CN105378220B - 接收并测量来自岩心样品的排出气体 - Google Patents
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Abstract
一种用于接收从地层的岩心样品排出的气体的示例性系统可包括管状元件。岩心室可设置在第一管状元件内。气体‑钻井液分离器可与所述岩心室流体连通。所述管状元件可以是设置在钻孔内的岩心样品组件的内筒组件。岩心样品可容纳在所述内筒组件内并可在地面处被收回。气体可在其被收回时从所述岩心样品排出，并且所述气体‑钻井液分离器可将所述排出气体从其与钻井液的悬浮体中分离以用于分析。
Description
技术领域
本公开总体涉及钻井操作，并且更具体地涉及接收并测量来自岩心样品的排出气体。
背景技术
诸如石油和天然气的烃常常驻留在地下地质地层内的各种形式中。常常，取岩心工具被用来获取从感兴趣地层取得的岩石的代表样品。所获取的此类岩石样品通常被称为“岩心样品”。岩心样品的分析和研究使工程师和地质学家能够评估重要的地层参数，诸如储层存储容量、形成地层的岩石的流动潜力、驻留在地层中的可恢复烃或矿物质的组分以及岩石的残余水饱和水平。例如，关于流体的量的信息可用于完井项目的随后设计和实现中，所述完井项目实现基于从岩心样本获取的数据被确定为在经济上有吸引力的被选择的地层和区域的生产。
附图说明
通过部分地参考以下描述和附图可理解本公开的一些具体的示例性实施方案。
图1A和图1B为示出根据本公开的多个方面的示例性钻井系统的图。
图2为示出根据本公开的多个方面的另一示例性钻井系统的图。
尽管本公开的实施方案已经得以描绘和描述并且通过参考本公开的示例性实施方案来加以限定，但是所述参考并不暗示对本公开的限制，并且不能推断出这样的限制。如本领域中的技术人员以及受益于本公开的人员将想到，所公开的标的物能够在形式和功能上存在许多修改、变更和等效形式。所描绘和描述的本公开的实施方案仅为示例性的，并非详尽说明本公开的范围。
具体实施方式
本公开总体涉及钻井操作，并且更具体地及接收并测量来自岩心样品的排出气体。
本文详细描述本公开的说明性实施方案。为了清晰起见，并非实际实现形式的所有特征都在本说明书中进行描述。当然应该理解的是，在任何这种实施方案的开发中，必须做出许多实现特定的决定以获得特定的实现目标，这些目标因不同的实现而不同。此外，应该理解的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是仍将是受益于本公开的本领域一般技术人员的常规任务。
为了促进更好理解本公开，给出某些实施方案的以下实例。以下实例决不应被理解为限制或限定本公开的范围。本公开的实施方案可应用于钻井操作，所述钻井操作包括但不限于目标(诸如邻近的井)跟踪，目标交叉，目标定位，诸如在SAGD(蒸汽辅助重力泄油)井结构中的井结对，针对井喷井而钻井减压钻井，跨河，结构隧道开挖，以及水平、垂直、偏离、多边、u形管连接、交叉、绕过(在中深被卡的落物周围钻井并返回到井下方)，或者任何类型地下地层中的其他非线性井筒。实施方案可应用于注入井和生产井，包括自然资源生产井例如硫化氢、烃类或地热井；以及用于过河隧道的钻孔建设和其他用于接近地面建设目的或用于流体比如烃类输送的u形管的管道的其他这样的隧道钻孔。下面关于一种实现描述的实施方案不欲具有限制性。
现代石油钻井和生产操作需要与井下参数和条件相关的信息。存在几种用于井下信息收集的方法，包括随钻测井(“LWD”)和随钻测量(“MWD”)。在LWD中，数据通常在钻井过程期间收集，从而避免移除钻井组件以插入线缆测井工具的任何需要。因此LWD允许钻机做出精确实时的修改或更正以优化性能同时最小化停机时间。MWD是用于当钻井继续时，测量井下关于钻井组件的运动和位置条件的术语。LWD更注重于地层参数测量。虽然在MWD和LWD之间可能存在区别，但是术语MWD和LWD经常交换地使用。为了本公开的目的，使用术语LWD时应理解这个术语包含地层参数的收集和与钻井组件运动和位置相关的信息的收集。
