数量受地层的氢数量和热中子俘获截面数量的强烈影响。非 弹性散射所产生的伽马射线的数量较少地依赖于上述数量，并且这 种伽马射线的测量与地层密度更直接相关。脉沖中子源的使用允许 将俘获伽马射线与非弹性伽玛射线分开，以给出密度的较佳估计。
当其中运行了工具的井眼是无套管储层时，工具能够接 触地层本身。但是， 一旦钻井已套管，则在其中布置有工具的井眼 内部和地层本身之间存在钢筋混凝层。钻井套管使得在工具和储层 间难以传递信号，反之亦然。另外，水泥能够干扰地层性质的测 量。
图1所显示的系统是用于密度测井的现有技术系统。钻 井10穿透地表并且可以套管或者可以不套管，这取决于特定的钻井 勘测。地下测井工具12布置于钻井10中。图1所图示的系统是基 于微处理器的核测井系统，该系统使用多通道量表分析来确定探测 到的伽马射线的定时分配。测井装置12包括超长间隔(XLS)探测 器17、长间隔(LS)探测器14、短间隔(SS)探测器16和脉冲中 子源18。在本发明的一个实施方案中，XLS、 LS和SS探测器17、 14和16包括适合连接光电倍增管的材料，例如锗酸铋(BGO)晶 体或碘化钠(Nal)。为了在钻孔内所遇到的高温下保护探测器系 统，探测器系统可以安装在杜瓦瓶中。这种特定的源和瓶的布置只 是一个实例，而不应当被视为限定。同样地，在本发明的一个实施 方案中，源18包括应用D-T反应的脉冲中子源，在D-T反应中氘 离子被加速进入氚靶，从而产生具有大约14MeV能量的中子。该特 定类型的源只是用作示例目的，而不应被解释为限定。灯丝电流和 加速器电压由电源15提供给源18。电缆20吊起钻井10内的装置 12并且包含用于装置12与地面装置(surface apparatus)的电力连 接所必需的导体。
虽然前面所给出的实例是针对EOR作业的，但相似的 结果可以在天然气井中获得GZP与"湿"值的分离可被用于鉴定储 层内的含气砂层。然后，储层的后续开发将基于在确定的含气井段 打入套管以及生产天然气。
我们接下来察看可以从C/O比中获得关于气体饱和度的 哪些信息。对给定钻孔直径和套管直径的C/O比依赖于有效孔隙 度，岩石中的流体以及钻孔中的流体。在图9中给出了一个实例。 横坐标是有效孔隙度，而纵坐标是C/O比。油饱和岩，气饱和岩以 及水饱和岩的曲线301、 303和305都对应于充满石油的钻孔。曲线 307、 309、 311是充满气体的钻孔的相应曲线，而曲线313、 315、 317则对应于充满水的钻孔。图9中的曲线对应于在直径8.5英寸 (21.59cm)的钻孔以及直径5英寸(12.7cm )的套管中的LS探测 器。对于SS探测器，存在类似的曲线。
此外，对给定的有效孔隙度，能够从关于有效孔隙度的 多个值的Sg和pg的不同组合中获得C/O比的测量值。这由曲线287 表示于图8中。曲线287和283在点285处的交点给出了对应于 GZP和C/O比的观察值的Sg和pg的唯一解。然后，可以通过气体 密度和气体状态方程来确定气体压力。状态方程的最简已知实例是 关联1摩尔理想气体的压力P、容积K以及绝对温度r的那个实例；即PV=RT其中及是通用气体常数。密集的真实气体具有更复 杂的状态方程，但对于天然气这些是可确定的。[0041本发明的这个实施方案由流程10说明。脉冲中子 测量在特定的深度下进行353。 GZP和C/O比从脉沖中子测量中确 定355、 357。 Sg和pg从已知的有效孔隙度值351中确定359，如前 面所讨论的。气体压力可以使用状态方程来确定361。该测量353对 其他深度重复进行。如上所述，GZP测定是与岩性相关的而且还要 考虑套管的影响。考虑到由SS和XLS探测器所估计的C/O比的差 异，可以使用单个的或加权组合的估计。[0042前面所描述的方法是用于确定气体饱和度和气体压力的 定量方法。这与基于密度确定的现有技术方法相反，该方法对定性 地确定气体的存在是有效的，但对定量分析几乎没有价值。[0043中子源和伽马射线探测器可以用有线线路输送到套管钻 孔内。作为选择，传输可以使用平直管线完成。对于平直管线传送 的实施方案，数据被保存于适当的存储设备并且可以通过在地面或 在远程位置回收存储设备来处理。[0044在有线线路应用中产生的测量值的处理可以由地面处理 器33、由底孔处理器，或在远程位置完成。数据获得至少可以部分 地由井下电子设备控制。适合的机器可读媒体上的计算机程序的使 用内含于控制和数据处理中，该计算机程序使处理器能够执行控制 和处理。机器可读媒体可以包括ROM、 EPROM、 EEPROM、闪速 存储器和光盘。术语处理器意指包括像现场可编程门阵列(FPGA) 那样的设备。[0045虽然上述公开内容针对本发明的具体实施方案，但是对 于本领域技术人员，各种修改将是显而易见的。在附加权利要求的 范围和本质内的所有这种变化都应当由上述公开内容所包含。
权利要求
1.一种评估内含有气体的地层的方法，该方法包括(a)用地层中的钻孔内的中子源照射地层；(b)在至少一个与源隔开的探测器上测量由中子与地层内的核子的相互作用产生的辐射；以及(c)从测量中估计所测出辐射的气体压力Pg。
