CN111810115B - 地层水污染率井下实时监测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
地层水污染率井下实时监测方法与装置，基于地层流体特性，构建一种计算水基泥浆污染率的检测方法，借助该方法，可以实时计算地层抽取流体样品的污染情况(地层水污染率，即纯净地层水和水基泥浆侵入液的比例)，指导勘探人员、解释人员区分地层水和水基泥浆侵入液。
Description
技术领域
本文涉及石油勘探和污染控制技术领域，尤指一种地层水污染率井下实时监测方法与装置。
背景技术
石油勘探中，获取井下真实地层流体的样本至关重要，地层流体反映的性质决定了后续油气开发是否进行和如何进行。地层取样中，地层测试器的探针与井壁紧密座封后，地层取样仪的活塞泵开始工作，通过探针中心的吸口抽取地层液体。因水基泥浆对地层的侵蚀作用，抽取的地层液体一般包括一定比例的水基泥浆滤液侵入液和纯净地层水的混合物，这与取得纯净地层水样品的目的相左。获得取样流体中水基泥浆滤液的比例，即水基泥浆的污染率，是决定取样时机的关键参数。取样流体混合物富含K+、Na+和Cl-等多种离子，离子的浓度、种类和水溶液的温度是决定溶液导电性能的主要影响因素。原有的地层流体取样方法，无法区分地层水和泥浆侵入液，无法准确计算出抽取流体样品的地层水和泥浆侵入液的比例——即计算地层水的污染程度，更无法计算和指导地层水取样时机的选择、抽取时间、泵抽排量的大小。
国内目前仅仅依靠地层测试器操作工程师和解释工程师的经验判断抽取的溶液是否是纯净的地层水样品，判断方法简单定性，不能本质上解决现场问题。
此外，常用方法还有地层流体现场离子检测法，可以一定程度上区分地层水和泥浆侵入液的比例。但该方法属于取样作业事后分析判断，不能在实时取样作业时给予理论支持、定量判断及现场作业指导。且该方法受各种变量影响较大，方法准确性较低。
发明内容
本申请提出了一种地层流体电导率的测量装置，基于该装置和流体特性，构建一种计算水基泥浆污染率的检测方法，借助该方法，可以实时计算地层抽取流体样品的污染情况(地层水污染率，即纯净地层水和水基泥浆侵入液的比例)，指导勘探人员、解释人员区分地层水和水基泥浆侵入液。
本申请提供了两种不同精度的测量方法，当要求地层水污染率的误差在10％-30％，所述方法简单计算容易，而且获得的结果精度可能在10％以下。
地层水污染率井下实时监测方法，当要求地层水污染率的误差在10％-30％时，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量所述水基泥浆的电导率Csjnj，并将步骤2)中得到的所述V和所述C带入式(1)得到地层水的电导率Cdcs；
式(1)中，C为所述地层流体的电导率，单位为S/m；Cdcs为所述地层水的电导率，单位为S/m；参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，αi单位为S/m4，αi的取值通过最小二乘法根据实际抽吸过程实时测量到的电导率C以及对应的地层流体泵抽体积V进行拟合、调试获取得到，所述拟合、调试获得的结果在1％精度范围内；地层流体泵抽体积V的单位为m3；
4)人为设定地层水污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs和所述Csjnj带入公式(2)，计算当污染率为k’时的地层流体的电导率C′，并将所述C′带入公式(1)中，结合步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤3)计算所述Cdcs时的参数n、m以及αi，得到理想的地层流体泵抽体积V′；
式(2)中，k为实际污染率；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m；
按照步骤2)的操作方式测量抽取V′时的地层流体电导率C″，并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入公式(2)，即可得到实际的地层水污染率。
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％-30％时所述地层水污染率井下实时监测方法，
步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′；
可选地，所述特定地层流体体积为6500-10000立方厘米。
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％-30％时所述地层水污染率井下实时监测方法，步骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上；可选地，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到。
另一方面，本申请提供了另一种地层水污染率井下实时监测方法，当地层水污染率的误差要求在10％以下时，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量水基泥浆的电导率Csjnj；
