CN109415936B - 用于在插塞研磨出或清理/修井操作期间建立井性能的方法和系统 - Google Patents

用于在插塞研磨出或清理/修井操作期间建立井性能的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种方法和系统被提供，其分析在井操作(例如插塞研磨出或清理/修井操作)期间流到位于地面的设施的返回流体的流动特性，以便表征地层的局部地层特性。该方法和系统可用于表征由具有多个间隔的井穿过的水力压裂的含烃地层，所述间隔通过相应的插塞彼此水力地隔离。

Description

用于在插塞研磨出或清理/修井操作期间建立井性能的方法和系统
背景技术
探测、钻探和完成烃和其他井通常是复杂、耗时且最终非常昂贵的努力。认识到这些费用，人们更加注重与在井的使用寿命期间完井和井的维护相关的效率。多年来，不断增加的井深和复杂的结构使得在甚至在更加关注的完井和维护操作中花费的时间和精力减少。
通常在完井期间发生的井中的穿孔和压裂应用构成了一个这样的区域，其中花费了大量的时间和精力，特别是当遇到井深和复杂结构的增加时。这些应用可涉及要穿孔或压裂的井部分或间隔的桥插塞组件(在此称为“插塞”)的井下定位。可以通过将驱动流体泵送通过井来辅助插塞的定位。当插塞前进通过井的水平部分时，这可能是特别有用的。
一旦就位，设备可以与插塞通信以便指示插塞的设置。这样的设置可以包括用于膨胀卡瓦和插塞的一个或多个密封构件，分别用于锚固和密封插塞。一旦锚固和密封，可在插塞上方进行穿孔施加，以便在井间隔中提供穿过套筒的穿孔。类似地，可以接着压裂应用，其在高压下将压裂流体引导通过套筒穿孔并进入相邻地层，这导致相邻地层的储层岩石的水力压裂，其旨在释放被困在储层岩石中的油或气体，使得它流入井中以便于生产。压裂流体通常包含支撑剂(例如沙子)，其有助于在压裂应用完成之后保持裂缝打开。该过程可以重复，通常从井的终端(例如，趾部端)开始并且逐个间隔地井上移动，直到已经根据需要构造和处理套筒和地层。
井中的插塞的存在使高压压裂应用不会影响插塞下方的井间隔。实际上，即使所提到的应用可能产生超过5,000psi的井，插塞下方的井间隔也保持与其上方的间隔水力地隔离。由于压裂的高压特性和插塞所需的锚固程度，一旦设定，它通常被构造为接近永久放置。结果，移除插塞需要随后研磨出插塞。取决于井的特定结构，对于给定井在常规穿孔和压裂应用的过程中可能发生若干插塞研磨出。
如上所述的，将井分成多个间隔是常见的。可以在间隔之间定位未穿孔套筒的短部分，以使得能够使插塞设置成以隔离相应间隔，用于相应间隔的穿孔和压裂。注意到，并非井的所有间隔对井的烃的生产都有相同的贡献，因为储层的岩石物理和地质力学特性可以沿着井的长度变化。
用于评估井的各个间隔的生产率的当前工作流程基于两种主要技术。通常被描述为生产测井的第一工作流程基于使用旋转器和压力测量的流体特性的井下测量。该第一工作流程需要在研磨出所有插塞后在井中运行工具，从而增加井的成本。第二工作流程基于示踪剂浓度的测量。在井的间隔内用压裂流体将不同的示踪剂注入储层。
在井的初始生产期间，示踪剂由压裂流体和/或烃从井生产。生产的每个给定示踪剂的量是放置给定示踪剂的相应间隔的流贡献的函数。多个不同示踪剂的使用允许评估井的间隔数量内的流贡献。除了对生产流体(包括示踪剂、压裂流体和/或烃)的解释所固有的限制之外，该第二工作流程限制了可以放置在单个井的间隔中的示踪剂的数量以及检测生产流体中的示踪剂。
发明内容
提供本发明内容以介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些构思的选择。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围的帮助。
本公开的说明性实施例涉及一种用于表征水力压裂的含烃地层的方法和系统，该含烃地层由具有多个间隔的井穿过，所述间隔通过相应的插塞彼此水力地隔离。该方法和系统分析在插塞研磨出操作期间从新打开的井间隔流回到地面设施的返回流体的流动特性。可以基于返回流体的流动特性确定与新打开的井间隔相邻的地层的局部地层特性。局部地层特性可包括裂缝面积、裂缝传导性、与井眼的裂缝连通性、裂缝几何形状、地层压力、地层生产率和/或其他合适的地层特性。
裂缝连通性可以表示新打开的井间隔(即，新打开的插塞和下游下一个插塞之间的井眼间隔)是否与邻近新打开的井间隔的地层的局部区域连通。换句话说，裂缝连通性可以表示通过井间隔(现在新打开的)的水力压裂产生的水力裂缝是否仍然将井间隔连接到储层。
裂缝连通性还可以表示与邻近新打开的井间隔的地层的局部区域连通的裂缝(或裂缝群)的数量。换句话说，裂缝连通性可以表示通过井间隔(现在新打开的)的水力压裂产生的裂缝(或裂缝群)的数量，所述裂缝仍然将井间隔连接到储层。
局部地层特性还可以表示通过井间隔(现在新打开的)的水力压裂产生的裂缝是否提供与相邻的井间隔的裂缝的流体连通(例如套筒后流体连通)。
局部地层特性还可以表示通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是否是正常压力、过压力还是欠压力(其是枯竭区域的指示)。
局部地层特性还可以表示通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是否在研磨出操作时相对于井眼是过平衡的或欠平衡的。
局部地层特性还可以表示通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是否倾向于支撑剂产生、地层失效或二者。
局部地层特性还可以表示对于通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域的润湿性和流体泄漏和吸入的倾向性。
局部地层特性还可以表示地层的岩石质量，例如孔隙度、烃含量、矿物成分和地层韧性、层压密度和天然/诱导裂缝的密度。
局部地层特性还可以表示地层的力学特性，例如应力、杨氏模量和波松比。
在一个或多个实施例中，返回流体的流动特性可以由位于地面的多相流量计的输出得出。
在一个或多个实施例中，返回流体可包括供应到井下研磨钻头的研磨流体。在一个实施例中，供应到井下研磨钻头的研磨流体的流体静压力可以大于地层压力。在此情况下，返回流体的流动特性的分析可以考虑进入到新打开的井间隔的裂缝中的研磨流体的出流。在另一个实施例中，供应到井下研磨钻头的研磨流体的流体静压力可以小于地层压力。在此情况下，返回流体的流动特性的分析可以考虑来自于新打开的井间隔的裂缝中的水(包括水基压裂流体和原生水)、油、气和固体的入流。
在一个或多个实施方例中，研磨流体可包括示踪剂化合物(或多种示踪剂化合物)以帮助定量区分研磨流体与生产的流体(包括压裂流体、原生水和油和气烃)。示踪剂化合物可以连续或脉动地加入研磨流体中。位于地面的化学分析器可以测量流向地面的返回流体中的示踪剂化合物的浓度，以便在插塞研磨出操作期间区分研磨流体和/或储层流体的源和汇。示踪剂化合物的浓度可以以受控的方式变化，同时结合在插塞研磨出操作期间供应到研磨钻头的研磨流体的受控压力变化，以便区分在插塞研磨出操作期间储层的源和汇。
在一个或多个实施方例中，示踪剂化合物(或多种示踪剂化合物)可以掺入用于使地层产生裂缝的压裂流体中。压裂流体的示踪剂化合物可以帮助定量地区分压裂流体与研磨流体和/或其他生产的流体(例如原生水)。位于地面的化学分析器可以测量流向地面的返回流体中的示踪剂化合物的浓度，以便在插塞研磨出操作期间区分储层流体的源和汇。
在一个或多个实施方例中，可以控制研磨流体的泵送速率，使得返回流体的返回速率保持在旨在在插塞研磨出操作期间维持支撑剂充填物在井的打开的间隔的裂缝中的基本稳定性的范围内，或者能够在插塞研磨出操作期间控制来自井的打开间隔的裂缝的支撑剂回流。
在其他实施例中，该方法和系统可以分析在井清理或修井操作期间流到地面设施的返回流体的流动特性。在井清理或修井操作期间，可以将清洁或修井流体泵送到井下。清理或修井流体可以包含一种或多种如在此所述的示踪物化合物。局部地层特性可以基于在井清理或修井操作期间所述返回流体的地面流动特性以与在此所述的插塞研磨出操作相似的方式进行确定。
附图说明
图1A和1B是穿过水力压裂的含烃储层的油田井以及用于研磨出插塞的井下工具的的示意图，所述插塞隔离沿着井的长度彼此偏移的多个间隔；
