專利名稱：地層感測(cè)與評(píng)估鉆探的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總體上涉及地球地層或儲(chǔ)藏的測(cè)試與采樣。更具體地說，本公開內(nèi)容涉及在鉆探操作過程中原地評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)，尤其涉及利用配置成評(píng)估感興趣參數(shù)的可延伸元件執(zhí)行評(píng)估。
背景技術(shù)：
為了獲得例如油和氣的碳?xì)浠衔?，通過旋轉(zhuǎn)附連在鉆柱末端的鉆頭來鉆取鉆孔。目前很大比例的鉆探活動(dòng)涉及定向鉆探，即，鉆取偏斜的和水平的鉆孔，來增加碳?xì)浠衔锂a(chǎn)量和/或從地球地層取出附加的碳?xì)浠衔铩，F(xiàn)代的定向鉆探系統(tǒng)通常采用具有井底鉆具組件(BHA)的鉆柱和位于其末端的鉆頭，其中鉆頭被鉆探電動(dòng)機(jī)(泥漿電動(dòng)機(jī))和/或通過旋轉(zhuǎn)鉆柱來旋轉(zhuǎn)。設(shè)置成緊靠鉆頭的多個(gè)井下設(shè)備測(cè)量與鉆柱關(guān)聯(lián)的某些井下操作參數(shù)。這種設(shè)備一般包括用于測(cè)量井下溫度與壓力的傳感器、方位角與傾斜測(cè)量設(shè)備及電阻率測(cè)量設(shè)備，以便確定碳?xì)浠衔锖退拇嬖?。稱為隨鉆測(cè)井(LWD)工具的附加井下儀器常常附連到鉆柱，以便在鉆探操作過程中確定地層地質(zhì)概況和地層流體情況。鉆孔通常是沿著預(yù)定的路徑鉆取的并且典型鉆孔的鉆探前進(jìn)通過各種地層。鉆探操作人員一般控制地面控制的鉆探參數(shù)，例如鉆壓、通過鉆桿的鉆探流體流、鉆柱旋轉(zhuǎn)速度及鉆探流體的密度和粘度，以便優(yōu)化鉆探操作。井下操作條件持續(xù)變化并且操作人員必須對(duì)這種變化作出反應(yīng)并且調(diào)整地面控制的參數(shù)，來優(yōu)化鉆探操作。對(duì)于在未開發(fā)過的區(qū)域鉆取鉆孔，操作人員一般具有提供地下地層的宏觀圖片與預(yù)先計(jì)劃好的鉆孔路徑的地震勘測(cè)圖。對(duì)于在相同的地層中鉆取多個(gè)鉆孔，操作人員還必須具有關(guān)于在所述相同地層中先前鉆取過的鉆孔的信息。碳?xì)浠衔飬^(qū)可以在鉆探過程中或者之后測(cè)試。一種類型的測(cè)試涉及從地層產(chǎn)生流體并且利用探頭或雙封隔器(dual packer)收集樣本、降低測(cè)試體積中的壓力并且允許壓力增加到一個(gè)靜態(tài)水平。該序列序可以在單個(gè)鉆孔中的幾個(gè)不同深度或點(diǎn)重復(fù)幾次。測(cè)試可以包括把地層或者來自地層的樣本暴露于激勵(lì)，例如聲能或電磁能。從這些測(cè)試，可以得到用于估計(jì)關(guān)于地層的感興趣參數(shù)的信息。通過鉆孔帶到上面的樣本可能被鉆孔中的其它物質(zhì)(包括鉆探流體)污染。這種污染的風(fēng)險(xiǎn)限制了樣本的地面分析的價(jià)值。此外，地層的一些參數(shù)可能僅僅是在發(fā)生鉆探的地方的深度和條件下估計(jì)的。由于鉆探流體的進(jìn)入(鉆探流體可能會(huì)與本來的地層流體混合或者取代本來的地層流體)，因此地層較深區(qū)域(在泥漿侵入?yún)^(qū)之外)的屬性可能與緊靠鉆孔的那些區(qū)域不同。這種污染可能導(dǎo)致對(duì)地層較深區(qū)域?qū)傩缘腻e(cuò)誤測(cè)量。需要用于在鉆探處理中評(píng)估地層感興趣參數(shù)的方法與裝置。本公開內(nèi)容討論滿足這種需求的方法與裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在多個(gè)方面，本公開內(nèi)容總體上涉及地下地層或儲(chǔ)藏的測(cè)試與采樣。更具體而言，本公開內(nèi)容涉及在鉆探過程中原地評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)，并且，尤其涉及利用配置成評(píng)估感興趣參數(shù)的可延伸元件來執(zhí)行評(píng)估。根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例包括一種用于評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)的裝置，包括:具有縱軸的井底鉆具組件(BHA);及位于BHA上的至少一個(gè)可延伸元件，所述至少一個(gè)可延伸元件包括具有配置成接收地層流體的嘴部的鉆頭，鉆頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。根據(jù)本公開內(nèi)容的另一種實(shí)施例包括一種用于評(píng)估地球地層感興趣參數(shù)的方法，包括:把具有縱軸的井底鉆具組件(BHA)輸送到鉆孔中；利用BHA上的至少一個(gè)可延伸元件上的至少一個(gè)鉆頭穿透地球地層，以在與所述縱軸傾斜的方向形成通道，其中地球地層被穿透，超出污染區(qū)；及評(píng)估感興趣的參數(shù)。為了以下其具體描述可以得到更好的理解，并且為了讓人認(rèn)識(shí)到它們所代表的對(duì)本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，已經(jīng)相當(dāng)廣義地對(duì)本公開內(nèi)容的較為重要的特征的例子進(jìn)行了概述。


