CN110662882B - 随钻单程储层评估和增产 - Google Patents

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CN110662882B CN201880032771.5A CN201880032771A CN110662882B CN 110662882 B CN110662882 B CN 110662882B CN 201880032771 A CN201880032771 A CN 201880032771A CN 110662882 B CN110662882 B CN 110662882B
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Abstract

一种用于钻出穿透地层的钻孔的方法，包括：钻出所述钻孔的第一区段；使用开槽器在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以实现对所述地层的所界定的局部弱化；使用包括封隔器的测试工具在钻柱与所述钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试和/或局部压裂操作，从而提供地层应力状态数据。所述一个或多个位置是基于所述地层应力状态数据。所述方法还包括使用所述地层应力状态数据得到所述地层的应力状态和所述地层的压裂参数，以及使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数来钻出所述钻孔的第二区段。

Description

随钻单程储层评估和增产
相关申请的交叉引用
本申请要求在2017年5月19日提交的美国申请No.15/600126的权益，所述申请以引用的方式整体并入本文。
背景技术
在地层中钻出钻孔以实现各种目的，例如碳氢化合物生产、地热生产和二氧化碳封存。为了高效地使用钻井资源，期望通过一种方式钻出钻孔，使得将使钻孔塌陷或损坏的可能性最小化。另外，期望以一种方式通过水力压裂完成井筒，使得生产最大或得到改进。确定适当的钻孔轨迹一般需要作用于地层的各种应力的知识。通常，从钻孔移除井底钻具组件以便执行测试，所述测试将提供各种应力的量值。遗憾的是，从钻孔移除井底钻具组件增加了钻出钻孔所需的大量时间。因此，如果开发出更高效地确定地层应力的方法和系统来实现井筒稳定性和生产最大化或提高，那么将在钻井行业大受欢迎。
发明内容
所公开的是一种用于钻出穿透地层的钻孔的方法。所述方法包括：使用钻柱钻出所述钻孔的第一区段；使用设置在所述钻柱上的开槽器在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以实现对地层的所界定的局部弱化；使用具有封隔器的测试工具在所述钻柱与所述钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试(LIBOT)和/或局部压裂操作，从而提供地层应力状态数据，所述测试工具设置在所述钻柱上并且所述封隔器被配置成隔离所述环空区段；使用所述地层应力状态数据得到所述地层的应力状态和所述地层的压裂参数；以及使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数钻出所述钻孔的第二区段；其中所述一个或多个选定的位置是基于所述地层应力状态数据。
还公开的是一种用于钻出穿透地层的钻孔的设备，所述设备包括：钻柱，所述钻柱被配置成钻出所述钻孔的第一区段和第二区段；开槽器，所述开槽器设置在所述钻柱上并且被配置成在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以实现对所述地层的所界定的局部弱化；测试工具，所述测试工具具有设置在所述钻柱上的封隔器，所述测试工具被配置成在所述钻柱与所述钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试(LIBOT)和/或局部压裂操作以提供地层应力状态数据，所述封隔器被配置成隔离所述环空区段；处理器，所述处理器被配置成使用所述地层应力状态数据来得到所述地层的应力状态和所述地层的压裂参数；以及控制器，所述控制器被配置成使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数来控制所述钻柱的钻进方向以便在选定的方向上钻出所述钻孔的所述第二区段；其中所述一个或多个选定的位置是基于所述地层应力状态数据。
