在壓力受控的鉆探中對(duì)地層的測(cè)試的制作方法
【專利摘要】一種測(cè)試地層的方法可包括：遞增地打開扼流器，同時(shí)停止進(jìn)入地層內(nèi)的鉆探，由此，降低井筒內(nèi)的壓力；以及探測(cè)由于井筒內(nèi)壓力的降低引起的流入井筒的流入流。另一種測(cè)試地層的方法可包括：鉆探入地層內(nèi)，并使鉆具組和井筒之間的環(huán)腔壓力與大氣壓隔絕；然后，遞增地打開扼流器，同時(shí)停止鉆探，由此，降低井筒內(nèi)的壓力，探測(cè)由于井筒內(nèi)的壓力的降低所引起的流入井筒的流入流；以及當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，確定近似的地層空隙壓力，作為井筒壓力。當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，鉆探流體可以流過或可不流過鉆具組。可使用井下壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
【專利說明】在壓力受控的鉆探中對(duì)地層的測(cè)試
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及結(jié)合鉆井作業(yè)所用的設(shè)備和所執(zhí)行的操作，在本文所述的實(shí)施例中，具體地說，提供在壓力受控的鉆探中對(duì)地層的測(cè)試。
【背景技術(shù)】
[0002]壓力受控的鉆探是眾所周知的技術(shù)，其利用閉合的環(huán)腔和調(diào)節(jié)環(huán)腔中壓力的裝置而在鉆探中精確地控制底部孔的壓力。環(huán)腔在鉆探過程中通過利用旋轉(zhuǎn)的控制裝置(RCD，也稱作旋轉(zhuǎn)的控制頭或旋轉(zhuǎn)的防噴器)而通常是關(guān)閉的，該旋轉(zhuǎn)的控制裝置在其旋轉(zhuǎn)時(shí)圍繞鉆管密封。
[0003]因此，將會(huì)認(rèn)識(shí)到，它有利地能夠在壓力管理的鉆探作業(yè)過程中對(duì)地層進(jìn)行測(cè)試?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0004]圖1是可實(shí)施本發(fā)明原理的鉆井系統(tǒng)和方法的代表性視圖。
[0005]圖2是可用于鉆井系統(tǒng)和方法的壓力和流量控制系統(tǒng)的代表性方框圖。
[0006]圖3是測(cè)試地層的方法的代表性流程圖，該方法可實(shí)施本發(fā)明的原理。
[0007]圖4是另一種地層測(cè)試方法的代表性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]代表性地顯示在圖1中的是可實(shí)施本發(fā)明原理的鉆井系統(tǒng)10和相關(guān)方法。在系統(tǒng)10中，通過轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具組16端部上的鉆頭14來鉆探出井筒12。鉆探流體18通常被稱作泥漿，其向下循環(huán)通過鉆具組16，流出鉆頭14并向上流過形成在鉆具組和井筒12之間的環(huán)腔20，以便冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具組、移除切屑并提供對(duì)底部孔壓力控制的測(cè)量。單向閥21(通常為擋板型止回閥)防止鉆探流體18向上流動(dòng)通過鉆具組16 (例如，當(dāng)在鉆具組內(nèi)形成連接之時(shí))。
[0009]對(duì)底部孔壓力的控制在壓力受控的鉆探以及其他類型的鉆探作業(yè)中是非常重要的。較佳地，底部孔壓力被精確地控制，以防止過多的流體流失到井筒12周圍的地層82中、不期望的地層斷裂、地層流體不期望地流入井筒內(nèi)等。
[0010]在典型的壓力受控的鉆探中，要求底部孔壓力保持在剛好略大于地層的空隙壓力，不超過地層的斷裂壓力。在空隙壓力和斷裂壓力之間的裕度相對(duì)小的情形中，該技術(shù)是特別地有用。
[0011]在典型的欠平衡鉆探中，要求底部孔壓力保持在略小于空隙壓力，由此獲得流體從地層流入的受控流動(dòng)。
[0012]在傳統(tǒng)的過平衡鉆探中，要求底部孔壓力保持在略大于空隙壓力，由此防止(或至少減輕)流體從地層流入的流動(dòng)。在過平衡鉆探中，環(huán)腔20可通向地面上的大氣，并在鉆探過程中通過調(diào)整鉆探流體18的密度來控制井筒壓力。
[0013]氮?dú)饣蚱渌麣怏w、或其他重量更輕的流體可添加到鉆探流體18內(nèi)，以便進(jìn)行壓力控制。例如，在欠平衡的鉆探作業(yè)中該技術(shù)是有用的。
[0014]在系統(tǒng)10中，通過使用旋轉(zhuǎn)的控制裝置22 (RCD)來關(guān)閉環(huán)腔20 (例如，隔絕環(huán)腔與大氣壓的連通，并使環(huán)腔能被加壓到或接近地面的壓力)便可獲得對(duì)底部孔壓力的附加的控制。RCD22密封在井頭24上方的鉆具組16的周圍。盡管未在圖1中示出，但鉆具組16可向上延伸通過RCD22，例如，以便連接到旋轉(zhuǎn)臺(tái)(未示出)、立管管線26、方鉆桿(未示出)、頂部驅(qū)動(dòng)裝置和/或其他傳統(tǒng)的鉆探設(shè)備。