图2是地面设施的功能框图，该地面设施分析在插塞研磨出操作期间从新打开的井间隔流回到地面的返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图3示出了可用于实现图2的数据分析器的示例计算系统；
图4A是流体模型的示意图，该流体模型建模在用于过平衡条件的研磨出期间新打开的井间隔中的流体流动，在所述过平衡条件下供应到研磨钻头的研磨流体的流体静压力大于地层压力；
图4B是示出由图2的数据分析器执行的示例性操作的流程图，该数据分析器使用图4A的流体模型来分析在用于过度平衡条件的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图5A是流体模型的示意图，该流体模型建模在用于欠平衡条件的研磨出期间新打开的井间隔中的流体流动，在所述欠平衡条件下供应到研磨钻头的研磨流体的流体静压力小于地层压力；
图5B是示出由图2的数据分析器执行的示例性操作的流程图，该数据分析器使用图5A的流体模型来分析在用于欠平衡条件的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图6是示出由图2的数据分析器执行的示例性操作的流程图，该数据分析器使用包含一种或多种示踪剂化合物的研磨流体以及图4A的流体模型来分析在用于过平衡条件的插塞研磨出期间返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图7A和7B共同地是示出由图2的数据分析器执行的示例性操作的流程图，该数据分析器使用包含一种或多种示踪剂化合物的研磨流体以及图5A的流体模型来分析在用于欠平衡条件的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性，以表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图8A和8B共同地是示出由图2的数据分析器执行的示例性操作的流程图，该数据分析器使用包含一种或多种示踪剂化合物的压裂流体以及图5A的流体模型来分析在用于欠平衡条件的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性；
图9是穿过水力压裂的含烃储层的井的示意图。该井包括具有生产管的水平部分，该生产管包括多个穿孔区域，这些穿孔区域沿着井的水平部分的长度彼此偏移。可以在井中运行BHA，以在井上执行插塞研磨出和清理操作(以及可能的其他操作)；
图10是示出由图2的数据分析器执行的操作的流程图，该数据分析器测量对应于BHA位置的生产固体的流入，并表征与井的一个或多个穿孔区域相关的固体生产；
图11A和11B是示出根据图10的工作流程的示例性略微欠平衡清理操作期间的数据分析器的数据处理操作的图。
具体实施方式
以下描述本公开的说明性实施例。为了清楚起见，在本说明书中并未描述实际实施的所有特征。应当理解到，在任何这样的实际实施例的开发中，必须做出许多具体实施的决定以实现开发者的特定目标，例如遵守与系统相关的和与业务相关的约束，这些约束将随着实施而变化。此外，应当理解到，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说仍然是常规任务。此外，各附图中相同的附图标记和名称表示相同的元件。
某些示例在以上标识的附图中示出并在下面详细描述。在描述这些示例时，使用同样或相同的附图标记来标识共同或类似的元件。附图不一定按比例绘制，并且为了清楚和/或简明，附图的某些特征和某些视图可能在比例上或在示意图中被夸大地示出。
关于井、井眼、工具或地层的“上方”，“上部(upper)”，“上游”，“跟部”和类似术语是指靠近或正朝向或在装置、物品、流或其他参考点的地面侧上的相关方向或位置，而“下方”，“下部(lower)”，“下游”，“趾部”等类似术语是指靠近或正朝向或在装置、物品、流或其他参考点的底部孔侧上的相关方向或位置，不管井或井眼的世界物理取向，例如在其竖直、水平、向下和/或向上倾斜的部分。
如在此所用的，打开的间隔或新打开的间隔是指具有至少一个穿孔、穿孔群、套筒中的喷穿孔、槽、至少一个滑动套管或井眼套筒阀或提供地层与井眼之间的连通的生产油管中的任何其他打开的井的一部分。井的打开间隔或新打开的间隔可以分成一个或多个穿孔区域。
如在此所用的，裂缝应理解为岩石内的一个或多个缝隙或破裂地面。通过将孔隙连接在一起，裂缝可以极大地增强岩石的渗透性，由于该原因，在一些储层中机械诱导裂缝以促进烃流动。裂缝也可以称为天然裂缝，以将它们与作为储层刺激的一部分引起的裂缝区分开。裂缝也可以分组为裂缝群(或“穿孔群”)，其中给定裂缝群(穿孔群)的裂缝通过单个穿孔区域连接到井眼。
术语“压裂”是指通过在非常高的压力下泵送流体(压力高于所确定的地层的闭合压力)来破坏地质地层构造和产生裂缝(即井眼周围的岩层)的过程和方法，以便提高烃储层的生产率。在此描述的压裂应用另外使用本领域已知的常规技术。
图1A和1B示出了已经历穿孔和破裂应用的示例井100。在该井中，平台和井架116定位在井眼上方，井眼通过旋转钻井穿过含烃储层102。尽管井100的某些元件在图1A和1B中示出，但为了清楚说明，已经省略了井的其他元件(例如，喷出防止器，井口“树”等)。井100包括管的互连件，包括竖直和水平套筒104，管106(可以是盘管或钻杆)、过渡件108，以及连接到地面101处的地面设施(图2)的生产衬管110。管106在套筒104内延伸并终止于地面101处或附近的管头(未示出)。套筒104接触井眼并终止于地面101处或附近的套管头(未示出)。生产衬管110和/或水平套筒104具有对准的径向打开，称为“穿孔区域”120，其允许生产衬管110和水力压裂的含烃储层或地层102之间的流体连通。多个插塞112设置在井100中沿着井的长度彼此偏移的位置处，以便在井100的某些间隔之间提供水力隔离，每个间隔中具有多个穿孔区域120。每个插塞112可包括一个或多个膨胀卡瓦和密封构件，用于将插塞锚固和密封到生产衬管110或套筒104，如常规的那样。每个插塞112可以主要由复合材料(或其他合适的材料)形成，该复合材料使得插塞能够如在此所述被研磨出以便移除。
井底钻具组合(“BHA”)122可以通过管106(其可以是盘管或钻杆)在套筒104内部延伸。如图1B所示的，BHA 122包括井下马达124，井下马达124以旋转研磨钻头126。井下马达124可由在从地面供应的研磨流体中承载的水力驱动。井下马达在本领域中是众所周知的。BHA 122连接到管106，管106用于将BHA 122运行到井内的期望位置。还可以想到，研磨钻头126的旋转运动可以通过由旋转台或其他位于地面的旋转致动器实现的管106的旋转来驱动。在此情况下，可以省略井下马达124。管106还可以用于将研磨流体(箭头128A)输送到研磨钻头126以帮助研磨过程并且在流体130(在此中称为“返回流体”)中携带切屑以及可能的其他流体和固体组分，其向上沿着管106和套筒104之间的环空(或经由管106提供的返回流动路径)，以返回到地面设施(图2)。BHA122可以定位成使得研磨钻头126定位成与插塞112直接接触。在该构造中，研磨钻头126的旋转运动将插塞112磨成切屑，该切屑作为返回地面设施的返回流体130的一部分流动。还预期返回流体130可包括残余支撑剂(例如，沙子)或可能的岩石碎片，其由水力压裂应用产生并且在插塞研磨出过程期间在井内流动。在提供水力地隔离之后，通过研磨移除插塞，通过钻插塞打开流动路径。在某些条件下，压裂流体和可能的烃(油和/或气)、支撑剂和可能的岩石碎片可以在新打开的间隔中从压裂的储层102流过穿孔120并作为返回流体130的一部分返回到地面。在实施例中，BHA可以通过隔离装置补充在旋转钻机后面，例如可充气封隔器，其可以被启动以隔离其下方或上方的区域并且能够进行局部压力测试。
如图2所示，地面设施200包括井口扼流件201，多相流量计203，流体存储器205和数据分析器207。也可以包括一个或多个可选的井下压力传感器209。井下压力传感器209可以集成到研磨工具BHA 122、用于在研磨工具BHA 122中行进的管106、生产衬管110或水平套筒104或完井的一些其他部分。在实施例中，井下压力可以从地面压力、已知流体成分、深度和摩擦压力的已知参数计算。返回流体130从平台130流过多相流量计203以存储在流体存储器205中。如果需要，存储在流体存储器205中的返回流体可以被回收以在随后的研磨操作中重复使用。多相流量计203可以构造成测量构成在研磨出操作期间返回到地面的返回流体130的不同相(例如，油，气，水，固体)的流量。返回流体130的油相和气相可以源自烃，其从水力压裂地层102流过穿孔120并作为返回流体130的一部分返回到地面。返回流体130的油相也可以可能源自供应到井下研磨钻头126的基于油的研磨流体。返回流体130的水相可以源自供应到井下研磨钻头126的水基研磨流体和/或源自于从水力压裂地层102流过穿孔120并作为返回流体130返回到地面的水基压裂流体和/或原生水。返回流体130的固相可以源自于残余支撑剂(例如，沙子)或者可能是由水力压裂应用产生的并且在研磨出过程中在井内流动的岩石碎片。
