專利名稱：利用時間限制的地層測試來測量地層特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及油和氣的開采領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明是涉及利用一種地層測試器來確定井筒所穿過的地下地層的至少一個特性的方法。
背景技術(shù)：
在過去的幾十年，已經(jīng)開發(fā)了高尖端技術(shù)從地下地層來鑒定和開采通常被稱作油和氣的碳?xì)浠衔?。這些技術(shù)有利于發(fā)現(xiàn)、評估和開采地下地層中的碳?xì)浠衔铩?br> 當(dāng)相信已發(fā)現(xiàn)含有可開采價值數(shù)量的碳?xì)浠衔锏牡叵碌貙訒r，通常就從地表向期望的地下地層鉆一井筒，然后對地層進行測試，確定地層是否可能開采具有商業(yè)價值的碳?xì)浠衔?。通常，在地下地層中所進行的測試包括探查所穿過的地層，判斷其中是否真的存在碳?xì)浠衔?，并估算出地層中所含的碳?xì)浠衔锏目砷_采量。這些初步測試是利用通常被稱作地層測試器的地層測試下井儀來進行的。通常由一測井電纜索、管道、鉆桿或類似物把地層測試器下放到井筒內(nèi)，并且被用于確定各種地層特征，這些地層特征有助于確定地層中所含的碳?xì)浠衔锘蚱渌黧w的數(shù)量、質(zhì)量及狀況。其它的地層測試器可以構(gòu)成諸如鉆桿之類的鉆具的一部分，以便在鉆井期間對地層參數(shù)進行測量。
地層測試器通常包括纖細(xì)的下井儀，它們適合被下放到井筒內(nèi)，并被定位在期望獲得其數(shù)據(jù)的地下地層附近的井筒中的一個深度處。一旦把這些下井儀定位在井筒內(nèi)，這些下井儀就與地層形成流體連通，以便從地層中采集一些數(shù)據(jù)。通常，把探測器、通氣管、或其它裝置密封地抵靠在井筒壁上，以便建立起這種流體連通。
地層測試器通常被用于測量井下參數(shù)，例如井筒壓力、地層壓力、地層流動性等等。地層測試器還可以被用于從地層中采集樣本，以便能夠確定地層中所含的流體的類型和其它的流體參數(shù)。在判斷井田的商業(yè)價值以及確定從井中開采碳?xì)浠衔锏姆绞綍r，在地層測試期間所確定出的地層特性是一些很重要的因素。
參照圖1A、1B中所示的傳統(tǒng)的測井電纜地層測試器的結(jié)構(gòu)，就可以更容易理解地層測試器的工作情況。如圖1A所示，測井電纜測試器100被從一油井鉆架2下放到一敞口井筒3內(nèi)，該敞口井筒充有流體，在本行業(yè)中該流體通常被稱作“泥漿”。在鉆井操作期間，井筒襯有泥漿餅4，泥漿餅4被堆積到井筒壁上。井筒穿過一地層5。
在授給Zimmerman等人的美國專利US4860581，US4936139中更詳細(xì)地描述了傳統(tǒng)的具有多個相互連接的組件的組合式測井電纜地層測試器的操作情況。圖2表示出了在傳統(tǒng)的測井電纜地層測試操作期間利用用于確定諸如地層壓力之類的參數(shù)的地層測試器所測得的隨時間變化的壓力曲線圖。
現(xiàn)在參照圖1A，1B，在傳統(tǒng)的測井電纜地層測試操作中，利用一測井電纜索6把一地層測試器100下放到一井筒3內(nèi)。在把地層測試器100下放到井筒中的期望位置之后，通過打開平衡閥(圖中未示)，地層測試器中的流送管路119中的壓力就可以被平衡至井筒中的流體靜壓。利用一壓力傳感器或者壓力計120來測量井筒中的流體的靜壓力。在這個點所測得的壓力由圖2中的線103所表示。然后，通過使用液壓驅(qū)動活塞把測試器固定入位來設(shè)定該地層測試器100，使探測器112抵靠著井筒側(cè)壁，以便與地層形成流體連通，并關(guān)閉平衡閥，以便把下井儀的內(nèi)部與井田流體隔離開。在探測器和地層之間形成密封并且建立起流體連通的點由圖2中點105所表示，這個點被稱作“下井儀設(shè)定”設(shè)定點。然后，通過在預(yù)先測試腔室114中縮回活塞118，以便在流送管路119中產(chǎn)生一個壓降，使流送管路119中的壓力低于地層壓力，于是就把流體從地層5抽入到地層測試器100內(nèi)。這個體積膨脹循環(huán)被稱作“下降”循環(huán)，由圖2中的線107表示。
當(dāng)活塞118停止縮回時(圖2中點111所表示)，流體繼續(xù)從地層進入探測器112，若給定足夠的時間，可直到流送管路119中的壓力與地層5中的壓力相同為止，見圖2中的點115所示。這個循環(huán)被稱作“上升”循環(huán)，由圖2中的線113所表示。如圖2所示，在點115處的最終的上升壓力常常被稱作“井底流壓”，通常假設(shè)這個壓力與地層壓力非常接近。
這條曲線的形狀和由壓力曲線所產(chǎn)生的對應(yīng)數(shù)據(jù)可以被用于確定各種地層特性。例如，在下降(圖2中的線107)和上升(圖2中的線113)期間，測量的壓力可以被用于確定地層的流動性，地層的流動性就是指地層滲透性與地層流體粘性的比率。當(dāng)?shù)貙訙y試探測器112(圖1B中的112)從井筒壁脫開時，由于流送管路中的壓力與井筒壓力進行平衡，因此，流送管路119中的壓力就迅速增大，如圖2中的線117所示。在地層測量循環(huán)被完成之后，就可以把地層測試器100拆下，并把它重新定位在不同的深度處，然后根據(jù)需要重復(fù)進行地層測試循環(huán)。
對測井電纜輸送的下井儀而言，在這種類型的測試操作期間，在井下采集到的壓力數(shù)據(jù)通常通過測井電纜通信系統(tǒng)以電子方式被傳送到地面。在地面上，操作員通常在控制臺監(jiān)測流送管路119中的壓力，并且，測井電纜測井系統(tǒng)對壓力數(shù)據(jù)進行實時地記錄。在測試的下降和上升循環(huán)期間所記錄的數(shù)據(jù)可以在井田現(xiàn)場的計算機中被實時分析，或者也可以以后在數(shù)據(jù)處理中心被分析，以便確定出重要的地層參數(shù)，例如地層流體壓力、泥漿過平衡壓力，即井筒壓力與地層壓力之間的壓差，以及地層的流動性。
測井電纜地層測試器允許以很高的數(shù)據(jù)率通信，以便能通過使用測井電纜遙測技術(shù)對測試和下井儀進行實時監(jiān)測和控制。這種類型的通信系統(tǒng)使得井田工程師在他們在現(xiàn)場時能評估測試中測量的質(zhì)量，并且在需要的情況下，可以在嘗試進行另一次測試之前立即采取措施來中止測試過程和/或調(diào)節(jié)預(yù)先測試參數(shù)。例如，在預(yù)先測試下降期間，隨著數(shù)據(jù)被采集，工程師可以通過觀察這些數(shù)據(jù)，可以選擇改變諸如下降速率和下降體積之類的初始預(yù)先測試參數(shù)，以便在嘗試另一次測試之前，使這些參數(shù)更好地與地層特性相匹配。
例如，在授給了Brieger的美國專利US3934468、授給了Zimmerman等人的美國專利US4860581和US4936139以及授給了Auzerais的US5969241中，描述了現(xiàn)有技術(shù)中的一些測井電纜地層測試器和/或地層測試方法的一些例子。這些專利都被轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
在鉆井操作期間也可以使用地層測試器。例如，在授給了Ciglenec等人的美國專利US6230557B1中公開了這樣一種適合于在鉆井操作期間從地下地層中采集數(shù)據(jù)的測井下井儀，該專利被轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人。
已經(jīng)研發(fā)出了各種各樣的用于進行專門的地層測試操作或者預(yù)測試的技術(shù)。例如，在授給了DesBrandes的美國專利US5095745和US5233866中就描述了通過對壓力從線性下降發(fā)生偏離的點進行分析來確定地層參數(shù)的方法。
盡管在研發(fā)執(zhí)行預(yù)先測試的方法方面取得了進展，但是，仍然需要消除在預(yù)先測試過程中的遲延和誤差，仍然需要提高從這些測試中得出的參數(shù)的精度。由于地層測試操作在整個鉆井操作中都被使用，因此，測試的持續(xù)時間和缺少與下井儀的實時通信是必須被考慮的一些主要限制。對于這些操作，與實時通信相關(guān)的問題大致是由于當(dāng)前在鉆井操作期間通常采用的諸如泥漿脈沖遙測技術(shù)之類的遙測技術(shù)的局限性所導(dǎo)致的。對于大多數(shù)測井而言，在鉆井下井儀鉆井或測量時，諸如上行鏈路和下行鏈路的遙測數(shù)據(jù)的速率的限制使得在測井下井儀和地面之間的信息交換緩慢。例如，把一預(yù)先測試壓力跡線傳送到地面，然后由工程師根據(jù)所傳送的數(shù)據(jù)向井下發(fā)出指令以便縮回探測器的簡單過程可以產(chǎn)生相當(dāng)大的遲延，而這種遲延會對鉆井操作造成不利的影響。
所述遲延還會使下井儀被卡在井筒內(nèi)的可能性增大。為了減小這種卡死的可能性，通過根據(jù)主要的地層和鉆井條件來建立一些鉆井操作技術(shù)規(guī)范，以便規(guī)定鉆桿在給定的井筒中可以停止多長時間。根據(jù)這種技術(shù)規(guī)范，鉆桿只允許停止一個有限的時段來布置探測器和執(zhí)行壓力測量。由于當(dāng)前這種在一些下井儀和地面之間實時通信的限制，因此，希望下井儀能以自動的方式來執(zhí)行幾乎所有的操作。
因此，希望能有這樣一種方法，這種方法使地層測試器能被用于在規(guī)定的時間內(nèi)執(zhí)行井下地層測試測量，并且能利用測井電纜或鉆井下井儀容易地實施這種方法，并且可減小來自地面系統(tǒng)的干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用設(shè)置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定地層參數(shù)的方法。該方法包括步驟建立與地層的流體連通；執(zhí)行第一次預(yù)先測試，確定出地層參數(shù)的初始估算值；根據(jù)地層參數(shù)的這些初始估算值來設(shè)計用于執(zhí)行第二次預(yù)先測試的預(yù)先測試條件；以及根據(jù)所設(shè)計出的條件來執(zhí)行第二次預(yù)先測試，從而確定出地層參數(shù)的精確的估算值。
本發(fā)明還提供了一些利用地層測試器來確定地層參數(shù)的方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中確定出至少一個地層流體特性的方法包括如下步驟在第一次預(yù)先測試期間采集第一組數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點代表在地層測試器的預(yù)先測試腔室中的壓力，該壓力是時間的一個函數(shù)；根據(jù)所述第一組數(shù)據(jù)點確定出估算的地層壓力和估算的地層流體流動性；為第二次預(yù)先測試確定出一組參數(shù)，這組參數(shù)是根據(jù)估算的地層壓力、估算的地層流動性和剩余的用于執(zhí)行第二次預(yù)先測試的時間來確定的；利用這組參數(shù)值來執(zhí)行第二次預(yù)先測試；在第二次預(yù)先測試期間采集第二組數(shù)據(jù)點，這組數(shù)據(jù)點代表在預(yù)先測試腔室中的壓力，該壓力是時間的一個函數(shù)；以及根據(jù)第二組數(shù)據(jù)點確定出至少一個地層流體特性。