[0015]鉆探流體18通過導(dǎo)翼閥28流出井頭24外，該導(dǎo)翼閥與RCD22下方的環(huán)腔20連通。鉆探流體18然后流過泥漿返回管線30、73，流到扼流集管32，該集管包括冗余的扼流器34 (—次僅可使用其中一個(gè))。通過可變地限制流體18流過冗余扼流器34中工作的一個(gè)扼流器的流量，將背壓施加到環(huán)腔20。
[0016]對(duì)流過工作的扼流器34的流量的限制越大，施加到環(huán)腔20的背壓就越大。因此，通過改變施加到環(huán)腔20的背壓，便可方便地調(diào)節(jié)井下壓力(例如，井筒12底部的壓力、井下套管處的壓力、特定地層或區(qū)域處的壓力等)?？墒褂盟W(xué)模型(將在下文中更完整地描述)來確定地面處或接近地面的施加到環(huán)腔20的壓力，這將導(dǎo)致所要求的井下壓力，這樣，操作者(或自動(dòng)控制系統(tǒng))可容易地確定如何調(diào)節(jié)在地面處或接近地面施加到環(huán)腔的壓力(可方便地測(cè)得)，以獲得要求的井下壓力。
[0017]施加到環(huán)腔20的壓力可通過各種壓力傳感器36、38、40在地面處或接近地面處測(cè)得，每個(gè)傳感器與環(huán)腔連通。壓力傳感器36探測(cè)RCD22下方、但在防噴器(BOP)組42上方的壓力。壓力傳感器38探測(cè)BOP組42下方的井頭內(nèi)壓力。壓力傳感器40探測(cè)扼流集管器32上游處的泥漿返回管線30、73內(nèi)的壓力。
[0018]另一壓力傳感器44探測(cè)立管管線26內(nèi)的壓力。還有另一壓力傳感器46探測(cè)扼流集管器32下游處、但在分離器48、振動(dòng)器50和泥漿坑52上游的壓力。附加的傳感器包括:溫度傳感器54、56，科里奧利流量計(jì)58，以及流量計(jì)62、64、66。
[0019]這些傳感器并不都是必要的。例如，系統(tǒng)10可僅包括三個(gè)流量計(jì)62、64、66中的兩個(gè)。然而，在鉆探作業(yè)過程中確定應(yīng)施加怎樣的壓力到環(huán)腔20時(shí)，來自所有可供的傳感器的輸入對(duì)于水力學(xué)模型來說是有用的。
[0020]如果需要的話，也可使用其他類型的傳感器。例如，流量計(jì)58不必要一定是科里奧利流量計(jì)，因?yàn)闇u輪流量計(jì)、聲流量計(jì)或其他類型的流量計(jì)也可被采用。
[0021 ] 此外，例如，鉆具組16可包括其自身的傳感器60，用以直接測(cè)量井下壓力。如此的傳感器60可以是本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員熟知的類型，諸如隨鉆測(cè)壓型(PWD)、隨鉆測(cè)量型(MWD)和/或隨鉆測(cè)井(LWD)。這些鉆具組傳感器系統(tǒng)通常至少提供壓力測(cè)量，并還可提供溫度測(cè)量、探測(cè)鉆具組的特性(諸如振動(dòng)、鉆頭上重量、粘-滑特性等)檢測(cè)、地層特性(諸如阻力、密度等)，和/或其他的測(cè)量。各種形式的有線或無線的遙測(cè)技術(shù)(聲的、壓力脈沖的、電磁的等)可用來將井下傳感器的測(cè)量值傳送到地面上。例如，可在鉆具組16的壁內(nèi)設(shè)置線路(諸如電路、光路、液壓管路等)，以連通功率、數(shù)據(jù)、指令、壓力、流量等。
[0022]如果需要的話，則可將附加的傳感器可包括在系統(tǒng)10內(nèi)。例如，另一流量計(jì)67可用來測(cè)量流出井頭24的流體18的流量，另一科里奧利流量計(jì)(未示出)可直接互聯(lián)到臺(tái)架泥漿泵68的上游或下游等。
[0023]如果需要的話，則可在系統(tǒng)10內(nèi)包括較少的傳感器。例如，通過計(jì)數(shù)泵的行程、而不是使用流量計(jì)62或任何其他的流量計(jì)，可確定臺(tái)架泥漿泵68的輸出。
[0024]應(yīng)指出的是，分離器48可以是3或4相的分離器，或是泥漿氣體分離器(有時(shí)稱作“淺式脫氣器”)。然而，分離器48不一定要用在系統(tǒng)10內(nèi)。
[0025]鉆探流體18借助于臺(tái)架泥漿泵68被泵送通過立管管線26并流入鉆具組16內(nèi)部。泵68從泥漿坑52接受流體18并使其經(jīng)立管集管70流入立管26。流體然后向下循環(huán)通過鉆具組16，向上通過環(huán)腔20，通過泥漿返回管線30、73，通過扼流集管器32，然后通過分離器48和振動(dòng)器50流到泥漿坑52，以作處理和再循環(huán)。
[0026]應(yīng)注意到，在如上所描述的系統(tǒng)10內(nèi)，扼流器34不能用來控制施加到環(huán)腔20用以控制井下壓力的背壓，除非流體18流過該扼流器。在傳統(tǒng)的過平衡鉆探作業(yè)中，例如，只要在鉆具組16內(nèi)形成連接(例如，隨著井筒12越鉆越深，將另一段長(zhǎng)度的鉆管添加到鉆具組)，就會(huì)發(fā)生流體18流量的短缺，該循環(huán)的短缺將需要僅通過流體18密度來調(diào)節(jié)井下的壓力。
