Зондовое устройство для измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов
Изобретение относится к зондовому устройству, содержащему зонд для селективного измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов. Техническим рузультатом является усовершенствование зонда. Зондовое устройство для измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов, причем зондовое устройство содержит зонд, содержащий корпус с камерой измерения давления, и по меньшей мере одно отверстие к камере измерения давления для приведения в контакт воды из водной фазы с камерой измерения давления, причем по меньшей мере часть поверхности корпуса около указанного по меньшей мере одного отверстия выполнена с гидрофильными свойствами. По меньшей мере одно отверстие имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,000001 мм, и зондовое устройство содержит механизм перемещения, выполненный с возможностью перемещения зонда из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено за пределами коллектора, во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено в положении внутри коллектора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Введение
Настоящее изобретение относится к зондовому устройству, содержащему зонд для селективного измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов. Зонд содержит корпус, содержащий камеру измерения давления и по меньшей мере одно отверстие к камере измерения давления для введения воды из водной фазы в камеру измерения давления. Зонд устроен так, что по меньшей мере часть поверхности корпуса около по меньшей мере одного отверстия имеет гидрофильные свойства.
Зонд и зондовое устройство должны использоваться для таких измерений с целью расчета уровня свободной воды между углеводородной фазой и водной фазой и оценки остаточного потенциала самопроизвольной пропитки. Настоящее изобретение также относится к способу размещения зонда внутри коллектора углеводородов для таких измерений.
Известный уровень техники
Определение уровня свободной воды между углеводородной фазой и водной фазой на основе измерений давления известно из уровня техники. Стандартный неселективный зонд может использоваться для измерения давления на нескольких глубинах в коллекторе, как в углеводородном столбе, так и в воде под углеводородным столбом. Значения давления из водоносной зоны образуют прямую линию, и из нефтяного или газового столба выше - образуют другую прямую линию. Уровень свободной воды представляет собой глубину, на которой эти две линии пересекаются.
Проблема, связанная с измерениями давления известного уровня техники для определения уровня свободной воды в коллекторе заключается в том, что множество измерений должно быть выполнено на разных глубинах в коллекторе. Измерения давления должны выполняться как внутри насыщенной углеводородами части коллектора, так и в водоносном горизонте ниже уровня свободной воды.
Если углеводородная зона является маломощной, - стандартный способ сбора нескольких значений давления на разных глубинах не даст точного результата. Если коллектор является слоистым или сегментированным, может быть неясно, принадлежат ли давления, измеренные в углеводородной фазе и в водной фазе, к одному и тому же пласту-коллектору.
Измерения давления in-situ, которые могут использоваться для оценки остаточного потенциала самопроизвольной пропитки, ранее не осуществлялись. Остаточный потенциал самопроизвольной пропитки в настоящее время оценивается с помощью имитационных моделей и/или на основе измерений водонасыщенности. Существующие способы являются более неопределенными, чем оценка, основанная на измерении капиллярного давления in-situ.
В WO 01/09483A1 описан зонд и способ определения глубины уровня межфлюидного контакта между двумя текучими средами. В US 6164126А описано устройство и способ для измерений подземного пласта. В US 4438654А описано устройство для отбора проб грунтовых вод в почвах и породах. В US 2012199368А описан способ и устройство для развертывания кабеля и устройства в подземном пласте.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является устранение или уменьшение по меньшей мере одного из недостатков известного уровня техники или по меньшей мере обеспечение полезной альтернативы известному уровню техники. В частности, задачей настоящего изобретения является предложить усовершенствованный зонд, зондовое устройство и способ для измерения давления водной фазы в коллекторе углеводородов.
Эта задача решается с помощью зондового устройства согласно изобретению для измерения давления в водной фазе внутри коллектора углеводородов. Зондовое устройство содержит зонд, содержащий корпус с камерой измерения давления и по меньшей мере одним отверстием к камере измерения давления для приведения в контакт воды из водной фазы с камерой измерения давления, при этом по меньшей мере часть поверхности корпуса около указанного по меньшей мере одного отверстия имеет гидрофильные свойства.
Зондовое устройство отличается тем, что по меньшей мере одно отверстие имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,000001 мм, предпочтительно 0,01-0,00001 мм, более предпочтительно 0,005-0,00001 мм, и зондовое устройство содержит механизм перемещения, выполненный с возможностью перемещения зонда из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено за пределами коллектора, во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено в положении внутри коллектора.
Механизм перемещения позволяет перемещать зонд из первого положения за пределами коллектора во второе положение внутри коллектора. Кроме того, механизм перемещения выполнен с возможностью перемещения зонда в коллектор во второе положение за пределами загрязненной зоны, в которой поверхностно-активные компоненты находятся в высокой концентрации.
В частности, первое положение является положением внутри скважины в коллекторе. Второе положение определяется как положение внутри коллектора. Во втором положении измерение водной фазы возможно без ухудшения гидрофильных свойств зонда.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено в положении внутри коллектора, в котором поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию менее чем 0,1 ммоль/л.
Во втором положении измерение водной фазы возможно без ухудшения гидрофильных свойств зонда. Загрязненная зона определяется как зона, в которой поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию, равную или превышающую 0,1 ммоль/л. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено в положении внутри коллектора, в котором изменение исходной водонасыщенности в коллекторе составляет менее 1%.
