專利名稱：臨界解吸壓力的現(xiàn)場確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及可用于鉆井現(xiàn)場以及井場分析的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。更具體地，
本發(fā)明涉及利用纜索式地層評價工具進(jìn)行井場分析的系統(tǒng)、方法和設(shè)備，所述纜索式地層 評價工具用于水飽和含煤地層中臨界解吸壓力的現(xiàn)場確定。
背景技術(shù)：
纜索式地層評價工具在傳統(tǒng)地層中使用超過50年，以獲取地層壓力、滲透性、流 體樣本以及許多其它儲層特性。這些始終相同的纜索式工具已經(jīng)成功地用于表現(xiàn)煤層氣地 層的特性。 煤層氣儲層能夠包含吸附到煤表面以及溶解于地層水中的一定量氣體。煤基質(zhì)中 的以及溶解于水中的吸附氣體的量占據(jù)了儲層整體壓力中的部分壓力。由于氣體局部壓力 與氣體溶解度濃度之間的已知關(guān)系，因此測定儲層內(nèi)氣體的局部壓力提供了一種測定儲層 整體氣體含量的有效方法。 一旦氣體含量被量化，操作者就能夠更好地針對井場操作及鉆 井的經(jīng)濟(jì)可行性作出有根據(jù)的決策。 天然氣的有效局部壓力可以通過測定吸附氣體的臨界解吸壓力而得到。由于煤表 面上的吸附氣體以及地層水中的溶解氣體處于平衡狀態(tài)，因此臨界解吸壓力就是儲層內(nèi)部 壓力等于溶解氣體局部壓力時的壓力。在臨界解吸壓力下，儲層開始以水中氣泡的形式抽 出溶解氣體。 臨界解吸壓力是水飽和煤處于使吸附氣體開始產(chǎn)生的狀態(tài)的地層壓力。由于井開 采期間水的排空以及處理費(fèi)用相當(dāng)高，因此臨界解吸壓力的測定對于確定煤層氣地層的經(jīng) 濟(jì)性而言是關(guān)鍵因素。 臨界解吸壓力的測定通常通過從井場取回巖芯樣本而完成。 一旦拿到地表，巖芯 樣本就被密封到容器中，防止分析前的任何氣體泄露。巖芯樣本隨后在受控條件下釋放它 的氣體，從而使得氣體總量能夠被測量出來。產(chǎn)生的氣體隨后通過已知的等溫線而與臨界 解吸壓力聯(lián)系起來。 然而，使用已知方法存在很多誤差來源。由于煤芯在被容納到容器中之前被拿到 地表，因此它們開始泄壓以及氣體解吸，并且由此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測量之前就引入了誤差。在 巖芯樣本被容納之前從巖芯樣本釋放的氣體必須被估算出來，由此在臨界解吸壓力的測定 中引入了誤差來源。此外，巖芯樣本必須被帶離鉆場而拿到異地實(shí)驗(yàn)室用于分析。在異地 實(shí)驗(yàn)室等待臨界解吸壓力的測定通常需要好多天，由此延遲了鉆井進(jìn)度。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于確定纜索獲取的現(xiàn)場臨界解吸壓 力同時使所述問題及限制消除或使之最小化的方法、設(shè)備及系統(tǒng)?，F(xiàn)場臨界解吸壓力代表 了用于表現(xiàn)朗繆爾(Langmuir)吸附等溫線關(guān)系特性的有價值測量點(diǎn)。當(dāng)該方法用于校準(zhǔn) 朗繆爾吸附等溫線時，現(xiàn)場臨界解吸壓力的價值變得明顯。
臨界解吸壓力通過在井孔的隔離區(qū)段內(nèi)產(chǎn)生局部低壓區(qū)域而被確定。當(dāng)該隔離區(qū) 段中的壓力降低時，來自于周圍地層基質(zhì)的地層流體被引入該區(qū)域中。當(dāng)局部壓力進(jìn)一步 降低時，地層流體內(nèi)的氣泡將開始形成。地層流體在抽出的同時被觀察，并且氣泡的形成在 水相中被檢測。根據(jù)地層水中氣泡的出現(xiàn)確定臨界解吸壓力。含煤地層中氣體的量能夠根 據(jù)臨界解吸壓力的確定而被確定。 通過參考附圖、隨后的描述以及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員而言變得明顯。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例可在其中實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的圖示性表示； 圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的井場的示意圖，數(shù)據(jù)從該井場中獲得； 圖3是根據(jù)本發(fā)明有利實(shí)施例所示的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的示意圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的顯示已知煤區(qū)段的裸眼井測井響應(yīng)； 圖5是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的顯示地層評價工具與控制計算機(jī)之間數(shù)據(jù)流
