CN101092874B - 利用时间限制的地层测试来测量地层特性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于确定至少一个井下地层参数的装置和方法。该装置包括：一预先测试活塞，其可被设置成与地层流体连通；一系列流送管路计量计；一些阀，设置为选择性地把地层流体和泥浆之一抽入到该装置内用于测量。其中的方法包括：在测井下井仪中的一预先测试腔室与地层之间通过一流送管路建立起流体连通，所述流送管路中具有一初始压力；以受控方式来移动设置在预先测试腔室中的一预先测试活塞，以便把所述初始压力减小至一下降压力；终止活塞的移动，以便允许下降压力调节至一稳定压力；重复步骤，直到该稳定压力与初始压力之间的压差基本上小于一预定的压降；以及根据对这些压力中的一个或多个进行分析，确定出至少一个井下参数。

Description

利用时间限制的地层测试来测量地层特性的方法

本申请是申请号为031255930的发明名称为“利用时间限制的地层测试来测量地层特性的方法”的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及油和气的开采领域。更具体地说，本发明是涉及利用一种地层测试器来确定井筒所穿过的地下地层的至少一个特性的方法。

背景技术

在过去的几十年，已经开发了高尖端技术从地下地层来鉴定和开采通常被称作油和气的碳氢化合物。这些技术有利于发现、评估和开采地下地层中的碳氢化合物。

当相信已发现含有可开采价值数量的碳氢化合物的地下地层时，通常就从地表向期望的地下地层钻一井筒，然后对地层进行测试，确定地层是否可能开采具有商业价值的碳氢化合物。通常，在地下地层中所进行的测试包括探查所穿过的地层，判断其中是否真的存在碳氢化合物，并估算出地层中所含的碳氢化合物的可开采量。这些初步测试是利用通常被称作地层测试器的地层测试下井仪来进行的。通常由一测井电缆索、管道、钻杆或类似物把地层测试器下放到井筒内，并且被用于确定各种地层特征，这些地层特征有助于确定地层中所含的碳氢化合物或其它流体的数量、质量及状况。其它的地层测试器可以构成诸如钻杆之类的钻具的一部分，以便在钻井期间对地层参数进行测量。

地层测试器通常包括纤细的下井仪，它们适合被下放到井筒内，并被定位在期望获得其数据的地下地层附近的井筒中的一个深度处。一旦把这些下井仪定位在井筒内，这些下井仪就与地层形成流体连通，以便从地层中采集一些数据。通常，把探测器、通气管、或其它装置密封地抵靠在井筒壁上，以便建立起这种流体连通。

地层测试器通常被用于测量井下参数，例如井筒压力、地层压力、地层流动性等等。地层测试器还可以被用于从地层中采集样本，以便能够确定地层中所含的流体的类型和其它的流体参数。在判断井田的商业价值以及确定从井中开采碳氢化合物的方式时，在地层测试期间所确定出的地层特性是一些很重要的因素。

参照图1A、1B中所示的传统的测井电缆地层测试器的结构，就可以更容易理解地层测试器的工作情况。如图1A所示，测井电缆测试器100被从一油井钻架2下放到一敞口井筒3内，该敞口井筒充有流体，在本行业中该流体通常被称作“泥浆”。在钻井操作期间，井筒衬有泥浆饼4，泥浆饼4被堆积到井筒壁上。井筒穿过一地层5。

在授给Zimmerman等人的美国专利US4860581，US4936139中更详细地描述了传统的具有多个相互连接的组件的组合式测井电缆地层测试器的操作情况。图2表示出了在传统的测井电缆地层测试操作期间利用用于确定诸如地层压力之类的参数的地层测试器所测得的随时间变化的压力曲线图。

现在参照图1A，1B，在传统的测井电缆地层测试操作中，利用一测井电缆索6把一地层测试器100下放到一井筒3内。在把地层测试器100下放到井筒中的期望位置之后，通过打开平衡阀(图中未示)，地层测试器中的流送管路119中的压力就可以被平衡至井筒中的流体静压。利用一压力传感器或者压力计120来测量井筒中的流体的静压力。在这个点所测得的压力由图2中的线103所表示。然后，通过使用液压驱动活塞把测试器固定入位来设定该地层测试器100，使探测器112抵靠着井筒侧壁，以便与地层形成流体连通，并关闭平衡阀，以便把下井仪的内部与井田流体隔离开。在探测器和地层之间形成密封并且建立起流体连通的点由图2中点105所表示，这个点被称作“下井仪设定”设定点。然后，通过在预先测试腔室114中缩回活塞118，以便在流送管路119中产生一个压降，使流送管路119中的压力低于地层压力，于是就把流体从地层5抽入到地层测试器100内。这个体积膨胀循环被称作“下降”循环，由图2中的线107表示。

当活塞118停止缩回时(图2中点111所表示)，流体继续从地层进入探测器112，若给定足够的时间，可直到流送管路119中的压力与地层5中的压力相同为止，见图2中的点115所示。这个循环被称作“上升”循环，由图2中的线113所表示。如图2所示，在点115处的最终的上升压力常常被称作“井底流压”，通常假设这个压力与地层压力非常接近。

这条曲线的形状和由压力曲线所产生的对应数据可以被用于确定各种地层特性。例如，在下降(图2中的线107)和上升(图2中的线113)期间，测量的压力可以被用于确定地层的流动性，地层的流动性就是指地层渗透性与地层流体粘性的比率。当地层测试探测器112(图1B中的112)从井筒壁脱开时，由于流送管路中的压力与井筒压力进行平衡，因此，流送管路119中的压力就迅速增大，如图2中的线117所示。在地层测量循环被完成之后，就可以把地层测试器100拆下，并把它重新定位在不同的深度处，然后根据需要重复进行地层测试循环。

对测井电缆输送的下井仪而言，在这种类型的测试操作期间，在井下采集到的压力数据通常通过测井电缆通信系统以电子方式被传送到地面。在地面上，操作员通常在控制台监测流送管路119中的压力，并且，测井电缆测井系统对压力数据进行实时地记录。在测试的下降和上升循环期间所记录的数据可以在井田现场的计算机中被实时分析，或者也可以以后在数据处理中心被分析，以便确定出重要的地层参数，例如地层流体压力、泥浆过平衡压力，即井筒压力与地层压力之间的压差，以及地层的流动性。

测井电缆地层测试器允许以很高的数据率通信，以便能通过使用测井电缆遥测技术对测试和下井仪进行实时监测和控制。这种类型的通信系统使得井田工程师在他们在现场时能评估测试中测量的质量，并且在需要的情况下，可以在尝试进行另一次测试之前立即采取措施来中止测试过程和/或调节预先测试参数。例如，在预先测试下降期间，随着数据被采集，工程师可以通过观察这些数据，可以选择改变诸如下降速率和下降体积之类的初始预先测试参数，以便在尝试另一次测试之前，使这些参数更好地与地层特性相匹配。例如，在授给了Brieger的美国专利US3934468、授给了Zimmerman等人的美国专利US4860581和US4936139以及授给了Auzerais的US5969241中，描述了现有技术中的一些测井电缆地层测试器和/或地层测试方法的一些例子。这些专利都被转让给了本发明的受让人。

在钻井操作期间也可以使用地层测试器。例如，在授给了Ciglenec等人的美国专利US6230557B1中公开了这样一种适合于在钻井操作期间从地下地层中采集数据的测井下井仪，该专利被转让给了本发明的受让人。

已经研发出了各种各样的用于进行专门的地层测试操作或者预测试的技术。例如，在授给了DesBrandes的美国专利US5095745和US5233866中就描述了通过对压力从线性下降发生偏离的点进行分析来确定地层参数的方法。

尽管在研发执行预先测试的方法方面取得了进展，但是，仍然需要消除在预先测试过程中的迟延和误差，仍然需要提高从这些测试中得出的参数的精度。由于地层测试操作在整个钻井操作中都被使用，因此，测试的持续时间和缺少与下井仪的实时通信是必须被考虑的一些主要限制。对于这些操作，与实时通信相关的问题大致是由于当前在钻井操作期间通常采用的诸如泥浆脉冲遥测技术之类的遥测技术的局限性所导致的。对于大多数测井而言，在钻井下井仪钻井或测量时，诸如上行链路和下行链路的遥测数据的速率的限制使得在测井下井仪和地面之间的信息交换缓慢。例如，把一预先测试压力迹线传送到地面，然后由工程师根据所传送的数据向井下发出指令以便缩回探测器的简单过程可以产生相当大的迟延，而这种迟延会对钻井操作造成不利的影响。

所述迟延还会使下井仪被卡在井筒内的可能性增大。为了减小这种卡死的可能性，通过根据主要的地层和钻井条件来建立一些钻井操作技术规范，以便规定钻杆在给定的井筒中可以停止多长时间。根据这种技术规范，钻杆只允许停止一个有限的时段来布置探测器和执行压力测量。由于当前这种在一些下井仪和地面之间实时通信的限制，因此，希望下井仪能以自动的方式来执行几乎所有的操作。

因此，希望能有这样一种方法，这种方法使地层测试器能被用于在规定的时间内执行井下地层测试测量，并且能利用测井电缆或钻井下井仪容易地实施这种方法，并且可减小来自地面系统的干扰。

发明内容

本发明提供了一种利用设置在地下地层附近的井筒中的测井下井仪来确定地层参数的方法。该方法包括步骤：建立与地层的流体连通；执行第一次预先测试，确定出地层参数的初始估算值；根据地层参数的这些初始估算值来设计用于执行第二次预先测试的预先测试条件；以及根据所设计出的条件来执行第二次预先测试，从而确定出地层参数的精确的估算值。

本发明还提供了一些利用地层测试器来确定地层参数的方法。一种利用地层测试器在井筒所穿过的地层中确定出至少一个地层流体特性的方法包括如下步骤：在第一次预先测试期间采集第一组数据点，这些数据点代表在地层测试器的预先测试腔室中的压力，该压力是时间的一个函数；根据所述第一组数据点确定出估算的地层压力和估算的地层流体流动性；为第二次预先测试确定出一组参数，这组参数是根据估算的地层压力、估算的地层流动性和剩余的用于执行第二次预先测试的时间来确定的；利用这组参数值来执行第二次预先测试；在第二次预先测试期间采集第二组数据点，这组数据点代表在预先测试腔室中的压力，该压力是时间的一个函数；以及根据第二组数据点确定出至少一个地层流体特性。