Операции бурения в коллекторе приводят к формированию загрязненной зоны. Кроме того, водная фаза подвергается нарушению в процессе бурения скважины в коллекторе, что приводит к образованию нарушенной зоны. Для измерения водной фазы зонд перемещают во второе положение, в котором изменение исходной водонасыщенности в коллекторе составляет менее 1%.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено по меньшей мере на расстоянии 10 см внутри коллектора, предпочтительно по меньшей мере на расстоянии 50 см внутри коллектора.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зондовое устройство содержит конусообразную головку перемещения, содержащую внутреннее пространство, предназначенное для размещения зонда, первый проход во внутреннее пространство и второй проход из внутреннего пространства в коллектор, и уплотнительный элемент для уплотнения отверстия указанного второго прохода, причем головка перемещения выполнена с возможностью принудительного введения в коллектор и образования таким образом отверстия в коллекторе.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зондовое устройство содержит буровой механизм для формирования дополнительного отверстия в коллекторе. Буровой механизм выполнен с возможностью образования пробуренного отверстия в коллекторе, проходящего через загрязненную зону в нарушенную зону. Пробуренное отверстие позволяет перемещать зонд из первого положения во второе положение без загрязнения поверхностно-активными компонентами.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, буровой механизм содержит средство для введения текучей среды в отверстие и удаления текучей среды вместе с остаточным материалом из отверстия, причем эта текучая среда нерастворима или по существу нерастворима в воде. Предпочтительно, введенная текучая среда представляет собой текучую среду, содержащую, главным образом, нефть. За счет введения и удаления текучей среды во время бурения отверстия можно гарантировать, что второе положение зонда не загрязнено поверхностно-активными компонентами.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, указанное внутреннее пространство головки перемещения выполнено с возможностью размещения буровой головки бурового механизма.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зондовое устройство содержит механизм оболочки, выполненный с возможностью размещения оболочки в указанном сформированном отверстии. Благодаря размещению оболочки в пробуренном отверстии, образованном буровым механизмом, дополнительно можно гарантировать, что зонд может быть перемещен в коллектор во второе положение без загрязнения поверхностно-активными компонентами при прохождении через загрязненную зону.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зондовое устройство содержит датчик давления, расположенный в камере измерения давления или в соединении с камерой измерения давления, и логическое устройство, выполненное с возможностью приема информации от датчика давления и определения давления водной фазы (Pw) в камере измерения давления.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения зондовое устройство содержит средство для отображения определенного давления воды в камере измерения давления.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения зонд содержит дополнительный уплотнительный элемент, выполненный с возможностью закрывать указанное по меньшей мере одно отверстие от воздействия поверхностно-активных компонентов в концентрации, равной или превышающей 0,1 ммоль/л.
Зонд содержит корпус, содержащий камеру измерения давления и по меньшей мере одно отверстие в камере измерения давления для введения воды из водной фазы в камеру измерения давления, при этом по меньшей мере часть поверхности корпуса около указанного по меньшей мере одного отверстия имеет гидрофильные свойства. Зонд отличается тем, что он содержит уплотнительный элемент, выполненный с возможностью закрытия по меньшей мере одного отверстия от воздействия поверхностно-активных компонентов при перемещении зонда в коллектор через загрязненную зону, содержащую один или более поверхностно-активных компонентов в концентрации, равной или превышающей 0,1 ммоль/л.
Зонд выполнен с возможностью введения в пласт-коллектор водной фазы возле коллектора углеводородов или приведения в контакт с водной фазой в коллекторе углеводородов. Для приведения в контакт с водной фазой коллектора в местоположении, в котором водная фаза не была значительно нарушена операциями бурения, зонд должен пройти через загрязненную зону, содержащую поверхностно-активные компоненты, используемые в процессе бурения. Зонд снабжен уплотнительным элементом, который закрывает отверстие в зонде, благодаря чему гидрофильные свойства не ухудшаются поверхностно-активными компонентами в загрязненной зоне. В частности, уплотнительный элемент предназначен для защиты отверстия зонда от воздействия поверхностно-активных компонентов в концентрации, равной или превышающей 0,1 ммоль/л.
Примерами поверхностно-активных компонентов в загрязненной зоне являются октадециламиновая (15 ЕО) соль четвертичного аммония (катионное поверхностно-активное вещество), имидазолин (катионное поверхностно-активное вещество), кокодиметилкват (катионное поверхностно-активное вещество), C14-16 альфа-олефинсульфонат натрия (анионное поверхностно-активное вещество), C10 спирт (8 EO) этоксилат (неионное поверхностно-активное вещество), и тому подобное.
Когда отверстие зонда расположено в подходящем положении внутри коллектора, уплотнительный элемент может быть удален или пробит. Таким образом, по меньшей мере одно отверстие зонда приводится в контакт с водной фазой в коллекторе без воздействия поверхностно-активных компонентов в загрязненной зоне.
Благодаря гидрофильным свойствам поверхности или части поверхности корпуса около отверстия или отверстий поверхность является «водолюбивой», что позволяет воде входить в камеру измерения давления. Это позволяет измерять давление водной фазы внутри насыщенного углеводородами коллектора. Соответственно, зонд изобретения позволяет селективно измерять водную фазу в коллекторе углеводородов.
