Способ определения местоположения точек интенсификации разрыва пласта с использованием минералогического состава, а также соответствующие система и программный продукт

Способ определения местоположения точек интенсификации разрыва пласта с использованием минералогического состава, а также соответствующие система и программный продукт

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение в общем относится к методикам вскрытия пласта и, в частности, к оптимизации расположения интервалов разрыва на основании минералогического анализа пласта.

Уровень техники

[0002] Обычно для определения точек начала разрыва вдоль ствола скважины используют очень простые методы. Первую точку разрыва выбирают случайным образом или в том месте, где во время бурения был обнаружен газ (с весом, установленным участками с низким гамма-фактором), следующие точки разрыва равномерно разносят друг от друга. Этот способ исходит из предположения, что вдоль всей длины ствола скважины геологические и минералогические различия очень незначительны. Несмотря на то, что этот метод равномерного распределения разрывов вдоль ствола скважины прост и легок в реализации, он неэффективен для ориентации на потенциально продуктивные интервалы. Вместо этого оператор почти вслепую выбирает точки разрыва без учета технологии зондирования. В результате приблизительно 40% законченных кластеров никогда не отдавали углеводороды.

[0003] Соответственно, ввиду вышеуказанных недостатков, существует необходимость в разработке стратегии выполнения разрыва с использованием технологии зондирования для обеспечения оператора данными, позволяющими выбрать оптимальные интервалы разрыва, тем самым увеличивая эффективность разрыва и улучшая отдачу углеводородов скважиной.

Краткое описание чертежей

[0004] На фиг. 1 представлена блок-схема, представляющая систему оптимизации разрыва согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения;

[0005] На фиг. 2 представлена схема последовательности операций, представляющая способ для оптимизации разрыва согласно приведенной в качестве примера методике настоящего изобретения;

[0006] На фиг. 3 представлена каротажная диаграмма для оптимизации разрыва согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения и

[0007] На фиг. 4 представлена каротажная диаграмма для оптимизации разрыва согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения.

Раскрытие иллюстративных вариантов осуществления

[0008] Иллюстративные варианты осуществления и соответствующие методики настоящего изобретения раскрыты ниже в том виде, как они могут быть использованы в системе для оптимизации разрыва. Для ясности, не все признаки конкретной реализации или методики раскрыты в настоящем разделе. Понятно, что при разработке любого такого конкретного варианта осуществления должны быть решены многочисленные конкретные задачи для достижения определенных целей разработчиков, такие как соответствие ограничениям, относящимся к системе или к ведению бизнеса, которые будут отличаться в различных вариантах осуществления. Более того, понятно, что работы по практической реализации являются сложным и времязатратным процессом, однако являются обычной процедурой для специалистов в данной области техники. Другие аспекты и преимущества различных вариантов осуществления и соответствующих методик изобретения станут понятны после изучения нижеследующего раскрытия и чертежей.

[0009] На фиг. 1 представлена блок-схема системы 100 оптимизации разрыва согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления система 100 оптимизации разрыва содержит по меньшей мере один процессор 102, энергонезависимое машиночитаемое запоминающее устройство 104, приемо-передающий/сетевой модуль 105 связи, опциональные устройства 106 ввода/вывода, и опциональный дисплей 108, все соединено через системную шину 109. Программные инструкции, исполняемые процессором 102 и хранящиеся в модуле 110 оптимизации разрыва, раскрытые здесь в соответствие с приведенными в качестве примера вариантами осуществления, могут храниться в запоминающем устройстве 104 или в другой машиночитаемой среде.

[0010] Хотя это не следует явным образом из фиг. 1, необходимо понимать, что система 100 оптимизации разрыва может быть соединена с одной или несколькими общественными и/или частными сетями посредством соответствующих сетевых соединений. Также понятно, что программные инструкции, содержащие модуль 110 оптимизации разрыва, также могут быть загружены в запоминающее устройство 104 с компакт-диска или другой подходящей запоминающей среды через проводные или беспроводные средства.