為了對(duì)本公開內(nèi)容的具體理解，應(yīng)當(dāng)聯(lián)系附圖參考以下實(shí)施例的具體描述，在附圖中相同的元件給予相同的標(biāo)號(hào)，其中:圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的示例性鉆探系統(tǒng)的示意圖；圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的具有一個(gè)可延伸元件的示例性評(píng)估豐旲塊的不意圖；圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的具有兩個(gè)可延伸元件的示例性評(píng)估豐旲塊的不意圖；圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例、具有部署在不同方位角方向中的三個(gè)可延伸元件的示例性評(píng)估模塊的示意圖；圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的用于原地估計(jì)地層流體的感興趣參數(shù)的方法的流程圖；圖6示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的用于估計(jì)地層的感興趣參數(shù)的方法的流程圖；圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例、利用兩個(gè)可延伸元件估計(jì)地層感興趣參數(shù)的方法的流程圖；以及圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例、利用至少一個(gè)可分離的可延伸元件估計(jì)地層的感興趣參數(shù)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本公開內(nèi)容總體上涉及地下地層或儲(chǔ)藏的測(cè)試與采樣。一方面，本公開內(nèi)容涉及在鉆探操作過程中原地評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)，并且在另一方面，涉及利用配置成評(píng)估感興趣參數(shù)的可延伸元件評(píng)估地球地層或地層流體的感興趣參數(shù)。所述感興趣的參數(shù)可以包括但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)地層流體或井筒鉆探流體的pH，(Ii)H2S濃度，
(iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(vi)流變屬性，(vii)熱傳導(dǎo)性，(viii)電阻率，(ix)化學(xué)成分，(X)反應(yīng)性，(xi)射頻屬性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收，(xiv)紫外線吸收，(XV)折射率，(XVi)磁屬性，(xvii)核自旋，(xviii)滲透性，(xix)孔隙度，(xx)核共振屬性，及(xxi)聲學(xué)屬性。地層中的流體可能由于與鉆探流體或者在鉆孔內(nèi)側(cè)或外側(cè)位于鉆孔壁附近的其它物質(zhì)接觸而被污染?？裳由煸梢园ㄓ糜诖┩傅貙拥你@頭，使得嘴部或探頭可以接觸未被污染的地層流體或地層區(qū)域。鉆頭還可以包括一個(gè)或多個(gè)用于估計(jì)地層的感興趣參數(shù)的傳感器。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器可以配置成估計(jì)，但不限于，以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(xix)機(jī)械力。鉆頭還可以包括配置成從地層生成響應(yīng)的激勵(lì)源。該源可以配置成生成，但不限于，(i)電磁輻射，( )電流，(iii)電壓，
(iv)磁場(chǎng)，(V)聲波，(vi)核輻射，及(vii)機(jī)械力。鉆頭和可延伸元件可以配置成在地層中創(chuàng)建通道。該通道可以相對(duì)于井底鉆具組件的縱軸傾斜。在一些實(shí)施例中，可延伸元件可以包括一個(gè)或多個(gè)封隔器或密封，以便隔離具有無摻雜地層流體的地層部分與被鉆孔中鉆探流體污染的地層部分。在一些實(shí)施例中，通道中的流體可以用另一種流體代替。所述另一種流體可以用于執(zhí)行以下的一個(gè)或多個(gè):(i)清潔通道，( )改進(jìn)測(cè)量源和/或接收器設(shè)備的耦合，及(iii)化學(xué)地或者物理地修改通道或地層。當(dāng)?shù)貙恿黧w從地層移動(dòng)到井底鉆具組件中時(shí)，鉆頭的嘴部可以連接到延伸通過可延伸元件的管道并且配置成接收并保持地層流體的純度。在井底鉆具組件或者鉆探組件中，地層流體可以被存儲(chǔ)和/或通過附加的傳感器或測(cè)試裝備來分析。在一些實(shí)施例中，地層流體可以利用泵或者壓力差傳輸通過所述管道。本公開內(nèi)容很容易有不同形式的實(shí)施例。在附圖中示出并且在此將具體描述本公開內(nèi)容的具體實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是所公開內(nèi)容的原理的示例，而不是要把所公開內(nèi)容限定在在此所說明和描述的那些。事實(shí)上，顯而易見地，本公開內(nèi)容的教導(dǎo)可以對(duì)多種鉆井工具并且在鉆井構(gòu)造與生產(chǎn)的所有階段中使用。相應(yīng)地，以下討論的實(shí)施例僅僅是例示本公開內(nèi)容的應(yīng)用。圖1示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的示例性鉆探系統(tǒng)100的示意圖，鉆探系統(tǒng)100包括具有附連到其底端的鉆探組件的鉆柱，其中鉆探組件包括轉(zhuǎn)向(steering)單元。圖1示出了包括鉆探組件或井底鉆具組件(BHA) 190的鉆柱120，其中BHA190通過載體122在鉆孔126中輸送。鉆 探系統(tǒng)100包括在平臺(tái)或底板112上豎立的傳統(tǒng)井架111，其中平臺(tái)或底板112支撐以期望的旋轉(zhuǎn)速度被原動(dòng)機(jī)(例如電動(dòng)機(jī)(未示出))旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)114。具有在其底端附連的鉆探組件190的載體122，例如有節(jié)鉆桿，從地面延伸到鉆孔126的底部151。附連到鉆探組件190的鉆頭150在其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以鉆取鉆孔126的時(shí)候分解地層。鉆柱120經(jīng)Kelly接頭121、轉(zhuǎn)環(huán)128和管線129通過滑輪耦合到絞車130。絞車130操作成控制鉆壓(“W0B”)。