專利名稱：對(duì)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的蒙特卡羅模擬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖性分析，具體地涉及使用蒙特卡羅模擬來分析碳?xì)?化合物地帶用以提高產(chǎn)量的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
每天都要消耗大量資金用于鉆采、評(píng)價(jià)、測(cè)試和完成新的油井或 氣井。在整個(gè)鉆采/勘探過程中，在將要作出決定時(shí)，消除不必要的資 料搜集和搜集必要的附加信息常常是爭(zhēng)論激烈的話題。在假定可以獲 得更好方案的情況下，過度購買新技術(shù)是一種趨勢(shì)。
一直以來，通過將儀器設(shè)備下降到井中并且測(cè)量譬如地層電阻率 和密度之類的巖性參數(shù)，來實(shí)施對(duì)譬如由井孔或井眼所穿過的地層中 油和汽田之類的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)地帶的識(shí)別和評(píng)價(jià)。在鉆探過程中， 地層的鉆孔樣本通過叫做取巖芯的過程被采集。然后，這些樣本在實(shí) 驗(yàn)室中被分析，以及各種參數(shù)被測(cè)量以確定巖性特征。
然后，使用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，這些測(cè)試結(jié)果被數(shù)值處理以計(jì)算描述地層 關(guān)鍵性質(zhì)的水飽和度、孔隙率和滲透率。這些變量分別是碳?xì)浠衔?含量和生產(chǎn)的關(guān)鍵指標(biāo)?；谶@些數(shù)值，巖石學(xué)家利用他們的經(jīng)驗(yàn)作 出判斷并確定商業(yè)的碳?xì)浠衔锎嬖诘目赡苄浴?br> 評(píng)價(jià)油或氣井的碳?xì)浠衔锟缮a(chǎn)性的主要問題之一是存在于用 于作出確定的測(cè)量中的不確定性的數(shù)量以及發(fā)現(xiàn)油、氣的地層內(nèi)的可 變性。地層非均質(zhì)性誤差、工具測(cè)量誤差以及實(shí)驗(yàn)室測(cè)量誤差在測(cè)量 值的每一深度區(qū)間導(dǎo)致常常是難以確定的不確定性。此外，測(cè)量中的 誤差以及在經(jīng)驗(yàn)關(guān)系中使用的參數(shù)被轉(zhuǎn)移并且在最終結(jié)果中沒有被解 釋。然后這些結(jié)果被用于確定井的最佳行動(dòng)過程，即測(cè)試、完成或堵 塞井。
考慮到被看作為科學(xué)家和工藝家的解釋者/巖性學(xué)家已經(jīng)提出的這 些事實(shí)，使用從猜測(cè)和單純經(jīng)驗(yàn)所得到的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。專家們考慮了測(cè) 試中的細(xì)微差別以及取決于基于局部經(jīng)驗(yàn)的預(yù)測(cè)，以致于石化領(lǐng)域每 一主要的運(yùn)營公司都可能錯(cuò)過機(jī)會(huì)。先前的方法不考慮不確定性，因?yàn)樗械脑u(píng)價(jià)不是陽性就是陰性。
在美國專利No.4，338，664中描述了 一種公知系統(tǒng)，其被研制用于正 向模擬產(chǎn)生預(yù)測(cè)曲線(log)的測(cè)井儀器響應(yīng)。預(yù)測(cè)結(jié)果的差異通過迭 代處理而被最小化。最終，迭代處理的最后答案產(chǎn)生了包括孔隙率、 水飽和度在內(nèi)的地層描述。飽和度由使用者選擇的基于經(jīng)驗(yàn)的公式使 用最優(yōu)化結(jié)果而得出。
現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)和方法沒有解釋所有參數(shù)和測(cè)量中的不確定性以 及產(chǎn)碳?xì)浠衔锏貙拥姆蔷|(zhì)性。
被稱作蒙特卡羅法的方法是公知的，其包括計(jì)算算法種類，以模 擬各種物理和數(shù)學(xué)系統(tǒng)的行為。這樣的蒙特卡羅法與其它通過隨機(jī)即 在某種意義上說非確定性的、通常通過使用隨機(jī)數(shù)字或偽隨機(jī)數(shù)字、 與確定性的運(yùn)算法則相反的模擬方法不同。
蒙特卡羅法在計(jì)算物理學(xué)和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中尤其重要，并具有多 種應(yīng)用。這些方法在解決各個(gè)領(lǐng)域的難題中證明了高有效性。在具有 大量耦聯(lián)的自由度例如流體、雜亂的材料以及牢固耦聯(lián)的固體的研究 系統(tǒng)中它們尤其有用。由于運(yùn)算法則的重復(fù)性和所包括的巨大數(shù)量的 計(jì)算，蒙特卡羅法適于使用計(jì)算機(jī)、使用很多計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來計(jì)算。
人們認(rèn)識(shí)到不確定性的數(shù)量為非正確預(yù)測(cè)的解釋提供了途徑。使 用蒙特卡羅模擬正向建模，對(duì)不確定性邊界的量化克服了這些界限。
本發(fā)明目的在于直接處理數(shù)據(jù)，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠描述什 么是確定的以及什么是不確定的。本發(fā)明包括應(yīng)用蒙特卡羅模擬的系 統(tǒng)和方法，用以代替使用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系分析碳?xì)浠衔锏貛В瑥亩@得改 進(jìn)的可生產(chǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容