的示意圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的纜索傳送式地層評價工具； 圖7是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的顯示光學(xué)分光計以及折射計的光學(xué)流體分析 儀的原理圖； 圖8是根據(jù)發(fā)明解釋性實(shí)施例的描述用于獲得臨界解吸壓力的現(xiàn)場測量值的方 法步驟的流程圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的在地層工具的測試序列期間區(qū)段壓力相對于 時間的曲線圖； 圖10是根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的顯示抽空序列期間水和氣體生成的光學(xué)分析 儀響應(yīng)；以及 圖11是朗繆爾吸附等溫線的圖線，顯示根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的從氣體生成 開始之后的臨界解吸壓力。
具體實(shí)施例方式
在接下來本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和其它實(shí)施例的詳細(xì)描述中，針對附圖進(jìn)行參考。 可以理解的是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，容易認(rèn)識到可以得到其它實(shí)施例和變型，而不會 脫離本發(fā)明的范圍。 參考圖l，顯示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例可在其中實(shí)施的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的圖示性 表示。在該示例中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100是計算裝置的網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明的不同實(shí)施例可以在 其中實(shí)施。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100包括網(wǎng)絡(luò)102，該網(wǎng)絡(luò)102是用于在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 100內(nèi)相互連通的各種設(shè)備與計算機(jī)之間提供通訊連接的介質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)102可包括連接器，例 如有線、無線通訊連接器或者光纖線纜。數(shù)據(jù)甚至可以手工傳送，其中數(shù)據(jù)被存儲在存儲設(shè) 備例如硬盤驅(qū)動器、DVD或閃存中。 在所示示例中，井場104、106、108和110具有產(chǎn)生與位于這些井場的井相關(guān)的數(shù) 據(jù)的計算機(jī)或其它計算裝置。在這些示例中，井場1Q4、106、108和110位于地理區(qū)112內(nèi)。
5在這些示例中，這個地理區(qū)是單個儲層。當(dāng)然，根據(jù)特定的實(shí)施方式，這些井場可以跨過不 同地理區(qū)和/或在多個儲層上方分布。井場104和106具有連接到網(wǎng)絡(luò)102的有線通訊連 接器114和116。井場108和110具有連接到網(wǎng)絡(luò)102的無線通訊連接器118和120。分 析中心122是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(例如服務(wù)器)所處的位置，并且設(shè)置成處理從井場104、106、 108和IIO收集的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，根據(jù)特定的實(shí)施方式，可存在多個分析中心。根據(jù)特定的實(shí) 施方式，這些分析中心可以設(shè)在辦公室或者地理區(qū)112現(xiàn)場。在這些解釋性實(shí)施例中，分析 中心122通過用于本發(fā)明不同實(shí)施例的處理方法來分析來自于井場104、 106、 108以及110 的數(shù)據(jù)。 在所示示例中，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)100是具有網(wǎng)絡(luò)102的因特網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)102表示全 世界范圍內(nèi)、使用傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)成套協(xié)議來實(shí)現(xiàn)彼此互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)及 網(wǎng)關(guān)的集合。因特網(wǎng)的中心是主網(wǎng)點(diǎn)與主計算機(jī)之間高速數(shù)據(jù)通訊線路的中樞，由按規(guī)定 線路發(fā)送數(shù)據(jù)和信息的數(shù)千個商業(yè)、政府、教育以及其它計算機(jī)系統(tǒng)所組成。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)處理系統(tǒng)100還可以被實(shí)施成多個不同類型的網(wǎng)絡(luò)，例如企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)(LAN) 或者廣域網(wǎng)(WAN)。 圖1被認(rèn)為是一個示例，并且不作為不同實(shí)施例的體系結(jié)構(gòu)的限制。 不同的實(shí)施例認(rèn)識到能夠分析從井場得到的全部不同類型數(shù)據(jù)對于鑒定地層是
