неразрушающее определение распределения пор по размерам и распределения движения флюида по скоростям

Формула изобретения

1. Способ определения свойств материала в части пористой среды, содержащей флюид, содержащий этапы, на которых:

a) вводят энергию акустических волн в часть пористой среды;

b) создают градиент магнитного поля в части пористой среды;

c) вводят радиочастотную энергию в часть пористой среды;

при этом энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени;

d) измеряют сигнал ядерно-магнитного резонанса из части пористой среды;

e) повторяют этапы а), b), с) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля; и

f) обрабатывают измеренные сигналы ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить по меньшей мере одно свойство материала пористой среды.

2. Способ по п.1, в котором пористая среда представляет собой пробу, отбираемую из части подземного пласта.

3. Способ по п.1, в котором пористая среда представляет собой часть подземного пласта.

4. Способ по п.3, в котором этапы а), b) и с) выполняют каротажным прибором, расположенным внутри ствола скважины в части подземного пласта.

5. Способ по п.1, в котором обнаруживаемый измеренный сигнал ядерно-магнитного резонанса содержит спиновое эхо.

6. Способ по п.1, в котором градиент магнитного поля является переменным.

7. Способ по п.1, в котором градиент магнитного поля изменяют в зависимости от времени.

8. Способ по п.1, в котором градиент магнитного поля изменяют в зависимости от пространственного положения.

9. Способ по п.1, в котором градиент магнитного поля изменяют как функцию требуемого разрешения свойств материала.

10. Способ по п.1, в котором свойство материала содержит одно или несколько свойств, выбранных из группы, состоящей из перемещения флюида, скорости флюида, распределения порового флюида по скоростям и средней скорости порового флюида.

11. Способ по п.10, в котором дополнительно:

определяют относительное распределение пор по размерам на основании распределения порового флюида по скоростям.

12. Способ по п.10, в котором дополнительно:

определяют абсолютное распределение пор по размерам на основании распределения порового флюида по скоростям и среднего размера пор.

13. Способ по п.10, в котором дополнительно:

выполняют обратное преобразование Фурье или частичное обратное преобразование Фурье относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить одно или несколько свойств материала пласта.

14. Способ по п.10, в котором дополнительно:

определяют статистические моменты измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить одно или несколько свойств материала пласта.

15. Способ по п.10, в котором дополнительно:

определяют кумулянты измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить одно или несколько свойств материала пласта.

16. Способ по п.10, в котором дополнительно:

определяют статистические моменты на основании измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса; и

используют корреляционные связи между моментами при определении одного или нескольких свойств материала пласта.

17. Способ по п.1, в котором энергия акустических волн содержит периодический акустический сигнал.

18. Способ по п.17, в котором периодический акустический сигнал содержит множество рабочих фаз и частот.

19. Способ по п.4, в котором градиент магнитного поля содержит множество рабочих частот.

20. Способ по п.1, в котором радиочастотная энергия содержит множество рабочих фаз и частот.

21. Способ по п.1, в котором направление градиента магнитного поля является, по существу, таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

22. Способ по п.1, в котором пространственное направление градиента магнитного поля не является таким же, как направление распространения волны акустической энергии.

23. Способ получения измерений, которые представляют собой одно или несколько свойств материала в части подземного пласта, содержащий этапы, на которых:

a) вводят энергию акустических волн в часть пласта;

b) создают градиент магнитного поля в части пласта;

c) вводят радиочастотную энергию в часть пласта;

при этом энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени;

d) измеряют сигнал ядерно-магнитного резонанса из части пласта; и

e) повторяют этапы а), b), с) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля.

24. Способ по п.23, в котором свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям.

25. Способ определения свойств материала в части подземного пласта, содержащий этапы, на которых:

обрабатывают сигналы ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить одно или несколько свойств материала части подземного пласта, при этом сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют способом, содержащим этапы, на которых:

a) вводят энергию акустических волн в часть пласта;

b) создают градиент магнитного поля в части пласта;

c) вводят радиочастотную энергию в часть пласта;

при этом энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени;

d) измеряют сигнал ядерно-магнитного резонанса из части пласта; и

e) повторяют этапы а), b), с) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля.

26. Способ по п.25, в котором свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям; и в котором обработка сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта содержит:

выполнение обратного преобразования Фурье или частичного обратного преобразования Фурье относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта.

27. Способ добычи углеводородов из подземного пласта, содержащий этапы, на которых:

a) вводят энергию акустических волн в часть пласта;

b) создают градиент магнитного поля в части пласта;

c) вводят радиочастотную энергию в часть пласта;

при этом энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени;

d) измеряют сигнал ядерно-магнитного резонанса из части пласта;

e) повторяют этапы а), b), с) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля;

f) обрабатывают измеренные сигналы ядерно-магнитного резонанса, чтобы определить одно или несколько свойств материала подземного пласта; и

g) добывают углеводороды из подземного пласта в зависимости от определенных свойств материала пласта.

