專利名稱：研究巖體性質(zhì)的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及巖體性質(zhì)的研究和利用井眼測量研究巖體性質(zhì)的過程，特別是涉及通過井眼溫度的測量獲得巖體的數(shù)據(jù)。上述測量的例子可以是在具有油藏的巖體中鉆出的井中的溫度測量，測量中，當通過注入與井眼中巖體溫度不同的沖洗泥漿對巖體進行冷卻或者加熱時，巖體的熱模式發(fā)生變化，隨后記錄井中不同深度處的溫度。通過記錄沖洗后不同地層的巖體溫度變化率，識別具有不同含油量的地層。另外， 上述測量方法，例如，用于改善油田的開發(fā)效率。本發(fā)明的另外一種應用領域涉及到研究儲有地熱流體和蒸氣的巖體性質(zhì)。本發(fā)明可以應用于具有一種礦石礦物沉積的巖體的研究。
背景技術：
一種巖體性質(zhì)研究的方法包括在巖體通過泵入溫度與巖體的溫度不同的沖洗泥漿而被熱激發(fā)之后，記錄沿鉆入巖體中的井眼的溫度分布，然后，識別具有不同性質(zhì)的產(chǎn)油層，該方法在 V. N. Dakhnov Promyslovaya Geofizika (Production Geophysisc), Moscow, Gostopizdat, 1959，pp. 56-59描述過。這種情況下，沖洗完成后，生產(chǎn)層區(qū)域根據(jù)溫度差別分為生產(chǎn)層儲層區(qū)域(productive reservoirs)和巖體非生產(chǎn)層區(qū)域。該方法的一個顯著的缺點在于當通過具有沖洗泥漿的層將生產(chǎn)儲層區(qū)與井眼進行分離時，難以識別該生產(chǎn)儲層區(qū)，原因在于相對于巖體含油深度處的溫度絕對值非常大的背景，不可能記錄在生產(chǎn)層和非生產(chǎn)層之間微小的溫度下降。該方法另外一個缺點是，井眼中的溫度是在沖洗流體通過井眼泵送之后開始記錄的，這時由于熱傳導過程發(fā)生在具有不同溫度的巖體部分之間，在具有不同性質(zhì)的巖體的邊界處，溫度分布圖是模糊的。另外，該方法還有一個缺點就是井眼中的溫度分布圖應該被記錄的時間期間沒有確定，這降低了該方法的應用效率。該方法的缺點還包括不可能記錄在每一個選取的深度處作為時間函數(shù)的巖體溫度的變化，這也降低了該方法的應用效率，因為它阻礙了通過溫度隨時間變化的不同程度的表現(xiàn)來區(qū)分 (segregating)干擾的影響和巖體性質(zhì)。用于巖體性質(zhì)研究的設備包括沖洗流體注入單元、溫度傳感器、溫度傳感器信號電子記錄以及處理單元、溫度傳感器和電子單元所位于的圓筒體、用于圓筒體的電纜，其下入井眼中，用以提供電源和將測量結果傳到地面，上述設備在V. N. Dakhnov Promyslovaya Geofizika(Production Geophysisc), Moscow, Gostopizdat, 1959, pp. 56-59 進行了描述。 該設備用于實施同一說明書中描述的研究巖體性質(zhì)的方法。該設備的缺點是不能記錄在沖洗泥漿注入期間井眼中的溫度分布，這就導致了前面所述的拉長測量時間，不能清楚的識別具有不同性質(zhì)的巖層的邊界。該設備的另外一個缺點是僅僅采用單個溫度傳感器，導致其對于性質(zhì)差別不大的巖層不夠敏感。

發(fā)明內(nèi)容
執(zhí)行該發(fā)明達到的工程結果在于提高識別具有不同熱性質(zhì)的巖體區(qū)域的準確性和效率。該方法用以區(qū)分沿井眼定位到具有不同熱性質(zhì)(如導熱性、熱擴散率和容積熱量)的區(qū)域中的巖體。這種被區(qū)分的區(qū)域可以包括，例如，具有巖石水或油飽和度的區(qū)域， 或具有不同程度的巖石油飽和度的區(qū)域。所有這些區(qū)域可以使用所要求保護的工程技術方案被識別，因為它們具有不同的熱性質(zhì)。所述工程結果的獲得是由于對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)，熱激發(fā)是通過泵利用油管柱將沖洗流體穿過井眼(該沖洗流體的溫度必須不同于該巖體溫度)泵送，然后記錄至少一段井眼中溫度的變化，然后基于該測量結果識別具有不同熱性質(zhì)的巖體區(qū)域。巖體(或巖體的一部分)的熱激發(fā)開始之前和熱激發(fā)完成之后，基于井眼的溫度干擾性質(zhì)和選擇的巖體區(qū)域的熱性質(zhì)的可能的差異，連續(xù)地或以一個預先選擇的間隔斷續(xù)地執(zhí)行熱激發(fā)。利用至少一對溫度傳感器記錄與溫差成比例的差分電信號，所述至少一對溫度傳感器沿著井眼軸線定位使得該傳感器在井眼中的定位深度覆蓋所關心巖體的區(qū)域。根據(jù)對具有不同性質(zhì)的巖體油層的邊界位置所要求的測量精度、被區(qū)分的巖體區(qū)域的最小和最大可能長度、以及井眼中熱噪聲的性質(zhì)和程度，預先選擇成對的溫度傳感器之間的距離和成對溫度傳感器的對數(shù)。應該選擇熱激發(fā)程度以使差分電信號和井眼熱噪聲具有要求的比率。將在熱干擾之前由成對溫度傳感器測量的差分溫度電信號與熱干擾期間由同樣的成對溫度傳感器測量的差分電信號進行比較，并且將來自沿著井眼設置的不同溫度傳感器的差分電信號相互進行比較。根據(jù)差分電信號的比較結果表征具有不同性質(zhì)的各種巖體區(qū)域，和識別具有不同熱性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的邊界。