專利名稱：確定鉆井的流體流入量分布圖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定沿著地下鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布圖的方法。
背景技術(shù)：
在油氣行業(yè)中，井溫測井曲線圖已被使用許多年，用以獲得選定間隔的流入和流出信息。美國專利US 4,520,666公開了一種確定井身的流入分布情況的方法，它利用配備有溫度傳感器的探測器，通過使該探測器向上和/或向下穿過井身流入?yún)^(qū)域移動，確定出沿著井身中流入?yún)^(qū)域長度的溫度分布，從而確定出井身的流入分布情況。
近年來，可以獲得光纖分布溫度監(jiān)測(DTS)系統(tǒng)，用以長期地獲得沿著井身的溫度分布圖。國際專利申請WO 01/04581公開了利用光纖分布溫度監(jiān)測傳感器來確定鉆井中所開采的大量流體的流量。
油和/或氣的生產(chǎn)井中的溫度分布圖基于沿著井身的地熱梯度和流入流體之間的差別。在豎直的或偏斜的井身中，如果在不同深度的兩個或更多個區(qū)域?qū)磉M行開采，那么就會形成溫度差。這種溫度差是儲藏深度、地熱梯度、流體和井身(套管，水泥)的熱力性質(zhì)的函數(shù)。
在油和/或氣的生產(chǎn)井的水平流入?yún)^(qū)域中，沿著水平部分沒有地熱梯度。溫度差只能由因氣體膨脹而產(chǎn)生冷卻所造成，這種冷卻被稱作焦耳湯普生效應，它發(fā)生于在開采期間氣體從溶液中釋放出來的儲氣層或儲油層中，或者發(fā)生于當從較深的含水層(可能具有較高溫度)或從附近的注射井(可能具有較低的溫度)中開采水的時候。
國際專利申請WO 00/11317和美國專利US 6,497,279公開了一些利用電熱纜線和附近的光纖分布溫度監(jiān)測(DTS)傳感器來監(jiān)測產(chǎn)油井中的生產(chǎn)情況的監(jiān)測方法，其中，在生產(chǎn)期間，井身被電熱纜線加熱，并且假設(shè)流體從地層流到井身會使井身中的流入位置的溫度降低，在此假設(shè)的基礎(chǔ)上，利用光纖DTS傳感器測得溫度分布情況，從這種溫度分布情況來確定流體流量。
美國專利申請US 2003/0140711公開了一種在井身中監(jiān)測流體流速的方法，其中，在井身關(guān)閉期間對井身下端附近的點進行冷卻，并且在重新開始生產(chǎn)之后利用沿著鉆井長度延伸的光纖溫度監(jiān)測纜線來測量冷卻點的上行速度。
本發(fā)明的目的是提供一種用于確定沿著井身的流體流入?yún)^(qū)域的至少主要部分長度的流入分布圖的方法，這種方法比已知技術(shù)更精確。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于確定沿著井身的流體流入?yún)^(qū)域的至少主要部分長度的流入分布圖的方法，這種方法能被用于提供關(guān)于熱容量和/或在沿著流入?yún)^(qū)域的長度的不同位置從地層流入井身的流體的組成方面的信息。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的用于確定沿著地下鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布圖的方法，包括步驟-在井身關(guān)閉期間，把熱量傳入或傳出鉆井的滲透流入?yún)^(qū)域，使得該流入?yún)^(qū)域的至少主要部分所具有的溫度不同于周圍地層的溫度；-經(jīng)由所述的可滲透流入?yún)^(qū)域開始開采烴類流體；-在沿著流入?yún)^(qū)域至少一部分長度的不同點基本上同時測量流體的溫度；-在開采開始后，根據(jù)所測得的溫度，以選定的時間間隔，確定沿著至少一部分長度的流入?yún)^(qū)域的溫度分布圖；以及-根據(jù)對開采開始后以選定間隔所確定的這些溫度分布圖進行比較，確定沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布圖。