本发明还提供了在预先测试期间为终止下降操作确定出条件的一些方法。一种利用地层测试器在井筒所穿过的地层中为下降操作确定出终止条件的方法包括以下步骤：把地层测试器的探测器设置成抵靠着井筒壁，从而使预先测试腔室与地层形成流体连通，在所述预先测试腔室的钻井流体所具有的压力要大于地层压力；通过以恒定不变的下降速率缩回预先测试活塞，从而对预先测试腔室中的钻井流体进行解压缩；采集代表预先测试腔室中的流体压力的数据点，这些流体压力是时间的一个函数；验明相继数据点的范围，这些数据点拟合出一条具有固定斜率的相对于时间的压力线，所述固定斜率基于钻井流体的压缩率、恒定不变的下降速率以及预先测试腔室的容积；以及在相继数据点的范围被验明之后，根据终止条件来终止所述下降操作。

本发明提供了用于确定地层流体流动性的一些方法。一种用于评估地层流体流动性的方法包括以下步骤：利用设置在井筒所穿过的地层中的地层测试器执行预先测试，该预先测试包括一下降阶段和一上升阶段；在下降阶段和上升阶段期间，采集代表地层测试器的预先测试腔室中的压力的一些数据点，这些压力是时间的一个函数；根据这些数据点确定出估算的地层压力；确定出一区域，该区域是由通过估算的地层压力的线和插入在下降阶段和上升阶段期间的数据点的曲线所围成的；以及根据这个区域面积、在预先测试期间从地层中抽取的体积、地层测试探测器的半径和说明井筒对地层测试探测器的响应的效果的形状因数来估算地层流体流动性。

本发明提供了一些用于在预先测试期间从下降操作估算地层压力的一些方法。一种利用地层测试器在井筒所穿过的地层中从下降操作确定估算地层压力的方法包括以下步骤：把地层测试器设置成抵靠着井筒壁，从而使地层测试器的预选测试腔室与地层形成流体连通，预先测试腔室中的钻井流体的压力要大于地层压力；通过以恒定不变的下降速率缩回地层测试器中的预先测试活塞，从而对预先测试腔室中的钻井流体进行解压缩；采集代表预先测试腔室中的流体压力的数据点，这些流体压力是时间的一个函数；验明相继数据点的范围，这些数据点拟合出一条具有固定斜率的相对于时间的压力线，所述固定斜率基于钻井流体的压缩率、恒定不变的下降速率以及预先测试腔室的容积；以及根据在相继的一些数据点的范围之后的一第一数据点来确定出估算的地层压力。

在另一方面，本发明涉及一种利用设置在地下地层附近的井筒中的测井下井仪来确定井下参数的方法。该方法包括以下步骤：在测井下井仪的预先测试腔室与地层之间通过流送管路(该流送管路中具有初始压力)形成流体连通；以一种受控的方式来移动设置在预先测试腔室中的预先测试活塞，以便把初始压力减小至一下降压力；终止活塞的移动，以便允许下降压力调整至一稳定压力；以及重复这些步骤，直到在稳定压力和初始压力之间的压差基本上小于预定的压降为止。然后，根据对一个或多个压力进行分析，就可以确定出一个或多个井下参数。于是就可以根据对一个多个压力进行分析确定出地层参数的初始估算值，以及可以根据地层参数的初始估算值来确定出执行第二次预先测试的预先测试条件，并且可以根据所设计的预先测试条件来进行地层的预先测试，从而确定出精确的地层参数。

在另外一方面，本发明涉及一种利用设置在穿过地层的井筒中的地层测试器来估算地层压力的方法。该方法包括以下步骤：对与地下地层流体连通的流送管路中的第一压力进行测量；以一种受控的方式在预先测试腔室中移动预先测试活塞，以在流送管路中产生预定的压降；在选择性地移动预先测试活塞之后终止预先测试活塞，从而允许流送管路中的压力稳定下来；以及重复这些步骤，直到流送管路中的稳定压力和流送管路中的第一压力之间的压差基本上小于预定的压降为止。然后，就可以根据流送管路中的最终稳定压力来确定出地层压力。

最后，在另一方面中，本发明涉及一种利用设置在地下地层附近的井筒中的测井下井仪来确定泥浆压缩率的方法。该方法包括以下步骤：把井筒流体截留到地层测试器中(井筒流体与内部装有可移动活塞的预先测试腔室流体连通)；选择性地移动预先测试活塞中的活塞，以便改变被截留在测井下井仪内的流体的体积；测量被截留流体的压力，并根据测得的压力估算出泥浆压缩率。

通过下面的描述和所附的技术方案可以更清楚地理解本发明的其它方面及优点。

附图说明

图1A表示放置在井筒中的传统的测井电缆地层测试器。

图1B表示图1A中组件式的传统的测井电缆地层测试器的剖面图。

图2表示对于利用传统的地层测试器执行现有技术中典型的预先测试顺序而言，压力测量值与时间的对应曲线图。

图3表示根据本发明的一个实施例的在预先测试中执行步骤的流程图。

图4表示可用于实施本发明实施例的地层测试器组件的构成元件的示意图。

图5表示用于执行图3中的预先测试的压力测量值与时间的关系曲线。

图6表示在执行图3流程图中探查阶段所采取的步骤的详细流程图。

图7表示出了图5中的探查阶段部分的曲线图中表示下降终止情况的详细示意图。

图8表示出了图5中的探查阶段部分的曲线图中表示确定上升终止情况的详细示意图。

图9表示出了在执行图3流程图中的测量阶段过程中所包括的步骤的详细示意图。

图10表示出了根据采用了泥浆压缩阶段的本发明一个实施例在预先测试中所涉及的一些步骤的流程图。

图11A表示出了用于执行图10中的预先测试的压力测量值与时间的关系曲线。图11B表示出了相应的体积变化速率。

图12表示出了在执行图10中的流程图中的泥浆压缩阶段所涉及的一些步骤的详细的流程图。

图13表示出了根据采取了泥浆失水阶段的本发明实施例在预先测试中所采取的一些步骤的流程图。

图14A表示出了对于执行图13中的预先测试的压力测量值与时间关系曲线图。图14B表示出了相应的体积变化速率。

图15表示出了经改进的用于泥浆失水阶段的图12中的改进的泥浆压缩阶段。

图16A-C表示出了在执行图13中的流程图中的泥浆失水阶段过程中所采取的一些步骤的详细流程图。图16A表示泥浆失水阶段。图16B表示出了具有重复的压缩循环的改进的泥浆失水阶段。图16C表示出了具有解压缩循环的经改进的泥浆失水阶段。

图17A表示出了根据本发明的一个实施例执行包括了经改进的探查阶段的预先测试的压力测量值与时间关系图。图17B表示出了相应的体积变化速率。

图18表示出了在执行图17A中的经改进的探查阶段过程中所涉及的一些步骤的详细流程图。

图19A表示出了根据本发明的一个实施例执行包括了的经改进的探查阶段的预先测试的压力测量值与时间之间的关系曲线。图19B表示出了相应的体积变化速率。

图20表示出了在执行图19A中的经改进的探查阶段过程中所采取的一些步骤的详细流程图。

图21表示出了流体压缩率修正图，当在不同的温度和/或压力情况下执行初始泥浆压缩时，该修正图可以被用于提供经修正的泥浆压缩率。

具体实施方式

在图3中的方框示意图中表示出了用于评估地层特性(例如地层压力和地层流动性)的方法1的本发明的一个实施例。如图3所示，这种方法包括一个探查阶段13和一个测量阶段14。

这种方法可以采用现有技术中任何已知的地层测试器来实施，例如采用在图1A和图1B中所描述的测试器来实施这种方法。其它的地层测试器也可被用于和/或适用于本发明的实施例，例如可利用在授予Zimmerman等人的美国专利US4860581和US4936139中的测井电缆地层测试器以及在授予Ciglenec等人的美国专利US6230557B1中的井下钻井下井仪来实施本发明，在此引用所有这些专利文献的内容作为参考。

在图4中表示出了可利用这种地层测试器的一种探测组件。该组件101包括：一探测器112a；一封隔器110a，该封隔器环绕在所述探测器周围；以及一流送管路119a，该流送管路从所述探测器延伸到该组件内部。流送管路119a从探测器112a延伸到探测隔离阀121a，并且该流送管路具有一压力计123a。一第二流送管路103a从探测隔离阀121a延伸到取样管路隔离阀124a和平衡阀128a，并且该第二流送管路具有压力计120a。在一预先测试腔室114a中的一可逆的预先测试活塞118a也从流送管路103a延伸。流出线路126a从平衡阀128a延伸出并向外通向井筒，该流出线路126a具有一压力计130a。样本流送管路125a从取样管路隔离阀124a延伸并穿过所述下井仪。在流送管路125a中的取样流体可以被截获、冲洗，或被用作其它用途。

探测隔离阀121a把流送管路119a中的流体与流送管路103a中的流体隔离开。取样管路隔离阀124a把流送管路103a中的流体与取样管路125a中的流体隔离开。平衡阀128a把井筒中的流体与所述下井仪中的流体隔离开。通过对这些阀进行操纵来选择性地隔离这些流送管路中的流体，就可以利用压力计120a和123a来确定出各种压力。例如，当探测器与地层流体连通时，通过关闭阀121a就可以从压力计123a读出地层压力，同时还可以减小与地层连接的下井仪的体积。

在另一个例子中，在平衡阀128a打开的情况下，利用预先测试活塞118a可以把泥浆从井筒抽入到所述下井仪内。在关闭平衡阀128a、探测隔离阀121a和取样管路隔离阀124a时流体可以被截留在这些阀和预先测试活塞118a之间的下井仪中。压力计130a可以被用于在所述下井仪的整个操作期间连续地监测井筒流体压力，并且可以和压力计120a和/或123a一起被用于直接测量泥饼两侧的压降，并且监测泥饼两侧的井筒干扰的传递，以便在后面用来针对这些干扰来修正所测得的井底流压。