[0011] На фиг. 2 проиллюстрирована приведенная в качестве примера методика, с помощью которой будет раскрыто, как система 100 оптимизации разрыва использует минералогический анализ для разработки каротажной диаграммы, способствующей оптимальному расположению интервалов разрыва. В основном минералогический анализ может быть определен как исследование химического состава, структуры и физических свойств минералов. На этапе 202 процессор 102, использующий модуль 110 оптимизации, строит калибровочный график по результатам минералогического анализа. Для завершения калибровки отбирают керны вдоль ствола скважины. Затем отбирают образцы по всей длине керна и анализируют их обычно спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой/масс-спектрометрией (ИСП). Другую группу образцов керна затем анализируют с использованием, например, рентгенофлуоресцентного спектрометра (РФС) или лазерно-искрового эмиссионного спектрометра (ЛИЭС), в зависимости от типа необходимых данных. В данном приведенном в качестве примера варианте осуществления образцы керна берут через каждые 1,5 фута. Используя химическую стратиграфию, процессор 102 устанавливает соответствие между данными ИСП и РФС или ЛИЭС на всех интервалах керна, тем самым определяя элементы и концентрации элементов/соединений основы и элементов/соединений, присутствующих в небольших количествах, что будет понятно специалисту в данной области техники. Как раскрыто ниже, эту информацию и соотношения элементов используют для определения и моделирования содержания глины, коэффициента относительной хрупкости (КОХ), окислительно-восстановительных металлов и повышенного коэффициента окислительно-восстановительных металлов (ПКОВМ).

[0012] Во время тестирования настоящего изобретения результаты анализа кернов позволили обнаружить восемь слоев, где содержание глины превышало 15%, и четыре слоя, где содержание глины превышало 30%. На основании этого была обнаружена прямая связь между значениями ПКОВМ (например, повышенным коэффициентом ванадия, урана, никеля, кобальта, меди, хрома и т.д.) и содержанием глины в стволах скважин. В результате было показано, что ПКОВМ соответствует числу раз, в которое содержание окислительно-восстановительных металлов превышает среднее содержание окислительно-восстановительных металлов в постархейском австралийском сланце (ПААС), стандартизированном по содержанию алюминия, с использованием следующего уравнения:

Уравнение 1.1: ПКОВМ = (RMV/AI(образец))/(RM/AI(ПААС)).

[0013] Кроме того, экспериментальные данные показали, что ПКОВМ является относительным показателем содержания общего органического углевода, обозначающего наличие углеводородов. Также значения КОХ становятся ниже при увеличении содержания глины, что означает более пластичную среду.

[0014] После завершения калибровки на этапе 202 образцы породы отбирают во время бурения ствола скважины на этапе 204. В приведенном в качестве примера варианте осуществления способы измерения во время бурения (ИВБ) и способы анализа по буровому раствору могут быть использованы для нахождения и анализа образцов обломочных пород, из которых может быть извлечена начальная информация. Также образцы могут отбирать с желаемой скоростью в вертикальных или горизонтальных участках ствола скважины. Например, скорость захвата образца через каждые 20-30 футов является обычной для горизонтальных участков ствола скважины. После сбора обломочные образцы просевают, ополаскивают растворителем для удаления как можно большего количества бурового раствора, и используют магнитную обработку для удаления возможных металлов, которые можно обнаружить подобным образом в образце во время бурения. В приведенном в качестве примера варианте осуществления анализ осуществляют на месте, чтобы помочь направленному бурению. Однако, как будет понятно специалисту в данной области техники, анализ также можно осуществлять дистанционно. Затем образцы высушивают, взвешивают, дробят и гранулируют.