代替被原動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)114旋轉(zhuǎn)，鉆柱120可以被頂部驅(qū)動(dòng)器(未不出)旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，撓性管可以用作載體122。油管噴射器114a可以用于輸送具有附連到其底端的鉆探組件的撓性管。絞車130和油管噴射器114a的操作在本領(lǐng)域是眾所周知的，因而在此不具體描述。來自其源132 (例如泥漿池)的合適的鉆探流體131 (也稱為“泥漿”)在壓力下通過泥漿泵134循環(huán)通過鉆柱120。鉆探流體131從泥漿泵134經(jīng)波動(dòng)消除器136和流體管線138進(jìn)入鉆柱120。來自載體122的鉆探流體131a在鉆孔底部151通過鉆頭150中的開口排放。返回的鉆探流體131b向上循環(huán)通過鉆柱120和鉆孔126之間的環(huán)形空間127并且經(jīng)返回管線135和從返回的鉆探流體131b除去鉆屑186的鉆屑篩管185返回到泥漿池132。管線138中的傳感器S1提供了關(guān)于流體流速的信息。地面扭矩傳感器S2和與鉆柱120關(guān)聯(lián)的傳感器S3分別提供關(guān)于鉆柱120的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度的信息。油管噴射速度是從傳感器S5確定的,而傳感器S6提供鉆柱120的懸重。在一些應(yīng)用中，鉆頭150是只通過旋轉(zhuǎn)鉆桿122來旋轉(zhuǎn)的。但是，在許多其它應(yīng)用中，位于鉆探組件190中的井下電動(dòng)機(jī)155 (泥漿電動(dòng)機(jī))也旋轉(zhuǎn)鉆頭150。給定BHA190的穿透速率大大依賴于WOB或者鉆頭150上的推力及其旋轉(zhuǎn)速度。泥漿電動(dòng)機(jī)155經(jīng)位于軸承組件157中的驅(qū)動(dòng)軸耦合到鉆頭150。當(dāng)鉆探流體131在壓力下通過泥漿電動(dòng)機(jī)155時(shí)，泥漿電動(dòng)機(jī)155旋轉(zhuǎn)鉆頭150。一方面，軸承組件157支撐鉆頭的徑向和軸向力、泥漿電動(dòng)機(jī)155的向下推力及來自所施加的鉆壓的反應(yīng)性向上負(fù)荷。地面控制單元或控制器140經(jīng)設(shè)置在流體管線130中的傳感器143從井下傳感器和設(shè)備接收信號(hào)并且從系統(tǒng)100中所使用的傳感器S1-S6和其它傳感器接收信號(hào)，并且根據(jù)提供給地面控制單元140的編程指令處理這些信號(hào)。地面控制單元140在顯示器/監(jiān)視器142上顯示由操作人員用來控制鉆探操作的期望的鉆探參數(shù)和其它信息。地面控制單元140可以是基于計(jì)算機(jī)的單元，其可以包括處理器147(例如微處理器)，例如固態(tài)存儲(chǔ)器、帶或硬盤的存儲(chǔ)設(shè)備144及存儲(chǔ)設(shè)備144中的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序146，所述計(jì)算機(jī)程序可以讓處理器147訪問以便執(zhí)行所述程序中所包含的指令。地面控制單元140還可以與遠(yuǎn)程控制單元148通信。地面控制單元140可以處理關(guān)于鉆探操作的數(shù)據(jù)、來自地面上的傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)、從井下接收到的數(shù)據(jù)，并且可以控制井下和地面設(shè)備的一種或多種操作。數(shù)據(jù)可以以模擬或數(shù)字形式發(fā)送。BHA還可以包含地層評(píng)估傳感器或設(shè)備(也稱為隨鉆測(cè)量(“MWD”)或隨鉆測(cè)井(“LWD”)傳感器)，用于確定電阻率、密度、孔隙度、滲透性、聲學(xué)屬性、核磁共振屬性、地層壓力、井下流體的屬性或特性，及圍繞鉆探組件190的地球地層195的其它期望屬性。這種傳感器通常在本領(lǐng)域中是已知的，并且為了方便在這里總體上用標(biāo)號(hào)165來指示。鉆探組件190還可以包括多種其它傳感器與設(shè)備159,用于確定BHA的一個(gè)或多個(gè)屬性(例如振動(dòng)、彎矩、加速度、振蕩、渦動(dòng)、滯滑等)和鉆探操作參數(shù)(例如鉆壓、流體流速、壓力、溫度、穿透速率、方位角、刀面、鉆頭旋轉(zhuǎn)等)。為了方便，所有這樣的傳感器都用標(biāo)號(hào)159指示。設(shè)備159可以包括評(píng)估模塊200。鉆探組件190包括用于沿期望的鉆探路徑使鉆頭150轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向裝置或工具158。一方面，轉(zhuǎn)向裝置可以包括具有多個(gè)施力構(gòu)件161a-161n的轉(zhuǎn)向單元160，其中轉(zhuǎn)向單元至少部分地集成到鉆探電動(dòng)機(jī)中。在另一種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向裝置可以包括轉(zhuǎn)向單元158，該轉(zhuǎn)向單元158具有彎接頭和確定彎接頭在井筒中的朝向的第一轉(zhuǎn)向設(shè)備158a及保持彎接頭沿選定的鉆探方向的第二轉(zhuǎn)向設(shè)備158b。MWD系統(tǒng)可以包括用于提供關(guān)于BHA、鉆柱、鉆頭和例如鉆探電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向單元、推進(jìn)器等井下裝備的期望動(dòng)態(tài)鉆探參數(shù)的信息的傳感器、電路系統(tǒng)和處理軟件與算法。示例性傳感器包括，但不限于，鉆頭傳感器、RPM傳感器、鉆壓傳感器、用于測(cè)量泥漿電動(dòng)機(jī)參數(shù)(例如，泥漿電動(dòng)機(jī)定子溫度、跨泥漿電動(dòng)機(jī)的不同壓力和通過泥漿電動(dòng)機(jī)的流體流速)的傳感器，及用于測(cè)量加速度、振動(dòng)、渦動(dòng)、徑向移位、滯滑、扭矩、震動(dòng)、振動(dòng)、應(yīng)變、應(yīng)力、彎矩、鉆頭跳動(dòng)、軸向推力、摩擦力、向后旋轉(zhuǎn)、BHA屈曲和徑向推力的傳感器。