数据分析器207经由合适的数据通信链路(诸如有线电通信链路，无线RF通信链路或光通信链路)与多相流量计203和可能的井下压力传感器209连接。位于地面的多相流量计203可以构造成实时测量从井生产的返回流体130的流的各个相(油/气/水/固体)的流量。在一个实施例中，多相流量计203可以是由Schlumberger Limited of Sugarland,Texas提供的Model Vx Spectra多相流量计。数据分析器207可以构造成处理由位于地面的多相流量计203执行的返回流体130的多相流量测量结果和在特定插塞的研磨出期间由可选的井下压力传感器209执行的压力测量结果，以便表征流过对应于特定插塞的井间隔(即，在研磨出之前由特定插塞水力地隔离的新打开的井间隔)的穿孔区域的一个或多个不同流体相的流贡献。这样的流动贡献可以表征研磨流体、水(包括水基压裂流体和/或原生水)、流过新打开的井间隔的穿孔区域的油和/或气体的流量。在特定插塞的研磨出操作期间，数据分析器207可以使用由多相流量计203执行的返回流体130的多相流量测量结果的节点分析和建模以及由井下压力传感器209执行的可选的井下压力测量结果来确定新打开的井间隔的这样的流贡献。注意到，在特定插塞的研磨出之后，打开的井眼长度增加了新打开的井间隔的长度。这样的节点分析和建模可用于表征在插塞研磨出后的有效打开的井眼长度。流过新打开的井间隔的穿孔区域的一个或多个不同流体相的流贡献和研磨出后的有效打开的井眼长度可用于表征与新打开的井间隔相邻的地层102的局部特性，用于储层分析和/或规划。例如，这样的局部地层特性可包括邻近新打开的井间隔的地层的裂缝面积和/或裂缝导流性、与井眼的裂缝连通性、裂缝几何形状、地层压力、地层产能或其他合适的地层特性。当研磨井中的其他插塞时，可以重复该过程，以便表征沿着井的长度与其他感兴趣间隔的局部地层特性。
裂缝连通性可以表示新打开的井间隔(即，新打开的插塞和下游下一个插塞之间的井眼间隔)是否与新打开的井间隔相邻的地层的局部区域连通。换句话说，裂缝连通性可以表示由井间隔(现在是新打开的)的水力压裂产生的水力裂缝是否仍然将井间隔连接到储层。裂缝连通性还可以表示与新打开的井间隔相邻的地层的局部区域连通的裂缝(或裂缝群)的数量。换句话说，裂缝连通性可以表示由井间隔(现在是新打开的)的水力压裂产生的裂缝(或裂缝群)的数量，其仍然将井间隔连接到储层。
局部地层特性还可以表示由井间隔(现在是新打开的)的水力压裂产生的裂缝是否提供与相邻井间隔的裂缝的流体连通(例如套筒后流体连通)。局部地层特性还可以表示是否通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是正常加压、过压或欠压(这是枯竭区域的指示)。
局部地层特性还可以表示在研磨出操作时，通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是否相对于井眼过平衡或欠平衡。
局部地层特性还可以表示通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域是否倾向于支撑剂生产、地层失效或二者。
局部地层特性还可以表示对于通过裂缝连接到新打开的井间隔的地层的局部区域的润湿性和流体泄漏和吸收的倾向性。
局部地层特性还可以表示地层的岩石质量，例如孔隙度、烃含量、矿物成分和地层韧性、层压密度和天然/诱导裂缝的密度。
局部地层特性还可以表示地层的力学特性，例如应力、杨氏模量和泊松比。
每个间隔的表征可以用于优化随后的回流程序，因为预期的流出速率将取决于有助于生产的间隔的数量和它们各自的贡献的大小。在研磨出和回流程序之后，间隔的表征可以提供井生产率的初步估计，并且可以作为评估人工举升及其设计需求的基础。表现出一个或多个指示不利刺激的局部地层特性(例如，破裂面积/传导性)的特定间隔可以预期对烃生产贡献很小，但是会导致过量的固体生产，这可能影响来自其他间隔的烃生产。这样的间隔可以通过化学处理等来绕过，或者可以标记为立即或补救性刺激。
图3示出了可用于实现图2的数据分析器207或其部分的示例计算系统300。计算系统300可以是单独的计算机系统301A或分布式计算机系统的布置。计算机系统301A包括一个或多个分析模块303(计算机可执行指令和相关数据的程序)，其可被构造为根据一些实施例执行各种任务，例如上述任务。为了执行这些各种任务，分析模块303在一个或多个处理器305上执行，处理器305(或者)连接到一个或多个存储介质307。处理器305(或者)也连接到网络接口309以允许计算机系统301A通过数据网络311与一个或多个附加计算机系统和/或计算系统(例如301B，301C和/或301D)通信。注意到，计算机系统301B，301C和/或301D可以或可以不共享与计算机系统301A相同的架构，并且可以位于不同的物理位置。
处理器305可以包括至少一微处理器、微控制器、处理器模块或子系统、可编程集成电路、可编程门阵列、数字信号处理器(DSP)或另一控制或计算设备。
存储介质307可以实现为一个或多个非暂时性计算机可读或机器可读存储介质。注意到，虽然在图3的实施例中，存储介质307被描绘为在计算机系统301A内，但是在一些实施例中，存储介质307可以分布在计算系统301A和/或附加计算系统的多个内部和/或外部机箱内和/或穿过它们。存储介质307可以包括一种或多种不同形式的存储器，包括半导体存储器设备，例如动态或静态随机存取存储器(DRAM或SRAM)，电可擦除和可编程只读存储器(EPROM)，电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)和闪存；磁盘，如硬盘、软盘和可移动磁盘；其他磁介质，包括胶带；光学介质，如光盘(CD)或数字视盘(DVD)；或其他类型的存储设备。注意到，计算机可执行指令和分析模块303的相关数据可以提供在存储介质307的一个计算机可读或机器可读存储介质上，或者替代地，可以提供在多个计算机可读或机器可读存储介质上，其分布在具有可能多个节点的大型系统中。这样的计算机可读或机器可读存储介质被认为是物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指任何制造的单个组件或多个组件。存储介质可以位于运行机器可读指令的机器中，或者位于远程站点，从该远程站点可以通过网络下载机器可读指令以供执行。
应当理解到，计算系统300仅是计算系统的一个示例，并且计算系统300可以具有比所示更多或更少的组件，可以组合图3的实施例中未描绘的附加组件，和/或计算系统300可以具有图3中描绘的组件的不同构造或布置。图3中示出的各种组件可以以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现，包括一个或多个信号处理和/或或专用集成电路。
此外，如在此所述的数据分析器207的操作可以通过在诸如通用处理器或专用芯片(诸如ASIC，FPGA，PLD，SOC或其他适当的设备)的信息处理装置中运行一个或多个功能模块来实现。这些模块、这些模块的组合和/或它们与通用硬件的组合都包括在本公开的范围内。