[0027]然而，在系統(tǒng)10中，即使流體不循環(huán)通過鉆具組16后環(huán)腔20，同時(shí)在鉆具組內(nèi)形成連接，也可保持流體18通過扼流器34的流量。因此，即使不使用分離的背壓泵，也可通過限制流體18通過扼流器34的流量將壓力施加到環(huán)腔20。然而，在其他實(shí)例中，可使用背壓泵(未示出)將壓力供應(yīng)到環(huán)腔20，同時(shí)，如果需要的話，流體18不循環(huán)通過鉆具組16。
[0028]在圖1的實(shí)例中，當(dāng)流體18不循環(huán)通過鉆具組16和環(huán)腔20時(shí)(例如，當(dāng)鉆具組內(nèi)形成連接時(shí))，流體從泵68經(jīng)旁路管線72、75流到扼流集管器32。因此，流體18可旁路通過立管管線26、鉆具組16和環(huán)腔20，并可直接從泵68流到泥漿返回管線30，這可保持與環(huán)腔20的連通。通過扼流器34來限制該流量由此將造成施加到環(huán)腔20的壓力(例如，在典型的壓力受控的鉆探中)。
[0029]如圖1所示，旁路管線75和泥漿返回管線30通過單一管線73與環(huán)腔20連通。然而，旁路管線75和泥漿返回管線30可單獨(dú)地連接到井頭24，例如，使用附加的導(dǎo)翼閥(例如，位于RCD22下方)來進(jìn)行連接，在該情形中，每個(gè)管線30、75可直接與環(huán)腔20連通。
[0030]盡管這可能要求在臺(tái)架部位添加某些管道，但對(duì)環(huán)腔壓力上的作用將基本上與將旁路管線75和泥漿返回管線30連接到公共管線73上的效果相同。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可使用系統(tǒng)10部件的各種不同的構(gòu)造，而不會(huì)脫離本發(fā)明的原理。
[0031]扼流器或其他類型的流量控制裝置74可調(diào)節(jié)通過旁路管線72、75的流體18的流量。管線72是在旁路流量控制裝置74的上游，而管線75是在旁路流量控制裝置的下游。
[0032]流體18通過立管管線26的流量基本上受閥或其他類型流量控制裝置76的控制。應(yīng)注意到，流量控制裝置74、76能獨(dú)立地受控，這對(duì)系統(tǒng)10提供很大的益處，將在下文中更完全地描述。
[0033]由于流體18通過各個(gè)立管和旁路管線26、72的流量在確定底部孔壓力如何受這些流量的影響中是有用的，所以，流量計(jì)64、66在圖1中圖示為在這些管線中互連。然而，SP使只使用流量計(jì)62、64，也可確定通過立管管線26的流量，而即使只使用流量計(jì)62、66，也可確定通過旁路管線72的流量。因此，應(yīng)該理解到，對(duì)于系統(tǒng)10來說不必包括圖1中所示和文中所描述的所有傳感器，系統(tǒng)可包括附加的傳感器、傳感器不同的組合和/或類型等。
[0034]在系統(tǒng)10的另一有益特征中，可使用旁路流量控制裝置78，以在鉆具組中形成連接之后填充立管管線26和鉆具組16，并在打開流量控制裝置76之前，平衡立管管線和泥漿返回管線30、73之間的壓力。否則，在立管管線26和鉆具組16用流體18進(jìn)行填充和加壓之前，流量控制裝置76的突然打開會(huì)致使環(huán)腔20內(nèi)不期望的壓力瞬變(例如，由于流入扼流器集管32內(nèi)的流量暫時(shí)失去，同時(shí)，立管管線和鉆具組用流體填充等)。
[0035]通過在連接形成之后打開立管旁路流量控制裝置78，可允許流體18填充立管管線26和鉆具組16，同時(shí)，基本上大部分的流體繼續(xù)流過旁路管線72，由此，能繼續(xù)有控制地將壓力施加到環(huán)腔20。在立管管線26內(nèi)的壓力已與泥漿返回管線30、73和旁路管線75內(nèi)的壓力平衡之后，可打開流量控制裝置76，然后，可關(guān)閉流量控制裝置74，以緩慢地將更多比例的流體18從旁路管線72轉(zhuǎn)向到立管管線26。
[0036]在鉆具組16內(nèi)形成連接之前，可執(zhí)行類似的過程，不同之處是反過來進(jìn)行，以逐漸地將流體18的流動(dòng)從立管管線26轉(zhuǎn)向到旁路管線72，以準(zhǔn)備將更多的鉆探管子添加到鉆具組16。即，流量控制裝置74可逐漸地打開，以緩慢地將更多比例的流體18從立管管線26轉(zhuǎn)向到旁路管線72，然后，可關(guān)閉流量控制裝置76。
[0037]應(yīng)注意到，流量控制裝置76、78可集成為單一的流量控制裝置81 (例如，單一的扼流器，其可逐漸地打開而在鉆探管子連接形成之后緩慢地填充和加壓立管管線26和鉆具組16，然后，完全地打開而允許在鉆探過程中有最大的流量)。然而，由于典型的傳統(tǒng)鉆探臺(tái)架裝備有流量控制裝置76，該流量控制裝置呈立管集管70內(nèi)的閥的形式，且立管閥的使用納入到有用的鉆探實(shí)踐中，因此可個(gè)別操作的流量控制裝置76、78在目前是首選的。
[0038]圖2代表性地不出可結(jié)合系統(tǒng)10使用的壓力和流量控制系統(tǒng)90和圖1的相關(guān)的方法?？刂葡到y(tǒng)90最好是完全自動(dòng)的，但也可采用某些人工干預(yù)，例如，以防止不合適的操作、啟動(dòng)某些程序、更新參數(shù)等。
