專利名稱：使用壓力場(chǎng)特征預(yù)測(cè)注入井異常的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此公開的實(shí)施例大體上涉及在CRI操作期間確定處理地層或巖層的斷裂行為 的方法。
背景技術(shù)：
在鉆井中，使用鉆頭鉆入地殼數(shù)千英尺。通常，石油鉆塔采用在鉆井平臺(tái)上面 延伸的井架。在鉆井操作期間，井架支撐端部到端部連接的鉆管的接合之后的鉆管接頭 (joint)。當(dāng)鉆頭向地下更深地推進(jìn)時(shí)，附加的鉆管被增加到不斷加長的“管柱”或“鉆柱或 鉆具組”。因此，鉆柱包括多個(gè)鉆管的接頭。流體“鉆井泥漿”通過鉆柱或鉆具組從鉆井平臺(tái)被抽取到支撐在鉆柱的下端或末 端的鉆頭。鉆井泥漿使鉆頭潤滑，并帶走在鉆入更深時(shí)鉆頭產(chǎn)生的鉆井巖屑。通過井環(huán)狀 空間該巖屑被鉆井泥漿的回流攜帶，并返回地層表面的鉆井平臺(tái)。當(dāng)鉆井泥漿到達(dá)平臺(tái)時(shí)， 鉆井泥漿混合有工業(yè)上已知的頁巖和巖石的小碎片以及碎塊或鉆井巖屑。一旦鉆井巖屑、 鉆井泥漿以及其他廢棄物到達(dá)平臺(tái)，通常使用“泥漿振動(dòng)篩(shale shaker)”從鉆井巖屑中 去除鉆井泥漿，使得鉆井泥漿可以再利用。然后，殘余的鉆井巖屑，廢棄物，以及殘余的鉆井 泥漿被轉(zhuǎn)移至貯存槽進(jìn)行處理。某些情況下，例如特定種類的鉆井泥漿，鉆井泥漿不能再利 用而必須被處理。通常，通過利用容器將鉆井泥漿運(yùn)至處理地點(diǎn)將不可回收的鉆井泥漿與 鉆井巖屑和其他廢棄物分離進(jìn)行處理。鉆井巖屑和鉆井泥漿的處理是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境問題。鉆井巖屑不僅包括殘余的會(huì) 污染周圍環(huán)境的鉆井泥漿產(chǎn)物，特別是在海洋環(huán)境中鉆井時(shí)，還可能包括對(duì)環(huán)境特別有害 的油和其他廢物。處理含油污染的巖屑的一種方法是，采用巖屑回注(CRI)操作將巖屑回注到地層 或巖層中。該過程的基本步驟包括識(shí)別適合注入的地層或巖層；準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)淖⑷刖?；配?泥漿，包括考慮諸如重量，固體含量，PH，凝膠等因素；實(shí)施注入操作，包括確定和監(jiān)控泵速， 例如每單位時(shí)間和壓力的體積；以及蓋井。因此，需要一種在CRI操作中確定處理巖層的斷裂行為的方法。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，在此公開的實(shí)施例涉及一種設(shè)計(jì)在向巖層回注巖屑期間響應(yīng)巖層斷裂行 為的方法，所述方法包括獲取一個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征；解釋這個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征 以確定所述巖層的斷裂行為；基于所述巖層的斷裂行為確定一種解決方案；以及實(shí)施所述 解決方案。另一方面，在此公開的實(shí)施例涉及一種評(píng)估巖屑回注操作的地下風(fēng)險(xiǎn)的方法，所 述方法包括獲取一個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征；解釋所述壓力場(chǎng)特征以確定所述巖層的斷裂 行為；表征與所確定的所述巖層的斷裂行為相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)；以及基于所表征的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施解決方案。
通過以下的描述和未決的權(quán)利要求，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。


