專利名稱：具有軸向和螺旋安裝口的在鉆孔時(shí)測(cè)試地層的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)地層或儲(chǔ)層的測(cè)試，更具體地說，本發(fā)明涉及對(duì)地層壓力和巖層滲透性進(jìn)行確定。
碳?xì)浠衔飬^(qū)域的商業(yè)開發(fā)需要大量的資金。在對(duì)碳?xì)浠衔飬^(qū)域進(jìn)行開發(fā)之前，操作者需要大量的數(shù)據(jù)以對(duì)儲(chǔ)層的商業(yè)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。因此，就應(yīng)對(duì)所述地層和流體進(jìn)行多種測(cè)試，該測(cè)試可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。也可對(duì)從鉆井孔中得到的地層和流體樣品進(jìn)行地上(surface)測(cè)試。
一種類型的地層測(cè)試涉及從儲(chǔ)層中生產(chǎn)出流體、收集樣品、封住所鉆井孔、將壓力增大至一個(gè)穩(wěn)定的水平。這種操作順序可在一個(gè)給定鉆井孔中的多個(gè)不同儲(chǔ)層內(nèi)重復(fù)進(jìn)行多次。這種類型的測(cè)試被稱為壓力恢復(fù)試井或降液試井。在該測(cè)試過程中所收集到的數(shù)據(jù)的一個(gè)重要方面是在壓力下降之后所收集到的壓力增長信息。通過該數(shù)據(jù)就可得到有關(guān)儲(chǔ)層的滲透性和儲(chǔ)層大小的信息。
包含有價(jià)值資源如液態(tài)或氣態(tài)碳?xì)浠衔锏牡厍虻貙拥臐B透性對(duì)于資源的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)來說是一個(gè)非常重要的參數(shù)。通過對(duì)井孔進(jìn)行記錄以測(cè)量一些參數(shù)如橫切地層的孔附近區(qū)的地層穩(wěn)定性和孔隙度就可對(duì)這些資源進(jìn)行定位。這些測(cè)量可識(shí)別多孔區(qū)域且估計(jì)它們的水飽和狀態(tài)(水在鉆孔的空間中所占的百分比)。在水的飽和值遠(yuǎn)小于1表示出碳?xì)浠衔锏拇嬖?，這種水的飽和值也可用來估算碳?xì)浠衔锏牧?。但是，只依靠該信息不足以確定是否可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)碳?xì)浠衔?。包含有碳?xì)浠衔锏目卓臻g可能是相互獨(dú)立的或稍微相連的，在這種情況下，碳?xì)浠衔锞筒荒芰鬟^所述地層而進(jìn)入鉆孔中。對(duì)于流體能夠容易地流過所述地層的情況，滲透性應(yīng)優(yōu)選超過一些臨界值以保證將鉆孔變?yōu)樯a(chǎn)井的經(jīng)濟(jì)可行性。該臨界值可隨著一些特性參數(shù)如流體的粘度而變化。例如，在滲透性很低的情況下，高粘度的油不能很容易地流動(dòng)，如果利用噴射水的方式來促進(jìn)生產(chǎn)，則在生產(chǎn)井有過早見水的危險(xiǎn)。
一種地層的滲透性不必然是各向同性的。特別地，沉積石塊在基本為水平的方向(與石塊的基層面相平行)中的滲透性與在基本為豎直方向中的流動(dòng)的值是不同的且通常大于在豎直方向中的流動(dòng)的值。這種情況經(jīng)常會(huì)在由較大和較小尺寸的結(jié)構(gòu)顆粒如不同尺寸的砂礫或黏土構(gòu)成的交替的水平層中發(fā)生。在滲透性是強(qiáng)烈各向異性的地方，確定各向異性的存在及其程度對(duì)于碳?xì)浠衔锏慕?jīng)濟(jì)生產(chǎn)來說是很重要的。
用來測(cè)試滲透性的一種常用工具包括一個(gè)密封元件，該密封元件被壓靠在鉆孔壁上以對(duì)所述壁的一部分進(jìn)行密封，或者將一個(gè)環(huán)形部分與鉆孔環(huán)帶的其余部分相密封隔離。在一些工具中，一個(gè)單個(gè)的口被暴露至所密封的壁或環(huán)面，從而進(jìn)行如上所述的降液試井。然后將該工具沿著穿過所述地層的鉆孔路徑移動(dòng)以密封和測(cè)試另一個(gè)位置。在其他工具中，在一個(gè)單個(gè)的工具上存在多個(gè)口(port)。同時(shí)利用所述的多個(gè)口對(duì)鉆孔壁上的多個(gè)位置或一個(gè)或多個(gè)密封的環(huán)形部分中的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。
所述地層的壓力與對(duì)壓力干擾的反映如降液試井之間的關(guān)系是很難測(cè)試出的。因此，上述工具中存在的一個(gè)缺陷是不能精確地測(cè)試出降液試井對(duì)地層壓力造成的影響。