На основании этого измерения уровень свободной воды между водной фазой и углеводородной фазой коллектора углеводородов может быть вычислен по результатам измерения только на одной глубине. Остаточный потенциал самопроизвольной пропитки в точке измерения в коллекторе углеводородов также можно оценить по разности давлений между водной и углеводородной фазой в точке измерения.
Гидрофильные свойства в противопоставлении гидрофобным свойствам определяются с помощью краевого угла смачивания между каплей воды и поверхностью. Гидрофильные свойства определяются поверхностью, обеспечивающей краевой угол смачивания между поверхностью и каплей воды, который составляет менее 90°. В противоположность этому, гидрофобные свойства определяются поверхностью, обеспечивающей краевой угол смачивания между поверхностью и каплей воды, который составляет более 90°.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, дополнительный уплотнительный элемент содержит оболочку, продолжающуюся над по меньшей мере одним отверстием и в основном состоящую из стеклянного материала. Стекло оболочки обеспечивает уплотнение, которое является непроницаемым для поверхностно-активных компонентов в загрязненной зоне.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зонд включает промежуток между дополнительным уплотнительным элементом и поверхностью корпуса зонда, и при этом зонд также содержит текучую суспензию с гидрофильными свойствами, находящуюся в указанном промежутке.
Благодаря созданию промежутка с текучей суспензией между уплотнительным элементом и поверхностью корпуса около по меньшей мере одного отверстия облегчается контакт с водной фазой, когда зонд помещают в подходящее положение внутри коллектора.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, текучая суспензия главным образом содержит комбинацию гранулированного каолинита и воды.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одно отверстие к камере измерения давления заполняется водой.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, по меньшей мере одно отверстие имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,00001 мм, предпочтительно 0,005-0,00001 мм. Маленькие отверстия являются предпочтительными. Причина, по которой отверстия должны быть небольшими, заключается в том, что несмачивающая фаза (нефть или газ) должна искривить свою поверхность раздела с водой, чтобы иметь возможность пройти через отверстие. Чем меньше отверстие, тем больше будет перепад давления для прохождения несмачивающей фазы через отверстие. Размер по меньшей мере одного отверстия относится к наименьшей части отверстия, ведущего к камере измерения давления. Давление, при котором несмачивающая фаза начинает течь через отверстие, часто называется пороговым давлением.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, поверхность корпуса содержит гидрофильную пористую пластину, состоящую главным образом из оксида алюминия (Al2O3), как например, CoorsTek P-1/2. Предпочтительно, чтобы поверхность корпуса содержала гидрофильную пористую пластину CoorsTek P-1/2 с отверстиями в диапазоне 0,01-0,001 мм, предпочтительно примерно 0,003-0,007 мм, что обеспечивает пороговое давление по меньшей мере 5 бар (0,5 МПа) для воздуха (несмачивание).
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, корпус содержит множество отверстий к измерительной камере. Предпочтительно отверстия ведут к камере измерения давления с разных сторон.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, корпус содержит проницаемый материал с множеством пор и, при этом по меньшей мере часть пор образует указанные отверстия в камеру измерения давления.
Проницаемые материалы могут быть изготовлены из металлов, керамики, минералов, сплавленных частиц, тканых волокон или природных проницаемых материалов, таких как кварцевый песчаник или карбонатная порода. За счет множества отверстий к камере измерения давления можно гарантировать, что вода будет вводиться в камеру измерения давления, даже если некоторые из отверстий будут заблокированы, например, материалом, содержащимся в водной фазе коллектора углеводородов.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, поверхность корпуса зонда содержит в основном материал с твердостью, равной или превышающей 130 по Бринеллю. За счет достаточной твердости поверхности корпуса предотвращается деформация отверстий, когда зонд вводится в коллектор.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, поверхность корпуса зонда в основном состоит из стали и нержавеющей стали. Сталь и нержавеющая сталь обладают предпочтительными свойствами для введения в коллектор при сохранении функций зонда. Кроме того, поверхность стали и нержавеющей стали может быть обработана таким образом, чтобы обеспечить гидрофильные свойства. Обработки, которые могут сделать сталь и многие другие поверхности, гидрофильными, являются коммерчески доступными, например, от Aculon. Поверхностная обработка может осуществляться в виде временного покрытия или постоянного нового поверхностного слоя. Внутренние поверхности также могут быть обработаны. В качестве альтернативы, если полость в стенке скважины в коллектор образована перед введением зонда, может использоваться материал более низкой прочности и твердости.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, корпус зонда выполнен клиновидным. В качестве альтернативы, зонд имеет форму иглы или пластины, в зависимости от состава коллектора. За счет клиновидного корпуса введение зонда в коллектор облегчается.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, зонд также содержит контактное устройство, расположенное, на по меньшей мере части поверхности корпуса, причем контактное устройство содержит один или более гибких удлиненных элементов, продолжающихся от поверхности и содержащих оболочечную поверхность, имеющую гидрофильные свойства.
Удлиненные элементы изгибаются, когда зонд вставляют в материал породы коллектора, так что удлиненные элементы находятся в контакте с водной фазой, например, на поверхности раздела между элементами в материале породы. Соответственно, с помощью контактного устройства облегчается контакт между зондом и водной фазой.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, один или более удлиненных элементов в основном содержат волокнистый материал. Волокнистый материал может быть изготовлен из натуральных полимерных волокон, таких как шелк, синтетических полимерных волокон, таких как арамид и полиэтилен, металлических волокон, таких как сталь и вольфрам, и керамических волокон, таких как оксид алюминия и карбид кремния.