有用的。具體地，使用從井場獲得的不同類型數(shù)據(jù)允許鑒定井場下方地層或區(qū)域中的異質(zhì)性。 本發(fā)明的不同實(shí)施例提供了用于鑒定巖石的異質(zhì)性的計算機(jī)實(shí)施方法、設(shè)備以及 計算機(jī)可用程序代碼。這些實(shí)施例還便于根據(jù)鑒定出的異質(zhì)性來選擇出巖芯取樣位置，以 及對于不同油田問題的解決方案。在這些解釋性實(shí)施例中，地層的異質(zhì)性通過連續(xù)的井?dāng)?shù) 據(jù)而被鑒定出來。這個連續(xù)的井?dāng)?shù)據(jù)包括例如測井曲線、隨鉆隨測數(shù)據(jù)、錄井、鉆屑以及其 它信息，它們被組合以形成數(shù)據(jù)集。在進(jìn)行取樣之后，材料特性被測量并且將這些特性與數(shù) 據(jù)相聯(lián)系。這些材料特性包括儲層、地球化學(xué)、巖石學(xué)以及機(jī)械特性。接下來，獲得了各個 測量特性沿著井孔長度傳播的模型。同時，還可以從這個信息獲得用于預(yù)測其它井場中特 性以及對井場作出決策的模型。由此，不同的解釋性實(shí)施例允許根據(jù)用于管理儲層的井?dāng)?shù) 據(jù)建立非傳統(tǒng)三維模型。這個信息可被用于管理井場以及地層。例如，該信息可被用于更 好地辨別開采甜點(diǎn)以及更好地指導(dǎo)鉆井及開采計劃。 參考圖2，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例顯示了描述井場的示意圖，數(shù)據(jù)從該井場中獲 得。井場200是井場(例如圖1中的井場104)的示例。從井場200獲取的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是 這些示例中的數(shù)據(jù)。 在該示例中，井場200位于地層202上。在地層202中形成井孔204期間，獲得不 同的樣本。例如，可以獲得巖芯樣本206和側(cè)壁栓塞208。此外，測井工具210可被用于獲 取其它信息，例如壓力測量值以及要素信息。此外，從井孔204形成能夠獲得鉆屑以及錄 井。 其它信息，例如地震信息還可通過地震裝置212獲得。該信息可被數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 214所收集并且發(fā)送到分析中心，例如圖1中的分析中心122。例如，由地震裝置212作出 的地震測量可被數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)214所收集并且發(fā)送用于進(jìn)一步分析。 在井場200收集的信息可被分為連續(xù)數(shù)據(jù)組以及離散數(shù)據(jù)組。在這些示例中，連續(xù)數(shù)據(jù)可以是井場數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)以及離散數(shù)據(jù)也可以是井場數(shù)據(jù)或者實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。 井場數(shù)據(jù)是通過對井進(jìn)行測量而獲得的數(shù)據(jù)，而實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是通過對來自于井場200的樣 本獲得的測量而作出的。例如，連續(xù)井場數(shù)據(jù)包括例如地震、測井/測井系列以及隨鉆隨 測。連續(xù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)包括例如強(qiáng)度曲線圖以及芯伽馬信息。離散井場數(shù)據(jù)包括例如側(cè)壁栓 塞、鉆屑，壓力測量以及氣體流動檢測確定。離散實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)可包括例如對從井場200獲得 的栓塞或芯作出的實(shí)驗(yàn)室測量。當(dāng)然，不同的解釋性實(shí)施例可應(yīng)用于除了這些示例中所示 之外或者代替這些示例中所示的任何連續(xù)井場數(shù)據(jù)、連續(xù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)、離散井場數(shù)據(jù)以及 離散實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。 巖芯樣本的圖像以及在井場200由設(shè)備測量或收集的其它數(shù)據(jù)可被發(fā)送到數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)214，用于傳送到分析中心。更具體地，數(shù)據(jù)可由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)214輸入或接收， 用于傳送到分析中心進(jìn)行處理?？