[发明专利]在钻探期间确定地层水饱和度的方法和设备

说明书

相关申请的交叉参考

没有可适用的。

关于联邦发起的研究或开发的陈述

没有可适用的。

发明背景

发明领域

本发明一般涉及地下岩层的岩石物理评价。更特别的，本发明涉及用于定量测定岩层孔隙中的流体饱和度的方法和设备，其不同于基于岩层的电阻率测量。

背景领域

为了从多孔地下岩层的孔隙中提取流体，通过钻井孔穿透所述岩层。特别的，用所述钻井孔提取油和气。由于经济原因，重要的是要在钻井孔的构造完成前，测定油和/或气占穿透的岩层的孔隙的分数体积。本领域内已知的用于测定原生水和油和/或气所占的孔隙的分数体积的方法基本上基于岩层电阻率的测量。在评价地下岩层中，测定的量是水所占的孔隙的分数体积(被称为“水饱和度”，用S_w表示)，其中假设非水占用的孔隙含有油和/或气。

绝大多数由岩层电阻率的测量来测定水饱和度的技术基于二十世纪四十年代进行的研究。参见Archie，G.E.，Electrical Resistivity Log as an Aid in Determing Some Reservoir Characteristics，AIME Trans.146，1942，p.54-62。

由Archie(见上)测定的孔隙岩石的电阻率R_t与原生水电阻率R_w、水饱和度S_w和孔隙所占的岩石的分数体积(孔隙度)之间的关系为

Rt=RwSwnφm]]>

上述关系被证明对于许多构成烃储层的岩层是准确的。对于水润湿的岩层，上述Archie关系中的指数n和m通常都接近于2。在水润湿的岩层的情况下，所述指数的稳定性可以直接由钻井孔中测量的电阻率和孔隙度对新储层进行相当准确的储量评估(“测井曲线”)。对于含有粘土的砂岩，已知修改的公式用于校正粘土电导率。

已经观察到，特别是在石灰石/白云石岩层中(全部为“碳酸盐”)，甚至在相同的地质岩层中，上述指数的值可以随深度而颇为显著地变化。这是由于碳酸盐的天然多相性，例如，岩石矿物组成和岩石孔结构改变，润湿性改变，等。

而且，如果要评价的岩层已经被例如用于钻探钻井孔的流体(“钻探泥浆”)的液相侵入，在孔隙中原来位置的原生水与不同量的钻探流体液(“泥浆滤液”)混合，孔隙中的水的盐分变得难于或不可能仅用电阻率测量确定。因此，源于Archie公式的水饱和度值被认为在许多碳酸盐岩层中是不可靠的。

其他本领域内用于确定水饱和度的方法包括岩层介电常数的测量、核磁共振弛豫时间和其分布，中子捕获截面以及碳/氧比。上述测量通常受限于由钻井孔壁深入岩层的几英寸的横向深度。结果，当将所述仪器插入钻井孔用于测量(典型地在抽出钻探工具并在其中插上铠装电缆后)时，上述测量区域通常完全被泥浆滤液侵入，水饱和度测量不能反映未侵入岩层中含有的油和/或气。

在上述测量中，横向最深处是中子捕获截面。如果在钻井孔的钻探中进行测量，所述测量是前述最可能不受泥浆滤液侵入的影响。已知的装置为商标ECOSCOPE 6，其是本发明的受让人的标志，所述装置与钻探柱结合，在钻探钻井孔时提供中子捕获截面的测量。在许多情况下，在钻探的横向深度小于ECOSCOPE装置上的各种传感器的调查横向深度时，泥浆滤液侵入是受限的，其因此可以提供与岩层中的氯的浓度有关的测量。如果原生地层水的盐分是已知的，中子捕获截面测量可以直接用于测量S_w。然而，上述不能用于具有低盐分(即，小于约50000份每百万[“kppm”]氯化钠浓度)原生水的岩层，以及上述装置不能解决具有未知水盐分的侵入区域的挑战。

持续需求可以定量测定岩层中的水饱和度的测井技术，其中Archie关系的应用受到限制。

发明概述