在一个实施例中，在特定插塞120的研磨出操作期间供应到研磨钻头126的研磨流体的流体静压力可以大于地层压力，其在压裂操作期间主要由注入的地层102中的压裂流体的压力决定。在该过平衡条件下，当通过研磨去除由特定插塞提供的水力地隔离时，研磨流体倾向于流过新打开的井间隔的穿孔区域并进入相邻的地层102中。在此情况下，由数据分析器207执行的节点分析和建模可以解释用于新打开的间隔的供应到研磨钻头126的研磨流体的流入，用于新打开的间隔的研磨流体流出或泄漏到裂缝和/或地层中(这里称为“注入性”)，以及从新打开的间隔返回到地面的流体的返回出流，如图4A所示。注意到，对于对应于供应到研磨钻头126的研磨流体的相，位于地面的多相流量计203的流量输出可以通过节点分析和建模来使用，以表征作为返回到地面的返回流130的一部分的来自于新打开的间隔的返回出流以及研磨流体进入到用于新打开的间隔的裂缝和/或地层的注入性的贡献。因此，如果使用水基研磨流体，则由位于地面的多相流量计203测量的水相流量可用于分析和建模。另一方面，如果使用油基研磨流体，则由位于地面的多相流量计203测量的油相流量可用于分析和建模。一旦表征，如在此通过相关性、建模或其他合适的技术，用于新打开的间隔的注入性可以与邻近新打开的间隔的地层的一个或多个局部地层特性相关。可以评估这样的局部地层特性以确定用于新打开的间隔的良好裂缝或不良/失效裂缝。由位于地面的多相流量计203测量的固相流量也可用于识别用于新打开的间隔的良好裂缝或不良/失效裂缝，其中过量的固体生产提供了不良/失效裂缝的指示。这样的过量的固体生产也可以表明在新打开的间隔内井中的固体。
图4B示出了由图2的数据分析器207执行的工作流程，其使用图4A的流体模型来分析在过平衡条件下的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔邻近的地层的局部特性。工作流程开始于方框401，其中建立处于过平衡条件的研磨流体的供应以为研磨工具BHA122提供动力和润滑以研磨出插塞以便打开井间隔。在方框403中，操作研磨工具BHA 122以研磨出插塞以打开间隔。在此情况下，新打开的间隔的注入性减少了新打开的间隔的返回出流，并且新打开的间隔的返回出流有助于返回到地面的返回流体130。在方框405中，在研磨工具BHA 122位于新打开的间隔中并且来自于新打开的间隔的返回出流有助于在地面处的返回流体130，数据分析器207可以测量返回流体130随时间的地面流动特性和新打开的间隔的返回出流的井下压力特性。在方框407中，数据分析器207使用返回流体130的地面流动特性的测量结果和方框405的返回出流的井下压力测量结果来计算和建模来自所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流，该返回出流是返回到地面的返回流体的一部分。注意到，方框407的模型是来自井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的组合或卷积，并且这些打开间隔在由插塞研磨出操作打开的该序列的井间隔是不同的。在方框409中，数据分析器207通过将用于新打开的间隔的返回出流的贡献与先前的模型(从方框407的最后一次迭代得出)隔离，来计算新打开的间隔的返回出流。方框409的计算可以涉及从框405中得出的模型的返回出流中减去来自先前模型的返回出流(从方框407的最后一次迭代得出)。在方框411中，数据分析器207基于在方框409中计算的用于新打开的间隔的返回出流来计算该新打开的间隔的注入性。在方框413中，例如，通过相关、建模或其他合适的技术，数据分析器207基于如在方框411中计算的新打开的间隔的注入性来得出新打开的间隔的局部特性。在方框415中，确定是否应该重复方框401到413的插塞研磨出和相应的数据分析操作以打开并表征井的另一个间隔。方框415的确定可以通过计算机评估一个或多个预定条件以自动方式、通过人工分析数据以手动方式或以涉及计算机评估和人工分析的半自动方式，执行。如果是这样，则工作流程继续到方框401以针对井的另一个间隔重复方框401到413。否则，在方框417中可以从井中移除研磨工具BHA 122并且工作流程结束。
注意到，当每个插塞被研磨出时，地面流动特性和井下压力测量结果的新测量结果用于更新方框407的计算和模型。在每个插塞的研磨出之前和之后改变模型可以用于隔离在方框409中用于新打开的间隔的返回出流的贡献，并且得出方框411中的新打开的间隔的注入性和基于此得出方框413中的局部地层特性。根据图4B的工作流程由插塞研磨出操作打开的该序列的井间隔可以根据预期变化。例如，插塞可以被研磨出并且相应的间隔从井的跟部到趾部(或从井的趾部到跟部)被逐个间隔地打开和表征。
在另一个实施例中，在特定插塞120的研磨出操作期间供应到研磨钻头126的研磨流体的流体静压力可以小于地层压力，其在压裂操作期间主要由注入到地层102中的压裂流体的压力决定。在该欠平衡条件下，当通过研磨、水(包括基于水的压裂流体和/或原生水)以及可能的固体(包括支撑剂或岩石碎片)移除由特定插塞提供的水力隔离时，保持在裂缝和邻近地层102中的油和/或气体烃具有流过新打开的间隔的穿孔区域并进入井中和到达地面的趋势。在此情况下，由数据分析器207执行的节点分析和建模可以解释用于新打开的间隔的供应到研磨钻头126的研磨流体的入流，用于新打开的间隔的水、油和/或气体烃和固体的入流，以及如图5A所示的从间隔到地面的返回出流。注意到，位于地面的多相流量计203的水相流量输出可以通过节点分析和建模来使用，以表征用于新打开间隔的水(包括水基压裂流体和/或原生水)的入流。位于地面的多相流量计203的油相流量输出可以通过节点分析和建模来使用，以表征用于新打开的间隔的油的入流。位于地面的多相流量计203的气相流量输出可以通过节点分析和建模来使用，以表征用于新打开的间隔的气体的入流。一旦表征，如在此所述通过相关性、建模或其他合适的技术，用于新打开的间隔的水、油和/或气体的入流可以与邻近新打开的间隔的地层的一个或多个局部地层特性相关。可以评估这样的局部地层特性以确定用于新打开的间隔的良好裂缝或不良/失效裂缝。由位于地面的多相流量计203测量的固相流量也可用来识别在用于其中过量固体生产提供不良裂缝/失效裂缝的指示的间隔的良好的裂缝或不良/失效的裂缝。这样的过量的固体生产可以指示在新打开的间隔内井中的固体。
图5B示出了由图2的数据分析器207执行的工作流程，其使用图5A的流体模型来分析在欠平衡条件的插塞研磨出操作期间返回流体的流动特性，以便表征与新打开的井间隔相邻的地层的局部特性。工作流程开始于方框501，其中建立处于欠平衡条件的研磨流体的供应以便给研磨工具BHA122提供动力和润滑以研磨出插塞以便打开井间隔。在方框503中，操作研磨工具BHA 122以研磨出插塞以打开间隔。在此情况下，水(包括水基压裂流体和/或原生水)和可能的固体(支撑剂/岩石碎片)和烃(石油和天然气)的入流可能有助于新打开的放间隔的返回出流，并且新打开的间隔的返回出流有助于返回到地面的返回流体130。在方框505中，通过研磨工具BHA122位于新打开的间隔中并且来自于新打开的间隔的返回出流有助于在地面处的返回流体130，数据分析器207可以测量返回流体130随时间的地面流动特性，以及用于新打开的间隔的返回出流的井下压力特性。在方框507中，数据分析器207使用返回流体130的地面流动特性的测量结果和方框505的返回出流的井下压力测量结果来计算和建模来自所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流，该返回出流是返回到地面的返回流体130的一部分。注意到，方框507的模型是来自井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的组合或卷积，并且这些打开间隔在由插塞研磨出操作打开的该序列的井间隔内是不同的。在方框509中，数据分析器207通过将新打开的间隔的返回出流的贡献与先前的模型(从方框507的最后一次迭代得出)隔离，来计算新打开的间隔的返回出流。方框509的计算可以涉及从方框506中得出的模型的返回出流中减去先前模型的返回出流(从方框507的最后一次迭代得出)。在方框511中，数据分析器207基于用于在方框509中计算的新打开的间隔的返回出流来计算水、油、气体和/或固体从裂缝和/或地层进入新打开的间隔的入流。在方框513中，例如，通过相关、建模或其他合适的技术，所述数据分析器207基于水、油、气体和/或固体从裂缝和/或地层进入到如在方框511中计算的新打开的间隔中的入流来得出新打开的间隔的局部地层特性。在方框515中，确定是否应该重复方框501到513的插塞研磨出和相应的数据分析操作以打开并表征井的另一个间隔。方框515的确定可以通过计算机评估一个或多个预定条件以自动方式、通过人工分析数据以手动方式或以涉及计算机评估和人工分析的半自动方式，执行。如果是这样，则工作流程继续到方框501以针对另一间隔重复方框501到513。否则，在方框517中可以从井中移除研磨工具BHA 122并且工作流程结束。