构建第一神经网络模型：将步骤2)测量得到的所述V作为输入神经元，所述C作为输出神经元构建第一神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层水电导率Cdcs；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
4)人为设定污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs，以及步骤3)中测量得到的所述Csjnj带入公式(3)，计算得到污染率为k’时的地层流体的电导率C′，
式(3)中，k为实际污染率；KT为温度系数，KT＝(T+20℃)/20℃，T为地层流体温度，单位为℃；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m；a、b、c为水基泥浆中的任一电解质水溶液质量浓度与该电解质水溶液电导率的二次函数关系中的系数，其中，a为二次函数中的二次项系数，b为二次函数中的一次项系数，c为二次函数中的常数项。
并将所述C′、步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤3)中测量得到的V和C通过最小二乘法进行拟合、调试获得αi、参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，带入公式(1)中，得到理想的地层流体泵抽体积V′；所述拟合、调试获得的结果在1％精度范围内。
按照步骤2)的操作测量抽取V′时的地层流体电导率C″；并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入公式(3)，即可得到实际的地层水污染率。
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％以下时所述地层水污染率井下实时监测方法，步骤3)中所述地层水电导率Cdcs的获取方法包括：
构建所述第一神经网络模型：所述第一神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V，所述输出神经元为C；带入步骤2)测量得到的V和C进行训练，训练完成后得到所述第一神经网络模型；设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs；
所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％以下时所述地层水污染率井下实时监测方法，步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％以下时所述地层水污染率井下实时监测方法，步骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上；
在本申请提供的地层水污染率的误差在10％以下时所述地层水污染率井下实时监测方法，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到；可选地，步骤4)中所述电解质为NaCl或KCl。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测方法，使用地层水污染率井下实时检测装置来实现。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测方法中，所述地层水污染率井下实时检测装置包含取样装置和电导率测量模块；所述取样装置包括取样探针，所述取样探针通过管路与电导率测量模块相连，所述电导率测量模块通过管路与取样装置出口相连。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测方法中，所述地层水污染率井下实时检测装置为地层测压取样仪EFDT。
此外，借助该模型可以计算抽取地层水所需要的必要的时间和泵抽排量。这些结果是地层测压取样作业中，油井公司所关心的参数，解决取样时间选择不当造成的取样失败和作业费用增加等长期困扰地层水取样作业的关键难题。使用本申请提供的方法，确定取样时机，即避免了因泵抽时间过短造成的取样污染率较高的取样失败问题，也避免了泵抽时间过长造成的经济损失。
本申请提出了一种测量装置和算法(公式(1)、公式(2)和公式(3))，借助电导率的测量装置，该算法可以用于区分取样流体中地层水和水基泥浆侵入液的比例。
在水基泥浆条件下的地层水取样作业中，借助该算法，可以实时计算出某一时刻抽取流体样品的地层水和水基泥浆侵入液的比例，即计算抽取地层水的污染率。
借助该算法，可以预测抽取一定纯度地层水样品所必须的泵抽体积、时间，这是地层测试器操作工程师和油公司人员非常关心的参数。借助泵抽体积、时间的预测值，可以解决抽取时间不足造成的地层水污染率过高的问题，也可以解决抽取时间过长造成时间、费用损失的问题。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本申请测量装置示意图。
附图标记：1、取样探针；2、电导率测量模块；3、取样装置出口；4、控制***。
图2为KCl的溶液质量浓度与其电导率的二次函数关系示意图。
