CN103237957A - 用于测量地下地层中的压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量包含流体的地下地层（4）中的压力的方法，该方法包括以下按顺序的步骤：经由流送管建立地下地层与布置在钻井中的测试室（8a,8b,8c,8d）之间的流体连通；移动测试室中的活塞（9a,9b,9c,9d）以将流体抽吸至测试室中；确保测试室相对于流送管的流体隔离（11a,11b,11c,11d）；测量流送管中的压力（7）；以及重复上述步骤。本发明还涉及一种用于测量包含流体的地下地层中的压力的适于实现所述方法的装置（5）。

Description

用于测量地下地层中的压力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测量地下地层中的压力的方法以及一种适于实现该方法的装置。

背景技术

对任何包含碳氢化合物的地下地层的深入勘探是从地层提取碳氢化合物的必要前提。

为了进行该深入的勘探，已知的是钻出勘探井并且将一系列仪器插入到该勘探井中，使得可以执行现场测量：压力测量、温度测量、样本取出等。还已知的是将一组测量仪器结合到被装配在线缆（“电缆式地层测试器”）上并且适于降低到井中的井下工具（downhole well tool）中，以确定各种参数沿着井的曲线图。

具体地，压力测量用来确定包含在地下地层中的流体的流度和地下地层的渗透率。通常来说，通过下述方式测量压力：通过在设置有活塞的测试室中进行流体抽吸来局部地施加真空直到井的滤饼被破坏为止，然后使得系统能够返回平衡并且测量在返回平衡期间的压力的变化。

就是以这种方式，斯伦贝榭（Schlumberger）公司开发了若干代井下工具，使得尤其可以执行压力测量。首先，RFT（重复式地层测试器）工具包括两个测试室，第一个测试室以固定的流量Q1工作并且第二个测试室以是流量Q1的二倍的固定的流量Q2工作。通过在两个室中相继地抽吸流体来执行唯一的测量序列。该装置不可以在沿着井的同一位置处执行若干个相继的测量序列（预测试）。此外，抽吸的流体流量不是可调节的，但是必要的流量取决于地下地层的特性而差异很大。

而且，MDT（模块式地层动态测试器工具）装备有被设置有液压控制马达的单个测试室。最后，XPT工具（快速压力工具）包括被设置有电控马达的测试室，其中，该电控马达具有蜗杆。这些工具使得能够监测在预测试期间的流量，但是流量的精确度或者可达流量范围的广度仍然不令人满意。

此外，涉及这些工具的一个问题是当若干预测试与沿着井的同一位置有关时，在返回平衡期间的压力的变化必然对于各个预测试来说各不相同，这是由于仪器中的流体量的变化。过渡状态的持续时间在相继的预测试期间增加。因此，必须在很长的时间段内获取压力，以能够执行对结果的统计处理，以及验证这些测量彼此一致还是这些测量是不一致的并且因此不是有效的，这是低渗透率的地下地层的情况。事实上，在低渗透率的地下地层中，发生超载现象，即井中的泥倾向于透过地下地层，这是由于滤饼的渗透率与地层的渗透率之间的微小差异（相对于地下地层来说，滤饼相关地不是非常地密封）。

换言之，现有技术的工具不能很快地识别其中地下地层的渗透率太低以至于不能进行有效的压力测量的情况；并且现有技术的工具不能很快地进行重复的预测试以获得真正代表性的压力数据。