预先测试活塞118a的其中一种功能就是从地层中抽出流体或把流体注入到地层内，或者是对那些被截留在探测隔离阀121a、取样管路隔离阀124a和平衡阀128a之间的流体进行压缩或膨胀。该预先测试活塞118a最好既能以低流量如以0.01立方厘米/秒的流量进行操作，又能以高流量例如以10立方厘米/秒的流量进行操作，并且在一个单一冲程中能抽出很大的量，例如能抽出100立方厘米。此外，如果需要在不拉回探测器的情况下从地层中抽取多于100立方厘米的量，可以反复循环该预先测试活塞118a。预先测试活塞118a的位置最好能被连续监测和有效控制，并且当预先测试活塞歇息待用时，它的位置能被锁定。在一些实施例中，探测器112a还可包括：一失水阀(图中未示出)和一失水活塞(图中未示出)。

通过对这些阀、预先测试活塞和探测器进行各种不同的操纵，就可以使所述下井仪按照所描述的方法进行操作。本领域普通技术人员会知道，尽管这些规格限定了一个优选的探测组件，但是，其它规格的探测组件也可以被使用，这并未脱离本发明的范围。尽管图4表示出了一种探头式的组件，但是，应当知道，也可以采用探测工具或封隔工具，这些探测工具或封隔工具也可以具有一些改进。在下面的描述中，假定使用了一种探测工具。然而，本领域普通技术人员会知道，类似的操作步骤也适用于封隔工具。

在这里所公开的一些技术也可用于设置有流送管路的其它装置。在这里所用的术语“流送管路”是指用于在地层和预先测试活塞之间形成流体连通和/或使流体可以在它们之间流动的管道、空腔或其它通道。其它类型的这种装置可以是包括例如探测器和预先测试活塞成一整体的装置。在已转让给了本发明的受让人的美国专利US6230557B1和美国专利申请No.10/248782中就公开了这种装置的一例子。

如图5所示，探查阶段13涉及获得诸如地层压力和地层流动性之类的地层参数的初始估计。然后，在设计测量阶段14时利用这些初始估计。如果需要且允许的话，然后就根据这些参数来执行测量阶段，以便形成地层参数的精确估计。图5描绘出了对应的压力曲线，该压力曲线表示当执行图3所示方法时压力随时间而变化的情况。应当知道，尽管图5中的这条压力曲线是由图4中的装置来执行的，但是，也可以被其它的测井下井仪例如图1A和图1B中所示的测试器来执行。

图6中更详细地表示出了所述探查阶段13。该探查阶段包括：在下井仪被设定达Ti时段后在t3时刻开始下降步骤310；执行下降步骤320；终止下降步骤330；执行上升步骤340；以及终止上升步骤350。为了根据步骤310来开始所述探查阶段，使探测器112a与地层流体连通，并把该探测器固定入位，并且使下井仪内部与井筒隔离开。下降步骤320是通过使活塞118a在预先测试腔室114a内前进来执行的。要终止下降步骤330，就使活塞118a停止。流送管路119a中的压力将会开始上升，直到在点350处该上升步骤340被终止。该探查阶段持续时间为T_IP。如前所述，也可以按照图1B和图2所示来执行该探查阶段，并且在该探查阶段开始之前预先确定下降流量和下降终止点。

在图7中更详细地表示出了探查阶段13的压力曲线。根据分析从该探查阶段的压力曲线得出的数据，就可以确定出诸如地层压力和地层流动性之类的参数。例如，终止点350表示地层压力的临时估计。或者是，利用本领域普通技术人员知道的一些技术，对在上升步骤340期间所获得的压力趋势进行外推，就可以更精确地估算出地层压力，根据已经获得的压力推算出的推算压力可以使这种上升无限制地继续。这种过程可需要附加的处理过程来得出地层压力。

也可以从由线340所表示的上升阶段来确定出地层流动性(K/μ)₁。可以利用本领域普通技术人员知道的一些技术，从在上升步骤340期间相对于时间的压力变化率来估算地层流动性。这些过程需要附加的处理过程来得出地层流动性的估算值。

或者是，在所公开的由Goode等人所撰写的文章中，该文章的题目为“多重探测地层测试和竖直储层连续性”(“Multiple Probe Formation Testing andVertical Reservoir Continuity”)，SPE22738，是为在Dallas，Texas，1991年10月6日至9日举行的1991年石油工程师协会技术年会及展览大会而准备的，在该文章中，暗示了图中阴影区域所表示并由附图标记325所表示的图面面积，在这里由A表示，可以被用于预测地层的流动性。这个面积是由：从终止点350(表示在终止处的估算的地层压力P₃₅₀)水平延伸的线321、下降线320和上升线340所围成的。这个面积与地层移动的估算值相关并可利用下面的方程来确定：

${\left(\frac{k}{\mathrm{\μ}}\right)}_1=\frac{V_1}{4r_p}\frac{{\mathrm{\Ω}}_S}{A}+{\mathrm{\ϵ}}_K---\left(1\right)$

其中，(K/μ)₁是地层流动性(D/cP)的第一次估算值，K是地层渗透性(达西，由D表示)，μ是地层流体粘度(cP)(由于由地层测试器所确定出的数值是地层渗透性与地层流体粘度的比率，即流动性，因此，不需要粘度的显值)；V₁(立方厘米)是在探查预先测试期间从地层中抽取的体积，V₁＝V(t₇+T₁)-V(t₇-T₀)＝V(t₇)-V(t₇-T₀)，其中，V是预先测试腔的容积；r_p是探测半径(厘米)；ε_K是误差项，对于流动性大于1mD/cP的地层来说，该误差项通常很小(小于百分之几)。

变量Ωs用于说明有限大小的井筒对探测器的压力响应的效果，该变量Ωs可从下面的方程来得出，下面的方程在由F.J.Kuchuk于(1996)20，1，1，In Situ，撰写的题目为“在交叉流动分层的储层中的多重探测测井电缆地层测试器压力行为”(“Multiprobe Wireline Formation Tester Pressure Behavior in Crossflow-Layered Reservoirs”)的出版物中被描述。该方程为：

其中，r_p和r_w分别表示探测器半径和井筒半径；ρ＝r_p/r_w，η＝K_r/K_z；

；K_r和K_z分别表示径向渗透性和垂向渗透性。

在对方程1中所表示的结果进行描述过程中，假定地层渗透性是各向同性的，也就是K_r＝K_z＝K，并且假定在测试期间流动状态呈“球形”，并且保持那些确保达西关系有效的条件。

仍然参照图7，可以对探查阶段的下降步骤320进行分析，以便确定出相对于时间的压降，从而确定出压力曲线的各种特性。从沿着下降线320的一些点得出的一条最佳拟合的线32从开始点310延伸。可以沿着曲线320来确定偏离点34，该偏离点34表示曲线320与最佳拟合线32的偏离达到最小的偏离值δ₀。偏离点34可被用作“流动开始”的估算点，在时间Te处的点，在该点处，在探查阶段下降期间，流体从地层被输送到下井仪内。

该偏离点34可以采用已知的技术来确定，例如采用在美国专利US5095745和US5233866中所公开的技术来确定，这两专利都授予给了Desbrades，在此引用它们的全文作为参考。Debrandes提出了这样一种技术，这种技术用于根据偏离点与最佳拟合线的偏离来估算地层压力，其中的最佳拟合线是根据预先测试的下降阶段的一些数据点得出的。偏离点还可以这样来确定，即，通过测试最近获得的点，判断该最近获得的点是否仍保留直线趋势上，所述直线趋势表示随着连续压力数据的获得而形成的流线的伸长。如果判断出最近获得的点不在直线上，那么，下降可以被终止，并且允许压力进行稳定。偏离点还可以这样来确定，即，对在下降步骤320期间所记录的压力相对于时间进行求导来确定。当导数变化(假定变得较小)达2—5％时，就取对应的点来表示从地层开始流动。如果需要的话，为了确认与表示从地层的流动情况的伸长线的偏离，可以执行更小体积的预先测试。

也可以采用其它技术来确定偏离点34。例如，采用基于泥浆压缩率的确定偏离点34的另一种技术，在下面将参照图9—11来描述这种技术。

一旦偏离点34被确定，下降步骤就被继续进行并超过该偏离点34，直到满足某种规定的终止条件为止。这种条件可以基于压力、体积和/或时间。一旦这种条件被满足，下降步骤就被终止，从而就可到达终止点330。理想地是，在相对于图7中的偏离点34处的偏离压力P₃₄在给定的压力范围ΔP内所给定的压力P330处产生终止点330。或者是，也可以期望在确定了偏离点34之后的一给定时段内终止所述下降步骤。例如，如果在时刻t₄发生偏离，那么，可以预先设定在时刻t₇终止下降步骤，其中，在时刻t₄和时刻t₇之间的时段用T_D表示，并被限制为一最大的时段。用于终止预先测试步骤的另一个条件是在偏离点34被确定之后限制从地层中抽出的体积。这个体积可以由预先测试腔室114a(见图4)的体积变化来确定。体积的最大变化可以被规定为预先测试的限制参数。

可以单独或联合地采用这些限制条件，压力、时间和/或体积中的一个或多个来确定终止点330。例如，在高渗透性地层的情况下，如果理想的条件例如预先确定的压降不能被满足，那么，就可以用一个或多个其它的条件来进一步地限定预先测试的持续时间。

在到达偏离点34之后，压力沿着线320继续下降，直到膨胀过程在点330处终止为止。在这个点处，探测隔离阀121a被关闭和/或预先测试活塞118a被停止，并且探查阶段上升步骤340开始。在流送管路中的压力上升继续进行，直到在点350处终止该上升步骤为止。

当上升变得足够稳定时的压力通常被作为地层压力的估算值。对上升的压力进行监测，以便提供一些数据，用于根据上升压力的逐渐稳定情况来估算出地层压力。特别是，所获得的信息可以被用于设计测量阶段过渡过程，以便在上升步骤结束时获得地层压力的直接测量值。然而，应该允许探查阶段的上升步骤持续多长时间来获得地层压力的初始估算值仍是一个问题。

从前面的描述中可以清楚地知道，在压力恢复到这样一个压力值之前上升步骤不应被终止，在所述这个压力值处，确定出流送管路减压偏离，即，确定出图7中的由P₃₄所表示的压力。在一种方法中，可以把一设定时间限制用于上升的持续时间T₁。T₁可以被设定成从地层的流动时间T₀的若干倍，例如2至3倍。可以预见，其它的技术和条件也可以被使用。