Задача изобретения также решается с помощью способа измерения давления водной фазы внутри углеводородного коллектора в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Измерение способа осуществляется с помощью зондового устройства по любому из п.п.1-13. Способ включает стадию:
- введения зонда в коллектор путем перемещения зонда из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено за пределами коллектора, во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено в положении внутри коллектора.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, способ также включает:
- введение зонда в коллектор таким образом, чтобы указанное по меньшей мере одно отверстие зонда во втором положении находилось в положении внутри коллектора, в котором поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию менее 0,1 ммоль/л.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ также включает:
- введение зонда в коллектор таким образом, чтобы указанное по меньшей мере одно отверстие зонда во втором положении находилось в положении внутри коллектора, в котором изменение исходной водонасыщенности в коллекторе составляет менее 1%.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ также включает:
- введение зонда в коллектор таким образом, чтобы указанное по меньшей мере одно отверстие зонда во втором положении находилось по меньшей мере на расстоянии 10 см внутри коллектора, предпочтительно по меньшей мере на расстоянии 50 см внутри коллектора.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ также включает:
- формирование отверстия в коллекторе путем принудительного введения конусообразной головки перемещения в коллектор, и
- удаление или пробитие уплотнительного элемента.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения способ также включает:
- формирование дополнительного отверстия в коллекторе с помощью бурового механизма, и
- введение зонда в дополнительное отверстие и в коллектор.
Задача изобретения также достигается с помощью способа измерения давления водной фазы внутри углеводородного коллектора в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Измерение способа осуществляется с помощью зонда, содержащего корпус, содержащий камеру измерения давления и по меньшей мере одно отверстие в камере измерения давления для введения воды из водной фазы в камеру измерения давления, при этом по меньшей мере часть поверхности корпуса около указанного по меньшей мере одного отверстия имеет гидрофильные свойства. Способ включает стадию:
- формирования отверстия в коллекторе,
- размещения указанного по меньшей мере одного отверстия зонда в первом положении вблизи к коллектору, при этом первое положение указанного по меньшей мере одного отверстия расположено за пределами коллектора,
- перемещения зонда из первого положения во второе положение, в котором по меньшей мере одно отверстие расположено внутри коллектора, при этом во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда находится в положении внутри коллектора, в котором поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию менее 0,1 ммоль/л, и
- измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов.
За счет формирования отверстия в коллекторе воздействие на зонд поверхностно-активных компонентов при прохождении положения загрязненной зоны уменьшается. Таким образом, можно использовать зонд без уплотнительного элемента, закрывающего отверстия корпуса зонда, или, в качестве альтернативы, использовать простую форму уплотнительного элемента.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда находится в положении внутри коллектора, в котором изменение исходной водонасыщенности в коллекторе составляет менее 1%.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие зонда расположено по меньшей мере на расстоянии 10 см внутри коллектора, предпочтительно по меньшей мере на расстоянии 50 см внутри коллектора 12.
Благодаря использованию зонда, содержащего уплотнительный элемент, по меньшей мере одно отверстие защищено от воздействия поверхностно-активных компонентов при прохождении положения загрязненной зоны, и альтернативно уплотнительный элемент удаляют или пробивают, как только зонд перемещается во второе положение в коллекторе. За счет использования уплотнительного элемента зонда способ измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов упрощается.
Кроме того, задача изобретения решается за счет использования зондового устройства и зонда зондового устройства по любому из п.п.1-13 формулы изобретения для измерения давления водной фазы внутри коллектора углеводородов.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, измерение давления водной фазы используется для вычисления уровня свободной воды между водной фазой и углеводородной фазой коллектора углеводородов.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, измерение давления водной фазы используется для вычисления остаточного потенциала самопроизвольной пропитки углеводородного коллектора.
Краткое описание чертежей
Ниже будет описан пример предпочтительного варианта осуществления, проиллюстрированный на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг.1a показано зондовое устройство, содержащее зонд в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг.1b показан подробный вид отверстия к камере измерения давления в зонде на фиг.1а;
на фиг.2 представлен схематический вид графика для определения уровня свободной воды коллектора углеводородов, который построен на основе измерения давления зондом по изобретению;
на фиг.3 представлен схематический вид графика для определения остаточного потенциала самопроизвольной пропитки коллектора углеводородов, который построен на основе измерения давления зондом по изобретению;
на фиг.4а более подробно показано зондовое устройство в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения, когда зонд находится в первом положении;
на фиг.4b показана конусообразная головка перемещения, включающая зонд, который должен быть перемещен из первого положения во второе положение;
на фиг.4c показан зонд зондового устройства фиг.4а в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
на фиг.5 показано зондовое устройство фиг.4а, когда конусообразная головка перемещения принудительно введена в коллектор;
на фиг.6 показано зондовое устройство фиг.4а, когда в коллекторе пробурено отверстие, и зонд перемещен во второе положение;
на фиг.7a показано зондовое устройство в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения;
на фиг.7b показано зондовое устройство фиг.7а, расположенное в коллекторе;
на фиг.8a показан буровой механизм в соответствии с вариантом осуществления изобретения; и
на фиг.8b показан буровой механизм фиг.8a более подробно.