本發(fā)明還提供了在預(yù)先測試期間為終止下降操作確定出條件的一些方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中為下降操作確定出終止條件的方法包括以下步驟把地層測試器的探測器設(shè)置成抵靠著井筒壁，從而使預(yù)先測試腔室與地層形成流體連通，在所述預(yù)先測試腔室的鉆井流體所具有的壓力要大于地層壓力；通過以恒定不變的下降速率縮回預(yù)先測試活塞，從而對預(yù)先測試腔室中的鉆井流體進行解壓縮；采集代表預(yù)先測試腔室中的流體壓力的數(shù)據(jù)點，這些流體壓力是時間的一個函數(shù)；驗明相繼數(shù)據(jù)點的范圍，這些數(shù)據(jù)點擬合出一條具有固定斜率的相對于時間的壓力線，所述固定斜率基于鉆井流體的壓縮率、恒定不變的下降速率以及預(yù)先測試腔室的容積；以及在相繼數(shù)據(jù)點的范圍被驗明之后，根據(jù)終止條件來終止所述下降操作。
本發(fā)明提供了用于確定地層流體流動性的一些方法。一種用于評估地層流體流動性的方法包括以下步驟利用設(shè)置在井筒所穿過的地層中的地層測試器執(zhí)行預(yù)先測試，該預(yù)先測試包括一下降階段和一上升階段；在下降階段和上升階段期間，采集代表地層測試器的預(yù)先測試腔室中的壓力的一些數(shù)據(jù)點，這些壓力是時間的一個函數(shù)；根據(jù)這些數(shù)據(jù)點確定出估算的地層壓力；確定出一區(qū)域，該區(qū)域是由通過估算的地層壓力的線和插入在下降階段和上升階段期間的數(shù)據(jù)點的曲線所圍成的；以及根據(jù)這個區(qū)域面積、在預(yù)先測試期間從地層中抽取的體積、地層測試探測器的半徑和說明井筒對地層測試探測器的響應(yīng)的效果的形狀因數(shù)來估算地層流體流動性。
本發(fā)明提供了一些用于在預(yù)先測試期間從下降操作估算地層壓力的一些方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中從下降操作確定估算地層壓力的方法包括以下步驟把地層測試器設(shè)置成抵靠著井筒壁，從而使地層測試器的預(yù)選測試腔室與地層形成流體連通，預(yù)先測試腔室中的鉆井流體的壓力要大于地層壓力；通過以恒定不變的下降速率縮回地層測試器中的預(yù)先測試活塞，從而對預(yù)先測試腔室中的鉆井流體進行解壓縮；采集代表預(yù)先測試腔室中的流體壓力的數(shù)據(jù)點，這些流體壓力是時間的一個函數(shù)；驗明相繼數(shù)據(jù)點的范圍，這些數(shù)據(jù)點擬合出一條具有固定斜率的相對于時間的壓力線，所述固定斜率基于鉆井流體的壓縮率、恒定不變的下降速率以及預(yù)先測試腔室的容積；以及根據(jù)在相繼的一些數(shù)據(jù)點的范圍之后的一第一數(shù)據(jù)點來確定出估算的地層壓力。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種利用設(shè)置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定井下參數(shù)的方法。該方法包括以下步驟在測井下井儀的預(yù)先測試腔室與地層之間通過流送管路(該流送管路中具有初始壓力)形成流體連通；以一種受控的方式來移動設(shè)置在預(yù)先測試腔室中的預(yù)先測試活塞，以便把初始壓力減小至一下降壓力；終止活塞的移動，以便允許下降壓力調(diào)整至一穩(wěn)定壓力；以及重復(fù)這些步驟，直到在穩(wěn)定壓力和初始壓力之間的壓差基本上小于預(yù)定的壓降為止。然后，根據(jù)對一個或多個壓力進行分析，就可以確定出一個或多個井下參數(shù)。于是就可以根據(jù)對一個多個壓力進行分析確定出地層參數(shù)的初始估算值，以及可以根據(jù)地層參數(shù)的初始估算值來確定出執(zhí)行第二次預(yù)先測試的預(yù)先測試條件，并且可以根據(jù)所設(shè)計的預(yù)先測試條件來進行地層的預(yù)先測試，從而確定出精確的地層參數(shù)。
在另外一方面，本發(fā)明涉及一種利用設(shè)置在穿過地層的井筒中的地層測試器來估算地層壓力的方法。該方法包括以下步驟對與地下地層流體連通的流送管路中的第一壓力進行測量；以一種受控的方式在預(yù)先測試腔室中移動預(yù)先測試活塞，以在流送管路中產(chǎn)生預(yù)定的壓降；在選擇性地移動預(yù)先測試活塞之后終止預(yù)先測試活塞，從而允許流送管路中的壓力穩(wěn)定下來；以及重復(fù)這些步驟，直到流送管路中的穩(wěn)定壓力和流送管路中的第一壓力之間的壓差基本上小于預(yù)定的壓降為止。然后，就可以根據(jù)流送管路中的最終穩(wěn)定壓力來確定出地層壓力。
最后，在另一方面中，本發(fā)明涉及一種利用設(shè)置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定泥漿壓縮率的方法。該方法包括以下步驟把井筒流體截留到地層測試器中(井筒流體與內(nèi)部裝有可移動活塞的預(yù)先測試腔室流體連通)；選擇性地移動預(yù)先測試活塞中的活塞，以便改變被截留在測井下井儀內(nèi)的流體的體積；測量被截留流體的壓力，并根據(jù)測得的壓力估算出泥漿壓縮率。
通過下面的描述和所附的技術(shù)方案可以更清楚地理解本發(fā)明的其它方面及優(yōu)點。


圖1A表示放置在井筒中的傳統(tǒng)的測井電纜地層測試器。
圖1B表示圖1A中組件式的傳統(tǒng)的測井電纜地層測試器的剖面圖。
圖2表示對于利用傳統(tǒng)的地層測試器執(zhí)行現(xiàn)有技術(shù)中典型的預(yù)先測試順序而言，壓力測量值與時間的對應(yīng)曲線圖。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在預(yù)先測試中執(zhí)行步驟的流程圖。
圖4表示可用于實施本發(fā)明實施例的地層測試器組件的構(gòu)成元件的示意圖。
圖5表示用于執(zhí)行圖3中的預(yù)先測試的壓力測量值與時間的關(guān)系曲線。
圖6表示在執(zhí)行圖3流程圖中探查階段所采取的步驟的詳細(xì)流程圖。
圖7表示出了圖5中的探查階段部分的曲線圖中表示下降終止情況的詳細(xì)示意圖。
圖8表示出了圖5中的探查階段部分的曲線圖中表示確定上升終止情況的詳細(xì)示意圖。
圖9表示出了在執(zhí)行圖3流程圖中的測量階段過程中所包括的步驟的詳細(xì)示意圖。
圖10表示出了根據(jù)采用了泥漿壓縮階段的本發(fā)明一個實施例在預(yù)先測試中所涉及的一些步驟的流程圖。
圖11A表示出了用于執(zhí)行圖10中的預(yù)先測試的壓力測量值與時間的關(guān)系曲線。圖11B表示出了相應(yīng)的體積變化速率。
圖12表示出了在執(zhí)行圖10中的流程圖中的泥漿壓縮階段所涉及的一些步驟的詳細(xì)的流程圖。
圖13表示出了根據(jù)采取了泥漿失水階段的本發(fā)明實施例在預(yù)先測試中所采取的一些步驟的流程圖。
圖14A表示出了對于執(zhí)行圖13中的預(yù)先測試的壓力測量值與時間關(guān)系曲線圖。圖14B表示出了相應(yīng)的體積變化速率。
圖15表示出了經(jīng)改進的用于泥漿失水階段的圖12中的改進的泥漿壓縮階段。
圖16A-C表示出了在執(zhí)行圖13中的流程圖中的泥漿失水階段過程中所采取的一些步驟的詳細(xì)流程圖。圖16A表示泥漿失水階段。圖16B表示出了具有重復(fù)的壓縮循環(huán)的改進的泥漿失水階段。圖16C表示出了具有解壓縮循環(huán)的經(jīng)改進的泥漿失水階段。
圖17A表示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行包括了經(jīng)改進的探查階段的預(yù)先測試的壓力測量值與時間關(guān)系圖。圖17B表示出了相應(yīng)的體積變化速率。
圖18表示出了在執(zhí)行圖17A中的經(jīng)改進的探查階段過程中所涉及的一些步驟的詳細(xì)流程圖。
圖19A表示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行包括了的經(jīng)改進的探查階段的預(yù)先測試的壓力測量值與時間之間的關(guān)系曲線。圖19B表示出了相應(yīng)的體積變化速率。
圖20表示出了在執(zhí)行圖19A中的經(jīng)改進的探查階段過程中所采取的一些步驟的詳細(xì)流程圖。
圖21表示出了流體壓縮率修正圖，當(dāng)在不同的溫度和/或壓力情況下執(zhí)行初始泥漿壓縮時，該修正圖可以被用于提供經(jīng)修正的泥漿壓縮率。
具體實施例方式
在圖3中的方框示意圖中表示出了用于評估地層特性(例如地層壓力和地層流動性)的方法1的本發(fā)明的一個實施例。如圖3所示，這種方法包括一個探查階段13和一個測量階段14。
這種方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中任何已知的地層測試器來實施，例如采用在圖1A和圖1B中所描述的測試器來實施這種方法。其它的地層測試器也可被用于和/或適用于本發(fā)明的實施例，例如可利用在授予Zimmerman等人的美國專利US4860581和US4936139中的測井電纜地層測試器以及在授予Ciglenec等人的美國專利US6230557B1中的井下鉆井下井儀來實施本發(fā)明，在此引用所有這些專利文獻的內(nèi)容作為參考。
在圖4中表示出了可利用這種地層測試器的一種探測組件。該組件101包括一探測器112a；一封隔器110a，該封隔器環(huán)繞在所述探測器周圍；以及一流送管路119a，該流送管路從所述探測器延伸到該組件內(nèi)部。流送管路119a從探測器112a延伸到探測隔離閥121a，并且該流送管路具有一壓力計123a。一第二流送管路103a從探測隔離閥121a延伸到取樣管路隔離閥124a和平衡閥128a，并且該第二流送管路具有壓力計120a。在一預(yù)先測試腔室114a中的一可逆的預(yù)先測試活塞118a也從流送管路103a延伸。流出線路126a從平衡閥128a延伸出并向外通向井筒，該流出線路126a具有一壓力計130a。樣本流送管路125a從取樣管路隔離閥124a延伸并穿過所述下井儀。在流送管路125a中的取樣流體可以被截獲、沖洗，或被用作其它用途。