注意到，当每个插塞被研磨出时，地面流动特性和井下压力测量结果的新测量结果用于更新方框507的计算和模型。在每个插塞的研磨出之前和之后对模型的改变然后用来在方框509中隔离用于新打开的间隔的返回出流的贡献，并在方框511中得出水、油、气体和/或固体从裂缝和/或地层进入新打开的间隔的入流以及在方框513中基于此的局部地层特性。根据图5B的工作流程通过插塞研磨出操作打开的该序列的井间隔可以根据预期改变。例如，插塞可以被研磨出并且相应的间隔从井的跟部到趾部(或从井的趾部到跟部)被逐个间隔地打开和表征。
在又一个实施例中，数据分析器207可以在特定插塞的研磨出期间处理由井下压力传感器209执行的压力测量，以便识别指示由特定插塞提供的水力地隔离已经被移除(换句话说，相应的间隔已被新打开)的压力瞬变。这样的压力瞬变的检测以及对于新打开的间隔的井的有效长度和相应的体积以及位于地面的多相流量计203随时间的流量测量结果可以被处理，以识别用于取样和处理由位于地面的多相流量计203输出的流量测量结果的时间间隔，用于表征特定间隔的流贡献(例如，对于过平衡条件，研磨流体进入到与新打开的间隔相邻的地层中的返回出流，或者对于欠平衡条件下，进入到新打开的间隔的水、油、气体和/或固体的入流)。此外，与新打开间隔中的流动泄漏有关的循环速率方面的瞬时降低与和由流动循环产生的摩擦压降的降低相关的井下压降相结合可用于量化对于新打开的间隔的裂缝体积的尺寸和传导性。在裂缝失去与井眼的连通性的情况下，非常少的流体将泄漏并且新打开的井眼体积将快速升压至循环压力。对于连接到井眼的大的传导性裂缝井，与流体泄漏到新打开的间隔的裂缝中相关的流量下降可以提供良好刺激的指示。循环压力稳定的点可以提供从裂缝到地层的流体泄漏的指示。
如上所述的由数据分析器207分析的地面流动特性和井下压力的测量可以在其中井压没有地面控制的变化的稳态条件下进行。
在另一个实施例中，如上所述的由数据分析器207分析的地面流动特性和井下压力的测量可以在其中存在井压的地面控制变化的动态瞬态条件下进行。在此情况下，数据分析器207可以经由合适的数据通信链路(例如有线电通信链路、无线RF通信链路或光通信链路)与井口扼流件201连接，以便传送控制扼流件201的操作的扼流控制信号。扼流件201可以包括可变尺寸的孔口或孔，其用于控制流体流量或下游系统压力。作为示例，扼流件201可以以各种构造中的任何一种提供(例如，用于固定和/或可调节的操作模式)。作为示例，可调节的扼流件201可以使流体流动和压力参数能够改变以适应过程或生产要求。扼流件201可以是电动或气动操作的。数据分析器207可以构造成控制扼流件201的操作(例如，改变扼流件的孔口尺寸)，而多相流量计203在研磨操作期间对返回流体130执行多相流量测量。扼流件201的受控操作(例如，扼流件的孔口尺寸的受控变化)可以被构造为在新打开的间隔中(即，在相应的插塞已经被研磨出之后)产生井下压力的瞬时变化或扰动。这些瞬态压力扰动可以用作数据分析器207的节点分析和建模的一部分，该数据分析器207确定水、油、气体和/或固体从地层进入到新打开的间隔中的流贡献以及表征新打开的间隔的有效打开井眼长度。更具体地，当通过扼流件201的操作增加或减少井口压力时，井下压力的波动或下降将导致注入地层中的增加或减少(在过平衡流动的情况下)。在欠平衡情况下，井下压力的波动或下降将导致来自地层的水、油、气体和/或固体的流入减少或增加。流动特性的该改变将是裂缝网尺寸、与井眼的传导性和连通性的函数以及新打开的间隔的地层响应的函数。井下压力的监测可以允许工程师手动地识别(或者可以允许数据分析器207自身自动地识别)数据分析器207使用的哪个模型最适合每个间隔的压力响应。
在一个或多个实施方例中，研磨流体可包括示踪剂化合物(或多种示踪剂化合物)，其可有助于定量地区分研磨流体与一种或多种产生的流体相，例如水相(包括压裂流体和/或原生水)，油烃相和/或气烃相。在一个示例中，示踪剂化合物可以是碘化物盐、高溶解度染料或易于与地层流体(例如，原生水、油和气烃)和用于使地层裂缝的压裂流体区分的其他合适化合物。示踪剂化合物可以连续或脉冲加入研磨流体中。示踪剂化合物的浓度可以以受控的方式变化，同时与在插塞研磨出操作期间供应到研磨钻头的研磨流体的受控压力变化结合，以便在插塞研磨出操作期间区分储层流体的源和汇。如图2所示的，地面设施还可以包括化学分析器211，其分析返回流体130以获得返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)。
在如图6的工作流程中所示的研磨流体的过平衡条件下，操作开始于方框601，其中包含一种或多种示踪剂化合物的研磨流体在过平衡条件下供应，以给研磨工具BHA 122提供动力和润滑，用于研磨出插塞以便打开井间隔。在方框603中，操作研磨工具BHA 122以研磨出插塞以便打开所述间隔。在此情况下，新打开的间隔的注入性减小了新打开的间隔的返回出流，并且新打开的间隔的返回出流有助于返回到地面的返回流体130。在方框605中，通过研磨工具BHA 122位于新打开的间隔中并且来自于新打开的间隔的返回出流有助于在地面处的返回流体130，数据分析器207可以收集如由多相流量计203测量的返回流体130随时间的地面流动特性和如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)以及如由井下压力传感器209测量的新打开的间隔的返回出流的井下压力特性的测量结果。在方框607至611中，数据分析器207可以评估如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)以便确定用于新打开的间隔的研磨流体的注入性(泄露)。具体地，在方框607中，数据分析器207可以使用返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)以得到用于所有打开的间隔(包括新打开的间隔)的研磨流体(其作为返回流体130的一部分流动)的地面流量的模型。注意到，方框607的模型是来自于井的所有打开的间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的一部分的研磨流体的组合或卷积，并且这些打开间隔在通过插塞研磨出操作打开的该序列井间隔内是不同的。在方框609中，数据分析器207通过将用于新打开的间隔的研磨流体的贡献与先前的模型(从方框607的最后一次迭代得出)隔离来计算作为新打开的间隔的返回出流的一部分的研磨流体的地面流量。方框609的计算可以涉及从在方框607中得出的研磨流体流量模型中减去来自先前模型的研磨流体流量(从方框607的最后一次迭代得出)。在方框611中，数据分析器207可以基于作为在框609中计算的新打开的间隔的返回出流的一部分的研磨流体的地面流量来计算新打开的间隔的注入性。在方框613中，例如通过相关、建模或其他合适技术，数据分析器207可以基于在方框609中计算的进入到新打开的间隔的裂缝和/或地层中的研磨流体的注入性(泄露)来得出该新打开的间隔的局部地层特性。在方框615中，确定是否应该重复方框601到613的插塞研磨出和相应的数据分析操作以打开并表征井的另一个间隔。方框615的确定可以通过计算机评估一个或多个预定条件以自动方式、通过人工分析数据以手动方式或以涉及计算机评估和人工分析二者的半自动方式，执行。如果是这样，则工作流程继续到方框601，以针对井的另一个间隔重复方框601到613。否则，在方框617中可以从井中移除研磨工具BHA 122并且工作流程结束。