Подробное описание
На фиг.1a показано зондовое устройство 1 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Зондовое устройство 1 содержит зонд 3. Зонд 3 содержит корпус 5, содержащий камеру 7 измерения давления и отверстия 10, ведущие к камере 7 измерения давления, для приведения в контакт воды из водной фазы с камерой 7 измерения давления. Предпочтительно, зонд содержит множество отверстий 10, ведущих к камере 7 измерения давления с разных сторон. Однако следует понимать, что можно использовать одно отверстие 10 или множество отверстий 10. На фиг.1 зонд 3 расположен в породе коллектора 12 углеводородов.
Зондовое устройство 1 также содержит датчик 20 давления и логическое устройство 22. Датчик 20 давления расположен в камере 7 измерения давления или в соединении с камерой 7 измерения давления. Датчик 20 давления предпочтительно представляет собой датчик дифференциального давления, предназначенный для измерения разности давлений. Измерение давления может осуществляться датчиком типа датчика усилия или полагаться на использование других известных датчиков давления, таких как пьезорезистивный тензодатчик, емкостный датчик, электромагнитный датчик, пьезоэлектрический датчик, оптический датчик и так далее.
Логическое устройство 22 выполнено с возможностью приема информации от датчика 20 давления и определения давления Pw воды в камере 7 измерения давления. В описываемом варианте осуществления зондовое устройство 1 также содержит средство 24 отображения давления Pw воды, определенного в камере 7 измерения давления, такое как монитор, ЖК-дисплей и так далее. В описанном примере логическое устройство 22 и средство 24 отображения расположены за пределами коллектора 12.
Зонд 3 устроен таким образом, что по меньшей мере часть поверхности корпуса 5 около указанного по меньшей мере одного отверстия 10 имеет гидрофильные свойства. В частности, поверхность одного или более отверстий 10 имеет гидрофильные свойства. В соответствии с вариантом осуществления изобретения, поверхность также имеет свойства не смачивания нефтью в коллекторе 12 углеводородов.
Гидрофильные свойства зависят от свойств поверхности и приводят к тому, что водная фаза может быть введена в камеру 7 измерения давления даже через отверстия 10 небольшого размера. В частности, гидрофильные свойства определяются поверхностью, обеспечивающей краевой угол смачивания между поверхностью и каплей воды, который составляет менее 90°. И наоборот, гидрофобные свойства определяются поверхностью, обеспечивающей краевой угол смачивания между поверхностью и каплей воды, который составляет более 90°. Аналогичным образом, несмачивающие свойства по отношению к нефти поверхности зонда 3 зависят от свойств поверхности и приводят к тому, что углеводородная фаза не может быть введена в камеру 7 измерения давления.
Зонд 3 предпочтительно выполнен с одним или более отверстиями 10, каждое из которых имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,000001 мм, предпочтительно 0,01-0,00001 мм, более предпочтительно 0,005-0,00001 мм. Предпочтительно корпус 5 зонда 3 содержит проницаемый материал с множеством пор и, при этом по меньшей мере часть пор образует указанные отверстия 10, ведущие к камере 7 измерения давления.
За счет использования отверстий 10 малого размера в указанном выше диапазоне точность определения уровня свободной воды FWL коллектора 12 углеводородов или остаточного потенциала самопроизвольной пропитки коллектора 12 углеводородов может быть основана на измерениях на одной глубине в углеводородном коллекторе 12.
Предпочтительно, поверхность корпуса 5 зонда 3 содержит в основном износостойкий материал, например, материал с твердостью, равной или превышающей 130 по Бринеллю. Таким образом предотвращается деформация одного или более отверстий 10 при помещении зонда 3 в коллектор 12 углеводородов. Предпочтительно поверхность корпуса 5 зонда 3 в основном содержит сталь и нержавеющую сталь или керамический материал достаточной твердости.
Зонд 3 также содержит контактное устройство 30 на поверхности корпуса 5 зонда 3. Контактное устройство 30 содержит множество гибких удлиненных элементов 32, продолжающихся от поверхности зонда 3. Удлиненные элементы 32 содержат волокнистый материал с оболочечной поверхностью, имеющей гидрофильные свойства. Удлиненные элементы 32 выполнены с возможностью изгиба, когда зонд вставлен в материал породы коллектора 12, благодаря чему удлиненные элементы 32 находятся в контакте с водной фазой на поверхности раздела между материалом породы в коллекторе. Соответственно, контактное устройство 30 предназначено для облегчения контакта одного или более отверстий 10 зонда 3 с водной фазой коллектора 12.
На фиг.1b отверстие 10 зонда 3, ведущее к камере 7 измерения давления, представлено более подробно. Когда давление нефтяной фазы О выше, чем давление водной фазы W, нефть будет пытаться проникнуть в заполненные водой отверстия пористого и проницаемого материала зонда. Граница раздела нефти будет изгибаться, но не позволит нефти поступать в отверстие до тех пор, пока разность давлений не станет больше порогового давления.