如图5和图7所示，终止点350表示出了上升步骤的结束、探查阶段的结束和/或测量阶段的开始。可以利用某些条件来确定何时应形成终止点350。用于确定该终止点350的一种可行的方法是允许测量的压力达到稳定。为了确定这样一个点，即，在这个点处，可以相当迅速地合理地精确地估算在终止点350的地层压力，可以利用一种方法来确定用于建立何时应终止的条件。

如图8所示，这样一种方法涉及以下降终止点330为开始建立压力增量。例如，这种压力增量可能是压力计分辨率的很多倍，或是压力计的干扰的很多倍。随着上升数据的获得，在这样一个间隔内就会获得连续的压力点。在每个压力增量区内选定最高的压力数据点，并在相应的时间之间确定出差值，以便得出时间增量Δ_ti(n)。上升被继续进行，直到两个相继的时间增量的比率大于或等于一个预定的值，例如2。在这个条件被满足时在最后的间隔中最后记录的压力点就是计算出的终止点350。这种分析可以以数学方式表示如下：

在t₇时刻开始，探查阶段的上升步骤开始进行，找出一系列下标 $\left\{i\left(n\right)\right\}\⋐\left\{i\right\}$ ，i(n)>i(n-1)，n＝2，3，……，从而对于n≥2，i(1)＝1，并且

$\underset{i}{\max }(P_{i\left(n\right)}-P_{i(n-1)})\≤\max (n_P{\mathrm{\δ}}_P,{\mathrm{\ϵ}}_P)---\left(3\right)$

其中，n_p是一个大于或等于例如4的数，通常为10或更大，δ_p是压力测量装置的标称分辨度；ε_p是压力装置干扰值的小的倍数，例如2，所述压力装置干扰值是在设定下井仪之前例如在泥浆压缩率试验期间可以被确定的数值。

本领域普通技术人员都会知道，n_p和ε_p也可以选择其它的值，这取决于所期望得到的结果而定，这也都未脱离本发明的范围。如果除了基点以外，在方程(3)的右边所限定的间隔内不存在一些点，那么，可以采用该间隔外的最接近的点。

确定出Δt_i(n)≡t_i(n)—t_i(n-1)，当满足下面的条件时上升步骤就可以被终止，该条件为：p_i(n)≥p(t₄)＝P₃₄(见图8)，并且

$\frac{\mathrm{\Δ}{t}_{i\left(n\right)}}{\mathrm{\Δ}{t}_{i(n-1)}}\≥m_P---\left(4\right)$

其中，m_p是大于或等于例如2的数。

然后，地层压力的第一估算值被确定为(见图7)：

p(t_i(max(n)))＝p(t₇+T₁)＝P₃₅₀           (5)

大体上说，根据当前的条件，当在上升期间压力大于对应于偏离点的压力并且压力增大的增大率以至少为2的系数减小时，就终止探查阶段预先测试。地层压力的近似值就被认为是在上升期间测得的最高压力。

方程(3)和(4)一起确定精度，通过这个精度，在探查阶段期间确定出地层压力：方程(3)确定出误差下限，m_p粗略地确定出估算值与真实的地层压力的接近程度。m_p的值越大，地层压力的估算值就越接近真实值，探查阶段的持续时间就越长。

另外，也可以根据上升曲线的平直度来建立使探查阶段上升终止的条件，例如，通过比较一定范围的一些压力上升点的平均值与压力计干扰值的小倍数例如2倍或4倍来确定。应当知道，可以单独采用或组合采用在这里所公开的任何条件来终止探查阶段上升步骤(即图5上的340)、测量阶段上升步骤(即图5上的380，下面将会被描述)或更广义的任何上升步骤。

如图7所示，终止点350表示出了在上升阶段340完成之后探查阶段13的结束。然而，也存在这样的情况，即，在这种情况中，必须或希望对预先测试进行终止。例如，在这种方法中存在一些问题，例如当探测器被堵塞时，测试是干燥的或地层流动性很小，以致测试基本是干燥的，泥浆压力精确地平衡地层压力，监测到一错误的破裂，测试出非常低渗透性的地层，监测到流送管路中的流体的压缩率的变化，或发生其它事项，可以在整个循环完成之前终止预先测试。

一旦希望在探查阶段终止预先测试，预先测试活塞就可以被停止，或探测隔离阀121(如果有的话)被关闭，从而使流送管路119中的量减小到最小。一旦监测到问题，就终止探查阶段。如果需要的话，可以执行新的探查阶段。

参照图5，一旦完成探查阶段13，就可以决定这些条件是否允许或者希望执行测量阶段14。这个决定可以采用人工方式来进行。然而，优选地是，这个决定以自动方式并根据所设定的条件来进行。

一个可以被利用的条件简易地是时间。但必须确定是否有足够的时间T_MP来执行测量阶段。在图5中，有足够的时间来执行探查阶段和测量阶段。也就是说，用于执行这两个阶段的总时间T_t小于这个循环分配的时间。通常，当T_IP小于总时间T_t的一半时，就会有足够的时间来执行所述测量阶段。

另一个可以被用来确定是否开始执行测量阶段的条件是体积V。必须或者理想地是，例如，确定测量阶段的体积是否至少等于在探查阶段期间从地层中抽取出的体积。如果一个或多个条件不能被满足，那么，就不可以执行测量阶段。也可以采用其它的条件来确定是否应该执行测量阶段。或者是，尽管没有满足一些条件，但是，可以继续执行探查阶段，直到剩余的分配时间结束为止，从而以缺省的方式使探查阶段即是探查阶段又是测量阶段。

应当知道，尽管图5中表示出了一个单一的探查阶段13和一个单一的测量阶段14依次执行，但是，根据本发明，可以执行不同数目的探查阶段和测量阶段。在极端的情况下，探查阶段的估算可以是唯一能获得的估算，这是因为在探查阶段上升步骤期间，压力增大非常缓慢以致于探查阶段用完了分配给测试所用的全部时间。对于渗透性很小的地层来说事实就是这样。在其它情况下，例如对于具有中等或很高的渗透性的地层来说，上升到地层压力是相当快的，可以进行多次的预先测试后，仍然还没用完所分配的时间，即并不超出时间限制。

参照图5，一旦作出执行测量阶段14的决定，然后探查阶段13的一些参数就被用来设计该测量阶段。从探查阶段得出的参数，即地层压力和地层流动性，被用于确定测量阶段预先测试的操作参数。特别是，理想的情况是利用这些探查阶段参数来解决测量阶段预先测试的体积及其持续时间，从而解决相应的流量。优选地是，测量阶段操作参数以这样一种方式来确定，这种方式能优化在测量阶段预先测试期间所用的体积，从而得出在给定范围内的地层压力的估算值。更具体地说，理想的情况是抽出刚刚足够的体积，优选地是抽出比在探查阶段从地层中抽取出的体积大的体积，以便在测量阶段结束时，压力恢复到真实地层压力p_f的一个期望的范围δ内。最好选定在测量阶段期间所抽出的体积，以便也能满足时间限制。

用H表示地层相对于由前面所描述的探测下井仪所导致的流量的单位阶跃的压力响应。在测量阶段结束时测量压力应在真实地层压力的范围δ内的条件可以被表示如下：

$H\left(T_{\mathrm{tD}}^{\′}\right)-H\left({(T_t^{\′}-T_0)}_D\right)+\frac{q_2}{q_1}\{H\left({(T_t^{\′}-T_0-T_1)}_D\right)-H\left({(T_t^{\′}-T_0-T_1-T_2)}_D\right)\}\≤\frac{2\mathrm{\π}{r}_{*}\sqrt{K_r{K}_z}}{\mathrm{\μ}{q}_1}\mathrm{\δ}$

(6)

其中，

表示分配给探查和测量两阶段的总时间减去流送管路膨胀所用的时间，即：在图5中， $T_t^{\′}=T_t-(t_7-t_f)=T_0+T_1+T_2+T_3$ (在进行测试之前被规定，单位为秒)；T₀是在探查阶段期间地层流动的大约持续时间(在采集期间被确定，单位为秒)；T₁是在探查阶段期间的上升的持续时间(在采集期间被确定，单位为秒)；T₂是在测量阶段期间下降的持续时间(在采集期间被确定，单位为秒)；T₃是在测量阶段期间上升的持续时间(在采集期间被确定，单位为秒)；q₁和q₂分别表示探查阶段和测量阶段各自的恒定流量(在采集之前被规定并在采集期间被确定，单位为立方厘米/秒)；δ是精度，在测量阶段期间确定地层压力所要达到的精度(被规定，单位为大气压)，即，p_f—p(T_t)≤δ，其中p_f是真实地层压力；φ是地层孔隙度，C_t是地层总压缩率(在采集之前根据所了解的地层类型和孔隙度并通过标准相关来确定，单位为1/大气压)；T_nD＝(K_rT_n)/(φμC_tr_* ²)≡T_n/τ，其中，n＝t，0，1，2，并表示无因次数，τ≡φμC_tr_* ²/Kr，表示时间常数；以及r_*是有效探测半径，它由下式确定：

$r_{*}=\frac{r_P}{K(m;\mathrm{\π}/2)}\frac{1}{{\mathrm{\Ω}}_S}=\frac{2r_P}{\mathrm{\π}(1+{(1/2)}^{2}m+{(3/8)}^2{m}^2+O\left(m^3\right))}\frac{1}{{\mathrm{\Ω}}_S}$

其中，K是第一类的全椭圆积分，其模量 $m\≡\sqrt{1-K_Z/K_r}.$

如果地层是各向同性的，那么，r_*＝2r_p/(πΩ_s)。

同样，测量阶段可以通过规定第二次预先测试流量与第一次预先测试测量的比率、测量阶段预先测试时间持续时间T₂以及其体积来限制。

为了完整地规定测量阶段，理想的情况是根据附加条件来进一步限制测量阶段。一种这样的条件可以基于规定测量阶段的下降部分的持续时间与可获得的用于完成整个测量阶段的总时间的比率，这是由于在探查阶段完成之后，就知道了测量阶段的持续时间，也就是说， $T_2+T_3=T_t^{\′}-T_0-T_1$ 。例如，对于下降的持续时间，可以使其为测量阶段的上升的持续时间的两倍(或更多倍)，于是，T₃＝n_TT₂，或者是， $T_2=(T_t^{\′}-T_0-T_1)/(n_T+1),$ 其中，n_T≥2。于是就可以利用方程(6)求出测量阶段的预先测试流量和探查阶段的预先测试流量的比率，从而还可求出测量阶段的体积V₂＝q₂T₂。