如本文所使用的术语“耦接”旨在意指间接或直接连接。因此，如果第一装置耦接至第二装置，所述连接可以是通过直接连接或通过借由其他装置和连接进行的间接机械或电连接。类似地，如本文所使用的术语“通信地耦接(communicatively coupled)”旨在意指直接或间接通信连接。这样的连接可以是有线或无线连接，例如像，以太网或LAN。这样的有线或无线连接对本领域技术人员是已知的并因此在本文将不再详细论述。因此，如果第一装置通信地耦接至第二装置，所述连接可以是通过直接连接或通过借由其他装置和连接进行的间接的通信连接。如本文中使用的不定冠词“一种/一个”被定义为意为其引入的一个或一个以上元件。如在权利要求以及本公开中使用的术语“气体”或“流体”不是限制性的并且被互换地用来描述气体、液体或任何其他类型的流体。
图1A和图1B为示出根据本公开的多个方面的示例性钻井系统100的图。钻井系统100包括定位在地层104上方的地面103上的钻塔101。虽然图1示出的钻塔101在陆地上，但钻塔101也可以在海上使用，并且地面103包括钻井平台。钻塔101可被耦接至钻井组件105，所述钻井组件105在地层104中的钻孔106内。钻井组件105可以包括钻柱107和底孔组件(BHA)108。如下文将描述的，钻柱107可包括多个管状节段，所述多个管状节段被串联地耦接以便限定内径，通过所述内径钻液可被泵送。BHA 108可包括遥测系统109、记录模块122、井下控制器110、岩心样品组件111以及钻头112。
遥测系统109可以通过泥浆脉冲、有线通信或无线通信与地面控制单元113通信。地面控制单元113可包括，例如，耦接至存储器装置的微处理器或控制器，所诉存储器装置包含一组指令。所述组指令在被处理器执行时可致使所述处理器执行特定动作。地面控制单元113可以使用泥浆脉冲或在遥测系统109处接收的其他通信介质向BHA 108的元件传递命令。同样地，遥测系统109可以从BHA 108中的元件向地面控制单元113传递信息。例如，在BHA 108内取得的地层104和钻孔106的井下测量可通过遥测系统109传递至地面控制单元113。
类似于地面控制单元113，井下控制器110可包括耦接至存储器装置的微处理器或控制器。井下控制器108可向BHA 108内的元件发布命令。可响应于来自地面控制单元113的单独命令发布所述命令，或者井下控制器110可在未受到地面控制单元113提示的情况下发布所述命令。在某些实施方案中，如下文将描述的，BHA 108的元件可包括电泵和可致动阀，所述电泵和可致动阀可响应于由井下控制器110或者地面控制单元113发布的命令。
钻井操作期间，钻井液可从地面储库114通过管道115被泵送入钻柱107。钻井液可流过钻柱107并且从钻头112退出，润滑并冷却钻头112的切割表面并且将钻屑从钻头112携带到地面103。钻井液可通过在钻井组件105与钻孔106的壁之间的环116回到地面103。钻井液可通过与环116流体连通的流动管道117回到地面储库114。
钻井操作可导致圆柱形的岩心样品151从地层104取得。钻头112可包括具有中心开口的取岩心钻头。钻头112可具有环绕中心开口的切割元件。随着钻头112旋转并且切割进入地层104，它可通过切割岩心样品151周围的地层104，但不是地层104的形成岩心样品151的部分来形成圆柱形岩心样品151。在某些实施方案中，岩心样品151可在地面103收回以便执行不能在井下执行的测试。在回到地面103的过程中，岩心样品可能经受其压力、温度或者几何形状的原始条件的变化，所述变化可允许流体和/或气体从岩心样品151中排出进入钻井组件105和钻孔106内的钻井液中。
根据本公开的多个方面，岩心样品151可被捕获在管状元件118中，并且具体地是在岩心室150。岩心室150可包括位于管状元件118内的一个室，所述室向钻孔106敞开并且基本上与钻头112中的中心开口对准。一旦岩心样品151被形成，它可与来自钻井操作的钻井液152一起在岩心室150中被捕获。钻井液152可至少部分地充满岩心室150。岩心样品151可在其移动至地面时保留在岩心室150内。在钻井系统100中，岩心样品151可被移动至地面并通过从钻孔106“放入”或移除钻井组件105被收回。从岩心样品150排出的气体可悬浮在钻井液152内，如同由岩心室150中的气泡153所指示的。气体-钻井液分离器156可与岩心室150流体连通，可接收排出气体153与钻井液152的悬浮体中的排出气体153，并且可将所述排出气体153与所述钻井液分离用于存储和测试。