附图说明
以下描述绝不应视为具限制性。参考附图，相同的元件被相同地编号：
图1描绘用于描述主应力分布的命名法的方面；
图2描绘垂直钻孔中的应力集中的方面；
图3A和图3B(统称为图3)描绘在最小水平应力的方向上钻出的水平钻孔中的应力集中的方面；
图4A和图4B(统称为图4)描绘在最大水平应力的方向上钻出的水平钻孔中的应力集中的方面；
图5描绘局部引发破裂测试的方面；
图6描绘走滑或逆断层应力体制下的原位压力测试和裂缝传播的方面；
图7描绘地层完整性测试和引发破裂测试的方面；
图8描绘垂直钻井和完井的方面；
图9描绘构建区段钻井和完井以及第一储层测试的方面；
图10描绘在从钻孔拔出钻柱时将钻孔的壁开槽的方面；
图11描绘地热能系统的方面；
图12描绘井筒破裂和拉伸裂缝的公式的方面；
图13描绘带螺旋形凹槽的井筒的方面；以及
图14是用于执行储层操作的方法的流程图。
具体实施方式
在本文参考附图通过例证并且非限制地呈现了对所公开的设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
所公开的是用于使用设备来估计地层的应力参数的方法和设备，所述设备附接到在那个地层中钻出钻孔的钻柱。可以在不从所述钻孔移除所述钻柱的情况下估计所述应力参数，并且因此可以在单程钻井过程中估计所述应力参数。通过使用所估计的应力参数，可以确定可以包括那个钻孔的构建方向的轨迹和/或钻井参数，以使例如由于破裂或塌陷而对所述钻孔造成的损坏的可能性最小化。另外，当从所述钻孔拔出钻柱时或者在生产区段的钻井期间，可以通过对所述钻孔执行一个或多个操作(例如，将钻孔壁开槽)来增强碳氢化合物生产。因此，可以在所述钻柱的单程中完成估计钻井参数和轨迹以及执行生产增强，从而提高资源的高效使用。
图1描绘了用于描述正常、走滑和逆断层应力体制下的主应力分布的命名法的方面。一般来说，可以通过表面分析确定断层应力体制。
图2描绘垂直钻孔2(还可以称为井筒)中的应力集中的方面，并且出于简单和教导起见而假设主应力的方向分别与垂直方向和水平方向对准。在Shmin的方向上定向破裂21。在SHmax的方向上定向拉伸裂缝(TF)22。钻孔的周边上的箭头指示破裂21附近的压缩应力以及TF 22附近的拉伸应力。Pm表示特定深度处的钻井流体或泥浆压力。在垂直钻孔中，通过地层岩石的压缩性岩石强度和拉伸性岩石强度以及重新分布的周向应力和径向应力来确定破坏，所述周向应力和径向应力又取决于SHmax和Shmin。垂直应力对钻孔破坏无影响。
图3描绘在最小水平应力Shmin的方向上钻出的水平钻孔中的应力集中的方面。图3A说明走滑或逆断层应力体制下的破裂21和TF 22。图3B说明正常断层应力体制下的破裂21和TF 22。在Shmin的方向上钻出的水平钻孔中，通过地层岩石的压缩性岩石强度和拉伸性岩石强度以及重新分布的环向应力和径向应力来确定破坏，所述环向应力和径向应力又取决于SHmax和Sv，Shmin对钻孔破坏无影响。
图4描绘在最大水平应力SHmax的方向上钻出的水平钻孔中的应力集中的方面。图4A说明逆断层应力体制下的破裂21和TF 22。图4B说明正常或走滑断层应力体制下的破裂21和TF 22。在SHmax的方向上钻出的水平钻孔中，通过地层岩石的压缩性岩石强度和拉伸性岩石强度以及重新分布的周向应力和径向应力来确定破坏，所述周向应力和径向应力又取决于Shmin和Sv，SHmax对钻孔破坏无影响。
通过观察图3和图4的比较，可以看到关于产生拉伸裂缝或破裂的SHmax和Shmin的量值。如果SHmax和Shmin具有不同的量值，那么破坏行为将不同，因此将钻进方向界定为SHmax或Shmin将影响破坏行为。
图5描绘局部引发破裂测试(LIBOT)的方面。设置在钻孔2中的测试工具50被配置成执行所述LIBOT。测试工具50附接到用于钻出钻孔2的钻柱并且可以是井底钻具组件(BHA)的部分。在图5的实施例中，测试工具50包括第一封隔器51和第二封隔器52。在一个或多个实施例中，每个封隔器包括弹性体材料，所述弹性体材料可以在测试工具50的主体53与钻孔2的壁之间被液压膨胀，以便隔离第一封隔器51与第二封隔器52之间的环54。在环54被隔离之后，环54中的压力减小，并且使用测试工具50中的一个或多个传感器55来执行破裂形成的观察。传感器55可以分布在测试工具50周围或围绕测试工具50而分布，以便提供围绕钻孔2的360°观察覆盖范围。