28. Способ по п.1, в котором заданная связь во времени заключается в том, что энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия присутствуют одновременно в каждом месте измерения.

29. Способ по п.1, в котором свойства материала включают в себя характеристики движения флюида, и дополнительно содержащий использование характеристик движения флюида для оценивания экономических показателей подземного пласта или для планирования расширения добычи углеводородов из подземного пласта.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

По этой заявке испрашивается приоритет предварительной заявки № 60/998717 на патент США, поданной 12 октября 2007 г.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области неразрушающего контроля распределения пор по размерам и распределения движения флюида по скоростям.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одна из главных задач каротажа в необсаженных стволах углеводородных разведочных скважин заключается в оценивании свойств флюида и характеристик движения флюида коллектора. Представляющие особый интерес характеристики включают в себя относительную насыщенность флюидом при данном капиллярном давлении, проницаемости для движения флюидов и вязкости флюидов. Эти характеристики движения флюидов требуются для оценивания экономических показателей запасов и для планирования разработки месторождения, например, количества скважин, размещения скважин, наземного оборудования, трубопроводного оборудования и т.д., которые необходимы для добычи.

В настоящее время эти характеристики движения флюида коллектора определяют, используя ряд различных способов, включающих в себя определение притока в скважину, микроиспытание пласта, отбор керна и анализ керна, и извлечение сведений из результатов скважинных каротажных измерений спускаемым на кабеле прибором. Каждый способ является компромиссом между расходами на измерение и точностью и связанными с ней неопределенностями данных и анализа. Одно из преимуществ непрерывного каротажа спускаемым на кабеле прибором заключается в том, что он обеспечивает непрерывные данные на протяжении больших интервалов коллектора при намного меньших затратах. Основной недостаток современных каротажных измерений спускаемым на кабеле прибором заключается в том, что характеристики движения флюида в породе коллектора извлекают из результатов измерений на неподвижных флюидах, а не определяют непосредственно по флюиду, движущемуся в породе.

Проницаемость для движения флюида определяется законом Дарси:

v=-( / ) P,

где v является скоростью потока; Р градиентом давления; / отношением проницаемости к вязкости. Последнее также известно как подвижность флюида. Обычно непосредственное измерение проницаемости выполняют при лабораторном анализе керна. При этих лабораторных измерениях вязкость флюида и градиент давления являются известными, а скорость является измеренной. В таком случае проницаемость без труда получают на основании аппроксимации данных, используя определение проницаемости согласно закону Дарси.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном общем аспекте способ определения свойств материала в части пористой среды, содержащей флюид, включает в себя: а) ввод энергии акустических волн в часть пористой среды; b) создание градиента магнитного поля в части пористой среды; и с) ввод радиочастотной энергии в часть пористой среды. Энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени. Способ также включает в себя этап d) измерение сигнала ядерно-магнитного резонанса из части пористой среды; е) повторение этапов a), b), c) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля; и этап f) обработку измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части пористой среды.

Реализации этого аспекта могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Например, пористая среда может быть пробой, отобранной из части подземного пласта, и способ осуществляют, например, в лабораторных условиях. Пористая среда является частью подземного пласта и, например, этапы a), b) и/или с) из упомянутого выше способа проводят в пласте, например, скважинным каротажным прибором. В соответствии с этим этапы a), b) и с) можно выполнить каротажным прибором, расположенным внутри ствола скважины в части подземного пласта. Оставшиеся этапы d), f) и/или g) можно выполнить в скважине каротажным прибором с помощью системы, которая обеспечивает обработку данных в скважине, или по меньшей мере на месте нахождения скважины, и/или за пределами площадки, например на установке для обработки данных.

Обнаруживаемый, измеренный сигнал ядерно-магнитного резонанса может включать в себя спиновое эхо. Градиент магнитного поля может быть переменным. Градиент магнитного поля можно изменять в зависимости от времени. Градиент магнитного поля можно изменять в зависимости от пространственного положения. Градиент магнитного поля можно изменять как функцию требуемого разрешения свойств материала. Свойство материала может включать в себя одно или несколько свойств, выбираемых из группы, состоящей из перемещения флюида, скорости флюида, распределения порового флюида по скоростям, и/или средней скорости порового флюида, и/или любого сочетания из них. Относительное распределение пор по размерам может быть определено на основании распределения порового флюида по скоростям. Абсолютное распределение пор по размерам может быть определено на основании распределения порового флюида по скоростям и среднего размера пор. Обратное преобразование Фурье может быть выполнено относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Частичное обратное преобразование Фурье может быть выполнено относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Статистические моменты измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса могут быть найдены для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Кумулянты измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса могут быть найдены для определения одного или нескольких свойств материала пласта. На основании измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса могут быть определены статистические моменты, а корреляционные связи между моментами использованы при определении одного или нескольких свойств материала пласта.