[0015] На этапе 206 процессор 102 анализирует образцы, используя необходимые инструменты, такие как РФС, для определения элементов, составляющих гранулированные образцы. На этапе 208 процессор 102 использует элементные данные для генерирования каротажных данных. Полученные в результате данные об элементном составе, например содержании никеля, меди, ванадия или других окислительно-восстановительных металлов, указывают на богатые углеродом зоны. Например, если в пласте был обнаружен ванадий в больших концентрациях, может быть рассчитан повышенный коэффициент ванадия (ПКВ). Если в больших количествах присутствует более чем один окислительно-восстановительный металл, может быть выбран один из них или оба. Так, на этапе 208(a) процессор 102 использует один из окислительно-восстановительных металлов, ванадий, для определения ПКВ (используемый вместо ПКОВМ), по Уравнению 1.1, где «В» соответствует содержанию ванадия в образце, определенному с использованием РФС. Если ПКВ больше 1, то в среде присутствуют углеводороды. Если ПКВ больше 10, это означает обильную продуктивную зону. Соответственно, может быть использована система послойного ранжирования, идентифицирующая бедные, умеренные и обильные продуктивные интервалы, что будет понятно специалисту в данной области техники.

[0016] На этапе 208(b) процессор 102 производит гамма-каротаж на основании содержания урана в гранулированном образце. Здесь гамма-данные, полученные во время бурения, коррелируют относительно данных, полученных по проводной линии, для определения, требуются ли сдвиги по глубине. Затем процессор 102 формирует гамма-спектры (калия, тория и урана), указывающие на присутствие вулканической золы. Если обнаружена вулканическая зола, это означает, что точку разрыва располагать в этом месте нежелательно. На этапе 208(с) процессор 102 моделирует содержание глины и разбивает его на общую глину и иллитовую глину. Во время тестирования настоящего изобретения было обнаружено, что зоны с высоким содержанием общей глины эксплуатируются плохо. Затем процессор 102 определяет минералогический состав (208(d)), КОХ (208(e)), значения газа (208(f)) и СП (208(g)). Специалисту в данной области техники будет понятно, что существует множество разнообразных средств, посредством которых могут быть смоделированы и/или сгенерированы каротажные данные, определяемые на этапе 208.

[0017] На этапе 210 процессор 102 использует согласованные данные для генерирования и вывода каротажной диаграммы для оптимизации разрыва, которая будет использована для определения оптимальных интервалов начала разрыва. В альтернативном варианте осуществления процессор 102 также может сопоставлять сгенерированные каротажные данные с данными, полученными по проводной линии, в частности, в новых бассейнах, если подтверждена достоверность данных.

[0018] На фиг. 3 проиллюстрирована каротажная диаграмма 300 оптимизации разрыва, полученная системой 100 (этап 210) оптимизации разрыва, согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения. В столбце 302 показан ход скважины, который используют, чтобы показать наклон ствола скважины. В столбце 304 находятся присвоенные конечным пользователем обозначения различных горных слоев и пластов (например, литологические отметки), обеспечивающие соотношение между двумя различными единицами (например, соотношение между частными литологическими единицами и стандартными единицами химической стратиграфии). В столбце 306 показаны единицы химической стратиграфии, являющиеся единицами, используемыми для определения слоев химически подобных пород. В столбце 308 показано наложение данных гамма-каротажа и хемо-гамма-каротажа по шкале 0-150 АНИ (Американского нефтяного института) для определения точности задержки для образца, глубинной привязки к другим каротажным данным и расположению разрыва, качества образцов и внутрискважинных условий.

[0019] Далее на фиг. 3 в столбце 310 показаны данные гамма-спектров урана, калия и тория по шкале 0-100 АНИ, которые используют для определения континентального источника породы (обычно вулканического пепла), что может отражать высокое содержание глины и, таким образом, потенциальную опасность бурения. В столбце 312 показаны окислительно-восстановительные металлы, указывающие на общее содержание органического углерода, как было обнаружено во время тестирования настоящего изобретения; таким образом, присутствие окислительно-восстановительных металлов указывает на зоны с высоким содержанием органического углерода. В приведенном в качестве примера варианте осуществления в качестве окислительно-восстановительных металлов используют никель и уран, потому что приведенный в качестве примера ствол скважины содержал эти металлы. Однако специалисту в данной области техники будет понятно, что различные пласты содержат разные окислительно-восстановительные металлы, указывающие на присутствие углеродов. Никель нанесен на шкалу 0-20, в то время как уран на шкалу 0-4.