探測隔離閥121a把流送管路119a中的流體與流送管路103a中的流體隔離開。取樣管路隔離閥124a把流送管路103a中的流體與取樣管路125a中的流體隔離開。平衡閥128a把井筒中的流體與所述下井儀中的流體隔離開。通過對這些閥進行操縱來選擇性地隔離這些流送管路中的流體，就可以利用壓力計120a和123a來確定出各種壓力。例如，當(dāng)探測器與地層流體連通時，通過關(guān)閉閥121a就可以從壓力計123a讀出地層壓力，同時還可以減小與地層連接的下井儀的體積。
在另一個例子中，在平衡閥128a打開的情況下，利用預(yù)先測試活塞118a可以把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內(nèi)。在關(guān)閉平衡閥128a、探測隔離閥121a和取樣管路隔離閥124a時流體可以被截留在這些閥和預(yù)先測試活塞118a之間的下井儀中。壓力計130a可以被用于在所述下井儀的整個操作期間連續(xù)地監(jiān)測井筒流體壓力，并且可以和壓力計120a和/或123a一起被用于直接測量泥餅兩側(cè)的壓降，并且監(jiān)測泥餅兩側(cè)的井筒干擾的傳遞，以便在后面用來針對這些干擾來修正所測得的井底流壓。
預(yù)先測試活塞118a的其中一種功能就是從地層中抽出流體或把流體注入到地層內(nèi)，或者是對那些被截留在探測隔離閥121a、取樣管路隔離閥124a和平衡閥128a之間的流體進行壓縮或膨脹。該預(yù)先測試活塞118a最好既能以低流量如以0.01立方厘米/秒的流量進行操作，又能以高流量例如以10立方厘米/秒的流量進行操作，并且在一個單一沖程中能抽出很大的量，例如能抽出100立方厘米。此外，如果需要在不拉回探測器的情況下從地層中抽取多于100立方厘米的量，可以反復(fù)循環(huán)該預(yù)先測試活塞118a。預(yù)先測試活塞118a的位置最好能被連續(xù)監(jiān)測和有效控制，并且當(dāng)預(yù)先測試活塞歇息待用時，它的位置能被鎖定。在一些實施例中，探測器112a還可包括一失水閥(圖中未示出)和一失水活塞(圖中未示出)。
通過對這些閥、預(yù)先測試活塞和探測器進行各種不同的操縱，就可以使所述下井儀按照所描述的方法進行操作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會知道，盡管這些規(guī)格限定了一個優(yōu)選的探測組件，但是，其它規(guī)格的探測組件也可以被使用，這并未脫離本發(fā)明的范圍。盡管圖4表示出了一種探頭式的組件，但是，應(yīng)當(dāng)知道，也可以采用探測工具或封隔工具，這些探測工具或封隔工具也可以具有一些改進。在下面的描述中，假定使用了一種探測工具。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會知道，類似的操作步驟也適用于封隔工具。
在這里所公開的一些技術(shù)也可用于設(shè)置有流送管路的其它裝置。在這里所用的術(shù)語“流送管路”是指用于在地層和預(yù)先測試活塞之間形成流體連通和/或使流體可以在它們之間流動的管道、空腔或其它通道。其它類型的這種裝置可以是包括例如探測器和預(yù)先測試活塞成一整體的裝置。在已轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人的美國專利US6230557B1和美國專利申請No.10/248782中就公開了這種裝置的一例子。
如圖5所示，探查階段13涉及獲得諸如地層壓力和地層流動性之類的地層參數(shù)的初始估計。然后，在設(shè)計測量階段14時利用這些初始估計。如果需要且允許的話，然后就根據(jù)這些參數(shù)來執(zhí)行測量階段，以便形成地層參數(shù)的精確估計。圖5描繪出了對應(yīng)的壓力曲線，該壓力曲線表示當(dāng)執(zhí)行圖3所示方法時壓力隨時間而變化的情況。應(yīng)當(dāng)知道，盡管圖5中的這條壓力曲線是由圖4中的裝置來執(zhí)行的，但是，也可以被其它的測井下井儀例如圖1A和圖1B中所示的測試器來執(zhí)行。
圖6中更詳細(xì)地表示出了所述探查階段13。該探查階段包括在下井儀被設(shè)定達(dá)Ti時段后在t3時刻開始下降步驟310；執(zhí)行下降步驟320；終止下降步驟330；執(zhí)行上升步驟340；以及終止上升步驟350。為了根據(jù)步驟310來開始所述探查階段，使探測器112a與地層流體連通，并把該探測器固定入位，并且使下井儀內(nèi)部與井筒隔離開。下降步驟320是通過使活塞118a在預(yù)先測試腔室114a內(nèi)前進來執(zhí)行的。要終止下降步驟330，就使活塞118a停止。流送管路119a中的壓力將會開始上升，直到在點350處該上升步驟340被終止。該探查階段持續(xù)時間為TIP。如前所述，也可以按照圖1B和圖2所示來執(zhí)行該探查階段，并且在該探查階段開始之前預(yù)先確定下降流量和下降終止點。
在圖7中更詳細(xì)地表示出了探查階段13的壓力曲線。根據(jù)分析從該探查階段的壓力曲線得出的數(shù)據(jù)，就可以確定出諸如地層壓力和地層流動性之類的參數(shù)。例如，終止點350表示地層壓力的臨時估計?；蛘呤?，利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道的一些技術(shù)，對在上升步驟340期間所獲得的壓力趨勢進行外推，就可以更精確地估算出地層壓力，根據(jù)已經(jīng)獲得的壓力推算出的推算壓力可以使這種上升無限制地繼續(xù)。這種過程可需要附加的處理過程來得出地層壓力。
也可以從由線340所表示的上升階段來確定出地層流動性(K/μ)1?？梢岳帽绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員知道的一些技術(shù)，從在上升步驟340期間相對于時間的壓力變化率來估算地層流動性。這些過程需要附加的處理過程來得出地層流動性的估算值。
或者是，在所公開的由Goode等人所撰寫的文章中，該文章的題目為“多重探測地層測試和豎直儲層連續(xù)性”(“Multiple Probe Formation Testing andVertical Reservoir Continuity”)，SPE22738，是為在Dallas，Texas，1991年10月6日至9日舉行的1991年石油工程師協(xié)會技術(shù)年會及展覽大會而準(zhǔn)備的，在該文章中，暗示了圖中陰影區(qū)域所表示并由附圖標(biāo)記325所表示的圖面面積，在這里由A表示，可以被用于預(yù)測地層的流動性。這個面積是由從終止點350(表示在終止處的估算的地層壓力P350)水平延伸的線321、下降線320和上升線340所圍成的。這個面積與地層移動的估算值相關(guān)并可利用下面的方程來確定(kμ)1=V14rpΩSA+ϵK---(1)]]>其中，(K/μ)1是地層流動性(D/cP)的第一次估算值，K是地層滲透性(達(dá)西，由D表示)，μ是地層流體粘度(cP)(由于由地層測試器所確定出的數(shù)值是地層滲透性與地層流體粘度的比率，即流動性，因此，不需要粘度的顯值)；V1(立方厘米)是在探查預(yù)先測試期間從地層中抽取的體積，V1＝V(t7+T1)-V(t7-T0)＝V(t7)-V(t7-T0)，其中，V是預(yù)先測試腔的容積；rp是探測半徑(厘米)；εK是誤差項，對于流動性大于1mD/cP的地層來說，該誤差項通常很小(小于百分之幾)。
變量Ωs用于說明有限大小的井筒對探測器的壓力響應(yīng)的效果，該變量Ωs可從下面的方程來得出，下面的方程在由F.J.Kuchuk于(1996)20，1，1，In Situ，撰寫的題目為“在交叉流動分層的儲層中的多重探測測井電纜地層測試器壓力行為”(“Multiprobe Wireline Formation Tester Pressure Behavior in Crossflow-Layered Reservoirs”)的出版物中被描述。該方程為
ΩS＝0.994-0.003θ-0.353θ2-0.714θ3+0.709θ4(2)其中，rp和rw分別表示探測器半徑和井筒半徑；ρ＝rp/rw，η＝Kr/Kz；θ＝0.58+0.078logη+0.26logρ+0.8ρ2；Kr和Kz分別表示徑向滲透性和垂向滲透性。
在對方程1中所表示的結(jié)果進行描述過程中，假定地層滲透性是各向同性的，也就是Kr＝Kz＝K，并且假定在測試期間流動狀態(tài)呈“球形”，并且保持那些確保達(dá)西關(guān)系有效的條件。
仍然參照圖7，可以對探查階段的下降步驟320進行分析，以便確定出相對于時間的壓降，從而確定出壓力曲線的各種特性。從沿著下降線320的一些點得出的一條最佳擬合的線32從開始點310延伸?？梢匝刂€320來確定偏離點34，該偏離點34表示曲線320與最佳擬合線32的偏離達(dá)到最小的偏離值δ0。偏離點34可被用作“流動開始”的估算點，在時間Te處的點，在該點處，在探查階段下降期間，流體從地層被輸送到下井儀內(nèi)。
該偏離點34可以采用已知的技術(shù)來確定，例如采用在美國專利US5095745和US5233866中所公開的技術(shù)來確定，這兩專利都授予給了Desbrades，在此引用它們的全文作為參考。Debrandes提出了這樣一種技術(shù)，這種技術(shù)用于根據(jù)偏離點與最佳擬合線的偏離來估算地層壓力，其中的最佳擬合線是根據(jù)預(yù)先測試的下降階段的一些數(shù)據(jù)點得出的。偏離點還可以這樣來確定，即，通過測試最近獲得的點，判斷該最近獲得的點是否仍保留直線趨勢上，所述直線趨勢表示隨著連續(xù)壓力數(shù)據(jù)的獲得而形成的流線的伸長。如果判斷出最近獲得的點不在直線上，那么，下降可以被終止，并且允許壓力進行穩(wěn)定。偏離點還可以這樣來確定，即，對在下降步驟320期間所記錄的壓力相對于時間進行求導(dǎo)來確定。當(dāng)導(dǎo)數(shù)變化(假定變得較小)達(dá)2-5％時，就取對應(yīng)的點來表示從地層開始流動。如果需要的話，為了確認(rèn)與表示從地層的流動情況的伸長線的偏離，可以執(zhí)行更小體積的預(yù)先測試。
也可以采用其它技術(shù)來確定偏離點34。例如，采用基于泥漿壓縮率的確定偏離點34的另一種技術(shù)，在下面將參照圖9-11來描述這種技術(shù)。
一旦偏離點34被確定，下降步驟就被繼續(xù)進行并超過該偏離點34，直到滿足某種規(guī)定的終止條件為止。這種條件可以基于壓力、體積和/或時間。一旦這種條件被滿足，下降步驟就被終止，從而就可到達(dá)終止點330。理想地是，在相對于圖7中的偏離點34處的偏離壓力P34在給定的壓力范圍ΔP內(nèi)所給定的壓力P330處產(chǎn)生終止點330?；蛘呤牵部梢云谕诖_定了偏離點34之后的一給定時段內(nèi)終止所述下降步驟。例如，如果在時刻t4發(fā)生偏離，那么，可以預(yù)先設(shè)定在時刻t7終止下降步驟，其中，在時刻t4和時刻t7之間的時段用TD表示，并被限制為一最大的時段。用于終止預(yù)先測試步驟的另一個條件是在偏離點34被確定之后限制從地層中抽出的體積。這個體積可以由預(yù)先測試腔室114a(見圖4)的體積變化來確定。體積的最大變化可以被規(guī)定為預(yù)先測試的限制參數(shù)。
