专利名称：可评估岩石介质渗透性的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的方法和装置可评估岩石介质的渗透性，尤其在用于确定现场地质构造渗透性的情况下更有利，例如油井周围(的构造)。
人们知道，石油是从油田上具有多种类型的地面和地下土层构造的油井中开采出来的，这些油井并不都具有同样的品位。油井的品位既主要取决于石油的蕴藏量，还取决于它的可开采性，进而，尤其取决于(但非唯一)包容石油的岩石介质渗透性，也就是说，石油可迳直流向油井的后由熟知技术开采出来的容易程度。
因此认识或评估诸如石油或天然气的流体矿床钻探地的所有可能地质构造的渗透性具有重要意义。
评估岩石介质渗透性的已知早期方法之一是先从该介质中取出岩心，然后在试验室对这些岩心作分析。这种方法有许多不足之处，尤其是从试验室测得结果很难推断出岩石介质渗透性的真实数据。
为克服这一不足，人们曾试着开发各种方法和装置以尝试在现场对岩石介质的渗透性进行测量。US-A-4427944提出的专利文件特别给出了一种已知方法和装置，用于在现场对例如位于油井底部的岩石介质的渗透性进行评估。该文件所述的方法包括设定一激励源的位置，该激励源应与井壁保持接触而且显然位于需测量渗透性处的某一点；通过接触点周围的岩石介质中产生一瞬间电动势来控制这一激励源；测量这一电动势的幅度；确定岩石介质中产生电动势回波时间所决定的特征信号；根据特征信号确定接触点周围岩石介质的渗透性。
通过上述方法来进行测量的装置主要由下述部件组成一个能在岩石介质中产生瞬间电动势的器具；确定该器具有欲测渗透性的岩石介质层面上与井壁接触敏感点位置的装置；控制该器具使之产生激励遂能实际上获得瞬间电动势的装置；至少有两个电极分别紧贴于井壁上激励点以测量电动势；以及获得由这两个电极发出信号的装置，以确定激励点所在层面上岩石介质的渗透性。
上述方法和装置在测量地质构造的渗透性方面表现出的优点在于能在油井现场对地质构造实施测量。然而它们明显还存在如下一些不足之处围绕待测电动势发出井底电势噪音，使后者总是很弱。电极与井壁间应该保持恒定的良好接触，然而，考虑到钻孔的几何特性以及在井中存在的泥浆会在电极和井壁间产生阻抗干扰，做到这点是很难的。总之，尽管在理论上是可能的，在实际上测量电动势是不可靠的，通过对由电极提供的信号作处理后得到的测试结果也是失真的。
本发明于是旨在开发一种在现场评估岩石介质渗透性的方法，并将其装置化，这一装置克服了上述的大部分不足之处。
更确切地说本发明目的在于得到一种评估岩石介质渗透性的方法，其特征在于——用一定的流体充满可能存在于上述岩石介质中的空隙；——使上述间隙流体相对于上述岩石介质运动；——测量由上述存在于岩石介质中的间隙流体的相对运动所产生的磁场；以及——通过对上述测量的磁场来确定上述岩石介质的渗透性。
本发明的其他特征和优点将出现在下面给出的并结合作为插图的附图
(但绝不限于此)的描述中。其中，唯一的以示意图形式给出的图是根据本发明实现的一个装置模式，该装置能够在现场评估岩石介质的渗透性，可在石油或天然气层的矿井中得到应用。
本发明涉及一种评估岩石介质100渗透性的方法，例如在已开油井或类似井50的地质构造中。
这一方法首先是用一定的流体，例如水或其他在油井中使用的流动体，来充满岩石介质中存在的空隙(如果他们尚未被天然地充满的话)。
当岩石介质中的空隙已被这样的流体充满后，使岩石间隙流体以各种方式(主要以脉动方式，以后详述)产生与岩石介质100间的相对运动。当岩石间隙流体运动时，电流流通产生磁场。本发明的方法于是就测量这个存在于岩石介质的由间隙流体与所试验的地质构造岩石间的相对位移感应的磁场。
为方便对渗透性的评估，测得的磁场数据首先要被转换成与之成比例的另一量值，例如电信号，因为它更容易被诸如记录仪，计算机等不同装置处理。
本方法的最后一步是根据测得的磁场信号来评估岩石介质的渗透性。例如借助于计算图表或已编程的计算机来进行，所编程序是以前述计算图表为依据，计算图表主要由数据库构成。