識(shí)別碳?xì)浠衔锷a(chǎn)地帶的系統(tǒng)和方法，其使用蒙特卡羅數(shù)值分 析來考慮測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值和巖性參數(shù)中的不確定性。通過將測(cè)井儀器 響應(yīng)和芯巖測(cè)試中的隨機(jī)誤差以及儲(chǔ)層非均質(zhì)性結(jié)合到蒙特卡羅模擬 中，該系統(tǒng)和方法輸出合適的巖性模型，以計(jì)算飽和度和滲透率的統(tǒng) 計(jì)分布，從而限定生產(chǎn)、非生產(chǎn)和不確定地帶，用于確定是否需要進(jìn) 一步的測(cè)井、芯巖采樣或井測(cè)試數(shù)據(jù)來重新將不確定地帶分類為生產(chǎn) 地帶或非生產(chǎn)地帶。由于在該分析中不確定性被量化，用于確定生產(chǎn)地帶和非生產(chǎn)地帶的確定性的程度是已知的，并且該確定性的程度可 以用于決定是否去測(cè)試、激發(fā)或放棄地帶。
本發(fā)明主要的改進(jìn)在于，在所有測(cè)量值和參數(shù)中的不確定性都被 考慮用于數(shù)值分析，即蒙特卡羅模擬。結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)一起使用 來界限確定性和不確定性的區(qū)域。然后，結(jié)果可用于進(jìn)行明確的決策 制定。
已開發(fā)了一種正演模型(forward model):用于定量?jī)蓚€(gè)關(guān)鍵巖 性參數(shù)一水飽和度和滲透率內(nèi)的固有的誤差。確定邊界條件，以獲得 這兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算中的可信度。施加于水飽和度的邊界條件將確定在 每一區(qū)間是否地帶含有碳?xì)浠衔?、水或不確定或未確定的成分。施 加于滲透率測(cè)量值的邊界條件將確定地層是否是可生產(chǎn)、不可生產(chǎn)或 不確定的。然后，該量化技術(shù)可以被用于確定生產(chǎn)和非生產(chǎn)地帶中的 確定性程度，進(jìn)而可以作出是否測(cè)試、激發(fā)或放棄地帶的決定。另外 地，如果需要更多的數(shù)據(jù)，這種工藝可以被用于優(yōu)化線路測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)， 以及如果實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的數(shù)據(jù)具有顯著的變化和/或不確定性，這種工藝 可以被用于建議將來的巖芯采樣或取巖芯。
本發(fā)明解決了這個(gè)過程所涉及的所有變化和固有不確定性，并提 供一種用于以技術(shù)上合理的方式來向前作出決定的分析系統(tǒng)。


此后參考附圖，描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，附圖中 圖l顯示依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2顯示使用幾個(gè)不同類型的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來計(jì)算這些多個(gè)參數(shù)的巖 性分析；
圖3顯示作為地層體密度(bulk density)的函數(shù)的與測(cè)井測(cè)量值
相關(guān)的誤差分布；
圖4顯示基于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的多孔巖石的誤差預(yù)測(cè)的例子；
圖5顯示基于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的單水飽和度點(diǎn)和誤差范圍；
圖6顯示相關(guān)24%的單一孔隙度處不同電阻值情況下的水飽和度
的圖表；
圖7顯示12%的孔隙度地層的圖表；
圖8顯示與所計(jì)算的滲透率相關(guān)的誤差的圖表；圖9顯示在24%孔隙度值時(shí)作為電阻率的函數(shù)的滲透率的模擬工 作的圖IO顯示在6%孔隙度值時(shí)作為電阻率的函數(shù)的滲透率的模擬工
作的圖11顯示加在水飽和度圖表上的水飽和度截止(cut-off)線；
圖12顯示加在滲透率圖表上的滲透率截止線；
圖13是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)生產(chǎn)地帶水飽和度分類的示意圖14是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)生產(chǎn)地帶滲透率分類的示意圖15是本發(fā)明使用的對(duì)生產(chǎn)地帶水飽和度分類的示意圖16是本發(fā)明使用的對(duì)生產(chǎn)地帶滲透率分類的示意圖17顯示帶陰影的生產(chǎn)地帶的例子；
圖18顯示對(duì)第一個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析；
圖19顯示對(duì)第二個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析；
圖20顯示對(duì)第三個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析；
圖21顯示對(duì)第四個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析；
圖22顯示對(duì)第五個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析；和