沿鉆柱分布的傳感器可以測(cè)量物理量，例如鉆柱加速度與應(yīng)變、鉆柱孔中的內(nèi)部壓力、環(huán)中的外壓力、振動(dòng)、溫度、鉆柱內(nèi)部的電和磁場(chǎng)強(qiáng)度、鉆柱的孔等。用于進(jìn)行動(dòng)態(tài)井下測(cè)量的合適系統(tǒng)包括由BAKER HUGHES公司制造的COPILOT，該系統(tǒng)為一種井下測(cè)量系統(tǒng)。合適的系統(tǒng)還在于1998 年由 G.Heisig 和 J.D.Macpherson 在 SPE49206 上發(fā)表的 “Downhole Diagnosis ofDrilling Dynamics Data Provides New Level Drilling Process Control to Driller，，中進(jìn)行了討論。MWD系統(tǒng)100可以包括位于合適位置(例如BHA190上的178)的一個(gè)或多個(gè)井下處理器。處理器可以是使用在合適的機(jī)器可讀介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)程序的微處理器，所述計(jì)算機(jī)程序使處理器執(zhí)行控制與處理。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括R0M、EPR0M、EAR0M、EEPR0M、閃存存儲(chǔ)器、RAM、硬盤驅(qū)動(dòng)器和/或光盤。例如電力和數(shù)據(jù)總線、電源等的其它裝備對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。在一種實(shí)施例中，MWD系統(tǒng)使用泥漿脈沖遙感在發(fā)生鉆探操作的同時(shí)把來自井下位置的數(shù)據(jù)傳送到地面。地面處理器147可以處理地面測(cè)量的數(shù)據(jù)以及從井下處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)，以便評(píng)估地層的巖性。盡管鉆柱120示為傳感器165的輸送系統(tǒng)，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開內(nèi)容的實(shí)施例可以結(jié)合經(jīng)剛性(例如，有節(jié)管或撓性管)以及非剛性(例如，鋼絲繩、鋼絲、易纜)輸送系統(tǒng)輸送的工具一起使用。井下鉆探組件(未示出)可以包括用于在鉆柱或鋼絲繩上實(shí)現(xiàn)本公開內(nèi)容實(shí)施例的井底鉆具組件和/或傳感器與裝備。圖2示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例的位于BHA190上的示例性評(píng)估模塊200。評(píng)估模塊200可以包括配置成穿透地層195的可延伸元件210。可延伸元件210可以包括鉆頭220。鉆頭220可以包括可以結(jié)合到管道240的嘴部230，其中管道240穿行通過可延伸元件210的長(zhǎng)度。嘴部230可以是固定的或者可縮回的。在一些實(shí)施例中，嘴部230可以是可選的。嘴部230和鉆頭220可以配置成穿透鉆孔126的壁205、累積在壁205上的泥漿215及地層195。當(dāng)鉆探通過地層195時(shí)，鉆頭220可以創(chuàng)建通道250。使用鉆頭穿透地層僅僅是說明性和示例性的，因?yàn)槠渌牡貙臃纸庠O(shè)備也可以使用，例如，但不限于，超聲換能器、激光、高壓流體鉆及氣體噴射鉆。在一些實(shí)施例中，通道250和可延伸元件210可以設(shè)置成基本上與BHA190的縱軸290正交。正交性不應(yīng)當(dāng)解釋為限制，并且鉆頭可以相對(duì)于BHA的縱軸傾斜。鉆頭220還可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器224，其中所述一個(gè)或多個(gè)傳感器可以配置成響應(yīng)以下的一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生信號(hào):(i)電磁輻射，( )電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機(jī)械力。在一些實(shí)施例中，所述一個(gè)或多個(gè)傳感器224可以沿著可延伸元件210設(shè)置到鉆頭220上或者設(shè)置到鉆孔126中的BHA190上。鉆頭220還可以包括一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227，其中所述一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源可以配置成生成以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁輻射，( )電流，(iii)電壓，(iv)磁場(chǎng)，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機(jī)械力。在一些實(shí)施例中,所述一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227可以沿著可延伸元件210設(shè)置到鉆頭220上或者設(shè)置到鉆孔126中的BHA190上。一個(gè)或多個(gè)封隔器260可以沿可延伸元件210部署，把側(cè)通道250分成地層側(cè)部分254和鉆孔側(cè)部分257。密封或封隔器260可以配置成防止流體在部分254和部分257之間的流動(dòng)，從而減少地層流體污染的機(jī)會(huì)。在一些實(shí)施例中，封隔器260可以設(shè)置到地層195的泥漿侵入或污染區(qū)270的外面，以便進(jìn)一步減少污染的機(jī)會(huì)。在這里，“污染區(qū)”可以指地層中進(jìn)入的鉆探流體與本來的地層流體混合或者取代其的部分。在一些實(shí)施例中，封隔器260可以是可縮回的、可膨脹的和/或可延伸的。