可以單獨或聯(lián)合地采用這些限制條件，壓力、時間和/或體積中的一個或多個來確定終止點330。例如，在高滲透性地層的情況下，如果理想的條件例如預(yù)先確定的壓降不能被滿足，那么，就可以用一個或多個其它的條件來進一步地限定預(yù)先測試的持續(xù)時間。
在到達(dá)偏離點34之后，壓力沿著線320繼續(xù)下降，直到膨脹過程在點330處終止為止。在這個點處，探測隔離閥121a被關(guān)閉和/或預(yù)先測試活塞118a被停止，并且探查階段上升步驟340開始。在流送管路中的壓力上升繼續(xù)進行，直到在點350處終止該上升步驟為止。
當(dāng)上升變得足夠穩(wěn)定時的壓力通常被作為地層壓力的估算值。對上升的壓力進行監(jiān)測，以便提供一些數(shù)據(jù)，用于根據(jù)上升壓力的逐漸穩(wěn)定情況來估算出地層壓力。特別是，所獲得的信息可以被用于設(shè)計測量階段過渡過程，以便在上升步驟結(jié)束時獲得地層壓力的直接測量值。然而，應(yīng)該允許探查階段的上升步驟持續(xù)多長時間來獲得地層壓力的初始估算值仍是一個問題。
從前面的描述中可以清楚地知道，在壓力恢復(fù)到這樣一個壓力值之前上升步驟不應(yīng)被終止，在所述這個壓力值處，確定出流送管路減壓偏離，即，確定出圖7中的由P34所表示的壓力。在一種方法中，可以把一設(shè)定時間限制用于上升的持續(xù)時間T1。T1可以被設(shè)定成從地層的流動時間T0的若干倍，例如2至3倍。可以預(yù)見，其它的技術(shù)和條件也可以被使用。
如圖5和圖7所示，終止點350表示出了上升步驟的結(jié)束、探查階段的結(jié)束和/或測量階段的開始?？梢岳媚承l件來確定何時應(yīng)形成終止點350。用于確定該終止點350的一種可行的方法是允許測量的壓力達(dá)到穩(wěn)定。為了確定這樣一個點，即，在這個點處，可以相當(dāng)迅速地合理地精確地估算在終止點350的地層壓力，可以利用一種方法來確定用于建立何時應(yīng)終止的條件。
如圖8所示，這樣一種方法涉及以下降終止點330為開始建立壓力增量。例如，這種壓力增量可能是壓力計分辨率的很多倍，或是壓力計的干擾的很多倍。隨著上升數(shù)據(jù)的獲得，在這樣一個間隔內(nèi)就會獲得連續(xù)的壓力點。在每個壓力增量區(qū)內(nèi)選定最高的壓力數(shù)據(jù)點，并在相應(yīng)的時間之間確定出差值，以便得出時間增量Δti(n)。上升被繼續(xù)進行，直到兩個相繼的時間增量的比率大于或等于一個預(yù)定的值，例如2。在這個條件被滿足時在最后的間隔中最后記錄的壓力點就是計算出的終止點350。這種分析可以以數(shù)學(xué)方式表示如下在t7時刻開始，探查階段的上升步驟開始進行，找出一系列下標(biāo){i(n)}_{i}，i(n)＞i(n-1)，n＝2，3，……，從而對于n≥2，i(1)＝1，并且maxi(pi(n)-pi(n-1))≤max(nPδP,ϵP)---(3)]]>其中，np是一個大于或等于例如4的數(shù)，通常為10或更大，δp是壓力測量裝置的標(biāo)稱分辨度；εp是壓力裝置干擾值的小的倍數(shù)，例如2，所述壓力裝置干擾值是在設(shè)定下井儀之前例如在泥漿壓縮率試驗期間可以被確定的數(shù)值。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都會知道，np和εp也可以選擇其它的值，這取決于所期望得到的結(jié)果而定，這也都未脫離本發(fā)明的范圍。如果除了基點以外，在方程(3)的右邊所限定的間隔內(nèi)不存在一些點，那么，可以采用該間隔外的最接近的點。
確定出Δti(n)≡ti(n)-ti(n-1)，當(dāng)滿足下面的條件時上升步驟就可以被終止，該條件為Pi(n)≥P(t4)＝P34(見圖8)，并且Δti(n)Δti(n-1)≥mP---(4)]]>其中，mp是大于或等于例如2的數(shù)。
然后，地層壓力的第一估算值被確定為(見圖7)p(ti(max(n)))＝p(t7+T1)＝P350(5)大體上說，根據(jù)當(dāng)前的條件，當(dāng)在上升期間壓力大于對應(yīng)于偏離點的壓力并且壓力增大的增大率以至少為2的系數(shù)減小時，就終止探查階段預(yù)先測試。地層壓力的近似值就被認(rèn)為是在上升期間測得的最高壓力。
方程(3)和(4)一起確定精度，通過這個精度，在探查階段期間確定出地層壓力方程(3)確定出誤差下限，mp粗略地確定出估算值與真實的地層壓力的接近程度。mp的值越大，地層壓力的估算值就越接近真實值，探查階段的持續(xù)時間就越長。
另外，也可以根據(jù)上升曲線的平直度來建立使探查階段上升終止的條件，例如，通過比較一定范圍的一些壓力上升點的平均值與壓力計干擾值的小倍數(shù)例如2倍或4倍來確定。應(yīng)當(dāng)知道，可以單獨采用或組合采用在這里所公開的任何條件來終止探查階段上升步驟(即圖5上的340)、測量階段上升步驟(即圖5上的380，下面將會被描述)或更廣義的任何上升步驟。
如圖7所示，終止點350表示出了在上升階段340完成之后探查階段13的結(jié)束。然而，也存在這樣的情況，即，在這種情況中，必須或希望對預(yù)先測試進行終止。例如，在這種方法中存在一些問題，例如當(dāng)探測器被堵塞時，測試是干燥的或地層流動性很小，以致測試基本是干燥的，泥漿壓力精確地平衡地層壓力，監(jiān)測到一錯誤的破裂，測試出非常低滲透性的地層，監(jiān)測到流送管路中的流體的壓縮率的變化，或發(fā)生其它事項，可以在整個循環(huán)完成之前終止預(yù)先測試。
一旦希望在探查階段終止預(yù)先測試，預(yù)先測試活塞就可以被停止，或探測隔離閥121(如果有的話)被關(guān)閉，從而使流送管路119中的量減小到最小。一旦監(jiān)測到問題，就終止探查階段。如果需要的話，可以執(zhí)行新的探查階段。
參照圖5，一旦完成探查階段13，就可以決定這些條件是否允許或者希望執(zhí)行測量階段14。這個決定可以采用人工方式來進行。然而，優(yōu)選地是，這個決定以自動方式并根據(jù)所設(shè)定的條件來進行。
一個可以被利用的條件簡易地是時間。但必須確定是否有足夠的時間TMP來執(zhí)行測量階段。在圖5中，有足夠的時間來執(zhí)行探查階段和測量階段。也就是說，用于執(zhí)行這兩個階段的總時間Tt小于這個循環(huán)分配的時間。通常，當(dāng)TIP小于總時間Tt的一半時，就會有足夠的時間來執(zhí)行所述測量階段。
另一個可以被用來確定是否開始執(zhí)行測量階段的條件是體積V。必須或者理想地是，例如，確定測量階段的體積是否至少等于在探查階段期間從地層中抽取出的體積。如果一個或多個條件不能被滿足，那么，就不可以執(zhí)行測量階段。也可以采用其它的條件來確定是否應(yīng)該執(zhí)行測量階段?；蛘呤?，盡管沒有滿足一些條件，但是，可以繼續(xù)執(zhí)行探查階段，直到剩余的分配時間結(jié)束為止，從而以缺省的方式使探查階段即是探查階段又是測量階段。
應(yīng)當(dāng)知道，盡管圖5中表示出了一個單一的探查階段13和一個單一的測量階段14依次執(zhí)行，但是，根據(jù)本發(fā)明，可以執(zhí)行不同數(shù)目的探查階段和測量階段。在極端的情況下，探查階段的估算可以是唯一能獲得的估算，這是因為在探查階段上升步驟期間，壓力增大非常緩慢以致于探查階段用完了分配給測試所用的全部時間。對于滲透性很小的地層來說事實就是這樣。在其它情況下，例如對于具有中等或很高的滲透性的地層來說，上升到地層壓力是相當(dāng)快的，可以進行多次的預(yù)先測試后，仍然還沒用完所分配的時間，即并不超出時間限制。
參照圖5，一旦作出執(zhí)行測量階段14的決定，然后探查階段13的一些參數(shù)就被用來設(shè)計該測量階段。從探查階段得出的參數(shù)，即地層壓力和地層流動性，被用于確定測量階段預(yù)先測試的操作參數(shù)。特別是，理想的情況是利用這些探查階段參數(shù)來解決測量階段預(yù)先測試的體積及其持續(xù)時間，從而解決相應(yīng)的流量。優(yōu)選地是，測量階段操作參數(shù)以這樣一種方式來確定，這種方式能優(yōu)化在測量階段預(yù)先測試期間所用的體積，從而得出在給定范圍內(nèi)的地層壓力的估算值。更具體地說，理想的情況是抽出剛剛足夠的體積，優(yōu)選地是抽出比在探查階段從地層中抽取出的體積大的體積，以便在測量階段結(jié)束時，壓力恢復(fù)到真實地層壓力pf的一個期望的范圍δ內(nèi)。最好選定在測量階段期間所抽出的體積，以便也能滿足時間限制。
用H表示地層相對于由前面所描述的探測下井儀所導(dǎo)致的流量的單位階躍的壓力響應(yīng)。在測量階段結(jié)束時測量壓力應(yīng)在真實地層壓力的范圍δ內(nèi)的條件可以被表示如下H(TiD′)-H((Ti′-T0)D)+q2q1{H((Ti′-T0-T1)D)-H((Ti′-T0-T1-T2)D)}≤2πr*KrKzμq1δ---(6)]]>其中，Tt′表示分配給探查和測量兩階段的總時間減去流送管路膨脹所用的時間，即在圖5中，Tt′＝Tt-(t7-tf)＝T0+T1+T2+T3(在進行測試之前被規(guī)定，單位為秒)；T0是在探查階段期間地層流動的大約持續(xù)時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T1是在探查階段期間的上升的持續(xù)時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T2是在測量階段期間下降的持續(xù)時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T3是在測量階段期間上升的持續(xù)時間(在采集期間被確定，單位為秒)；q1和q2分別表示探查階段和測量階段各自的恒定流量(在采集之前被規(guī)定并在采集期間被確定，單位為立方厘米/秒)；δ是精度，在測量階段期間確定地層壓力所要達(dá)到的精度(被規(guī)定，單位為大氣壓)，即，pf-p(Tt)≤δ，其中pf是真實地層壓力；φ是地層孔隙度，Ct是地層總壓縮率(在采集之前根據(jù)所了解的地層類型和孔隙度并通過標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)來確定，單位為1/大氣壓)；TnD＝(KrTn)/(φμCtr*2)≡Tn/τ，其中，n＝t，0，1，2，并表示無因次數(shù)，τ≡φμCtr*2/Kr，表示時間常數(shù)；以及r*是有效探測半徑，它由下式確定r*=rPK(m;π/2)1ΩS=2rPπ(1+(1/2)2m+(3/8)2m2+O(m3))1ΩS]]>其中，K是第一類的全橢圓積分，其模量m≡1-KZ/Kr.]]>如果地層是各向同性的，那么，r*＝2rp/(πΩs)。