Акустическая энергия может включать в себя периодический акустический сигнал. Периодический акустический сигнал может включать в себя множество рабочих фаз и частот. Градиент магнитного поля может включать в себя множество рабочих частот. Радиочастотная энергия может включать в себя множество рабочих фаз и частот. Направление градиента магнитного поля может быть по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн. Пространственное направление градиента магнитного поля может не быть таким же, как направление распространения волны акустической энергии.

В другом общем аспекте способ получения измерений, которые представляют одно или несколько свойств материала в части подземного пласта, включает в себя этапы: а) ввод энергии акустических волн в часть пласта; b) создание градиента магнитного поля в части пласта; и с) ввод радиочастотной энергии в часть пласта. Энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени. Способ включает в себя этап d) измерение сигнала ядерно-магнитного резонанса из части пласта и е) повторение этапов a), b), c) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля.

Реализации этого аспекта могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Свойства материала могут включать в себя распределение порового флюида по скоростям. В соответствии с этим этапы a), b), c), d) и е) можно выполнять на площадке скважины, например, скважинным каротажным прибором и системой для регистрации данных на площадке скважины, такой как наземная установка вблизи скважинного каротажного прибора. Кроме того, сигналы ядерно-магнитного резонанса можно обрабатывать на площадке и вне площадки.

Например, в еще одном общем аспекте способ определения свойств материала в части подземного пласта включает в себя обработку сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта. Сигналы ядерно-магнитного резонанса могут регистрироваться из отдельного места, сигналы ядерно-магнитного резонанса из которого обрабатывают позднее. Однако сигналы ядерно-магнитного резонанса измеряют способом, который включает в себя этапы а) ввод энергии акустических волн в часть пласта; b) создание градиента магнитного поля в части пласта; с) ввод радиочастотной энергии в часть пласта. Энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени. Способ также включает в себя d) измерение сигнала ядерно-магнитного резонанса из части пласта и е) повторение этапов a), b), c) и d) при одном или нескольких различных значениях градиента магнитного поля.

Реализации этого аспекта могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Например, свойства материала могут включать в себя распределение порового флюида по скоростям. Обработка сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта может включать в себя выполнение обратного преобразования Фурье или частичного обратного преобразования Фурье относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Обработка сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта может включать в себя определение статистических моментов измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Обработка сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта может включать в себя определение кумулянтов измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Обработка сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта может включать в себя определение статистических моментов на основании измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса и использование корреляционных связей между моментами при определении одного или нескольких свойств материала пласта.

В другом общем аспекте способ добычи углеводородов из подземного пласта включает в себя а) ввод энергии акустических волн в часть пласта; b) создание градиента магнитного поля в части пласта; с) ввод радиочастотной энергии в часть пласта. Энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия имеют заданную связь во времени. Способ может включать в себя d) измерение сигнала ядерно-магнитного резонанса из части пласта; е) повторение этапов a), b), c) и d) при одном или нескольких значениях градиента магнитного поля; f) обработку измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала подземного пласта; и g) добычу углеводородов из подземного пласта в зависимости от определенных свойств материала пласта.

Реализации этого аспекта могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Например, свойства материала могут включать в себя распределение порового флюида по скоростям. Способ может также включать в себя выполнение обратного преобразования Фурье или частичного обратного преобразования Фурье относительно измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Способ может также включать в себя определение статистических моментов измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Способ может также включать в себя определение кумулянтов измеренных сигналов ядерно-магнитного резонанса для определения одного или нескольких свойств материала пласта. Способ может также включать в себя определение статистических моментов на основании измеренного сигнала ядерно-магнитного резонанса и использование корреляционных связей между моментами при определении одного или нескольких свойств материала пласта.

Реализации одного или нескольких из любых упомянутых выше, описанных выше аспектов могут включать в себя один или несколько из следующих признаков. Например, заданная связь во времени заключается в том, что энергия акустических волн, градиент магнитного поля и радиочастотная энергия присутствуют одновременно в каждой точке измерения. Свойства материалов включают в себя характеристики движения флюида, и характеристики движения флюида могут быть использованы для оценивания экономических показателей подземного пласта или для планирования расширения добычи углеводородов из подземного пласта.