传感器55的非限制性实施例包括图像传感器，例如声学传感器、密度传感器、伽马辐射传感器和/或电阻率传感器。还可以使用被配置成感测破裂的出现的其他类型的传感器。可以通过减少钻柱中的泥浆重量或者通过使用与环54流体连通的泵56来减小环54中的压力。流体连通可以通过工具主体53中的开口(未示出)。可以通过压力传感器57感测环54中的压力。压力传感器57可以使用遥测技术，例如脉冲泥浆或有线钻杆，来将压力数据传输到地面计算机处理系统58。类似地，可以将来自一个或多个传感器55的数据传输到地面计算机处理系统58。地面计算机处理系统58被配置成记录和/或处理从一个或多个传感器55和/或压力传感器57接收的数据以便产生LIBOT数据。可替代地或另外，井下电子器件59可以记录和/或处理所述数据。
一旦使用一个或多个传感器55观察到破裂，停止减小环54中的压力以限制对钻孔2的损坏。通过破裂观察和压力数据，可以得到应力状态和方向。举例来说，可以使用一个或多个传感器55测量破裂的宽度。破裂的宽度取决于钻孔周围的压缩性岩石强度与重新分布的应力的量值之间的关系，而重新分布的应力又取决于环54中的压力。对于垂直井来说，通过在图12中呈现的公式参考伴随的图解来给出应力与破裂宽度φb之间的数学关系。在图12中呈现的公式中：
Pp＝孔隙压力MPa,psi,lbm/gal；
S1＝最大主应力，MPa,psi；
S3＝最小主应力，MPa,psi；
SHmin＝最小水平应力，MPa,psi,lbm/gal；
SHmax＝最大水平应力，MPa,psi,lbm/gal；
ΔP＝井中的流体的压力与孔隙压力之间的差；
ΔT＝井中的流体与相邻的岩石之间的温度差；
θ＝从SHmax方向测量的围绕井筒的角度，度；
μ＝预先存在的弱平面上的滑动摩擦系数，其中μ＝tanΦ；
σ＝太沙基有效应力，MPa,psi；
σ1,σ2,＝最大、中间和最小有效应力，MPa,psi；
σ3
σrr＝作用在径向方向上的有效法向应力，MPa,psi；以及
σθθ；＝有效环向应力，MPa,psi。
图6描绘走滑或逆断层应力体制下的原位压力测试和裂缝传播的方面。在此原位压力测试中，设定第一封隔器51和第二封隔器52，并且将压力施加到环54，从而增加环54中的压力。可以使用泵56来施加所述压力。在最大水平应力SHmax的方向上发生开裂。膨胀的封隔器处的应力集中停止裂纹传播。在SHmax和Sv的方向上发生裂盘起始和传播。
图7描绘地层完整性测试(FIT)和LIBOT的方面。沿着X轴线在0与14之间说明两个地层完整性测试的方面。在X轴线上的14的右边，说明局部引发破裂测试的方面。可以使用第二FIT来验证从第一FIT获得的数据。LOP是指泄漏压力。LOP是钻孔中的流体开始泄漏到地层中所处的压力。FBP是地层破碎压力。FBP是地层断裂从而阻止压力的增加所处的压力。FPP是裂缝传播压力。FPP是在流体传播到裂缝中并且将裂缝进一步传播到地层中时所维持的压力。ISIP是即时关井压力。ISIP是裂缝表面将开始触碰所处的压力。在此种测试下，ISIP是最小主应力的压力。在LIBOT期间，隔离环中的压力如图7中说明而减小。
图8描绘垂直钻井和完井的方面。使用钻机80垂直或近乎垂直(例如，+/-10°)地钻出钻孔2。钻机80被配置成通过使钻柱82旋转来钻出钻孔2。钻柱82包括井底钻具组件(BHA)83，所述井底钻具组件可以包括钻头84。将套管85设定在钻孔2的垂直钻出区段中。套管靴86处于套管85的底部。一旦设定套管85，在灌注水泥的套管靴86之前钻出钻孔2。执行FIT以测试套管85的完整性。执行LIBOT以确定Shmin和SHmax的方向和/或量值。可以使用一个或多个柱阀来隔离钻柱82的内部以便执行LIBOT。还可以分析钻屑以确定Shmin和SHmax的量值。可以通过Shmin和SHmax的量值来计算钻井流体的钻井流体性质和等效循环密度(ECD)，并且在灌注水泥的套管靴86之前设置用于钻井的钻井流体性质和等效循环密度。有意使ECD保持低于裂缝压力并且高于暴露于所述钻孔的地层的孔隙压力。另外，可以通过Shmin和SHmax的方向确定构建方向(即，钻孔开始偏离垂直线的方向)，以便降低例如由于破裂或塌陷而损坏钻孔的可能性。在一个或多个实施例中，构建方向是在Shmin的方向上。