同樣，測量階段可以通過規(guī)定第二次預(yù)先測試流量與第一次預(yù)先測試測量的比率、測量階段預(yù)先測試時間持續(xù)時間T2以及其體積來限制。
為了完整地規(guī)定測量階段，理想的情況是根據(jù)附加條件來進一步限制測量階段。一種這樣的條件可以基于規(guī)定測量階段的下降部分的持續(xù)時間與可獲得的用于完成整個測量階段的總時間的比率，這是由于在探查階段完成之后，就知道了測量階段的持續(xù)時間，也就是說，T2+T3＝Tt′-T0-T1。例如，對于下降的持續(xù)時間，可以使其為測量階段的上升的持續(xù)時間的兩倍(或更多倍)，于是，T3＝nTT2，或者是，T2＝(Tt′-T0-T1)/(nT+1)，其中，nT≥2。于是就可以利用方程(6)求出測量階段的預(yù)先測試流量和探查階段的預(yù)先測試流量的比率，從而還可求出測量階段的體積V2＝q2T2。
另外一種用于完成測量階段預(yù)先測試參數(shù)的規(guī)定的條件就是限制在測量階段下降期間的壓降。采用與方程(6)中相同的符號和相同的調(diào)整假設(shè)，這個條件可以被表示為H((T0+T1+T2)D)-H((T1+T2)D)+q2q1H((T2)D)≤2πr*KrKZμq1Δpmax---(7)]]>其中，Δpmax(以大氣壓計)是在測量階段期間可允許的最大的下降過程的壓降。
用一個具體簡單但重要的例子可以最清楚地說明利用方程(6)和方程(7)來確定測量階段的預(yù)先測試參數(shù)。為了說明起見，和前面一樣，假定探查階段的預(yù)先測試和測量階段的預(yù)先測試以精確的控制速度來執(zhí)行。此外，還假定下井儀存儲對壓力響應(yīng)的影響可以被忽略，在下降和上升中流動區(qū)域是球形的，地層滲透性是各向同性的，并且確保達(dá)西關(guān)系有效的條件被滿足。
根據(jù)上面的假定，方程(6)就呈以下形式erfc(12φμCtr*2KTt′)-erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0))+]]>+q2q1{erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0-T1))-erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0-T1-T2)}≤2πKr*μq1δ---(8)]]>其中，erfc是誤差補償函數(shù)。
由于誤差函數(shù)的自變量通常很小，因此，在利用通常的平方根逼近中精度的損失通常很小。在對方程(8)中的一些項進行重新整理之后，方程(8)可呈以下形式q2(λ/(λ-T2)-1)≤2π3/2Kr*μδλτ-q1(λ/(Tt′-T0)-λ/Tt′)]]>≡2π3/2Kr*μδλτ-q1u(λ)---(9)]]>其中，λ≡T2+T3，一旦完成探查階段的預(yù)先測試，就可以知道測量階段的持續(xù)時間的值。
一旦左邊括號中的表示式進一步逼近以便獲得測量階段預(yù)先測試的期望的體積表達(dá)式，這種關(guān)系的應(yīng)用是很清楚的了。
V2{1+(34)(T2λ)+O(T22)}=4π3/2φCtδ(KμT2+T3φCt)3/2-λq1u(λ)---(10)]]>做出在從方程(6)得出方程(8)過程中相同的假定，方程(7)就可被寫成erfc(12φμCtr*2K(T0+T1+T2))-erfc(12φμCtr*2K(T1+T2))+]]>+q2q1erfc(12φμCtr*2KT2)≤2πKr*μq1Δpmax---(11)]]>
在對于誤差補償函數(shù)應(yīng)用平方根逼近以及重新整理項以后，方程(11)可以被表示為q2(1-τ/(πT2))≤2πKr*μΔpmax-q1π(τ/(T1+T2)-τ/(T0+T1+T2))---(12)]]>≡2πKr*μΔpmax-q1v(T2)---(12)]]>結(jié)合方程(9)和方程(12)，可以得出λλ-T2=1+{πδΔpmaxλτ-q1μ2πKr*1Δpmaxu(λ)}]]>×{1+q1μ2πKr*1Δpmaxv(T2)}-1(1-τ/(πT2))-1---(13)]]>由于在最后兩個括號/圓括號表示式中的項非常接近一致，因此方程(13)可以被大致表示為T2λ≈1-{1+πδΔpmaxλτ-q1μ2πKr*1Δpmaxu(λ)}-2---(14)]]>該方程給出了一表達(dá)式，以便用于確定測量階段下降的持續(xù)時間，并與上面所得的測量階段預(yù)先測試體積的結(jié)果相結(jié)合，得出測量階段預(yù)先測試流量的值。為了從方程(14)獲得T2實際的估算值，就應(yīng)該滿足下列條件δ>q1μ2π3/2Kr*1Δpmaxu(λ)---(15)]]>方程(15)表示出了這樣一個條件，即，最終的壓力的目標(biāo)鄰近值應(yīng)該大于從探查階段預(yù)先測試留下的剩余過渡值。
總地來說，在利用方程(8)和方程(11)的更全面的參數(shù)估算方法中，可以把由方程(10)和方程(14)得出的對V2和T2估算值作為初始值。盡管方程(8)和方程(11)被用于說明這種方法中計算測量階段的參數(shù)的步驟，但是，應(yīng)當(dāng)知道，其它的一些影響，例如下井儀存儲、地層復(fù)雜性等，可以很容易地被用加入到這種估算方法中。如果地層模型已知，那么，在參數(shù)估算方法中可以使用更一般的地層模型方程(6)和(7)。
在上面所描述的用于確定測量階段預(yù)先測試的方法中，假定在能估算優(yōu)化的預(yù)先測試體積和持續(xù)時間之前對一些參數(shù)進行賦值。這些參數(shù)包括地層壓力測量精度δ；允許的最大下降值(ΔPmax)；地層孔隙度φ，它通?？蓮拈_孔測井來獲得；以及總的壓縮率Ct，它可以公知的相互關(guān)系來獲得，該已知的相互關(guān)系又取決于孔隙度和巖性。
在確定出了測量階段預(yù)先測試參數(shù)的情況下，就能在分配給整個測試的時間內(nèi)獲得改進的地層壓力和地層流動性的估算值。
在點350處，探查階段結(jié)束，測量階段可以開始。從探查階段確定的參數(shù)被用來計算那些對確定參數(shù)以執(zhí)行測量階段14來說所必須的流量、預(yù)先測試持續(xù)時間和/或體積?？梢岳靡唤M精確的參數(shù)來執(zhí)行測量階段14，這組精確的參數(shù)是由那些在探查階段估算的初始的地層參數(shù)確定的。
如圖9所示，測量階段14包括以下步驟執(zhí)行第二下降360；終止下降370；執(zhí)行第二上升380；以及終止上升390。根據(jù)圖6中的探查階段13，按照前面所描述的方式來執(zhí)行這些步驟。測量階段的參數(shù)，例如流量，時間和/或體積，最好根據(jù)探查階段的結(jié)果來預(yù)先確定。
參照圖5，測量階段14最好從探查階段結(jié)束點350開始，并持續(xù)由測量階段所規(guī)定的持續(xù)時間TMP，直到在點390處終止為止。優(yōu)選地是，用于執(zhí)行探查階段和測量階段的總時間位于所分配的時間量之內(nèi)。一旦完成測量階段，地層壓力就可以被估算，并且把下井儀撤出，以便進行附加的測試、井下操作或進行從井筒中的撤除操作。
下面將參照圖10，來描述方法1的另一個可選的實施例，該實施例具有一個泥漿壓縮階段11。在這個實施例中，方法1b包括一個泥漿壓縮階段11；一個探查階段13；一個測量階段14。泥漿的壓縮率的估計值可以被用于使探查階段程序更精確，從而能更好地根據(jù)探查階段13和測量階段14對參數(shù)進行估算。圖11A表示出了對圖10所示方法相對應(yīng)的壓力曲線，圖11B表示出了預(yù)先測試腔容積變化率的相應(yīng)的圖形描述。
在這個實施例中，圖4中的地層測試器可以被用于執(zhí)行圖10中的方法。根據(jù)這個實施例，隔離閥121a，124a可以與平衡閥128a結(jié)合使用，以便把一些液體截留在流送管路103a內(nèi)。此外，隔離閥121a可以被用于減小下井儀存儲體積的影響，以便有利于迅速上升。平衡閥128a還可以使流送管路容易沖洗，以便排除諸如氣體之類的不想要的流體，并且有利于向流送管路部分119a和113a再充入井筒流體。
泥漿壓縮率的測量可以這樣來進行，例如，首先利用預(yù)先測試活塞118a從井筒通過平衡閥128a把一些泥漿抽入到所述下井儀內(nèi)，然后通過關(guān)閉平衡閥128a和隔離閥121a和124a來在流送管路中隔離出一定體積的泥漿，然后利用預(yù)先測試活塞118a來調(diào)節(jié)預(yù)先測試腔室114a的容積，從而對所截留的這些泥漿進行壓縮和/或膨脹，同時利用壓力計120a來記錄所截留的這些流體的壓力和體積。
預(yù)先測試腔室的容積可以被非常精確地測得，例如，利用適當(dāng)?shù)膱D4中未表示出的線性電位計或利用其它已知的技術(shù)來測量預(yù)先測試活塞的位移來測量所述預(yù)先測試腔的容積。此外，圖4中也未表示出這樣一個裝置，即，該裝置用于精確控制預(yù)先測試活塞的速度，以便按照要求對預(yù)先測試活塞速率qp進行控制。用于獲得這些精確速率的技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的，例如，利用與修正形式的絲桿相連接的活塞、齒輪箱、計算機控制的馬達(dá)，就能容易地獲得諸如這種方法所要求的這些速率。
圖11A和圖12更詳細(xì)地表示出了泥漿壓縮階段11。泥漿壓縮階段11是在設(shè)定所述下井儀之前被執(zhí)行的，因此，也是在執(zhí)行探查階段和測量階段之前被執(zhí)行的。特別是，為了執(zhí)行泥漿壓縮測試，所述下井儀不必抵靠著井筒設(shè)置，在井筒中所述下井儀也不必是固定不動的，因此，減小了因固定不動的鉆桿而引起所述下井儀被卡住的危險性。然而，優(yōu)選地是，在靠近測試點的位置來對井筒流體進行取樣。
在圖12中更詳細(xì)地表示出了用于執(zhí)行壓縮階段11的一些步驟。這些步驟也與沿著圖11A中的壓力曲線的一些點相對應(yīng)。如圖12所描述的那樣，泥漿壓縮率測試的步驟包括開始泥漿壓縮率測試510；把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內(nèi)511；在流送管路中隔離出一些泥漿團512；壓縮這些隔離出的泥漿團520；以及終止壓縮530。接下來，使泥漿團開始膨脹540，泥漿團膨脹持續(xù)一段時間550，直到終止膨脹560。開始接通流送管路與井筒561，使流送管路內(nèi)的壓力被平衡至井筒壓力570，直到終止這種壓力平衡575。然后，就使預(yù)先測試活塞開始重新循環(huán)工作580。泥漿就被從流送管路排入到井筒內(nèi)581，并且使預(yù)先測試活塞再循環(huán)582。當(dāng)希望執(zhí)行探查階段時，把下井儀設(shè)定好610，并終止接通流送管路與井筒620。