所述方法還可以在熱激發(fā)之前、在熱激發(fā)期間和取消熱激發(fā)之后測量沿著井眼在所關心的深度范圍內(nèi)的沖洗流體溫度。通過得到的數(shù)據(jù)來確定在熱激發(fā)期間以及熱激發(fā)之后巖體松弛的過程中的溫度恢復期間中的溫度變化的性質(zhì)，基于獲得的數(shù)據(jù)確定差分電信號測量的開始時間、間隔和結束時間，以及做出結束熱激發(fā)的決定。巖體熱激發(fā)或它的單獨部分的熱激發(fā)可以是以每一個熱激發(fā)的預設持續(xù)時間周期性地執(zhí)行，以及在預設持續(xù)時間之間暫停，或者按照諧波定律以預設頻率和強度執(zhí)行對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)。同時測量所關心的差分電信號的振蕩幅度、所關心的差分電信號相對于該巖體或巖體的一部分的相移、巖體溫度變化的幅度、和巖體溫度變化的相移。然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)組，確定巖體不同區(qū)域的性質(zhì)。在另外一個實施例中，該巖體性質(zhì)研究的主要方法的補充在于通過油管柱內(nèi)的沖洗流體且周期性改變沖洗流體的運動方向?qū)嵤r體或巖體的一部分周期性的熱激發(fā)。 在這種情況下，油管柱的下端定位在所關心的巖體區(qū)域的下方，使得沖洗流體溫度相對于所關心巖體區(qū)域的初始溫度的周期性的異極性變化發(fā)生在所關心的巖體區(qū)域內(nèi)。循環(huán)沖洗流體方向改變的頻率、循環(huán)沖洗流體的流速、和油管柱的下端在井眼中的位置根據(jù)井眼溫度梯度來設定，以提供充分的差分電信號的幅度，其中，測量所關心的差分信號的幅度、所關心的差分信號相對于巖體(或巖體的一部分)熱激發(fā)的相移、巖體溫度變化梯度以及相對于巖體(或巖體的一部分)熱激發(fā)的巖體溫度變化相移。溫度傳感器可以位于油管柱處，在此情況下，對溫度傳感器定位其中的油管柱部分的直徑和冶金性能進行選擇以提供最大的差分電信號、在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的間隙中的流體對流運動對在巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)期間或在熱激發(fā)結束后在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的間隙中產(chǎn)生的熱噪聲的最小影響、以及具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的溫差模糊最小值。
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該確定巖體性質(zhì)的主要方法可以補充為基于巖體區(qū)域的性質(zhì)提供對沿著井眼的巖體區(qū)域的最好區(qū)分根據(jù)取決于時間的井眼熱噪聲和根據(jù)在差分電信號測量時井眼中的井眼熱噪聲，對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)的持續(xù)時間和強度以及在對巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)開始之后差分電信號測量的時間進行選擇，以獲得差分電信號對井眼熱噪
聲的最大比率。除該主要的方法外，為了提高根據(jù)其性質(zhì)確定沿井眼的巖體區(qū)域之間的邊界的確定精度和減少具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的邊界的模糊度，根據(jù)測量差分電信號之前出現(xiàn)的井眼熱噪聲的性質(zhì)和值，對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)的持續(xù)時間和強度以及在熱激發(fā)開始之后差分電信號測量的時間進行選擇，使得在具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的區(qū)域處的差分電信號的空間變化定位于沿井眼的最短距離范圍內(nèi)。一種測量巖體性質(zhì)的方法的實施特征在于為了提高表征巖體(或其一部分)的精度，以及表征在垂直于井眼的方向上的分布的精度，在對巖體以及巖體的一部分的熱激發(fā)期間以及該熱激發(fā)結束之后，確定作為時間的函數(shù)的差分電信號改變的性質(zhì)、差分電信號的最大值、和達到差分電信號的最大值的時間，以及根據(jù)這些數(shù)值確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的一部分的含油飽和度。在對前面方法的一個補充實施例中，為了提高表征巖體(或其一部分)的精度，以及表征在垂直于井眼的方向上的分布的精度，至少執(zhí)行一次對巖體或巖體的一部分的重復熱激發(fā)，且每次重復的熱激發(fā)的持續(xù)時間與前次熱激發(fā)的持續(xù)時間不同。在每次對巖體或巖體的一部分進行熱激發(fā)期間測量差分電信號，且在熱激發(fā)期間和熱激發(fā)完成后確定每次差分電信號的最大值和差分電信號的達到最大值出現(xiàn)的時間。