圖23顯示對(duì)第六個(gè)井的水飽和度和滲透率的分析。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，如結(jié)合圖l-23所描述的，系統(tǒng)10和方法使用蒙特 卡羅模擬將實(shí)際的不確定性值的范圍輸入用于求解水飽和度Sw值和 滲透率(K)值的每一變量。這兩個(gè)巖性參數(shù)通過分別定義容量和流體 流動(dòng)能力描述儲(chǔ)層的生產(chǎn)性。用于確定這些參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系使用工具 測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室分析。這些測(cè)量包括隨機(jī)和系統(tǒng)誤差，其與儲(chǔ)層非均質(zhì) 性一起導(dǎo)致最終答案的不確定性。數(shù)值模擬計(jì)算Sw和K中的誤差棒 或不確定性的范圍。然后，對(duì)實(shí)際流動(dòng)測(cè)試結(jié)果校準(zhǔn)這些值以確定Sw 和K的截止來辨別碳?xì)浠衔锷a(chǎn)和產(chǎn)能區(qū)間。然后在每一數(shù)據(jù)框作 出該地層產(chǎn)生什么類型的流體以及這些流體是否流動(dòng)的預(yù)測(cè)。如果結(jié) 果不確定，則其被標(biāo)記以確定是否需獲得其它信息，即更多測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)、 井測(cè)試等。
本發(fā)明獨(dú)特的特點(diǎn)在于，使用數(shù)值分析考慮存在于用于評(píng)價(jià)碳?xì)?化合物存在和產(chǎn)能的參數(shù)和測(cè)量中的所有不確定性。每一變量的變化被模型化，因此這些方案考慮了這些不確定性，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能 夠決定是否需要進(jìn)一步的信息或在獲得初始數(shù)據(jù)后能夠作出決定。
軟件和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的功能使本發(fā)明能夠考慮巖性分析中所有的可 變性。過去，可以改變一些變量以確定具體變量的答案的敏感性，但 處理所有的不確定性是不實(shí)際的。因此巖性分析的科學(xué)在現(xiàn)有技術(shù)中
被看作藝術(shù)(art)的形式。
本發(fā)明最好在逐場(chǎng)(field-by-field)的基礎(chǔ)上使用。使用者必須在 前進(jìn)之前檢查目前用于Sw和K的截止。最適合Sw和K的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 被評(píng)價(jià)。由實(shí)驗(yàn)室分析和測(cè)井商提供的所用測(cè)井設(shè)備說明書定義每一 參數(shù)的誤差范圍。如果已完成井測(cè)試，結(jié)果可被用于進(jìn)一步加強(qiáng)本發(fā) 明預(yù)測(cè)新井性能的能力。
對(duì)儲(chǔ)層的可靠經(jīng)濟(jì)學(xué)評(píng)價(jià)需要儲(chǔ)層的基礎(chǔ)特征的合理認(rèn)識(shí)。盡管 通過巖芯取樣方法重新獲得的巖石是地層評(píng)價(jià)的基石，但測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)更 普遍用于確定儲(chǔ)層的基礎(chǔ)特征。測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是對(duì)巖石基質(zhì)材料物理特性* 和占據(jù)孔隙的流體進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果。十分自然地，測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和巖芯數(shù) 據(jù)常被對(duì)比并一起用于經(jīng)驗(yàn)關(guān)系中以定義儲(chǔ)層特征，即孔隙率、碳?xì)?化合物飽和度和滲透率。這些參數(shù)定義了流體的容量和流動(dòng)能力。
如圖1中所示出的，本發(fā)明的系統(tǒng)10包括處理器12，例如計(jì)算機(jī)， 其通過輸入設(shè)備16接收被測(cè)試的儲(chǔ)層的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值14，該輸入設(shè) 備包括用于數(shù)據(jù)錄入的鍵盤。這樣的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值由處理器12使用 數(shù)據(jù)預(yù)處理器18處理，采用例如微處理器來計(jì)算儲(chǔ)層的孔隙度值、水 飽和度值、和滲透率值。處理器12執(zhí)行預(yù)定的蒙特卡羅模擬軟件程序 20，以從所計(jì)算的儲(chǔ)層的孔隙度值、水飽和度值、和滲透率值產(chǎn)生邊 界數(shù)據(jù)22，邊界數(shù)據(jù)22對(duì)應(yīng)于與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值14對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層相關(guān) 的碳?xì)浠衔镢@孔的生產(chǎn)、非生產(chǎn)、和生產(chǎn)性不確定的地帶。
這樣的生產(chǎn)、非生產(chǎn)和生產(chǎn)性不確定地帶在顯示器26上用圖形展 示為區(qū)域24，其可以是這種區(qū)域24對(duì)于每一類型地帶被彩色編碼明顯 指示的彩色顯示。
圖2顯示巖性分析，其使用幾個(gè)不同類型的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)來計(jì)算碳?xì)?化合物飽和度和滲透率參數(shù)。然后，通過加上截止(imposition of cut), 這些數(shù)值用于確定儲(chǔ)層的經(jīng)濟(jì)學(xué)價(jià)值。如圖2所示，來自地層密度測(cè) 量工具、中子孔隙度工具和/或聲波工具的天然Y射線數(shù)據(jù)、孔隙度數(shù)據(jù)以及電阻率數(shù)據(jù)被用于計(jì)算碳?xì)浠衔锖?或水飽和度和滲透率。然 后，施加在孔隙度、滲透率和碳?xì)浠衔锖?或水飽和度上的界限被用 于確定井的處理，即測(cè)試、激發(fā)或獲得另外的數(shù)據(jù)。所述界限由局部 知識(shí)、之前的測(cè)A結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室分析確定。