На фиг.2 представлен схематический график для определения уровня свободной воды (FWL) коллектора 12 углеводородов. График построен на основе измеренного давления Pw водной фазы с помощью зонда 3 по изобретению и измерения давления углеводородной фазы с помощью стандартного зонда. Оба измерения могут быть выполнены на одной и той же глубине. Если плотность углеводородной фазы неизвестна, для ее измерения может быть взят образец текучей среды. Давление водной фазы и углеводородной фазы увеличиваются с глубиной в соответствии с их плотностями, или плотность углеводородной фазы может быть измерена in-situ. Вода, более плотная, чем углеводородная фаза, будет увеличивать свое давление быстрее с глубиной, чем углеводородная фаза. На уровне свободной воды (FWL) давление воды и углеводородной фазы будут равны.
На фиг.3 представлен схематический вид графика для определения остаточного потенциала самопроизвольной пропитки коллектора 12 углеводородов. График построен на основе измеренного давления Pw водной фазы с помощью зонда 3 по изобретению. Капиллярное давление здесь определяется как разность давлений между несмачивающей углеводородной фазой и водной фазой. На основе лабораторных экспериментов, проведенных на пластовом материале (кернах) из коллектора, получена оценка остаточного потенциала самопроизвольной пропитки.
На фиг.4а, фиг.5 и фиг.6 показано зондовое устройство 1 в связи со скважиной в коллекторе 12. На фиг.6 также представлена структура коллектора 12 возле скважины, при этом в процессе бурения скважины образована загрязненная зона 80, в которой поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию, равную или превышающую 0,1 ммоль/л. Поверхностно-активными компонентами в загрязненной зоне 80 являются, например, октадециламиновая (15 ЕО) соль четвертичного аммония (катионное поверхностно-активное вещество), имидазолин (катионное поверхностно-активное вещество), кокодиметилкват (катионное поверхностно-активное вещество), C14-16 альфа-олефинсульфонат натрия (анионное поверхностно-активное вещество), C10 спирт (8 EO) этоксилат (неионное поверхностно-активное вещество), и тому подобное, или их сочетания.
Кроме того, формирование скважины создало нарушенную зону 82, в которой водонасыщенность в коллекторе 12 была нарушена на 1% или более от исходной водонасыщенности в коллекторе 12.
На фиг.4a показано зондовое устройство 1, содержащее зонд 3, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения. Зондовое устройство 1 содержит подвеску 40 для удержания зонда 3 и других компонентов зондового устройства 1, как будет объяснено ниже.
Зондовое устройство 1 содержит крепежный механизм 42 для обеспечения крепления зондового устройства 1 к стенкам 44 скважины в коллекторе 12. На фиг.4а зондовое устройство 1 установлено в скважину таким образом, что подвеска 40 расположена между стенками 44 скважины, и крепежный механизм 42 установил крепление к стенкам 44 скважины.
Зондовое устройство 1 также содержит механизм 46 перемещения для перемещения зонда 3 из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие 10 зонда 3 расположено за пределами коллектора 12, во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие 10 зонда 3 расположено в положении внутри коллектора 12, и в частности, в положении, в котором поверхностно-активные компоненты имеют концентрацию менее чем 0,1 ммоль/л. Соответственно, механизм 46 перемещения выполнен с возможностью перемещения зонда 3 в положение за пределами загрязненной зоны 80, в котором поверхностно-активные компоненты доступны в меньшей концентрации, чем та, которая бы ухудшила гидрофильные свойства зонда 3.
Кроме того, как будет объяснено далее, второе положение представляет собой положение, в котором исходная водонасыщенность в коллекторе 12 изменена менее чем на 1%. Соответственно, механизм 46 перемещения выполнен с возможностью перемещения зонда 3 через загрязненную зону 80 и нарушенную зону 82 коллектора 12, см. фиг.6.
Зондовое устройство 1 также содержит буровой механизм 50 для формирования отверстия в коллекторе 12. В описываемом варианте осуществления подвеска содержит две направляющие 52, где первая направляющая предназначена для перемещения бурового элемента бурового механизма 50, и вторая направляющая предназначена для перемещения зонда 3 из первого положения во второе положение. Первая направляющая и вторая направляющая обозначены пунктирными линиями.
Предпочтительно, буровой механизм 50 также содержит контейнер, содержащий текучую среду, и средство для введения текучей среды в пробуренное отверстие, образованное буровым механизмом 50, и для удаления текучей среды вместе с остаточным материалом из пробуренного отверстия. Причем эта текучая среда нерастворима или по существу нерастворима в воде, как, например, нефть. Контейнер и средство для введения текучей среды не показаны на фигурах.
Зондовое устройство 1 также содержит конусообразную головку 60 перемещения, предназначенную для введения и выведения из коллектора 12. Головка 60 перемещения выполнена с возможностью принудительного введения в коллектор 12 таким образом, что головка 60 перемещения проходит через загрязненную зону 80 коллектора 12, см. фиг.4b.
Конусообразная головка 60 перемещения содержит внутреннее пространство 62, предназначенное для помещения зонда 3, и первый проход 64 во внутреннее пространство 62. Головка 60 перемещения также содержит второй проход 66 из внутреннего пространства 62 наружу. Головка 60 перемещения дополнительно содержит уплотнительный элемент 68 между внутренним пространством 62 и вторым проходом 66. Уплотнительный элемент 68 предназначен для предотвращения попадания поверхностно-активных компонентов во внутреннее пространство 62, когда головка 60 перемещения проталкивается через загрязненную зону 80 коллектора 12. Соответственно, зонд 3 защищен от контакта с поверхностно-активными компонентами во время такого перемещения головки 60 перемещения.