泥漿壓縮率與流送管路中的流體的壓縮率有關(guān)，流送管路中的流體通常全是鉆井泥漿。知道了泥漿壓縮率，就可以用來更好地確定線32的斜率(參照圖7的描述)，這樣又能改進對偏離點34的確定，該偏離點表示從地層的流動。知道了泥漿壓縮率的值，就可以使探查階段13更有效，并且能提供附加的途徑，以便進一步改進根據(jù)探查階段13得出的估算值，從而最終可改進那些從測量階段14得出的參數(shù)。
泥漿壓縮率Cm可以通過分析圖11A中的壓力曲線和相應(yīng)產(chǎn)生的壓力和體積數(shù)據(jù)來確定。特別是，泥漿壓縮率可以根據(jù)下列方程來確定，該方程為Cm=-1VdVdp]]>或者，等同于，qp=-CMVP.---(16)]]>其中，Cm是泥漿壓縮率(平方英寸/磅)，V是被截留的泥漿的總體積(立方厘米)，p是測得的流送管路壓力(磅/平方英寸)， 表示測得的流送管路壓力的時間變化率(磅/平方英寸·秒)，qp表示預(yù)先測試活塞速率(立方厘米/秒)。
為了獲得泥漿壓縮率的精確估算值，理想地是，收集更多的數(shù)據(jù)點來確定在泥漿壓縮率測量期間的壓力-體積的每個支線趨勢。在利用方程(16)來確定泥漿壓縮率時，已經(jīng)做出了一些通常的假定，特別是，壓縮率固定不變，在測量中所用的增大的預(yù)先測試體積與在流送管路中所截留的泥漿的總體積相比是很小的。
現(xiàn)在就來說明通過測量泥漿壓縮率來獲得更精確的偏離點34a。這種方法是這樣開始的，即，把探查階段13的初始部分的下降數(shù)據(jù)與已知斜率的線32a的數(shù)據(jù)擬合。利用先前確定的泥漿壓縮率、流送管路容積和預(yù)先測試活塞下降速率來確定出線32a的斜率。由于所述下降是以固定的且被精確控制的速率來進行的，并且流送管路中的流體的壓縮率是已知固定不變的并且已由上面所描述的試驗確定，因此，描述具有已知斜率a的這條直線的方程為p(t)=p+-qpV(0)Cmt=b-at---(17)]]>其中，V(0)是在膨脹開始時的流送管路的容積，Cm是泥漿壓縮率，qp是活塞解壓速率，p+是膨脹過程開始時的表觀壓力。假定V(0)遠(yuǎn)大于因預(yù)先測試腔室的膨脹而增大的容積。
由于已經(jīng)知道了斜率a，因此，為了完整地確定出方程(17)，唯一需要被確定的參數(shù)就是截距p+，即b。一般來說，p+是未知的，然而，當(dāng)屬于流送管路膨脹的線性趨勢的數(shù)據(jù)點與斜率為a的線擬合時，這些數(shù)據(jù)應(yīng)具有相似的截距。因此，當(dāng)流送管路膨脹的線性趨勢被確定之后，就可得出該截距p+的值。
確定出延伸的一些數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點位于斜率為a的線上，并且在給定的精度范圍內(nèi)。這條線表示真實的泥漿膨脹下降壓力趨勢。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都會知道，在把這些數(shù)據(jù)點擬合成一條線時，不必使所有的點都精確地位于這條線上。只要在一精度范圍內(nèi)把這些點擬合成一條線就足夠了，所述精度范圍是根據(jù)下井儀的特性和工作參數(shù)來選定的。通過這種方法，就可以避免不規(guī)則的趨勢，這些不規(guī)則的趨勢與早期的數(shù)據(jù)點相關(guān)，即，與那些大約在預(yù)先測試活塞下降開始時的那些數(shù)據(jù)點相關(guān)。最后，當(dāng)由這些點形成所述直線之后，從所述直線顯著偏離(或超出精度范圍)的第一點34a就是從下降壓力趨勢發(fā)生偏離的點。所述偏離點34a通常發(fā)生在這樣一個壓力處，即該壓力要大于通過直線外推來預(yù)測的壓力。這個點表明泥漿餅已發(fā)生破裂。
用于鑒別這些屬于流送管路膨脹線的數(shù)據(jù)點有各種不同的方法。當(dāng)然，任何方法的細(xì)節(jié)取決于怎樣來確定流送管路膨脹線、怎樣來選擇最大的間隔以及怎樣選擇測量精度等。
下面給出了兩種可以采用的方法，以便說明具體情況。在說明之前，先定義下面的各個項bk‾≡1N(k)(Σn=1N(k)pn+aΣn=1N(k)tn)=pn‾+atn‾---(18)]]>bk^≡medianN(k)(pk+atk),]]>以及(19)Sp,k2≡1N(k)Σn=1N(k)(pn-p(tn))2=1N(k)Σn=1N(k)(pn-p‾k+a(tn-t‾k))2---(20)]]>其中，一般來說，N(k)＜k表示從采集的k個數(shù)據(jù)點(tk，pk)中選擇的數(shù)據(jù)點的數(shù)目。根據(jù)具體情況，N(k)可以等于k。方程(18)和(19)分別表示固定斜率為a的最不直的線，和斜率為a的絕對偏離最小且經(jīng)過N(k)數(shù)據(jù)點的線，以及方程(20)表示在固定斜率的線周圍的數(shù)據(jù)的方差。
一種用于確定跨越最長時間間隔的斜率為a的直線的技術(shù)就是把采集到的這些單個數(shù)據(jù)擬合成斜率為a的一些線。這種擬合產(chǎn)生一系列截距{bk}，單個的bk可以這樣來算出bk＝pk+atk。如果相繼的bk值變得逐漸靠得更近并且最終都位于一個很窄的范圍內(nèi)，那么，與這些下標(biāo)相對應(yīng)的這些數(shù)據(jù)點就被用來擬合成最終的線。
具體地說，這種技術(shù)包括以下步驟 (i)從給出的一系列截距{bk}確定出一個中值 (ii)找出屬于集合Ik={i∈[2,···,N(k)]||bi-bk~|≤nbϵb}]]>的下標(biāo)，其中，nb是諸如2或3的數(shù)，其中εb可以按下列方程來確定ϵb2=Sb,k2=1N(k)(Sp,k2+a2St,k2)=1N(k)SP,K2---(21)]]>其中，最后的表示式是根據(jù)假定時間測量是準(zhǔn)確的而得出的。
另外，也可以非自然地來選擇eb，例如，εb＝Sp，k；(iii)使固定斜率為a的線與這些數(shù)據(jù)點擬合，其中的下標(biāo)屬于Ik；以及(iv)找出使得pk-bk*+atk>nsSp,k]]>的第一點(tk，Pk)，其中，bk*=bk^]]>或 這取決于對線進行擬合所采用的方法，ns是諸如2或3的數(shù)。圖11A中由34a所表示的這個點表明泥漿餅破裂，并且開始從地層流動。
另外一種可選用的方法是根據(jù)一種思路，即，隨著擬合線遇到真實的流送管路膨脹數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在固定斜率的線周圍的方差序列最終應(yīng)變得或多或少地固定。于是，本發(fā)明的方法可以按下述過程來實施(i)首先使固定斜率a的線擬合在tk前收集的數(shù)據(jù)。對于每組數(shù)據(jù)，根據(jù)P(tk)=b‾k-atk]]>來確定出一條線，其中， 是由方程(18)計算出的；(ii)利用方程(20)來構(gòu)建這方差{Sp，k2}序列，其中N(k)＝k；(iii)找出屬于集合Jk的連續(xù)的下標(biāo)，其中Jk={i∈[3,...,k]|Sp,k-12-Sp,k2>1kSp,k-12-(pk-(b‾k-atk))2};]]>(iv)固定斜率為a的線與具有Jk中的下標(biāo)的數(shù)據(jù)擬合。使N(k)為該集合中的下標(biāo)數(shù)；(v)把與這一系列固定斜率的直線的最后直線偏離的點作為第一點，所述這一系列直線具有位于上述集合中的下標(biāo)，所述第一點滿足pk-b‾k+atk>nxSp,k,]]>其中，ns是諸如2或3的數(shù)；(vi)確定出Smin2=minN(k){Sp,k2};]]>(vii)找出Jk中的點的子集，使得N={i∈Jk||pi-(b‾i-ati)|<Smin};]]>(viii)通過具有N中的下標(biāo)的一些點來擬合斜率為a的線；以及(ix)確定泥漿餅破裂為第一點(tk，Pk)，其中，pk-b‾k+atk>nsSp,k.]]>如先前的選擇一樣，這個點也由圖11A中的34a表示，這個點被指為是表明泥漿餅破裂，并開始從地層中流動。
一旦最佳擬合線32a和偏離點34a被確定，就可以參照圖7如前面所描述的那樣來確定終止點330a、上升過程370a和上升過程終止350a。然后，通過圖11A中的探查階段13中所產(chǎn)生的精確的參數(shù)來確定測量階段14。
參照圖13，圖中表示出了方法1c的另一個實施例，該實施例包括泥漿失水階段12。在這個實施例中，這種方法包括一個泥漿壓縮階段11a；一個泥漿失水階段12；一個探查階段13；以及一個測量階段14。圖14A表示出了相應(yīng)的壓力曲線，圖14B表示出了預(yù)先測試體積的變化率的圖形表述。在圖13所示的方法中，可以采用與參照圖10中的方法所描述的相同的下井儀。
圖14A和14B更詳細(xì)地表示出了泥漿失水階段12。泥漿失水階段12是在下井儀被設(shè)定后并在執(zhí)行探查階段13和測量階段14之前被執(zhí)行的。在泥漿失水階段12之前執(zhí)行改進的泥漿壓縮階段11a。
在圖15中更詳細(xì)地表示出了改進的壓縮率測試11a。改進的壓縮率測試11a包括與圖12中的壓縮率測試相同的步驟510-580。在步驟580之后，重復(fù)進行泥漿壓縮率測試的步驟511和512，即，把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內(nèi)511a，并且把流送管路與井筒隔離開512a。現(xiàn)在就可以設(shè)定所述下井儀610，并且在設(shè)定循環(huán)結(jié)束時，可以對流送管路進行隔離620，以便為泥漿失水階段、探查階段和測量階段作好準(zhǔn)備。
在圖16A中更詳細(xì)地表示出了泥漿失水階段12。泥漿失水階段從點710開始，流送管路中的泥漿體積被壓縮711，直到這種壓縮在點720處終止，然后流送管路壓力下降730。在初始壓縮之后，打開井筒內(nèi)的流送管路的連通751，平衡下井儀和井筒內(nèi)的壓力752，然后把流送管路與井筒隔離開753。
可選擇的是，如圖16B所示，可以執(zhí)行改進的泥漿失水階段12b。在這種改進的泥漿失水階段12b中，在開通流送管路751之前執(zhí)行第二次壓縮，包括對流送管路中的泥漿開始再壓縮的步驟731，把流送管路中的泥漿體積壓縮至更高的壓力740，終止再壓縮741。然后允許流送管路壓力下降750。然后，可以參照圖16A所描述的那樣來執(zhí)行步驟751-753。圖14A中的壓力曲線表示出了圖16B中的泥漿失水階段12b。
在另一種選擇12c中，如圖16C所示，在第一次壓縮711的流送管路壓力下降730之后執(zhí)行一個解壓縮循環(huán)，包括步驟開始對流送管路中的泥漿解壓縮760；解壓縮至一個低于井筒壓力的適當(dāng)?shù)膲毫?70；終止這種解壓縮780。然后允許流送管路壓力下降750。然后可按照前面參照圖16A所描述的那樣來重復(fù)進行步驟751-753。圖14A中的壓力曲線表示出了圖16C中的泥漿失水階段12c。
如圖14A中的壓力曲線所示，可以利用圖16B中的泥漿失水階段12b或者利用圖16C中的泥漿失水階段12c來執(zhí)行圖16A中的泥漿失水方法12?？蛇x擇地是，可以在泥漿失水階段期間實施圖16A-16C中所描述的一種或多種技術(shù)。