另外一种用于完成测量阶段预先测试参数的规定的条件就是限制在测量阶段下降期间的压降。采用与方程(6)中相同的符号和相同的调整假设，这个条件可以被表示为：

$H\left({(T_0+T_1+T_2)}_D\right)-H\left({(T_1+T_1)}_D\right)+\frac{q_2}{q_1}H\left({\left(T_2\right)}_D\right)\≤\frac{2\mathrm{\π}{r}_{*}\sqrt{K_r{K}_z}}{\mathrm{\μ}{q}_1}\mathrm{\Δ}{p}_{\max }---\left(7\right)$

其中，Δp_max(以大气压计)是在测量阶段期间可允许的最大的下降过程的压降。

用一个具体简单但重要的例子可以最清楚地说明利用方程(6)和方程(7)来确定测量阶段的预先测试参数。为了说明起见，和前面一样，假定探查阶段的预先测试和测量阶段的预先测试以精确的控制速度来执行。此外，还假定下井仪存储对压力响应的影响可以被忽略，在下降和上升中流动区域是球形的，地层渗透性是各向同性的，并且确保达西关系有效的条件被满足。

根据上面的假定，方程(6)就呈以下形式：

$\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K{T}_t^{\′}}}\right)-\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K(T_t^{\′}-T_0)}}\right)+$

$+\frac{q_2}{q_1}\{\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K(T_t^{\′}-T_0-T_1)}}\right)-\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K(T_t^{\′}-T_0-T_1-T_2)}}\right)\}\≤\frac{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}{\mathrm{\μ}{q}_1}\mathrm{\δ}$

(8)

其中，erfc是误差补偿函数。

由于误差函数的自变量通常很小，因此，在利用通常的平方根逼近中精度的损失通常很小。在对方程(8)中的一些项进行重新整理之后，方程(8)可呈以下形式：

$q_2(\sqrt{\mathrm{\λ}/(\mathrm{\λ}-T_2)}-1)\≤\frac{2{\mathrm{\π}}^{3/2}K{r}_{*}}{\mathrm{\μ}}\mathrm{\δ}\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\τ}}}-q_1(\sqrt{\mathrm{\λ}/(T_t^{\′}-T_0)}-\sqrt{\mathrm{\λ}/T_t^{\′}})$

(9)

$\≡\frac{2{\mathrm{\π}}^{3/2}K{r}_{*}}{\mathrm{\μ}}\mathrm{\δ}\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\τ}}}-q_{1}u\left(\mathrm{\λ}\right)$

其中，λ≡T₂+T₃，一旦完成探查阶段的预先测试，就可以知道测量阶段的持续时间的值。

一旦左边括号中的表示式进一步逼近以便获得测量阶段预先测试的期望的体积表达式，这种关系的应用是很清楚的了。

$V_2\{1+\left(\frac{3}{4}\right)\left(\frac{T_2}{\mathrm{\λ}}\right)+O\left(T_2^2\right)\}=4{\mathrm{\π}}^{3/2}\mathrm{\φ}{C}_t\mathrm{\δ}{\left(\frac{K}{\mathrm{\μ}}\frac{T_2+T_3}{\mathrm{\φ}{C}_t}\right)}^{3/2}-\mathrm{\λ}{q}_{1}u\left(\mathrm{\λ}\right)---\left(10\right)$

做出在从方程(6)得出方程(8)过程中相同的假定，方程(7)就可被写成：

$\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K(T_0+T_1+T_2)}}\right)-\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K(T_1+T_2)}}\right)+$

(11)

$+\frac{q_2}{q_1}\mathrm{erfc}\left(\frac{1}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\φ\μ}{C}_t{r}_{*}^2}{K{T}_2}}\right)\≤\frac{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}{\mathrm{\μ}{q}_1}\mathrm{\Δ}{p}_{\max }$

在对于误差补偿函数应用平方根逼近以及重新整理项以后，方程(11)可以被表示为：

$q_2(1-\sqrt{\mathrm{\τ}/\left(\mathrm{\π}{T}_2\right)})\≤\frac{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}{\mathrm{\μ}}\mathrm{\Δ}{p}_{\max }-\frac{q_1}{\sqrt{\mathrm{\π}}}(\sqrt{\mathrm{\τ}/(T_1+T_2)}-\sqrt{\mathrm{\τ}/(T_0+T_1+T_2)})$

(12)

$\≡\frac{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}{\mathrm{\μ}}\mathrm{\Δ}{p}_{\max }-q_{1}v\left(T_2\right)$

结合方程(9)和方程(12)，可以得出：

$\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\λ}-T_2}}=1+\{\sqrt{\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\τ}}}-\frac{q_1\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}\frac{1}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}u\left(\mathrm{\λ}\right)\}$

(13)

$\×{\{1+\frac{q_1\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}\frac{1}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}v\left(T_2\right)\}}^{-1}{(1-\sqrt{\mathrm{\τ}/\left(\mathrm{\π}{T}_2\right)})}^{-1}$

由于在最后两个括号/圆括号表示式中的项非常接近一致，因此方程(13)可以被大致表示为：

$\frac{T_2}{\mathrm{\λ}}\≈1-{\{1+\sqrt{\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{\δ}}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\τ}}}-\frac{q_1\mathrm{\μ}}{2\mathrm{\πK}{r}_{*}}\frac{1}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}u\left(\mathrm{\λ}\right)\}}^{-2}$        (14)

该方程给出了一表达式，以便用于确定测量阶段下降的持续时间，并与上面所得的测量阶段预先测试体积的结果相结合，得出测量阶段预先测试流量的值。为了从方程(14)获得T₂实际的估算值，就应该满足下列条件：

$\mathrm{\δ}>\frac{q_1\mathrm{\μ}}{2{\mathrm{\π}}^{3/2}K{r}_{*}}\frac{1}{\mathrm{\Δ}{p}_{\max }}u\left(\mathrm{\λ}\right)$                          (15)

方程(15)表示出了这样一个条件，即，最终的压力的目标邻近值应该大于从探查阶段预先测试留下的剩余过渡值。

总地来说，在利用方程(8)和方程(11)的更全面的参数估算方法中，可以把由方程(10)和方程(14)得出的对V₂和T₂估算值作为初始值。尽管方程(8)和方程(11)被用于说明这种方法中计算测量阶段的参数的步骤，但是，应当知道，其它的一些影响，例如下井仪存储、地层复杂性等，可以很容易地被用加入到这种估算方法中。如果地层模型已知，那么，在参数估算方法中可以使用更一般的地层模型方程(6)和(7)。

在上面所描述的用于确定测量阶段预先测试的方法中，假定在能估算优化的预先测试体积和持续时间之前对一些参数进行赋值。这些参数包括：地层压力测量精度δ；允许的最大下降值(ΔP_max)；地层孔隙度φ，它通常可从开孔测井来获得；以及总的压缩率C_t，它可以公知的相互关系来获得，该已知的相互关系又取决于孔隙度和岩性。

在确定出了测量阶段预先测试参数的情况下，就能在分配给整个测试的时间内获得改进的地层压力和地层流动性的估算值。

在点350处，探查阶段结束，测量阶段可以开始。从探查阶段确定的参数被用来计算那些对确定参数以执行测量阶段14来说所必须的流量、预先测试持续时间和/或体积。可以利用一组精确的参数来执行测量阶段14，这组精确的参数是由那些在探查阶段估算的初始的地层参数确定的。

如图9所示，测量阶段14包括以下步骤：执行第二下降360；终止下降370；执行第二上升380；以及终止上升390。根据图6中的探查阶段13，按照前面所描述的方式来执行这些步骤。测量阶段的参数，例如流量，时间和/或体积，最好根据探查阶段的结果来预先确定。

参照图5，测量阶段14最好从探查阶段结束点350开始，并持续由测量阶段所规定的持续时间T_MP，直到在点390处终止为止。优选地是，用于执行探查阶段和测量阶段的总时间位于所分配的时间量之内。一旦完成测量阶段，地层压力就可以被估算，并且把下井仪撤出，以便进行附加的测试、井下操作或进行从井筒中的撤除操作。

下面将参照图10，来描述方法1的另一个可选的实施例，该实施例具有一个泥浆压缩阶段11。在这个实施例中，方法1b包括：一个泥浆压缩阶段11；一个探查阶段13；一个测量阶段14。泥浆的压缩率的估计值可以被用于使探查阶段程序更精确，从而能更好地根据探查阶段13和测量阶段14对参数进行估算。图11A表示出了对图10所示方法相对应的压力曲线，图11B表示出了预先测试腔容积变化率的相应的图形描述。

在这个实施例中，图4中的地层测试器可以被用于执行图10中的方法。根据这个实施例，隔离阀121a，124a可以与平衡阀128a结合使用，以便把一些液体截留在流送管路103a内。此外，隔离阀121a可以被用于减小下井仪存储体积的影响，以便有利于迅速上升。平衡阀128a还可以使流送管路容易冲洗，以便排除诸如气体之类的不想要的流体，并且有利于向流送管路部分119a和113a再充入井筒流体。

泥浆压缩率的测量可以这样来进行，例如，首先利用预先测试活塞118a从井筒通过平衡阀128a把一些泥浆抽入到所述下井仪内，然后通过关闭平衡阀128a和隔离阀121a和124a来在流送管路中隔离出一定体积的泥浆，然后利用预先测试活塞118a来调节预先测试腔室114a的容积，从而对所截留的这些泥浆进行压缩和/或膨胀，同时利用压力计120a来记录所截留的这些流体的压力和体积。