所述方法學(xué)的基礎(chǔ)問題是所計(jì)算結(jié)果的確定性的方法。與用于經(jīng) 驗(yàn)方程的測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和參數(shù)(實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù))相關(guān)的誤差的敏感性沒有被 包括在最后的分析中。這些誤差依賴于幾個(gè)參數(shù)，因此與它們有關(guān)的 影響在目前技術(shù)中沒有被完全應(yīng)用。此外，具有不均一巖石類型的儲(chǔ) 層還使分析變得復(fù)雜，其中未能說明巖石類型的改變。
已開發(fā)了本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，其中蒙特卡羅模擬中使用的數(shù)值 分析被用于確定這些誤差以及相關(guān)的不確定性對(duì)最后的計(jì)算的影響。
以下是定量列出的三個(gè)儲(chǔ)層巖石參數(shù)一孔隙度、水飽和度和滲透 率的不確定性所采取的步驟。
孔隙度不確定性的確定
巖石內(nèi)的空隙空間的體積與該巖石的總體積的比率通常被稱為孔 隙度。該值通過單個(gè)測(cè)量工具或?qū)@個(gè)參數(shù)敏感的電纜測(cè)井工具的組
合來計(jì)算。以下是進(jìn)行該測(cè)量的電纜測(cè)井工具的列表
a. 地層密度
b. 中子聲波 c聲波/中子
d. 密度/中子；和
e. 核磁性共振。
盡管所有這些測(cè)量都有它們的用途，此處將示出密度測(cè)量作為定 量孔隙度測(cè)量中誤差的例子。密度工具測(cè)量地層的體密度(bulk density)。以下關(guān)系被用于從密度測(cè)量計(jì)算孔隙度
其中，(|)是地層孔隙度，pma是巖石的體基質(zhì)密度，pb是由密度工具測(cè) 量的體密度，pfluid是孔隙空間內(nèi)的流體密度。這些變量中的每一個(gè)都 有相關(guān)的誤差。為了確定所計(jì)算的孔隙度的誤差，蒙特卡羅模擬器使用與這些變量中的每一個(gè)相關(guān)的誤差以預(yù)測(cè)最終結(jié)果中的誤差。該數(shù) 值分析中的關(guān)鍵成分是與每一輸入量相關(guān)的誤差的數(shù)量和分布。這些 值在測(cè)井儀器開發(fā)階段被確定并因而由服務(wù)商印制。在這個(gè)例子中， 與這些測(cè)量相關(guān)的誤差為正態(tài)分布并且是地層體密度的函數(shù)。
圖3顯示作為地層體密度的函數(shù)與這些測(cè)量相關(guān)的誤差的分布。 這些測(cè)量的精確性是地層體密度的函數(shù)。精確性和體密度之間是相反 的關(guān)系。
數(shù)值分析中使用了方程1來預(yù)測(cè)孔隙度的誤差。圖4顯示在一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)偏差即68%的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)39%孔隙度的巖石中存在的誤差的例 子。在該例中相關(guān)的誤差為孔隙度單位(pu)的±1倍。誤差與密度孔 隙度測(cè)量相關(guān)，基于密度孔隙度值和基于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，答案中的誤 差可以是士lpu。
由于這個(gè)例子顯示單個(gè)孔隙度點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行幾個(gè)模擬以在一個(gè)孔 隙度范圍內(nèi)確定誤差。這些孔隙度值和與它們相關(guān)的不確定性然后被 用于水飽和度和滲透率的數(shù)值分析。
水飽和度不確定性的確定
水飽和度一Sw是巖性評(píng)價(jià)中最重要的參數(shù)之一。這個(gè)參數(shù)確定了 水在儲(chǔ)層中的百分比以及相反地碳?xì)浠衔锏娜萘俊Ｔ谶^去的60年中， 發(fā)展了很多不同類型的將電纜測(cè)量與水飽和度相聯(lián)系的方程。最著名 的關(guān)系之一是Archie公式
丄
(2)
其中Sw是水飽和度，Rw是原生地層水也就是當(dāng)巖石形成過程中被困 在儲(chǔ)層巖石的空隙中的水的電阻率，O是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的孔隙度， Rt是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的地層電阻率，n是飽和度指數(shù)，以及m指的是 膠結(jié)指數(shù)。所有這些變量具有不同的相關(guān)聯(lián)的不確定性，所述不確定 性基于測(cè)量的物理學(xué)。測(cè)量中的不確定性具有正態(tài)分布，其可被前面 部分中所示方法計(jì)算。Rt測(cè)量由不同類型電阻率設(shè)備提供，這些測(cè)量 中的不確定性由服務(wù)提供者即測(cè)量工具供應(yīng)商提供。在鉆孔的巖芯采 樣階段期間采集的巖石樣本上測(cè)量飽和度和膠結(jié)指數(shù)。這些值中的不確定性來源于與實(shí)驗(yàn)室分析和取樣技術(shù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)誤差。在不均質(zhì)的 儲(chǔ)層中，巖石采樣可給這些參數(shù)的確定帶來巨大誤差。此外，將這些
參數(shù)結(jié)合到方程2的儀器響應(yīng)中可能變得很麻煩，因?yàn)閮x器響應(yīng)可能 是不同的。Rw，地層水電阻率，是在水樣本上進(jìn)行的測(cè)量。與這個(gè)變量 相關(guān)的誤差是基于實(shí)驗(yàn)室分析的。
作為例子，以下的不確定性被用于蒙特卡羅模擬以在單個(gè)點(diǎn)量化 不確定性。這些數(shù)字是用在中東儲(chǔ)層的典型值