图3为神经网络对纯净地层水电导率的预测图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本申请实施例中，k为测量得到的实际污染率，k’为人为设定的污染率；
在本申请实施例中，污染率为地层水和水基泥浆入侵液的质量比。
在本申请实施例中，当地层测试器通过探针吸口抽取无穷多液体之后，抽取到的液体可以视作纯净地层水，此时得到的流体电导率可以视作地层水电导率。
本申请实施例提供了当测量人员要求地层水污染率的误差在10％-30％时，地层水污染率井下实时监测方法，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量所述水基泥浆的电导率Csjnj，并将步骤2)中得到的所述V和所述C带入式(1)得到地层水的电导率Cdcs；
式(1)中，C为所述地层流体的电导率，单位为S/m；Cdcs为所述地层水的电导率，单位为S/m；参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，αi单位为S/m4，αi的取值通过最小二乘法根据实际抽吸过程实时测量到的电导率C以及对应的地层流体泵抽体积V进行拟合、调试获取得到，所述拟合、调试获得的结果在1％精度范围内；地层流体泵抽体积V的单位为m3；
4)人为设定地层水污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs和所述Csjnj带入公式(2)，计算当污染率为k’时的地层流体的电导率C′，并将所述C′带入公式(1)中，结合步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤3)计算所述Cdcs时的参数n、m以及αi，得到理想的地层流体泵抽体积V′；
式(2)中，k为实际污染率；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m。
按照步骤2)的操作方式测量抽取V′时的地层流体电导率C″，并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入公式(2)，即可得到实际的地层水污染率。
在本申请地层水污染率的误差在10％-30％的实施例中，步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′；
可选地，所述特定地层流体体积为6500-10000立方厘米。
在本申请地层水污染率的误差在10％-30％的实施例中，骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上；可选地，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到。
另一方面，本申请实施例提供了当地层水污染率的误差要求在10％以下时的地层水污染率井下实时监测方法，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量水基泥浆的电导率Csjnj；
构建第一神经网络模型：将步骤2)测量得到的所述V作为输入神经元，所述C作为输出神经元构建第一神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层水电导率Cdcs；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
4)人为设定污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs，以及步骤3)中测量得到的所述Csjnj带入公式(3)，计算得到污染率为k’时的地层流体的电导率C′，
式(3)中，k为实际污染率；KT为温度系数，KT＝(T+20℃)/20℃，T为地层流体温度，单位为℃；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m；a、b、c为水基泥浆中的任一电解质水溶液质量浓度与该电解质水溶液电导率的二次函数关系中的系数，其中，a为二次函数中的二次项系数，b为二次函数中的一次项系数，c为二次函数中的常数项。
并将所述C′、步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤3)中测量得到的V和C通过最小二乘法进行拟合、调试获得αi、参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，带入公式(1)中，得到理想的地层流体泵抽体积V′；所述拟合、调试获得的结果在1％精度范围内。
按照步骤2)的操作测量抽取V′时的地层流体电导率C″；并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入公式(3)，即可得到实际的地层水污染率。
在本申请地层水污染率的误差在10％以下的实施例中，步骤3)中所述地层水电导率Cdcs的获取方法包括：
构建所述第一神经网络模型：所述第一神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V，所述输出神经元为C；带入步骤2)测量得到的V和C进行训练，训练完成后得到所述第一神经网络模型；设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs；