泥漿失水涉及通過沉積于井筒壁上的泥漿餅的泥漿的基體流體的失水以及確定在已有的井筒條件下的失水的體積速率。假設(shè)在測試期間泥漿餅特性保持不變，通過泥漿餅的失水速率可簡單地被表示為qf=CmVtP.---(22)]]>其中，Vt是被截留的泥漿的總體積(立方厘米)，qf表示泥漿失水速率(立方厘米/秒)；Cm表示泥漿壓縮率(平方英寸/磅)(其中，Cm是在改進的泥漿壓縮率測試11a期間被確定或被輸入)； 表示在圖14中的步驟730和750期間被測量的壓力下降速率(磅/平方英寸·秒)。方程(22)中的體積Vt表示在閥121a，124a和128a之間的流送管路的容積，如圖4所示。
對于泥漿餅來說，由于這些泥漿餅不能有效地對井筒壁進行密封，因此，在探查階段的流送管路解壓縮期間，泥漿滲透速率能占預(yù)先測試活塞工作速率的相當(dāng)大的一部分，如果不把這些考慮進去，那么就會導(dǎo)致從地層開始流動監(jiān)測到的點，即圖7中的點34有誤差。在流送管路解壓縮階段期間用于監(jiān)測從地層開始流動的點即圖7中的偏離點34的固定斜線的斜率a，在這種些情況下可以按下列方程來確定p(t)=p+-qp-qfV(0)Cmt=b-at---(23)]]>其中，V(0)是在開始膨脹時的流送管路的容積，Cm是泥漿壓縮率，qp是活塞解壓縮速率，qf是從流送管路通過泥漿餅失水進入地層的速率，以及p+是在開始膨脹過程時的表觀壓力，正如前面所描述的那樣，它是在確定偏離點34的過程期間被確定的。
一旦泥漿餅的失水速率qf和泥漿壓縮率Cm被確定，就可以在通過泥漿餅失水很大的情況下繼續(xù)進行從探查階段13估算地層壓力。
優(yōu)選地是，可以以自動的方式來實施本發(fā)明的實施例。此外，這些實施例既適用于井下鉆井下井儀，也適用于利用任何類型的諸如鉆桿、測井電纜索、連接油管或螺旋油管之類的工作管柱傳送到井筒內(nèi)的測井電纜地層測試器。有利地是，本發(fā)明的方法允許以最大時效性的方式用井下鉆井下井儀來執(zhí)行時間受限制的地層測試，從而可以避免或減小與停止的鉆井下井儀相關(guān)聯(lián)的潛在的一些問題。
下面將參照圖17A、17B和18來描述執(zhí)行探查階段測量的另一個實施例。在設(shè)定地層測試器805之前，最好根據(jù)上面所描述的那樣(圖中未示)來確定泥漿壓縮率。在確定了泥漿壓縮率之后并在設(shè)定地層測試器之前，由所述下井儀測得的壓力就是井筒流體壓力或泥漿靜壓力801。在下井儀被設(shè)定805之后，如圖4所示，預(yù)先測試活塞118a被驅(qū)動810，以固定且精確的速率來抽取流體，以便在要求的時間tpi815內(nèi)實現(xiàn)規(guī)定的壓降814。優(yōu)選地是，如果大概已知過平衡的話，理想的壓降(Δp)與在那個深度的預(yù)期的過平衡同一個數(shù)量級，但得小于該過平衡。過平衡是泥漿靜壓力和地層壓力之間的壓力差?；蛘呤?，理想的壓降(Δp)可以是大于“流動開始時的壓力”的最大期望值(例如200磅/平方英寸)的某個值(例如300磅/平方英寸)。對于本發(fā)明的這些實施例來說，實際的地層壓力是否在這個范圍內(nèi)并不重要。因此，在下面的描述中，假定地層壓力不在這個范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，為獲得這樣有限的壓降(Δp)，活塞下降速率可以由下面的式子來估算出qpt=-1tptCmVtΔp---(24)]]>其中，Cm是流送管路流體的壓縮率，其中假設(shè)流送管路流體與井筒流體相同；Vt是被截留在圖4所示的閥121a、124a和28a之間的流送管路103a內(nèi)的流體的體積；Δp是期望的壓降，tpi是預(yù)先測試下降的持續(xù)時間。
參照圖17A，17B和18，執(zhí)行本發(fā)明實施例的探查階段13b的一種方法包括步驟開始下降810，執(zhí)行受控的下降814。優(yōu)選地是，活塞下降速率被精確控制，以便使壓降和壓力變化速率能被適當(dāng)?shù)乜刂?。然而，不必以低的速率來?zhí)行所述預(yù)先測試(活塞下降)。當(dāng)?shù)竭_(dá)規(guī)定的增大的壓降時，就停止預(yù)先測試活塞，并終止所述下降816。于是，該壓力就可以進行平衡817，持續(xù)時間為tio818，該過程可以比下降持續(xù)時間tpi817長，例如，tio=2tpi.]]>在壓力被平衡之后，比較在點820處的穩(wěn)定壓力與在點810處開始下降時的壓力。此時，就作出決定是否要重復(fù)循環(huán)，圖18中819所示。這種決定的標(biāo)準(zhǔn)是看被平衡的壓力(例如在點820處)與在開始下降(例如在點810處)時的壓力的壓差是否達(dá)到了一個與期望壓降(Δp)基本一致的量。如果是，那么，就重復(fù)這個流送管路膨脹循環(huán)。
為了重復(fù)流送管路膨脹循環(huán)，例如，預(yù)先測試活塞被重新驅(qū)動，且象所描述的那樣進行下降循環(huán)，即，開始預(yù)先測試820，以與先前的循環(huán)大致相同的速率和持續(xù)時間826進行下降824，并達(dá)到精確的相同的量(Δp)，終止下降825，以及進行平衡830。此外，再對點820和830處的壓力進行比較，以便決定是否要重復(fù)這個循環(huán)。如圖17A所示，這些壓力顯著不同，并且基本上與從流送管路中流體膨脹中產(chǎn)生的期望壓降(Δp)一致。因此，循環(huán)被重復(fù)，830-834-835-840。所述“流送管路膨脹”循環(huán)被重復(fù)，直到相繼的穩(wěn)定壓力的壓差大致小于規(guī)定的/提出的壓降(Δp)，例如在圖17A中由點840和850所示。
在相繼的被穩(wěn)定的壓力之間的壓差大致小于規(guī)定的/提出的壓降(Δp)之后，“流送管路膨脹”循環(huán)可以被再重復(fù)一次，如圖17A中的850-854-855-860所示。如果在點850和860的穩(wěn)定壓力基本一致，例如，在計量計的可重復(fù)性的一個小倍數(shù)之內(nèi)，那么，這兩個值中的較大的那個值被作為地層壓力的第一估算值。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會知道，圖17A，17B，18中所表示出的過程只是解釋性的。本發(fā)明的實施例并不受執(zhí)行多少個流送管路膨脹循環(huán)的限制。此外，在相繼的被穩(wěn)定壓力的壓差大致小于所規(guī)定/提出的壓降(Δp)之后，就可以隨意地重復(fù)這個循環(huán)一次或多次。
從流送管路流體膨脹過渡到從地層發(fā)生流動的點被確定為圖17A中的點800。如果在點850和860處的壓力在被分配的穩(wěn)定時間的結(jié)束處相互一致，那么，就可以有利地允許壓力860繼續(xù)上升，并且利用在前面部分中所描述的過程(參見對圖8的描述)來終止這種上升，以便更好地獲得地層壓力的第一估算值。在前面的部分中描述這樣一種方法，即用這種方法來作出決定是繼續(xù)探查階段還是執(zhí)行測量階段，864-868-869，以便獲得地層壓力的最終估算值870。在測量階段被完成之后870，把探測器從井筒壁上脫離開來，并在一時限895使壓力恢復(fù)到井筒壓力874，并在881處達(dá)到穩(wěn)定。
如圖17A和18所示，一旦地層壓力和地層流動性的第一估算值在探查階段13b中被獲得，那么，所獲得的這些參數(shù)可以被用于建立測量階段14的預(yù)先測試參數(shù)，以便在分配給測試的時間內(nèi)形成更精確的地層參數(shù)。利用在探查階段13b所獲得的這些參數(shù)來設(shè)計測量階段14的預(yù)先測試參數(shù)的方法在前面已經(jīng)被描述過了。
在圖17A，17B和18所示的實施例中，規(guī)定了在流送管路膨脹階段的壓降(Δp)的大小。在另外可選的實施例中，如圖19和20所示，規(guī)定流送管路膨脹階段期間的體積增量的大小(ΔV)。在這個實施例中，以受控制速率在每個步驟中抽出固定且精確調(diào)節(jié)的流體體積(ΔV)，以便產(chǎn)生一壓降，該壓降可由下式得出Δp=-1CmVtΔV=-1CmVtqitqi]]>在這個實施例中所用的方法類似于描述圖17A，17B，18中所示實施例時所描述的方法。在設(shè)定地層測試器之前，最好確定泥漿壓縮率(圖中未示)。在確定泥漿壓縮率之后并在設(shè)定地層測試器之前，由下井儀所測得的壓力就是井筒壓力或泥漿靜壓力201。
參照圖19A，19B，20，在下井儀被設(shè)定之后205，啟動圖4所示的預(yù)先測試活塞118a。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，用于執(zhí)行探查階段13c的方法包括步驟開始下降210；以精確且固定的速率抽取流體214，直到預(yù)先測試腔室114a的容積增大規(guī)定的量(ΔV)。預(yù)先測試腔室的體積增大變化量可以在例如0.2至1立方厘米數(shù)量級。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會知道，規(guī)定的體積增量(ΔV)并不局限于這些示例性的體積，而是應(yīng)根據(jù)所截留的流體的總體積來進行選擇。流送管路所產(chǎn)生的膨脹導(dǎo)致在流送管路中產(chǎn)生壓降。
當(dāng)在預(yù)先測試腔室內(nèi)達(dá)到規(guī)定的增量時，預(yù)先測試活塞118a就被停止，并且使下降終止215。于是，流送管路中的壓力就可以進行平衡217，平衡的持續(xù)時間為toi218，這個持續(xù)時間要長于下降持續(xù)時間tqi216，例如，toi＝2tqi。在壓力平衡之后(如圖19A中的點220所示)，就決定是否重復(fù)“流送管路膨脹”循環(huán)219(圖20所示)。作出該決定的標(biāo)準(zhǔn)類似于對圖17A和圖18所示的實施例進行描述時所描述的標(biāo)準(zhǔn)。也就是，如果在穩(wěn)定或平衡之后，壓力(例如在點220)顯著地不同于在下降開始時(例如在點210)的壓力，并且壓差基本上與從流送管路中的流體膨脹所引起的期望的壓降一致，那么就重復(fù)“流送管路膨脹”循環(huán)。
為了重復(fù)“流送管路膨脹”循環(huán)，例如，就重新驅(qū)動預(yù)先測試活塞220，使流送管路被精確地膨脹相同的體積ΔV 224，并允許壓力進行穩(wěn)定230。此外，如果在點220和230處的壓力顯著不同，那么，基本上與從流送管路中的流體膨脹所引起的期望壓降一致，那么，就重復(fù)該循環(huán)，例如，230-234-235-240?！傲魉凸苈放蛎洝毖h(huán)被重復(fù)執(zhí)行，直到相繼的被穩(wěn)定的壓力例如圖19A所示的在點230和240處的壓力的壓差基本上小于因流送管路中的流體膨脹所引起的期望壓降。