[0039]控制系統(tǒng)90包括水力學(xué)模型92、數(shù)據(jù)采集和控制接口 94和控制器96 (諸如可編程序的邏輯控制器或PLC、合適地編程的計(jì)算機(jī)等)。盡管這些元件92、94、96單獨(dú)地顯示在圖2中，但任何的或全部的元件可組合到單一元件中，或個(gè)元件的功能可分到附加的元件中，可提供其他附加的元件和/或功能等。
[0040]在控制系統(tǒng)90內(nèi)使用水力學(xué)模型92，以確定在地面或靠近地面的所要求的環(huán)腔壓力，從而達(dá)到要求的井下壓力。在進(jìn)行該確定的過程中，水力學(xué)模型92使用諸如井的幾何形狀、流體特性和偏置的井信息(諸如地?zé)崽荻群涂障秹毫μ荻鹊?之類的數(shù)據(jù)，以及實(shí)時(shí)探測(cè)由數(shù)據(jù)采集和控制接口 94獲得的數(shù)據(jù)。
[0041]因此，在水力學(xué)模型92和數(shù)據(jù)采集和控制接口 94之間有連續(xù)的數(shù)據(jù)和信息雙向傳輸。重要的是要認(rèn)識(shí)到，操作數(shù)據(jù)采集和控制接口 94來保持從傳感器44、54、66、62、64、60、58、46、36、38、40、56、67到水力學(xué)模型92的基本上連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，于是，水力學(xué)模型具有適于改變環(huán)境和更新所要求的環(huán)腔壓力所需的信息，該水力學(xué)模型進(jìn)行操作來基本上連續(xù)地向數(shù)據(jù)采集和控制接口供應(yīng)所需的環(huán)腔壓力數(shù)值。
[0042]用于控制系統(tǒng)90中水力學(xué)模型92的合適水力學(xué)模型是由美國(guó)得克薩斯州休士頓市的哈里伯頓能源服務(wù)公司提供的的實(shí)時(shí)液力(REAL TIME HYDRAULICS(TM))。另一合適的水力學(xué)模型是以商標(biāo)名IRIS (TM)提供的，還有另一個(gè)是由挪威的Trondheim市的SINTEF公司提供。任何合適的水力學(xué)模型可用于控制系統(tǒng)90中，而與本發(fā)明的原理保持一致。
[0043]用作控制系統(tǒng)90中的數(shù)據(jù)采集和控制接口94的合適的數(shù)據(jù)采集和控制接口是由哈里伯頓能源服務(wù)公司出品的SENTRY (TM)和INSITE (TM)。任何合適的數(shù)據(jù)采集和控制接口可用于控制系統(tǒng)90中，而與本發(fā)明的原理保持一致。
[0044]控制器96操作，以通過控制泥漿返回扼流器34的操作來保持所要求的設(shè)定點(diǎn)環(huán)腔壓力。當(dāng)將更新過的所要求的環(huán)腔壓力從數(shù)據(jù)采集和控制接口 94傳輸?shù)娇刂破?6時(shí)，控制器使用所要求的環(huán)腔壓力作為設(shè)定點(diǎn)，并以一定方式(例如，按照需要增大或降低通過扼流器的流動(dòng)阻力)來控制扼流器34的操作，以保持環(huán)腔20內(nèi)設(shè)定點(diǎn)的壓力。扼流器34可更加地關(guān)緊來提高流動(dòng)阻力，或更加地打開來降低流動(dòng)阻力。
[0045]通過以下方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定點(diǎn)壓力的維持:比較設(shè)定點(diǎn)壓力和測(cè)得的環(huán)腔壓力(諸如由任何的傳感器36、38、40探測(cè)的壓力)，，如果測(cè)得的壓力大于設(shè)定點(diǎn)壓力，則降低通過扼流器34的流動(dòng)阻力，如果測(cè)得的壓力小于設(shè)定點(diǎn)壓力，則增大通過扼流器的流動(dòng)阻力。當(dāng)然，如果設(shè)定點(diǎn)壓力和測(cè)量的壓力相同，則不需要調(diào)整扼流器34。該過程最好是自動(dòng)的，這樣，不需要人工的干預(yù)，但如果需要的話，也可采用人工干預(yù)。
[0046]控制器96也可用來控制立管流量控制裝置76、78和旁路流量控制裝置74的操作。因此，控制器96可用來使以下過程自動(dòng)化:在鉆具組16內(nèi)形成連接之前，將流體18的流動(dòng)從立管管線26轉(zhuǎn)換到旁路管線72，然后，在連接形成之后將流動(dòng)從旁路管線轉(zhuǎn)換到立管管線，然后，使鉆探流體18恢復(fù)正常循環(huán)。還有，在這些自動(dòng)化過程中可不需要人工干預(yù)，但如果需要的話，也可采用人工干預(yù)，例如，順次啟動(dòng)各個(gè)過程、手工地操作系統(tǒng)的部件
坐寸。
[0047]現(xiàn)另外參照?qǐng)D4，測(cè)試地層82的方法100代表性地顯示在流程圖形式中。該方法100可結(jié)合上述鉆井系統(tǒng)10來實(shí)施，或可與其他鉆井系統(tǒng)一起實(shí)施。因此，方法100不局限于文中所述和圖中所示鉆井系統(tǒng)10的任何細(xì)節(jié)。