在利用單口工具的情況下，對(duì)口進(jìn)行換位所需的時(shí)間大于使所述地層穩(wěn)定所需的時(shí)間。因此，在一點(diǎn)處所進(jìn)行的測(cè)試對(duì)在另一點(diǎn)處進(jìn)行的測(cè)試幾乎沒有影響，這樣就使兩點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)相互關(guān)系價(jià)值不大。另外，現(xiàn)在已知道兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的距離對(duì)于滲透性的精確測(cè)量是關(guān)鍵性的。在移動(dòng)一個(gè)工具而將所述口重新定位時(shí)，很難使兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的距離具有進(jìn)行有效測(cè)量所需的精度。
具有多個(gè)口的工具好于具有單個(gè)口的工具的原因在于多個(gè)口有助于減少在兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間進(jìn)行測(cè)試所需的時(shí)間。上述具有多個(gè)口的工具的另外缺陷是對(duì)于進(jìn)行精確測(cè)試來說，口之間的距離太大。
本發(fā)明提供了一種用于確定所考慮的參數(shù)如地層的滲透性的裝置。該裝置包括用于將工具輸送至鉆井孔中的一根工作管柱(workstring)；及安裝在工作管柱上的至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件。在所述可選擇延伸的部件延伸時(shí)，該部件與鉆孔壁密封接合且將工作管柱和鉆孔之間的環(huán)形空間隔離出一部分。工作管柱中的至少兩個(gè)口暴露至隔離出的環(huán)形空間中的地層流體。所述兩個(gè)口之間的距離與一個(gè)控制口的半徑成正比以進(jìn)行有效的反應(yīng)測(cè)量。在工作管柱中安裝有與每個(gè)口操作性地相關(guān)聯(lián)的一個(gè)傳感器以對(duì)至少一個(gè)特征如隔離部分中的流體壓力進(jìn)行測(cè)量。
除了所提供的裝置之外，本發(fā)明還提供了一種方法，該方法通過將工作管柱送入鉆井孔中而現(xiàn)場(chǎng)確定地層的所考慮的參數(shù)。工作管柱和鉆孔具有在所述鉆孔和一個(gè)鉆孔壁之間延伸的一個(gè)環(huán)形空間。在工作管柱上布置有至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件以隔離該環(huán)形空間的一部分。至少兩個(gè)口暴露至所隔離的環(huán)形空間中的流體，且所述至少兩個(gè)口以預(yù)定的距離相互分離，該距離與至少一個(gè)口的尺寸成正比。一個(gè)測(cè)量裝置用于確定隔離部分中流體的至少一個(gè)特征，所述特征指示出所考慮的參數(shù)。
通過附圖并結(jié)合下述描述的內(nèi)容可理解本發(fā)明的新穎特征及發(fā)明本身，附圖中相同的參考符號(hào)均指示相同的部件，其中
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖。
圖3A所示為在給定參數(shù)的情況下進(jìn)行降液試井所得到的一個(gè)壓力比率—半徑比率的經(jīng)驗(yàn)繪圖。
圖3B顯示了如圖3A的測(cè)試所示對(duì)地層壓力的干擾的影響。
圖4A-4C顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)試驗(yàn)管柱的口部分的三個(gè)獨(dú)立的實(shí)施例，其中多個(gè)口中的每個(gè)口均安裝在一個(gè)相應(yīng)的可選擇延伸的承墊部件上。
圖5A-5C顯示了本發(fā)明的另外三個(gè)實(shí)施例，其中多個(gè)口軸向、螺旋間隔、且整體式布置在一個(gè)可膨脹封隔器(packer)上以進(jìn)行豎直和水平滲透性測(cè)試。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的工具的另一個(gè)實(shí)施例，其中，該工具是在一根測(cè)井纜上輸送的。
圖7顯示了本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜(wireline)實(shí)施例，其中布置有多個(gè)承墊部件，這樣，布置在承墊部件上的口216圍繞工具的外周基本共面且相互間隔以確定所述地層的水平滲透性。
圖8顯示了本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例，其中的多個(gè)承墊部件圍繞工具的外周螺旋間隔布置以確定所述地層的水平滲透性和豎直滲透性的合成。
圖9顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中測(cè)試端口(testport)216整體形成于在軸向布置的一個(gè)封隔器中。


圖10顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中的多個(gè)口圍繞工具的外周基本共面而相間隔布置以確定所述地層的水平滲透性。
圖11顯示了本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例，其中的多個(gè)口圍繞工具的外周螺旋間隔布置以確定所述地層的水平滲透性和豎直滲透性的合成。