圖1示出壓力場(chǎng)特征的解釋和異常識(shí)別的方法。圖2示出關(guān)井后立即進(jìn)行CRI操作的常態(tài)壓力場(chǎng)特征。圖3示出表示井身貯存壓力下降行為的壓力場(chǎng)特征。圖4示出表示裂紋貯存壓力下降行為的壓力場(chǎng)特征。圖5示出表示下降壓力反彈的壓力場(chǎng)特征。圖6示出表示覆蓋層上注入的壓力場(chǎng)特征的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式一方面，在此公開的實(shí)施例涉及解釋CRI操作的壓力行為。另一方面，在此公開的 實(shí)施例涉及評(píng)價(jià)對(duì)地下鉆井系統(tǒng)和周圍巖層造成的潛在的風(fēng)險(xiǎn)和影響。泥漿分批處理(即，將達(dá)到要求的泥漿注入到處理巖層中，然后在注入后等待一 段時(shí)間)允許裂紋一定程度上機(jī)械地封閉，消除了在處理巖層中壓力的積聚。然而，通常處 理巖層中的壓力由于注入的固體的存在(即，存在于鉆井巖屑泥漿中的固體)而增大。將要被注入的泥漿應(yīng)保持在計(jì)算的參數(shù)范圍內(nèi)以減少裂紋堵塞的機(jī)會(huì)。為了監(jiān)控 泥漿，通常以定期原則檢查流變參數(shù)(rheological parameter)以確保泥漿具有預(yù)定的特 征。例如，一些系統(tǒng)在注入前并入對(duì)泥漿粘度和密度的連續(xù)測(cè)量。必須避免向環(huán)境丟棄有害的廢棄物，并且必須確保廢棄物的保持或密封滿足嚴(yán)格 的政府規(guī)定。在操作過程期間中考慮的重要的容納或密封因素包括如下注入的廢棄物的 位置和貯存的機(jī)制；注入井身或環(huán)狀空間的容量；是應(yīng)該在目前的區(qū)域繼續(xù)注入還是在不 同的區(qū)域繼續(xù)注入；是否應(yīng)該鉆另一個(gè)處理井；對(duì)適當(dāng)?shù)膹U棄物容納或密封必要的所需的 操作參數(shù)；以及在泥漿運(yùn)輸中對(duì)固體懸浮液必要的操作的泥漿設(shè)計(jì)參數(shù)。CRI操作的建模和處理廢棄物程度的預(yù)測(cè)有利于解決這些容納或密封因素，并有 利于確保處理的廢棄物安全且合法的容納或密封。斷裂的建模和預(yù)測(cè)也有利于研究影響將 來鉆井的CRI操作，例如所需的井距，巖層壓力增加，等。徹底了解CRI操作中的貯存機(jī)制 對(duì)于預(yù)測(cè)注入的達(dá)到要求的泥漿的可能范圍和預(yù)測(cè)注入井的處理容量是關(guān)鍵。如在此采用 的，貯存機(jī)制可以指的是泥漿貯存在巖層中的模型或方法，包括，例如，注入巖層的方法，注 入裂紋的方法，裂紋生長，以及裂紋幾何形狀的改變。一旦由斷裂模擬計(jì)算了裂紋閉合所需的關(guān)井(shut-in)時(shí)間，接下來分批注入可 能引起已存在的裂紋重新開裂，并可能產(chǎn)生二次的遠(yuǎn)離井身附近區(qū)域的分支裂紋。這種情 形由局部應(yīng)力、由之前注入造成的孔壓力的改變以及巖層特征來決定。分支裂紋的位置和 取向還依賴于應(yīng)力的各向異性。例如，如果存在強(qiáng)烈的應(yīng)力各向異性，那么裂紋緊密地間 隔，然而，如果不存在應(yīng)力各向異性，則裂紋廣泛傳播。注入過程中，這些裂紋如何分布以及 形狀和范圍如何改變可能是確定處理井的處理容量的重要因素。通常，對(duì)CRI操作和巖層斷裂的建模和模擬不會(huì)在CRI操作期間提供即時(shí)的或?qū)?時(shí)的結(jié)果。此外，對(duì)CRI操作的建模和模擬不揭示巖層斷裂行為的原因。然而，在此公開的 實(shí)施例提供了一種觀測(cè)、識(shí)別和解釋在CRI操作期間觀測(cè)到的共同的壓力場(chǎng)特征的方法。此外，在此公開的實(shí)施例可以提供一種用于在CRI操作期間設(shè)計(jì)用以響應(yīng)巖層斷裂行為的方法。為了在CRI操作中提高安全性，可以連續(xù)地監(jiān)控在注入和關(guān)井后壓力下降期間的壓力響應(yīng)。容易實(shí)施的與深處壓力分析結(jié)合的注入壓力監(jiān)控可以幫助診斷在抽吸和關(guān)井時(shí) 期的期間的斷裂行為，并且有助于估計(jì)關(guān)鍵裂紋和巖層參數(shù)。另外，連續(xù)的裂紋診斷可以幫 助追蹤諸如裂紋長度、寬度和方向的機(jī)械參數(shù)的長期的發(fā)展變化，并幫助評(píng)估通過注入廢 棄物對(duì)處理的和周圍的巖層造成的整體影響。