CN106761716A - 地层流体压力测量装置及使用其测量地层流体压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地层流体压力测量装置及使用其测量地层流体压力的方法。地层流体压力测量装置，包括管柱，在管柱内设置有：压力传递组件，压力传递组件包括压力腔和设置于压力腔内的活塞，用于从地层中获得地层流体的探头组件，探头组件通过地层流体管路连通到活塞的第一侧的压力腔，以及动力供应单元，动力供应单元通过对比流体管路连通到活塞的第二侧的压力腔，动力供应单元能抽吸对比流体管路中的对比流体，其中，在地层流体管路上连接有用于测量地层流体的流体压力的地层流体压力传感器，在对比流体管路上连接有用于测量对比流体的流体压力的对比流体压力传感器。通过这种地层流体压力测量装置能得到准确的地层流体压力。

Description

地层流体压力测量装置及使用其测量地层流体压力的方法

技术领域

本发明涉及油气开采领域，特别是涉及一种地层流体压力测量装置。本发明还涉及使用地层流体压力测量装置测量地层流体压力的方法。

背景技术

地层流体压力(也称为地层压力)是描述油藏的重要参数。作业人员通常需要测量地层流体压力，以通过其对作业所需的泥浆密度和当量循环密度等参数进行优化，由此能防止由于操作不当等原因导致的井涌、井喷、地层损害或意外的地层压裂及循环漏失等情况。另外，利用地层流体压力的数据还能提高钻井效率，进行更好的现场决策，并能及实地更新地质模型。

现有技术中的地层流体压力测量装置仅能粗略地对地层流体压力进行测量，并且也无法得知测得的地层流体压力是否准确。这会导致测得的地层流体压力失真，并且作业人员也仅能使用这些失真的地层流体压力数据。十分不利于对地层流体压力进行利用。

因此，需要一种能得到准确的地层流体压力的地层流体压力测量装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种地层流体压力测量装置，使用这种回接插头能得到准确的地层流体压力。

根据本发明的第一方面，提出了一种地层流体压力测量装置，包括管柱，在管柱内设置有：压力传递组件，压力传递组件包括压力腔和设置于压力腔内的活塞，用于从地层中获得地层流体的探头组件，探头组件通过地层流体管路连通到活塞的第一侧的压力腔，以及动力供应单元，动力供应单元通过对比流体管路连通到活塞的第二侧的压力腔，动力供应单元能抽吸对比流体管路中的对比流体。其中，在地层流体管路上连接有用于测量地层流体的流体压力的地层流体压力传感器，在对比流体管路上连接有用于测量对比流体的流体压力的对比流体压力传感器。

使用本发明的地层流体压力测量装置，通过动力供应单元抽吸对比流体管路中的对比流体，以减小活塞的第二侧的压力，由此在活塞的两侧产生压差。此时，通过探头组件将地层中的地层流体吸入到活塞的第一侧以推动活塞直到活塞两侧的压差消除，达到平衡状态。在此过程中，通过地层流体压力传感器和对比流体压力传感器分别测量得到地层流体压力和对比流体压力。对测量得到的地层流体压力和对比流体压力进行比较，如果这两个值之间的差值在预定范围内，则说明测得的地层流体压力准确。而如果该差值超出了预定范围，则说明测得的地层压力不准确。由此，作业人员可有效得到准确的地层流体压力。

在一个实施例中，地层流体压力传感器为石英压力传感器，和/或对比流体压力传感器为应变压力传感器。石英压力传感器的测量精度较高，能保证测得的地层流体压力更为准确。而普通的应变压力传感器体积较小，能更加方便地设置到本装置中。

在一个实施例中，地层流体压力测量装置还包括与所述地层流体压力传感器及对比流体压力传感器电连接的处理器。处理器能接收地层流体压力传感器及对比流体压力传感器传来的数据，并对其进行处理。

在一个实施例中，处理器构造为能对测得的所述地层流体压力和所述对比流体压力作比较。通过处理器的比较能方便地得到准确的地层流体压力的测量值。

在一个实施例中，在对比流体压力传感器与动力供应单元之间，对比流体管路还连接有压力平衡阀，平衡阀延伸至管柱的外表面。通过平衡阀能对管柱外的环空压力以及对比流体管路中的压力进行平衡，同时减少系统动力输出，降低系统总功耗，以保证测量过程在稳定且安全的条件下进行，并保证了测量的有效性和准确性。