0=0.25-不確定性(士lpu)，如前面部分中所示被確定(正態(tài)分
布)；
Rw=0.012歐姆-米(無統(tǒng)計(jì)分布)；
Rt-2歐姆-米，具有±7%的不確定性，基于印制的值(Log-正態(tài)分 布)；
m=2 (在1.7-2.17之間)(基于實(shí)驗(yàn)室研究范圍的箱形分布(Box distribution)); 和
n=1.6 (在1.4-1.89之間)(基于實(shí)驗(yàn)室研究范圍的箱形分布)。 圖5顯示單個(gè)水飽和度點(diǎn)和基于單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的誤差范圍。在這 個(gè)例子中，水飽和度可以在27%到35%的范圍變化。由于這個(gè)例子只 代表單個(gè)點(diǎn)，用一系列輸入和參數(shù)值進(jìn)行了幾千個(gè)數(shù)字模擬以確定水 飽和度不確定性。圖6顯示在24%的單一孔隙度時(shí)水飽和度與不同電 阻率值的關(guān)系的圖表。如圖6中所示，頂部和底部線示出在單一原生 地層水電阻率值作為地層電阻率測(cè)量值的函數(shù)的基礎(chǔ)上作為電阻率的 函數(shù)的飽和度中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差誤差，所指示的預(yù)測(cè)線為水飽和度的 最佳預(yù)測(cè)測(cè)量。
圖7顯示孔隙度12%的地層的例子。注意相對(duì)于之前的較高孔隙 度的例子，在這個(gè)較低孔隙度地層中水飽和度誤差的增加。圖7中的 線代表在單一孔隙度作為地層電阻率測(cè)量值的函數(shù)的基礎(chǔ)上水飽和度 的誤差。所指示的預(yù)測(cè)線為水飽和度的最佳預(yù)測(cè)測(cè)量。注意相對(duì)于圖6 中的圖表，誤差的增加。
滲透率不確定性的確定
滲透率定義了流體在儲(chǔ)層中流動(dòng)的能力。這個(gè)重要參數(shù)，與水飽 和度一起，用于確定儲(chǔ)層的生產(chǎn)性。為了確定滲透率中不確定性的數(shù)量，執(zhí)行與前面部分相同的過程。
滲透率方程通過與孔隙度和水飽和度的關(guān)系局部地被建立。作為
例子，以下方程是為中東泥盆紀(jì)沙巖建立的關(guān)系
-200(0>4'5)-
(3)
Sw2
其中K是以毫達(dá)西(md)為單位的滲透率，①是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的孔 隙度以及Sw是水飽和度。
完成來自孔隙度和水飽和度的誤差分析的結(jié)果以定義滲透率中的 誤差。圖8是所計(jì)算滲透率和相關(guān)誤差的log-正態(tài)分布的圖示。在偏度 基礎(chǔ)上，70.28%的標(biāo)準(zhǔn)偏差代表一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。在這個(gè)例子中，在2 歐姆-米(±7%，印制的)地層電阻率、孑L隙度(0.25士lpu)、常數(shù)原 生水電阻率、膠結(jié)指數(shù)2 (土10% )和飽和度指數(shù)2 (±10% )的基礎(chǔ)上， 觀察到2.67-5.57md的滲透率范圍。然后多個(gè)數(shù)值分析被用于代表參數(shù) 的范圍。
圖9-10分別是顯示兩個(gè)不同孔隙度值24%和6%時(shí)滲透率作為 電阻率的函數(shù)的模擬運(yùn)行的圖表。各線代表了滲透率相關(guān)的誤差棒。 注意在較低孔隙度地層中誤差的增加。
模型校準(zhǔn)
模型校準(zhǔn)是將所計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際流動(dòng)分析相比較的過程。流動(dòng)測(cè) 試的結(jié)果用于確定描述地層是生產(chǎn)性還是非生產(chǎn)性的截止值(cut-off )。 這些限制施加在兩個(gè)計(jì)算的參數(shù)一水飽和度和滲透率上。圖11和12 通過設(shè)置截止線例如水平的黑線在流動(dòng)測(cè)試結(jié)果的基礎(chǔ)上確定該區(qū)域 是生產(chǎn)性或非生產(chǎn)性而顯示這個(gè)問題，圖11的水飽和度表上施加了水 飽和度截止線，以及圖12的滲透率表上施加了滲透率截止線。在這些 例子中，分別使用了 65%和0.4md的水飽和度和滲透率。
圖13和14分別顯示現(xiàn)有技術(shù)中使用水飽和度和滲透率分析的生 產(chǎn)地帶的分類，其或者為正或者為負(fù)，因此缺乏任何不確定性的確定， 該不確定性值得被測(cè)試的儲(chǔ)層進(jìn)一步的測(cè)試和數(shù)據(jù)獲得。
參考圖11和12，截止線和上方預(yù)測(cè)和較低值的相交將被測(cè)試的儲(chǔ) 層分為三個(gè)區(qū)域，如在本發(fā)明中使用的1. 對(duì)于水飽和度；
a. 上方界限以上確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)力；
b. 下方界限以下確定的無碳?xì)浠衔锷a(chǎn)力；以及
c. 上方和下方之間不確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)力。
2. 對(duì)于滲透率
a. 上方界限以上確定的流動(dòng)
b. 下方界限以下確定的非流動(dòng)；以及
c. 上方和下方界限之間不確定的流動(dòng)。
圖15和16分別顯示使用本發(fā)明中對(duì)水飽和度和滲透率的分析和 截止線的確定對(duì)被測(cè)試的儲(chǔ)層的生產(chǎn)地帶的這些新定義的分類。
軟件設(shè)計(jì)
在典型儲(chǔ)層中，巖石特性在每一深度區(qū)間都有改變，因而單個(gè)點(diǎn) 不能解決量化整個(gè)區(qū)間的不確定性的問題。為了解決這個(gè)問題，使用 圖1中的系統(tǒng)IO使用預(yù)先確定的蒙特卡羅軟件程序20在不同孔隙度 值實(shí)施幾個(gè)蒙特卡羅分析，蒙特卡羅軟件程序20執(zhí)行已知的蒙特卡羅 技術(shù)，例如，在美國專利No.4，926，394和No.5，586,082中所描述的，它 們的每一個(gè)在此通過引用被整體并入。