然后，根據(jù)在對巖體或巖體的一部分進行熱激發(fā)的所有循環(huán)中得到的該組數(shù)據(jù)，確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的一部分的含油飽和度。一種確定巖體或巖體的一部分的性質(zhì)的方法，除了該主要方法以外，還可以實施為每次泵入井眼中的沖洗流體的體積與前面熱激發(fā)所泵入的體積不同。每次在巖體或巖體的一部分熱激發(fā)期間或之后測量差分電信號，得到差分電信號的最大值和達到最大值的時間。然后，根據(jù)在巖體或巖體的一部分的所有熱激發(fā)循環(huán)獲得的數(shù)據(jù)確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或一巖體的一部分的含油飽和度。如果在井眼中的油管柱被水泥環(huán)與巖體分開，為了通過記錄由于水泥環(huán)厚度的變化和該油管柱和套管柱從井眼的軸線的偏差引起的熱噪聲來提高巖體或巖體的一部分的測量精度，除該主要的方法之外，當差分電信號與由于水泥環(huán)的厚度改變和油管柱和套管柱與井眼軸線的偏移導致的井中熱噪聲的比率最大時，記錄差分電信號。在該確定巖體性質(zhì)的方法的另外一個補充實施例中，可以另外確定巖體沿著井眼的不同部分的孔隙率，之后根據(jù)差分電信號的最大值、差分電信號最大的獲得時間和孔隙率這些測量結果來確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的單獨部分的含油飽和度。另外一個確定巖體性質(zhì)的方法的特征在于在巖體或巖體的一部分熱激發(fā)期間和熱激發(fā)完成之后，在套管柱和位于距離套管柱不同距離處的井眼壁之間的間隙中的區(qū)域中，還測量與溫差成比例的差分電信號，且根據(jù)測量結果確定熱噪聲值和性質(zhì)，在差分電信號和后來的巖體性質(zhì)確定期間考慮該熱噪聲值和性質(zhì)。巖體性質(zhì)測量的另外一種方法除了主要方法以外，還可以在對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)開始之前，至少一個溫度傳感器沿井眼移位，且然后在熱激發(fā)期間至少執(zhí)行一次至少一個溫度傳感器沿井眼移位；利用至少一個沿著井眼移動的溫度傳感器記錄沿著井眼的溫度分布。其中，在對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)開始之后，選擇溫度傳感器位移的速度和溫度分布圖記錄開始時間，以提供最佳可用信/噪比。之后，通過沿井眼的溫度分布和在巖體的不同層段溫度隨時間變化的程度，來確定巖體(或其一部分)的性質(zhì)。提出另外一種巖體性質(zhì)確定的方法，與主要方法不同之處在于在對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)開始之前還測量沿井眼多個層段處的溫度，然后在熱激發(fā)開始之后測量沿井眼的多個層段處的溫度。每次選擇沿著井眼的需要測量溫度的層段的數(shù)量以確保確定具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的邊界的要求精度。在熱激發(fā)開始之后選擇沿著井眼進行溫度測量的時刻以提供最佳的可用信/噪比。之后，根據(jù)對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)開始之前和之后沿著井眼的這些層段的測量結果，確定表征巖體性質(zhì)的井眼溫度分布，且利用該溫度分布確定具有不同性質(zhì)的巖體層段。提出另外一種巖體性質(zhì)確定的方法，與主要方法不同之處在于沿著沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于沿其測量差分信號的主線的一條或多條直線另外測量差分電信號。直線的數(shù)量和圍繞著井眼軸線的這些直線之間的角度根據(jù)圍繞井眼軸線具有不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。在另外一種測量巖體性質(zhì)的方法中，除了主要的和前面的方法外，在套管柱和位于距離套管柱不同距離處的井眼壁之間的間隙中的區(qū)域中，還測量與溫差成比例的差分電信號，并且沿著沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于測量差分信號的主要的測量線一條或多條直線測量該差分電信號。直線的數(shù)量和圍繞著井眼軸線的這些直線之間的角度根據(jù)圍繞井眼軸線具有潛在不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。提出一種執(zhí)行上述測量地層方法的用于研究巖體性質(zhì)的設備，它包括將沖洗流體注入井眼中以通過使得流體在井眼中循環(huán)對巖體或巖體的一部分執(zhí)行熱激發(fā)的單元；調(diào)整注入沖洗流體至井眼中的持續(xù)時間的單元；沿著井眼軸線設置的溫度傳感器。