[0048]在步驟102，方法100在進(jìn)行鉆探的同時(shí)開始。在鉆井系統(tǒng)10中，鉆探流體18循環(huán)通過鉆具組16和環(huán)腔20，同時(shí)鉆頭14在轉(zhuǎn)動(dòng)。在鉆探過程中不必要讓全部鉆具組16連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，因?yàn)殂@探馬達(dá)或泥漿馬達(dá)(未示出)可用來使鉆頭旋轉(zhuǎn)，而不轉(zhuǎn)動(dòng)全部的鉆具組。
[0049]在進(jìn)行鉆探的同時(shí)，環(huán)腔20通過旋轉(zhuǎn)控制裝置22而與地面的大氣密封隔絕。當(dāng)然，如果鉆具組16在鉆探過程中不旋轉(zhuǎn)，則環(huán)腔20可用如下裝置來密封，該裝置不隨鉆具組一起轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0050]在步驟104，停止對(duì)地層82的鉆探。最好將鉆頭14抬出而不與地層82接觸，使得鉆頭不切割入地層。諸如鉆具組扭矩、井筒12壓力(例如，如井下傳感器60測(cè)量的壓力)、地面處的環(huán)腔20壓力(例如，如傳感器36、38、40測(cè)量的壓力)等的狀態(tài)條件，現(xiàn)可進(jìn)行測(cè)量以作參考之用。
[0051]在步驟106，停止流體18通過鉆具組16的循環(huán)。停止循環(huán)從井筒壓力中除去由于流體18通過環(huán)腔20的流動(dòng)所引起的摩擦壓力。因此，停止循環(huán)會(huì)引起井筒12內(nèi)較小的壓力減小。
[0052]如果傳感器60通過例如無線遙測(cè)技術(shù)(例如，聲的或電磁的遙測(cè))或有線的連通(例如，通過電的、光學(xué)的等的纜線連通到地面)與地面進(jìn)行通信，則在整個(gè)方法100中可獲得井筒壓力的測(cè)量值。如果對(duì)于從傳感器60到地面的測(cè)量通信來說，流體18的循環(huán)是必要的，則在循環(huán)恢復(fù)之后(見步驟116 )可獲得測(cè)量值。
[0053]在步驟108，監(jiān)控流出環(huán)腔20的流量，而在步驟110，扼流器34遞增地打開。如上所討論的，當(dāng)流體18循環(huán)通過鉆具組16和環(huán)腔20時(shí)，進(jìn)一步打開扼流器34將會(huì)導(dǎo)致施加到環(huán)腔的背壓的減小，由此，降低井筒12內(nèi)的壓力。然而，當(dāng)流體18不循環(huán)時(shí)，遞增地打開扼流器34將導(dǎo)致井筒12內(nèi)壓力以更快的速率降低。
[0054]在步驟112，在遞增地打開扼流器34之后，檢查流出井筒12的流量，看流量是否大于由于僅井筒內(nèi)壓力的減小所造成的流量。如果不是的話，則扼流器34進(jìn)一步遞增地打開(即，方法100返回到步驟108、110)。
[0055]如果流出井筒12的流量大于由于井筒內(nèi)壓力減小所造成的流量(水力學(xué)模型92可確定這種情況何時(shí)發(fā)生)，則這表示從地層82流入井筒內(nèi)的地層流體的流入流84已經(jīng)出現(xiàn)。該流入流84將在井筒12內(nèi)壓力近似等于或略小于地層82內(nèi)的空隙壓力時(shí)出現(xiàn)。因此，通過探測(cè)何時(shí)發(fā)生流入流84，并確定流入流發(fā)生時(shí)井筒12的壓力是怎樣的，便可確定大致的地層空隙壓力。
[0056]在步驟114，確定空隙壓力。如果傳感器60在探測(cè)到流入流84時(shí)與地面進(jìn)行通信，則可實(shí)時(shí)地直接測(cè)量井筒12內(nèi)的壓力。當(dāng)流入流84出現(xiàn)時(shí)，地層82的空隙壓力近似地與井筒12內(nèi)壓力相同。
[0057]如果傳感器60在探測(cè)到流入流84時(shí)未與地面通信(例如，如果使用泥漿脈沖遙測(cè)術(shù)來將傳感器測(cè)量值傳輸?shù)降孛?，則可在步驟116中恢復(fù)循環(huán)時(shí)獲得傳感器測(cè)量值。替代地或附加地，環(huán)腔20在地面處的壓力(例如由傳感器36、38、40所測(cè)得的)可添加到由于環(huán)腔中流體18的靜態(tài)液柱引起的流體靜壓。該總和近似地等于地層82的空隙壓力。
[0058]在步驟116，恢復(fù)流體18通過鉆具組16和環(huán)腔20的循環(huán)。如果在步驟106之后不能得到傳感器測(cè)量值，則井筒12壓力測(cè)量值可使用泥漿脈沖遙測(cè)術(shù)從該點(diǎn)處的傳感器60獲得。
[0059]在步驟118，使用從井下傳感器60獲得的測(cè)量值來驗(yàn)證步驟114中確定的空隙壓力?？障秹毫稍谥案鶕?jù)地面壓力測(cè)量值、鉆探流體18的密度等進(jìn)行計(jì)算。然而，任何如此的空隙壓力計(jì)算較佳地在步驟118中用靠近地層82的井下傳感器60所獲得的實(shí)際井筒12壓力測(cè)量值進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)然，如果使用井下傳感器60來測(cè)量井筒12壓力并確定空隙壓力，則可不實(shí)施驗(yàn)證步驟118。