После того как головка 60 перемещения была принудительно введена в коллектор 12 за пределы загрязненной зоны 80, уплотнительный элемент 68 удаляют или пробивают, чтобы обеспечить контакт с коллектором 12. После этого зонд 3 может быть введен в коллектор 12. В качестве альтернативы, как показано в варианте осуществления на фиг.6, буровой механизм 50 образует пробуренное отверстие 70 в коллекторе 12 для прохождения через нарушенную зону 82 коллектора 12. После этого зонд 3 перемещается в пробуренное отверстие 70 и к концу пробуренного отверстия 70 до достижения контакта с коллектором 12, после чего может выполняться измерение давления водной фазы внутри коллектора 12 углеводородов.
Головка 60 перемещения соответственно имеет функцию оболочки для зонда 3 и бурового механизма 50. Головка 60 перемещения выполнена жесткой, содержащей материал, позволяющий осуществлять ее принудительное введение в коллектор 12. Например, головка 60 перемещения содержит металлический материал, такой как нержавеющая сталь, алюминий, и т.д. Головка 60 перемещения имеет конусообразную форму, например, клиновидную форму, для облегчения ее принудительного введения в коллектор 12.
На фиг.4c показан зонд 3 зондового устройства 1 фиг. 4a в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Зонд 3 содержит дополнительный уплотнительный элемент 72, содержащий оболочку, которая проходит над по меньшей мере одним отверстием 10 на корпусе 5 зонда 3. Оболочка содержит, например, в основном стеклянный материал, который выполнен с возможностью разрушения, когда зонд 3 приведен в контакт с коллектором 12. Дополнительный уплотнительный элемент 72 выполнен с возможностью защищать по меньшей мере одно отверстие 10 от воздействия поверхностно-активных компонентов в концентрации, равной или превышающей 0,1 ммоль/л.
В описываемом варианте осуществления дополнительный уплотнительный элемент 72 выполнен с возможностью образования промежутка между корпусом 5 зонда 3, при этом промежуток заполнен текучей суспензией 74 с гидрофильными свойствами. Предпочтительно, текучая суспензия 74 главным образом содержит комбинацию гранулированного каолинита и воды. Текучая суспензия 74 облегчает установление контакта между по меньшей мере одним отверстием 10 зонда 3 и коллектором 12 для целей измерения давления.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения, фиг.6 теперь будет обсуждаться более подробно. На фиг.6 представлено зондовое устройство 1 фиг.4а, где зонд 3 был перемещен из первого положения во второе положение.
Как видно на фиг.6, зонд 3 перемещен из первого положения внутри скважины во второе положение внутри коллектора 12. В частности, видно, что зонд 3 перемещен во второе положение, в котором зонд 3 или по меньшей мере одно отверстие 10 зонда 3 находится внутри коллектора 12, за пределами загрязненной зоны 80 и нарушенной зоны 82. В связи с этим, зондовое устройство 1 позволяет точно измерять давление водной фазы внутри коллектора 12.
На фиг.7a показано зондовое устройство 1 в соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения. На фиг.7b зондовое устройство 1, показанное на фиг.7а, расположено в скважине в пласте.
Зондовое устройство 1 на фиг.7a отличается от зондового устройства на фиг.5 и фиг.6 тем, что крепежный механизм 42 содержит первый надувной пакер 90а и второй надувной пакер 90b, расположенные на противоположных сторонах механизма 46 перемещения. Пакеры 90а, 90b имеют функцию надежного крепления подвески 40 в устойчивом положении в скважине в коллекторе 12 благодаря тому, что пакеры 90а, 90b надуваются до взаимодействия со стенками скважины.
Зондовое устройство 1 содержит буровой механизм 50, как будет объяснено более подробно со ссылкой на фиг.8а и фиг.8b. Механизм 46 перемещения содержит направляющую трубу 92 для бурильной колонны 100 бурового механизма 50 и зонда 3. Направляющая труба 92 выполняет функцию направления бурового механизма 50 и зонда 3 в желаемом направлении в коллекторе 12.
Буровой механизм 50 содержит один или более узлов 94 привода с двигателем. В описываемом варианте осуществления буровой механизм 50 содержит два узла 94 привода с двигателями в форме электродвигателей. Буровой механизм 50 также содержит поршень 96, снабженный уплотнительной прокладкой, которая выполнена с возможностью выдвижения в коллектор 12 и образования уплотнения к стенке скважины в коллекторе 12.
Зондовое устройство 1 также содержит держатель 98 зонда для удерживания зонда 3 отделенным от воздействия работы бурового механизма 50. Держатель 98 зонда содержит направляющий канал 99, продолжающийся к направляющей трубе 92.
Со ссылкой на фиг.8a и фиг.8b буровой механизм 50 будет теперь объяснен более подробно. Буровой механизм 50 содержит бурильную колонну 100, в частности, микробурильную колонну, как показано на фиг.8а.
Бурильная колонна 100 содержит буровое долото 102 и приводной трос 104, выполненный с возможностью приведения во вращение для вращения бурового долота 102. Буровое долото 102 более подробно показано на фиг.8b. Приводной трос 104 изготовлен из материала, который является гибким, прочным и способным передавать импульс при высокой частоте вращения на достаточную длину. Приводной трос 104 является, например, тросом спидометра.