在所示出的实施方案中，管状元件118包括岩心样品组件111的内筒组件。岩心样品组件111可还包括外筒119，内筒组件118被至少部分地设置在所述外筒119中形成环120。内筒组件118可通过转环组件121旋转地耦接至外筒119，所述转环组件121防止外筒119的旋转传递给内筒组件118或基本上降低这种可能性。转环组件121还可包括允许钻井液流动经过内筒组件118并从钻头112流出的流动端口(未示出)。外筒119可耦接至BHA108内的其他元件，诸如遥测系统109或井下控制器110。在其他实施方案中，外筒119可耦接至钻柱107。
在某些实施方案中，内筒组件118可还包括设置在其中的气体存储室154。气体存储室154可包括内筒组件118内的一个室，所述室被用来存储从岩心样品151排出且由气体-钻井液分离器156从悬浮体中分离的气体。气体-钻井液分离器156可以至少部分地设置在气体存储室154内。气体存储室154可被密封以便防止排出气体的不希望的逸出。
泵155可耦接至气体-钻井液分离器156并提供岩心室150与气体-钻井液分离器156之间的流体连通。泵155可包括，例如，由井下控制器110或地面控制单元113致动的电泵。在某些实施方案中，泵155可由落球机构或本领域普通技术人员就本公开而言所理解的另一机构致动。在被致动时，泵155可将排出气体153和钻井液152的悬浮体从岩心室150抽进气体-钻井液分离器156中。气体-钻井液分离器156可将排出气体153从其与钻井液152的悬浮体中移除。钻井液/气体悬浮体可被分离成气体体积157和钻井液体积158。
在某些实施方案中，泵155可至少部分地基于内筒组件118的位置、或岩心组件151的条件而被致动。例如，当内筒组件118在岩心样品151被取得时到达钻孔104的垂直部分或钻孔104的底部时，泵155可被致动。在某些实施方案中，在岩心样品151到达其泡点(即，岩心样品151内的气体被释放时的压力)时，泵155可被致动。
在某些实施方案中，阀159可与气体存储室154流体连通。阀159可包括在压力超过特定阈值时打开来释放气体存储室154内的压力的压力释放止回阀。在某些实施方案中，阀159可提供气体存储室154与位于内筒组件118与外筒119之间的环120之间的选择性流体连通。在某些实施方案中，阀159可提供气体存储室154与岩心室150之间的选择性流体连通。
在某些实施方案中，随着岩心样品151移动朝向地面103，气体体积157可通过气体测量和测试元件161被泵送并测量并且持续地通过泵160被弃去。例如，气体体积157可通过气体测量和测试元件161测量以便确定诸如但不限于化学成分、体积、压力、温度等的特性。气体测量和测试元件161可被结合到，例如，内筒组件118中，在转环组件121与气体存储室154之间。气体体积157可弃去在钻柱107的内孔中以便避免被弃去流体的再循环。
阀159可位于气体存储室154的底部，由此当阀打开时，泥浆体积158的一部分而不是气体体积157的一部分被释放。泥浆体积158可在管状元件118的底部被释放并且可创建钻井液152中的循环，所述循环使钻井液152环绕岩心样品151移动。这样的循环可帮助将所有气体153集中在气体存储室154的抽取区域。如果岩心样品组件111被倾斜，那么泥浆体积158可能不能置于气体存储室154内的阀159旁边。因此，在某些实施方案中，一个或多个阀可位于气体存储室154内的其他位置，以便在气体存储室154处于非垂直取向时通过排空泥浆体积158来释放压力。阀159应该定位在泥浆体积158内使得其排空泥浆体积158而不是气体体积157。
当岩心样品组件111在地面被收回时，岩心样品151和气体体积157均可被测试。例如，气体体积157可被测试以便确定其成分、气体量等。岩心样品151可被测试以便确定诸如但不限于岩石成分、岩石孔隙率、气体含量等的特性。岩心样品组件111可有利地捕获岩心样品151的所有或者几乎所有气体和矿物质成分。通过包封岩心室150内的岩心样品151，并且捕获气体存储室154内的从岩心样品151释放的所有气体，地面测试可更准确地反映地层104的成分以及钻孔106内的条件。