蛇x擇地，根據(jù)特定的實(shí)施方式，來自于井場200的數(shù)據(jù)的 部分或全部處理可以通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)214來完成。例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)214可被用于預(yù) 處理數(shù)據(jù)或者對來自于井場200的數(shù)據(jù)進(jìn)行所有分析。如果所有分析都通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 214進(jìn)行，那么結(jié)果可隨后被傳送到分析中心以便與來自于其它井場的結(jié)果相結(jié)合，從而提 供另外的結(jié)果。 參考圖3，顯示了根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框圖。在該解釋性示 例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300包括通訊組織結(jié)構(gòu)302，其在處理器單元304、內(nèi)存306、固定存儲器 308、通訊單元310、輸入/輸出(I/O)單元312以及顯示器314之間提供通訊。
處理器單元304適于執(zhí)行軟件的指令，所述軟件可被加載在內(nèi)存306中。根據(jù)特定 的實(shí)施方式，處理器單元304可以是一個或多個處理器的組合或者可以是多個處理器芯。
此外，處理器單元304可以通過一個或多個不同種類的處理器系統(tǒng)而被實(shí)施，在 處理器系統(tǒng)中設(shè)有主處理器，輔助處理器位于單片機(jī)上。作為另一個解釋性示例，處理器單 元304可以是包含多個同一類型處理器的對稱多處理器。在這些示例中，內(nèi)存306可以例 如是隨機(jī)存取存儲器。根據(jù)特定的實(shí)施方式，固定存儲器308可以采用多種形式。例如，固 定存儲器308可以包含一個或多個部件或器件。例如，固定存儲器308可以是硬盤、閃存、 可擦寫光盤、可擦寫磁帶或者上述的一些組合。固定存儲器308使用的介質(zhì)也可以是可取 下的。例如，可取下硬盤驅(qū)動器可被用于固定存儲器308。 在這些示例中，通訊單元310提供與其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或裝置的通訊。在這些示 例中，通訊單元310是網(wǎng)絡(luò)接口卡。通訊單元310可通過使用物理通訊連接器或者無線通 訊連接器來提供通訊。 輸入/輸出單元312允許通過可連接到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300的其它裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的 輸入和輸出。例如，輸入/輸出單元312可提供一種連接，用于使用者通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行 輸入。此外，輸入/輸出單元312可將輸出發(fā)送到打印機(jī)。顯示器314提供用于將信息顯 示給使用者的機(jī)構(gòu)。 用于操作系統(tǒng)的指令以及應(yīng)用或程序被設(shè)置在固定存儲器308上。這些指令可被 加載到內(nèi)存306中以便通過處理器單元304執(zhí)行。不同實(shí)施例的處理能夠采用計算機(jī)實(shí)施 指令由處理器單元304完成，所述計算機(jī)執(zhí)行指令可設(shè)置在內(nèi)存中，例如內(nèi)存306中。這些 指令被稱為計算機(jī)可用程序代碼或者計算機(jī)可讀程序代碼，其可以被處理器單元304中的 處理器讀出及執(zhí)行。
計算機(jī)可讀程序代碼可在不同的物理或有形計算機(jī)可讀介質(zhì)例如內(nèi)存306或者 固定存儲器308上體現(xiàn)。計算機(jī)可用程序代碼316以功能化的形式設(shè)置在計算機(jī)可讀介 質(zhì)318上并且可以加載到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300上或者傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300。在這些示例 中，計算機(jī)可用程序代碼316和計算機(jī)可讀程序代碼318形成了計算機(jī)程序產(chǎn)品320。在 一個示例中，計算機(jī)可讀介質(zhì)318可以例如是插入或者放置到驅(qū)動器或者作為固定存儲器 308 —部分的其它裝置中的光盤或磁盤，用于傳輸?shù)酱鎯υO(shè)備，例如作為固定存儲器308 — 部分的硬盤驅(qū)動器。計算機(jī)可讀介質(zhì)318還可以采用固定存儲器的形式，例如連接到數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)300的硬盤驅(qū)動器或者閃存。 可選擇地，計算機(jī)可用程序代碼316可以從計算機(jī)可讀介質(zhì)318通過到通訊單元 310的通訊連接器和/或通過到輸入/輸出單元312的連器裝置傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300。 