可选地，所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
在本申请地层水污染率的误差在10％以下的实施例中，步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′；所述特定地层流体泵抽体积可以为一个人为设定的较大的泵抽体积，例如6500立方厘米，或者大于10000立方厘米。
在本申请地层水污染率的误差在10％以下的实施例中，步骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上；
在本申请地层水污染率的误差在10％以下的实施例中，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到；可选地，步骤4)中所述电解质为NaCl或KCl。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测方法使用地层水污染率井下实时检测装置来实现。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测的实施例中，所述地层水污染率井下实时检测装置包含取样装置和电导率测量模块2，所述取样装置和电导率测量模块2与控制***4相连；所述取样装置包括取样探针1，所述取样探针1通过管路与电导率测量模块相连，所述电导率测量模块通过管路与取样装置出口3相连。
在本申请提供的上述地层水污染率井下实时监测的实施例中，所述地层水污染率井下实时检测装置为地层测压取样仪EFDT。
实施例1
本实施例以渤海的某井为例，阐述水基泥浆条件下地层水污染率井下实时监测方法。
在测井过程中，钻井结束之后，勘探人员处理电导率测井、核磁测井和声波测井等测井数据之后，对地下特定深度的地层信息感兴趣，将地层测压取样仪EFDT进入井下目标地层。
要求地层流体样品污染率k’为20％，要求地层水污染率的误差为5％以下；基于该精度选取公式(1)和公式(3)用于计算污染率。
测量地层流体温度为100℃，计算得出公式(3)中KT为6；
在地面测量获取的水基泥浆的电导率Csjnj为50S/m；
基于BP神经网络模型预测地层水的电导率Cdcs为13.9S/m；
所述神经网络模型预测地层水的电导率Cdcs过程具体为：使用地层测压取样仪EFDT对地层水污染率进行井下泵抽地层流体，得到各时刻地层流体泵抽体积V以及相应的地层流体的电导率C。构建第一神经网络模型，选取三层BP神经网络，输入层一个神经元(各时刻地层流体泵抽体积V)，隐藏层十个神经元，输出层一个神经元(地层流体的电导率C)。激活函数sigmoid函数。训练方法采用SGD随机梯度下降方法。代价函数使用L2损失函数。将图3中的实际测量得到的地层流体电导率C和地层流体泵抽体积V作为输入数据训练该神经网络，设置损失为0.01，当训练的损失小于0.01时完成训练。
之后，使用得到的神经网络计算泵抽排量为10000立方厘米时的电导率13.9S/m，作为地层水的电导率的计算值Cdcs。
选取水泥基浆中的电解质氯化钾(KCl)，得到氯化钾水溶液的质量浓度和氯化钾水溶液电导率的二次函数关系：
y＝-55.891x2+148.08x+0.2346………………………(4)
式(4)中，y为氯化钾水溶液电导率的倒数，x为氯化钾水溶液的质量浓度；式(4)中的二次项系数-55.891为公式(3)中的a，一次项系数148.08为公式(3)中的b，常数项0.2346为公式(3)中的c。
水基泥浆条件下地层水污染率井下实时监测方法如下：
首先，将要求地层流体样品污染率k’带入公式(3)中，计算当污染率为k’时的地层流体的电导率C′；
其次，在公式(1)中带入公式(3)计算得到的C′以及Cdcs′，计算理想的地层流体泵抽体积V′，因为泵抽体积是泵抽时间的简单函数，可以根据上面计算出的必要的体积值计算出相应的泵抽时间。确定取样时机，既避免了因泵抽时间过短造成的取样污染率较高的取样失败问题，也避免了泵抽时间过长造成的经济损失。
之后，在确定的理想泵抽时间和理想的地层流体泵抽体积V′下，泵抽地层流体；测量得到地层流体的电导率C″；并将V′和C″带入BP神经网络模型，构建第二神经网络模型；选取三层BP神经网络，输入层一个神经元(各时刻地层流体泵抽体积V)，隐藏层十个神经元，输出层一个神经元(地层流体的电导率C)。激活函数sigmoid函数。训练方法采用SGD随机梯度下降方法。代价函数使用L2损失函数。设置损失为0.01，当训练的损失小于0.01时完成训练，得到更准确的地层水电导率的预测值Cdcs′；
最后，将得到的Cdcs′＝13.9、KT＝6、Csjnj＝50S/m带入公式(3)中，选取特定时刻的地层流体电导率C＝15S/m，计算得到该时刻地层流体的污染率k为4％；即地层流体中的地层水和水基泥浆入侵液的质量比为4:96。
对实施例1技术效果进行验证：将取到的样品在地面实验室，通过离子对比法得到的污染率是7％，与计算得到的污染率较为接近。
实施例2
本实施例渤海的某井为例，阐述水基泥浆条件下地层水污染率井下实时监测方法。
在测井过程中，钻井结束之后，勘探人员处理电导率测井、核磁测井和声波测井等测井数据之后，对地下特定深度的地层信息感兴趣，将地层测压取样仪EFDT进入井下目标地层。