在如图7A和7B的工作流程中所示的研磨流体的欠平衡条件下，操作开始于方框701，其中包含一种或多种示踪剂化合物的研磨流体在欠平衡条件下供应，以给研磨工具BHA 122提供动力和润滑，用于研磨出插塞以便打开井间隔。在方框703中，操作研磨工具BHA 122以研磨出插塞以打开所述间隔。在此情况下，压裂流体和可能的固体(支撑剂/岩石碎片)、原生水和油和/或气体烃的流入可能有助于新打开的间隔的返回出流，以及新打开的间隔的返回出流有助于返回流体返回到地面。在方框705中，通过研磨工具BHA 122位于新打开的间隔中并且来自于新打开的间隔的返回出流有助于在地面处的返回流体130，数据分析器207可以收集由多相流量计203测量的返回流体130随着时间的地面流动特性的测量结果以及如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)以及如由井下压力传感器209测量的新打开的间隔的返回出流的井下压力特性。在方框707到713中，数据分析器207可以评估如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量浓度(例如，浓度)，以便确定从地层和裂缝流入到新打开的间隔中的一个或多个产生的流体相(例如包括水基压裂流体的生产水和可能的原生水、油烃和/或气烃)的入流。具体地，在方框707中，数据分析器207可以评估如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)，以便得出对于所有打开间隔(包括新打开的间隔)的研磨流体(器作为返回流体130的一部分流动)的地面流量的模型。注意到，方框707的模型是来自井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的一部分的研磨流体的组合或卷积，并且这些打开间隔在通过插塞研磨出操作打开的该序列井间隔内是不同的。在方框709中，数据分析器207还可以评估如由位于地面的多相流量计203测量的返回流体130随时间的流量，以便得出针对来自于井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的不同相的地面流量的模型，以及这些打开间隔在通过插塞研磨出操作打开的该序列井间隔内是不同的。在方框711中，数据分析器207可以使用如在方框707中计算的作为对于所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的一部分的研磨流体的地面流量，以从如在方框709中计算的来自于所有打开的间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的不同相的流量减去研磨流体的贡献，以得出对于井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的一个或多个产生的流体相的流入速率。例如，在涉及具有一种或多种示踪剂化合物的水基研磨流体的情况下，数据分析器207可以使用在方框709中计算的水基研磨流体的地面流量，以从如在方框709中计算的对于所有打开间隔(包括新打开的间隔)的水相的流量减去来自于该井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的水基研磨流体的贡献，以得出对于该井的所有打开的间隔(包括新打开的间隔)的一个或多个产生的流体相的流量。在方框713中，数据分析器207通过从先前迭代(从方框711的最后一次迭代得出)中移除所产生的流体相的贡献来计算新打开的间隔的一个或多个产生的流体相的入流。方框713的计算可以涉及从在方框711中得出的一个或多个生产流体的相应入流中减去来自先前迭代(从方框711的最后一次迭代得出)的一种或多种生产流体的入流。在方框715中，例如通过相关性、建模或其他合适的技术，数据分析器207可以基于如在方框713中计算的从裂缝和/或地层进入到新打开的间隔的一个或多个产生流体相的入流来得出新打开的间隔的局部地层特性。在方框717中，确定是否应该重复方框701到715的插塞研磨出和相应的数据分析操作以打开并表征井的另一个间隔。方框717的确定可以通过计算机评估一个或多个预定条件以自动方式、通过人工分析数据以手动方式或以涉及计算机评估和人工分析二者的半自动方式，执行。如果是这样，则工作流程继续到方框701，以针对井的另一个间隔重复方框701到715。否则，在方框719中可以从井中移除研磨工具BHA 122并且工作流程结束。
在一个或多个实施方例中，用于使地层裂缝的压裂流体可包括示踪剂化合物(或多种示踪剂化合物)，其可有助于定量地区分压裂流体与研磨流体和/或其他生产的流体(如原生水)。在一个示例中，示踪剂化合物可以是碘化物盐、高溶解度染料或易于与地层流体(例如，原生水、油和气体烃)和用于研磨出插塞的研磨流体区分的其他合适化合物。地面设施还可以包括化学分析器211，其分析返回流体130以获得返回流体130中的示踪剂化合物的定量信息。在如图8A和8B的工作流程中所示的研磨流体的欠平衡条件下，操作开始于方框801，其中用于使地层裂缝的压裂流体包括一种或多种示踪剂化合物，并且在欠平衡条件下供应研磨流体以给研磨工具BHA 122提供动力和润滑，用于研磨出插塞以便打开井间隔。在方框803中，操作研磨工具BHA 122以研磨出插塞以打开所述间隔。在此情况下，压裂流体和可能的固体(支撑剂/岩石碎片)、原生水和油和/或气体烃的入流可能有助于新打开的间隔的返回出流，以及新打开的间隔的返回出流有助于返回流体返回到地面。在方框805中，通过研磨工具BHA 122位于新打开的间隔中并且来自于新打开的间隔的返回出流有助于在地面处的返回流体130，数据分析器207可以收集如由多相流量计203测量的返回流体130随着时间的地面流动特性和如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)以及如由井下压力传感器209测量的新打开的间隔的返回出流的井下压力特性的测量结果。在方框807至813中，数据分析器207可以评估如由化学分析器211测量测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)，以便确定从地层和裂缝流入到新打开的间隔中的压裂流体的入流。具体地，在方框807中，数据分析器207可以评估如由化学分析器211测量的返回流体130中的示踪剂化合物随时间的定量信息(例如，浓度)，以得出对于所有打开的间隔(包括新打开的间隔)的压裂流体(其作为返回流体130的一部分流动)的地面流量的模型。表面流量的模型。注意到，方框807的模型是为来自井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的一部分的压裂流体的组合或卷积，并且这些打开间隔在通过插塞研磨出操作打开的该序列井间隔内是不同的。在方框809中，数据分析器207可以通过从先前迭代(从方框807的最后一次迭代得出)中移除压裂流体的贡献来计算对于新打开的间隔的压裂流体的入流。方框809的计算可以涉及从方框807中得出的压裂流体的相应入流中减去来自先前迭代(从方框807的最后一次迭代得出)的压裂流体的入流。在方框811中，数据分析器207还可以评估如由位于地面的多相流量计203测量的返回流体130随时间的流量，以便得出来自于井的所有打开间隔(包括新打开的间隔)的返回出流的油和/或气相的地面流量的模型，并且这些打开间隔在通过插塞研磨出操作打开的该序列井间隔内是不同的。在方框813中，数据分析器207可以通过从先前迭代(从方框811的最后一次迭代得出)移除油和/或气体的贡献来计算新打开的间隔的油和/或气的入流。方框813的计算可以涉及从方框811中得出的油和/或气体的相应入流中减去来自于先前迭代(从方框811的最后一次迭代得出)的油和/或气的入流。在方框815中，例如，通过相关、建模或其他合适的技术，数据分析器207可以基于在方框809中计算的新打开的间隔的压裂流体的入流和在方框813中计算的新打开的间隔的油和/或气相的入流来得出新打开的间隔的局部地层特性。在方框817中，确定是否应该重复方框801到815的插塞研磨出和相应的数据分析操作以打开并表征井的另一个间隔。方框817的确定可以通过计算机评估一个或多个预定条件以自动方式、通过人工分析数据以手动方式或以涉及计算机评估和人工分析二者的半自动方式，执行。如果是这样，则工作流程继续到方框801，以针对井的另一个间隔重复方框801到815。否则，在方框819中可以从井中移除研磨工具BHA 122并且工作流程结束。
在一个或多个实施例中，由数据分析器207执行的数据分析可以在插塞研磨出操作期间结合井口和/或井下压力测量，以增加识别和定位对于井的各个间隔的研磨流体、残余压裂流体和地层流体的源和汇的灵敏度。