在图8的实施例中，钻机80包括控制器87。控制器87被配置成控制用于钻出钻孔的一个或多个钻井参数。在一个或多个实施例中，所述钻井参数中的一者是流过钻柱82的钻井流体的流量率。在非限制性限制示例中，可以通过控制钻井流体流过的流量控制阀(未示出)和/或通过控制将钻井流体抽吸到钻柱82中的泵(未示出)的速度来控制流量率。控制器87还可以被配置成控制LIBOT的方面，例如使封隔器膨胀、减小待测试的环空区段中的压力，和/或搜集与检测破裂相关的传感器数据。而且在图8的实施例中，钻机80包括计算机处理系统58。计算机处理系统58被配置成处理从LIBOT获得的数据。
图9描绘构建区段钻井和完井以及第一储层测试的方面。在选定的方向上，例如在Shmin的方向上在构建区段中钻出钻孔。接下来，在构建区段中设定套管85。接下来，使钻孔钻过生产区段中的灌注水泥的套管靴86。执行另一FIT以测试构建区段中的套管85的完整性。执行另一LIBOT以确定Shmin和SHmax的方向和/或量值。还可以分析钻屑以确定Shmin和SHmax的量值。基于Shmin和SHmax的量值，可以重新调整钻井参数，例如钻井流体重量和ECD。另外，可以使用Shmin和SHmax的经更新的方向和/或量值来更新所钻的地层的模型。
图10描绘在从钻孔拔出钻柱时将钻孔的壁开槽的方面。在图10的实施例中，BHA83包括开槽器100。开槽器100被配置成例如通过远程控制在选定的位置将钻孔2的壁开槽。开槽器100可以包括刀片101，所述刀片被配置成与钻孔的壁相互作用以便形成凹槽。在一个或多个实施例中，通过致动器(未示出)移动刀片，所述致动器接收控制信号以在选定的位置延伸刀片101。在一个或多个实施例中，所述凹槽可以是围绕钻孔180°、围绕钻孔360°或某一其他几何形状。所述凹槽被配置成在选定的位置弱化钻孔壁，使得在例如通过水力压裂或化学处理来刺激地层时，所述凹槽处的地层将被压裂。将地层开槽因此弱化了地层的岩石强度(例如，拉伸强度、剪切强度和/或压缩强度)，使得在泄漏测试期间不需要超过FBP。所述刺激使得将仅在凹槽位置压裂钻孔壁。在一个或多个实施例中，开槽器100被配置成提供具有平滑的凹槽过渡以阻止裂缝沿着钻孔传播的凹槽。可以通过刀片101的平滑延伸和缩回来实施所述平滑的凹槽过渡。可以使用LIBOT数据来确定将要安装在选定的位置的凹槽的类型。举例来说，可以通过各种应力的定向和/或量值来确定凹槽的深度和过渡的平滑度。BHA 83还可以包括一个或多个成像器102以识别开始从其将BHA 83从钻孔拉动或将要开始从其安装凹槽的凹槽位置或参考点。可以通过利用具有足够的一个或多个刀片101的电气致动或机械致动的可延伸的扩孔器来执行如图10中说明的垂直于钻进方向的周向开槽。所述刀片可能具有嵌入所述刀片的切削齿几何形状中的凹槽的相反形式，或者可能通过刀片101延伸观察和控制而形成凹槽的轮廓和平滑的凹槽过渡。可以通过以下操作来执行平行于钻进方向的纵向开槽：延伸具有垂直于纵向方向而放置的切削齿元件的足够的刀片101并且在一次或多次延伸所述刀片时使钻柱在纵向方向上移动。可以使用BHA嵌入式传感器在开槽时观测操作的切削形状和深度。利用具有旋转的切削齿的BHA嵌入模块(例如，电驱动的锯条或球状钻头)另外有可能加速开槽，但可能会增加BHA的复杂性。在目标是起始或消除所界定的局部应力以便得到应力条件和/或确定所关注的地层区段的生产率的情况下，可以在井筒的内径上试验任何种类的三维(3D)凹槽几何形状。开槽不限于对称的周向或纵向试验。可以使用任何种类的3D形状来执行开槽，例如如图13中说明的螺旋形或波形或在周边的一个方向上的简单的孔/铣削轮廓。可以通过利用井筒图像来预先界定开槽轮廓，例如在“随钻进行地理监测”过程(图14中的框141)中采用的井筒图像。在此情况下，BHA集成的铣削工具可以放大在预期的最大水平应力或垂直应力(例如，参见图3A和图3B)的方向上或在预期的最小水平应力(例如，参见图5)的方向上的所识别的自然裂缝(例如，井筒图像的暗线)。此类操作的优势是减小的破裂体积(减少对井筒的预损坏)和用于观测破裂或压裂影响的封隔器上的差压的减小。可以了解，可以基于开槽器的纵向行进和/或旋转来实施不同类型的凹槽。举例来说，可以通过在不旋转开槽器的情况下在刀片延伸的情况下使开槽器纵向行进来实施纵向凹槽。可以通过在不纵向行进的情况下在刀片延伸的情况下使开槽器旋转来实施周向凹槽。可以通过在刀片延伸的情况下在开槽器旋转时使开槽器纵向行进来实施螺旋凹槽。可以在使刀片在连续运动中延伸并缩回的情况下使开槽器纵向行进来实施波形凹槽。可以通过以上各者的组合来实施各种其他类型的凹槽。