單位時間內(nèi)的溫度變化水平，例如局部加熱速率或冷卻速率，可以被用作沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的不同點的流體流入水平的指標。
在關(guān)閉期間，當沒有流體流入井身時，利用電熱纜線對井身流入?yún)^(qū)域進行加熱，該電熱纜線沿著加熱部分的長度具有基本上固定不變的電阻，這就會導致沿著加熱部分的長度，井身溫度隨時間基本上持續(xù)地升高。當井身重新投入生產(chǎn)時，流量相當高的區(qū)域就會比沒有或很小流體流量的區(qū)域更快地冷卻到儲層溫度。
因此，流入量分布圖就可以被確定成這樣子，即，如果在一特定位置所測得的隨時間的溫度變化大于在沿著滲透流入?yún)^(qū)域長度的一些相鄰位置所測得的溫度變化，那么，所測得的單位時間的溫度變化的峰值就被用作為一指標，該指標表明在所述的特定位置流體流入量要大于在所述相鄰位置的流體流入量，反之，如果在另外的特定位置所測得的單位時間的溫度變化小于在沿著滲透流入?yún)^(qū)域長度的一些相鄰位置所測得的溫度變化，那么，所測得的單位時間的溫度變化的谷值就被用作一指標，該指標表明在所述的另外特定位置流體流入量要小于在所述相鄰位置的流體流入量。
可以看到在美國專利申請US 2003/0140711中公開了一種通過監(jiān)測在井身關(guān)閉期間所產(chǎn)生的冷點向上移動來測量井身中的流體速度的方法。這種已知方法不測量井身流入?yún)^(qū)域中的流體流入分布情況，也不通過對沿著井身流入?yún)^(qū)域長度的不同點的冷卻/加熱速率進行對比來監(jiān)測在什么位置和/或什么流體流入井身內(nèi)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，在井身關(guān)閉期間，至少可滲透流入?yún)^(qū)域的主要部分被加熱，其中，在經(jīng)由可滲透流入?yún)^(qū)域開始開采烴類物質(zhì)之后的初始期間，滲透流入?yún)^(qū)域被持續(xù)加熱，并且，在跟著初始期間的隨后期間，滲透流入?yún)^(qū)域的加熱被中斷，并且在所述的初始期間和隨后期間都進行測量隨時間的溫度變化。
適當?shù)厥牵谒龀跏计陂g和隨后期間所測得的隨時間的溫度變化之間的差可以被用于確定流入流體的熱容量。在這種情況中，針對沿著流入?yún)^(qū)域長度的不同點，確定出在初始期間和在隨后期間所測得的隨時間的溫度變化的比值，所述的比值被用作流入井身的流體的熱容量的指標。更具體地說，在初始期間和隨后期間所測得的溫度變化之間的相當大的比值可以被用作指標，表示流入流體具有相當?shù)偷臒崛萘亢拖喈敻叩臍怏w含量。
可以看到，德國專利申請DE 10149092公開了一種用于對存儲天然氣的鹽庫中液體水平進行監(jiān)測的方法，其中，利用加熱纜線對所述庫進行加熱，測量鄰近加熱纜線的光纖溫度傳感器的加熱速率及其在加熱器關(guān)閉之后的冷卻速率來監(jiān)測液體水平。這種已知方法并未提供同時監(jiān)測流體流入量和流體組成的方法。
可滲透流入?yún)^(qū)域可以被電加熱纜線加熱，該電加熱纜線至少沿著可滲透流入?yún)^(qū)域長度的主要部分延伸。溫度可以采用光纖分布溫度傳感器(DTS)來測量，該光纖分布溫度傳感器至少沿著可滲透流入?yún)^(qū)域長度的主要部分延伸。
光纖分布溫度傳感器(DTS)可以被捆到電加熱纜線的外表面上。
可選的是，電加熱纜線可包括電導體，該電導體被礦物絕緣層包圍著，所述的礦物絕緣層包括被壓實的礦物粉粒，該絕緣層被封閉在環(huán)形金屬鎧裝內(nèi)，光纖傳感器被埋置在通道內(nèi)，該通道穿過礦物絕緣層延伸。