在一个或多个实施例中，地面设施可包括如图2所示的气体分析器213。随着返回流体130在插塞研磨出操作期间流到地面，气体分析器提取并定量分析随时间的返回流体130中夹带的烃气体。烃气体可以通过从地层流动到井眼(取决于地层压力和井眼压力之间的差异)进入返回流体130。气体分析系统可以通过从返回流体130中提取烃气体然后分析那些烃类气体来操作。可以使用提取器或脱气器进行提取，例如可从SchlumbergerTechnology Corporation of Sugar Land,Texas商业获得的FLEXTM流体提取器，其连续采样从井返回的返回流体130并在恒定压力和体积条件下将返回流体样品加热至恒定温度，用于提取烃类气体。可以通过气相色谱仪或气相色谱仪/质谱仪分析提取的烃类气体，以获得提取的烃类气体的定量评估。这样的分析可以获得轻质气体C1至C5的定量评估，以及关于较重烃组分(如C6至C8，包括甲基环己烷和轻质芳烃苯和甲苯)和非烃组分(如氦、氢、二氧化碳和硫化氢)的信息。例如，这样的分析可涉及FLAIRTM系统，该系统可从SchlumbergerTechnology Corporation of Sugar Land,Texas商购获得。这样的分析还可以涉及同位素测量，其可从Schlumberger Technology Corporation of Sugar Land,Texas商购获得。分析还可以使用串联质谱法，如题目为“Fast Mud Gas Logging using Tandem MassSpectroscopy”的美国专利号8,536,524中所描述的，并且其全部内容通过引用并入在此。可以从离开井的烃类气体的浓度中减去由于研磨流体的再循环而进入井的烃类气体的浓度，以校正气体再循环。由气体分析系统测量的提取的烃气体(例如，浓度)随时间的定量评估(例如，浓度)可以用作在此所述的地面流量测量结果的一部分，以量化在插塞研磨出操作期间来自相应井间隔的烃气体的入流。通过相关、建模或其他合适的技术，数据分析器可以基于从新打开的间隔的裂缝和/或地层流入到井眼中的烃类气体的入流(可能与其他地层流体例如原生水、压裂流体或其他回流流体的入流一起)，得出相应井间隔的局部地层特性。
在一个或多个实施例中，地面设施可以采用测量结果，其中标记了泵送井下以供给到研磨钻头的研磨流体的某些流体元素(段塞)。在一个示例中，示踪剂化合物(或多种示踪剂化合物可以结合到研磨流体中，使得示踪剂化合物标记相应的研磨流体段塞。在另一个示例中，脉冲中子源可以用中子辐射标记相应的研磨流体段塞，使得相应的研磨流体段塞发射伽马射线辐射。还测量了泵送井下以供给到研磨钻头的相应研磨流体段塞的一种或多种流体特性。例如，位于地面的气体分析系统可以提取和定量地分析被泵送井下以供给到研磨钻头的相应研磨流体段塞中夹带的烃类气体的浓度。研磨流体的循环会导致相应比标记的研磨流体段塞返回到地面设施作为返回流体130的一部分。位于地面的检测器，例如检测示踪剂化合物的化学分析器或一种或多种伽玛射线检测器，可以构造为检测地面处的相应标记的研磨流体段塞。还测量了相应标记的研磨流体段塞的一个或多个特性。例如，位于地面的气体分析系统可以提取并定量地分析夹带在返回到地面设施的相应标记的研磨流体段塞中的烃气体的浓度。标记的研磨流体塞从供给到返回的特性之间的差异可用于从来自于其他井间隔的注入性(泄漏)或入流来表征来自于一个井间隔的注入性(泄漏)或入流以及由此基于来自于一个井间隔的注入性(泄漏)或入流来表征该一个井间隔的局部地层特性。
在一个或多个实施方例中，可以控制研磨流体的泵送速率，使得返回流体的返回速率保持在一范围内，该范围旨在维持在插塞研磨出操作期间支撑剂充填物在井的打开的间隔的裂缝中的基本稳定性，或者能使在插塞研磨出操作操作期间控制从井的打开间隔的裂缝的支撑剂回流。
在其他实施例中，该方法和系统可以分析在井清理或修井操作期间流到位于地面的设施的返回流体的流动特性。在此情况下，清理或修井流体(其类似于如上所述的研磨流体)可以泵送到井下工具以清理井眼或修井井眼。清洗或修井流体可以包含一种或多种如在此所述的示踪物化合物。局部地层特性可以以与在此所述的插塞研磨出操作相似的方式基于在井清理或修井操作期间的返回流体的流动特性进行确定。
在图9中所示的一个实施例中，如在此所述的BHA 122可以沿着该序列的井间隔移动以研磨出插塞(一个示为桥插塞112)，其例如从井的跟部到井的趾部隔离井的间隔。在研磨出插塞之后，BHA 122可用于将流体供应到新打开的井间隔的井眼中以便清理所示间隔。具体地，沙子、支撑剂、岩石碎片和/或其他固体岩屑可以在研磨出和清理工作流程之前沉积在间隔的井眼中。供应的流体可以使这些固体移动，并且移动的固体可以携带在返回到如所示的地面的返回流体中。返回流体也可以携带由与所示的BHA 122上游和可能的下游的打开间隔的穿孔区域流体连通的裂缝(和可能相邻的地层)产生的固体(例如，沙子、支撑剂和岩石碎片)。作为该工作流程的一部分，可以计算表征在井的打开的间隔和井的相关穿孔区域内的固体生产的一个或多个参数，随着在研磨出所述插塞和清理井的间隔的工作流程期间BHA 122沿着该序列间隔移动时。表征井的间隔和相关穿孔区域的固体生产的一个或多个参数可用于动态地控制所述操作和/或规划井的下一个处理以减少井的固体生产(如果需要的话)和/或减少井的固体生产的井的规划生产策略(如果需要的话)。
图10示出了由图2的数据分析器207执行以分析清理操作期间返回流体的流动特性的工作流程，所述清理操作可以结合对井的间隔的插塞研磨出操作来执行。工作流程开始于方框1001，其中通过向建立的BHA 122供应流体，BHA 122移动经过井的特定穿孔区域，以便清理特定穿孔区域上方和/或下方的固体。在该方框1001中，供应的流体可以使靠近特定的穿孔区域的固体移动，并且移动的固体可以携带在返回到地面的返回流体中。返回流体还可以携带从与BHA工具位置上游和可能的下游的打开间隔的穿孔区域流体连通的裂缝(和可能的相邻地层)产生的固体。在方框1003中，数据分析器207可以测量作为返回流体的一部分的固体随时间的地面低速率并且使用固体的测量流量来确定作为BHA122的位置的函数的所有井的打开间隔的所有穿孔区域的测量的固体生产。数据分析器207可以可选地使用井下压力测量结果来校正测量的流量，以便考虑所供应的流体到裂缝和/或地层中的泄漏。在方框1005中，数据分析器207基于井中BHA122的位置(深度)得出井的所有打开间隔的所有穿孔区域的固体生产的模型。在方框1007中，数据分析器207使用在方框1003中针对BHA 122的当前位置作为约束确定的测量的固体生产来求解如在方框1005中针对BHA122的当前位置得出的固体生产的模型，以求解该模型的参数。在方框1009中，数据分析器207可以使用在方框1007中求解的参数来得出表征特定穿孔区域的固体生产的参数，例如从与特定穿孔区域流体连通的裂缝和/或地层产生的固体体积。
注意到，方框1001至1009的操作可以在通过插塞研磨出操作打开的间隔的一系列穿孔区域内迭代地执行，以便得出表征在穿孔区域内的固体生产的参数。例如，可以组合这些参数以确定在井的该序列穿孔区域内的固体生产的分布图。例如，固体生产的分布图可以包括从在包含该序列穿孔区域的井深内的裂缝和/或地层产生的固体体积，作为在该井的一个或多个间隔内的沉积固体的质量分布。被打开和清理的该序列井间隔和相应的穿孔区域可以根据预期变化。例如，井间隔和相应的穿孔区域可以从井的跟部到井的趾部被打开和清理。
在BHA122以欠平衡条件(即，小于地层压力)向每个新打开的间隔的井眼供应流体以清理每个新打开的间隔的一个示例中，来自与新打开的间隔的穿孔区域连通的裂缝的固体生产可以通过以下形式的指数递减函数进行描述：
Figure GDA0004073884490000241
其中Usand是来自井的第i个穿孔区域的固体生产速率(例如，kg/min)，
Ai和αi是指数递减函数的系数，和
t表示在BHA122的位置通过第i个穿孔区域之后的时间。
注意到方程式(1)还可以描述来自于与位于BHA的位置上方的打开间隔的打开区域连通的裂缝和/或地层中的固体生产。
我们还假定固体可以沉积在每个穿孔区域旁边(或穿孔区域或其他位置之间)的井眼中，其中这些固体具有由以下形式的指数递减函数描述的分布：
Figure GDA0004073884490000242
其中
Figure GDA0004073884490000243
是沿着井眼的固体分布(例如，kg/m)，
Bi和βi是指数递减函数的系数，
x是BHA的位置(深度)，和
xi是沙子沉积物的位置(深度)。
我们还可以假定从BHA工具下方的穿孔区域没有固体生产发生，这对于略微欠平衡类型的清理操作以及平衡和过平衡类型的清理操作通常是正确的。
在这些假定下，随着BHA 122沿着井的穿孔区域移动的固体浓度分布图可以通过以下参数方程来描述：
Figure GDA0004073884490000251
其中Csolids是当BHA沿着井的穿孔区域移动时，用于BHA的给定位置(深度)x的固体浓度(kg/立方米)，