管道240可以操作性耦合到評(píng)估模塊200或井底鉆具組件190中的室280。室280可以包括用于評(píng)估、分析和/或保存地層流體樣本的測(cè)試裝備、傳感器和/或存儲(chǔ)裝備。一些實(shí)施例可以包括用于可以流經(jīng)管道240和嘴部230以便從通道250清除碎屑的流體的槽(未示出)。該流體可以類似于鉆探流體或于鉆探流體不同。在一些實(shí)施例中，評(píng)估模塊200可以包括用于到地面的雙向通信并且向井下部件提供電力的通信單元(未示出)和電源(未示出)。在一些實(shí)施例中，評(píng)估模塊200可以包括配置成控制評(píng)估單元200的井下控制器(未示出)。處理后的井下數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)送到地面，以便向鉆探操作人員提供井下條件或者驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果?？刂破骺梢园烟幚砗蟮臄?shù)據(jù)傳遞到位于井下的雙向數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。該井下通信系統(tǒng)可以把數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到地面通信系統(tǒng)(未示出)。本領(lǐng)域中有多種方法和裝置適于發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于本公開內(nèi)容，任何合適的系統(tǒng)都可以。圖3示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一種實(shí)施例的位于BHA190上的示例性評(píng)估模塊300。評(píng)估模塊300可以包括位于BHA190上并且從縱軸290傾斜的至少兩個(gè)可延伸元件210、310。這些位置可以在沿縱軸290的相同或不同位置和/或在相同或不同的方位角。可延伸元件210、310中的每一個(gè)都可以具有用于分解地層195以便形成通道250、350的鉆頭220、320。在一些實(shí)施例中，可延伸元件中的一個(gè)或多個(gè)可以具有用于接收地層流體的嘴部和管道。一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227可以沿可延伸元件210部署并且配置成把至少一種激勵(lì)施加到地層195中。一個(gè)或多個(gè)傳感器324可以沿可延伸元件310部署并且配置成從地層195接收信號(hào)或能量，其中信號(hào)或能量可以響應(yīng)由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227施加到地層195的激勵(lì)。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210、310中的一個(gè)或多個(gè)可以從BHA190分離和/或重新附連到其。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210、310中的一個(gè)或多個(gè)可以具有定位器器件(未示出)，使得已經(jīng)分離的可延伸元件210、310可以被定位，以重新附連到BHA190。定位器器件可以是任何常見的定位器，包括但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)射頻標(biāo)簽，(ii)聲學(xué)定位器，(iii)放射性標(biāo)簽，(iv)機(jī)械鎖，(V)系繩(tether),及(vi)定位信標(biāo)。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210、310中的一個(gè)或多個(gè)可以包括存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備(未示出)，用于在可延伸元件210、310可以從BHA190分離時(shí)記錄來自一個(gè)或多個(gè)傳感器的信息。圖4示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的另一種實(shí)施例的位于BHA190上的示例性評(píng)估模塊400。評(píng)估模塊400可以包括兩個(gè)或多個(gè)可延伸元件210、310、410，每個(gè)都具有位于鉆孔126中的鉆頭220、320、420。可延伸元件210、310、410可以延伸到地層195中，以分解部分地層并形成通道250、350、450。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源327可以沿可延伸元件310設(shè)置并且一個(gè)或多個(gè)傳感器424可以沿可延伸元件410設(shè)置。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210、310、410可以在從BHA190呈輻射狀的不同方位角方向中設(shè)置。在一些實(shí)施例中，可以使用多于三個(gè)的可延伸元件。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)可延伸元件可以設(shè)置在相同的方位角方向但是處于沿縱軸290的不同深度(圖3)。圖5示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例(圖2)的示例性方法500的一些步驟的流程圖，該方法用于測(cè)試和采樣來自地層或儲(chǔ)藏195的流體。在步驟510中，評(píng)估模塊200可以設(shè)置到鉆孔126中。在步驟520中，帶鉆頭220的可延伸元件210可以延伸到鉆孔126的壁205。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210可以在與BHA190的縱軸290傾斜的方向延伸。在步驟530中，鉆頭220可以分解部分地層195，以形成通道250。在地層195分解的過程中，鉆頭還會(huì)分解壁205的一部分和壁205上累積的碎屑或泥漿215。在步驟540中，一個(gè)或多個(gè)封隔器260可以膨脹或擴(kuò)張，以將通道250分成地層側(cè)部分254和鉆孔側(cè)部分257。所述一個(gè)或多個(gè)封隔器260還可以防止通道250中部分254與257之間的流體流動(dòng)。在步驟550中，地層流體可以通過鉆頭220上的嘴部230被接收到管道240中，管道240在可延伸元件210中。在步驟560中，地層流體可以傳輸通過管道240，到達(dá)室280。在步驟560中，室280中的地層流體樣本可以被測(cè)試或存儲(chǔ)，用于隨后測(cè)試，來估計(jì)地層流體的至少一個(gè)感興趣參數(shù)。所述地層流體的至少一個(gè)感興趣參數(shù)可以包括但不限于以下的一個(gè):