本發(fā)明還涉及一種從地下地層開采原油的方法，其中，根據(jù)本發(fā)明的方法，把流入井身內(nèi)的原油和/或其它流體的流入量確定和/或調(diào)節(jié)到理想的水平。
本發(fā)明還涉及一種適合在本發(fā)明方法中使用的加熱器和分布溫度傳感(DTS)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)包括一條或多條礦物絕緣加熱纜線，每條加熱纜線包括電導體，該電導體被一礦物絕緣層包圍著，所述礦物絕緣層包含有壓實的礦物粉粒，所述絕緣層被封閉在一環(huán)形金屬鎧裝內(nèi)；光纖分布溫度傳感器，該光纖分布溫度傳感器沿著一條或多條礦物絕緣加熱纜線的至少主要部分長度延伸。
可選的是，至少一個光纖分布溫度(DTS)傳感器穿過一通道，該通道穿過至少一條礦物絕緣加熱纜線的礦物絕緣層。


下面將參照附圖來更詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的方法，在這些附圖中圖1表示一種適當?shù)姆植紲囟葌鞲?DTS)光纖組件的結(jié)構(gòu)；圖2表示沿著光纖長度從不同點反向散射的典型光譜，該光譜攜帶著關(guān)于沿著光纖長度的溫度信息；圖3是油和/或氣生產(chǎn)井的縱向剖面示意圖，其中，布置有與DTS光纖組件成一整體的的礦物絕緣加熱纜線；圖4是沿著箭頭方向看的沿著圖3中的線IV-IV而具有整體的DTS光纖組件的礦物絕緣加熱纜線和水平流入?yún)^(qū)域的放大的剖面圖；圖5是曲線圖，表示出了在油和/或氣生產(chǎn)井中，模擬應用本發(fā)明的方法所得到的結(jié)果，該生產(chǎn)井具有流入?yún)^(qū)域，在該流入?yún)^(qū)域，周圍的油和/或氣儲層具有三個不同滲透率的區(qū)域。
具體實施例方式
利用光纖進行分布溫度監(jiān)測(DTS)是基于光學時域反射計。圖1表示出了DTS工作的原理。脈沖激光源2與光纖1相耦合，光纖1是傳感器元件。當脈沖通過光纖1傳播時，光被反向散射，這是由于密度和組成以及分子和大量振動的緣故。一部分反向散射光被導回至光源2，并且被方向耦合器3分開，并傳至接收器4。在理想狀況下，反向散射光的強度隨時間呈指數(shù)衰減。由于光纖1內(nèi)的光速是已知的，因此，從沿著衰減曲線的時間就能推導出光線通過光纖1的距離。
圖2表示出了反向散射光包括不同的光譜成分，這些光譜成分包含一些波峰和拉曼波段，所述的這些波峰被稱作瑞利和布里淵波峰。瑞利波峰5獨立于溫度，但是可用于鑒別沿著光纖的中斷和不均勻性。拉曼光譜帶6是由熱致的分子振動造成的。這些是在玻璃以及流體、氣體和固體中自然發(fā)生的現(xiàn)象。拉曼光譜帶6能被用于獲得關(guān)于沿著井身的溫度分布的信息。
拉曼反向散射光具有兩個分量，斯托克斯6A和反斯托克斯6B，其中一個僅微弱地依賴于溫度，而另一個則受溫度影響很大。在斯托克斯6A分量和反斯托克斯分量6B之間的相對強度是發(fā)生反向散射處的溫度的函數(shù)。因此，通過在每個點對從該特定點反向散射的光的斯托克斯分量6A和反斯托克斯分量6B進行比較，就能確定沿著光纖1長度的任何點的溫度。布里淵波峰7可以被用于監(jiān)測沿著光纖1長度的應力。
圖3表示出了DTS光纖1在井身11的水平流入?yún)^(qū)段10和豎直直立段中是如何布置的。井身11配備有0.6cm(1/4英寸)外徑的OD控制線12，礦物絕緣(MI)加熱纜線13和纜線19的導線穿過所述的OD控制線12延伸?？刂凭€12可以被安裝在井身套管20、襯管和/或井身11的水平流入?yún)^(qū)域10中的穿孔的沙篩22的外側(cè)或內(nèi)側(cè)。通過電力供給源21把電力供應到纜線19中的導線。利用激光源2把脈沖激光信號供給到光纖1，從沿著光纖1長度的不同點反向散射的光譜被方向耦合器3反射到接收器4。接收器4配備有光處理單元，尤其是在該光處理單元內(nèi)，反向散射光的斯托克斯6A波段和反斯托克斯6B波段被轉(zhuǎn)換成信號，根據(jù)參照圖1和圖2所描述，該信號與在光脈沖被反射的點處的光纖1的溫度有關(guān)。