В одном осуществлении пористая среда представлена частью подземного пласта, но не ограничена ею. Свойства материала включают в себя распределение порового флюида по скоростям и распределение пор по размерам, на основании которых получают многие другие петрофизические свойства породы. В одном осуществлении распределение порового флюида по скоростям определяют, выполняя обратное преобразование Фурье измеренных сигналов спинового эха при ядерно-магнитном резонансе. Одно или несколько осуществлений могут включать в себя измерения материалов в лабораторных условиях, такие как анализ кернов породы. Например, пористая среда, содержащая флюид, может включать в себя пробу пористой среды, содержащей флюид, отобранную из части подземного пласта, предназначенную для исследования в лабораторных условиях.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертежах:

фиг.1 - частичный разрез, иллюстрирующий каротажный прибор согласно примеру осуществления, расположенный в стволе скважины, который пересекает подземный пласт;

фиг.2 - блок схема последовательности действий, представляющая пример осуществления способа определения распределения порового флюида по скоростям, средней скорости порового флюида, распределения пор по размерам и среднего размера пор;

фиг.3А - иллюстрация работы каротажного прибора из фиг.1, согласно примеру осуществления;

фиг.3В - вид части окружающего пласта во время работы каротажного прибора из фиг.1, согласно примеру осуществления;

фиг.3С - временная диаграмма, иллюстрирующая работу каротажного прибора из фиг.1, согласно примеру осуществления;

фиг.4 - диаграмму распределения порового флюида по скоростям, определенного согласно примеру осуществления;

фиг.5 - диаграмму распределения пор по размерам, определенного согласно примеру осуществления; и

фиг.6 - временная диаграмма, иллюстрирующая работу каротажного прибора из фиг.1, согласно примеру осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При каротажных измерениях со спуском прибора на кабеле значения проницаемости получают, используя эмпирические корреляционные связи, установленные на основании результатов лабораторных измерений проницаемости на кернах и характеристических параметров отклика прибора. Основными приборами, используемыми для анализа этого вида, являются приборы акустического каротажа, удельной электрической проводимости и ядерно-магнитного каротажа. При акустических измерениях проницаемость получают по затуханию упругой волны, распространяющейся вдоль буровой скважины или в пласте. Основная сложность заключается в том, что затухание определяется объемными свойствами, которые включают в себя свойства зерен и флюида. При измерениях удельной проводимости проницаемость получают, используя зависимость Козена-Кармана. Основная сложность в этом измерении заключается в том, что удельная проводимость изменяется в зависимости от солености, как и от относительной насыщенности углеводородами, и также зависит от количества и видов присутствующих глин и минералов. При современных измерениях ядерно-магнитного резонанса используют последовательность радиочастотных импульсов, которые создают наблюдаемый сигнал ядерно-магнитного резонанса, спиновое эхо. По мере того как интервал между радиочастотными импульсами увеличивается, получающийся в результате сигнал спинового эха затухает в зависимости от характеристического времени релаксации. На основании этих измерений спинового эха ядерно-магнитного резонанса проницаемость получают на основании предполагаемой простой зависимости между распределением времен релаксации при ядерно-магнитном резонансе и распределением пор по размерам. И все же эта зависимость является сложной, и спектр времени релаксации при ядерно-магнитном резонансе можно преобразовать в распределение пор по размерам только в идеальных случаях, когда все релевантные параметры, такие как поверхностная релаксивность и вклады от взаимной связи пор, являются известными. В результате сложностей при интерпретации каждого из этих измерений, получаемая проницаемость может иметь большие неопределенности.

Сначала обратимся к фиг.1, на которой каротажный прибор 100 согласно примеру осуществления включает в себя обычный прибор 102 ядерно-магнитного каротажа (ЯМК) и обычный акустический излучатель 104. Контроллер 106 в рабочем состоянии соединен с прибором 102 ядерно-магнитного каротажа и акустическим излучателем 104 для осуществления контроля и управления работой прибора ядерно-магнитного каротажа и акустического излучателя. Контроллер 106 может быть, например, программируемым компьютером общего применения.

Согласно примеру осуществления каротажный прибор 100 (фиг.1 и 2) эксплуатируют, реализуя способ 200 определения свойств материала, и при этом на (этапе) 202 каротажный прибор 100 позиционируют внутри ствола 202а скважины, который пересекает подземный пласт 202b.

Затем на этапе 204 выбирают максимальные градиент и разрешение магнитного поля, создаваемого прибором 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100.

Как показано на фиг.3А, на этапе 206 прибор 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100 приводят в действие, чтобы формировать и излучать радиочастотный сигнал в объем 202ba внутри пласта 202b, и создавать магнитное поле в этом объеме. На этапе 208 акустический излучатель 104 каротажного прибора приводят в действие, чтобы формировать и вводить энергию 208а акустических волн в объем 202ba пласта 202b. Как показано на фиг.3В, объем 202ba задается одной или несколькими порами 206аа, содержащими флюидные материалы, и в примере осуществления при работе каротажного прибора 100 создается градиент Р давления и градиент В магнитного поля в объеме.

На этапе 210 в приборе 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100 осуществляется контроль и регистрация сигнала ядерно-магнитного резонанса, образующегося в объеме 202ba пласта 202b.

В примере осуществления этапы 206, 208 и 210 повторяют до тех пор, пока на этапе 212 не будет собран полный набор данных.

В примере осуществления этапы 206, 208 и 210 повторяют при различных значениях градиента магнитного поля.