CRI的首要目標(biāo)是，通過利用間歇的分批注入獲得環(huán)境安全和鉆井廢棄物的無故 障的地下處理。因此，作為對(duì)于地下風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和表征的一個(gè)有效的工具，壓力分析的重要 性是首要的。在循環(huán)注入期間重復(fù)地觀察到的各種壓力場(chǎng)特征的深入解釋可以用于揭示和 理解地下風(fēng)險(xiǎn)的性質(zhì)，表征可能的原因，以及全面地評(píng)估對(duì)地下系統(tǒng)的未來影響。適當(dāng)和及 時(shí)的壓力場(chǎng)特征的解釋有助于保證連續(xù)的CRI操作，延長注入井的壽命，以及最大化井的 處理容量。相反地，缺少地下廢棄物注入實(shí)驗(yàn)以及忽視明顯的壓力場(chǎng)特征可能潛在地導(dǎo)致 不可預(yù)料的注入損失，這會(huì)增加再次填充井的費(fèi)用或者導(dǎo)致額外的注入井鉆井。下面介紹解釋壓力場(chǎng)特征的方法。下面介紹是，在全球各種CRI工程的注入期間 經(jīng)常觀測(cè)和識(shí)別到的五種最普遍的壓力場(chǎng)特征的解釋。壓力場(chǎng)特征解釋的使用可以為CRI 操作中觀測(cè)的非理想壓力行為提供更好的解釋，可以估計(jì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)地下系統(tǒng)的影 響，以及可以基于巖層的已確定的斷裂行為提供一種解決方案或行為。解釋壓力場(chǎng)特征的方法來自CRI操作的壓力場(chǎng)特征可被解釋以更好地理解和解決在CRI操作中觀測(cè)到的 非理想壓力行為。另外，操作員能夠估計(jì)由CRI操作引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)地下系統(tǒng)的影響。 在一個(gè)實(shí)施例中，壓力場(chǎng)特征可以包括表示一段時(shí)期內(nèi)測(cè)得的多個(gè)壓力測(cè)量值的曲線。這 種表示壓力場(chǎng)特征的曲線在圖2-6中示出。在另一實(shí)施例中，壓力場(chǎng)特征可以包括在一段 時(shí)期內(nèi)測(cè)得并以為格形式示出的的多個(gè)壓力測(cè)量值。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員都能意識(shí)到，壓 力場(chǎng)特征可以包括任何已知的用于表示在一段時(shí)期內(nèi)測(cè)得的多個(gè)壓力測(cè)量值的表現(xiàn)形式。參照?qǐng)D1，在一個(gè)實(shí)施例中，可以確定CRI操作中的一段預(yù)選定時(shí)間段的壓力場(chǎng)特 征，如120所示。壓力場(chǎng)特征可通過現(xiàn)有技術(shù)中的任何裝置確定，并且可以在諸如注入、關(guān) 井后、裂紋閉合期間以變化的時(shí)間間隔或在CRI操作中連續(xù)地獲取。然后，對(duì)于每個(gè)時(shí)間段解釋所獲得的壓力場(chǎng)特征以確定巖層的斷裂行為，如122 所示。一個(gè)實(shí)施例中，如下所述，壓力場(chǎng)特征可以與識(shí)別為表示巖層的地下條件或斷裂行為 的壓力場(chǎng)特征對(duì)比。例如，關(guān)井后立即獲取的壓力場(chǎng)特征可以包括壓力下降線上的基本上 直的線。通過將獲取的壓力場(chǎng)特征與已識(shí)別的壓力場(chǎng)特征比較，操作者可以確定井身貯存 的壓力下降表明井身與裂紋之間的流體連通已經(jīng)被限制(下面參照?qǐng)D3進(jìn)行詳細(xì)的討論)?；谟蓧毫?chǎng)特征122解釋的斷裂行為或地下行為，可確定解決方案124并隨后 實(shí)施126。例如，如果操作者確定井身與巖層之間的已經(jīng)發(fā)生連通限制，可以向井下注入海 水以防止固體沉淀和/或減輕巖層的應(yīng)力，由此減小或消除連通限制。一個(gè)實(shí)施例中，與斷裂行為相關(guān)的地下風(fēng)險(xiǎn)可以以由低到高風(fēng)險(xiǎn)的范圍來表示或 以表示風(fēng)險(xiǎn)的由低到高范圍的數(shù)字范圍來表征。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以解釋壓力場(chǎng)特 征，并且確定巖層的斷裂行為。