(i)pH，(ii) H2S濃度，(iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(vi)流變屬性，(vii)熱傳導(dǎo)性，
(viii)電阻率，(ix)化學(xué)成分，(X)反應(yīng)性，(xi)射頻屬性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收，(xiv)紫外線吸收，(XV)折射率，(xvi)磁屬性，(xvii)核自旋，(xviii)核共振屬性，及(xix)聲學(xué)屬性。在一些實(shí)施例中，可以將其它流體注入到通道中，代替被除去的流體或者沖洗通道。圖6示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例(圖2)的示例性方法600的流程圖，該方法用于測(cè)試和采樣地層或儲(chǔ)藏195。在步驟610中，評(píng)估模塊200可以設(shè)置到鉆孔126中。在步驟620中，帶鉆頭220的可延伸元件210可以延伸到鉆孔126的壁205。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210可以在與BHA190的縱軸290傾斜的方向延伸。在步驟630中，鉆頭220可以分解部分地層195，形成通道250。在地層195分解的過程當(dāng)中，鉆頭還可以分解部分壁205和壁205上累積的碎屑或泥漿215。在步驟640中，激勵(lì)可以施加到地層195。激勵(lì)可以由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227施加并且可以包括但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁福射，( )電流，(iii)電壓，(iv)磁場(chǎng)，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機(jī)械力。在步驟650中，可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器224響應(yīng)地層對(duì)一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)的響應(yīng)而生成至少一個(gè)信號(hào)。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器224可以配置成響應(yīng)但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機(jī)械力。在步驟660中，來自所述至少一個(gè)信號(hào)的信息可以被至少一個(gè)處理器用于估計(jì)地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)。所述地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)可以包括但不限于以下的一個(gè):(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導(dǎo)性，(v)電阻率，(vi)化學(xué)成分，(vii)反應(yīng)性，(viii)射頻屬性，(ix)紅外線吸收，(x)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性,及(xv)聲學(xué)屬性。圖7示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例(圖3)的示例性方法700的流程圖，該方法用于測(cè)試和采樣地層或儲(chǔ)藏195。在步驟710中，評(píng)估模塊300可以設(shè)置到鉆孔126中。在步驟720中，帶鉆頭220的可延伸元件210可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，分解地層195的一部分，形成通道250。在步驟730中，帶鉆頭320的可延伸元件310可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，分解地層195的另一部分，形成通道350。在一些實(shí)施例中，通道250可以沿縱軸290只在上面或下面與通道350相似。在一些實(shí)施例中，通道250可以處于與通道350不同的方位角。在步驟740中，激勵(lì)可以由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227施加到地層195。激勵(lì)可以由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227施加并且可以包括但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁福射，( )電 流，(iii)電壓，(iv)磁場(chǎng)，(v)聲波，(vi)核輻射，及(vii)機(jī)械力。在步驟750中，可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器324響應(yīng)地層對(duì)所述一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)的響應(yīng)而生成至少一個(gè)信號(hào)。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器324可以配置成響應(yīng)但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機(jī)械力。在步驟760中,來自所述至少一個(gè)信號(hào)的信息可以被至少一個(gè)處理器用于估計(jì)地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)。所述地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)可以包括但不限于以下的一個(gè):(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導(dǎo)性，(V)電阻率，(vi)化學(xué)成分，(vii)反應(yīng)性，(viii)射頻屬性，