В примере осуществления этапы 206, 208 и 210 повторяют при различных значениях временной связи между радиочастотными и акустическими сигналами возбуждения. Например, можно регулировать синхронизацию радиочастотных импульсов ядерно-магнитного резонанса относительно фазы периодических акустических сигналов возбуждения.

В примерах осуществлений этапы 206, 208 и 210 повторяют, используя измерения спинового эха из различных физических точек в пласте 202b, например, изменяя на этапе 206 частоту радиочастотного сигнала.

Как показано на фиг.3С, в примере осуществления на этапе 206 прибор 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100 приводят в действие, чтобы излучать радиочастотные импульсы в виде импульсной последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла и импульсы градиента магнитного поля, соответственно 206а и 206b, в объем 202ba пласта 202b. В примере осуществления начальный радиочастотный импульс 206аа отделен от следующего радиочастотного импульса 206ab интервалом времени, а последующие радиочастотные импульсы разнесены на интервал времени, равный 2 . В примере осуществления, амплитуды пар импульсов 206b градиента магнитного поля являются одинаковыми до и после соответствующих следующих радиочастотных импульсов 206ab. В примере осуществления каждая последующая пара импульсов 206b градиента магнитного поля имеет повышенную амплитуду по сравнению с предшествующей парой импульсов градиента магнитного поля.

В примере осуществления на этапе 208 акустический излучатель 104 каротажного прибора 100 приводят в действие, чтобы формировать и вводить акустическую волну 208b в объем 202ba пласта 202b. В примере осуществления на этапе 210 прибор 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100 приводят в действие, чтобы контролировать и регистрировать спиновые эхо 210а ядерно-магнитного резонанса, создаваемые импульсной последовательностью Карра-Парселла-Мейбума-Гилла в объеме 202ba при работе каротажного прибора.

Затем в примере осуществления на этапе 214 данные, собранные на этапе 206, 208 и 210, обрабатывают, чтобы вычислить распределение порового флюида по скоростям.

В частности, в примере осуществления на этапе 214 данные, собранные на этапе 206, 208 и 210, в этом случае обрабатывают, чтобы вычислить функцию распределения порового флюида по скоростям в объеме 202ba:

Теоретическая основа соотношения в уравнении (1) выше заключается в следующем.

Акустическая составляющая положения элемента флюида в объеме 202ba может быть точно определена трехмерным вектором , где является вектором скорости порового флюида, _а акустической частотой возбуждения акустического излучателя 104 каротажного прибора 100 и t временем. Зависимость отклика флюида на _а принимается произвольной и может толковаться как постоянный градиент давления при нулевой частоте или наборе частот. Набор частот подразумевается, если: 1) акустический источник охватывает многочисленные частоты или 2), если динамикой флюида предполагается нелинейный отклик на вытесняющее давление, которое активно создает в пласте отклик на многочисленных частотах.

Вклад одного элемента флюида в сигнал ядерно-магнитного резонанса, получаемый на этапе 210, зависит от интегральной функции положения

где интегральная функции положения выражается в единицах расстояния-времени; а параметр является временной задержкой между радиочастотными импульсами, генерируемыми прибором 102 ядерно-магнитного каротажа.

Интегральной функцией положения вводится сигнал спинового эха через интегральную фазу

где является вектором, который точно определяет степень градиента и направление магнитного поля в объеме 202ba; является ядерным гиромагнитным отношением.

Общая составляющая поперечной намагниченности, следующая из импульсной последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла, является средним интегральной фазы, получаемым от всех элементов флюида в активном объеме градиента

где элементы флюида отличаются друг от друга соответствующими скоростями пор.

Среднее в правой части (4) выражается в виде

где является функцией трехмерного распределения по скоростям и может неявно зависеть от _а; некоторое количество элементов флюида с данной скоростью взвешивается .

Если интегральная функция положения линейно зависит от скорости в каждом из главных пространственных направлений, то амплитуда сигнала спинового эха является преобразованием Фурье функции распределения по скоростям. Математически эта ситуация выражается следующим образом:

где член связи является тензорным в его наиболее общей форме.

Правой частью (6) сигнал ядерно-магнитного резонанса идентифицируется как преобразование Фурье . Измерения спинового эха, выраженные выше в (4), получают, как показано, например, на фиг.3С, для переменного набора . Амплитуда Фурье для данного значения идентифицируется сигналом спинового эха

В примере осуществления сигнал спинового эха от импульсной последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла регистрируют в пределах диапазона и/или диапазона , а разложение уравнения (6) в членах статистических моментов или кумулянтов скорости выполняют, используя известные способы. При этом извлечении статистических моментов можно использовать принятые зависимости между статистическими моментами.