[0020] В столбце 314 показано содержание иллитовой глины по шкале 0-40%, что используют для определения иллито-смектической фракции отложения. Когда содержание иллитовой глины сопоставимо с данными РФА, это указывает на способность к набуханию глины в пласте. В приведенном в качестве примера варианте осуществления действительное процентное содержание иллитовой глины перечислено вдоль нанесенной линии, упрощая определение соответствующего процентного содержания на любой глубине. В столбце 316 показано общее содержание глины и ПКВ, используемые для определения общего процентного содержания глины и содержание ванадия (а также свидетельствует об осадочном происхождении породы). Общее содержание глины определяют по шкале 0-40%, в то время как ПКВ наносят на шкалу 1-25. В приведенном в качестве примера варианте осуществления общее процентное содержание глины указано вдоль нанесенной линии, что облегчает определение соответствующих процентов на любой глубине. В столбце 318 показано значение КОХ по шкале 70-100, рассчитанная кривая, указывающая способность к разрыву горной породы. В основном, как было обнаружено во время тестирования настоящего изобретения, большое значение КОХ указывает на повышенный потенциал разрыва.

[0021] В столбце 320 показан минералогический состав обломочной породы пласта по шкале 0-100. Блок 321 содержит список минералов, изображенных в столбце 320, наряду с обозначениями их закраски. Однако могут быть использованы другие обозначения для различения начертания одного минерала от другого, что будет понятно специалисту в данной области техники. В столбце 322 показаны газовые значения С1-С5, получаемые при анализе бурового раствора, отображенные на шкале 0,1-100. В столбце 324 показана измеренная во время бурения скорость проникновения (СП) наряду с анализом содержания общего углеводородного газа по буровому раствору. СП показана по шкале 0-300 фут/ч, в то время как единицы общего газа - по шкале 0-2500.

[0022] На фиг. 4 проиллюстрирована каротажная диаграмма 400 оптимизации разрыва, полученная системой 100 оптимизации разрыва согласно альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения. По существу каротажная диаграмма 400 оптимизации разрыва является упрощенной версией каротажной диаграммы 300, показывающей только данные 402 гамма-каротажа, содержание 404 общей глины, окислительно-восстановительных металлов 406, иллитовой глины 406 и КОХ 410. В этом варианте осуществления окислительно-восстановительный метал 406 показывают как ПКВ. Данные 402 гамма-каротажа показаны по шкале 0-150 АНИ, общее содержание 404 глины и иллитовой глины 406 - по шкале 0-100%, ПКВ - по шкале 0-25, а КОХ - по шкале 70-100. Однако, как упоминалось ранее, другие формации могут содержать другие окислительно-восстановительные металлы, которые могут быть использованы вместо упомянутых. Более того, специалисту в данной области техники будет понятно, что шкалы и диапазоны, используемые в каротажных диаграммах 300, 400 для оптимизации разрыва могут быть изменены при необходимости.

[0023] Как утверждалось ранее, оптимальное расположение интервалов разрыва определяют путем использования информации минералогического анализа, содержащейся в каротажных диаграммах 300 и 400 оптимизации разрыва. В приведенных в качестве примера вариантах осуществления первичными используемыми в определении параметрами являются КОХ, ПКВ и общее содержание глины. В других вариантах осуществления, однако, могут быть использованы другие окислительно-восстановительные металлы, такие как, например, уран, никель, медь, кобальт, хром и т.д. Также каротажная диаграмма 300 оптимизации разрыва содержит дополнительную информацию, помогающую геологу глубже понимать характеристики ствола скважины.

