[发明专利]基于声学性质随压力的变化的井下流体表征

说明书

技术领域

本发明涉及地质勘探技术，更特别地涉及根据声学数据来估计流体性质。

背景技术

在各种涉及流体材料的工业过程中，知道所涉及流体的性质是有用的。这些性质包括例如密度、可压缩性和声阻抗。在许多应用(比如石油勘探和生产)中，特别关心流体性质。油藏工程师需要知道井下流体(特别是碳氢化合物流体)的状态方程(EOS)以便决定对储层进行生产的最佳方式。状态方程是与流体的压力、体积和温度有关的热力学方程。最简单的状态方程是公知的理想气体方程，pV＝nRT。然而，理想气体方程不能用于井下，因为在井下的压力和温度下，即使纯甲烷气体也与理想气体相差甚远。液体的状态方程更复杂而且经常是半经验式的。“PVT”实验室专门对取回的碳氢化合物流体样品进行压力、体积和温度分析。

已经知道了有使流体的各种物理性质与声学测量相关的尝试。然而，这些其他的井下声学方法中没有一个能够在多个压力下进行声学测量或者尝试确定流体的EOS或其EOS参数(维里系数)以便估计流体性质。例如，在2005年10月25日公布的、标题为“原地测量钻孔的流体声学性质的自校准超声波方法”(“Self-Calibrated UltrasonicMethod of In-Situ Measurement of Borehole Fluid AcousticProperties”)的美国专利No.6,957,700中，公开了使用由精密金属盘的反射来测定钻井液的声阻抗的工具和方法。它没有描述在流体压力变化时进行声学测量以便确定EOS或其他流体性质。

在2004年7月20日公布的、标题为“用于超声波测定流体性质的自校准系统和技术”(“Self Calibrating System and Technique forUltrasonic Determination of Fluid Properties”)的美国专利No.6,763,698中提供了一个实例，但是其未描述在井下的使用。在该专利中，用于确定流体性质的系统和技术包括在固体构件(solid member)的第一表面上的超声波传感器。纵向超声波脉冲通过固体构件传送并且检测和处理由固-液界面和传感器-固体界面之间的超声波脉冲的反射所引起的多重脉冲回波。流体中的超声波速度被确定并且流体密度被确定为超声波速度和已确定的声学性质的函数。它没有描述在流体压力变化时进行声学测量以便确定EOS或其他流体性质。

在样品罐从井眼收回之后，经常在地面PVT实验室完成对地下样品的综合分析。假设样品出自处于比较高的温度和压力下的环境的深度处，应该意识到在保留的样品内存在溶解组分的灵敏平衡。这就是为何样品仅收回到地面(在该处温度和压力低得多)就可能发生非常明显的变化的原因。沥青质和蜡可能从溶液中沉淀出来，可能要花费数周时间来在实验室在高温度和压力下进行搅拌(一项称为“重组(recombination)”的费劲的任务)以便使这些组分回到溶液中。因此，各种采样技术已经包括了某些协议以便克服这些问题并且保持样品的完整性。一种这样的技术包括对样品腔内的样品施加超压(通常比地层压力高几千psi)以便限制或防止由于样品返回地面期间因冷却而收缩从而在样品内分离成两相或者沉淀出某些组分。然而，在可能时，仍优选如本发明所述的在原地进行这些流体性质测量。在井下进行测量确保流体样品处于相对原始的状态。此外，对于工具的任何单次运行，可以配置的样品罐的数量有限。如果从比单次具有的样品罐数量更多的井中层段(zone)测试流体，就需要进行井下测量或者使用工具再返回到井中。

使用声信号来确定或估计从井眼中获取的样品的物理和化学性质的现有技术不能提供对地下样品的某些期望的原地分析。更特别地，利用声信号进行样品分析的现有技术不能在多个压力下进行声测量。此外，它们并未用声学性质随压力的变化来估计EOS或其他流体性质。