因此存在有下述主要需求：开发一种使得可以与现有技术的方法和装置的情况相比更快、更简单且更可靠地执行地下地层中的压力测量的方法和装置。

发明内容

本发明首先涉及一种用于测量包含流体的地下地层中的压力的方法，该方法包括以下按顺序的步骤：

经由流送管建立地下地层与布置在钻井中的测试室之间的流体连通；

移动测试室中的活塞以将流体抽吸至测试室中；

确保测试室相对于流送管的流体隔离；

测量流送管中的压力；以及

重复上述步骤。

根据一个实施方式，通过关闭在流送管与测试室之间的至少一个阀门来完成测试室的流体隔离，并且通过打开该阀门来建立测试室与地下地层之间的流体连通。

根据一个实施方式，通过使用布置在钻井中的井下工具来实现该方法。

根据一个实施方式，该井下工具包括多个测试室，该方法包括用于选择测试室的预备步骤。

根据一个实施方式，每个测试室与特定的流量范围关联，该方法包括以下的预备步骤：

选择适当的流量；

选择其流量范围包括适当的流量的测试室；

以及在测试室中以所选择的流量来抽吸流体。

根据一个实施方式，在包括在最小流量与最大流量之间的流量范围中做出对流量的选择，最大流量与最小流量的比大于或者等于10，优选地大于或者等于100，优选地大于或者等于1,000，优选地大于或者等于10⁴，优选地大于或者等于10⁵，以及优选地大于或者等于10⁶。

本发明还涉及一种用于确定地下地层的渗透率或者确定地下地层的流体的流度的方法，该方法包括根据上述方法的压力测量，以及根据压力测量的结果来计算地下地层的渗透率或者地下地层的流体的流度。

本发明还涉及一种用于测量包含流体的地下地层中的压力的装置，包括：

设置有活塞的至少一个测试室；

与测试室流体连通的流送管；

流送管中的压力传感器；

探头，该探头适于建立地下地层与流送管之间的流体连通；

适于使测试室与流送管流体隔离的至少一个闭合系统。

根据一个实施方式，该装置包括多个测试室，优选地至少两个、或者至少三个、或者至少四个、或者至少五个、或者至少六个测试室。

根据一个实施方式，该闭合系统包括适于使一组测试室与流送管流体隔离的单个阀门。

根据一个实施方式，该闭合系统包括多个阀门，每个阀门适于使测试室中的一个测试室与流送管流体隔离。

根据一个实施方式，至少一部分测试室具有不同的体积。

根据一个实施方式，测试室的活塞分别被连接至蜗杆的电动机所控制，该蜗杆的螺距对于各个测试室来说各不相同。

本发明还涉及一种适于执行在包含流体的地下地层中的测量的井下工具，该井下工具包括适于被插入至钻井中的线缆以及结合到线缆中的如上所述的测量装置。

本发明使得可以克服现有技术的缺点。更具体地，本发明提供了一种使得可以与现有技术的方法和装置的情况相比更快、更简单且更可靠地执行地下地层中的压力测量的方法和装置。

这由于下述而实现：引入了包括至少一个阀门的闭合系统，这使得在每个预测试时活塞一停止就可以对测试室进行流体隔离。因此，其确保在返回平衡期间（在其间压力测量完成）流体可用的体积对于各个预测试来说保持恒定。因此，不同的预测试的结果可以在不必等待过渡状态的结束的情况下直接进行比较，以确定这些结果是相干的并且因此是可利用的，还是由于地下地层的过低的渗透率而使得压力测量不是有效的。

根据一个具体的实施方式，本发明提供使用多个测试室，每个测试室以在给定的（并且对于各个室来说各不相同的）流量范围中可调节的流量工作。这样，可以确保对于地下地层的非常易变的渗透率的压力测量的成功。

事实上，如果流量对于地下地层相对低的渗透率而言太高，则所引起的真空不能在合理的时期内被再吸收并且不可能执行有效的测量。相反地，过低的流量使得不能获得足够的信号/噪声比。因此极其有用的是能够适于在最大可能范围内的流量，以适于最不同的情况（假定地下地层的渗透率和/或地下地层包含的流体的流度会是非常易变的）。

附图说明

图1用图解法示出了根据本发明的装置。

具体实施方式

现在将在以下的描述中更详细地并且非限制性地描述本发明。

参照图1，本发明实现在包含流体的地下地层4中钻出的钻井1中。术语“流体”表示气体和/或液体，液体通常包括水和/或石油。

钻井通常被填充有钻液如水或者油基流体。钻液的密度通常通过添加固体如盐以及其他的添加物而增加，以形成钻泥。钻泥使得可以在井中获得静压，该静压适于避免井的塌方并且防止地下地层的流体漏到井中。