В примере осуществления сигнал спинового эха от импульсной последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла регистрируют в пределах диапазона и/или диапазона и используют для построения функции распределения по скоростям с помощью обратного преобразования Фурье из (6)

В примере осуществления на 214 получают распределение 214а порового флюида по скоростям, показанное на фиг.4. В примере осуществления распределение по скоростям является двухвершинным. В примере осуществления перемещение флюида имеет такой же или меньший масштаб по сравнению со средним размером пор, и является диагональю. В примере осуществления дается следующим уравнением:

где I является единичной матрицей и F( _a, , ₀) определяется следующим уравнением:

где ₀ является фазой акустической волны.

В примере осуществления ₀ изменяют, чтобы корректировать значение при обратном преобразовании (6), когда градиент является фиксированным. В примере осуществления изменяют, чтобы корректировать значение при обратном преобразовании (6), когда градиент является фиксированным.

Затем в примере осуществления, используя известные способы, на 216 получают среднюю скорость порового флюида на основании распределения 214а порового флюида по скоростям.

В примере осуществления, если распределение порового флюида по скоростям не охватывается выбранными максимальными градиентом поля и разрешением, то на 218 повторяют 204, 206, 208, 210, 212, 214 и 216. Если на 218 определяют, что распределение порового флюида по скоростям охватывается выбранными максимальными градиентом поля и разрешением, то в способе 200 переходят к 220.

В частности, степень максимального градиента, которая может быть получена, является одним из физических ограничений при измерениях ядерно-магнитного резонанса, которые влияют на разрешение Даже простые показатели аналогичные среднеквадратическому отклонению, находятся под влиянием степени максимального градиента. Уравнение (8) позволяет выбирать степень градиента так, что информативность от сигнала спинового эха может быть максимизирована.

В частности, влияние конечной степени градиента можно рассмотреть на примере фильтра, который воздействует на функцию распределения флюида по скоростям. На основании принципов анализа Фурье конечный диапазон G эквивалентен свертке P (v) с синк-функцией, sinc(a,v)=sin(a ·v)/v.

Тем самым эффективное распределение, которое закодировано в сигнале спинового эха, эквивалентно

где G_m является максимальным значением градиента.

Распределение (9) является таким, что когда G_m , P(v) восстанавливается из свертки. Эффективная ширина синк-функции составляет 4,5/ G· ( _a, ), так что любые признаки в функции распределения по скоростям с более тонкой структурой, чем эта ширина, не будут кодироваться в сигнале спинового эха. Для максимального разрешения параметры и G ядерно-магнитного резонанса можно оптимизировать в пределах физических ограничений экспериментальной модели. Иначе говоря, при любом конечном G_m имеется распределение , которое шире, чем P(v), и дает такой же эффективный сигнал ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), когда наблюдения ограничены пределами конечного диапазона G<G _m. Разрешение, с которым распределение по скоростям может быть определено, задается G_m и интерпретируется с помощью уравнения (9). Поэтому при выборе максимальных градиента поля и разрешения приведенные выше идеи могут быть первоначально применены на 204 для выбора этих параметров и затем применены на 218 для определения, должны ли делаться корректировки.

В примере осуществления неоднородность магнитного поля в порах учитывают, обращая следующее интегральное уравнение или его математически эквивалентную форму

где µ₀ представляет магнитную проницаемость свободного пространства, и а и с являются калибровочными параметрами.

В примере осуществления затем на 220 вычисляют распределение пор по размерам следующим образом:

Теоретическая основа соотношения в уравнении (10) выше заключается в следующем.

Скорость флюида в капиллярной поре радиусом r дается законом Пуазейля

где Р представляет разность давлений, l является длиной капилляра и вязкостью флюида.

Закон Пуазейля приводит к формуле закона Дарси, когда dP/dz отождествляется с P/l. Выполнение статистического усреднения (11) и сравнение с макроскопическим законом Дарси дает k = r² /8 для проницаемости, где является пористостью. Пористость представляет собой структурное допущение, поскольку она является плотностью капилляров.

Определение k дает возможность получать функцию распределения пор по размерам на основании функции распределения по скоростям.

В частности, среднюю скорость можно использовать для исключения разности давлений в уравнении (11).

Кроме того, все моменты скорости определяют с учетом четных моментов распределения пор по радиусам согласно уравнению (12). Например,

Кроме того, непосредственное применение (12) заключается в структурной интерпретации соотношения между и v

при этом

Если все капилляры имеют единый радиус r пор, то =0 в согласии с v² =0.

Распределение пор по радиусам можно выразить в членах приведенной радиальной величины согласно уравнению (12), и оно выражается следующим образом:

В примере осуществления на этапе 220 распределение 220а пор по размерам, показанное на фиг.5, получают на основании распределения 214а по скоростям из фиг.4. В примере осуществления распределение 220а пор по размерам является двухвершинным.

Затем в примере осуществления на этапе 222 средний размер пор получают на основании первого момента распределения по скоростям, то есть средней скорости и/или среднеквадратической скорости, используя известные способы.