数据库的建立是基于例如的经验，经验的取得是将本发明的方法用于以前已知的方法测得渗透性的岩石试样。于是将感应磁场数据与已知的渗透性数据对比以获得经验，对比的结果被记录于数据库内存中。
当对未知岩石介质试图评估其渗透性时，用如上所述的本发明的方法测得该岩石介质的感应磁场，并查询数据库输出的与该测得的感应磁场数值相对应的渗透性数值，渗透性数值足以直接得到或通过与内存渗透性数值对比的外推值得到。
因此上述方法可用来评估周围有间隙流体运动的点附近的岩石介质渗透性。若要评估岩石介质整体的渗透性，例如沿着在岩石介质中开的井来评估，可沿着井多次应用本发明的方法。
不过此时并不必要对沿着井的每一点在测得感应磁场数值后都去查询前述数据库。事实上只要知道其中一点上的渗透性值，而对其他沿井长方向的点仅仅测得其感应磁场的值就够了，因为正如经验表明的，岩石介质渗透性的数值与感应磁场的数值成比例。同样，如果要求知道井周围岩石介质渗透性的变化，那末只须测量沿井长方向的感应磁场变化。
还会发生这样的情况，在欲确定某地质构造渗透性的地方存在着一个与间隙流体相对位移所致感应磁场有关的副磁场，称作干扰磁场。在此情况下，本方法需要在激励间隙流体测量地点同时测出干扰磁场的值和磁场总值，然后将干扰磁场的值从总的磁场值中减去以获得感应磁场的值。
本发明同时还涉及能以上述方法进行工作的一个装置。出示的唯一图中说明了这一装置在测量岩石介质100的渗透性时的一种实施方式，为简单计，假定所有空隙已被前述的间隙流体所充满。
确切地说，该装置包括使间隙流体产生相对于岩石介质100的运动的装置1，测量在岩石介质中由间隙流体相对运动产生的电流流通所致磁场的装置2以及根据测得的感应磁场值来确定岩石介质渗透性的装置3。
使间隙流体产生相对于岩石介质100的运动的装置1可以有不同的结构方式。在以下优先考虑的一种结构方式中，他们由装置10组成，显著地对岩石介质上的一点11，特别是对井50的井壁56在给定的12方向上实施激励，该方向显然是垂直于井壁56并朝向岩石介质。
在一种可能的结构中，这种用来激励间隙流体的装置10由注水装置13组成，在压力作用下注入辅助流体，如水或类似流体，例如它包括一个以相对低的频率周期操作的泵用来向通向点11的管道16输送这种辅助流体的脉动，以达到向岩石介质注水，并诱发前述的间隙流体相对位移的事实。
根据另一实施方式，装置10可由压缩波发射装置14组成，该装置包括一个通过一柔软的弹性薄膜18使之与井50的井壁56，明显在激励点11相隔离的压力腔17，例如还包括一个与前面同样的泵15以在压力驱动下传送同样辅助流体的脉动，不过是被传送到压力腔17。于是在传送这种脉动的薄膜18所在位置产生压力。后一种结构优点在于将辅助流体与间隙流体隔离开来并能进行动态测量。
在诱发间隙流体与岩石介质的相对位移的装置10中，不论哪一种结构，在测量由这种流体在岩石介质中的相对位移所致的感应磁场的装置2中配备至少一个磁场强度测定仪无疑是有好处的。
在如唯一图所示的实例中，装置含有两个磁场强度测定仪，以两个磁线圈21，22示意，他们所处的位置明显地对称于点11的通过面，包含走向12并显然垂直于井壁56。它的好处是两个线圈螺线23，24相对于同一参考系是向同一方向绕转，这就使得对磁场的测量做到尽可能地精确。
然而有一点是明确的，即这种表达不应被当作对带磁线圈的装置2结构的限制。
在一种更专门的例如称作直径“d”穿过钻井50的适合于在现场测量岩石介质渗透性的结构中，装置还包括可控装置51，例如可控伸缩管或类似物53，54，用来使两个线圈21，22与前面定义的点11保持定距“h”。这些装置还能使两个线圈与井50的井壁56保持一定的距离，以免他们碰到井壁。
必须指出，申请人已经发现当“h”值差不多等于十分之九的“d”值(h≈0.9×d)，且线圈21和22的轴25和26基本上互相平行并垂直于走向12时，由线圈呈出的信号具有最大振幅。