2. 根据权利要求l的方法，其中确定气体压力还包括(i) 从测量结果中确定指示出钻孔内至少一个深度的Pg的气 体区参数(GZP)值；(ii) 建立至少两个不同Pg值的GZP值；以及(iii) 从确定的GZP值以及至少两个建立的GZP值中估计Pg值。
3. 根据权利要求l的方法，其中该钻孔包括套管钻孔。
4. 根据权利要求l的方法，其中该中子源还包括脉冲中子源。
5. 根据权利要求l的方法，其中该相互作用包括非弹性散射。
6. 根据权利要求2的方法，其中该至少一个探测器包括至少两 个探测器，并且GZP涉及由该至少两个探测器中的第一个进行的测 量与由该至少两个探测器中的另 一个进行的测量的比。
7. 根据权利要求2的方法，其中该至少两个不同Pg值包括基 本上等于初始储层压力的值以及基本上等于废弃储层压力的值。
8. 根据权利要求2的方法，其中建立GZP的值还包括使用(i)地层矿物学、(ii)地层孔隙度、(iii)工具响应特性、(iv) 地层流体密度、(v)钻孔流体密度、(vi)钻孔直径、(vii)套管 直径、(viii)气体密度，以及(ix)状态方程中的至少一项。
9. 根据权利要求2的方法，其中建立GZP的值还包括蒙特卡 罗模拟。
10. 根据权利要求2的方法，其中该至少一个深度还包括多个 深度，该方法还包括在多个深度中的每个深度下显示确定的GZP 值，建立的至少两个不同Pg值的GZP值，以及其中基本上没有气体 的储层的GZP值。
11. 根据权利要求l的方法，其中该辐射包括伽马辐射。
12. 根据权利要求2的方法，其中该至少两个不同值包括至少 三个不同的值。
13. 根据权利要求2的方法，其中估计Sg的值还包括使用(i) 线性内推法、(ii)非线性内推法、(iii)线性外推法，以及(iv) 非线性外推法中的至少一种方法。
14. 一种用于评估内含有气体的地层的装置，该装置包括(a) —种被输送到地层中的钻孔内的中子源，该源照射地层；(b) 至少一个与该源隔开的探测器，该至少一个探测器产生指 示出辐射与地层中的核子的相互作用结果的信号；以及(c) 一个从所产生的信号中估计气体压力Pg值的处理器。
15. 根据权利要求14的装置，其中该处理器还估计Pg,通过 (i)从信号中确定指示出钻孔内至少一个深度的Pg的气体区参数(GZP)值，(ii) 建立至少两个不同Pg值的GZP的值；以及(iii) 使用确定的GZP值以及该至少两个建立的GZP值来估 计Pg值。
16. 根据权利要求14的装置，其中该钻孔包括套管钻孔。
17. 根据权利要求14的装置，其中该中子源还包括脉冲中子源。
18. 根据权利要求14的装置，其中该相互作用还包括非弹性散射。
19. 根据权利要求15的装置，其中该至少一个探测器包括至少 两个探测器，并且GZP涉及由该至少两个探测器中的第一个进行的 测量与由该至少两个探测器中的另 一个进行的测量的比。
20. 根据权利要求15的装置，其中该至少两个不同Pg值包括 基本上等于初始储层压力的值以及基本上等于废弃储层压力的值。
21. 根据权利要求15的装置，其中该处理器使用(i)地层矿 物学、(ii)地层孔隙度、(iii)工具响应特性、(iv)地层流体密 度、(v)钻孔流体密度、(vi)钻孔直径、(vii)套管直径、(viii)气体密度，以及(ix)状态方程中的至少一项来建立GZP的 值。
22. 根据权利要求15的装置，其中该处理器至少部分使用蒙特 卡罗模拟来建立GZP的值。
23. 根据权利要求15的装置，其中该至少一个深度还包括多个 深度，并且其中处理器还包括在多个深度中的每个深度下显示确定 的GZP值，建立的至少两个不同Pg值的GZP值，以及其中基本上 没有气体的储层的GZP值。
24. 根据权利要求15的装置，还包括一个将中子源传送到钻孔 内的传输设备，该传输设备选自(i)有线线路和(ii)平直管线。
25. 根据权利要求14的装置，其中该至少一个探测器响应于伽 马辐射。
26. —种与用于评估内含有气体的地层的装置一起使用的机器 可读媒体，该装置包括(a) —种被输送到地层中的钻孔内的中子源，该源照射地层；以及(b) 至少一个与该源隔开的探测器，该至少一个探测器产生指 示出辐射与地层中的核子的相互作用结果的信号；该媒体包含指令，这些指令使处理器能够(c) 从信号中确定指示出钻孔内至少一个深度的Pg的气体区 参数(GZP)值，(d) 建立至少两个不同Pg值的GZP的值；以及(e) 使用确定的GZP值以及该至少两个建立的GZP值来估计Pg值。
27. 根据权利要求26的媒体，还包括(i) ROM、 ( ii ) EPROM、 (iii) EEPROM、 ( iv )闪速存储器，以及(v)光盘中 的至少一种。
全文摘要
具有三个或更多探测器的脉冲中子工具被用于在套管内进行测量。该测量可以被使用以确定在恒定气体压力下的气体饱和度、在恒定气体饱和度下的气体压力，或者确定气体饱和度及气体压力。
文档编号G01V5/10GK101258425SQ200680032483
公开日2008年9月3日 申请日期2006年7月21日 优先权日2005年7月26日
发明者史蒂文·赖利, 达里尔·E·特尔齐卡, 郭平均 申请人:贝克休斯公司