[0024] При тестировании настоящего изобретения было обнаружено, что интервалы, имеющие высокие значения КОХ, ПКОВМ и низкое содержание глины, предпочтительны (критерий оптимизации). В интервалах разрыва, удовлетворяющих этому критерию, легко инициировать разрыв, к тому же высокое значение КОХ обуславливает умеренную сложность разрыва. Высокие значения ПКОВМ являются целевыми параметрами, так как они подразумевают присутствие углеводородов, в то же время низкое содержание глины также предпочтительно для минимизации возможной потери сообщения между разрывом и стволом скважины из-за набухания глины и ее вклинивания (что приводит к закупорке разрыва).

[0025] Соответственно, после создания каротажных диаграмм 300 и 400 оптимизации разрыва системой 100 (этап 210) оптимизации разрыва, конечный пользователь (эксплуатирующий персонал и др.) может просмотреть каротажную диаграмму для определения наиболее оптимального места интервалов разрыва. Оператор затем изучит каротажные диаграммы 300, 400 для идентификации интервалов и их глубин с высокими значениями КОХ и ПКОВМ, и низким общим содержанием глины. Например, в каротажной диаграмме 400 оптимизации разрыва целевой интервал 412 удовлетворяет этому критерию. Поэтому этот интервал следует рассматривать как первичный целевой для операций разрыва. Другие интервалы, удовлетворяющие критерию оптимизации, затем могут быть целевыми в послойной методике или рассматриваться как альтернативные.

[0026] В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения система 100 оптимизации разрыва сама может определять оптимальное место для интервалов разрыва, на основании данных, показанных на каротажных диаграммах 300 и 400 оптимизации разрыва. В этом случае процессор 102, использующий модуль 110 оптимизации разрыва, будет выполнять анализ данных, показанных на каротажных диаграммах 300 и 400 оптимизации разрыва на этапе 210. Затем процессор 102 определит те интервалы, которые удовлетворяют критерию оптимизации и выдаст результаты. Результаты могут быть выданы в различных формах, таких как, например, в виде дополнительного столбца на диаграммах 300 и 400, в которой указаны оптимальные места разрыва и их соответствующие глубины, или выведена отдельным отчетом. Более того, идентифицированные интервалы могут быть ранжированы, например, - бедные, умеренные и обильные продуктивные интервалы.

[0027] Несмотря на то, что были показаны и раскрыты различные варианты осуществления и методики, изобретение не ограничивается этими вариантами осуществления и методиками, а содержит все модификации и альтернативные варианты, что будет понятно специалисту в данной области техники. Поэтому следует понимать, что идея изобретения не ограничивается определенными раскрытыми формами. Наоборот, идея изобретения охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, входящие в объем настоящего изобретения, что определено прилагаемой формулой изобретения.

1. Реализуемый компьютером способ определения местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины, содержащий:

(a) анализ образцов породы, взятых вдоль ствола скважины;

(b) определение общего содержания глины, повышенного коэффициента окислительно-восстановительного металла и коэффициента относительной хрупкости образцов породы;

(c) выдача каротажной диаграммы оптимизации разрыва, показывающей общее содержание глины, повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и коэффициент относительной хрупкости вдоль ствола скважины,

(d) определение местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины на основании каротажной диаграммы оптимизации разрыва,

причем указанные точки начала разрыва размещают вдоль ствола скважины в одном или нескольких интервалах, содержащих высокий коэффициент относительной хрупкости, высокий повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и низкое общее содержание глины.

2. Реализуемый компьютером способ по п. 1, в котором окислительно-восстановительный металл является по меньшей мере одним из следующего: ванадий, уран, никель, медь, кобальт или хром.

3. Реализуемый компьютером способ по п. 1, в котором этап (b) дополнительно содержит определение по меньшей мере одного из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в образцах породы.

4. Реализуемый компьютером способ по п. 3, в котором этап (с) дополнительно содержит выдачу каротажной диаграммы оптимизации разрыва, также отображающей, по меньшей мере, одно из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в одном или нескольких интервалах вдоль ствола скважины.

5. Реализуемый компьютером способ по п. 1, дополнительно содержащий выдачу установленных точек начала разрыва.