Ai和αi是第一求和项的指数递减函数的系数，
Bi和βi是第二求和项的指数递减函数的系数，
x是BHA的位置(深度)，
yi是第i个穿孔区域的位置(深度)，
y1是第一穿孔区域的位置(深度)，
xi是沙子沉积物的位置(深度)，
pump rate(例如，立方米/分钟)是到BHA的流体供应的流量，
BHAspeed是当BHA沿着井的穿孔区域移动时BHA的速度，以及
AVC是将返回流体输送到地面的环空的容积(例如，以立方米/米为单位)，这可以由运行BHA工具的管的外径和井的内部井眼直径/套筒来确定。
在该方程式(3)中，固体浓度Csolids表示来自井的所有打开间隔的所有穿孔区域的固体的贡献。第一求和项来自方程式(1)的指数递减函数并且表示由与井的所有打开间隔的穿孔区域流体连通的裂缝和/或地层生产的固体的贡献。第二求和项来自方程式(2)的指数递减函数并表示在井的所有打开间隔的穿孔区域附近(或之间)的沉积固体的贡献。
方程式(3)的参数方程可以用作用于图10的工作流程的方框1005的固体生产的模型。方框1003的测量的固体浓度可以用作约束以找到方程式(3)的参数方程的最佳拟合解，当BHA 122沿着井的穿孔区域移动时。该解为井的一系列穿孔区域提供了对于方程式(3)的参数方程的系数Ai，αi，Bi，βi和xi的值。求解值可用于得出表征来自每个穿孔区域的固体生产的参数。在一个示例中，这些参数可以包括从给定穿孔区域的裂缝生产的总固体体积，其可以计算为：
Figure GDA0004073884490000261
针对该系列穿孔区域的方程式(4)的参数
Figure GDA0004073884490000271
可以组合以确定在井的该系列穿孔区域内的固体生产的分布图。例如，固体生产的分布图可以包括如针对该系列穿孔区域从参数
Figure GDA0004073884490000272
得出的在包含该系列穿孔区域的井深度内从裂缝和/或地层生产的固体体积。
模型的参数还可以提供在井的一个或多个间隔内的固体的质量分布，其可以计算为：
Figure GDA0004073884490000273
图11A和11B是示出根据图10的工作流程的在示例性略微欠平衡清理操作期间数据分析器的数据处理操作的图。在该示例中，清理操作在流体泵送速率为0.5m3/min下在从2000-2500m的范围内的深度处在一系列五个穿孔区域内的井上予以执行。井的环空容积为0.07854m3/m，其相当于内部井眼直径为0.112m、管外径为0.0508m(模型数据)。五个穿孔区域位于2030，2130，2230，2330和2430m的深度处。
图11A示出了作为井中BHA位置(深度)的函数的在方框1003中得出的测量的固体浓度的图，其被标记为“测量沙子浓度”。其还示出了作为井中BHA位置(深度)的函数的如在方框1005中得出的建模沙子浓度的图，其标记为“沙子浓度”。它还示出了总固体体积的图，标记为“总沙子量”。
图11B示出了表示如从方框1007和1009的模型拟合和计算得出的该系列五个穿孔区域内的固体生产的分布图的图。标记为“流回的沙子”的图表示如从该系列穿孔区域的参数
Figure GDA0004073884490000274
得出的在包含该系列五个穿孔区域的井深度内从裂缝生产的固体的体积(以千克为单位)。以及标记为“沙子分布”的图表示如从方程式(5)的参数
Figure GDA0004073884490000275
得出的在包含该系列五个穿孔区域的井深度内的沉积固体的质量分布(以kg/米为单位)。
注意到，表征井的间隔和相关穿孔区域的固体生产的参数可用于动态地控制清理操作的操作。例如，表征由裂缝生产的固体的参数可用于控制井下供给的流体的泵送速率以实现平衡返回，其中在清理操作期间从裂缝生产很少或没有生产固体。
在其他情况下，返回速率可以高于井下供应的流体的泵送速率，并且返回流体中的固体浓度的峰值可以归因于来自井眼的沉积固体和来自裂缝的固体生产。从穿孔区域的最大可能固体生产可以计算为总局部固体生产和可以在井眼中累积的沙子量之间的过余量。例如，对于长度为10米、内径为0.1米的井眼部分，具有一个穿孔区域并且生产的沙子量(volume)为500千克，由这样的穿孔间隔生产的比重(SG)为2.65、堆积密度为1.6g/cm3的潜在的最大沙子量可以估算为500-3.14*(0.1)^2/4/1000*1.6＝374kg。最大体积可用作约束，由此测量的高于该极限的固体体积可归因于由裂缝或地层生产(而不是来自井眼中沉积的沙子)的固体。
在此已经描述和说明了用于在插塞研磨出和清理/修井操作期间建立井性能的方法和系统的若干实施例。虽然已经描述了特定实施例，但是并不意图将本公开限制于此，因为本公开旨在与本领域允许的范围一样广泛并且同样地阅读说明书。另外，尽管特定类型的装置已经被公开，但是将理解到，具有相同功能的其他装置可以被使用。因此，本领域技术人员将理解到，在不脱离所要求保护的精神和范围的情况下，可以对所提供的公开内容进行其他修改。

Claims (10)

1.一种用于表征水力压裂的含烃地层的方法，该含烃地层由具有多个间隔的井穿过，其中井的间隔通过相应的插塞彼此水力地隔离；其中在井作业期间，返回流体从多个开放间隔流回地面设施，该方法包括：
分析在井操作期间从特定间隔流回到地面设施的返回流体的流动特性，其中所述特定间隔是通过插塞研磨出操作打开的新打开的井间隔；和
基于这样的流动特性来表征邻近特定间隔的水力压裂地层的至少一个局部地层特性；
其中返回流体的流动特性的分析利用返回流体的地面流动特性的测量结果和井下压力测量结果来计算和建模来自所有打开的间隔的返回出流，所有打开的间隔包括新打开的间隔；
其中通过将新打开的间隔的返回出流的贡献与来自所有打开的间隔的返回出流的先前模型隔离，返回流体的流动特性的分析计算新打开的间隔的返回出流，其中在研磨出新打开的间隔之前确定先前模型；以及
其中新打开的间隔的返回出流的贡献由在连续插塞研磨出操作和相应间隔内的模型的增量变化得出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
通过从包括新打开的间隔在内的所有打开的间隔的返回出流中减去来自先前模型的返回出流，导出新打开的间隔的返回出流贡献的贡献。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
特定井间隔是经过井清理或修井操作的间隔。
4.根据权利要求1至3其中之一所述的方法，其中：
返回流体的流动特性由位于地面的多相流量计的输出得出。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
返回流体包括研磨流体，该研磨流体被供应到井下研磨钻头以研磨出插塞。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
供应到井下研磨钻头的研磨流体的流体静压力大于地层压力；以及
返回流体的流动特性的分析考虑了：
当供应到井下研磨钻头的研磨流体的流体静压力大于地层压力时，研磨流体到新打开的井间隙的裂缝中的出流；
当供应到井下研磨钻头的研磨流体的流体静压力小于地层压力时，来自于新打开的井间隔的裂缝的流体的入流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
至少一个局部地层特性是由计算的到新打开的井间隔的裂缝中的研磨流体的出流得到的，和/或
至少一个局部地层特性是由计算的从裂缝和/或地层进入到新打开的间隔中的水、油、气体和/或固体的入流得到。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：
研磨流体是水基或油基的，并且返回流体的流动特性的分析分析了地面处的水相的流动特性，以计算进入到新打开的井间隔的裂缝中的研磨流体的出流。
9.根据权利要求6所述的方法，其中：
返回流体的流动特性的分析分析地面处的多个不同相的流动特性，以计算从裂缝和/或地层进入新打开的间隔的水、油、气体和/或固体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中：
返回流体的流动特性的分析基于以下其中之一：
在稳态条件下收集的数据，在所述稳态条件下井压力不存在地面控制的变化，和/或
在井压力存在地面控制的瞬态变化的条件下收集的数据。
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