图2为示出根据本公开的多个方面的另一示例性钻井系统200的图。类似于钻井系统100，钻井系统200可包括定位在地层204上方的地面203上的钻塔201。钻塔201可被耦接至钻井组件205，所述钻井组件205在地层204中的钻孔206内。钻井组件205可以包括钻柱207和底孔组件(BHA)208。BHA 208可包括遥测系统209、记录模块222、井下控制器210、岩心样品组件211以及钻头212。
在所示出的实施方案中，岩心样品251可被捕获在管状元件216中，并且具体地说在至少部分地设置在其中的岩心室235中。岩心室235可与气体-钻井液分离器221流体连通，如下文将描述的。类似于钻井系统100,管状元件216可包括岩心样品组件211的内筒组件。内筒组件216可以至少部分地设置在岩心样品组件211的外筒217。不同于岩心样品组件111的内筒组件118，然而岩心样品组件211的内筒组件216可被可拆卸地耦接至外筒217并且通过线缆组件219在地面是独立可收回的。线缆组件219可包括位于其远端被配置来锁定在内筒组件216的附接元件上的闩锁组件280。闩锁组件可采用各种配置，所述各种配置将被本领域普通技术人员鉴于此公开来理解。
在某些实施方案中，内筒组件216可独立通过金属线组件219或通过移除整个钻井组件205被收回至地面。在某些实施方案中，内筒组件216可包括至少一个管状元件，所述管状元件通过线缆、钢丝绳或其他类似元件被降低并从钻孔移除。例如，线缆采样工具可包括耦接至井下电机和取岩心钻头的管状元件。线缆采样工具可捕获岩心样品并被收回至地面而无需使用钻柱。
在钻井操作期间，钻井系统200可类似于钻井系统100进行操作。具体地，钻井液可从地面储库(未示出)被泵送进钻柱207，并且钻井液可流动经过钻柱207并从钻头212流出。钻井液可通过在钻井组件205与钻孔206的壁之间的环215回到地面203。然而不同于钻井系统100，当岩心样品251已经取得并位于内筒组件216内时，可利用线缆组件219收回岩心样品251而无需移除整个钻井组件205。在某些实施方案中，线缆219可被引入通过安装在钻杆207上的地面防喷器(BOP)222。BOP 220可防止受限在钻杆207内的压力被释放。一旦线缆219耦接至内筒组件216，内筒组件216可从外筒217释放，允许内筒组件216和岩心样品251在地面203被收回。
在所示出的实施方案中，气体-钻井液分离器221通过向钻柱207的孔开放的流动线路220与岩心室235流体连通。具体地，岩心室235可与钻柱107的内孔流体连通，并且气体-钻井液分离器221进而与钻柱107的内孔流体连通。气体-钻井液分离器221可定位在地面203。随着内筒组件216被收回至地面，受限在岩心样品216中的气体260可被排入钻柱207内的钻井液270中。排出的气体260可被保持在钻井液270内的悬浮体中。气体-钻井液分离器221可将排出气体260从其与钻井液270的悬浮体分离。在某些实施方案中，由气体-钻井液分离器221分离的钻井液270可通过管线240被送至地面储库。
气体-钻井液分离器221可与气体分析器214流体连通。在所示出的实施方案中，气体-钻井液分离器221通过管线241与气体分析器214流体连通。气体分析器214可包括，例如，气体存储箱，测试操作期间排出的气体260可被存储在所述气体存储箱中。在某些实施方案中，单独的气体存储箱可添加在气体分析器214与气体-钻井液分离器221之间以便在测试操作期间存储排出气体260。气体分析器214可分析气体260以便确定气体260的特性，本领域普通技术人员将鉴于本公开理解所述特性。特性包括但不限于，化学成分、质量、粘度等。
在某些实施方案中，气体分析器260可通信地耦接至地面控制单元213。地面控制单元213可具有类似于地面控制单元113的配置，具有处理器和耦接至所述处理器的存储器装置。地面控制单元213可接收气体260的特定气体特性并至少部分地基于所述气体特性计算地层特性。可基于被存储在存储器装置内致使处理器执行特定算法的指令执行所述计算。