能够在选定的位置具有裂缝存在若干优势。一个优势是地热能生产。在地热能生产中，一般存在两个钻孔，一个钻孔供冷水向下进入地层(冷段)，并且一个钻孔供热水向上到达地面(热段)。选定的位置处的裂缝实现在每个裂缝处从冷段钻孔到热段钻孔的水或流体的已知或所估计的流量率。流过每个裂缝的冷水被地层加热。这提供了高效率、较低的成本和可预测的性能。例如，参见图11，其描绘地热生产110的方面。
另一优势涉及碳氢化合物生产。通过知道裂缝的位置，可以将生产管道中的筛网放置在每个裂缝处。通过控制进入生产管道的碳氢化合物的流量率，可以确定提升所生产的碳氢化合物所需的电力量，并且与可用的电力量匹配。这也提供了高效率、较低的成本和可预测的性能。
图14是用于执行储层(或地层)操作的方法140的流程图。框141涉及随钻进行地理监测。此框可以包括以下操作和分析。在钻出钻孔的第一区段的同时进行钻柱监测和地层测井。此过程步骤包括首先监测和处理钻井过程参数，例如钻柱区段上的差压、钻头上的重量(WOB)、扭矩、钻进速度(ROP)和钻井引发的振动，从而识别地层的机械性质的变化以提供第一数据集。可以使用所述第一数据集来确定岩石破坏的机械比能量(MSE,[MPa])以及其他数据集以找出与偏移井的相关性。此过程步骤还可以包括其次对井筒壁进行地层监测，比如伽马射线、电阻率测量、密度测量和几何成像，以提供第二数据集。可以利用所述第一数据集和所述第二数据集来随钻计算和得到地层的平均岩石强度。所钻出的区段的长度上的分辨率取决于可用的数据传输系统的数据速率、所利用的软件的计算功率和智能性。回流分析允许监测和分析地层的化学性质(气体和流体)。可以在地面处使用在线切削大小/形状监测和频繁的机械分析(例如，通过破碎)来确定地层的无侧限抗压强度(UCS)。此框的输入可以包括钻井动力和动力学、随钻测井(LWD)数据、回流化学物、切削强度和钻柱的差压。此框的输出可以包括所钻井段的平均机械强度、经更新的地质地层模型、经更新的井筒完整性模型(包括等效循环密度ECD)。
框142涉及地理停止。此框可以包括以下操作和分析。基于地理监测的数据和偏移井数据来执行井筒完整性和地层模型风险评估。根据完整性和所需的应力状态信息在较小的安全裕度的情况下停止钻井。此框的输入可以包括所钻井段的平均机械强度、经更新的地质地层模型、经更新的井筒完整性模型(等效循环密度ECD)和偏移井数据。此框的输出可以包括以下决策：在所界定的位置停止钻井并且执行局部压裂和/或局部引发破裂测试。
框143涉及地理实验室处理、取样和分析。此框可以包括以下操作和分析。首先，在目标是产生所界定的应力减轻或弱化区域的情况下，基于地理监测数据和经更新的地层模型对地层材料进行对称开槽和/或预先界定的局部试验，同时监测试验/切削参数(例如，RPM、扭矩、反作用力)。其次，在地层与钻柱之间设定密封元件(例如，封隔器)，以实现局部(例如，3英尺的长度)的压力减小或增加试验区域上的施加。第三，通过在增加或减小密封区段内的压力的同时监测压力、流量率、裂缝或破裂的形状和方向(例如，破裂角度、破裂形状、裂缝表面、裂缝深度)来执行局部原位应力状态分析。第四，通过分析所监测的数据来确定应力状态，包括通过(例如)经由关井压力来确定最小水平应力，以及通过破裂位置来确定最小水平应力方向的方向。此框的输入可以包括地理监测数据和经更新的地层模型。此框的输出可以包括局部应力状态、最小水平应力、最小水平应力方向、压裂压力、裂缝体积、裂缝深度、破裂和裂缝的形状(全部为静态或动态，这取决于监测系统的能力)。
框144涉及地理建模。此框可以包括基于局部应力状态分析来更新局部地层模型(所调查的区段)和全局地层模型，并且基于地理监测数据和地理实验室数据来计算应力状态。此框的输入可以包括所钻井段的平均机械强度、经更新的地质地层模型、经更新的井筒完整性模型(等效循环密度ECD)、地层的物理和化学性质、局部应力状态、最小水平应力、最小水平应力方向、压裂压力、裂缝体积、裂缝深度、破裂和裂缝的形状(全部为静态或动态，这取决于监测系统的能力)。此框的输出可以包括全局应力状态、具有更高准确度的局部应力状态、最大水平应力、最大水平应力方向以及其他应力状态。
框145涉及地理调整。此框可以包括根据所得到的应力状态和地层压裂参数而钻出钻孔的第二区段，并且计算裂缝分段和生产率。此框的输入可以包括全局应力状态、具有更高准确度的局部应力状态、最大水平应力、最大水平应力方向以及其他应力状态。此框的输出可以包括低风险钻井(较少的非生产时间)、经生产优化的井路径、裸眼完井的启用、勘探井或具有改变的应力状态的井的应力状态、最大回收以及实现生产目标的压裂参数。
框146涉及确定生产和回收目标是否可实现。如果可实现，那么前进到框147，这涉及停止钻井。