所述設備還包括至少一對溫度傳感器，用于接收表征沿著井眼的兩點處的溫差的差分電信號；和產(chǎn)生用于溫度傳感器對的差分電信號和確保接收與井眼中至少一對點的溫差成比例的差分電信號的單元，成對溫度傳感器之間的距離以及溫度傳感器對的數(shù)量根據(jù)確定具有不同性質(zhì)的巖體層段的邊界位置的要求精度、被識別的巖體區(qū)域的最小和最大可能長度以及井眼中的熱噪聲的程度進行選擇。另外，所述設備包括記錄單元，保證同時記錄在同一時間測量的所有差分電信號并確保根據(jù)比較結果和對差分電信號的處理來區(qū)分具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域。該設備還包括保證巖體或巖體的單獨部分周期性熱激發(fā)的單元，其為每一個熱激發(fā)設定一個持續(xù)時間以及預先設定在熱激發(fā)之間的停止，或根據(jù)諧波定律以預設頻率和強度保證熱激發(fā)的單元。另外，該設備還包括測量所關心的差分電信號的振蕩幅度的單元，和測量所關心的差分電信號的變化的相移的單元。該設備還包括測量巖體溫度變化幅度的單元，和測量巖體溫度變化相對于巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)的相移的單元。另外一個實施例中設備的特征在于還包括保證對巖體或巖體的單獨部分周期性的熱激發(fā)的單元，其通過使沖洗流體在套管柱內(nèi)循環(huán)且周期性改變沖洗流體的運動方向， 使得沖洗流體溫度相對于所關心巖體的溫度的異極性變化發(fā)生在所關心的巖體區(qū)域內(nèi)；以及根據(jù)井中的溫度梯度設置循環(huán)沖洗流體方向改變的頻率、循環(huán)沖洗流體的流速、和套管柱下端在井眼中的位置的單元。為確定溫度梯度，該設備還包括通過來自溫度傳感器的信號和沿井眼的溫度傳感器之間的距離計算溫度梯度的單元。另外一個實施例用于巖體性質(zhì)研究的設備不同于主要實施例之處在于設備還包括與溫度傳感器連接、用來記錄井眼熱噪聲、且對井眼熱噪聲進行幅度-溫度分析的單元。 用于記錄和幅度-溫度分析井眼中熱噪聲的單元也與差分信號匹配和處理相關聯(lián)以保證從所關心的差分信號中移除具有相似頻率的熱噪聲。提出一不同于主要設備的研究巖體性質(zhì)的設備的補充實施例，該設備還包括在套管柱與井眼壁或油管柱壁之間的間隙中、位于與用于記錄沿井眼的差分電信號的溫度傳感器相同井眼水平但是在離套管柱不同距離處的溫度傳感器；測量位于相似的井眼深度的所有附加溫度傳感器之間的差分信號的單元；用以對在所有附加傳感器之間測量的差分電信號進行幅頻分析、以及對在套管柱與油管柱壁或井眼壁之間的區(qū)域中存在的熱噪聲進行最終區(qū)分的單元；和用于保證記錄和排除從由沿井眼定位的溫度傳感器對記錄的差分電信號中分離的熱噪聲的單元。另一研究巖體性質(zhì)的設備與主要設備不同之處在于包括沿著井眼設置用于測量差分電信號的至少一組附加溫度傳感器，所述至少一組附加溫度傳感器與主要設備中的溫度傳感器組類似。所述至少一組附加溫度傳感器沿著沿井眼定向以及定位成彼此平行且平行于用于差分電信號測量的主要設備溫度傳感器所沿的直線的一根或多根直線定位。附加溫度傳感器的數(shù)量和圍著井眼軸線定位的溫度傳感器所沿的直線之間的角度根據(jù)具有潛在的不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。另一研究巖體性質(zhì)的設備的實施例與主要設備的不同之處在于該設備還包括溫度傳感器，其信號用于測量表征從套管柱到井眼壁的方向上的井眼中溫度變化的差分電信號，其中，這些溫度傳感器沿著一根或多根直線定位在套管柱處，所述一根或多根直線沿井眼定向且定位成彼此平行以及平行于測量差分電信號所沿的主溫度傳感器的定位軸線，其中，直線的數(shù)量和圍繞著井眼軸線的這些直線之間的角度根據(jù)沿著井眼軸線具有潛在的不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。另一實施例中研究巖體性質(zhì)的設備與主要設備不同之處在于還包括沿井眼移動至少一個溫度傳感器和井眼溫差傳感器的單元；設定溫度傳感器和井眼溫差傳感器沿著井眼移動的速度的單元；對于溫度和溫差信號的每個時刻將每個溫度傳感器與深度相聯(lián)系的單元；和使得溫度傳感器沿著井眼的移位周期性變化且在預設的時間處方向發(fā)生變化的單元。再提供一種巖體性質(zhì)研究的設備，它與主要設備的不同在于該設備還包括沿井眼設置的多個溫度傳感器，選擇沿井眼定位的溫度傳感器的數(shù)量以提供確定具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的邊界的要求精度；以及用于記錄和處理來自溫度傳感器的信號的單元，該單元用于在預定的時刻由傳感器執(zhí)行溫度測量，基于在開始對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)之后的溫度測量結果記錄沿井眼的溫度分布，以及基于在對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)之前沿井眼的溫度分布，識別具有不同性質(zhì)的巖體層段。另外一實施例中研究巖體性質(zhì)的設備與前述的設備不同之處在于包括在一個時間單元以預設流速向井眼中注入沖洗流體的單元。


圖1描述了本發(fā)明巖體性質(zhì)研究的方法的一個實施例。