在某些实施方案中，钻柱207内的钻井液270的流动可被颠倒来加速排出气体260在地面处的收集。如上文所描述，钻井液270通常通过钻柱207被泵送井下并在环215内回到地面。在某些实施方案中，流体流动可被颠倒，其中钻井液270在环215内被泵送井下并通过钻柱207被收回。在这些实施方案中，气体-钻井液分离器221可与地面储库(未示出)流体连通并且在气体219已经移除后将钻井液放置在地面储库内。
在某些实施方案中，浮阀218可被用在钻柱207中以便防止气体从钻孔206进入到钻柱207中。阀218可被放置在BHA 208内或其上方并且当内筒组件216处于适当位置时被内筒组件216机械地打开以用于取岩心。一旦岩心通过金属线被拉出以收回至地面，所述阀被关闭。
一种用于从地层的岩心样品接收排出气体的示例性方法包括将管状元件定位在地层中的钻孔内并将岩心样品捕获在设置于管状元件内的岩心室内。所述方法还可包括从与岩心室流体连通的气体-钻井液分离器的岩心样品接收排出气体。在某些实施方案中，管状元件可包括岩心样品组件的内筒组件，并且所述内筒组件可至少部分地设置在岩心样品组件的外筒内。所述方法可还包括确定所述排出气体的特性并弃去所述排出气体。
在此段或前面段落描述的实施方案的任一个中，气体-钻井液分离器可至少部分地设置在被设置在内筒组件内的气体存储室内；并且耦接至提供岩心室与气体-钻井液分离器之间的流体链通的泵。在此段或前面段落描述的实施方案的任一个中，从位于气体-钻井液分离器的岩心样品接收排出气体可包括将排出气体和钻井液的悬浮体从岩心室泵送到气体-钻井液分离器中。此外，在此段或前面段落描述的实施方案的任一个中，所述方法可还包括使用阀释放气体存储室内的压力，所述阀提供气体存储室与位于内筒组件与外筒之间的环之间的选择性流体连通。
在此段或前面两段描述的实施方案的任一个中，内筒组件可被可拆卸地耦接至外筒。在此段或前面两段描述的实施方案的任一个中，内筒组件可至少部分地设置在地层中的钻井组件的内孔内；并且气体-钻井液分离器可与所述内孔流体连通。此外，在此段或前面两段描述的实施方案的任一个中，气体-钻井液分离器可位于地层的地面；并且气体-钻井液分离器可与气体分析器流体连通。此外，在此段或前面两段描述的实施方案的任一个中，所述方法可还包括使用线缆组件在地面处独立收回内筒组件。
一种用于接收从地层的岩心样品排出的气体的设备包括管状元件、设置在所述管状元件内的岩心室以及与所述岩心室流体连通的气体-钻井液分离器。在某些实施方案中，管状元件可包括岩心样品组件的内筒组件，并且所述内筒组件可至少部分地设置在岩心样品组件的外筒内。在此段描述的实施方案的任一个中，所述设备可还包括设置在内筒组件内的气体存储室，其中气体-钻井液分离器至少部分地设置在气体存储室内。在此段描述的实施方案的任一个中，所述设备可还包括耦接至气体-钻井液分离器的泵，所述泵提供岩心室与气体-钻井液分离器之间的流体连通。此外，在此段描述的实施方案的任一个中，所述设备可还包括阀，所述阀提供气体存储室与位于内筒组件与外筒之间的环之间的选择性流体连通。
在此段或前面段落描述的实施方案的任一个中，内筒组件可被可拆卸地耦接至外筒。在此段或前面段落描述的实施方案的一个中，内筒组件可至少部分地设置在地层中的钻井组件的内孔内，并且气体-钻井液分离器与所述内孔流体连通。在此段或前面段落描述的实施方案的一个中，气体-钻井液分离器可定位在地层的地面；并且气体-钻井液分离器可与气体分析器流体连通。此外，在此段或前面段落描述的实施方案的任一个中，内筒组件可通过线缆闩锁机构被独立收回在地面。此外，管状元件可至少部分地设置在钻柱内，并且钻柱包括防止地层流体进入钻柱的阀。
因此，本公开非常适合于达到所提及的目的和优势以及自身固有的目的和优势。上文所公开的具体实施方案仅仅是说明性的，因为本公开可以以对受益于本文教义的本领域技术人员来说显而易见的不同但等效的方式进行修改和实践。此外，旨在不限制本文所示的构造或设计的细节，除了如以下权利要求书中所述。因此显然，可对上文所公开的具体说明性实施方案做出更改或修改，并且所有这些变化都被认为是在本公开的范围和精神内。另外，除非专利权所有人另外明确地并且清楚地定义，否则权利要求书中的术语具有它们简单的、普遍的意义。