框148涉及随钻地理增产。此框可以包括将钻井流体改变为压裂流体，以及在使钻柱从裸眼中出来时对所识别的压裂区进行裸眼增产。可以使用开槽器来扩大和/或铰大和/或开槽所识别的裂缝区段和/或移除滤饼。
一种用于钻出穿透地层的钻孔的方法的一个示例。第一阶段要求使用钻柱钻出钻孔的第一区段。在一个或多个实施例中，通过钻机操作所述钻柱。在一个或多个实施例中，所述第一区段是基本上垂直的。
第二阶段要求使用设置在钻柱上的开槽器在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以便实现对地层的所界定的局部弱化。所述类型的凹槽的非限制性实施例包括周向凹槽、纵向凹槽、螺旋形凹槽和/或波形凹槽。
第三阶段要求使用具有封隔器的测试工具在钻柱与钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试(LIBOT)和/或局部压裂操作以提供地层应力状态数据，所述测试工具设置在所述钻柱上并且所述封隔器被配置成隔离所述环空区段。可以使用地层应力状态数据来确定用于将所述钻孔的所述壁开槽的一个或多个选定的位置。
第四阶段要求使用地层应力状态数据来得到地层的应力状态和地层的压裂参数。此阶段可以通过处理器实施。
第五阶段要求使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数来钻出所述钻孔的第二区段。在一个或多个实施例中，使用控制器以使用所得到的应力状态和所述压裂参数来控制所述钻柱的钻进方向，以便在选定的方向上钻出所述钻孔的所述第二区段。
下文陈述前述公开内容的一些实施例：
实施例1.一种用于钻出穿透地层的钻孔的方法，所述方法包括：使用钻柱钻出所述钻孔的第一区段；使用设置在所述钻柱上的开槽器在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以实现对地层的所界定的局部弱化；使用包括封隔器的测试工具在所述钻柱与所述钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试(LIBOT)和/或局部压裂操作，从而提供地层应力状态数据，所述测试工具设置在所述钻柱上并且所述封隔器被配置成隔离所述环空区段；使用所述地层应力状态数据得到所述地层的应力状态和所述地层的压裂参数；以及使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数钻出所述钻孔的第二区段；其中所述一个或多个选定的位置是基于所述地层应力状态数据。
实施例2.根据任一先前实施例的方法，其中所述局部引发破裂测试包括：使所述封隔器膨胀；减小所述环空区段中的压力；使用传感器检测所述钻孔的壁中的破裂以提供所述破裂的方向；以及在检测所述破裂时使用压力传感器感测所隔离的环中的压力以提供破裂压力。
实施例3.根据任一先前实施例的方法，其中所述地层应力状态数据包括所述钻孔的所述壁中的所述破裂的方向。
实施例4.根据任一先前实施例的方法，还包括使用处理器通过使用所述破裂的所述方向来估计最大水平应力和最小水平应力的方向。
实施例5.根据任一先前实施例的方法，其中使用所得到的应力状态来钻出所述钻孔的所述第二区段，并且所述压裂参数数据是基于所述最大水平应力和所述最小水平应力的所述方向。
实施例6.根据任一先前实施例的方法，其中所述LIBOT还包括破裂压力。
实施例7.根据任一先前实施例的方法，还包括使用所述破裂压力来估计所述最大水平应力和所述最小水平应力的量值。
实施例8.根据任一先前实施例的方法，还包括使用控制器基于所述最大水平应力和所述最小水平应力的所述量值来调整在钻出所述第二区段中使用的钻井参数。
实施例9.根据任一先前实施例的方法，其中所述钻孔的所述第一区段包括基本上垂直的区段。
实施例10.根据任一先前实施例的方法，其中所述钻孔的所述第二区段包括所述钻孔的构建区段。
实施例11.根据任一先前实施例的方法，其中所述一个或多个位置处于所述钻孔的生产区段中。
实施例12.根据任一先前实施例的方法，其中所述生产区段被配置成生产地热能，并且所述一个或多个位置被配置成进行压裂以与另一钻孔连接。
实施例13.根据任一先前实施例的方法，其中所述生产区段被配置成生产碳氢化合物，并且所述一个或多个位置被配置成进行压裂以在所述一个或多个位置处生产所述碳氢化合物。
实施例14.根据任一先前实施例的方法，其中所述封隔器包括被配置成隔离所述环空区段的第一封隔器和第二封隔器。