如果應(yīng)用的話，鉆桿柱106可具有一個(gè)孔底鉆探馬達(dá)110以轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭108。在鉆頭108之上的鉆桿柱106中結(jié)合有一個(gè)常用的測(cè)試單元，該測(cè)試單元具有至少一個(gè)傳感器114以測(cè)試鉆孔、鉆頭和儲(chǔ)層的孔底特征。常用的傳感器對(duì)一些特征進(jìn)行測(cè)試，如溫度、壓力、鉆頭速度、深度、重力、定位、方位、流體密度、介電性等。底部鉆具組合(BHA)107還包括本發(fā)明的地層測(cè)試裝置116，在下面的內(nèi)容中將對(duì)該裝置116進(jìn)行詳細(xì)描述。在鉆桿柱106上的一個(gè)適當(dāng)位置中如在測(cè)試裝置116之上布置有一個(gè)遙測(cè)系統(tǒng)112。該遙測(cè)系統(tǒng)112用于地面上與測(cè)試裝置之間的指令和數(shù)據(jù)傳輸。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一種裝置的示意圖。該系統(tǒng)包括地上部件和孔底部件以在鉆孔時(shí)對(duì)所述地層進(jìn)行測(cè)試(FTWD)。在鉆入地層118中的所示鉆孔104內(nèi)包含有一種地層流體216。在鉆孔104中布置有一個(gè)鉆桿柱106。所述孔底部件是在鉆桿柱106上輸送的，而地上部件定位在地表上的適當(dāng)位置處。一個(gè)常用的地上控制器202包括一個(gè)通訊系統(tǒng)204；一個(gè)處理器206；和一個(gè)輸入/輸出裝置208。輸入/輸出裝置208可以是任何已知的用戶界面裝置，例如一臺(tái)個(gè)人電腦、計(jì)算機(jī)終端、觸屏、鍵盤或輸入筆。包括一個(gè)顯示器如一臺(tái)監(jiān)控器而由使用者進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在需要硬拷貝報(bào)告時(shí)可利用一臺(tái)具有存儲(chǔ)介質(zhì)如CD、磁帶或磁盤的打印機(jī)，來自孔下檢索到的數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)介質(zhì)上以輸送至用戶或用于將來進(jìn)行分析。處理器206用于對(duì)傳輸至孔底的指令進(jìn)行處理且對(duì)經(jīng)通訊系統(tǒng)204而從孔下檢索到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。地上通訊系統(tǒng)204包括一個(gè)接收器，該接收器用于接收從孔底傳輸來的數(shù)據(jù)且將該數(shù)據(jù)輸送至地上處理器以進(jìn)行估算和顯示。該通訊系統(tǒng)204還包括一個(gè)發(fā)射機(jī)以將指令發(fā)送至孔底部件。遙測(cè)通常是本領(lǐng)域已知的泥漿脈沖遙測(cè)。但可利用適于特殊應(yīng)用的任何遙測(cè)系統(tǒng)。例如，在測(cè)井纜應(yīng)用中最好使用電纜遙測(cè)。
在鉆桿柱106中布置有在本領(lǐng)域中已知的一種孔底雙路通訊單元212和一個(gè)電源213。該雙路通訊單元212包括一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器以與地上控制器202進(jìn)行雙路通訊。電源213通常是一個(gè)泥漿渦輪發(fā)電機(jī)，該電源213提供電能而使孔底部件運(yùn)行。所述電源也可以是一個(gè)蓄電池或其他任何適當(dāng)?shù)难b置。
圖中所示的控制器214安裝在雙路通訊單元212和電源213下面的鉆桿柱106上。在利用泥漿脈沖遙測(cè)時(shí)或需要在孔底處理指令和數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)選采用一個(gè)孔下處理器(圖中沒有單獨(dú)顯示)。該處理器通常與控制器214形成為一個(gè)整體，但也可布置在其他適當(dāng)?shù)奈恢弥小？刂破?14利用預(yù)編程的方式、初始化的地上指令或一種組合方式來控制孔底部件。該控制器控制可延伸的錨定元件、穩(wěn)定元件和密封元件，例如可選擇延伸的抓持件210和承墊部件220A-C。
圖中所示的抓持件210安裝在鉆桿柱106上且通常與承墊部件220A-C相對(duì)而布置。抓持件也可相對(duì)于承墊部件而布置在其他位置中。每個(gè)抓持件210均具有一個(gè)與鉆孔壁相接合的粗糙端表面211以將鉆桿柱106錨固。錨固鉆桿柱是為了保護(hù)較軟的部件如布置在承墊部件220A-C端部上的彈性的或其他合適的密封材料，以防止其由于鉆桿柱的運(yùn)動(dòng)而受到損壞。抓持件210在例如附圖1所示的海上鉆探系統(tǒng)中是特別需要的，這是由于由升降所引起的運(yùn)動(dòng)會(huì)使密封部件過早磨耗掉。