具體實施例方式如圖1所示，在巖體2上鉆出垂直的井眼1，在深度范圍3內(nèi)O000-2030m)，需要識別按照礦物組成和孔隙率區(qū)分的層段4、5、6，其具有不同含油飽和度。鑒于石油的熱性質(zhì)和水的熱性質(zhì)具有很大的差別(例如，在標準壓力和溫度的情況下石油的導熱率是 0. 11-0. 13W/(m· ° K))，水的導熱率是0.60W/(m· ° K))，石油的容積熱量是1. 6 · IO6J/ (m3·。K)，水的容積熱量4.2· IO6J/(m3·。K)，巖體2的分開層段4、5、6在熱性質(zhì)上的不同意味著分開層段4、5、6在石油飽和度上的差別。用以對巖體2熱激發(fā)的沖洗流體通過油管柱7注入井眼1中，該沖洗流體的溫度明顯不同于巖體2在2000-2030m處層段3的溫度。 下入的油管柱7使得先下入的最下端8的位置在2050m的深度，也就是說低于對應于與所關心的深度范圍3的底部邊界的深度的2030m的深度。根據(jù)測定巖體2的層段4、5、6的邊界的精度等于lm，和井眼1中沖洗流體的熱對流單元的長度最小為30m，35個溫度傳感器9 每隔1米的間距沿油管柱7外表面設置。溫度傳感器9沿著井眼1設置于油管柱7上，這樣設置的深度范圍在1998-203 !之間，也就是說覆蓋了深度范圍3，其中，需要識別巖體2 的具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6。預先校準的電阻溫度計或光學溫度傳感器(專門用于沿著該電纜的不同點進行溫度測量的光纜)作為傳感器9。溫度傳感器9接通，以提供在傳感器9各個位置的溫度記錄和不同傳感器9的溫差記錄。根據(jù)假定的巖體2熱性質(zhì)的范圍， 井眼1的直徑和深度，套管柱10的可用性，在該套管柱10和井眼1的壁之間的水泥環(huán)11 的厚度，注入的沖洗流體的性質(zhì)，通過數(shù)學模型確定注入井眼1中的沖洗流體的速度和持續(xù)時間，其分別為8升每秒和4小時，以及沖洗流體注入油管柱7結束后持續(xù)的時間，例如， 注入結束后持續(xù)的時間為6小時，在所述注入結束后持續(xù)的時間期間，巖體2中具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6的溫度會不同，且溫差測量的間隔為1分鐘。選擇分開的層段3中的巖體2的熱激發(fā)的程度，以使井眼1中差分電信號和熱噪聲電信號具有要求的比率為50 1。 然后油管柱7下入井眼1中，使得其下端8的位置在深度2050m處，在開始熱激發(fā)巖體2之前，溫度傳感器9記錄溫度以及記錄各對溫度傳感器9的溫差。此后，通過向油管柱7中注入沖洗流體開始熱激發(fā)巖體2，維持在油管柱進口處沖洗流體溫度恒定為15-17°C，其明顯低于69°C，即井眼1中之前溫度測量的結果。沖洗流體注入井眼1期間，通過溫度傳感器9 記錄井眼1中的溫度，和記錄巖體2的層段4、5、6的溫差或以均勻方式沿井眼1定位的巖體2的層段之間的溫差。4小時后停止向井眼1中注入沖洗流體，對溫度傳感器9所在的各個位置的溫差值繼續(xù)記錄另外6小時，且測量間隔為1分鐘?？紤]到在沖洗流體注入之前井眼1中存在的空間溫度變化，在對巖體2開始熱激發(fā)之后由沿井眼1定位的不同對溫度傳感器9測量的差分電信號，與在巖體2熱激發(fā)開始之后由位于井眼1中的不同對溫度傳感器9測量的差分(differential)電信號相互匹配，如此，除去在沖洗流體注入井眼1之前井眼1中溫度空間變化的影響的沿井眼1的溫度空間變化得以確定。此后，將在去除在沖洗流體注入開始之前井眼1中溫度空間變化的影響之后獲得的不同溫度傳感器9測量的差分電信號進行相互比較。在沖洗流體注入期間或在沖洗流體注入后，采用差分方法用一對溫度傳感器9測量的溫差等于溫差測量的噪聲值，這意味著這些溫度傳感器9都位于具有相似的熱性質(zhì)的巖體2的層段，以及由此，巖石的油飽和度在測量的精度范圍內(nèi)相似。如果在沖洗流體注入期間或在沖洗流體注入后，采用差分方法用一對溫度傳感器9測量的溫度差超過溫差測量值的噪聲值，這意味著這些溫度傳感器9位于巖體2的具有不同熱性質(zhì)的兩個層段(來自層段4、5、6)內(nèi)，由此，巖體2在這兩個層段(來自層段4、5、6)的含油飽和度是不同的。通過比較溫差測量值和溫差符號(正或負)測定含油飽和度和識別具有大或小的含油飽和度的層段。根據(jù)比較結果識別具有不同熱性質(zhì)的巖體2的層段4、5、6，和限定具有不同的含油飽和度的層段4、5、6的邊界。根據(jù)區(qū)分具有不同熱性質(zhì)的巖體2的層段 4、5、6的結果，識別具有不同含油飽和度的巖體2的層段4、5、6。作為實施工程解決方案的另外示例，提出了一種情況當油管柱7的軸線或套管柱10的軸線相對于井眼1的軸線出現(xiàn)顯著的、基于深度變化的隨機偏移(后者將導致水泥環(huán)11的厚度發(fā)生變化)，或者油管柱7的軸線或套管柱10的軸線在深度范圍3 (其中具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6，層段4、5、6需要通過所要求保護的工程技術方案被區(qū)分開)內(nèi)出現(xiàn)顯著的偏心率時，區(qū)分巖體2的具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6。在上述兩種情況下，在油管柱7的壁和井眼1的壁之間會發(fā)生顯著的熱阻的變化，這會導致在不同深度處記錄的溫度值和溫差值中產(chǎn)生明顯的噪聲，結果，使得區(qū)分巖體2中的具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6 的技術方案復雜化。