В описываемом варианте осуществления бурильная колонна 100 содержит трубчатый кожух 106, выполненный с возможностью направления бурового долота 102 и приводного троса 104. Трубчатый кожух 106 также имеет функцию направления бурового раствора к буровому долоту 102 и через отверстие 109 в буровом долоте 104, и от бурового долота 102 для удаления бурового шлама, образованного во время операции бурения. Буровой механизм 50 также содержит отводную трубу 110 для отведения отработанного бурового раствора, содержащего буровой шлам, см. фиг.7а. Приводной трос 104 выполнен с возможностью удлинения и выдвижения внутри трубчатого кожуха 106.
Бурильная колонна 100 также содержит муфту 108 сцепления между приводным тросом 104 и буровым долотом 102 для передачи энергии от приводного троса 104 к буровому долоту 102. Буровое долото 102 соединено с трубчатым кожухом 106 посредством игольчатого подшипника.
Следует отметить, что указанные выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отклонения от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные обозначения, помещенные в скобках, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «содержать» и его форм не исключает наличия элементов или стадий, отличных от указанных в формуле изобретения. Использование единственного числа при описании элемента не исключает наличия множества таких элементов. Тот факт, что определенные показатели изложены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих показателей не может использоваться предпочтительным образом.
1. Зондовое устройство (1) для измерения давления водной фазы внутри коллектора (12) углеводородов, причем зондовое устройство (1) содержит зонд (3), содержащий корпус (5) с камерой (7) измерения давления, и по меньшей мере одно отверстие (10) к камере (7) измерения давления для приведения в контакт воды из водной фазы с камерой (7) измерения давления, причем по меньшей мере часть поверхности корпуса (5) около указанного по меньшей мере одного отверстия (10) выполнена с гидрофильными свойствами,
отличающееся тем, что
по меньшей мере одно отверстие (10) имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,000001 мм, и зондовое устройство (1) содержит механизм (46) перемещения, выполненный с возможностью перемещения зонда (3) из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие (10) зонда (3) расположено за пределами коллектора (12), во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие (10) зонда (3) расположено в положении внутри коллектора (12).
2. Зондовое устройство (1) по п.1, в котором во втором положении указанное по меньшей мере одно отверстие (10) зонда (3) находится в положении внутри коллектора (12).
3. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 1, 2, в котором зондовое устройство (1) содержит конусообразную головку (60) перемещения, содержащую внутреннее пространство (62), предназначенное для размещения зонда (3), первый проход (64) во внутреннее пространство (62) и второй проход (66) из внутреннего пространства (62) в коллектор (12), и уплотнительный элемент (68) для уплотнения отверстия указанного второго прохода (66), при этом головка (60) перемещения выполнена с возможностью принудительного введения в коллектор (12) и образования таким образом отверстия в коллекторе (12).
4. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 1-3, в котором зондовое устройство (1) содержит буровой механизм (50) для формирования дополнительного отверстия в коллекторе (12).
5. Зондовое устройство (1) по п. 4, в котором буровой механизм (50) содержит средство для введения текучей среды в отверстие и удаления текучей среды вместе с остаточным материалом из отверстия, причем эта текучая среда нерастворима или по существу не растворима в воде.
6. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 1-5, в котором зонд (3) содержит дополнительный уплотнительный элемент (72), выполненный с возможностью закрывать указанное по меньшей мере одно отверстие (10) от воздействия поверхностно-активных веществ.
7. Зондовое устройство (1) по п.6, в котором дополнительный уплотнительный элемент (72) содержит оболочку, продолжающуюся над по меньшей мере одним отверстием (10) и в состоящую из стеклянного материала.
8. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 6-8, в котором зонд (3) включает промежуток между дополнительным уплотнительным элементом (72) и поверхностью корпуса (5) зонда (3), и в котором зонд (3) содержит текучую суспензию (74) с гидрофильными свойствами, находящуюся в указанном промежутке.
9. Зондовое устройство (1) по п. 8, в котором текучая суспензия (74) главным образом содержит комбинацию гранулированного каолинита и воды.
10. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 1-9, в котором по меньшей мере одно отверстие (10) к камере (7) измерения давления заполняется водой.
11. Зондовое устройство (1) по любому из пп. 1-10, в котором по меньшей мере одно отверстие (10) имеет диаметр или эквивалентный диаметр в диапазоне 0,01-0,00001 мм.
12. Способ измерения давления водной фазы внутри коллектора (12) углеводородов с помощью зондового устройства (1) по любому из пп. 1-11,
отличающийся тем, что
способ включает стадию:
- формирование отверстия в коллекторе (12) путем принудительного введения конусообразной головки (60) перемещения в коллектор (12), и удаление или пробитие уплотнительного элемента (68),
- введение зонда (3) в коллектор (12) путем перемещения зонда (3) из первого положения, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие (10) зонда (3) расположено за пределами коллектора (12), во второе положение, в котором указанное по меньшей мере одно отверстие (10) зонда (3) расположено в положении внутри коллектора (12),
- измерение давления водной фазы внутри коллектора (12) углеводородов.
13. Способ по любому из пп. 14-18, в котором способ включает:
- формирование дополнительного отверстия (12) в коллекторе с помощью бурового механизма (50), и
- введение зонда (3) в дополнительное отверстие и в коллектор (12).