那么，操作者可以歸類或者表征這種斷裂行為的風(fēng)險(xiǎn)。例如，如果操作者確定裂紋包含水平分量，操作者可以評(píng)估該裂紋水平分量與設(shè)計(jì)的井軌跡交叉的風(fēng)險(xiǎn)。在這個(gè)例子中，操作者可以將該裂紋行為表征為高風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)井 的鉆井失敗。其他實(shí)施例中，壓力場(chǎng)特征可以解釋為表示常態(tài)(normal)的壓力下降。同樣 地，操作者可以將該裂紋行為描述為低風(fēng)險(xiǎn)。因此，基于巖層斷裂行為確定的解決方案可以 包括不采取行動(dòng)或繼續(xù)CRI操作。在其他實(shí)施例中，與斷裂行為相關(guān)的地下風(fēng)險(xiǎn)可以包括 確定諸如與斷裂行為相關(guān)的井處理容量、預(yù)期的由于斷裂行為引起的壓力改變以及預(yù)期的 裂紋的幾何形狀變化。常杰的壓力下降在關(guān)井后的期間經(jīng)常觀察到常態(tài)的壓力(或者常規(guī)的壓力下降)。圖2表示代表 常態(tài)壓力下降的示例的壓力場(chǎng)特征。常態(tài)壓力由裂紋閉合和巖層的瞬間反應(yīng)確定，并指示 裂紋與井身之間開放的(或不受限制的)連通。通常，在壓力下降期間區(qū)別出兩個(gè)不同的 時(shí)間段裂紋閉合時(shí)間段和瞬變形成時(shí)間段。裂紋閉合時(shí)間段期間的裂紋行為由流體損失特性(即，從裂紋流失到巖層的流體 體積)和物質(zhì)平衡關(guān)系控制。裂紋閉合時(shí)間段期間的壓力下降反映裂紋長度變化和高度變 化。裂紋穿透最初增加，直到最終向井身倒退回去。最初的裂紋延伸一般是由于貯存的泥 漿容量的從井身附近的大范圍的裂紋到裂紋尖端區(qū)域的重新分布而造成的。同時(shí)，由于裂 紋中壓力減小(即，凈壓力)，高度會(huì)從任何較高的應(yīng)力阻擋物回落。通過觀察壓力場(chǎng)特征 的壓力下降曲線的形狀，可以確定增長到較高應(yīng)力阻擋物(如，容納或密封區(qū)域)的裂紋高 度。例如，一個(gè)向下凹的壓力下降特征圖指示表示裂紋高度的增長沒有達(dá)到較高的應(yīng)力裂 紋容納或密封區(qū)域。相反地，向上凸起的壓力下降特征圖表示大量的生長到較高的應(yīng)力阻 擋物區(qū)域的裂紋高度。根據(jù)公開的本實(shí)施例，地下情形可由這種壓力下降特征圖來確定。例如，向上凸起 的壓力下降特征圖可能意味著，裂紋中的流體從較高應(yīng)力區(qū)域(根據(jù)高度回落)重新分布 到主要裂紋主體。通常，當(dāng)凈壓力變成等于注入?yún)^(qū)域與較高應(yīng)力阻擋物區(qū)域之間的應(yīng)力差 的大約0.4倍時(shí)，發(fā)生裂紋中的流體從較高應(yīng)力區(qū)域到主要裂紋主體的重新分布。通過利 用專門的時(shí)間G-函數(shù)，通常作為G值圖，從壓力下降特征圖中可以估計(jì)流體效率和流體漏 損系數(shù)(例如參見，美國專利US6076046，發(fā)明人Vasudevan，在此通過參考引用)。然而， G-斜率的應(yīng)用與那些在常規(guī)油井測(cè)試數(shù)據(jù)的解釋中看到的一樣具有不確定性。瞬變形成時(shí)間段期間的壓力下降，或者裂紋閉合后的壓力，涉及注入巖層響應(yīng)。在 瞬變形成時(shí)間段期間，壓力響應(yīng)變得較少依賴于開放的裂紋的機(jī)械響應(yīng)，而較多地依賴于 在注入巖層內(nèi)的瞬間壓力響應(yīng)。瞬變形成時(shí)間段壓力下降的特征首先(如果不是全部)由 受到流體漏損過程(流體遷移到斷口面)干擾的注入巖層的響應(yīng)來決定。該瞬變形成時(shí)間 段期間，貯存器可能首先表現(xiàn)出巖層的線性流動(dòng)，接著是瞬態(tài)行為，而最后是長期的擬徑向 (pseudo-radial)流動(dòng)。瞬變形成時(shí)間段期間的壓力下降提供由標(biāo)準(zhǔn)油井試驗(yàn)(即，傳輸率 和巖層壓力)傳統(tǒng)地確定的信息，且完成了一系列裂紋壓力分析，其提供一組完整的由斷 裂過程發(fā)展一種影響或結(jié)果的唯一表征所需的數(shù)據(jù)。