礦物絕緣(MI)加熱纜線13由外部金屬鎧裝14構(gòu)成，該外部金屬鎧裝14通常是圓筒形的，并且包含同心的實心金屬桿15。在鎧裝14和金屬桿15之間的環(huán)形空間充滿絕緣材料16，該絕緣材料通常呈粉粒形式，它是一種良好的電絕緣體，并且是一種合理的熱導體。金屬桿15或芯被用于傳導電流，通常是用于傳交流電，電流通過歐姆損耗來產(chǎn)生熱。礦物絕緣加熱纜線13可以在直流電條件下或在單相或三相交流電條件下工作。礦物絕緣纜線13的長度可在15至1000米范圍內(nèi)變化。為了監(jiān)測流入油生產(chǎn)井內(nèi)的流入量，與井身流入?yún)^(qū)域一起被加熱的適當?shù)拈L度可以約為250米。
礦物絕緣加熱纜線13可以被用于輸送0至1KW/m而對于較短的加熱纜線能容易地獲得的較大的功率。功率水平是這樣子的，即，芯部溫度必須不超過絕緣材料16斷裂強度最大值，并且鎧裝溫度必須不超過與鎧裝合金的抗腐蝕性相關(guān)的最大溫度。這就意味著芯部溫度在650攝氏度至870攝氏度的范圍(1200至1600)內(nèi)，鎧裝溫度在540攝氏度至760攝氏度范圍(1000至1400)內(nèi)。
加熱組件可由放置在井身中的一條或多條礦物絕緣加熱纜線13構(gòu)成。如果鎧裝溫度小于540攝氏度(1000)，那么，加熱器就能支撐它(它們)自身的重量。抗蠕變合金越多，這個溫度就能越高。礦物加熱纜線13還能被捆至支撐管或支撐纜線上。一種適當?shù)哪Ｊ骄褪?，把三條加熱纜線捆至支撐件上，并且在三相Y結(jié)構(gòu)中用60周(60-cycle)交流電壓來操作。
DTS光纖1可穿過礦物絕緣加熱纜線13的絕緣材料16中的通道18，如圖3和圖4所示，或者可以與礦物絕緣加熱纜線或多條纜線13分開安裝，例如，通過把含有光纖1的導管捆到礦物絕緣加熱纜線13的外表面上，或捆到支撐管或支持纜線上。導管可以呈U形，以便在井身11中安裝導管之后，雙端部的光纖能被注入到導管內(nèi)，和/或能更換受損的光纖1。
加熱組件被構(gòu)造成這樣子，即，使得中央金屬桿15和鎧裝14之間的電壓基本上低于在期望的加熱器工作溫度下所述絕緣材料16的擊穿電壓。鎧裝合金必須具有足夠低的腐蝕速度，以便在加熱器所需的使用壽命期間，只有相當小的一部分鎧裝厚度因腐蝕而受到負面影響。加熱組件的機械強度必須能足以避免當?shù)V物加熱纜線13被豎直地懸掛在井身中時造成拉伸破壞。對于DTS測量中大多數(shù)應用場合，應當滿足這些條件。
下面將更詳細地描述礦物加熱纜線13的和多種部件的適當實施例。
鎧裝14是金屬管，它構(gòu)成礦物加熱纜線13的外部。鎧裝14材料將與地層流體相接觸。它的冶金特性必須足以在加熱的地層環(huán)境中抗腐蝕。能在所指的溫度范圍內(nèi)使用的合金包括SS 304、SS 310、Incoloy 800和Inconel 600。
鎧裝14以及下面所描述的冷銷(cool pin)和接合件必須沒有可允許濕氣進入絕緣材料16的孔。絕緣材料16中過多的濕氣會使絕緣材料的電阻系數(shù)降低和/或因化學變化更加降低電阻系數(shù)。
金屬桿15被用于輸送適當?shù)碾娏ΑＲ唤o定的加熱器在單個鎧裝14內(nèi)可具有一條或多條金屬桿15，在一個井身內(nèi)，可以把一個或多個加熱器捆成一束。每個導體所需的功耗等于每個井身的總功耗除以導體的總數(shù)目。在一種適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)中，三個單一導體礦物絕緣加熱纜線13被捆到一個支撐元件(圖中未示)上。礦物加熱纜線13的金屬桿15所具有的直徑和在工作溫度下的電阻系數(shù)，對于選定的每英尺功耗、加熱器的長度、所允許的最大電壓而言，所述電阻系數(shù)滿足歐姆定律。金屬桿15能用的材料包括鎳鉻合金；鎳；許多由銅和鎳制成的合金，其中的鎳含量從純銅到合金30，合金60，合金180和蒙乃爾銅-鎳合金。優(yōu)選的是鎳銅合金，因為它們具有比純金屬低的溫度電阻系數(shù)。一種優(yōu)選的材料是合金60。如果較短長度的加熱器需要高功耗，那么就可以采用鎳絡(luò)合金芯。