实施例15.根据任一先前实施例的方法，其中所述环空区段的一端被所述封隔器隔离并且另一端被钻孔的端部隔离。
实施例16.根据任一先前实施例的方法，还包括使用所述地层应力状态数据来更新整个储层地层模型。
实施例17.根据任一先前实施例的方法，还包括基于所述储层的所评估和计算的应力状态以及局部裂缝生产率而在钻井操作时执行最终的储层增产。
实施例18.一种用于钻出穿透地层的钻孔的设备，所述设备包括：钻柱，所述钻柱被配置成钻出所述钻孔的第一区段和第二区段；开槽器，所述开槽器设置在所述钻柱上并且被配置成在一个或多个选定的位置将所述钻孔的壁开槽出选定类型的凹槽，以实现对所述地层的所界定的局部弱化；测试工具，所述测试工具包括设置在所述钻柱上的封隔器，所述测试工具被配置成在所述钻柱与所述钻孔的壁之间对所述钻孔的所述第一区段的环空区段执行局部引发破裂测试(LIBOT)和/或局部压裂操作以提供地层应力状态数据，所述封隔器被配置成隔离所述环空区段；处理器，所述处理器被配置成使用所述地层应力状态数据来得到所述地层的应力状态和所述地层的压裂参数；以及控制器，所述控制器被配置成使用所述所得到的应力状态和所述压裂参数来控制所述钻柱的钻进方向以便在选定的方向上钻出所述钻孔的所述第二区段；其中所述一个或多个选定的位置是基于所述地层应力状态数据。
实施例19.根据任一先前实施例的设备，其中所述控制器还被配置成基于所述地层应力状态数据来控制用于钻出所述钻孔的所述第二区段的一个或多个钻井参数。
实施例20.根据任一先前实施例的设备，其中所述一个或多个钻井参数包括流过所述钻柱的钻井流体的流量率。
实施例21.根据任一先前实施例的设备，其中所述测试工具被配置成：使所述封隔器膨胀；减小所述环空区段中的压力；使用传感器检测所述钻孔的壁中的破裂以提供所述破裂的方向；以及在检测所述破裂时使用压力传感器感测所隔离的环中的压力以提供破裂压力。
实施例22.根据任一先前实施例的设备，其中所述地层应力状态数据包括所述钻孔的所述壁中的所述破裂的方向，并且所述设备还包括处理器，所述处理器使用所述破裂的所述方向来估计最大水平应力和最小水平应力的方向。
为了支持本文教导，可以使用各种分析部件，包括数字和/或模拟系统。举例来说，计算机系统58、井下电子器件59和/或控制器87可以包括数字系统和/或模拟系统。所述系统可以具有多个部件，例如处理器、存储介质、存储器、输入端、输出端、通信链接(有线、无线、光学或其他)、用户接口(例如，显示器或打印机)、软件程序、信号处理器(数字或模拟)和其他此类部件(例如，电阻器、电容器、电感器和其他)，以通过在本领域中众所周知的若干方式中的任一方式来实现本文公开的设备和方法的操作和分析。可以认为(但不需要)可以结合存储在非暂时性计算机可读介质上的一组计算机可执行指令或在被执行时致使计算机实施本发明的方法的任何其他类型来实施这些教导，所述非暂时性计算机可读介质包括存储器(ROM、RAM)、光学(CD-ROM)或磁性(磁盘、硬盘驱动器)。这些指令可以提供设备操作、控制、数据收集和分析以及除了在本公开中描述的功能之外的被系统设计者、拥有者、用户或其他此类人员视为相关的其他功能。
此外，可以包括和要求各种其他部件以便提供本文的教导的方面。举例来说，可以包括电源、冷却部件、加热部件、磁体、电磁体、传感器、电极、发射器、接收器、收发器、天线、控制器、光学单元、电气单元或机电单元以便支持本文论述的各个方面或支持在本公开之外的其他功能。
已经使用冠词“一”引入了实施例的元件。所述冠词意在是指存在所述元件中的一者或多者。术语“包括”和“具有”等既定是包括性的，使得可以存在除了所列出的元件之外的额外元件。连接词“或”在与一列至少两个术语一起使用时意在是指任何术语或术语的组合。术语“配置”涉及装置执行所述装置针对其而配置的功能或操作所需的对所述装置的一个或多个结构限制。
本文描绘的流程图仅是示例。在不脱离本发明的精神的情况下，可能存在其中描述的此图或步骤(或操作)的许多变化。举例来说，在不改变操作相对于彼此的特定所公开的序列的情况下，可以在特定点处执行例如冷却等其他操作。所有这些变化都被视为本发明的一部分。
可以在没有本文未具体公开的任何要素的情况下实践本文说明性地公开的公开内容。
虽然已经示出和描述了一个或多个实施例，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对其作出修改和替代。因此，将理解，已经通过说明的方式而非限制地描述了本发明。