在该装置的一种优先考虑的实施方式中，根据测量磁场来确定激励点11处的岩石介质100的渗透性的装置3包括一个具有至少两个信号入口31、32的可编程式处理单元30，和两个作为差分放大器的装置，第一个为33第二个为34，用来将由线圈21、22的出口35、36得到的信号经放大后分别送往处理单元30的入口31和32。
当在激励点11处存在一个被视为干扰磁场的相对于间隙体的相对运动所致的感应磁场的副磁场时，如地磁场和(或)岩石顽磁场，测量上述磁场值的装置2包含测量副磁场值的装置，测量激励间隙流体时在点11处占统治地位的总磁场的装置，以及将副磁场的值从总磁场值中扣除的装置。
测量副磁场的装置根据磁场的特性可以有各种类型，并且与装置3同装使得他们提供的数值可不断地被从由装置2提供的数值中减去。当已知副磁场的值时，可将其存储于处理单元30的存储器中并将其直接从测量装置2的出口提供的数值中扣除。
处理单元30可以方便地由诸如微机或类似的已编程序的模块构成，以向其出口37提供测得的渗透性的代表性数值。这一单元内的程序例如可通过试验被设计成一减法器。
在一种用本发明装置的有益应用中，测量一被如图所示的钻井穿过的岩石介质渗透性时，该装置带有一器具70，它是由如某种绝缘材料组成的封闭体71，能够通过各种手段放入井下，尤其是可通过位于井口地面上的绞车或类似物连接的缆绳来实现。
这一封闭体包容了在点11处沿明显垂直于井壁56的走向12上实现激励的全部装置，所谓全部装置包括导管16的终端或经由井在井壁侧窗口14通往封闭体71一侧的带有落薄膜18的腔室17，测量磁场的装置2(此处也广泛是两个磁线圈21和22)、以及可控装置51，例如可控伸缩管或类似物53，54，它们被用来使线圈21和22与点11保持既定的距离“h”。
封闭体71还包容了用来操纵可控装置51的装置52，以及用来将此封闭体以能诱发对间隙流体的最佳激励的方式平贴在井壁56上的装置73。
在一有利的实施方式中，装置73通过将窗口74平贴在井壁56的方式将封闭体定位于井中。非常概括地说，装置73包括一个垫板75，它被安装于通过开口78穿过封闭体71壁的伸缩管77的一端76。伸缩管的另一端与如可控齿轮箱80或封闭体的类似物相连。伸缩管77的方向与前面定义的激励方向明显合一，而开口78则与围绕激励点11的窗口74明显地相反。
于是，当封闭体明显下降到井内欲测量渗透性的测点所在井内既定点时，可通过例如电动机来操纵齿轮箱80，伸出伸缩管77直至垫板75碰到与所确定的激励点11所在井壁位置相反面的井壁产分57。支撑在井壁部位57时，垫板产生了反作用力，使得窗口74能牢牢地紧贴在围绕激励点11的井壁56上。这样器具就被完美地定位，渗透性的测量也就可进行了。
当如上所述的装置73在工作的时候，操纵可控装置51的装置52也可在齿轮箱80所在的平面上方便地与装置73偶合。
这个齿轮箱为三个伸缩管53，54和77中的每一个都配有如“齿条”类型的出口。在用来测量被钻井穿过的岩石介质渗透性的情况下，齿轮箱被设计成使得伸缩管77的预定第一伸长量“Δd”通过减速系统来对应于两个伸缩管53，54的伸长量等于“0.9×Δd”。两个磁线圈21，22对激励点11的所隔距离也被自动地调节得随从于激励点11所在平面的油井直径值。
当然，如上所述基本上由伸缩管53，54，77和齿轮箱80组成的装置结构只不过是一种实施方式的实例，熟知这些装置功能的内行人可以很容易地划到其他的结构。
申请者已经发现借助于上述方法和装置，通过激励源的激励测得的结果比用据以前的工艺设计的方法和装置得到的结果更能代表岩体的渗透性，因而也可靠得多。
权利要求
1.评估岩石介质(100)渗透性的方法，其特征在于——用一定的流体充满可能存在于所述岩石介质中的空隙，——使所述间隙流体产生相对于所述岩石介质的运动，——测量由所述间隙流体在岩石介质中相对运动所产生磁场，以及——通过对所述磁场的测量来确定所述岩石介质的渗透性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当有一副磁场存在于岩石介质时，需测出这个副磁场的值，在间隙流体相对于岩石介质作相对运动时需测出总磁场的值以及将副磁场的值从总磁场值中扣除。