絕緣材料16可包括各種材料，例如粉粒氧化物，這些粉粒氧化物的破壞強度高，在目標溫度的電阻系數(shù)大。常用的粉粒包括氧化鎂、三氧化二鋁、氧化鋯、BeO和各種尖晶石的不同的化學變形。優(yōu)選的材料是氧化鎂。擊穿電壓和電阻系數(shù)受粉粒中的雜質(zhì)的種類和數(shù)量影響，以及受成品加熱器中的粉粒的孔隙率影響。這些特性還取決于制造加熱器的方法。可以根據(jù)礦物絕緣加熱纜線13所需的溫度和電操作特性來選擇不同的方法和不同的絕緣材料16。為了避免對礦物絕緣加熱纜線13造成損害，優(yōu)選地是，在任何熱的位置，成品的礦物絕緣加熱纜線13被設(shè)計成在工作溫度下能承受至少2-3倍的工作電壓。優(yōu)選地是，礦物絕緣加熱纜線13被構(gòu)造成在井身中的最大溫度能承受1000伏的交流電(VAC)。
絕緣材料16中所用的礦物粉粒優(yōu)選的是愛達荷州實驗公司生產(chǎn)的“H”混合粉粒以及Pyrotenax纜線公司使用的用于高溫應用場合的標準的氧化鎂粉粒。
加熱器的加熱部分通常與穿入覆蓋層的導入纜線19相連接。礦物絕緣加熱纜線13在DTS測量所需的最高溫度工作，而導入纜線19通常是橡膠絕緣并且不能超過65攝氏度(150)(盡管能選用更昂貴的導入纜線，這些更昂貴的導入纜線被橡膠絕緣或由礦物絕緣纜線制成)。一種經(jīng)濟的解決方案是把礦物絕緣纜線13的短的傳輸段13A放置在加熱段和導入纜線之間。礦物絕緣纜線13的傳輸段13A由一種比加熱段電阻小的芯制成，以便減小沿其長度的功耗，從而降低它的溫度。上面所列出類型的合金可以具有不同的的直徑，冷銷長度也可在1.5到15米范圍內(nèi)變化。一種優(yōu)選的模式是10米長的冷銷，該冷銷充有與加熱段相同的絕緣材料16。用于冷銷的一種適當?shù)逆z裝是Inconel 600。為了阻止冷銷區(qū)域中因氯化物腐蝕而開裂，傳輸段的鎧裝16可包括Inconel 600，用于防止這種類型的腐蝕。除了頂部的這些冷銷之外，也可以選擇把冷銷設(shè)置在加熱段的端部。這能使底部終端更容易制造，但是會增加成本。
從加熱段到冷銷的傳輸必須能承受這樣一個溫度，該溫度等于在所要求的工作電壓的目標區(qū)域工作溫度的一半。為了這個目的，接合件中的絕緣材料的最終密度必須足夠高。優(yōu)選地是，接合件被構(gòu)造成能在480攝氏度(900)承受1000伏交流電(VAC)。高溫接合件是由不同廠商制造的，例如由愛達荷州實驗公司或Pyrotenax纜線公司制造。
冷銷的端部可以與一長的柔性橡膠絕緣銅導體相連接。這種連接可以是由主要的加熱器供應商制造的充注小罐(canister)的標準環(huán)氧樹脂。這種纜線非常類似于典型的井下潛水電泵(ESP)纜線。它的主要特征是必須能承受最大的覆蓋層溫度，并且在井身中的流體環(huán)境中是不能滲透的。
加熱組件能被制造成使得一個加熱組件具有一條或若干條與全在頂部的纜線的端部平行的通電纜線。這種被稱作“發(fā)夾”的選擇方案無需底部終端。
如果加熱組件由一條或多條呈三相星形結(jié)構(gòu)的加熱纜線13構(gòu)成，那么，它們可以以底部不連接的方式使用，也可以以全部的三相芯連接在底部的方式使用。最后一種選擇方案是優(yōu)選的。這種連接能被直接制造在加熱段的端部，或者被制造在與加熱段端部相連接的冷銷端部，與和頂部冷銷相連相類似。一種優(yōu)選的方式是利用底部冷銷，在這些底部冷銷的端部連接有三相電導體。這種連接被設(shè)置在充滿氧化鎂且密封的罐內(nèi)，或者是被設(shè)置在充滿環(huán)氧樹脂的罐內(nèi)。一種優(yōu)選的方式是這樣一種充滿氧化鎂的罐，它利用與加熱段中相同的氧化鎂。終端的最后選擇取決于井身11內(nèi)除了所安裝的DTS光纖1之外所能獲得的空間。在國際專利申請WO 0183940中公開了一種適當?shù)牡V物絕緣加熱纜線的結(jié)構(gòu)。