包含在钻泥中的固体在井的内壁上产生了一个层，称为滤饼3。滤饼3使地下地层4与井1的内部隔离。

井下工具2是下述设备，该设备包括适于被插入至井中的线缆并且通常设置有多个测量装置如用于采样、测量温度、测量沸点等的装置。根据本发明的井下工具2包括结合到线缆中的至少一个压力测量装置5。

压力测量装置5包括适于使地下地层4与装置的流送管6流体连通的探头14。通常，探头14包括设置有过滤器并且被垫包围的进口，并且探头14适于与滤饼3接触同时使滤饼3的一部分与井1的内部隔离。根据另一个实施方式（未示出），探头14可以包括：适于使井1的一段与井的其余部分隔离的一组上轮胎和下轮胎；以及在被隔离的一段中远离滤饼3设置有过滤器的入口。

压力测量装置5还包括适于使流送管6处于井1的静压的平衡阀13。该平衡阀13在测量方法的开始时是打开的，然后在所有预测试期间关闭以使流送管6与井1的内部流体隔离。

压力传感器7使得可以测量流送管6中的压力。

压力测量装置5还包括一个或更多个测试室8a、8b、8c、8d。优选地，设置了若干个测试室8a、8b、8c、8d，例如2个或3个或4个或5个或6个。每个测试室8a、8b、8c、8d分别设置有适于在测试室8a、8b、8c、8d中移动以引起流体流动的各个活塞9a、9b、9c、9d。

优选地，活塞9a、9b、9c、9d分别通过连接到蜗杆10a、10b、10c、10d的各个电动机而被致动，这使得可以监测由每个测试室8a、8b、8c、8d引起的流体流动的流量。有利的是取决于测试室8a、8b、8c、8d为蜗杆10a、10b、10c、10d提供不同的螺距。这样，流量的可达范围对于各个测试室8a、8b、8c、8d来说各不相同。因此，可以具有非常宽的总流量范围，范围中的每个流量都能够被一个或更多个给定的测试室8a、8b、8c、8d达到。作为示例，可以使用：适于以Q1至Q2的流量范围工作的第一测试室，其中，Q2=10×Q1；适于以Q2至Q3的流量范围工作的第一测试室，其中，Q3=10×Q2；适于以Q3至Q4的流量范围工作的第三测试室，其中，Q4=10×Q3，等。

测试室8a、8b、8c、8d可以具有不同的体积，以考虑到相应流量的差异性。

本发明还提供适于使流送管6与一个或更多个测试室8a、8b、8c、8d流体连通或者反之使流送管6与一个或更多个测试室8a、8b、8c、8d隔离的闭合系统。

例如，各个阀门11a、11b、11c、11d可以与每个测试室8a、8b、8c、8d关联使用。或者，可以在流送管6与一组测试室8a、8b、8c、8d之间设置单个阀门12。

本发明方法的实现假定在井1的同一位置处（即针对探头14的同一锚固）进行若干预测试。

在每个预测试期间，通过使有关的活塞9a、9b、9c、9d以监测的速度移动来在测试室8a、8b、8c、8d中的一个测试室中以所选择的流量抽吸流体。因此，在流送管6中出现真空，并且（在滤饼3的局部破裂之后）来自地下地层4的流体被插入至流送管6中。然后，活塞9a、9b、9c、9d停止。有关的阀门11a、11b、11c、11d基本在活塞9a、9b、9c、9d停止的同时被关闭（优选地，正好在同时，或者稍微提前）。在一定时间内获取流送管6中的压力，然后方法继续到下一个预测试。

然后再打开有关的阀门11a、11b、11c、11d、12，并且如以上所述在测试室8a、8b、8c、8d中再次抽吸流体。再次关闭阀门11a、11b、11c、11d、12以测量在活塞9a、9b、9c、9d的运转被中断时的压力。流体采样时间通常对于各个预测试来说是恒定的，并且可以例如是在5秒至10秒左右。