[0060]在步驟120，恢復(fù)鉆探。使鉆頭14再次旋轉(zhuǎn)，鉆具組16向下切割入地層82內(nèi)。由于地層82的空隙壓力現(xiàn)已測(cè)量，所以，可相對(duì)于空隙壓力更精確地控制井筒12內(nèi)的壓力，以達(dá)到壓力受控的鉆探的目標(biāo)(減小地層損壞、減少流體損失等)。更加較佳地是，依賴于空隙壓力梯度的偏置井?dāng)?shù)據(jù)來預(yù)測(cè)地層82內(nèi)的空隙壓力。
[0061]方法100的另一種型式代表性地顯示在圖4中。在該型式中，流體18通過鉆具組16后環(huán)腔20的循環(huán)繼續(xù)，同時(shí)，扼流器34遞增地打開并確定空隙壓力。因此，圖3型式中的步驟106和116未在該方法100的圖4型式中使用。
[0062]此外，代替在扼流器34遞增地打開時(shí)監(jiān)控流出井筒12的流量的步驟108，圖4的方法包括步驟22，其中，監(jiān)控流入和流出井筒的流量。流量計(jì)66可用來監(jiān)控流入井筒12的流量，而流量計(jì)58可用來監(jiān)控流出井筒的流量。
[0063]此外，代替確定流出井筒12的流量是否大于由于通過扼流器降壓而引起的流量的步驟112，圖4的方法100包括步驟124，其中，確定流出井筒的流量是否大于流入井筒的流量。如果流出井筒12的流量大于流入井筒的流量，則這表示流入流84正在發(fā)生。
[0064]如果流出井筒12的流量不大于流入井筒的流量，則流入流84不在發(fā)生，且扼流器34再次遞增地打開。這些步驟重復(fù)進(jìn)行，直到探測(cè)到流入流84為止。
[0065]地層82內(nèi)的空隙壓力將近似地等于或略大于流入流84發(fā)生時(shí)的井筒12內(nèi)的壓力。傳感器60可用來實(shí)時(shí)地測(cè)量井筒12內(nèi)壓力。由于流體18繼續(xù)流過鉆具組16和環(huán)腔20，所以，如果需要的話，可使用泥漿脈沖遙測(cè)術(shù)，以將壓力和其他傳感器測(cè)量值傳送到地面。
[0066]替代地或附加地，可將環(huán)腔20在地面處的壓力(例如，如由傳感器36、38、40測(cè)量的)添加到由于環(huán)腔中流體18的靜態(tài)液柱引起的流體靜壓以及由于流體流經(jīng)環(huán)腔所引起的摩擦壓力中。該總和近似地等于地層82的空隙壓力。
[0067]現(xiàn)可完全地認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明對(duì)地層測(cè)試技術(shù)提供了顯著的進(jìn)步。在以上描述的某些實(shí)例中，地層82可結(jié)合壓力受控的鉆探有效地進(jìn)行測(cè)試。此外，在以上描述的某些實(shí)例中，地層82的空隙壓力可容易地確定。
[0068]以上披露的發(fā)明對(duì)本行業(yè)提供了測(cè)試地層82的方法100。該方法100可包括遞增地打開扼流器34，同時(shí)，停止鉆入到地層82內(nèi)的鉆探，由此減小井筒12內(nèi)的壓力。流入井筒12內(nèi)的流入流84 (因井筒12內(nèi)的壓力降低而引起)被探測(cè)。
[0069]該方法100還可包括用井筒12內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器60驗(yàn)證井筒12內(nèi)的壓力。
[0070]該方法100可包括在遞增地打開扼流器34之前停止鉆探流體18通過鉆具組16的循環(huán)。該方法還可包括:在恢復(fù)鉆探流體18通過鉆具組16的循環(huán)之后，用井筒12內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器60驗(yàn)證井筒12內(nèi)的壓力。
[0071]遞增地打開扼流器34通常進(jìn)行多次。當(dāng)探測(cè)到流入流84時(shí)，可停止遞增地打開扼流器34。
[0072]探測(cè)流入流84可包括探測(cè)流體18如何流出井筒12外，和/或探測(cè)流出井筒12外的流量何時(shí)大于流入井筒12內(nèi)的流體18的流量。
[0073]該方法100可包括:在探測(cè)到流入流84時(shí)，確定近似的地層82空隙壓力，作為井筒12內(nèi)壓力。確定近似的地層82空隙壓力可包括對(duì)環(huán)腔20內(nèi)接近地面處的壓力與井筒20內(nèi)的流體靜壓求和，或者，確定近似的地層82空隙壓力可包括對(duì)環(huán)腔20內(nèi)接近地面處的壓力與井筒20內(nèi)流體靜壓以及由于流體通過井筒循環(huán)所產(chǎn)生的摩擦壓力求和。
[0074]該方法100還可包括:在遞增地打開扼流器34之前，鉆探入地層82內(nèi)，使鉆具組
16和井筒12之間的環(huán)腔20壓力與大氣壓隔絕。
[0075]還在以上描述的是測(cè)試地層82的方法100，該方法可包括:鉆探入地層82內(nèi)，使鉆具組16和井筒12之間的環(huán)腔20壓力與大氣壓隔絕；停止鉆探流體18通過鉆具組16的循環(huán)；探測(cè)由于停止循環(huán)的同時(shí)井筒12內(nèi)壓力的降低所引起的流入井筒12內(nèi)的流入流84 ;以及在探測(cè)到流入流84時(shí)，確定近似的地層82空隙壓力，作為井筒12內(nèi)壓力。