通常，CRI操作的常態(tài)壓力場(chǎng)特征表示地下系統(tǒng)的沒有任何潛在風(fēng)險(xiǎn)，且可以被看 作安全的壓力場(chǎng)特征。正常的壓力場(chǎng)特征可以被用于評(píng)估在裂紋閉合過程中的裂紋行為， 以及用于評(píng)估主要裂紋和巖層參數(shù)。因此，根據(jù)目前公開的實(shí)施例，與如圖2—樣，CRI操作期間的表示常態(tài)壓力下降的壓力場(chǎng)特征可以指示操作者，巖層的裂紋行為沒有暗示地下 系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。所以，操作者可以繼續(xù)CRI操作而不用采取進(jìn)一步行動(dòng)。井身貯存的壓力下降 圖3表示關(guān)井后立即進(jìn)行CRI操作的壓力場(chǎng)特征。井身貯存壓力下降特征圖表示 井身與巖層之間的限制。可能由井身和巖層之間例如通過來自先前注入或者固體減少和沉 淀的粘性液體帶來的密封引起該限制。也可能由諸如水泥在注入點(diǎn)偶然引入的機(jī)械限制引 起該限制。井身貯存壓力響應(yīng)還可以是在一個(gè)密封容積中流體壓縮或膨脹的結(jié)果。巖層密 封阻止裂紋和井身之間的充分的流體連通，并造成井身中的密封容積。如圖3所示，井身貯 存壓力下降時(shí)間段的持續(xù)時(shí)間依賴于人為限制以及井身流體的可壓縮性的程度，且可以清 楚地以位于關(guān)井后立即發(fā)生壓力下降線上的直線段表征，如302所示。在該時(shí)間期間的壓 力下降不再表示裂紋響應(yīng)，并且裂紋參數(shù)也不能確定。在許多例子中，在關(guān)井后立即顯示的井身貯存壓力場(chǎng)特征表示在注入點(diǎn)處人為地 引入的限制的警告信號(hào)。由于注入間隔的可能的密封，在關(guān)井后立即觀察到的井身貯存壓 力行為表示潛在的井堵塞的較高風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)在注入懸浮液時(shí)間段期間發(fā)生顆粒沉淀時(shí)，潛在 的油井堵塞的風(fēng)險(xiǎn)加重。考慮到CRI操作中油井堵塞導(dǎo)致最嚴(yán)重的故障，關(guān)井后立即觀察 到的任何井身貯存壓力行為以及注入間隔的局部密封的根本原因必須被密切地監(jiān)控、評(píng)價(jià) 和徹底地研究。仍然參照?qǐng)D3，圖中示出了在CRI方案環(huán)狀空間注入期間，用水泥粘合95/8英寸的 外殼的同時(shí)，關(guān)井后立即觀察到的井身貯存壓力場(chǎng)特征。在這個(gè)例子中，實(shí)際的水平比最初 設(shè)計(jì)的高。結(jié)果，水泥橋接裸眼注入間隔的部分，并在注入點(diǎn)引入人為的限制。這在壓力場(chǎng) 特征中立即通過關(guān)井后井身貯存壓力行為(即，302處所示的直線部分)反映出來，并隨后 由水泥評(píng)價(jià)記錄(log證實(shí)。因此，根據(jù)本公開的實(shí)施例，與圖3類似，在CRI操作期間表示關(guān)井后井身貯存壓 力下降的壓力場(chǎng)特征可以指示操作者，井身與裂紋之間的流體連通已經(jīng)被限制。因此，在一 個(gè)實(shí)施例中，操作者可以實(shí)施海水注入以阻止固體沉淀和/或以釋放巖層中的應(yīng)力。替換 地，酸可以泵入井下以解除機(jī)械性限制并恢復(fù)井身與裂紋之間的正常交換。整體上，如圖3 所示的這種類型的壓力場(chǎng)特征表示井或裂紋堵塞的高風(fēng)險(xiǎn)；因此，需要密切地監(jiān)控壓力場(chǎng) 特征，并迅速采取正確的措施。裂紋貯存壓力下降現(xiàn)在參考圖4，圖中示出表示裂紋貯存壓力下降的壓力場(chǎng)特征。裂紋貯存壓力場(chǎng)特 征一般表現(xiàn)為在裂紋閉合后的時(shí)間段期間里的壓力與時(shí)間之間的線性關(guān)系(即，壓力下降 線上404處所示的的直線部分)。通常，裂紋貯存壓力下降由在閉合后在被限制或密封的 裂紋邊界內(nèi)的壓力跳動(dòng)或振動(dòng)造成，如406所示。由在先前的注入形成的斷口面處的濾餅 (filter cake)(如，殘留的聚合物和固體顆粒)或?qū)嗫诿娴膿p傷造成裂紋邊界密封。