為降低在上述情形中的噪聲，在區(qū)分具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6的情況下，在 2000-2030m的深度范圍內(nèi)，除了先前的35個溫度傳感器9沿著油管柱7安裝，且間隔為Im 外，另外的溫度傳感器組包括35個溫度傳感器9，且這些傳感器布置成相鄰溫度傳感器之間的間隔為lm。為了能夠獲得油管柱7的軸線和套管柱10的軸線相對于井眼1的軸線的方位角偏轉的相同可能性的信息，以及油管柱7和套管柱10的偏心率的可能信息，圍繞油管柱和套管柱的軸線均勻布置的三組另外的溫度傳感器9沿著油管柱7的軸線安裝，所有四組溫度傳感器9的定位線(每一組包括35個溫度傳感器9)沿著油管柱7的圓周均勻布置。提出的工程解決方案的實施方法與前面考慮的情形的不同之處在于沿著沿井眼1設置的相互平行的4條直線同時測量差分電信號。對在井眼1中相似深度處的四對溫度傳感器9中的每一對獲得的溫差的測量結果進行平均。溫差的平均值用于識別巖體2的具有不同熱性質(zhì)的層段4、5、6，如在之前提到的工程解決方案的情形。
權利要求
1.一種研究巖體性質(zhì)的方法，包括以下步驟通過利用油管柱將沖洗流體泵送通過井眼對巖體或巖體的一部分進行熱干擾，其中沖洗流體的溫度不同于巖體的溫度，選擇該熱干擾的程度以保證差分電信號和井眼熱噪聲電信號達到要求的比率；在熱干擾之前、期間和之后，連續(xù)地或周期性地以預先選擇的持續(xù)時間間隔，記錄與井眼溫差成比例的差分電信號，其中，根據(jù)井眼中熱噪聲的性質(zhì)和需要確定的巖體性質(zhì)的可能的偏差程度確定所述持續(xù)時間間隔，其中，利用至少一對沿著井眼軸線方向設置的溫度傳感器進行記錄，以便使得溫度傳感器位置的深度范圍覆蓋所關心巖體的區(qū)域，根據(jù)對具有不同性質(zhì)的巖體油層的邊界位置所要求的測量精度、被區(qū)分的巖體區(qū)域的最小和最大可能長度、以及井眼中熱噪聲的性質(zhì)和程度，預先選擇成對的溫度傳感器之間的距離和成對溫度傳感器的對數(shù)；將在熱干擾之前由成對溫度傳感器測量的差分電信號與熱干擾期間由同樣的成對溫度傳感器測量的差分電信號、和由沿著井眼軸線設置的不同傳感器對測量的差分電信號進行比較；根據(jù)差分電信號的比較結果表征具有不同性質(zhì)的各種巖體區(qū)域的差異；和識別具有不同熱性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的邊界。
2.如權利要求1的方法，其中在熱激發(fā)之前、在熱激發(fā)期間和取消熱激發(fā)之后，測量沿著井眼在所關心的深度范圍內(nèi)的流體溫度或井眼的所關心的深度范圍內(nèi)的單獨部分中的流體溫度，并且，通過得到的數(shù)據(jù)來確定在熱激發(fā)期間以及熱激發(fā)之后巖體松弛的過程中的溫度恢復期間的溫度變化的性質(zhì)，基于獲得的數(shù)據(jù)確定差分電信號測量的開始時間、間隔和結束時間，以及做出結束熱激發(fā)的決定。
3.如權利要求1的方法，其中巖體熱激發(fā)或它的單獨部分的熱激發(fā)是以每一個熱激發(fā)的預設持續(xù)時間周期性地執(zhí)行，以及在預設持續(xù)時間之間暫停，以及同時測量所關心的差分信號的振幅、相對于巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)的該差分信號的相移、巖體溫度的振幅以及巖體溫度變化的相移。
4.如權利要求1的方法，其中按照諧波定律以預設頻率和強度執(zhí)行對巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)，同時測量所關心的差分信號的振蕩幅度、所關心的差分信號相對于該巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)的相移、巖體溫度變化的幅度、和巖體溫度變化的相移。
5.如權利要求1的方法，其中通過使得沖洗流體在油管柱內(nèi)循環(huán)且周期性改變沖洗流體的運動方向?qū)嵤r體或巖體的一部分周期性的熱激發(fā)，其中，油管柱的下端定位在所關心的巖體區(qū)域的下方，使得沖洗流體溫度相對于所關心巖體溫度的周期性的變化發(fā)生在所關心的巖體區(qū)域內(nèi)，其中，循環(huán)沖洗流體方向改變的間隔、循環(huán)沖洗流體的流速、和油管柱的下端在井眼中的位置根據(jù)井眼溫度梯度來設定以提供充分的差分電信號的幅度。
6.如權利要求1的方法，其中溫度傳感器位于油管柱處，且對溫度傳感器所位于的油管柱部分的直徑和材料進行選擇以提供最大的差分電信號、在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的間隙中的流體對流運動對在巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)期間或在熱激發(fā)結束后在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的間隙中產(chǎn)生的熱噪聲的最小影響、以及具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的溫度邊界模糊最小值。