Claims (15)
1.一种用于接收来自地层的岩心样品的排出气体的方法，其包括：
将岩心样品组件的内筒组件定位在钻孔内，所述内筒组件至少部分地设置在所述岩心样品组件的外筒内；
将所述岩心样品捕获在设置于所述内筒组件内的岩心室内；以及
接收来自与所述岩心室流体连通的气体-钻井液分离器处的所述岩心样品的排出气体，所述气体-钻井液分离器至少部分地设置在气体存储室内并耦接至泵，所述气体存储室设置在所述内筒组件内，所述泵提供所述岩心室与所述气体-钻井液分离器之间的流体连通，
其中所述泵在被致动时，将排出气体和钻井液的悬浮体从所述岩心室抽进所述气体-钻井液分离器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中接收来自所述气体-钻井液分离器处的所述岩心样品的排出气体包括将所述排出气体和钻井液的悬浮体从所述岩心室泵送到所述气体-钻井液分离器中。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括使用阀释放所述气体存储室内的压力，所述阀提供所述气体存储室与位于所述内筒组件与所述外筒之间的环之间的选择性流体连通。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述内筒组件从所述外筒拆卸。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：
将所述内筒组件至少部分地设置在所述地层中的钻井组件的内孔内；以及
提供所述气体-钻井液分离器与所述内孔之间的流体连通。
6.根据权利要求5所述的方法，其还包括：
将所述气体-钻井液分离器定位在所述地层的地面；以及
提供所述气体-钻井液分离器与气体分析器之间的流体连通。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包括使用线缆组件将所述内筒组件独立地收回在所述地面。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其还包括确定所述排出气体的特性并弃去所述排出气体。
9.一种用于接收从地层的岩心样品排出的气体的设备，其包括：
管状元件，其包括岩心样品组件的内筒组件，所述内筒组件至少部分地设置在所述岩心样品组件的外筒内；
岩心室，其设置在所述管状元件内；
气体存储室，其设置在所述内筒组件内；以及
气体-钻井液分离器，其与所述岩心室流体连通并至少部分设置在所述气体存储室内，
耦接至所述气体-钻井液分离器的泵，所述泵提供所述岩心室与所述气体-钻井液分离器之间的流体连通，
其中所述泵在被致动时，将排出气体和钻井液的悬浮体从所述岩心室抽进所述气体-钻井液分离器中。
10.根据权利要求9所述的设备，其还包括阀，所述阀提供所述气体存储室与位于所述内筒组件与所述外筒之间的环之间的选择性流体连通。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述内筒组件可拆卸地耦接至所述外筒。
12.根据权利要求11所述的设备，其中
所述内筒组件至少部分地设置在所述地层中的钻井组件内的内孔内；并且
所述气体-钻井液分离器与所述内孔流体连通。
13.根据权利要求12所述的设备，其中
所述气体-钻井液分离器定位在所述地层的地面；并且
所述气体-钻井液分离器与气体分析器流体连通。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述内筒组件通过线缆闩锁机构可独立地收回在所述地面。
15.根据权利要求14所述的设备，其中
所述管状元件至少部分地设置在钻柱内；并且
所述钻柱包括防止地层流体进入所述钻柱的阀。
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Granted publication date: 20190402 Termination date: 20200801 |
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