當(dāng) 流體損耗導(dǎo)致裂紋寬度不足，或者當(dāng)脫水導(dǎo)致固體泥漿在裂紋尖端橋接時(shí)，相似的裂紋限 制或密封還可以在端部脫砂(tip screen-out (TSO))期間觀察到(即，當(dāng)高濃度的砂礫或 壓力支撐劑(proppant)到達(dá)裂紋尖端，并中斷了進(jìn)一步的裂紋延伸)。假定井身儲(chǔ)量對(duì)整個(gè)貯存特性曲線的影響較小，在裂紋貯存時(shí)間段期間壓力行為 受裂紋中的流體貯量支配。裂紋貯存壓力主要由于在裂紋可以有效地傳遞壓力并且相對(duì)于注入巖層具有較高的滲透性的密封的裂紋容積中的流體壓縮或膨脹而發(fā)生。通常在裂紋機(jī) 械地靠近巖屑固體后觀察到裂紋貯存壓力，因此，允許流體和壓力重新分布到裂紋中。影響 裂紋貯存持續(xù)時(shí)間的因素可以包括裂紋和注入巖層之間的滲透性和壓力差異，以及在斷口 面產(chǎn)生的危害的嚴(yán)重性。根據(jù)目前公開的實(shí)施例，與圖4類似，在CRI操作期間表示裂紋貯存壓力下降的壓 力場(chǎng)特征可以指示操作者，裂紋斷口面可能被損壞，因而造成裂紋封閉。因此，在一個(gè)實(shí)施 例中，操作者可使用G-函數(shù)圖形重新評(píng)估從裂紋到巖層的流體滲漏，并通過用更新的流體 滲漏和主要的裂紋參數(shù)(如，裂紋封閉壓力)實(shí)施額外的裂紋模擬評(píng)估裂紋封閉。
下降壓力反彈現(xiàn)在參照?qǐng)D5，圖中示出表示下降壓力反彈的壓力場(chǎng)特征。在示出的實(shí)施例中，當(dāng) 注入中斷或暫停一段長時(shí)間，在關(guān)井后的壓力下降期間已經(jīng)觀察到表面壓力的反彈，如508 所示。同時(shí)，在CRI操作期間，注入井中的鉆井或生產(chǎn)活動(dòng)可能增加壓力反彈的幅度。壓力 下降最初下降到裂紋封閉壓力以下，且持續(xù)下降直到井身流體開始升溫，因此影響井身中 的流體靜力學(xué)壓力。由于在鉆井和/或產(chǎn)油期間產(chǎn)生的熱量，井身流體可能升溫。當(dāng)井身 流體的溫度升高，流體靜壓頭(hydrostatic head)減小，由此引起表面壓力增大(即，壓力 反彈效應(yīng))。反彈期間的壓力增大的幅度與井身中流體溫度的升高成比例。雖然壓力在反彈期 間增加，由于熱彈性對(duì)巖層的影響，裂紋不會(huì)再啟動(dòng)(re-initiated)。也就是說，井身的溫 度變化改變了應(yīng)力狀態(tài)，特別是改變了井身附近區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)。典型地，在中止期間，巖 層升溫導(dǎo)致附加的水平應(yīng)力分量，同時(shí)在井身附近區(qū)域的巖層升溫提高了常態(tài)壓力。因此， 井身流體升溫可導(dǎo)致需要用以克服井身附近區(qū)域中附加的熱應(yīng)力以啟動(dòng)裂紋的較高的臨 界壓力。與過度的井身流體升溫相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)首先涉及表面上較高的注入壓力，且不能在預(yù) 設(shè)的表面壓力極值內(nèi)注入。這樣，一個(gè)實(shí)施例中，在延長的中斷期間，通過維持定期的海水 注入，有效冷卻靜態(tài)的井身流體，可以減小井身附近的熱彈性應(yīng)力分量。結(jié)果，在中斷時(shí)間 段之后需要較少的壓力以啟動(dòng)裂紋，且表面注入壓力可保持在最大極值以下。覆蓋層上的注入現(xiàn)在參考圖6，表示覆蓋層上注入的壓力場(chǎng)特征在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上示出。如這里所使用 的，覆蓋層指的是覆蓋感興趣的地下區(qū)域或位置的巖層或砂礦。如果注入壓力小于覆蓋層 應(yīng)力，裂紋可以僅沿垂直平面?zhèn)鞑ァＨ欢?，在深度淺的條件下進(jìn)行注入或在地殼構(gòu)造活躍沖 斷層環(huán)境中的巖層中進(jìn)行注入的情形中，覆蓋層壓力可為最小的主應(yīng)力。在這種深度淺的 條件下，裂紋可在垂直平面和水平平面中傳播。這種幾何結(jié)構(gòu)被稱為T-形裂紋，且在注入 壓力稍大于覆蓋層應(yīng)力的時(shí)候發(fā)生。在注入壓力稍大于覆蓋層壓力期間壓力響應(yīng)提供了用以確定裂紋平面是否完全 垂直或是否還包括水平分量的診斷基礎(chǔ)。