3.评估在间隙中存在流体的岩石介质(100)的渗透性的装置，其特征在于，它包括——使上述间隙流体产生相对于上述岩石介质(100)的相对运动的装置(1)，——测量由上述间隙流体在岩石介质中的相对运动所致磁场的装置(2)，以及——根据测量上述磁场来确定上述岩石介质的渗透性。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于使所述间隙流体产生相对于所述岩石介质(100)的相对运动的装置(1)由对所述岩石介质(100)上的点(11)作沿给定走向(12)激励的装置(10)构成，而用来测量由间隙流体在岩石介质中的相对运动所致的磁场的装置(2)，至少由一个磁线圈(21，22)组成。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于该装置包括至少两个磁线圈(21，22)，他们的布置明显对称于所述激励点(11)所通过的平面，包括所述走向(12)在内，两个磁线圈含有向同一参考系方向绕转的线圈螺线(23，24)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于它含有可控装置(51)，当在对给定直径为(d)的钻井(50)测量岩石介质(100)的渗透性时，使所述线圈(21，22)与所述点(11)保持确定的距离(h)，该距离是所述井(50)的直径(d)值的函数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于它含有操作可控装置(51)的装置(52)，用以保持两所述线圈(21，22)的每一个距所述点(11)的距离为(h)，明显等于所述井(50)的直径(d)的9/10。
8.根据权利要求5至7之一所述的装置，其特征在于线圈的轴线(25，26)明显相互平行并垂直于所述走向(12)。
9.根据权利要求4至8之一所述的装置，其特征在于向所述岩石介质上的点(11)沿所述走向(12)明显实施激励的装置(10)由在压力下注入辅助流体的装置(13)构成。
10.根据权利要求4至8之一所述的装置，其特征在于向所述岩石介质上的点(11)沿所述走向(12)明显实施激励的装置(10)由压力波发射装置(14)构成。
11.根据权利要求3至10之一所述的装置，其特征在于根据测量所述磁场来确定所述岩石介质(100)的渗透性的装置(3)包括具有至少一个信号入口(31，32)的可编程处理单元和装置(33，34)以将从所述线圈(21，22)的出口(35，36)所获的信号传至所述处理单元(30)的入口(31，32)。
12.根据权利要求3所述的装置，其特征在于测量由所述间隙流体在岩石介质内的相对运动所致磁场的装置(2)至少由下述装置之一所组成磁场强度测定仪，激磁线圈。
13.根据权利要求3至12之一所述的装置，其特征在于当在岩石介质中存在一副磁场时，测量由所述间隙流体在岩石介质中的相对运动所致磁场数值的装置(2)包括测量副磁场数值的装置，测量总磁场数值的装置和将副磁场数值从总磁场数值中减去的装置。
全文摘要
本文涉及评估和(或)测量岩石介质渗透性的方法和装置。本发明的方法和装置的基本特征在于在测量已在空隙中充满流体的岩石介质(100)的渗透性时，装置(1)被用来使流体产生相对于岩石介质(100)的运动，而由这种流体在岩石介质中的相对运动所产生的磁场又被测量以推断岩石介质的渗透性。本发明尤其可被用于在施工现场测量岩石的渗透性，例如对油井底部的岩石进行测量。
文档编号G01N33/24GK1123571SQ9519010
公开日1996年5月29日 申请日期1995年2月17日 优先权日1994年2月22日
发明者让-皮埃尔·波齐, 让-皮埃尔·马丹 申请人:让-皮埃尔·波齐, 地球物理学协会