在一个实施例中，探头组件包括能伸出到管柱之外并能伸到地层处的探头管道。通过探头管道的伸出，能方便地获取到地层流体。

在一个实施例中，探头组件还包括包围所述探头管道的坐封器，所述坐封器能坐封在管柱与地层之间的环空内以将探头管道与环空内的流体隔离开。通过坐封器能将环空内的流体与探头管道隔离开，以防止环空内的流体进入到探头管道内而影响测量结果的准确性。

根据本发明的第二方面，提出了一种使用上述地层流体压力测量装置测量地层流体压力的方法，其包括以下步骤：步骤一：令探头组件的探头管道伸到地层；步骤二：通过动力供应单元抽吸对比流体管路中的对比流体，以在活塞两侧形成压差，以使地层流体通过探头管道进入到地层流体管路中，并推动活塞移动，通过地层流体压力传感器测量得到地层流体压力，通过对比流体压力传感器测量得到对比流体压力；步骤三：将测得的地层流体压力与对比流体压力作比较，如果地层流体压力与对比流体压力之间的差值在预定范围内，那么判断测得的地层流体压力准确，如果地层流体压力与对比流体压力之间的差值在预定范围之外，那么判断测得的地层流体压力不准确。通过这种方法能测得地层流体压力和对比流体压力，

在一个实施例中，在步骤二中，通过地层流体压力传感器测量得到地层流体压力，并通过对比流体压力传感器测量得到对比流体压力，直到活塞停止移动为止。

在一个实施例中，在对比流体压力传感器与动力供应单元之间，对比流体管路还连接有压力平衡阀，平衡阀延伸至管柱的外表面，方法还包括在步骤一之前的预步骤：通过压力平衡阀对管柱与地层之间的环空压力与对比流体管路中的压力进行平衡，然后锁死压力平衡阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)通过动力供应单元抽吸对比流体管路中的对比流体，以减小活塞的第二侧的压力，由此在活塞的两侧产生压差。此时，通过探头组件将地层中的地层流体吸入到活塞的第一侧以推动活塞直到活塞两侧的压差消除，达到平衡状态。在此过程中，通过地层流体压力传感器和对比流体压力传感器分别测量得到地层流体压力和对比流体压力。(2)对测量得到的地层流体压力和对比流体压力进行比较，如果这两个值之间的差值在预定范围内，则说明测得的地层流体压力准确。而如果该差值超出了预定范围，则说明测得的地层压力不准确。(3)由此，作业人员可有效得到准确的地层流体压力。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的地层流体压力测量装置的结构示意图。

图2显示了根据本发明的测量地层流体压力的方法的流程图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的地层流体压力测量装置(以下简称为“装置”)100的大体结构。

装置100包括能下入到井内的管柱20，管柱20可与钻头相连，从而使得装置100形成为随钻测量的地层流体压力测量装置，即随钻地层流体压力测量装置。这样，在钻头刚钻开地层时即能对地层流体压力进行测量。此时，钻井液对所测地层的污染较小，从而使得测得的地层流体压力的准确度高，能更好地反应真实原始的地层空隙压力状态。

装置100还包括设置于管柱20内的压力传递组件7，压力传递组件7包括压力腔71，以及设置在压力腔71内的活塞72。活塞72能在压力腔71内密封式活动，并能在其两侧将压力腔71分为两部分。其中，在活塞72的一侧(第一侧)的压力腔通过地层流体管路6与探头组件1相连，而在活塞72的另一侧(第二侧)的压力腔通过对比流体管路9与动力供应单元相连。在装置100工作时，对比流体存在于对比流体管路9和活塞72的第二侧的压力腔中，而地层流体能进入到地层流体管路6和活塞72的第一侧的压力腔中，这两种流体能被活塞隔开，而防止这两种流体相互融合，从而防止了测量准确性为此而受到影响。另外，活塞还能防止这两种流体相互污染。

优选地，动力供应单元包括与对比流体管路9相连通的抽吸阀11，以及与抽吸阀11相连的液压泵13。如图1所示，液压泵13可与装置100的其他结构分别设置在不同的管柱节上，这是由于液压泵13的体积通常较大，因此不适于与装置100的其他结构一起设置在同一个管柱节中。对比流体可以是液压油。

在地层流体管路6上连接有用于测量地层流体压力的地层流体压力传感器8。在对比流体管路9上连接有用于测量对比流体压力的对比流体压力传感器10。

在一个优选的实施例中，地层流体压力传感器8为石英压力传感器。石英压力传感器的测量精度高，从而能保证地层流体压力传感器8测得的地层流体压力更为准确。另外，对比流体压力传感器10也可设置为石英压力传感器，但更优选为体积较小的应变压力传感器。管柱内的空间较为狭小，体积较小的应变压力传感器能更加方便地设置到管柱内，从而方便了装置100的布局和设计，并降低了测量的技术风险。