當(dāng)裂紋壓力基本上是常數(shù)且大約等于或高于巖層 的覆蓋層應(yīng)力時(shí)，產(chǎn)生了水平分量(在水平方向上傳播)，如圖6所示。在注入壓力超過覆 蓋層后，由于傳播的水平分量占優(yōu)，垂直分量的滲透變得不再有效。水平的裂紋分量增大了可用于流體損失的區(qū)域，降低了流體效率，并限制了裂紋 寬度。水平分量上過多的流體損失以及受限的裂紋寬度可以導(dǎo)致在注入過程中過早的篩分或裂紋堵塞。水平裂紋可以提供擴(kuò)大的具有較大處理容量的覆蓋區(qū)域。然而，由于與水平裂紋和設(shè)計(jì)的內(nèi)插鉆井的軌跡相交相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，這種水平裂紋可能需要詳盡地評(píng)估。覆蓋 層壓力的大小可以通過密度記錄估計(jì)，并與作為壓力分析的一部分的注入壓力的大小進(jìn)行 比較。根據(jù)公開的本實(shí)施例，與圖6類似，在CRI操作期間的表示覆蓋層上注入的壓力場(chǎng) 特征可用于確定巖層中裂紋的幾何形狀。操作者可以確定一個(gè)解決方案，以減小過多的流 體損失和/或增加裂紋寬度以阻止注入過程中過早的脫砂或裂紋堵塞。如果壓力場(chǎng)特征指 示裂紋可能包括水平分量，則操作者可以例如重新設(shè)計(jì)未來的井的軌跡，以避免與裂紋的 水平分量相交。此外，操作者可以以定期原則對(duì)壓力場(chǎng)特征的細(xì)節(jié)進(jìn)行解釋，以避免過早的 脫砂，特別是在井身的附近區(qū)域或在裂紋的垂直分量與水平分量之間的交點(diǎn)處的過早的脫 砂。有利地，在此公開的實(shí)施例提供了一種確定CRI操作中巖層的斷裂行為的方法。 進(jìn)一步，在此公開的實(shí)施例可提供一種通過允許操作者確定CRI操作中的斷裂行為或巖層 以及地下情況對(duì)井處理容量進(jìn)行最優(yōu)化的方法。在此公開的其他實(shí)施例中，提供了一種用 于基于通過對(duì)壓力場(chǎng)特征進(jìn)行解釋確定的斷裂行為確定一種解決方案并實(shí)施解決方案的 方法。有利地，在此公開的實(shí)施例可以給操作者提供一種在CRI操作中解決非理想的壓 力行為的方法，以及一種估計(jì)CRI操作對(duì)地下系統(tǒng)和巖層帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)和影響的方法。雖然發(fā)明人已經(jīng)描述了有限個(gè)的實(shí)施例，受益于本發(fā)明的本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí) 到發(fā)明的其他實(shí)施例不會(huì)偏離于此公開的發(fā)明范圍。因此，發(fā)明的范圍只應(yīng)被相關(guān)的權(quán)利 要求所限定。
權(quán)利要求
一種設(shè)計(jì)在向巖層回注巖屑期間對(duì)巖層斷裂行為的響應(yīng)的方法，所述方法包括步驟獲取一個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征；解釋這個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征以確定所述巖層的斷裂行為；基于所述巖層的斷裂行為確定一種解決方案；以及實(shí)施所述解決方案。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，解釋所述壓力場(chǎng)特征的步驟包括確定所述壓力場(chǎng) 特征為由下列構(gòu)成的組中的一種常態(tài)壓力下降、井身貯存壓力下降、裂紋貯存壓力下降、 下降壓力反彈和覆蓋層上注入。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括獲取在實(shí)施所述解決方案后的一個(gè)時(shí)間段的第二 壓力場(chǎng)特征，并確定所述解決方案是否影響所述斷裂行為。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括表征所述斷裂行為的地下風(fēng)險(xiǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，確定所述解決方案包括確定所述斷裂行為的成因。