预先测试腔室的容积可以被非常精确地测得，例如，利用适当的图4中未表示出的线性电位计或利用其它已知的技术来测量预先测试活塞的位移来测量所述预先测试腔的容积。此外，图4中也未表示出这样一个装置，即，该装置用于精确控制预先测试活塞的速度，以便按照要求对预先测试活塞速率qp进行控制。用于获得这些精确速率的技术在本领域中是已知的，例如，利用与修正形式的丝杆相连接的活塞、齿轮箱、计算机控制的马达，就能容易地获得诸如这种方法所要求的这些速率。

图11A和图12更详细地表示出了泥浆压缩阶段11。泥浆压缩阶段11是在设定所述下井仪之前被执行的，因此，也是在执行探查阶段和测量阶段之前被执行的。特别是，为了执行泥浆压缩测试，所述下井仪不必抵靠着井筒设置，在井筒中所述下井仪也不必是固定不动的，因此，减小了因固定不动的钻杆而引起所述下井仪被卡住的危险性。然而，优选地是，在靠近测试点的位置来对井筒流体进行取样。

在图12中更详细地表示出了用于执行压缩阶段11的一些步骤。这些步骤也与沿着图11A中的压力曲线的一些点相对应。如图12所描述的那样，泥浆压缩率测试的步骤包括：开始泥浆压缩率测试510；把泥浆从井筒抽入到所述下井仪内511；在流送管路中隔离出一些泥浆团512；压缩这些隔离出的泥浆团520；以及终止压缩530。接下来，使泥浆团开始膨胀540，泥浆团膨胀持续一段时间550，直到终止膨胀560。开始接通流送管路与井筒561，使流送管路内的压力被平衡至井筒压力570，直到终止这种压力平衡575。然后，就使预先测试活塞开始重新循环工作580。泥浆就被从流送管路排入到井筒内581，并且使预先测试活塞再循环582。当希望执行探查阶段时，把下井仪设定好610，并终止接通流送管路与井筒620。

泥浆压缩率与流送管路中的流体的压缩率有关，流送管路中的流体通常全是钻井泥浆。知道了泥浆压缩率，就可以用来更好地确定线32的斜率(参照图7的描述)，这样又能改进对偏离点34的确定，该偏离点表示从地层的流动。知道了泥浆压缩率的值，就可以使探查阶段13更有效，并且能提供附加的途径，以便进一步改进根据探查阶段13得出的估算值，从而最终可改进那些从测量阶段14得出的参数。

泥浆压缩率C_m可以通过分析图11A中的压力曲线和相应产生的压力和体积数据来确定。特别是，泥浆压缩率可以根据下列方程来确定，该方程为：

$C_m=-\frac{1}{V}\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dp}}$ 或者，等同于， $q_p=-C_{M}V\stackrel{.}{P}$          (16)

其中，C_m是泥浆压缩率(平方英寸/磅)，V是被截留的泥浆的总体积(立方厘米)，p是测得的流送管路压力(磅/平方英寸)，

表示测得的流送管路压力的时间变化率(磅/平方英寸·秒)，q_p表示预先测试活塞速率(立方厘米/秒)。

为了获得泥浆压缩率的精确估算值，理想地是，收集更多的数据点来确定在泥浆压缩率测量期间的压力-体积的每个支线趋势。在利用方程(16)来确定泥浆压缩率时，已经做出了一些通常的假定，特别是，压缩率固定不变，在测量中所用的增大的预先测试体积与在流送管路中所截留的泥浆的总体积相比是很小的。

现在就来说明通过测量泥浆压缩率来获得更精确的偏离点34a。这种方法是这样开始的，即，把探查阶段13的初始部分的下降数据与已知斜率的线32a的数据拟合。利用先前确定的泥浆压缩率、流送管路容积和预先测试活塞下降速率来确定出线32a的斜率。由于所述下降是以固定的且被精确控制的速率来进行的，并且流送管路中的流体的压缩率是已知固定不变的并且已由上面所描述的试验确定，因此，描述具有已知斜率a的这条直线的方程为：

$p\left(t\right)=p^{+}-\frac{q_p}{V\left(0\right)C_m}t=b-\mathrm{at}---\left(17\right)$

其中，V(0)是在膨胀开始时的流送管路的容积，C_m是泥浆压缩率，q_p是活塞解压速率，p⁺是膨胀过程开始时的表观压力。假定V(0)远大于因预先测试腔室的膨胀而增大的容积。

由于已经知道了斜率a，因此，为了完整地确定出方程(17)，唯一需要被确定的参数就是截距p⁺，即b。一般来说，p⁺是未知的，然而，当属于流送管路膨胀的线性趋势的数据点与斜率为a的线拟合时，这些数据应具有相似的截距。因此，当流送管路膨胀的线性趋势被确定之后，就可得出该截距p⁺的值。

确定出延伸的一些数据点，这些数据点位于斜率为a的线上，并且在给定的精度范围内。这条线表示真实的泥浆膨胀下降压力趋势。本领域普通技术人员都会知道，在把这些数据点拟合成一条线时，不必使所有的点都精确地位于这条线上。只要在一精度范围内把这些点拟合成一条线就足够了，所述精度范围是根据下井仪的特性和工作参数来选定的。通过这种方法，就可以避免不规则的趋势，这些不规则的趋势与早期的数据点相关，即，与那些大约在预先测试活塞下降开始时的那些数据点相关。最后，当由这些点形成所述直线之后，从所述直线显著偏离(或超出精度范围)的第一点34a就是从下降压力趋势发生偏离的点。所述偏离点34a通常发生在这样一个压力处，即该压力要大于通过直线外推来预测的压力。这个点表明泥浆饼已发生破裂。

用于鉴别这些属于流送管路膨胀线的数据点有各种不同的方法。当然，任何方法的细节取决于怎样来确定流送管路膨胀线、怎样来选择最大的间隔以及怎样选择测量精度等。

下面给出了两种可以采用的方法，以便说明具体情况。在说明之前，先定义下面的各个项：

$\stackrel{\‾}{b_k}\≡\frac{1}{N\left(k\right)}(\underset{n=1}{\overset{N\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}}{p}_n+a\underset{n=1}{\overset{N\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}}{t}_n)=\stackrel{\‾}{p_n}+a\stackrel{\‾}{t_n}$                      (18)

${\hat{b}}_k\≡\underset{N\left(k\right)}{\mathrm{median}}(p_k+a{t}_k),$ 以及                        (19)

$S_{p,k}^2\≡\frac{1}{N\left(k\right)}\underset{n=1}{\overset{N\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}}{(p_n-p\left(t_n\right))}^2=\frac{1}{N\left(k\right)}\underset{n=1}{\overset{N\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}}{(p_n-{\stackrel{\‾}{p}}_k+a(t_n-{\stackrel{\‾}{t}}_k))}^2$       (20)

其中，一般来说，N(k)<k表示从采集的k个数据点(t_k，p_k)中选择的数据点的数目。根据具体情况，N(k)可以等于k。方程(18)和(19)分别表示固定斜率为a的最不直的线，和斜率为a的绝对偏离最小且经过N(k)数据点的线，以及方程(20)表示在固定斜率的线周围的数据的方差。

一种用于确定跨越最长时间间隔的斜率为a的直线的技术就是把采集到的这些单个数据拟合成斜率为a的一些线。这种拟合产生一系列截距{b_k}，单个的b_k可以这样来算出：b_k＝p_k+a t_k。如果相继的b_k值变得逐渐靠得更近并且最终都位于一个很窄的范围内，那么，与这些下标相对应的这些数据点就被用来拟合成最终的线。

具体地说，这种技术包括以下步骤：(i)从给出的一系列截距{b_k}确定出一个中值b_k；(ii)找出属于集合 $I_K=\{i\&Element;[2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,N\left(K\right)]||b_i-{\tilde{b}}_k|\&le;n_b{\mathrm{\&epsiv;}}_b\}$ 的下标，其中，n_b是诸如2或3的数，其中ε_b可以按下列方程来确定：

${\mathrm{\&epsiv;}}_b^2=S_{b,k}^2=\frac{1}{N\left(k\right)}(S_{p,k}^2+a^2{S}_{t,k}^2)=\frac{1}{N\left(k\right)}{S}_{P,K}^2---\left(21\right)$

其中，最后的表示式是根据假定时间测量是准确的而得出的。

另外，也可以非自然地来选择ε_b，例如，ε_b＝S_p，k；(iii)使固定斜率为a的线与这些数据点拟合，其中的下标属于I_k；以及(iv)找出使得 $p_K-b_k^{*}+a{t}_K>n_S$ S_p，k的第一点(t_k，p_k)，其中， $b_k^{*}={\hat{b}}_k$ 或b_K，这取决于对线进行拟合所采用的方法，n_s是诸如2或3的数。图11A中由34a所表示的这个点表明泥浆饼破裂，并且开始从地层流动。

另外一种可选用的方法是根据一种思路，即，随着拟合线遇到真实的流送管路膨胀数据，这些数据在固定斜率的线周围的方差序列最终应变得或多或少地固定。于是，本发明的方法可以按下述过程来实施：(i)首先使固定斜率a的线拟合在t_k前收集的数据。对于每组数据，根据p(t_k)＝b_k-at_k来确定出一条线，其中，b_k是由方程(18)计算出的；(ii)利用方程(20)来构建这方差

序列，其中N(k)＝k；(iii)找出属于集合J_k的连续的下标，其中： $J_k=\{i\&Element;[3,...,k]|S_{p,k-1}^2-S_{p,k}^2>\frac{1}{k}{S}_{p,k-1}^2-{(p_k-({\stackrel{\&OverBar;}{b}}_k-a{t}_k))}^2\};$ (iv)固定斜率为a的线与具有J_k中的下标的数据拟合。使N(k)为该集合中的下标数；(v)把与这一系列固定斜率的直线的最后直线偏离的点作为第一点，所述这一系列直线具有位于上述集合中的下标，所述第一点满足p_k-b_k+a t_k>n_s S_p，k，其中，n_s是诸如2或3的数；(vi)确定出： $S_{\min }^2=\underset{N\left(k\right)}{\min }\left\{S_{p,k}^2\right\};$ (vii)找出J_k中的点的子集，使得N＝{i∈J_k‖p_i-(b_i-at_i)|<S_min}；(viii)通过具有N中的下标的一些点来拟合斜率为a的线；以及(ix)确定泥浆饼破裂为第一点(t_k，p_k)，其中，p_k-b_k+a t_k>n_sS_p，k。如先前的选择一样，这个点也由图11A中的34a表示，这个点被指为是表明泥浆饼破裂，并开始从地层中流动。