7.如權利要求1的方法，其中根據(jù)作為時間的函數(shù)的井眼熱噪聲和根據(jù)在差分電信號測量時存在的井眼熱噪聲值，對巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)的持續(xù)時間和強度以及在熱激發(fā)期間差分電信號測量的時間進行選擇，以獲得差分電信號對井眼熱噪聲的最大比率。
8.如權利要求1的方法，其中根據(jù)測量差分電信號之前出現(xiàn)的井眼熱噪聲的性質(zhì)和值，對巖體或巖體的單獨部分的熱激發(fā)的持續(xù)時間和強度以及在熱激發(fā)期間差分電信號測量的時間進行選擇，使得在具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的層段處的差分電信號的空間測量定位于沿井眼的最短距離范圍內(nèi)。
9.如權利要求1的方法，其中在巖體或巖體的一部分熱激發(fā)期間和熱激發(fā)終止之后， 確定作為時間的函數(shù)的差分電信號改變的性質(zhì)、差分電信號的最大值、和達到差分電信號的最大值的時間，以及根據(jù)這些數(shù)值確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的單獨部分的含油飽和度。
10.如權利要求1的方法，其中至少一次執(zhí)行對巖體或巖體的一部分的重復熱激發(fā)，且每次重復的熱激發(fā)的持續(xù)時間與前次熱激發(fā)的持續(xù)時間不同，在每次重復熱激發(fā)后測量差分電信號，且每次在熱激發(fā)期間和終止熱激發(fā)時確定差分電信號最大值和差分電信號達到最大值出現(xiàn)的時間，然后，根據(jù)在對巖體或巖體的一部分進行熱激發(fā)的所有循環(huán)中得到的該組數(shù)據(jù)，確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的單獨部分的含油飽和度。
11.如權利要求10的方法，其中在每次重復熱激發(fā)期間，泵入井眼中的沖洗流體的體積與前面熱激發(fā)所泵入的體積不同。
12.如權利要求1的方法，其中在井眼中出現(xiàn)套管柱與巖體被水泥環(huán)分隔的情況下，當差分電信號與由于水泥環(huán)的厚度改變和油管柱和套管柱與井眼軸線的偏移導致的井中熱噪聲的比率最大時，記錄差分電信號。
13.如權利要求1的方法，其中還確定巖體沿著井眼的不同部分的孔隙率，之后根據(jù)差分電信號的最大值、差分電信號最大的獲得時間和孔隙率這些測量結果確定沖洗流體穿透區(qū)域的深度和巖體或巖體的單獨部分的含油飽和度。
14.如權利要求1的方法，其中在巖體或巖體的單獨部分熱激發(fā)期間和熱激發(fā)完成之后，在油管柱和位于距離油管柱不同距離處的井眼壁之間的間隙中的區(qū)域中，還測量與溫差成比例的差分電信號，且根據(jù)測量結果確定熱噪聲值和性質(zhì)，在差分電信號處理和后來的確定巖體性質(zhì)期間考慮該熱噪聲值和性質(zhì)。
15.如權利要求1的方法，其中在熱激發(fā)開始之前，至少一個溫度傳感器沿井眼移位， 且然后在熱激發(fā)期間至少執(zhí)行一次至少一個溫度傳感器沿井眼移位；利用至少一個沿著井眼移位的溫度傳感器記錄沿著井眼的溫度分布，其中，熱激發(fā)開始之后，選擇溫度傳感器移位的速度和溫度分布圖記錄時間的時刻，以提供最佳可用信/噪比。
16.如權利要求1的方法，其中在對巖體或巖體的單獨部分熱激發(fā)之前還測量沿井眼多個層段處的溫度，然后在熱激發(fā)期間測量沿井眼的多個層段處的溫度，其中，每次選擇沿著井眼的層段的數(shù)量以提供確定具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的邊界的要求精度，選擇沿著井眼進行溫度測量的時刻以提供最佳的可用信/噪比，以及根據(jù)測量結果，確定沿著井眼的表征巖體性質(zhì)的溫度分布，和利用該溫度分布確定具有不同性質(zhì)的巖體層段。
17.如權利要求1的方法，其中沿著沿井眼定向的以及彼此平行并且平行于主要的測量線的一條或多條直線另外測量差分電信號，其中，直線的數(shù)量和圍繞著井眼軸線的這些直線之間的角度根據(jù)具有潛在的不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。
18.—種研究巖體性質(zhì)的設備，包括保證沖洗流體注入井眼中以通過使得流體在井眼中循環(huán)對巖體或巖體的一部分執(zhí)行熱干擾的單元；沿著井眼軸線設置的溫度傳感器；至少一個溫度傳感器對，用于獲得表征沿著井眼的兩點處的溫差的差分電信號； 產(chǎn)生用于溫度傳感器對的差分電信號和接收與井眼中至少一對點的溫差成比例的差分電信號的單元，成對溫度傳感器之間的距離以及溫度傳感器對的數(shù)量根據(jù)確定具有不同性質(zhì)的巖體層段的邊界位置的要求精度、區(qū)分巖體區(qū)域的最小和最大可能長度以及井眼中的熱噪聲的性質(zhì)和程度進行選擇； 調(diào)整注入沖洗流體時間的單元；記錄單元，保證同時記錄來自溫度傳感器的所有差分電信號；和用來比較和處理在同一時刻測量的差分電信號的單元，其確保根據(jù)比較結果和對差分電信號的處理來區(qū)分具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域。