以典型地層為基礎(chǔ)，選擇孔隙度值為0%到30%之間。然后使用 截止線在每一孔隙度點(diǎn)確定上方和下方邊界點(diǎn)。預(yù)先確定的軟件程序 20被用于識(shí)別在上方邊界以上的、在下方邊界以下的、以及邊界之間 的地帶。對(duì)水飽和度和滲透率K都實(shí)施這個(gè)分析?？梢允褂貌噬幋a 圖案在顯示器26上標(biāo)識(shí)每一圖表展示的區(qū)域24，例如如圖17-23所 示的那樣。
對(duì)于水飽和度，各區(qū)域可按照碳?xì)浠衔镲柡投瘸龌虻陀谂R界 邊界或具有分析上的不確定性不能被求解的區(qū)域被指示。對(duì)于滲透率， 各區(qū)域可被指示為具有足夠或非足夠的巖石滲透率以使流體流動(dòng)，或 具有分析上的不確定性不能被求解的區(qū)域。
圖18分別顯示對(duì)水飽和度和滲透率的分析，在第一個(gè)測(cè)試井的示 例的展示的最后幾列。如圖18從右數(shù)第二列所示，對(duì)于水飽和度(Sw 列)，不同顏色的陰影可代表不同材料和特性。例如紅色可代表碳?xì)?化合物，橙色可代表不確定區(qū)域以及青色可代表水。在圖18右邊最后的軌(lasttrack)中，對(duì)于滲透率(K)列，綠色可代表確切的流動(dòng)， 橙色可代表不確定流動(dòng)區(qū)域以及棕色可代表無流動(dòng)的區(qū)域。
場(chǎng)地測(cè)試結(jié)果
該分析已在不同場(chǎng)地中的多個(gè)井中被測(cè)試。各井的所有分析均與 實(shí)際流動(dòng)測(cè)試結(jié)果相比較。在所有這些情況下，各分析預(yù)測(cè)了實(shí)際的 測(cè)試結(jié)果并證實(shí)對(duì)優(yōu)化測(cè)井和測(cè)試工作十分有效。以下是在這些不同 場(chǎng)地中已被展示的六個(gè)例子，其中圖18-23分別顯示對(duì)這六個(gè)井的水 飽和度和滲透率的分析。
井1被鉆至15,715英尺，被測(cè)井、測(cè)試，然后繼續(xù)鉆到更深目標(biāo) 并再次測(cè)井。圖18中所示的Sw和K測(cè)井決定表示碳?xì)浠衔镓S產(chǎn)區(qū) 間為從15，618到15,740英尺。如圖18中所示的，井測(cè)試結(jié)果、NMR 儀器和電纜地層測(cè)試儀器均證實(shí)測(cè)井決定結(jié)果所表示的生產(chǎn)性區(qū)間 以及無氣-水接觸。
井2被鉆至14,000英尺并實(shí)施棵眼井測(cè)試。在此測(cè)試前未進(jìn)行測(cè) 井以及當(dāng)把井鉆到總深度(TD)后完成的測(cè)井顯示該測(cè)試實(shí)際上將下 方儲(chǔ)層和上方儲(chǔ)層混合了 5英尺。如圖19所示，Sw測(cè)井決定將兩個(gè) 儲(chǔ)層都識(shí)別為產(chǎn)碳?xì)寤衔?。然而，下方?chǔ)層的K測(cè)井決定表示關(guān)于 流動(dòng)能力的不確定性結(jié)果。只有上方儲(chǔ)層具有確定的流動(dòng)能力。盡管 該井生產(chǎn)了四千一百萬標(biāo)準(zhǔn)立方英尺(mmscf/d)的碳?xì)浠衔铮摐y(cè) 試未解決下方儲(chǔ)層的不確定性。
井3被鉆孔、測(cè)井和完成套管井測(cè)試。如圖20所示，在多數(shù)測(cè)試 區(qū)間上K測(cè)井決定是棕色的，表示緊密的儲(chǔ)層，它確實(shí)顯示大約四英 尺的具有流動(dòng)能力的地帶。幾乎整個(gè)Sw測(cè)井決定證實(shí)這是產(chǎn)碳?xì)浠?物區(qū)間。來自套管井測(cè)試的低比率證實(shí)了低產(chǎn)帶和K測(cè)井決定在多數(shù) 鑿孔的區(qū)間上所見到的緊密儲(chǔ)層響應(yīng)。
在圖21示出的第4個(gè)井中，隨深度增加的水飽和度促進(jìn)了將能夠 定位自由水的套管井測(cè)試程序。上方測(cè)試流動(dòng)氣體(The upper test flowed gas)和冷凝物以及依照Sw和K測(cè)井決定的預(yù)期是無水的。下 方地帶被加入以及地帶被混合。在這個(gè)測(cè)試區(qū)間Sw測(cè)井決定在15,900 英尺處識(shí)別出水。來自混合測(cè)試的測(cè)試結(jié)果包括33桶/天(bbl/d)的 地層水。井5是開發(fā)井。使用基礎(chǔ)的一套測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值來測(cè)井，以及管 線延伸至TD。如圖22中所示，Sw決定測(cè)井記錄識(shí)別在整個(gè)儲(chǔ)層目標(biāo) 沙地為緊密的。Sw決定記錄顯示，靠近頂部的地帶為水，而在多數(shù)區(qū) 間是不確定的。該井被測(cè)試并被證實(shí)為緊密的產(chǎn)水沙地。該井對(duì)于地 面將不會(huì)生產(chǎn)(would not produce to surface)，并且92桶地層水通過 氮?dú)鈿馀e法(nitrogen lifting)重新獲得。
井6作為開發(fā)井被鉆井。如圖23所示，電阻率測(cè)井顯示了主要儲(chǔ) 層包的不尋常下降。關(guān)于什么導(dǎo)致了從15,115英尺到15,160英尺的電 阻率下降建立了很多理論。它似乎是長(zhǎng)過渡帶以及這個(gè)帶的底部10英 尺在井的完成階段期間被測(cè)試。Sw和K測(cè)井決定表示將產(chǎn)生水。230 bbl/d的水比率是穩(wěn)定的。
對(duì)水的地球化學(xué)分析證實(shí)它是地層水。如圖23中所示，該地帶還 產(chǎn)生氣體，并且穿過該孔Sw測(cè)井決定確實(shí)顯示了 2-3英尺的不確定 區(qū)間而K測(cè)井決定顯示它具有流動(dòng)能力?；谶@些結(jié)果該井被完成至 15,100以避開該產(chǎn)水地帶。