需要對成品加熱組件的部件焊接充分性進行檢查，以確保在鎧裝中沿著整個加熱組件的任何地方都沒有孔。
一種利用分布溫度系統(tǒng)(DTS)光纖1與包含一條或多條礦物絕緣加熱纜線13的加熱組件的結(jié)合來獲得定量多相流入分布圖的適當操作過程包括以下五個步驟1.在開采條件下，獲得穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布圖；2.關(guān)閉井身，然后再次獲得穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布圖，該分布圖表示出地熱梯度，并且被稱作基線溫度分布圖。
3.在規(guī)定的輸入功率對井身進行加熱，并獲得一穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布圖。過渡行為和從步驟2到步驟3所花的時間使得可以確定這種系統(tǒng)中的熱性能。
4.使井身回到開采條件，并使加熱器仍然是打開著的。獲得一穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布圖。
5.關(guān)閉加熱器，并獲得穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布圖(與步驟1中的溫度分布圖相同)。過渡行為和從步驟4到步驟5所花的時間能被用于確定不同相的流入量分布。
步驟1和步驟2構(gòu)成已知過程的一部分，用于通過DTS來獲得溫度數(shù)據(jù)，以便獲得定性的“單相”(全部液體)流入分布。
步驟3到步驟5是利用加熱器從定性到定量多相測量所需的增加步驟。
利用一種熱儲層模式來模擬本發(fā)明的方法。在圖5中，表示出了對于具有600米水平段的一井身的模擬結(jié)果。水平段被分成三個區(qū)域，這三個區(qū)域具有不同的儲層特性，即，滲透率分別為10mD、250mD和100mD。因此，儲層沿著井身具有逐漸增大的滲透率。
下面的水平線30表示在就在加熱器啟動之前被關(guān)閉的井身的溫度分布情況。上面的水平線31表示在利用90w/m(對于全部水平段而言大約60KW)對井身進行加熱48小時之后的溫度分布情況。在48小時后，加熱器被關(guān)閉，并且井身被投入生產(chǎn)。其余的溫度線32-37表示隨時間的溫度響應。在關(guān)閉井身之前，井身冷卻到溫度線37所花時間能與從儲層流入的流入量相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的方法能被用于估算流入井身的流體的速度和/或組成，例如出水量(watercut)，用于描述本發(fā)明中的這種方法的一物理模型如下如果流體與其流經(jīng)的多孔介質(zhì)不處于熱平衡狀態(tài)，那么，要么從所述介質(zhì)吸收熱量，要么向所述介質(zhì)提供熱量。移動著的流體的溫度對應于多孔介質(zhì)的溫度發(fā)生改變，這種改變?nèi)Q于它的熱容量?；痉匠虨?amp;dtri;(▿T)-(ρ·c)fλ·▿(→v·T)=0---(1)]]>其中，是空間導數(shù)，T是溫度，ρ是密度，c是流體的熱容，λ是飽和介質(zhì)的熱導率， 是流體的達西速度，它能被換算成實際流速 換算式如下→V=→vΦ---(2)]]>其中，是孔隙率。
對于一個空間分量，例如豎直方向z，方程(1)的解析解為T=T0+(TL-T0)·exp(z·PeL)-1exp(z·Pe)-1---(3)]]>其中，T0是在z＝0時的溫度，TL是在z＝L時的溫度，L是所考慮的段，Pe是佩克萊特(Peclét)(準)數(shù)，由對流的和傳導的熱流量的比率限定。
Pe=(ρ·c)wλ·L·VZ---(4)]]>其中，Vz是 的豎直分量。