要求地层流体样品污染率k’为20％；要求地层水污染率的误差为10％；基于该精度选取公式(1)和公式(2)用于计算污染率。
测量得到水基泥浆的电导率为Csjnj＝50S/m；基于该精度选取公式(2)用于计算污染率。
水基泥浆条件下地层水污染率井下实时监测方法如下：
首先，使用地层测压取样仪EFDT对地层水污染率进行井下泵抽地层流体，得到地层流体泵抽体积为V＝6500立方厘米时，相应的泵抽流体电导率C的关系曲线。基于公式(1)选取m值为1，n值为4，使用最小二乘法对曲线进行拟合，从而获得αi的取值。
其次，将m值为1，n值为4，以及上步得到的αi以及泵抽流体体积V相应的泵抽流体电导率C带入公式(1)，得到误差在10％下的地层水电导率Cdcs；
之后，将要求地层流体样品污染率k’＝0.2，水基泥浆的电导率Csjnj＝50S/m，地层水的电导率Cdcs＝13.9S/m带入公式(2)中，计算当污染率为k’时的地层流体的电导率C′；
再次，在公式(1)中带入Cdcs以及公式(2)计算得出的C′，计算理想的应抽取的地层流体的泵抽体积V′，因为泵抽体积是泵抽时间的简单函数，可以根据上面计算出的必要的体积值计算出相应的泵抽时间。确定取样时机，既避免了因泵抽时间过短造成的取样污染率较高的取样失败问题，也避免了泵抽时间过长造成的经济损失。
最后，在确定的泵抽时间和泵抽体积V′下，泵抽地层流体泵抽地层流体；测量得到地层流体的电导率C″；并将V′和C″带入BP神经网络模型，构建第二神经网络模型；选取三层BP神经网络，输入层一个神经元(各时刻地层流体泵抽体积V)，隐藏层十个神经元，输出层一个神经元(地层流体的电导率C)。激活函数sigmoid函数。训练方法采用SGD随机梯度下降方法。代价函数使用L2损失函数。设置损失为0.01，当训练的损失小于0.01时完成训练，得到更准确的地层水电导率的预测值Cdcs′；
最后，将得到的Cdcs′＝13.9、Csjnj＝50带入公式(2)中，选取特定时刻的地层流体电导率C＝15S/m，计算得到污染率k为3％；即在误差要求为10％时，地层流体中的地层水和水基泥浆入侵液的质量比为3:97。
本申请描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本申请所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
Claims (15)
1.地层水污染率井下实时监测方法，当要求地层水污染率的误差在10％-30％时，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量所述水基泥浆的电导率Csjnj，并将步骤2)中得到的所述V和所述C带入式(1)得到地层水的电导率Cdcs；
式(1)中，C为所述地层流体的电导率，单位为S/m；Cdcs为所述地层水的电导率，单位为S/m；参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，αi单位为S/m4，αi的取值通过最小二乘法根据实际抽吸过程实时测量到的电导率C以及对应的地层流体泵抽体积V进行拟合、调试获取得到；地层流体泵抽体积V的单位为m3；
4)人为设定地层水污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs和所述Csjnj带入式(2)，计算当污染率为k’时的地层流体的电导率C′，并将所述C′带入式(1)中，结合步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤3)计算所述Cdcs时的参数n、m以及αi，得到理想的地层流体泵抽体积V′；
式(2)中，k为实际污染率；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m；
按照步骤2)的操作方式测量抽取V′时的地层流体电导率C″，并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入式(2)，即可得到实际的地层水污染率。
2.根据权利要求1所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，
步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体泵抽体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′。
3.根据权利要求2所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，所述特定地层流体泵抽体积为6500-10000立方厘米。
4.根据权利要求1所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，步骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上。
5.根据权利要求4所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到。
6.地层水污染率井下实时监测方法，当地层水污染率的误差要求在10％以下时，所述方法包括：