一旦最佳拟合线32a和偏离点34a被确定，就可以参照图7如前面所描述的那样来确定终止点330a、上升过程370a和上升过程终止350a。然后，通过图11A中的探查阶段13中所产生的精确的参数来确定测量阶段14。

参照图13，图中表示出了方法1c的另一个实施例，该实施例包括泥浆失水阶段12。在这个实施例中，这种方法包括：一个泥浆压缩阶段11a；一个泥浆失水阶段12；一个探查阶段13；以及一个测量阶段14。图14A表示出了相应的压力曲线，图14B表示出了预先测试体积的变化率的图形表述。在图13所示的方法中，可以采用与参照图10中的方法所描述的相同的下井仪。

图14A和14B更详细地表示出了泥浆失水阶段12。泥浆失水阶段12是在下井仪被设定后并在执行探查阶段13和测量阶段14之前被执行的。在泥浆失水阶段12之前执行改进的泥浆压缩阶段11a。

在图15中更详细地表示出了改进的压缩率测试11a。改进的压缩率测试11a包括与图12中的压缩率测试相同的步骤510—580。在步骤580之后，重复进行泥浆压缩率测试的步骤511和512，即，把泥浆从井筒抽入到所述下井仪内511a，并且把流送管路与井筒隔离开512a。现在就可以设定所述下井仪610，并且在设定循环结束时，可以对流送管路进行隔离620，以便为泥浆失水阶段、探查阶段和测量阶段作好准备。

在图16A中更详细地表示出了泥浆失水阶段12。泥浆失水阶段从点710开始，流送管路中的泥浆体积被压缩711，直到这种压缩在点720处终止，然后流送管路压力下降730。在初始压缩之后，打开井筒内的流送管路的连通751，平衡下井仪和井筒内的压力752，然后把流送管路与井筒隔离开753。

可选择的是，如图16B所示，可以执行改进的泥浆失水阶段12b。在这种改进的泥浆失水阶段12b中，在开通流送管路751之前执行第二次压缩，包括对流送管路中的泥浆开始再压缩的步骤731，把流送管路中的泥浆体积压缩至更高的压力740，终止再压缩741。然后允许流送管路压力下降750。然后，可以参照图16A所描述的那样来执行步骤751—753。图14A中的压力曲线表示出了图16B中的泥浆失水阶段12b。

在另一种选择12c中，如图16C所示，在第一次压缩711的流送管路压力下降730之后执行一个解压缩循环，包括步骤：开始对流送管路中的泥浆解压缩760；解压缩至一个低于井筒压力的适当的压力770；终止这种解压缩780。然后允许流送管路压力下降750。然后可按照前面参照图16A所描述的那样来重复进行步骤751—753。图14A中的压力曲线表示出了图16C中的泥浆失水阶段12c。

如图14A中的压力曲线所示，可以利用图16B中的泥浆失水阶段12b或者利用图16C中的泥浆失水阶段12c来执行图16A中的泥浆失水方法12。可选择地是，可以在泥浆失水阶段期间实施图16A—16C中所描述的一种或多种技术。

泥浆失水涉及通过沉积于井筒壁上的泥浆饼的泥浆的基体流体的失水以及确定在已有的井筒条件下的失水的体积速率。假设在测试期间泥浆饼特性保持不变，通过泥浆饼的失水速率可简单地被表示为：

$q_f=C_m{V}_t\stackrel{.}{P}---\left(22\right)$

其中，V_t是被截留的泥浆的总体积(立方厘米)，q_f表示泥浆失水速率(立方厘米/秒)；C_m表示泥浆压缩率(平方英寸/磅)(其中，C_m是在改进的泥浆压缩率测试11a期间被确定或被输入)；

表示在图14中的步骤730和750期间被测量的压力下降速率(磅/平方英寸·秒)。方程(22)中的体积V_t表示在阀121a，124a和128a之间的流送管路的容积，如图4所示。

对于泥浆饼来说，由于这些泥浆饼不能有效地对井筒壁进行密封，因此，在探查阶段的流送管路解压缩期间，泥浆渗透速率能占预先测试活塞工作速率的相当大的一部分，如果不把这些考虑进去，那么就会导致从地层开始流动监测到的点，即图7中的点34有误差。在流送管路解压缩阶段期间用于监测从地层开始流动的点即图7中的偏离点34的固定斜线的斜率a，在这种些情况下可以按下列方程来确定：

$p\left(t\right)=p^{+}-\frac{q_p-q_f}{V\left(0\right)C_m}t=b-\mathrm{at}---\left(23\right)$

其中，V(0)是在开始膨胀时的流送管路的容积，C_m是泥浆压缩率，q_p是活塞解压缩速率，q_f是从流送管路通过泥浆饼失水进入地层的速率，以及p⁺是在开始膨胀过程时的表观压力，正如前面所描述的那样，它是在确定偏离点34的过程期间被确定的。

一旦泥浆饼的失水速率q_f和泥浆压缩率C_m被确定，就可以在通过泥浆饼失水很大的情况下继续进行从探查阶段13估算地层压力。

优选地是，可以以自动的方式来实施本发明的实施例。此外，这些实施例既适用于井下钻井下井仪，也适用于利用任何类型的诸如钻杆、测井电缆索、连接油管或螺旋油管之类的工作管柱传送到井筒内的测井电缆地层测试器。有利地是，本发明的方法允许以最大时效性的方式用井下钻井下井仪来执行时间受限制的地层测试，从而可以避免或减小与停止的钻井下井仪相关联的潜在的一些问题。

下面将参照图17A、17B和18来描述执行探查阶段测量的另一个实施例。在设定地层测试器805之前，最好根据上面所描述的那样(图中未示)来确定泥浆压缩率。在确定了泥浆压缩率之后并在设定地层测试器之前，由所述下井仪测得的压力就是井筒流体压力或泥浆静压力801。在下井仪被设定805之后，如图4所示，预先测试活塞118a被驱动810，以固定且精确的速率来抽取流体，以便在要求的时间t_pi815内实现规定的压降814。优选地是，如果大概已知过平衡的话，理想的压降(Δp)与在那个深度的预期的过平衡同一个数量级，但得小于该过平衡。过平衡是泥浆静压力和地层压力之间的压力差。或者是，理想的压降(Δp)可以是大于“流动开始时的压力”的最大期望值(例如200磅/平方英寸)的某个值(例如300磅/平方英寸)。对于本发明的这些实施例来说，实际的地层压力是否在这个范围内并不重要。因此，在下面的描述中，假定地层压力不在这个范围内。

根据本发明的实施例，为获得这样有限的压降(Δp)，活塞下降速率可以由下面的式子来估算出：

$q_{\mathrm{pi}}=-\frac{1}{t_{\mathrm{pi}}}{C}_m{V}_t\mathrm{\&Delta;p}---\left(24\right)$

其中，C_m是流送管路流体的压缩率，其中假设流送管路流体与井筒流体相同；V_t是被截留在图4所示的阀121a、124a和128a之间的流送管路103a内的流体的体积；Δp是期望的压降，t_pi是预先测试下降的持续时间。

参照图17A，17B和18，执行本发明实施例的探查阶段13b的一种方法包括步骤：开始下降810，执行受控的下降814。优选地是，活塞下降速率被精确控制，以便使压降和压力变化速率能被适当地控制。然而，不必以低的速率来执行所述预先测试(活塞下降)。当到达规定的增大的压降时，就停止预先测试活塞，并终止所述下降816。于是，该压力就可以进行平衡817，持续时间为

818，该过程可以比下降持续时间t_pi817长，例如， $t_i^o-2t_{\mathrm{pi}}$ 在压力被平衡之后，比较在点820处的稳定压力与在点810处开始下降时的压力。此时，就作出决定是否要重复循环，图18中819所示。这种决定的标准是看被平衡的压力(例如在点820处)与在开始下降(例如在点810处)时的压力的压差是否达到了一个与期望压降(Δp)基本一致的量。如果是，那么，就重复这个流送管路膨胀循环。

为了重复流送管路膨胀循环，例如，预先测试活塞被重新驱动，且象所描述的那样进行下降循环，即，开始预先测试820，以与先前的循环大致相同的速率和持续时间826进行下降824，并达到精确的相同的量(Δp)，终止下降825，以及进行平衡830。此外，再对点820和830处的压力进行比较，以便决定是否要重复这个循环。如图17A所示，这些压力显著不同，并且基本上与从流送管路中流体膨胀中产生的期望压降(Δp)一致。因此，循环被重复，830—834—835—840。所述“流送管路膨胀”循环被重复，直到相继的稳定压力的压差大致小于规定的/提出的压降(Δp)，例如在图17A中由点840和50所示。

在相继的被稳定的压力之间的压差大致小于规定的/提出的压降(Δp)之后，“流送管路膨胀”循环可以被再重复一次，如图17A中的850—854—855—860所示。如果在点850和860的稳定压力基本一致，例如，在计量计的可重复性的一个小倍数之内，那么，这两个值中的较大的那个值被作为地层压力的第一估算值。本领域普通技术人员会知道，图17A，17B，18中所表示出的过程只是解释性的。本发明的实施例并不受执行多少个流送管路膨胀循环的限制。此外，在相继的被稳定压力的压差大致小于所规定/提出的压降(Δp)之后，就可以随意地重复这个循环一次或多次。

从流送管路流体膨胀过渡到从地层发生流动的点被确定为图17A中的点800。如果在点850和860处的压力在被分配的稳定时间的结束处相互一致，那么，就可以有利地允许压力860继续上升，并且利用在前面部分中所描述的过程(参见对图8的描述)来终止这种上升，以便更好地获得地层压力的第一估算值。在前面的部分中描述这样一种方法，即用这种方法来作出决定是继续探查阶段还是执行测量阶段，864—868—869，以便获得地层压力的最终估算值870。在测量阶段被完成之后870，把探测器从井筒壁上脱离开来，并在一时限895使压力恢复到井筒压力874，并在881处达到稳定。