[0076]以上披露的發(fā)明還描述了測(cè)試地層82的方法100，該方法可包括:鉆探入地層82內(nèi)，使鉆具組16和井筒12之間的環(huán)腔20壓力與大氣壓隔絕；然后，遞增地打開扼流器34，同時(shí)停止鉆探，由此降低井筒12內(nèi)的壓力；探測(cè)由于井筒12內(nèi)壓力降低所引起的流入井筒12內(nèi)的流入流84 ;以及在探測(cè)到流入流84時(shí)，確定近似的地層82空隙壓力，作為井筒12內(nèi)壓力。
[0077]盡管以上結(jié)合井筒12管理的壓力鉆探對(duì)方法100進(jìn)行了描述，但將會(huì)認(rèn)識(shí)到，該方法可結(jié)合其他鉆探方法來實(shí)施，諸如是包括在地面處或靠近地面處使環(huán)腔20與地面大氣壓隔絕(例如，使用旋轉(zhuǎn)的控制裝置22或其他環(huán)形密封)的其他鉆探方法。例如，方法100可與欠平衡鉆探、任何在鉆探過程中在地面對(duì)環(huán)腔20加壓的鉆探作業(yè)等相結(jié)合地使用。
[0078]應(yīng)該理解到，這里所描述的本發(fā)明各種實(shí)施例可在諸如傾斜的、倒置的、水平的、垂直的等各種方向上以及各種構(gòu)造中使用，而不會(huì)脫離本發(fā)明的原理。這里描述的實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明原理的有用的實(shí)例而已，本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例的任何特殊細(xì)節(jié)。
[0079]在以上對(duì)代表性實(shí)例的描述中，方向性術(shù)語(諸如“以上”、“以下”、“上”、“下”等)為方便起見用來參照附圖而使用。一般地說，“以上”、“上”、“向上”和類似的術(shù)語指沿著井筒朝向地面的方向，而“以下”、“下”、“向下”和類似的術(shù)語指沿著井筒背離地面的方向，而不用管井筒方向是水平的、垂直的、傾斜的、偏向的等。然而，應(yīng)該清楚地理解，本發(fā)明范圍不局限于文中所述任何特殊的方向。
[0080]當(dāng)然，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)技術(shù)人員在仔細(xì)考慮本發(fā)明以上對(duì)代表性實(shí)施例的描述之后，將會(huì)容易地認(rèn)識(shí)到對(duì)這些特殊實(shí)施例可作出許多修改、添加、替代、刪除以及其他改變，而如此的改變都是根據(jù)本發(fā)明原理進(jìn)行構(gòu)思的。因此，以上詳細(xì)描述應(yīng)被清楚地理解為僅是為了說明而給出的，是作為實(shí)例而已，本發(fā)明的精神和范圍僅由附后權(quán)利要求書和其等價(jià)物來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種測(cè)試地層的方法，該方法包括:遞增地打開扼流器，同時(shí)停止進(jìn)入地層內(nèi)的鉆探，由此，降低井筒內(nèi)的壓力；以及探測(cè)由于井筒內(nèi)壓力的降低所引起的流入井筒的流入流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括用井筒內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:在遞增地打開扼流器之前，停止鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括:在恢復(fù)鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)之后，用井筒內(nèi)至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，多次地實(shí)施遞增地打開扼流器。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，停止遞增地打開扼流器。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，探測(cè)流入流包括:探測(cè)流體如何流出井筒外。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，探測(cè)流入流包括:探測(cè)流出井筒外的流體流量何時(shí)大于流入井筒內(nèi)的流體流量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，確定近似的地層空隙壓力，作為井筒內(nèi)的壓力。