在鉆桿柱106上通常與抓持件210相對(duì)的位置處安裝有至少兩個(gè)、優(yōu)選至少三個(gè)承墊部件220A-C以與鉆孔壁相接合。承墊活塞222A-C用于使每個(gè)承墊部件220A-C延伸至鉆孔壁，每個(gè)承墊部件220A-C對(duì)環(huán)帶228的一部分進(jìn)行密封以使其與環(huán)帶的其余部分分開。圖中未顯示的管道用于引導(dǎo)壓力流體以液壓性地延伸活塞222A-C，或者利用一個(gè)馬達(dá)來延伸活塞222A-C。位于每個(gè)承墊部件220A-C上的一個(gè)口224A-C具有基本為圓形的截面且具有口半徑RP。在相應(yīng)的口224A-C處的壓力下降而低于周圍地層118的壓力時(shí)，流體216就進(jìn)入密封環(huán)帶。在鉆桿柱106中安裝的一個(gè)減壓泵(drawdown pump)238與一個(gè)或多個(gè)口224A-C相連。減壓泵238必須能夠獨(dú)立控制與該泵相連的每個(gè)口中的下降壓力。
減壓泵238可以是能夠控制一個(gè)選擇的口處的下降壓力的單個(gè)泵。在另一種方式中，泵238可以是多個(gè)泵，其中的每個(gè)泵對(duì)所選擇的相應(yīng)口處的壓力進(jìn)行控制。所優(yōu)選的泵是一個(gè)典型的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)泵如一個(gè)活塞泵。泵238具有一個(gè)動(dòng)力源如泥漿渦輪機(jī)或電動(dòng)馬達(dá)以操縱該泵?？刂破?14安裝在鉆桿柱中且與泵238相連。該控制器控制泵238的運(yùn)行，包括選擇一個(gè)下降口及控制下降參數(shù)。
為進(jìn)行測(cè)試操作，控制器214致動(dòng)泵238以降低至少一個(gè)口224A-C中的壓力，為對(duì)本應(yīng)用被稱為控制口224A。降低的壓力在所述地層中產(chǎn)生了壓力干擾，在下文中將對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。一個(gè)壓力傳感器226A與控制口224A流體連通而對(duì)控制口224A處的壓力進(jìn)行測(cè)量。壓力傳感器226B、226C與其他口224B、224C(下稱傳感口)流體連通而對(duì)每個(gè)傳感口224B、224C處的壓力進(jìn)行測(cè)量。傳感口224B、224C與控制口224A軸向、垂直或螺旋相間隔開。在與控制口224A的壓力相比較時(shí)，傳感口224B、224C處的壓力測(cè)量值指示了被測(cè)試的地層滲透性。為可靠且精確地確定地層的滲透性，口224A-C相對(duì)于每個(gè)口的尺寸必須間隔開。在下面的內(nèi)容中將參考圖3A和3B而對(duì)這種尺寸—間隔關(guān)系進(jìn)行描述。
圖3A所示為在給定參數(shù)的情況下用于下降測(cè)試的一個(gè)壓力比率對(duì)半徑比率的經(jīng)驗(yàn)繪圖。對(duì)該圖產(chǎn)生影響的參數(shù)及其相應(yīng)的單位為地層的滲透性(k)，單位為毫達(dá)西(md)；測(cè)試的流速(q)，單位為立方厘米每秒(cc/s)；下降時(shí)間(td)，單位為秒(s)。對(duì)于圖3A中的繪圖來說，所選擇的值為k＝1md；q＝2cc/s；td＝600s。在該圖表中，PD是與典型的下降測(cè)試相關(guān)的壓力無單位的比率。可描述該比率的等式1表述如下PD＝(Pf-P)/(Pf-Pmin) 等式1在等式1中，Pf＝地層壓力，Pmin＝在下降測(cè)試過程中的口處的最小壓力；P＝在任何給定時(shí)間而在口處的壓力。RD與鉆井孔相關(guān)的半徑與如附圖2中所示的裝置的測(cè)試裝置之間的無單位比率。等式2對(duì)RD進(jìn)行了描述RD＝(R-RW)/RP等式2在等式2中，R＝從鉆孔的中心至進(jìn)入地層中的任何給定點(diǎn)的一個(gè)半徑。RW＝鉆孔半徑。RP＝工具探測(cè)口的有效半徑。對(duì)于距離來說，任何距離量綱均是適合的，在這種情況下利用厘米作為距離單位。
應(yīng)對(duì)圖3A中的繪圖進(jìn)行細(xì)致的觀察。該繪圖中顯示了從t＝0.1s至t＝344s的時(shí)間間隔內(nèi)所觀察的PD。在RD超過6.5達(dá)t＝0.1s之后且在RD超過約12達(dá)t＞＝5.0s時(shí)，PD基本不發(fā)生變化。這就意味著在超過12×口半徑(RP)時(shí)產(chǎn)生干擾的情況下，基于干擾例如在口位置處進(jìn)行下降測(cè)試而在所述地層壓力中產(chǎn)生的變化在該地層中幾乎不存在。
圖3B顯示了干擾對(duì)地層壓力所產(chǎn)生的影響例如由圖3A所示的測(cè)試。圖3B顯示了在給定時(shí)間時(shí)的一個(gè)控制口224A，該口處的壓力已被降低，從而對(duì)地層壓力Pf產(chǎn)生了干擾。每個(gè)半圓形的壓力梯度線均是實(shí)際影響的一個(gè)截面，在控制口224A中心產(chǎn)生的是一個(gè)干擾的半球形傳導(dǎo)。每條線均代表與最初的地層壓力Pf相關(guān)的壓力與距控制口224A為Rf處的壓力干擾的比率。每條線的距離是進(jìn)入地層的口半徑RP的倍數(shù)。在Rf＝5×RP時(shí)，壓力比率PD＝0.85。這就意味著在距離控制口224A的中心為Rf＝5×RP的距離處，所述地層的壓力是0.85×初始?jí)毫f。在12×RP的位置處，所述地層壓力實(shí)際上就不受到控制口224A處的初始干擾PP的影響。