如圖18-23中的在Sw和K標(biāo)題下的測(cè)井決定中所示出的，本發(fā) 明已被證明用于確定生產(chǎn)地帶和非生產(chǎn)地帶確定性的程度，使能夠作 出是否測(cè)試、激發(fā)或放棄地帶的決定。此外，如果需要更多數(shù)據(jù)，這 個(gè)方法可用于優(yōu)化電纜測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，并且如果實(shí)驗(yàn)室測(cè)量數(shù)據(jù)具有明顯 的變化和/或不確定性，這個(gè)方法可用于建議將來的芯巖采樣.
盡管在此示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，很明顯的是每一這 樣的實(shí)施例僅以舉例的方式提供。在不背離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可做出多種變化、改變和替代。因此，本發(fā)明僅由所附權(quán)利 要求的精神和范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于識(shí)別儲(chǔ)層巖石中的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)地帶的系統(tǒng)，包含處理器，用于使用預(yù)先確定的軟件程序處理來自儲(chǔ)層內(nèi)井孔的測(cè)井測(cè)量值以執(zhí)行對(duì)測(cè)井測(cè)量值的蒙特卡羅數(shù)值分析，以產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)于巖石學(xué)模型的數(shù)據(jù)，所述巖石學(xué)模型表示限定生產(chǎn)地帶、非生產(chǎn)地帶和不確定的生產(chǎn)性地帶的水飽和度和滲透率的統(tǒng)計(jì)分布。
2. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括顯示器，用于顯示限定生產(chǎn)地帶、非生產(chǎn)地帶和不確定的碳?xì)浠?合物生產(chǎn)性地帶的輸出數(shù)據(jù)。
3. 權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述顯示器為彩色顯示器，其使用 不同的彩色編碼用于生產(chǎn)地帶、非生產(chǎn)地帶和不確定的碳?xì)浠衔锷?產(chǎn)性地帶。
4. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中依據(jù)方程(2)，處理器根據(jù)測(cè)井 測(cè)量值確定儲(chǔ)層的水飽和度其中Sw是水飽和度，Rw是原生地層水的電阻率，O是由測(cè)井測(cè)量值 計(jì)算的孔隙度，Rt是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的地層電阻率，n是飽和度指數(shù)， 以及m是膠結(jié)指數(shù)。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中依據(jù)方程(1)，處理器根據(jù)測(cè)井 測(cè)量值確定儲(chǔ)層的孔隙度Pma /^/7wW ( 1 )其中O)是地層孔隙度，pma是巖石的體基質(zhì)密度，pb是由密度工具測(cè) 量的體密度，pfluid是孔隙空間內(nèi)的流體密度。
6. 權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中O大約是0.25， Rw大約是0.012歐 姆-米，Rt大約是2歐姆-米，m大約是2以及n大約是1.6。
7. 權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中依據(jù)方程(3)，處理器根據(jù)測(cè)井 測(cè)量值確定儲(chǔ)層的滲透率<formula>formula see original document page 3</formula>其中K是以毫達(dá)西(md)為單位的滲透率，O是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的孔 隙度以及Sw是水飽和度。
8. 權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中依據(jù)方程(1)，處理器根據(jù)測(cè)井 測(cè)量值確定儲(chǔ)層的孔隙度<formula>formula see original document page 3</formula>其中O是地層孔隙度，pma是巖石的體基質(zhì)密度，pb是由密度工具測(cè) 量的體密度，pfluid是孔隙空間內(nèi)的流體密度。
9. 權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中孔隙度O)大約是0.25。
10. —種用于識(shí)別碳?xì)浠衔锷a(chǎn)地帶的系統(tǒng)，包括 輸入設(shè)備，其用于接收與儲(chǔ)層相關(guān)的包括水飽和度數(shù)據(jù)、孔隙度數(shù)據(jù)和滲透率數(shù)據(jù)的測(cè)井測(cè)量值；處理器，其在工作上與輸入設(shè)備相連接并包括用于執(zhí)行預(yù)定的軟件程序以實(shí)施對(duì)測(cè)井測(cè)量值的蒙特卡羅數(shù)值 分析來產(chǎn)生巖石學(xué)模型數(shù)據(jù)的裝置，所述巖石學(xué)模型數(shù)據(jù)表示限定生 產(chǎn)、非生產(chǎn)和不確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)性地帶的水飽和度和滲透率的 統(tǒng)計(jì)分布；和顯示器，其用圖形顯示生產(chǎn)地帶、非生產(chǎn)地帶和不確定的生產(chǎn)性 地帶。