1)在水基泥浆存在的条件下，使取样装置进入井下目标地层；
2)通过取样探针将地层流体抽入所述取样装置内，并使所述地层流体通过所述取样装置中设置的电导率测量装置，所述取样装置测量得到的地层流体泵抽体积为V；测量得到的地层流体的电导率为C；测量完成后将所述地层流体从所述取样装置的出口排出；
3)测量水基泥浆的电导率Csjnj；
构建第一神经网络模型：将步骤2)测量得到的所述V作为输入神经元，所述C作为输出神经元构建第一神经网络模型；构建完成后，预测特定地层流体泵抽体积时的地层水电导率Cdcs；
4)人为设定污染率k’的值，所述k’的取值范围是0％-70％，
将所述k’、步骤3)中得到的所述Cdcs，以及步骤3)中测量得到的所述Csjnj带入式(3)，计算得到污染率为k’时的地层流体的电导率C′，
式(3)中，k为实际污染率；KT为温度系数，KT＝(T+20℃)/20℃，T为地层流体温度，单位为℃；C为地层流体电导率，单位为S/m；Cdcs为地层水电导率，单位为S/m；Csjnj为水基泥浆的电导率，单位为S/m；a、b、c为水基泥浆中的任一电解质水溶液质量浓度与该电解质水溶液电导率的二次函数关系中的系数，其中，a为二次函数中的二次项系数，b为二次函数中的一次项系数，c为二次函数中的常数项；
并将所述C′、步骤3)中得到的所述Cdcs、步骤2)中测量得到的V和C通过最小二乘法进行拟合、调试获得αi、参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，带入式中，得到理想的地层流体泵抽体积V′；
式中，C为所述地层流体的电导率，单位为S/m；Cdcs为所述地层水的电导率，单位为S/m；参数n和m取-1≤n＜m≤4的整数，αi单位为S/m4，αi的取值通过最小二乘法根据实际抽吸过程实时测量到的电导率C以及对应的地层流体泵抽体积V进行拟合、调试获取得到；地层流体泵抽体积V的单位为m3；
按照步骤2)的操作测量抽取V′时的地层流体电导率C″；并使用所述V′作为输入神经元，所述C″作为输出神经元构建第二神经网络模型；预测特定地层流体泵抽体积时的地层流体电导率，即为地层水电导率Cdcs′；
5)将步骤4)中得到的C″，Cdcs′和步骤3)中得到的Csjnj带入式(3)，即可得到实际的地层水污染率。
7.根据权利要求6所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，
步骤3)中所述地层水电导率Cdcs的获取方法包括：
构建所述第一神经网络模型：所述第一神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V，所述输出神经元为C；带入步骤2)测量得到的V和C进行训练，训练完成后得到所述第一神经网络模型；设置输入神经元抽取特定地层流体泵抽体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs。
8.根据权利要求7所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，所述特定地层流体泵抽体积为6500-10000立方厘米。
9.根据权利要求6所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，
步骤4)中所述地层水电导率Cdcs′的获取方法包括：
构建所述第二神经网络模型：所述第二神经网络模型为输入1个神经元、10个隐藏神经元，输出1个神经元的BP神经网络模型，激活函数使用sigmoid函数，所述输入神经元为V′，所述输出神经元为C″；带入步骤4)测量得到的V′和C″进行训练，训练完成后得到所述第二神经网络模型，设置输入神经元抽取特定地层流体泵抽体积时对应的输出神经元地层流体电导率即为地层水电导率Cdcs′。
10.根据权利要求6所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，步骤2)中所述取样装置的取样探针座封于井壁上。
11.根据权利要求10所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，步骤3)中所述水基泥浆的电导率Csjnj在地面测量得到。
12.根据权利要求10所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，步骤4)中所述电解质为NaCl或KCl。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的地层水污染率井下实时监测方法，使用地层水污染率井下实时检测装置来实现。
14.根据权利要求13所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，所述地层水污染率井下实时检测装置包含取样装置和电导率测量模块；所述取样装置包括取样探针，所述取样探针通过管路与电导率测量模块相连，所述电导率测量模块通过管路与取样装置出口相连。
15.根据权利要求14所述的地层水污染率井下实时监测方法，其中，所述地层水污染率井下实时检测装置为地层测压取样仪EFDT。
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