另外，为了对地层压力传感器8和对比流体压力传感器10测得的数据进行处理，还可设置与地层压力传感器8和对比流体压力传感器10电连接的处理器(未示出)。其中，处理器可对传输到其中的地层流体压力和对比流体压力进行比较处理。如果地层流体压力与对比流体压力相差不大，即是说其两者的差值在预定范围内，那么就可以判断测得的地层流体压力的准确性较高。使用这种地层流体压力对作业进行优化是十分有效并有利的。另外，如果地层流体压力与对比流体压力相差较大，即是说其两者的差值超出了预定范围，那么就可以判断测得的地层流体压力的准确性较低，不利于使用。则处理器可在随后的过程中将其舍弃，或者作业人员可根据需要选择性地将其舍弃。

这里应理解地是，处理器还可以(例如根据已知的抽吸算法)对传输给其的一系列地层流体压力和对比流体压力进行处理，以分别生成地层流体的压力降低和恢复曲线以及对比流体的压力降低和恢复曲线。

优选地，还可以在对比流体管路9上连接延伸到管柱20的外表面处的压力平衡阀12。压力平衡阀12能使管柱外的环空内的压力与对比流体管路9内的压力进行平衡。优选地，压力平衡阀12与对比流体管路9的连接在对比流体压力传感器10与抽吸阀11之间。由此，压力平衡阀12不会对对比流体压力传感器10产生较大的不良影响。

如图1所示，探头组件1包括与地层流体管路6相连通的探头腔5，以及设置在探头腔5内的探头管道3。探头3与探头腔5相连通，并且能伸出到管柱20之外，并穿过管柱与地层之间的环空而伸到地层处。在动力供应单元抽吸时，探头管道3能从地层中获取地层流体到探头腔5中。

优选地，在探头管道3中设置有过滤器4，过滤器4能在地层流体穿过时滤去其中的大颗粒杂质，以确保测量的结果的准确性。另外，这还防止了大颗粒杂质进入到地层流体管路6和压力腔71中，由此防止了地层流体管路6和压力腔71被堵塞，从而能有效保证装置100的顺利工作。

另外，探头组件1还包括包围探头管道3的坐封器2。坐封器2能在探头管道3伸出之前，预先坐封在管柱20与地层之间的环空内，以防止环空内的流体(例如钻井液等)经探头管道3进入到装置100内对测量结构产生不良影响。

此外，应理解地是，探头组件1也可设置为能实现上述功能的现有技术中存在的探头组件。

下面将结合图2对本发明的使用上述装置100来测量地层流体压力的方法进行详细描述。

在步骤一中，将探头管道3伸出管柱20，并伸到地层处。这里应理解地是，在设置有坐封器2的情况下，应先令坐封器2坐封在管柱20与地层之间的环空内，以在坐封器2坐封处防止环空内流体流入。然后再将探头管道3伸出，使其刺破泥饼后插入到地层处，以防止环空内流体进入到探头管道3中。

这里应理解地是，在设置有压力平衡阀12的情况下，在步骤一之前，通过压力平衡阀12对环空压力与对比流体管路9内压力进行平衡。由此能防止这两者之间的压差对测量产生不利的影响。在环空内压力与对比流体管路9内压力平衡后，锁死压力平衡阀12。

在步骤二中，通过动力供应单元抽吸对比流体，由此减小了对比流体管路9内的压力以及压力腔71内的活塞72第二侧的压力，从而在活塞72两侧形成压差。在这种压差的作用下，地层流体能通过探头管道3进入到探头腔5内，并由此进入到地层流体管路6和压力腔71的活塞72的第一侧内。地层流体推动活塞移动，直到活塞两侧的压力差消除。此时，活塞两侧的压力平衡。

在步骤二中，通过地层流体压力传感器8对地层流体管路6内的地层流体的流体压力进行测量，以测得地层流体压力。通过对比流体压力传感器10对对称比流体管路9内的对比流体的流体压力进行测量，以测得对比流体压力。

在该步骤中，可仅在预先设定的关键测量点或关键测量阶段处对平衡后的地层流体压力和对比流体压力进行测量。也可在整个抽吸和流动过程中对地层流体压力和对比流体压力进行间断式多次测量或者连续测量。通过比较在同一时刻下的地层流体压力与对比流体压力之间的差异，能判断测得的地层流体压力是否准确。其中，当地层流体压力与对比流体压力之间的差值在预定范围内(优选地，预定范围为0-8psi)，则说明测得的地层流体压力较为准确，将这种地层流体压力用于改进操作和地质建模中，能有效达到优化效果。另外，当地层流体压力与对比流体压力之间的差值超出了预定范围(即是说超过了8psi)，则说明测得的地层流体压力误差较大，准确性低。这种地层流体压力的数据失真严重，可根据作业人员的需要对其选择性地舍弃。