В примере осуществления на этапе 206 прибор 102 ядерно-магнитного каротажа из каротажного прибора 100 приводят в действие, чтобы, как показано на фиг.6, излучать радиочастотные импульсы 206са и 206cb в пласт 202b и создавать градиенты 206da и 206db магнитного поля в пласте 202b. В примере осуществления фаза и частоты радиочастотных импульсов 206са и 206cb являются различными, и величины градиентов 206da и 206db являются различными. В примере осуществления начальные радиочастотные импульсы 206саа отделены от следующих радиочастотных импульсов 206cab интервалом времени, и следующие радиочастотные импульсы разнесены на интервал времени, равный 2 . В примере осуществления градиенты 206da и 206db создают внутри различных пространственных объемов в пласте 202b.

В примере осуществления рабочие частоты радиочастотных импульсов и/или градиентов магнитного поля можно изменять как функцию времени или пространственного положения в пласте 202b.

В примере осуществления рабочие частоты радиочастотных импульсов и/или градиентов магнитного поля являются однозначно определенными.

В примере осуществления пространственные направления градиентов магнитного поля и акустических волн, создаваемых каротажным прибором 100, являются согласованными. Например, плоские акустические волны должны подводиться в направлении индивидуального градиента магнитного поля.

В примере осуществления во время работы каротажный прибор 100 создает постоянный градиент магнитного поля.

В примере осуществления на этапе 206, 208 и 210 градиент магнитного поля изменяют с приращением, используя диапазон степеней градиентов и пространственных направлений.

В примере осуществления способ 200 дает возможность выполнять непосредственное измерение характеристик движения флюида внутри порового пространства в подземном пласте.

В примере осуществления согласно способу 200 вызывают когерентное перемещение флюидных материалов внутри порового пространства в подземном пласте, используя энергию акустических волн. После этого в примере осуществления когерентное перемещение флюидных материалов внутри порового пространства можно обнаруживать и характеризовать, используя ядерно-магнитный резонанс при градиенте магнитного поля.

В примере осуществления во время выполнения действий способа 200 акустические и радиочастотные волны подводят одновременно при наличии градиентов магнитного поля, используя каротажный прибор 100.

В примере осуществления во время выполнения действий способа 200 сигналы спинового эха синхронизируют относительно подведения акустических волн и градиентов магнитного поля к пласту.

В примере осуществления во время выполнения действий способа 200 диапазон степеней градиентов магнитного поля и ориентации выбирают в соответствии с требуемым разрешением распределения по скоростям.

В примере осуществления во время выполнения действий способа 200 распределение пор по размерам определяют на основании распределения порового флюида по скоростям.