(ix)紅外線吸收，(χ)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性，及(XV)聲學(xué)屬性。圖8示出了根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實(shí)施例(圖3)的示例性方法800的流程圖，該方法用于測(cè)試和采樣地層或儲(chǔ)藏195。在步驟810中，評(píng)估模塊300可以設(shè)置到鉆孔126中。在步驟820中，帶鉆頭220的可延伸元件210可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，形成通道250。在步驟830中，可延伸元件210可以從BHA190分離。在步驟840中，評(píng)估模塊300可以重新設(shè)置到鉆孔126中。在步驟850中，帶鉆頭320的可延伸元件310可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，形成通道350。在一些實(shí)施例中，這兩個(gè)可延伸元件210、310都可以從BHA 190分離。在一些實(shí)施例中，通道250可能沿縱軸290只在上面或下面與通道350相似。在一些實(shí)施例中，通道250可以處于與通道350不同的方位角。在步驟860中，激勵(lì)可以由一個(gè)或 多個(gè)激勵(lì)源227施加到地層195。激勵(lì)可以由一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)源227施加并且可以包括但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁輻射，(ii)電流，(iii)電壓，(iv)磁場(chǎng)，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機(jī)械力。在步驟870中，可以由一個(gè)或多個(gè)傳感器324響應(yīng)地層對(duì)一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)的響應(yīng)而生成至少一個(gè)信號(hào)。所述一個(gè)或多個(gè)傳感器324可以配置成響應(yīng)但不限于以下的一個(gè)或多個(gè):(i)電磁輻射，(ii)電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機(jī)械力。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)信號(hào)可以記錄到耦合到或者在可延伸元件310內(nèi)部的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備(未示出)上。在步驟880中，來自所述至少一個(gè)信號(hào)的信息可以被至少一個(gè)處理器用于估計(jì)地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)。所述地層195的至少一個(gè)感興趣參數(shù)可以包括但不限于以下的一個(gè):(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導(dǎo)性，(V)電阻率，(vi)化學(xué)成分，(vii)反應(yīng)性，(viii)射頻屬性，(ix)紅外線吸收，(χ)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性,及(xv)聲學(xué)屬性。在步驟885中，可延伸元件310可以從通道350縮回。在一些實(shí)施例中，當(dāng)可延伸元件210、310縮回時(shí)，可延伸元件210、310可以用來使通道250、350坍塌或填滿。在步驟890中，評(píng)估模塊300可以重新設(shè)置，使得可延伸元件210重新附連到BHA190。在一些實(shí)施例中，可延伸元件210可以利用定位器器件(未示出)定位，以便重新附連。定位器器件可以是任何常見的定位器包括但不限于以下的一種或多種:(i)射頻標(biāo)簽，(ii)聲學(xué)定位器，(iii)放射性標(biāo)簽，(iv)機(jī)械鎖，(v)系繩，及(vi)定位信標(biāo)。在一些實(shí)施例中，可延伸元件中的一個(gè)或多個(gè)可以配置成分離但不再重新附連。在步驟895中，可延伸元件210可以重新附連到BHA190。在一些實(shí)施例中，方法500、600、700和800中的一些步驟可以組合和/或同時(shí)執(zhí)行。盡管上述公開內(nèi)容是針對(duì)本公開內(nèi)容的一種模式實(shí)施例，但是各種修改對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。預(yù)期所有變化都被上述公開內(nèi)容涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種用于評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)的裝置，其包括: 具有縱軸的井底鉆具組件(BHA);以及 位于所述BHA上的至少一個(gè)可延伸元件，所述至少一個(gè)可延伸元件包括帶有嘴部的鉆頭，所述嘴部配置成接收地層流體，所述鉆頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，所述至少一個(gè)可延伸元件還包括: 至少一個(gè)封隔器，配置成隔離所述嘴部與鉆孔流體。