在相繼的被穩(wěn)定的壓力的壓差基本上小于期望壓差之后，“流送管路膨脹”循環(huán)可以被再重復(fù)一次，如圖19A所示的240-244-245-250。如果在點240和250處的被穩(wěn)定的壓力基本上一致，那么，這兩個值中較大的那個值就表示地層壓力的第一估算值。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會知道，圖19A，19B，20中所示的方法只是解釋性的。本發(fā)明的實施例并不受執(zhí)行多少個“流送管路膨脹”循環(huán)所限制。此外，在相繼的被穩(wěn)定的壓力的壓差基本上小于期望壓降之后，就可以隨意地重復(fù)一次或多次循環(huán)。
從流送管路流體膨脹過渡到從地層發(fā)生流動的點被確定為圖19A中的點300。如果在點240和250處的壓力在被分配的穩(wěn)定時間結(jié)束時相互一致，并在選定的范圍內(nèi)(例如，計量計的可重復(fù)性的小倍數(shù))，那么，就可以有利地允許在250處的壓力繼續(xù)上升，并且利用在前面部分中所描述的過程(參見圖8)來終止這種上升，以便更好地獲得地層壓力的第一估算值。在前面的部分中描述了這樣一種方法，即用這種方法來作出決定是繼續(xù)探查階段還是執(zhí)行測量階段，250-258-259-260，以便獲得地層壓力的最終估算值260。在測量階段被完成之后260，把探測器從井筒壁上脫離開來，并在一時限295使壓力恢復(fù)到井筒壓力264，并在271處達(dá)到穩(wěn)定。
如圖19A和20所示，一旦地層壓力和地層流動性的第一估算值在探查階段13c被獲得，那么，所獲得的這些參數(shù)可以被用于建立測量階段14的預(yù)先測試參數(shù)，以便在分配給測試的時間內(nèi)形成更精確的地層參數(shù)。利用在探查階段13c所獲得的這些參數(shù)來設(shè)計測量階段14的預(yù)先測試參數(shù)的方法在前面已經(jīng)被描述過了。
在前面概述了用于確定泥漿壓縮率的方法。泥漿壓縮率取決于它的組成成分和流體的溫度及壓力。結(jié)果是，泥漿壓縮率通常隨著深度而改變。因此，理想的情況是，在原位置在執(zhí)行測試的位置附近測量泥漿壓縮率。如果下井儀結(jié)構(gòu)不允許按上述方式來確定泥漿壓縮率，那么，就可以采用下面所描述的另外的一些方法來估算處于原位置的泥漿壓縮率。
在根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中，地層測試器可以被設(shè)置在套管中，例如設(shè)置在套管靴附近，以便對套管形成流體密封。利用圖4所示的預(yù)先測試活塞118a來對測試器流送管路中所截留的井的流體進行壓縮和解壓縮。在上面已經(jīng)參照圖11A和11B對執(zhí)行泥漿壓縮率測試的方法進行了描述。一旦知道了預(yù)先測試活塞速率qp、壓力變化速率 以及所截留的體積V，就可以利用Cm=-qp/(Vp.)]]>來估算出泥漿壓縮率。
在這個特定的實施例中，執(zhí)行壓縮率測量的位置的實際垂向深度(因此溫度和壓力)可以顯著地不同于地層壓力被測量的位置的垂向深度。由于鉆井流體的壓縮率受溫度和壓力的影響，因此，必須對測得的壓縮率進行修正，以便估算在執(zhí)行測試的深度處的鉆井泥漿的壓縮率。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，利用傳統(tǒng)的壓力傳感器和溫度傳感器，在測量開始之前例如在圖17A所示的點801時采集井筒壓力和溫度信息。根據(jù)已知的鉆井泥漿特性和在原位置進行的溫度和壓力測量，就可以構(gòu)建出圖21所示的圖表，以便對溫度和壓力進行修正?；蛘呤?，可以利用本領(lǐng)域中已知的一些分析方法來計算出修正系數(shù)，當(dāng)把這些修正系數(shù)用于初始的壓縮率測量時就可以得出在執(zhí)行地層壓力測量的深度處的原位置的流送管路流體壓縮率。例如，可以參照在IADC/SPE論文47806，1998，E.Kartstad和B.S.Aadnoy所著的“在高壓高溫鉆井操作期間鉆井流體的密度狀態(tài)”(Density Behavior of Drilling FluidsDuring High Pressure High Temperature Drilling Operations)。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種方法中，在期望的井下溫度和壓力條件范圍中測量地表樣本的(例如泥漿坑)的壓縮率。然后，根據(jù)本領(lǐng)域中已知的一些方法，從泥漿密度和泥漿壓力以及泥漿溫度之間的已知的相互關(guān)系，來估算出在井下條件下的原位置的泥漿壓縮率。參照例如在LADC/SPE論文47806，1998，E.Kartstad和B.S.Aadnoy所著的“在高壓高溫鉆井操作期間鉆井流體的密度狀態(tài)”(Density Behavior of Drilling Fluids During High Pressure HighTemperature Drilling Operations)。
圖21表示出了對于基于油的泥漿和基于水的泥漿在流體壓縮率(Cm)和流體壓力(p)之間的典型的相互關(guān)系。圖中實線10表示對于典型的基于油的泥漿而言泥漿壓縮率隨著井筒壓力而變化的關(guān)系。圖中虛線11表示對于典型的基于水的泥漿而言泥漿壓縮率相應(yīng)的變化關(guān)系。附圖標(biāo)記7表示在地表上基于油的泥漿的壓縮率。附圖標(biāo)記8表示在套管靴處基于油的泥漿的壓縮率。附圖標(biāo)記9表示在套管靴以下的給定測量深度處基于油的泥漿的壓縮率。壓縮率修正值ΔC表示在套管靴處的基于油的泥漿壓縮率8與在測量深度處的基于油的泥漿壓縮率9之間的差值?？梢酝ㄟ^壓縮率修正值ΔC來調(diào)節(jié)在套管靴處測得的壓縮率8，以便確定出在測量深度處的壓縮率9。正如圖中虛線11所示，對于基于水的泥漿而言，壓縮率的變化和對應(yīng)的壓縮率修正值可以遠(yuǎn)小于由實線10所表示的基于油的泥漿壓縮率的修正值。
如上所述，在井下條件下，泥漿壓縮率，無論是在原位置直接測量，還是從其它的測量中推算出的，均可以被用于本發(fā)明的實施例中，以便提高在諸如在圖11A所示的探查階段和/或測量階段得出的地層特性估計值的精度。
盡管已經(jīng)采用有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在這里所作的公開內(nèi)容的啟示下都會知道，可以設(shè)計一些其它的實施例，而這些均未脫離在此所公開的本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明的范圍只應(yīng)當(dāng)由所附的技術(shù)方案來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于評估地下地層的方法，其包括(a)在測井下井儀中的一預(yù)先測試腔室與地層之間通過一流送管路建立起流體連通，所述流送管路中具有一初始壓力；(b)以受控方式來移動設(shè)置在預(yù)先測試腔室中的一預(yù)先測試活塞，以便把所述初始壓力減小至一下降壓力；(c)終止活塞的移動，以便允許下降壓力調(diào)節(jié)至一穩(wěn)定壓力；(d)重復(fù)步驟(a)-(c)，直到該穩(wěn)定壓力與初始壓力之間的壓差基本上小于一預(yù)定的壓降；以及(e)根據(jù)對這些壓力中的一個或多個進行分析，確定出至少一個井下參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過控制流送管路中的壓力減少、流送管路中的壓力變化率、預(yù)先測試腔室的容積增量變化中的一個或它們的組合，來控制預(yù)先測試活塞的移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟(c)的持續(xù)時間要比步驟(b)長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定何時終止步驟(c)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定步驟包括確定泥漿壓縮率、地層壓力、井筒壓力、流動性之一或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括測量井筒壓力、地層壓力之一或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括確定地層壓力和井筒壓力之間的壓差。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)該初始壓力和該穩(wěn)定壓力來確定地層壓力的一估算值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該初始壓力和該穩(wěn)定壓力中較大的一個就是地層壓力的估算值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定是否執(zhí)行一測量階段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，井下參數(shù)被用于設(shè)計執(zhí)行測量階段預(yù)先測試的條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括根據(jù)設(shè)計條件來執(zhí)行測量階段預(yù)先測試。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括根據(jù)初始壓力和下降壓力來估算泥漿壓縮率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括利用泥漿壓縮率來確定井下參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于確定至少一個井下地層參數(shù)的裝置和方法。該裝置包括一預(yù)先測試活塞，其可被設(shè)置成與地層流體連通；一系列流送管路計量計；一些閥，設(shè)置為選擇性地把地層流體和泥漿之一抽入到該裝置內(nèi)用于測量。其中的方法包括在測井下井儀中的一預(yù)先測試腔室與地層之間通過一流送管路建立起流體連通，所述流送管路中具有一初始壓力；以受控方式來移動設(shè)置在預(yù)先測試腔室中的一預(yù)先測試活塞，以便把所述初始壓力減小至一下降壓力；終止活塞的移動，以便允許下降壓力調(diào)節(jié)至一穩(wěn)定壓力；重復(fù)步驟，直到該穩(wěn)定壓力與初始壓力之間的壓差基本上小于一預(yù)定的壓降；以及根據(jù)對這些壓力中的一個或多個進行分析，確定出至少一個井下參數(shù)。
文檔編號E21B47/10GK101092874SQ20071013794
公開日2007年12月26日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月9日
發(fā)明者J·J·波普, J·-M·福利尼, J·-M·哈徹 申請人:施盧默格海外有限公司