Представлен способ определения свойств материала в части подземного пласта, который включает в себя ввод энергии акустических волн в часть пласта; создание градиента магнитного поля в части пласта; ввод радиочастотной энергии в часть пласта; измерение сигнала спинового эха из части пласта; и обработку сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта; в котором ввод энергии акустических волн, создание магнитного поля и ввод радиочастотной энергии выполняют одновременно. В примере осуществления градиент магнитного поля является переменным. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяют в зависимости от времени. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяют в зависимости от пространственного положения. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяют как функцию требуемого разрешения свойств материала. В примере осуществления свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям. В примере осуществления способ также содержит определение распределения пор по размерам на основании распределения порового флюида по скоростям. В примере осуществления свойства материала содержат среднюю скорость порового флюида. В примере осуществления свойства материала содержат распределение пор по размерам. В примере осуществления свойства материала содержат средний размер пор. В примере осуществления способ также содержит выполнение обратного преобразования Фурье или частичного обратного преобразования Фурье сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала пласта. В примере осуществления энергия акустических волн содержит периодический акустический сигнал. В примере осуществления периодический акустический сигнал содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления градиент магнитного поля содержит множество амплитуд и пространственных распределений. В примере осуществления радиочастотная энергия содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления направление градиента магнитного поля является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Представлен способ определения свойств материала в части подземного пласта, который включает в себя ввод периодического акустического сигнала в часть пласта; создание градиента магнитного поля в части пласта; ввод радиочастотной энергии в часть пласта; измерение сигнала спинового эха из части пласта; и обработку сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта путем обратного преобразования Фурье сигнала спинового эха; в котором ввод энергии акустических волн, создание магнитного поля и ввод радиочастотной энергии выполняют одновременно; в котором свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям и распределение пор по размерам и в котором направление градиента магнитного поля является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Представлена система для определения свойств материала в части подземного пласта, которая включает в себя средство для ввода энергии акустических волн в часть пласта; средство для создания градиента магнитного поля в части пласта; средство для ввода радиочастотной энергии в часть пласта; средство для измерения сигнала спинового эха из части пласта и средство для обработки сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта; в которой ввод энергии акустических волн, создание магнитного поля и ввод радиочастотной энергии выполняются одновременно. В примере осуществления градиент магнитного поля является переменным. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяется в зависимости от времени. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяется в зависимости от пространственного положения. В примере осуществления градиент магнитного поля изменяется как функция требуемого разрешения свойств материала. В примере осуществления свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям. В примере осуществления система также содержит средство для определения распределения пор по размерам на основании распределения порового флюида по скоростям. В примере осуществления свойства материала содержат среднюю скорость порового флюида. В примере осуществления свойства материала содержат распределение пор по размерам. В примере осуществления свойства материала содержат средний размер пор. В примере осуществления система также содержит средство для выполнения обратного преобразования Фурье сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала пласта. В примере осуществления энергия акустических волн содержит периодический акустический сигнал. В примере осуществления периодический акустический сигнал содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления градиент магнитного поля содержит множество амплитуд и пространственных распределений. В примере осуществления радиочастотная энергия содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления направление градиента магнитного поля является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Представлена система для определения свойств материала в части подземного пласта, которая включает в себя средство для ввода периодического акустического сигнала в часть пласта; средство для создания градиента магнитного поля в части пласта; средство для ввода радиочастотной энергии в часть пласта; средство для измерения сигнала спинового эха из части пласта; и средство для обработки сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта путем обратного преобразования Фурье сигнала спинового эха; в которой ввод энергии акустических волн, создание магнитного поля и ввод радиочастотной энергии выполняются одновременно; в которой свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям и распределение пор по размерам; и в которой направление градиента магнитного поля является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Представлена система для определения свойств материала в части подземного пласта, которая включает в себя источник энергии акустических волн; источник магнитной энергии, источник радиочастотной энергии; датчик сигналов спинового эха и контроллер, в рабочем состоянии соединенный с источником энергии акустических волн, источником магнитной энергии, источником радиочастотной энергии и датчиком сигналов спинового эха; в которой контроллер выполнен с возможностью измерения сигналов спинового эха, обработки сигналов спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта и одновременного ввода энергии акустических волн, магнитной энергии и радиочастотной энергии в пласт с использованием источника энергии акустических волн, источника магнитной энергии и источника радиочастотной энергии. В примере осуществления магнитная энергия является переменной. В примере осуществления магнитная энергия изменяется в зависимости от времени. В примере осуществления магнитная энергия изменяется в зависимости от пространственного положения. В примере осуществления магнитная энергия изменяется как функция требуемого разрешения свойств материала. В примере осуществления свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям. В примере осуществления свойства материала содержат распределение пор по размерам. В примере осуществления свойства материала содержат среднюю скорость порового флюида. В примере осуществления свойства материала содержат распределение пор по размерам. В примере осуществления свойства материала содержат средний размер пор. В примере осуществления контроллер дополнительно выполнен с возможностью выполнения обратного преобразования Фурье сигнала спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала пласта. В примере осуществления энергия акустических волн содержит периодический акустический сигнал. В примере осуществления периодический акустический сигнал содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления магнитная энергия содержит множество амплитуд и пространственных распределений. В примере осуществления радиочастотная энергия содержит множество рабочих фаз и частот. В примере осуществления направление магнитной энергии является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Представлена система для определения свойств материала в части подземного пласта, которая включает в себя источник энергии акустических волн, источник магнитной энергии; источник радиочастотной энергии; датчик сигналов спинового эха; и контроллер, в процессе работы соединенный с источником энергии акустических волн, источником магнитной энергии, источником радиочастотной энергии и датчиком сигналов спинового эха; в которой контроллер выполнен с возможностью измерения сигналов спинового эха, обработки сигналов спинового эха для определения одного или нескольких свойств материала части подземного пласта и одновременного ввода энергии акустических волн, магнитной энергии и радиочастотной энергии в пласт с использованием источника энергии акустических волн, источника магнитной энергии и источника радиочастотной энергии, в которой свойства материала содержат распределение порового флюида по скоростям и распределение пор по размерам и в которой направление магнитной энергии является по существу таким же, как направление распространения энергии акустических волн.

Понятно, что варианты описанного выше могут быть сделаны без отступления от объема изобретения. Например, идеи представленных показательных осуществлений можно использовать при снабжении ствола скважины обсадными трубами, прокладке трубопровода или создании структурной опорной конструкции. Кроме того, элементы и идеи из различных показательных осуществлений можно сочетать полностью или частично с некоторыми или всеми показательными осуществлениями. В дополнение к этому один или несколько элементов или идей из различных показательных осуществлений можно опускать, по меньшей мере частично, или сочетать, по меньшей мере частично, с одним или несколькими другими элементами и идеями из различных показательных осуществлений.

Хотя показаны и описаны показательные осуществления изобретения, в приведенном выше раскрытии предполагается широкий ряд модификаций, изменений и замен. В некоторых случаях некоторые признаки настоящего изобретения можно использовать без соответствующего использования других признаков. В соответствии с этим закономерно, что прилагаемая формула изобретения должна толковаться широко и в согласии с объемом изобретения.