如图17A和18所示，一旦地层压力和地层流动性的第一估算值在探查阶段13b中被获得，那么，所获得的这些参数可以被用于建立测量阶段14的预先测试参数，以便在分配给测试的时间内形成更精确的地层参数。利用在探查阶段13b所获得的这些参数来设计测量阶段14的预先测试参数的方法在前面已经被描述过了。

在图17A，17B和18所示的实施例中，规定了在流送管路膨胀阶段的压降(Δp)的大小。在另外可选的实施例中，如图19和20所示，规定流送管路膨胀阶段期间的体积增量的大小(ΔV)。在这个实施例中，以受控制速率在每个步骤中抽出固定且精确调节的流体体积(ΔV)，以便产生一压降，该压降可由下式得出：

$\mathrm{\&Delta;p}=-\frac{1}{C_m{V}_t}\mathrm{\&Delta;V}=-\frac{1}{C_m{V}_t}{q}_i{t}_{\mathrm{qi}}$

在这个实施例中所用的方法类似于描述图17A，17B，18中所示实施例时所描述的方法。在设定地层测试器之前，最好确定泥浆压缩率(图中未示)。在确定泥浆压缩率之后并在设定地层测试器之前，由下井仪所测得的压力就是井筒压力或泥浆静压力201。

参照图19A，19B，20，在下井仪被设定之后205，启动图4所示的预先测试活塞118a。根据本发明的一个实施例，用于执行探查阶段13c的方法包括步骤：开始下降210；以精确且固定的速率抽取流体214，直到预先测试腔室114a的容积增大规定的量(ΔV)。预先测试腔室的体积增大变化量可以在例如0.2至1立方厘米数量级。本领域普通技术人员会知道，规定的体积增量(ΔV)并不局限于这些示例性的体积，而是应根据所截留的流体的总体积来进行选择。流送管路所产生的膨胀导致在流送管路中产生压降。

当在预先测试腔室内达到规定的增量时，预先测试活塞118a就被停止，并且使下降终止215。于是，流送管路中的压力就可以进行平衡217，平衡的持续时间为t_oi218，这个持续时间要长于下降持续时间t_qi216，例如，t_oi＝2t_qi。在压力平衡之后(如图19A中的点220所示)，就决定是否重复“流送管路膨胀”循环219(图20所示)。作出该决定的标准类似于对图17A和图18所示的实施例进行描述时所描述的标准。也就是，如果在稳定或平衡之后，压力(例如在点220)显著地不同于在下降开始时(例如在点210)的压力，并且压差基本上与从流送管路中的流体膨胀所引起的期望的压降一致，那么就重复“流送管路膨胀”循环。

为了重复“流送管路膨胀”循环，例如，就重新驱动预先测试活塞220，使流送管路被精确地膨胀相同的体积ΔV224，并允许压力进行稳定230。此外，如果在点220和230处的压力显著不同，那么，基本上与从流送管路中的流体膨胀所引起的期望压降一致，那么，就重复该循环，例如，230—234—235—240。“流送管路膨胀”循环被重复执行，直到相继的被稳定的压力例如图19A所示的在点230和240处的压力的压差基本上小于因流送管路中的流体膨胀所引起的期望压降。

在相继的被稳定的压力的压差基本上小于期望压差之后，“流送管路膨胀”循环可以被再重复一次，如图19A所示的240—244—245—250。如果在点240和250处的被稳定的压力基本上一致，那么，这两个值中较大的那个值就表示地层压力的第一估算值。本领域的普通技术人员会知道，图19A，19B，20中所示的方法只是解释性的。本发明的实施例并不受执行多少个“流送管路膨胀”循环所限制。此外，在相继的被稳定的压力的压差基本上小于期望压降之后，就可以随意地重复一次或多次循环。

从流送管路流体膨胀过渡到从地层发生流动的点被确定为图19A中的点300。如果在点240和250处的压力在被分配的稳定时间结束时相互一致，并在选定的范围内(例如，计量计的可重复性的小倍数)，那么，就可以有利地允许在250处的压力继续上升，并且利用在前面部分中所描述的过程(参见图8)来终止这种上升，以便更好地获得地层压力的第一估算值。在前面的部分中描述了这样一种方法，即用这种方法来作出决定是继续探查阶段还是执行测量阶段，250—258—259—260，以便获得地层压力的最终估算值260。在测量阶段被完成之后260，把探测器从井筒壁上脱离开来，并在一时限295使压力恢复到井筒压力264，并在271处达到稳定。

如图19A和20所示，一旦地层压力和地层流动性的第一估算值在探查阶段13c被获得，那么，所获得的这些参数可以被用于建立测量阶段14的预先测试参数，以便在分配给测试的时间内形成更精确的地层参数。利用在探查阶段13c所获得的这些参数来设计测量阶段14的预先测试参数的方法在前面已经被描述过了。

在前面概述了用于确定泥浆压缩率的方法。泥浆压缩率取决于它的组成成分和流体的温度及压力。结果是，泥浆压缩率通常随着深度而改变。因此，理想的情况是，在原位置在执行测试的位置附近测量泥浆压缩率。如果下井仪结构不允许按上述方式来确定泥浆压缩率，那么，就可以采用下面所描述的另外的一些方法来估算处于原位置的泥浆压缩率。

在根据本发明的实施例的方法中，地层测试器可以被设置在套管中，例如设置在套管靴附近，以便对套管形成流体密封。利用图4所示的预先测试活塞118a来对测试器流送管路中所截留的井的流体进行压缩和解压缩。在上面已经参照图11A和11B对执行泥浆压缩率测试的方法进行了描述。一旦知道了预先测试活塞速率q_p、压力变化速率

以及所截留的体积V，就可以利用 $C_m=q_p/\left(V\stackrel{\&CenterDot;}{p}\right)$ 来估算出泥浆压缩率。

在这个特定的实施例中，执行压缩率测量的位置的实际垂向深度(因此温度和压力)可以显著地不同于地层压力被测量的位置的垂向深度。由于钻井流体的压缩率受温度和压力的影响，因此，必须对测得的压缩率进行修正，以便估算在执行测试的深度处的钻井泥浆的压缩率。

在根据本发明的方法中，利用传统的压力传感器和温度传感器，在测量开始之前例如在图17A所示的点801时采集井筒压力和温度信息。根据已知的钻井泥浆特性和在原位置进行的温度和压力测量，就可以构建出图21所示的图表，以便对温度和压力进行修正。或者是，可以利用本领域中已知的一些分析方法来计算出修正系数，当把这些修正系数用于初始的压缩率测量时就可以得出在执行地层压力测量的深度处的原位置的流送管路流体压缩率。例如，可以参照在IADC/SPE论文47806，1998，E.Kartstad和B.S.Aadnoy所著的“在高压高温钻井操作期间钻井流体的密度状态”(Density Behavior of Drilling FluidsDuring High Pressure High Temperature Drilling Operations)。

在根据本发明实施例的另一种方法中，在期望的井下温度和压力条件范围中测量地表样本的(例如泥浆坑)的压缩率。然后，根据本领域中已知的一些方法，从泥浆密度和泥浆压力以及泥浆温度之间的已知的相互关系，来估算出在井下条件下的原位置的泥浆压缩率。参照例如在IADC/SPE论文47806，1998，E.Kartstad和B.S.Aadnoy所著的“在高压高温钻井操作期间钻井流体的密度状态”(Density Behaviorof Drilling Fluids During High Pressure HighTemperature Drilling Operations)。

图21表示出了对于基于油的泥浆和基于水的泥浆在流体压缩率(C_m)和流体压力(p)之间的典型的相互关系。图中实线10表示对于典型的基于油的泥浆而言泥浆压缩率随着井筒压力而变化的关系。图中虚线11表示对于典型的基于水的泥浆而言泥浆压缩率相应的变化关系。附图标记7表示在地表上基于油的泥浆的压缩率。附图标记8表示在套管靴处基于油的泥浆的压缩率。附图标记9表示在套管靴以下的给定测量深度处基于油的泥浆的压缩率。压缩率修正值ΔC表示在套管靴处的基于油的泥浆压缩率8与在测量深度处的基于油的泥浆压缩率9之间的差值。可以通过压缩率修正值ΔC来调节在套管靴处测得的压缩率8，以便确定出在测量深度处的压缩率9。正如图中虚线11所示，对于基于水的泥浆而言，压缩率的变化和对应的压缩率修正值可以远小于由实线10所表示的基于油的泥浆压缩率的修正值。

如上所述，在井下条件下，泥浆压缩率，无论是在原位置直接测量，还是从其它的测量中推算出的，均可以被用于本发明的实施例中，以便提高在诸如在图11A所示的探查阶段和/或测量阶段得出的地层特性估计值的精度。

尽管已经采用有限数量的实施例描述了本发明，但是，本领域普通技术人员在这里所作的公开内容的启示下都会知道，可以设计一些其它的实施例，而这些均未脱离在此所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围只应当由所附的技术方案来限定。

Claims (14)

1.一种用于评估地下地层的方法，其包括：

(a)在测井下井仪中的一预先测试腔室与地层之间通过一流送管路建立起流体连通，所述流送管路中具有一初始压力；

(b)以受控方式来移动设置在预先测试腔室中的一预先测试活塞，以便把所述初始压力减小至一下降压力；

(c)终止活塞的移动，以便允许下降压力调节至一稳定压力；

(d)重复步骤(a)-(c)，直到该稳定压力与初始压力之间的压差基本上小于一预定的压降；以及

(e)根据对这些压力中的一个或多个进行分析，确定出至少一个井下参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过控制流送管路中的压力减少、流送管路中的压力变化率、预先测试腔室的容积增量变化中的一个或它们的组合，来控制预先测试活塞的移动。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)的持续时间要比步骤(b)长。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括确定何时终止步骤(c)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤包括确定泥浆压缩率、地层压力、井筒压力、流动性之一或它们的组合。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：测量井筒压力、地层压力之一或它们的组合。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：确定地层压力和井筒压力之间的压差。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，根据该初始压力和该稳定压力来确定地层压力的一估算值。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，该初始压力和该稳定压力中较大的一个就是地层压力的估算值。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定是否执行一测量阶段。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，井下参数被用于设计执行测量阶段预先测试的条件。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：根据设计条件来执行测量阶段预先测试。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据初始压力和下降压力来估算泥浆压缩率。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：利用泥浆压缩率来确定井下参数。

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