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，所述至少一個(gè)可延伸元件還包括: 位于所述至少一個(gè)可延伸元件上的感測(cè)元件。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，所述至少一個(gè)可延伸元件還包括: 激勵(lì)源，配置成將激勵(lì)發(fā)送到地球地層中。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所發(fā)送的激勵(lì)包括以下的至少一個(gè):(i)機(jī)械功，(ii)聲能，(iii)電力，(iv)磁力,(V)核福射,及(vi)電磁福射。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 輸送設(shè)備，配置成把所述BHA輸送到地球地層中的鉆孔內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可延伸元件配置成感測(cè)以下的至少一個(gè):(i)電磁福射，(i i)電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機(jī)械力。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可延伸元件配置成從所述BHA分離。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可延伸元件配置成重新附連到所述BHA。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述至少一個(gè)可延伸元件包括定位器器件。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 位于所述至少一個(gè)可延伸元件上的定位器器件。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述定位器器件可以包括以下的至少一種:(i)射頻標(biāo)簽，(ii)聲學(xué)定位器，(iii)放射性標(biāo)簽，(iv)機(jī)械鎖，(V)系繩，及(vi)定位信標(biāo)。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括: 位于所述BHA上的至少一個(gè)附加可延伸元件，所述至少一個(gè)附加可延伸元件包括附加的鉆頭，所述附加的鉆頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。
14.一種評(píng)估地球地層的感興趣參數(shù)的方法，包括: 將具有縱軸的井底鉆具組件(BHA)輸送到鉆孔中； 利用所述BHA上的至少一個(gè)可延伸元件上的至少一個(gè)鉆頭來穿透地球地層，從而在與所述縱軸傾斜的方向形成通道，其中地球地層被穿透，超出污染區(qū)；以及評(píng)估感興趣的參數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 利用在所述至少一個(gè)可延伸元件上的嘴部接收地層流體。
16.如權(quán)利要求15所述的方法,還包括: 利用位于所述至少一個(gè)可延伸元件上的至少一個(gè)封隔器將所述通道分成至少兩部分。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括:將激勵(lì)發(fā)送到所述污染區(qū)之外的地層中。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述激勵(lì)包括以下的至少一個(gè):(i)機(jī)械功，(ii)聲能，(iii)電力，(iv)磁力,(V)核福射,及(vi)電磁福射。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述至少一個(gè)可延伸元件包括第一可延伸元件和第二可延伸元件，并且其中所述激勵(lì)利用所述第一可延伸元件發(fā)送并利用所述第二可延伸元件感測(cè)。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中評(píng)估感興趣的參數(shù)包括感測(cè)以下的至少一個(gè):(i)電磁福射，(ii)電流，(iii)靜電勢(shì)，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機(jī)械力。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 將所述至少一個(gè)可延伸元件從所述BHA分離。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括: 將所述至少一個(gè)可延伸元件重新附連到所述BHA。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括: 在鉆孔中定位所述至少一個(gè)可延伸元件。
24.如權(quán)利要求14所述的方法， 還包括: 使所述通道坍塌。
全文摘要
本公開內(nèi)容涉及用于地下地層或儲(chǔ)藏的測(cè)試與采樣的方法與裝置。所述裝置可以包括至少一個(gè)配置成穿透地層的可延伸元件。所述至少一個(gè)可延伸元件可以包括至少一個(gè)帶配置成接收地層流體的嘴部的鉆頭。所述至少一個(gè)可延伸元件可以包括至少一個(gè)位于所述至少一個(gè)可延伸元件上的傳感器。所述至少一個(gè)可延伸元件還可以包括用于激勵(lì)地層的激勵(lì)源。所述至少一個(gè)可延伸元件可以配置成從井底鉆具組件(BHA)分離和/或附連到BHA。一種方法可以包括為了估計(jì)地層的感興趣參數(shù)而對(duì)地層執(zhí)行測(cè)試的步驟。另一種方法可以包括為了估計(jì)地層流體的感興趣參數(shù)而執(zhí)行測(cè)試的步驟。
文檔編號(hào)E21B47/02GK103210181SQ201180055073
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月5日
發(fā)明者S·庫(kù)馬爾, H·約翰 申請(qǐng)人:貝克休斯公司