10.如權(quán)利要求9所述的方法`，其特征在于，確定近似的地層空隙壓力包括:對(duì)環(huán)腔內(nèi)靠近地面處的壓力與井筒內(nèi)的流體靜壓求和。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，確定近似的地層空隙壓力包括:對(duì)環(huán)腔內(nèi)靠近地面處的壓力與井筒內(nèi)的流體靜壓以及由于通過井筒的流體循環(huán)所引起的摩擦壓力求和。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括:在遞增地打開扼流器之前，鉆探入地層內(nèi)，并使鉆具組和井筒之間的環(huán)腔壓力與大氣壓隔絕。
13.—種測(cè)試地層的方法，該方法包括:鉆探入地層內(nèi)，并使鉆具組和井筒之間的環(huán)腔壓力與大氣壓隔絕；停止鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)；在停止循環(huán)的同時(shí)，探測(cè)由于井筒內(nèi)的壓力降低所引起的流入井筒的流入流；以及當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，確定近似的地層空隙壓力，作為井筒內(nèi)的壓力。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括:在停止循環(huán)之后且在探測(cè)到流入流之前，遞增地打開扼流器，由此降低井筒內(nèi)的壓力。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，多次地實(shí)施遞增地打開扼流器。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，停止遞增地打開扼流器。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括:在恢復(fù)鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)之后，用井筒內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，還包括:用井筒內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，探測(cè)流入流包括:探測(cè)流體如何流出井筒外。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，確定近似的地層空隙壓力包括:對(duì)環(huán)腔內(nèi)靠近地面處的壓力與井筒內(nèi)的流體靜壓求和。
21.一種測(cè)試地層的方法，該方法包括: 鉆探入地層內(nèi)，并使 鉆具組和井筒之間的環(huán)腔壓力與大氣壓隔絕； 然后，遞增地打開扼流器，同時(shí)停止鉆探，由此，降低井筒內(nèi)的壓力； 探測(cè)由于井筒內(nèi)的壓力降低所引起的流入井筒的流入流；以及 當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，確定近似的地層空隙壓力，作為井筒內(nèi)的壓力。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括:用井筒內(nèi)的至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，還包括:在遞增地打開扼流器之前，停止鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，還包括:在恢復(fù)鉆探流體經(jīng)鉆具組的循環(huán)之后，用井筒內(nèi)至少一個(gè)壓力傳感器來驗(yàn)證井筒內(nèi)的壓力。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，多次地實(shí)施遞增地打開扼流器。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，當(dāng)探測(cè)到流入流時(shí)，停止遞增地打開扼流器。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，探測(cè)流入流包括:探測(cè)流體如何流出井筒外。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，探測(cè)流入流包括:探測(cè)流出井筒外的流體流量何時(shí)大于流入井筒內(nèi)的流體流量。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，確定近似的地層空隙壓力包括:對(duì)環(huán)腔內(nèi)靠近地面處的壓力與井筒內(nèi)的流體靜壓求和。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，確定近似的地層空隙壓力包括:對(duì)環(huán)腔內(nèi)靠近地面處的壓力與井筒內(nèi)的流體靜壓以及由于流體經(jīng)井筒的循環(huán)所引起的摩擦壓力求和。
【文檔編號(hào)】G01V3/18GK103688020SQ201180072236
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月12日
【發(fā)明者】S·M·杰弗瑞斯 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司