将认识到，各种部件或技术可以提供某些所需的或有益的功能性或特征。因此，将支持所附权利要求和其变化可能所需的这些功能和特征视为被固有地包括作为本文教导的一部分和本发明的一部分。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变，并且可以使用等效物代替其元件。另外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，将了解许多用于使特定仪器、情形或材料适应本发明的教导的修改。因此，期望本发明不限于作为实施本发明所预期的最佳模式而公开的特定实施例，而是，本发明将包括属于所附权利要求的范围的所有示例。

Claims (15)

1.一种用于构造穿透地层的钻孔(2)的方法(140)，所述方法(140)的特征在于：
使用与测试工具相联的钻柱钻出所述钻孔的第一区段；
使用设置在所述钻柱上的开槽器将所述地层开槽以形成凹槽；
使接近所述凹槽的封隔器膨胀以隔离环空区段中的所述凹槽；
使用与所隔离的环空区段流体连通且布置在所述钻孔的所述第一区段中的泵来改变所述凹槽处的压力，其中，所述泵布置在所述测试工具中；
使用布置在所述测试工具上的传感器检测所述凹槽的变化以提供传感器数据；以及
使用所述传感器数据而利用所述钻柱钻出所述钻孔的第二区段来构造所述钻孔(2)；
其中，通过所述测试工具单程穿过所述钻孔的所述第一区段而获得所述传感器数据。
2.根据权利要求1所述的方法(140)，其中：所述改变包括减小所隔离的环空区段中的压力；并且所述检测包括使用传感器检测所述钻孔(2)的壁中的破裂(21)以提供所述破裂(21)的方向；以及
其中，所述方法还包括在检测所述破裂时使用压力传感器感测所隔离的环空区段中的压力以提供破裂压力。
3.根据权利要求2所述的方法(140)，其中所述传感器数据包括所述钻孔(2)的所述壁中的所述破裂(21)的方向。
4.根据权利要求3所述的方法(140)，所述方法还包括通过处理器使用所述破裂(21)的所述方向来估计最大水平应力和最小水平应力的方向。
5.根据权利要求4所述的方法(140)，其中使用所述传感器数据来构造所述钻孔(2)是基于所述最大水平应力和所述最小水平应力的所述方向。
6.根据权利要求4所述的方法(140)，所述方法还包括使用所述破裂压力来估计所述最大水平应力和所述最小水平应力的量值。
7.根据权利要求6所述的方法(140)，所述方法还包括使用控制器(87)基于所述最大水平应力和所述最小水平应力的所述量值来调整在构造所述钻孔中使用的钻井参数。
8.根据权利要求1所述的方法(140)，其中所述凹槽处于所述钻孔(2)的基本上竖直的区段中。
9.根据权利要求1所述的方法(140)，其中所构造的钻孔(2)包括构建区段。
10.根据权利要求1所述的方法(140)，其中所述凹槽处于所述钻孔(2)的生产区段中。
11.根据权利要求10所述的方法(140)，其中所述生产区段被配置成生产地热能，并且所述凹槽的位置被配置成进行压裂以与另一钻孔连接。
12.根据权利要求10所述的方法(140)，其中所述生产区段被配置成生产碳氢化合物，并且所述凹槽的位置被配置成进行压裂以生产所述碳氢化合物。
13.根据权利要求1所述的方法(140)，所述方法还包括基于储层的所评估和所计算的应力状态以及从所述传感器数据得到的局部裂缝生产率而在钻井操作时执行最终的储层增产。
14.根据权利要求1所述的方法(140)，所述方法还包括使用设置在穿透所述地层的所述钻孔(2)中的所述测试工具(50)对所述地层执行局部引发破裂测试和局部压裂操作中的至少一者。
15.一种用于构造穿透地层的钻孔的设备，所述设备包括：
钻柱，该钻柱被构造来钻出所述钻孔的第一区段和第二区段；
布置在所述钻柱上的开槽器(100)，所述开槽器被配置成将所述地层开槽以形成凹槽；
封隔器，该封隔器布置在测试工具上且接近所述凹槽以隔离环空区段中的所述凹槽；
测试工具，该测试工具与所述钻柱相联且布置在所述钻孔的第一区段中；
泵，所述泵布置在所述测试工具中且与所隔离的环空区段流体联通，所述泵被配置成改变所述凹槽处的压力；
布置在所述测试工具上的传感器，所述传感器被配置成借助于所述测试工具单程穿过所述钻孔的所述第一区段来检测所述凹槽的变化以提供传感器数据；以及
钻机，该钻机被配置成使用所述传感器数据操作所述钻柱来构造所述钻孔(2)的第二区段。
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