19.如權利要求18的設備，還包括使得巖體或巖體的單獨部分周期性熱激發(fā)的單元，其為每一個熱激發(fā)設定一個持續(xù)時間以及設定在熱激發(fā)之間的停止，或根據(jù)諧波定律以預設頻率和強度提供熱激發(fā)的單元。
20.如權利要求18的設備，還包括測量所關心的差分電信號的振蕩幅度的單元；測量所關心的差分電信號的振蕩幅度的相移的單元；以及測量巖體溫度振蕩相對于巖體或巖體的一部分的熱激發(fā)的相移的單元。
21.如權利要求18中的設備，還包括實施對巖體或巖體的一部分周期性的熱激發(fā)的單元，其通過使得沖洗流體在油管柱內(nèi)循環(huán)且周期性改變沖洗流體的運動方向，使得沖洗流體溫度相對于所關心巖體溫度的周期性的變化發(fā)生；根據(jù)井中的溫度梯度設置循環(huán)沖洗流體方向改變的間隔，循環(huán)沖洗流體的流速、和油管柱下端在井眼中的位置的單元；以及通過來自溫度傳感器的信號和沿井眼的溫度傳感器之間的距離計算溫度梯度的單元。
22.如權利要求18中的設備，還包括與溫度傳感器連接、用來記錄井眼熱噪聲、且對井眼熱噪聲進行幅頻分析的單元，和用于匹配和處理差分信號的單元，用于從所關心的差分信號中去除具有相似頻率的熱噪聲。
23.如權利要求18中的設備，還包括在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的間隙中、位于與用于記錄沿井眼的差分電信號的溫度傳感器相同井眼水平的溫度傳感器；測量位于相似的井眼深度的所有附加溫度傳感器之間的差分信號的單元； 用以對在所有附加傳感器之間測量的差分電信號進行幅頻分析、以及對在油管柱與套管柱壁或井眼壁之間的空間中存在的熱噪聲進行最終區(qū)分的單元；和用于記錄被區(qū)分的熱噪聲以及從由沿井眼定位的溫度傳感器對記錄的差分電信號中消除被區(qū)分的熱噪聲的單元。
24.如權利要求18中的設備，還包括沿著井眼設置用于測量差分電信號的至少一組附加溫度傳感器，所述至少一組附加溫度傳感器定位成平行于用于差分電信號測量的溫度傳感器所沿的直線、并且沿著沿井眼定位以及彼此平行定位以及平行于主設備信號的一根或多根直線；附加溫度傳感器組的數(shù)量和圍著井眼軸線定位的附加溫度傳感器組中的溫度傳感器所沿的直線之間的角度根據(jù)具有潛在的不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。
25.如權利要求18中的設備，還包括溫度傳感器，其信號用于測量表征從油管柱到井眼壁的徑向方向上的井眼溫度變化的差分電信號，其中，這些溫度傳感器沿著一根或多根直線定位在油管柱處，所述一根或多根直線沿井眼定向且定位成彼此平行以及平行于主溫度傳感器的定位軸線，沿著所述一根或多根直線測量所述差分電信號，其中，直線的數(shù)量和圍繞著井眼軸線的這些直線之間的角度根據(jù)圍繞井眼軸線具有潛在的不同性質(zhì)的巖體和井眼空間區(qū)域的位置來選擇。
26.如權利要求18中的設備，還包括沿井眼移動至少一個溫度傳感器和溫差測量傳感器的單元；設定溫度傳感器和差分溫度測量傳感器沿著井眼移動的速度的單元；對于每個溫度和溫差信號記錄時間，將每個溫度傳感器與深度相聯(lián)系的單元；和使得溫度傳感器沿著井眼的移位周期性變化且在預設的時間處方向發(fā)生變化的單元。
27.如權利要求18中的設備，還包括沿井眼設置的多個溫度傳感器，選擇溫度傳感器的數(shù)量以提供確定具有不同性質(zhì)的巖體層段之間的邊界的要求精度；以及用于記錄和處理來自溫度傳感器的信號的單元，該單元在預定的時刻用于傳感器的溫度測量，基于在開始對巖體或巖體的一部分熱激發(fā)之后的溫度測量結果記錄沿井眼的溫度分布，和識別具有不同性質(zhì)的巖體層段。
28.如權利要求18中的設備，還包括在一個時間單元向井眼中注入需要體積的沖洗流體的單元。
全文摘要
巖體熱激發(fā)是利用油管柱向井眼中注入沖洗流體實施的，沖洗流體的溫度與巖體溫度不同。在熱激發(fā)之前、熱激發(fā)期間和熱激發(fā)終止之后，由至少一對沿著井眼軸線設置的溫度傳感器記錄與井眼中溫差成比例的差分電信號。根據(jù)具有不同性質(zhì)的巖體區(qū)域的邊界位置的確定精度，識別的巖體區(qū)域的最小和最大可能長度、以及井眼中熱噪聲的性質(zhì)和程度，預先選擇成對傳感器之間的距離和成對傳感器的對數(shù)。將在熱干擾之前由成對溫度傳感器測量的差分溫度電信號與熱干擾期間由同樣的成對溫度傳感器測量的差分電信號、和由沿著井眼軸線設置的不同傳感器對測量的差分電信號進行比較。根據(jù)差分電信號的比較結果表征具有不同性質(zhì)的各種巖體區(qū)域的差異，和識別具有不同熱性質(zhì)的巖體區(qū)域之間的邊界。
文檔編號G01N25/18GK102156145SQ20101062526
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者安東·弗拉德米羅維奇·帕辛, 尤里·阿內(nèi)托列維奇·波波夫, 弗拉德米爾·彼德羅維奇·施泰因, 瑟金·瑟基維奇·薩夫洛夫, 維亞切斯拉夫·帕夫羅維奇·匹門洛夫, 維克多·瓦西里耶維奇·科斯特列夫 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司