對方程(1)相對于z進行積分，并且在z＝0時(其中T＝T0)估算未確定的常數(shù)，就得出∂∂zT=PeL·(T-T0)+|∂∂zT|z=0---(5)]]>對于其它空間分量x和y，進行相應的計算。
于是，通過從溫度梯度對溫度曲線的斜率確定Pe(并為L假設(shè)一個值)，就可以用方程(4)把熱測量值直接與流體速度聯(lián)系起來。
推導出的達西速度直接取決于流體的熱容。對于水和油，其值分別為4.0kJ kg-1 k-1和1.8kJ kg-1 k-1。這就意味著如果出水量是未知的，那么對于一定的Peclét數(shù)，所得出的達西速度的誤差為±26％。另一方面，如果流量是已知的，那么Peclét數(shù)就能被用于估算所述的出水量。
Peclét數(shù)分析只能提供流速的估算值(局限于單維流動)。耦合熱與流體流動的數(shù)字模擬以及對所獲得的數(shù)據(jù)進行擬合是一種更恰當?shù)墓浪惴椒ā?br> 在一段時間上進行高精度的溫度測量已被用于地熱研究中，以便對地層中的水流進行量化(假設(shè)在測量期間，在井身中沒有流動)。在鉆進操作之后，對井身進行熱恢復(heat recovery)，它相當于在生產(chǎn)或加熱之后、在關(guān)閉期間對井身溫度進行監(jiān)測，從而允許鑒別斷裂區(qū)域，并且利用不同的滲透率來表示地層的特征。Peclét數(shù)可以被用于推導地層中的自然流速。另外，可以在井身達到熱平衡并且在井身中沒有流動之后測量溫度。井身中任何流動都會影響來自地層的熱信號。
權(quán)利要求
1.一種確定沿著地下鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布情況的方法，該方法包括步驟-在井身關(guān)閉期間，把熱量傳入或傳出鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域，使得該流入?yún)^(qū)域的至少主要部分所具有的溫度不同于周圍地層的溫度；-經(jīng)由所述的可滲透流入?yún)^(qū)域開始開采烴類流體；-在沿著流入?yún)^(qū)域至少一部分長度的不同點基本上同時測量流體的溫度；-在開采開始后，根據(jù)所測得的溫度，以選定的時間間隔，確定沿著至少一部分長度的流入?yún)^(qū)域的溫度分布圖；其特征在于，該方法還包括根據(jù)對開采開始后以選定間隔所確定的這些溫度分布圖進行比較，確定沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，單位時間內(nèi)的溫度變化被用作沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的不同點的流體流入程度的指標。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，流入量分布圖被確定成這樣子，即，如果在特定位置所測得的隨時間的溫度變化大于在沿所述可滲透流入?yún)^(qū)域長度的一些相鄰位置所測得的溫度變化，那么，所測得的單位時間的溫度變化的峰值就被用作指標，表明在所述的特定位置流體流入量要大于在所述相鄰位置的流體流入量，反之，如果在另外的特定位置所測得的單位時間的溫度變化小于在沿所述可滲透流入?yún)^(qū)域長度的一些相鄰位置所測得的溫度變化，那么，所測得的單位時間的溫度變化的谷值就被用作指標，表明在所述的另外特定位置流體流入量要小于在所述相鄰位置的流體流入量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在井身關(guān)閉期間，至少可滲透流入?yún)^(qū)域的主要部分被加熱，并且，在經(jīng)由可滲透流入?yún)^(qū)域開始開采烴類物質(zhì)之后的初始期間，可滲透流入?yún)^(qū)域被持續(xù)加熱，并且，在跟著初始期間的隨后期間，可滲透流入?yún)^(qū)域的加熱被中斷，并且在所述的初始期間和隨后期間都對對溫