如上所述，干擾圖案基本上是球形的且開始于控制口224A的中心處，這樣，距離5×RP和12×RP也沿著鉆桿柱106且圍繞包圍控制口224A的鉆桿柱106的外周而相對(duì)于控制口224A限定位置。因此，再參考圖2，控制口216A與傳感口224B、224C中的任一個(gè)之間的距離D必須根據(jù)口和鉆孔的尺寸來選擇而使得PD最大化。本發(fā)明的口之間的優(yōu)選距離是控制口224A的半徑1-12倍的范圍內(nèi)。
地層的滲透性具有垂直和水平兩個(gè)分量。垂直滲透性是在與地球表面基本垂直方向中的地層滲透性。水平滲透性是在與地球表面基本平行且與垂直滲透方向垂直的方向中的地層滲透性。圖2所示的實(shí)施例是一個(gè)單向測(cè)試的垂直滲透性。下述實(shí)施例是根據(jù)本發(fā)明而具有不同結(jié)構(gòu)的用于測(cè)試垂直滲透性、水平滲透性和垂直滲透性與水平滲透性的合成。
圖4A-4C顯示了根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)管柱口部分的三個(gè)獨(dú)立的實(shí)施例，其中多個(gè)口中的每個(gè)口均安裝在一個(gè)相應(yīng)的可選擇延伸的承墊部件上。圖4A顯示了安裝在圖2所示結(jié)構(gòu)中安裝的可選擇延伸的承墊部件220A-C。抓持件210通常與承墊部件反向安裝以錨定鉆桿柱且向延伸的承墊部件220A-C施加一個(gè)反向的力。控制口224A與傳感口224B或224C之間的直線距離D必須與上述的計(jì)算距離一致。
圖4B顯示了圍繞鉆桿柱106的外周布置的多個(gè)可選擇延伸的承墊部件。在每個(gè)傳感口224B、224C與控制口224A之間的周向距離D是根據(jù)在上面確定的標(biāo)準(zhǔn)來選擇的。在這種結(jié)構(gòu)中可在一個(gè)垂直定向的鉆孔中測(cè)量水平滲透性。
圖4C顯示了圍繞鉆桿柱106的外周螺旋布置的一套可選擇延伸的承墊部件220A-C。在這種結(jié)構(gòu)中可確定地層的水平滲透性與垂直滲透性的合成?？刂瓶?24A與傳感口224B或224C之間的螺旋距離D必須按照上述的討論進(jìn)行選擇。
與地層測(cè)試工具相關(guān)聯(lián)的另一個(gè)公知部件是一個(gè)封隔器。封隔器通常是布置在鉆桿柱上的一個(gè)可膨脹部件以對(duì)鉆井孔進(jìn)行密封(遮住)。通常是通過將鉆孔泥漿從鉆桿柱泵入封隔器中來使該封隔器膨脹。圖5A-5C顯示了本發(fā)明的另外三個(gè)實(shí)施例，其中多個(gè)口軸向且螺旋間隔且整體形成于可膨脹的封隔器中以進(jìn)行垂直和水平滲透性的測(cè)試。
圖5A顯示了布置在鉆桿柱106上的一個(gè)可選擇地膨脹的封隔器502。軸向相間隔的口224A-224C整體形成于封隔器502上。在使封隔器膨脹時(shí)，封隔器封靠在鉆孔壁上。所述軸上隔開的口因此推靠在壁上對(duì)控制口224A與口224B或224C之間的直線距離D進(jìn)行選擇而與上面的要求相一致。
圖5B顯示了布置在鉆桿柱106上的一個(gè)可選擇性地膨脹的封隔器502?？?24A-C圍繞封隔器502的外周布置。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)來說，與口224A-C的中心相交的一個(gè)平面與鉆桿柱軸線504基本垂直。控制口224A與傳感口224B或224C之間的周向距離D是根據(jù)上面所限定的標(biāo)準(zhǔn)來選擇的。在該結(jié)構(gòu)中，可在一個(gè)垂直定向的鉆孔中測(cè)量水平滲透性。
圖5C顯示了布置在鉆桿柱106上的一個(gè)可選擇性地膨脹的封隔器502?？?24A-C整體形成于可膨脹的封隔器502中且圍繞可膨脹封隔器502的外周螺旋布置。在這種結(jié)構(gòu)中可確定地層的水平滲透性與垂直滲透性的合成。對(duì)于一種螺旋結(jié)構(gòu)來說，口224A-C圍繞封隔器502的外周水平地且軸向地相互間隔?？刂瓶?24A與傳感口224B或224C之間的螺旋距離D是如上所述。
圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的工具的另一個(gè)實(shí)施例，其中該工具是在測(cè)井纜上輸送的。圖中所示的鉆井602橫穿過包含有地層流體606的一個(gè)地層604。該鉆井602具有一個(gè)殼體608，殼體608位于鉆孔壁610上且從地表面612延伸至鉆井底部616之上的一點(diǎn)614處。由包鐵皮的測(cè)井纜620支撐的測(cè)井纜工具618布置在與帶有流體的地層604相鄰接鉆井602中。抓持件622和承墊部件624A-C從工具618上延伸出來。抓持件和承墊部件即為如在圖2所示的實(shí)施例中所描述的那樣。每個(gè)承墊部件624均具有一個(gè)口628A-C，口628A-C根據(jù)圖3A和圖3B中所述的間隔要求而垂直相間隔。一個(gè)地上控制單元626通過包鐵皮的測(cè)井纜620對(duì)孔底工具618進(jìn)行控制，該包鐵皮的測(cè)井纜620還是一個(gè)傳導(dǎo)器以將電和信號(hào)傳輸至工具618且從工具618中輸出信號(hào)。一個(gè)測(cè)井纜絞輪627用來將包鐵皮的測(cè)井纜620導(dǎo)引入井602中。