11. 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述顯示器是使用不同的彩色編 碼的生產(chǎn)地帶、非生產(chǎn)地帶和不確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)性地帶的彩色 顯示器。
12. 權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中處理器包括 用于依據(jù)方程(2)由測(cè)井測(cè)量值確定儲(chǔ)層的水飽和度的裝置<formula>formula see original document page 3</formula>其中Sw是水飽和度，Rw是原生地層水的電阻率，O是由測(cè)井測(cè)量值計(jì)算的孔隙度，Rt是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的地層電阻率，n是飽和度指數(shù)， 以及m是膠結(jié)指數(shù)。
13. 權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中處理器包括 用于依據(jù)方程(1)由測(cè)井測(cè)量值確定儲(chǔ)層的孔隙度的裝置<formula>formula see original document page 4</formula>( 1 )其中O)是地層孔隙度，pma是巖石的體基質(zhì)密度，pb是由密度工具測(cè) 量的體密度，pfluid是孔隙空間內(nèi)的流體密度。
14. 權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中①大約是0.25， Rw大約是0.012 歐姆-米，Rt大約是2歐姆-米，m大約是2以及n大約是1.6。
15. 權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中處理器包括 用于依據(jù)方程(3)由測(cè)井測(cè)量值確定儲(chǔ)層的滲透率的裝置<formula>formula see original document page 4</formula>(3)其中K是以毫達(dá)西(md)為單位的滲透率，①是由測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算的孔隙度以及Sw是水飽和度。
16.權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中處理器包括 用于依據(jù)方程(1)由測(cè)井測(cè)量值確定儲(chǔ)層的孔隙度的裝置<formula>formula see original document page 4</formula>(i)其中O是地層孔隙度，pma是巖石的體基質(zhì)密度，pb是由密度工具測(cè) 量的體密度，pfluid是孔隙空間內(nèi)的流體密度。
17. 權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中孔隙度O)大約是0.25。
18. —種用于識(shí)別碳?xì)浠衔锷a(chǎn)地帶的方法，包括 通過輸入設(shè)備接收與儲(chǔ)層相關(guān)的包括水飽和度數(shù)據(jù)、孔隙度數(shù)據(jù)和滲透率數(shù)據(jù)的測(cè)井測(cè)量值；將測(cè)井測(cè)量值傳送至在工作上與輸入設(shè)備相連接的處理器； 執(zhí)行預(yù)定的軟件程序以實(shí)施對(duì)測(cè)井測(cè)量值的蒙特卡羅數(shù)值分析； 產(chǎn)生巖石學(xué)模型數(shù)據(jù)，所述巖石學(xué)模型數(shù)據(jù)表示限定生產(chǎn)、非生產(chǎn)和不確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)性地帶的水飽和度和滲透率的統(tǒng)計(jì)分布；以及借助顯示裝置顯示生產(chǎn)、非生產(chǎn)和不確定的生產(chǎn)地帶。
19. 權(quán)利要求18所述的方法，其中對(duì)生產(chǎn)、非生產(chǎn)和不確定的碳?xì)?化合物生產(chǎn)性地帶的顯示包括借助彩色顯示裝置，使用不同的彩色編碼顯示生產(chǎn)、非生產(chǎn)和不 確定的碳?xì)浠衔锷a(chǎn)性地帶。
20. 權(quán)利要求18所述的方法，其中執(zhí)行預(yù)定的軟件程序以實(shí)施對(duì)測(cè) 井測(cè)量值的蒙特卡羅數(shù)值分析包括將測(cè)井測(cè)量值應(yīng)用于預(yù)先確定的方程以確定儲(chǔ)層的孔隙度、水飽 和度和滲透率。
全文摘要
識(shí)別碳?xì)浠衔锂a(chǎn)物的儲(chǔ)層地帶的系統(tǒng)和方法，其使用蒙特卡羅數(shù)值分析考慮測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)測(cè)量值和巖性參數(shù)中的不確定性。測(cè)井儀器響應(yīng)和巖芯測(cè)量以及儲(chǔ)層不均質(zhì)性中的隨機(jī)誤差被并入蒙特卡羅模擬，從而輸出適當(dāng)?shù)膸r石模型，以計(jì)算飽和度和滲透率的統(tǒng)計(jì)分布，用以限定生產(chǎn)、非生產(chǎn)和生產(chǎn)性不確定地帶，做為決定是否需要另外的測(cè)井、取芯巖或井測(cè)試數(shù)據(jù)以重新將不確定地帶分類為生產(chǎn)或非生產(chǎn)地帶的基礎(chǔ)。由于該分析中量化了不確定性，確定生產(chǎn)地帶或非生產(chǎn)地帶的確定性程度是已知的并可用于決定是否進(jìn)一步測(cè)試、激發(fā)或放棄儲(chǔ)層地帶。
文檔編號(hào)G01V1/40GK101583884SQ200780014570
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2007年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者C·布雷福德, D·G·凱西, H·阿爾-瓦希德, R·Y·埃瓦扎德 申請(qǐng)人:沙特阿拉伯石油公司