度進行測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述初始期間和隨后期間所測得的隨時間的溫度變化之間的差被用于確定流入流體的熱容量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，針對沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的不同點，確定出在初始期間和在隨后期間所測得的隨時間的溫度變化的比值，并且，所述的比值被用作流入井身的流體的熱容量的指標。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在初始期間和隨后期間所測得的溫度變化之間的相當大的比值被用作一指標，用于表示流入流體具有相當?shù)偷臒崛萘亢拖喈敻叩臍怏w含量。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，可滲透流入?yún)^(qū)域被電加熱纜線加熱，該電加熱纜線至少沿著可滲透流入?yún)^(qū)域長度的主要部分延伸，并且，采用光纖溫度傳感器來測量溫度，該光纖溫度傳感器至少沿著所述可滲透流入?yún)^(qū)域長度的主要部分延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，光纖溫度傳感器被捆到電加熱纜線的外表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，電加熱纜線包括電導體，該電導體被礦物絕緣層包圍著，所述的礦物絕緣層包括被壓實的礦物粉粒，該礦物絕緣層被封閉在環(huán)形金屬鎧裝內(nèi)，光纖傳感器被埋置在通道內(nèi)，該通道穿過礦物絕緣層延伸。
11.一種從地下地層開采原油的方法，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-10之一所述的方法，把流入井身內(nèi)的原油和/或其它流體的流入量確定和/或調(diào)節(jié)到理想的水平。
12.一種用于根據(jù)權(quán)利要求1-11之一所述方法中的加熱器和分布溫度傳感系統(tǒng)，包括一條或多條礦物絕緣加熱纜線，每條加熱纜線包括電導體，該電導體被礦物絕緣層包圍著，所述礦物絕緣層包含有壓實的礦物粉粒，所述絕緣層被封閉在環(huán)形金屬鎧裝內(nèi)；光纖分布溫度傳感器，該光纖分布溫度傳感器沿著一條或多條礦物絕緣加熱纜線長度的至少主要部分延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的加熱和分布溫度傳感器系統(tǒng)，其特征在于，至少一個光纖分布溫度傳感器穿過一通道，所述通道穿過至少一條礦物絕緣加熱纜線的礦物絕緣層。
全文摘要
一種確定沿著地下鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布情況的方法，該方法包括步驟－在井身關(guān)閉期間，把熱量傳入或傳出鉆井的可滲透流入?yún)^(qū)域；－經(jīng)由所述的可滲透流入?yún)^(qū)域開始開采烴類流體；－在沿著流入?yún)^(qū)域至少一部分長度的不同點基本上同時測量流體的溫度；－在開采開始后，根據(jù)所測得的溫度，以選定的時間間隔，確定沿著至少一部分長度的流入?yún)^(qū)域的溫度分布圖；以及根據(jù)對開采開始后以選定間隔所確定的這些溫度分布圖進行比較，確定沿著所述流入?yún)^(qū)域長度的流體流入量分布圖。加熱纜線可包括一層壓實的礦物粉粒，并且可以利用光纖來測量溫度。
文檔編號E21B47/10GK1914406SQ200480041242
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者D·F·C·普里布瑙, S·范皮滕, E·P·德魯菲尼亞克 申請人:國際殼牌研究有限公司