孔底工具618包括如上所述在圖2所示實(shí)施例中所用的一個(gè)泵；多個(gè)傳感器；控制單元；及所述的雙路通訊系統(tǒng)。因此，在圖6中沒有獨(dú)立顯示這些部件。
圖7所示為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例。在該實(shí)施例中，除了抓持件622(參見圖6)之外，在圖6中所示的測(cè)井纜裝置的所有部件在圖7所示的實(shí)施例中均存在。圖7所示實(shí)施例與圖6所示實(shí)施例之間的不同之處在于在圖7中布置的多個(gè)承墊部件可使布置在承墊部件624A-C上的口628A-C圍繞工具618的外周相間隔且基本相互共面布置以容許確定地層604的水平滲透性。
圖8所示為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例。參照?qǐng)D6所述的測(cè)井纜裝置的所有部件在該實(shí)施例中均存在。圖8所示實(shí)施例與圖6所示實(shí)施例之間的不同之處在于圖8中的多個(gè)承墊部件624A-C圍繞工具618的外周螺旋地隔開布置以容許確定地層604的水平滲透性和垂直滲透性的合成。
圖9所示為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例，其中參照?qǐng)D5A所示的以軸向布置形式而將測(cè)試端口628A-C并入封隔器502中。在該實(shí)施例中，除了承墊部件624A-C和抓持件622之外，測(cè)井纜如圖6中所描述。一個(gè)可膨脹的封隔器502取代可延伸的承墊部件624A-C，該可膨脹封隔器502如參考附圖5A-C所述的封隔器包括至少兩個(gè)、優(yōu)選至少包括三個(gè)測(cè)試端口628A-C。一個(gè)測(cè)試端口是控制口628A，另外的口為傳感器口628B和628C，傳感器口628B、628C用于傳感由于在控制口628A處降低壓力而引起的對(duì)測(cè)試端口處的地層壓力產(chǎn)生的影響。就像圖5A所示的那樣，圖9所示的口是軸向相間隔的，用于在鉆井602基本垂直時(shí)確定地層604的垂直滲透性。
圖10所示為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例。參考圖9所述的測(cè)井纜裝置的所有部件在該實(shí)施例中都存在。圖10所示實(shí)施例與圖9所示實(shí)施例之間的不同之處在于就像圖5B中所示的那樣，圖10中的多個(gè)口628A-C是圍繞工具618的外周基本相互共面且間隔布置的以容許確定地層604的水平滲透性。
在鉆水平孔時(shí)也可利用圖10所示的工具。在這種情況下，可利用一種位置，一個(gè)測(cè)試裝置如一個(gè)加速計(jì)來確定每個(gè)口628A-C的方位。然后利用控制器(參見圖2中的參考符號(hào)214所指示)來選擇工具頂側(cè)上的一個(gè)口以進(jìn)行如上所述的測(cè)量。
圖11所示為本發(fā)明的另一個(gè)測(cè)井纜實(shí)施例。參考圖9所述的測(cè)井纜裝置的所有部件在該實(shí)施例中都存在。圖11所示實(shí)施例與圖9所示實(shí)施例之間的不同之處在于就像圖5C中所示的那樣，圖11中的多個(gè)口628A-C是圍繞工具618的外周螺旋地相間隔布置的以容許確定地層604的水平滲透性和垂直滲透性的合成。
其他實(shí)施例及其較小的變化均被認(rèn)為處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可將口216A-216C定形為除具有基本為圓形截面的其他形狀?？诳蔀榧?xì)長形的、正方形的或其他任何合適的形狀。不管利用什么樣的形狀，RP必須是從口的中心至距控制口中心最近的一個(gè)邊緣的距離?？刂瓶诘倪吘壓拖噜彽膫鞲衅骺诒仨毾笤诟綀D3A和3B中所述的那樣相互間隔。
上面已對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，下面將對(duì)利用圖1和圖2的裝置來測(cè)試地層滲透性方法進(jìn)行描述。首先參考圖1和圖2，布置在鉆桿柱106上的根據(jù)本發(fā)明的一種工具被輸送至鉆井104中，鉆井104穿過含有地層流體的一種地層118。通過延伸多個(gè)抓持件210而將鉆桿柱106錨定在鉆井壁上。將至少兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)承墊部件220A-C延伸直至每個(gè)承墊部件220A-C與鉆孔壁244密封接觸。將控制口224A暴露至被密封的部分使得控制口就與地層118中的地層流體進(jìn)行流體連通。利用一個(gè)泵238來降低控制口224A處的流體壓力以對(duì)地層118中的地層壓力造成干擾。利用一個(gè)傳感器226A來測(cè)試控制口224A處的壓力被降低的水平。所述壓力干擾通過上述地層進(jìn)行傳播且干擾的效果依據(jù)地層的滲透性而被消弱。通過與傳感器口224B、224C進(jìn)行流體連通布置的傳感器226B、226C而在傳感器口處測(cè)試被削弱的壓力干擾。利用傳感器224A-C測(cè)試所考慮的至少一個(gè)參數(shù)如地層壓力、溫度、流體介電常數(shù)或電阻系數(shù)，利用一個(gè)孔底控制器/處理器214來確定地層壓力和滲透性或流體或地層的其他所需參數(shù)。