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括產(chǎn)生所述壓力場(chǎng)特征的直觀表示。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，解釋所述壓力場(chǎng)特征的步驟包括將所述壓力場(chǎng)特 征與已知的壓力場(chǎng)特征對(duì)比。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述時(shí)間段包括裂紋閉合期。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述時(shí)間段包括關(guān)井后間歇。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述解決方案包括向井下注入海水。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述解決方案包括繼續(xù)所述巖屑回注操作。
12.—種評(píng)估巖屑回注操作的地下風(fēng)險(xiǎn)的方法，所述方法包括步驟 獲取一個(gè)時(shí)間段的壓力場(chǎng)特征；解釋所述壓力場(chǎng)特征以確定所述巖層的斷裂行為； 表征與所確定的所述巖層的斷裂行為相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)；以及 基于所表征的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施解決方案。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，解釋所述壓力場(chǎng)特征的步驟包括將所述壓力場(chǎng) 特征與已知的壓力場(chǎng)特征對(duì)比。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述已知的壓力場(chǎng)特征包括由下列構(gòu)成的組中 的至少一個(gè)常態(tài)壓力下降、井身貯存壓力下降、裂紋貯存壓力下降、下降壓力反彈和覆蓋層上注入。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，表征與所確定的所述巖層的斷裂行為相關(guān)的風(fēng) 險(xiǎn)包括確定所確定的斷裂行為影響設(shè)計(jì)的井的可能性。
16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，表征與所確定的所述巖層的斷裂行為相關(guān)的風(fēng) 險(xiǎn)包括基于所述斷裂行為確定井的處理容量。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述解決方案包括向井下注入海水。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述解決方案包括繼續(xù)所述巖屑回注操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在向巖層回注巖屑的過程中響應(yīng)巖層斷裂行為的設(shè)計(jì)方法，該方法包括獲取一段時(shí)期的壓力場(chǎng)特征，解釋這段時(shí)期的壓力場(chǎng)特征以確定巖層的斷裂行為，基于巖層的斷裂行為確定一種解決方案，以及實(shí)行該解決方案。本發(fā)明還涉及一種評(píng)價(jià)巖屑回注操作的地下風(fēng)險(xiǎn)的方法，該方法包括獲取一段時(shí)期的壓力場(chǎng)特征，解釋該壓力場(chǎng)特征以確定巖層的斷裂行為，表征與巖層已確定的斷裂行為相聯(lián)系的風(fēng)險(xiǎn)，以及實(shí)行基于特征化風(fēng)險(xiǎn)的解決方案。
文檔編號(hào)E21B21/00GK101849080SQ200880107170
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者塔爾加特·A·紹卡諾夫, 弗朗西斯科·弗拉加凱, 肯尼思·G·諾爾蒂, 阿德里安娜·P·奧瓦列 申請(qǐng)人:M-I有限公司