6. Система определения местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины, содержащая схему, выполненную с возможностью осуществления следующих этапов:

(a) выполняют анализ образцов породы, взятых вдоль ствола скважины;

(b) определяют общее содержание глины, повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и коэффициент относительной хрупкости образцов породы; и

(c) выдают каротажную диаграмму оптимизации разрыва, показывающую общее содержание глины, повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и коэффициент относительной хрупкости вдоль ствола скважины,

(d) определяют местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины на основании каротажной диаграммы оптимизации разрыва,

причем указанные точки начала разрыва размещают вдоль ствола скважины в одном или нескольких интервалах, содержащих высокий коэффициент относительной хрупкости, высокий повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и низкое общее содержание глины.

7. Система по п. 6, в которой окислительно-восстановительный метал представляет собой по меньшей мере одно из следующего: ванадий, уран, никель, медь, кобальт или хром.

8. Система по п. 6, в которой этап (b) дополнительно содержит этап определения по меньшей мере одного из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в образцах породы.

9. Система по п. 8, в которой этап (с) дополнительно содержит этап выдачи каротажной диаграммы оптимизации разрыва, также отображающей по меньшей мере одно из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в одном или нескольких интервалах вдоль ствола скважины.

10. Система по п. 7, дополнительно содержащая этап выдачи установленных точек начала разрыва.

11. Запоминающее устройство с компьютерным программным продуктом, содержащим инструкции, при исполнении которых по меньшей мере одним процессором, процессор реализует способ, содержащий следующие этапы:

(a) анализ образцов породы, взятых вдоль ствола скважины;

(b) определение общего содержания глины, повышенного коэффициента окислительно-восстановительного металла и коэффициента относительной хрупкости образцов породы;

(c) выдача каротажной диаграммы оптимизации разрыва, показывающей общее содержание глины, повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и коэффициент относительной хрупкости одного или нескольких интервалов вдоль ствола скважины,

(d) определение местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины на основании каротажной диаграммы оптимизации разрыва,

причем указанные точки начала разрыва размещают вдоль ствола скважины в одном или нескольких интервалах, содержащих высокий коэффициент относительной хрупкости, высокий повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и низкое общее содержание глины.

12. Запоминающее устройство по п. 11, в котором окислительно-восстановительный метал является, по меньшей мере, одним из следующего: ванадий, уран, никель, медь, кобальт или хром.

13. Запоминающее устройство по п. 11, в котором реализуемый этап (b) дополнительно содержит этап определения, по меньшей мере, одного из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в образцах породы.

14. Запоминающее устройство по п. 13, в котором реализуемый этап (с) дополнительно содержит этап вывода каротажной диаграммы оптимизации разрыва, также отображающей, по меньшей мере, одно из следующего: данные гамма-каротажа, скорость проникновения или содержание иллитовой глины в одном или нескольких интервалах вдоль ствола скважины.

15. Запоминающее устройство по п. 11, дополнительно содержащий реализацию этапа выдачи установленных точек начала разрыва.

16. Способ определения местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины, содержащий:

(a) анализ минералогических параметров образцов породы, взятых вдоль ствола скважины; и

(b) определение местоположения точек начала разрыва в одном или нескольких интервалах вдоль ствола скважины на основании минералогических параметров образцов породы, соответствующих указанным одному или нескольким интервалам вдоль ствола скважины, причем указанные один или несколько интервалов имеют минералогические параметры, содержащие высокий коэффициент относительной хрупкости, высокий повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и низкое общее содержание глины.

17. Способ по п. 16, в котором этап (b) дополнительно содержит создание каротажной диаграммы, отображающей минералогические параметры одного или нескольких интервалов вдоль ствола скважины, местоположение точек начала разрыва, определяемых на основании каротажной диаграммы.

18. Способ по п. 16, дополнительно содержащий ранжирование одного или нескольких интервалов на основании продуктивной способности, определенной по минералогическим параметрам.

19. Способ по п. 16, в котором повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла представляет собой, по меньшей мере, повышенный коэффициент ванадия, никеля, хрома, кобальта, меди или урана.