然后，利用布置在鉆桿柱106上的一個(gè)孔底雙路通訊單元212將處理的數(shù)據(jù)傳輸至地上。利用一個(gè)地上通訊單元204接收已處理的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)輸送至一個(gè)地上處理器206。該方法還包括在地上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理且將其輸出至一個(gè)顯示裝置、打印機(jī)或存儲(chǔ)裝置208。
可選擇的方法并不僅限于上述的方法。所述工具可在測(cè)井纜上輸送。另外，不管是在測(cè)井纜上輸送或是在鉆桿柱上輸送，口224A-C均可相對(duì)于工具的中軸線軸向、水平或螺旋地布置。也可利用上面所述的可延伸承墊部件或可膨脹封隔器來擴(kuò)展口224A-C。
雖然此處對(duì)本發(fā)明所進(jìn)行的顯示和詳細(xì)描述可完全實(shí)現(xiàn)上述目的且能提供上面所述的優(yōu)點(diǎn)。但應(yīng)認(rèn)識(shí)到該內(nèi)容僅顯示了本發(fā)明提供的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的范圍是由附加的權(quán)利要求所限定的。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場(chǎng)確定地層的所考慮的參數(shù)的裝置，該裝置包括(a)用于將工具輸送至鉆孔中的一根工作管柱，所述鉆孔和具有在工具和鉆孔壁之間延伸的一個(gè)環(huán)形空間的工具；(b)安裝在所述工具上的至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件，所述至少一個(gè)可延伸的部件可將環(huán)形空間的一部分隔離；(c)處于工具中的至少兩個(gè)口，所述口暴露至一種流體，該流體包含被隔離的環(huán)形空間中的地層流體，所述至少兩個(gè)口相互隔離，其中，所述至少兩個(gè)口之間的一個(gè)預(yù)定距離與所述至少兩個(gè)口中的至少一個(gè)的尺寸成正比；(d)一個(gè)測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置可確定被隔離部分中的流體的至少一個(gè)特征，該特征表現(xiàn)出所考慮的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于工作管柱是從由下述部件構(gòu)成的一組中選擇出的(i)連接的管道；(ii)螺盤管；(iii)測(cè)井纜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所考慮的參數(shù)是從由下述構(gòu)成的一組中選擇出的(i)垂直滲透性；(ii)水平滲透性；(iii)垂直滲透性和水平滲透性的合成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件是至少兩個(gè)可選擇性地延伸的部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述至少兩個(gè)可選擇性地延伸的部件中的每一個(gè)與所述相應(yīng)的至少兩個(gè)口之一操作性地相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述至少兩個(gè)口在工作管柱中的布置形式是從由下述的布置形式組成的一組中選擇出的(i)軸向布置；(ii)水平布置；(iii)螺旋形布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述至少兩個(gè)口之間的距離范圍是從由下述范圍組成的一組中選擇出的(i)等于或大于1×RP；(ii)小于或等于12×RP；(iii)等于或大于1×RP且小于或等于12×RP。