СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТОГО ПЛАСТА
METHOD OF MEASURING PERMEABILITY OF POROUS STRATUM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области нефтяной промышленности, а именно к способам измерения проницаемости пористых пластов, и может быть использовано для определения свойств пористых пластов вблизи забойной зоны скважины, например проницаемости, которая является важным фактором для оценки продуктивности скважины и эффективности ее эксплуатации.
Уровень техники
Известны способы определения проницаемости пласта, основанные на акустическом возбуждении насыщенного пласта и последующем использовании электрокинетического эффекта (см. патент США №3599085). В патенте США №2814017 описан метод определения проницаемости пласта, который заключается в измерении разности фаз между периодическими волнами давления, прошедшими через пласт, и потенциалами, порожденными колебательным движением пласта, которое вызвано этими волнами давления, и, наоборот, в подаче периодически меняющегося электрического тока в пластовый флюид с целью генерации периодических волн давления в пласте.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ определения проницаемости пласта, описанный в патенте США №5417104, который описывает способ измерения проницаемости пористого пласта, насыщенного жидкостью, вблизи забойной зоны скважины посредством электромагнитных датчиков, помещенных в скважину. Основным недостатком данного способа является сложность процесса проведения измерений и малая эффективность с точки зрения минимизации погрешности измерений.
Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании простого и эффективного способа измерения проницаемости пористого пласта вблизи забойной зоны скважины.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого технического решения, заключается в повышении точности измерения за счет исключения влияния на результаты измерения негативных электрических параметров, а также в упрощении процесса измерения.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что способ измерения проницаемости пористого пласта, насыщенного жидкостью, вблизи забойной зоны скважины посредством электродов, помещенных в скважину, заключается в том, что на пористый пласт, насыщенный жидкостью, воздействуют импульсом напряжения, в спектре которого преобладают низкие частоты, измеряют электрическое сопротивление и емкость области пласта между электродами. Полная емкость области пористого пласта между электродами включает в себя электрическую емкость, связанную с движением жидкости, и электрическую емкость, характеризующую пористый пласт в случае неподвижности жидкости в поровом пространстве. Затем воздействуют импульсом напряжения, в спектре которого преобладают низкие частоты, измеряют емкость, характеризующую пористый пласт в случае неподвижности жидкости в поровом пространстве, вычисляют электрическую емкость, связанную с движением жидкости в пористом пласте, рассчитывают время задержки движения жидкости в поровом пространстве насыщенного пористого пласта и определяют проницаемость насыщенного пористого пласта.
При проведении поиска по патентной и научно-технической информации не было обнаружено решений, содержащих всей совокупности предлагаемых признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «новизна».
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На чертеже а и б изображены схемы проведения измерений, где
А - амперметр, измеряющий силу тока в зависимости от времени,
Е - источник переменного напряжения,
Z - универсальный измеритель параметров электрической нагрузки.
Жирными пунктирными линиями обозначена эффективная электрическая схема участка пористого пласта между электродами - 1.
При приложении напряжения к пористому пласту, насыщенному жидкостью с конечной электропроводностью, электрический ток в основном течет по жидкости. При этом возникает направленное движение заряженных частиц в жидкости под воздействием приложенного электрического поля. Движущиеся частицы (ионы) увлекают за собой жидкость, и через некоторое характерное время жидкость начинает двигаться, увеличивая интегральную силу тока за счет тока, обусловленного течением жидкости.
При учете существования временной задержки между током, возникающим за счет движения ионов (током проводимости), и током течения можно выделить ток течения при проведении релаксационных или частотных электрических измерений. При приложении напряжения наибольший интерес представляет «часть тока», который возникает с задержкой и который целесообразно использовать для определения проницаемости пористого пласта. Временная задержка может быть охарактеризована с помощью введения в электрическую цепь эффективной емкости, отвечающей за «ток течения». Таким образом, необходимо измерить эффективную емкость области пласта между электродами для пористого пласта, насыщенного жидкостью.
Σ
env
f
f
Σ
env
f
На пористый пласт, насыщенный жидкостью, непосредственно примыкающий к скважине, посредством электродов, помещенных в скважину, воздействуют импульсом напряжения V(t), в спектре которого преобладают низкие частоты. В таком случае жидкость в порах имеет достаточно времени для того, чтобы начать двигаться. При помощи амперметра, записывающего силу тока в реальном масштабе времени, проводят измерения силы тока I(t), определяют сопротивление R и емкость С области пористого пласта между электродами, которая включает в себя емкость, связанную с движением жидкости, и емкость, которая соответствует случаю, когда жидкость в пористом пласте неподвижна (см. чертеж а), либо проводят прямое измерение электрической емкости и сопротивления области пласта с использованием современных универсальных измерителей параметров электрической нагрузки (см., например, http://kite.ru/articles/measure/2002_06_154.php) при низкой частоте прикладываемого сигнала (см. чертеж б). Затем к электродам прикладывают высокочастотный сигнал напряжения V(t), когда жидкость внутри пор не успевает начать двигаться и, следовательно, не дает вклада в измеряемые величины, измеряют силу тока I(t) и определяют электрическую емкость C цепи, соответствующую неподвижному состоянию жидкости в поровом пространстве (см. чертеж а), либо проводят прямое измерение электрической емкости и сопротивления области пласта с использованием современных универсальных измерителей параметров электрической нагрузки при высокой частоте прикладываемого сигнала (см. чертеж б). После чего вычисляют емкость C, характеризующую движение жидкости в порах, исходя из соотношения C=С-C, и характерное время τ.
Гидродинамическая оценка характеристического времени или времени задержки для движения жидкости в поровом пространстве насыщенного пористого пласта определяется из соотношения
,
f
f
f
Σ
env
где k - проницаемость пористой среды, ρ и η - плотность и вязкость пластовой жидкости соответственно. Плотность и вязкость пластовой жидкости известны из других ранее произведенных измерений, например из анализа проб жидкости, взятых при бурении, тестировании или эксплуатации скважины. При этом под временем задержки движения жидкости подразумевается время установления течения жидкости в поровом пространстве насыщенного пористого пласта. В данном случае время может быть рассчитано из измерений электрического сопротивления и емкости жидкостью пористой среды τ=RC=R(C-C).
Тогда результирующая формула для оценки проницаемости насыщенной породы выглядит следующим образом:
,
f
где k - проницаемость пористой среды, ρ - плотность пластовой жидкости, η - вязкость пластовой жидкости.
Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его осуществление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.