因此，对于所有的预测试，通过压力传感器7的压力测量总是以恒定的体积以及恒定的压力损耗完成。因此从一个预测试到下一个预测试获得的数据有直接可比性。可以建立来自一组预测试的数据的平均或者任何其他的统计处理。

压力测量使得可以通过使用本领域已知的方法来评估地下地层的渗透率或者地下地层中的流体的流度，并且这些方法例如在文献US7,263,880中被描述。

当进行了所有期望的预测试时，探头14就被去锚定，使井下工具2的位置在井1中改变，并且可以在新的位置处再次启动一系列新的预测试。

Claims (14)

1.一种用于测量包含流体的地下地层中的压力的方法，所述方法包括以下按顺序的步骤：

经由流送管建立所述地下地层与布置在钻井中的测试室之间的流体连通；

移动所述测试室中的活塞以将流体抽吸至所述测试室中；

确保所述测试室相对于所述流送管的流体隔离；

测量所述流送管中的压力；以及

重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过关闭在所述流送管与所述测试室之间的至少一个阀门来完成所述测试室的所述流体隔离，并且通过打开所述阀门来建立所述测试室与所述地下地层之间的所述流体连通。

3.根据权利要求1或2所述的方法，通过使用布置在所述钻井中的井下工具来实现所述方法。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述井下工具包括多个测试室，所述方法包括用于选择测试室的预备步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，每个测试室与特定的流量范围关联，所述方法包括以下的预备步骤：

选择适当的流量；

选择其流量范围包括所述适当的流量的测试室；

以及其中，在所述测试室中以所选择的流量来抽吸所述流体。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在包括在最小流量与最大流量之间的流量范围中做出对所述流量的选择，所述最大流量与所述最小流量的比大于或者等于10，优选地大于或者等于100，优选地大于或者等于1,000，优选地大于或者等于10⁴，优选地大于或者等于10⁵，以及优选地大于或者等于10⁶。

7.一种用于确定地下地层的渗透率或者确定地下地层的流体的流度的方法，包括根据权利要求1至6中的一项所述的方法的压力测量，以及根据所述压力测量的结果来计算所述地下地层的所述渗透率或者所述地下地层的所述流体的所述流度。

8.一种用于测量包含流体的地下地层（4）中的压力的装置（5），包括：

设置有活塞（9a,9b,9c,9d）的至少一个测试室（8a,8b,8c,8d）；

与所述测试室（8a,8b,8c,8d）流体连通的流送管（6）；

所述流送管中的压力传感器（7）；

探头（14），所述探头（14）适于建立所述地下地层（4）与所述流送管（6）之间的流体连通；

适于使所述测试室（8a,8b,8c,8d）与所述流送管（6）流体隔离的至少一个闭合系统（11a,11b,11c,11d,12）。

9.根据权利要求8所述的装置，包括多个测试室（8a,8b,8c,8d），优选地至少两个、或者至少三个、或者至少四个、或者至少五个、或者至少六个测试室。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述闭合系统包括适于使一组所述测试室（8a,8b,8c,8d）与所述流送管（6）流体隔离的单个阀门（12）。

11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述闭合系统包括多个阀门，每个阀门（11a,11b,11c,11d）适于使所述测试室（8a,8b,8c,8d）中的一个测试室与所述流送管（6）流体隔离。

12.根据权利要求9至11中的一项所述的装置，其中，至少一部分所述测试室（8a,8b,8c,8d）具有不同的体积。

13.根据权利要求9至12中的一项所述的装置，其中，所述测试室（8a,8b,8c,8d）的所述活塞（9a,9b,9c,9d）分别被连接至蜗杆（10a,10b,10c,10d）的电动机所控制，所述蜗杆的螺距对于各个所述测试室来说各不相同。

14.一种适于执行在包含流体的地下地层（4）中的测量的井下工具（2），所述井下工具（2）包括适于被插入至钻井中的线缆以及结合到所述线缆中的根据权利要求8至13中的一项所述的测量装置（5）。