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述測(cè)量裝置包括至少一個(gè)壓力傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述的至少一個(gè)壓力傳感器是至少兩個(gè)壓力傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述至少兩個(gè)口中的每一個(gè)與相應(yīng)的至少兩個(gè)壓力傳感器之一進(jìn)行流體連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于測(cè)量裝置包括(i)至少一個(gè)壓力傳感器；(ii)對(duì)至少一個(gè)壓力傳感器的輸出進(jìn)行處理所用的一個(gè)處理器；(iii)一個(gè)孔底雙路通訊單元，該通訊單元將表示所考慮參數(shù)的一個(gè)第一信號(hào)傳送至一個(gè)地上位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置還包括(A)一個(gè)地上雙路通訊單元，該單元用于將一個(gè)第二信號(hào)傳輸至孔底雙路通訊單元且接收所述第一信號(hào)；(B)與地上雙路通訊系統(tǒng)相連的一個(gè)地上處理器，該處理器對(duì)傳輸至地上雙路通訊單元的第一信號(hào)和第二信號(hào)進(jìn)行處理；(C)與地上處理器相連的一個(gè)地上輸入/輸出裝置以用于用戶界面。
13.一種現(xiàn)場(chǎng)確定地層的所考慮參數(shù)的方法，該方法包括(a)將工作管柱上的一個(gè)工具輸送到鉆孔中，該工具和鉆孔具有在該工具和鉆孔壁之間延伸的一個(gè)環(huán)形空間；(b)使至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件延伸以將工具和鉆孔壁之間的環(huán)形空間的一部分隔離；(c)將至少兩個(gè)口暴露至隔離的環(huán)形空間中的流體，所述的至少兩個(gè)口相互分開，其中，所述至少兩個(gè)口之間的一個(gè)預(yù)定距離與所述至少兩個(gè)口中的至少一個(gè)的尺寸成正比；(d)利用一個(gè)測(cè)量裝置來確定被隔離部分中流體的至少一個(gè)特征，所述特征表示出了所考慮的參數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于將工作管柱上的工具進(jìn)行輸送所用的工作管柱是從由下述部件所組成的一組中選擇出的(i)鉆孔管道；(ii)盤管；(iii)測(cè)井纜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于確定一個(gè)所考慮的參數(shù)即為確定地層的滲透性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所確定的滲透性是從由下述的一組中所選擇來確定滲透性(i)垂直滲透性；(ii)水平滲透性；(iii)垂直滲透性和水平滲透性的一個(gè)合成。
17.一種現(xiàn)場(chǎng)確定地層的滲透性的方法，該方法包括(a)將工作管柱上的一個(gè)工具輸送到鉆井孔中，該工具和鉆孔具有在該工具和鉆孔壁之間延伸的一個(gè)環(huán)形空間；(b)使至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件延伸以將工具和鉆孔壁之間的環(huán)形空間的一部分隔離；(c)將一個(gè)控制口暴露至隔離出的環(huán)形空間中的流體；(d)將至少一個(gè)傳感器口暴露至所隔離的環(huán)形空間中的流體，所述的至少一個(gè)傳感器口和控制口相互分離，其中，所述至少兩個(gè)口之間的一個(gè)預(yù)定距離與控制口的尺寸成正比；(e)將控制口處的壓力降低以對(duì)控制口與所述地層之間的一個(gè)第一界面處的地層壓力進(jìn)行干擾。(f)利用一個(gè)第一壓力傳感器傳感控制口處的壓力；(g)在所述至少一個(gè)傳感器口與所述地層之間的一個(gè)第二界面處傳感壓力；(h)利用一個(gè)孔底處理器從傳感器口壓力和控制口壓力來確定地層滲透性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，該方法還包括將指示所述滲透性的一個(gè)信號(hào)傳輸至一個(gè)地上位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了確定地層滲透性所用的一種裝置和方法。該裝置和方法包括一個(gè)工作管柱(106)；安裝在工作管柱(106)上的至少一個(gè)可選擇性地延伸的部件(220)以隔離出工作管柱(106)和鉆孔(104)之間的環(huán)形空間的一部分。與控制口(224)的半徑成正比的一個(gè)預(yù)定距離(D)將工作管柱中的至少兩個(gè)口間隔開。與每個(gè)口操作性地相關(guān)聯(lián)的一個(gè)傳感器(226)安裝在工作管柱(106)中以測(cè)量至少一個(gè)特征如被隔離部分中的流體壓力。
文檔編號(hào)E21B49/10GK1458998SQ01815721
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2001年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月15日
發(fā)明者沃爾克·克呂格爾, 馬賽爾斯·邁斯特, 佩爾－埃里克·貝格爾, 耶東·李, 約翰·M·邁克爾斯 申請(qǐng)人:貝克休斯公司