应理解地是，这里的差值指的是地层流体压力与对比流体压力做差的绝对值。

此外，在整个抽吸和流动过程中对地层流体压力和对比流体压力进行间断式多次测量或者连续测量的情况下，可通过数据处理得到地层流体压力降低和恢复曲线，以及对比流体压力降低和恢复曲线。通过现有技术中已知的算法对这两条曲线进行拟合，可以得到更接近真实的地层流体压力变化曲线，并由此得到在这一过程中的地层流体压力值。

应理解地是，重复步骤二及步骤三，或重复整个过程可以对地层流体压力进行重复测量。通过重复的测量能得到更多的地层流体压力数据。如果在多次测量中，地层流体压力与对比流体压力之间的差异总是超过预定范围，例如在其中超过20％的次数中测得的地层流体压力都超过预定范围了，那么可以考虑是装置100中的其中一个或几个构件发生了堵塞等问题。此时，作业人员需要对装置100中的探头组件1、地层流体管路6、压力传递组件7和对比流体管路9等构件进行排查和清理，以保证装置100能在后续的工作中顺利得到准确的地层流体压力。

通过本发明的上述装置100和方法，可以对地层流体压力进行测量，并能使作业人员方面地得知测得的地层流体压力是否准确，并由此得到准确的地层流体压力。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种地层流体压力测量装置，包括管柱，在所述管柱内设置有：

压力传递组件，所述压力传递组件包括压力腔和设置于所述压力腔内的活塞，

用于从地层中获得地层流体的探头组件，所述探头组件通过地层流体管路连通到所述活塞的第一侧的压力腔，以及

动力供应单元，所述动力供应单元通过对比流体管路连通到所述活塞的第二侧的压力腔，所述动力供应单元能抽吸所述对比流体管路中的对比流体，

其中，在所述地层流体管路上连接有用于测量地层流体的流体压力的地层流体压力传感器，在所述对比流体管路上连接有用于测量对比流体的流体压力的对比流体压力传感器。

2.根据权利要求1所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，所述地层流体压力传感器为石英压力传感器，和/或

所述对比流体压力传感器为应变压力传感器。

3.根据权利要求1或2所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，还包括与所述地层流体压力传感器及对比流体压力传感器电连接的处理器。

4.根据权利要求3所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，所述处理器构造为能对测得的所述地层流体压力和所述对比流体压力作比较。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，在所述对比流体压力传感器与动力供应单元之间，所述对比流体管路还连接有压力平衡阀，所述平衡阀延伸至管柱的外表面。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，所述探头组件包括能伸出到所述管柱之外并能伸到地层处的探头管道。

7.根据权利要求6所述的地层流体压力测量装置，其特征在于，所述探头组件还包括包围所述探头管道的坐封器，所述坐封器能坐封在管柱与地层之间的环空内以将探头管道与环空内的流体隔离开。

8.一种使用权利要求1到7中任一项所述的地层流体压力测量装置测量地层流体压力的方法，其包括以下步骤：

步骤一：令所述探头组件的探头管道伸到地层；

步骤二：通过所述动力供应单元抽吸对比流体管路中的对比流体，以在所述活塞两侧形成压差，以使地层流体通过探头管道进入到所述地层流体管路中，并推动所述活塞移动，通过所述地层流体压力传感器测量得到地层流体压力，通过所述对比流体压力传感器测量得到对比流体压力；

步骤三：将测得的地层流体压力与对比流体压力作比较，如果所述地层流体压力与所述对比流体压力之间的差值在预定范围内，那么判断测得的所述地层流体压力准确，如果所述地层流体压力与所述对比流体压力之间的差值在预定范围之外，那么判断测得的所述地层流体压力不准确。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，通过所述地层流体压力传感器测量得到地层流体压力，并通过所述对比流体压力传感器测量得到对比流体压力，直到所述活塞停止移动为止。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述对比流体压力传感器与动力供应单元之间，所述对比流体管路还连接有压力平衡阀，所述平衡阀延伸至管柱的外表面，

所述方法还包括在步骤一之前的预步骤：通过所述压力平衡阀对管柱与地层之间的环空压力与对比流体管路中的压力进行平衡，然后锁死所述压力平衡阀。