在解釋性實(shí)施例中，通訊連接器和/或連接裝置可以是物理的或者無線的。計算機(jī)可讀介 質(zhì)還可以采取無形介質(zhì)形式，例如包含計算機(jī)可讀程序代碼的通訊連接器或者無線傳送裝置。 所描述的用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300的不同部件并不意味著對于不同實(shí)施例的實(shí)施 方式提供了體系結(jié)構(gòu)的限制。不同的解釋性實(shí)施例可以在包括除了描述用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 300之外的部件或者代替描述用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)300的部件的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中實(shí)施。圖3 中所示的其它部件可以與所示的解釋性示例有所不同。 例如，總線系統(tǒng)可被用于實(shí)施通訊組織結(jié)構(gòu)302，并且可包括一種或多種總線，例 如系統(tǒng)總線或者輸入/輸出總線。當(dāng)然，總線系統(tǒng)可通過任意適當(dāng)?shù)?、設(shè)置用于在連接到總 線系統(tǒng)的不同部件或裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w系結(jié)構(gòu)類型而得以實(shí)施。此外，通訊單元可 包括一個或多個用于傳送或接收數(shù)據(jù)的裝置，例如調(diào)制解調(diào)器或者網(wǎng)絡(luò)適配器。此外，內(nèi)存 可以例如是內(nèi)存306或者高速緩存，例如通訊組織結(jié)構(gòu)302中出現(xiàn)的接口或者內(nèi)存控制器 集線器。 通過上述方法獲取的數(shù)據(jù)被用于確定煤層地層的存在以用于鉆井目的。不同實(shí)施
例允許分析不同來源的數(shù)據(jù)，例如分析從圖2中井場200獲取的數(shù)據(jù)來鑒定地層中的不同
層。換句話說，不同實(shí)施例允許鑒定地層的異質(zhì)性。在解釋性示例中，這種鑒定是通過利用
連續(xù)井?dāng)?shù)據(jù)而作出的，例如通過從圖2中井場200獲得的連續(xù)井?dāng)?shù)據(jù)。更具體地，不同實(shí)施
例使用聚類分析來鑒定有關(guān)地面中區(qū)域的數(shù)據(jù)中的模式，以鑒定巖石異質(zhì)性。 換句話說，來自于井場的這個信息允許了對地層內(nèi)不同區(qū)域或分組的鑒定。在這
些示例中，可以在地面中地層之外的其它區(qū)域或結(jié)構(gòu)中進(jìn)行不同區(qū)域的鑒定。在這些解釋
性實(shí)施例中，地帶是地面中的一些選擇出來的橫截面或者地面中的一些三維地帶。地帶可
包括整個地層、地層的一部分或者其它結(jié)構(gòu)。換句話說，地帶可以覆蓋地面下泥土的任意部
分。這種通過相似或不相似材料特性的地帶鑒定可以通過這類分析被鑒定。 參考圖4，顯示了根據(jù)發(fā)明的解釋性實(shí)施例的顯示已知煤區(qū)段的裸眼井測井響應(yīng)。
圖4中的數(shù)據(jù)一般通過核和其它井場評價技術(shù)而獲得，例如圖3中所示的。 煤炭是相對低密度的電阻型、固體碳?xì)浠衔锊⑶覍磻?yīng)傳統(tǒng)裸眼井測井響應(yīng)
中的特性。圖4顯示了多個測井?dāng)?shù)據(jù)集合的一般裸眼井工具響應(yīng)。伽馬射線410、感應(yīng)電阻
率412、孔隙度414以及光電效應(yīng)416全部顯示出來。當(dāng)與附近巖石相比時，煤區(qū)段通過低
伽馬射線響應(yīng)例如峰值418、420和422，高孔隙度響應(yīng)例如峰值424、426和428，以及高電
8阻率工具響應(yīng)例如峰值430、432和434而被容易地鑒定出來。 參考圖5，顯示了根據(jù)解釋性實(shí)施例顯示地層評價工具與控制計算機(jī)之間的數(shù)據(jù) 流的框圖。地層評價工具510是能夠在抽空以及積累(build up)序列期間隔離各個煤區(qū) 段的纜索傳送式評價工具。地層評價工具510還能夠在抽空期間觀察流體類型、捕捉流動 樣本以及實(shí)時地記錄及觀察壓力瞬態(tài)數(shù)據(jù)。 地層評價工具510被降落到井孔511中。纜索512使地層評價工具510懸垂在井 孔511中并且在地層評價工具510與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)514之間提供通訊連接。當(dāng)?shù)貙釉u價工 具510被降落到井孔511中到達(dá)地層的必要深度時，纜索512提供了懸垂支撐，該必要深度 由核工具或者其它分析技術(shù)所確定。 —旦地層評價工具510達(dá)到必要深度，地層評價工具510開始檢測序列從而確定 地層的臨界解吸壓力。井孔511內(nèi)以及最接近地層評價工具510的壓力降低，如圖6所示， 將地層流體516從井孔511周圍地層中引入到地層評價工具510。地層流體516隨后在當(dāng) 前局部壓力下被分析。局部壓力連續(xù)地降低，并且地層流體516連續(xù)地被監(jiān)控，直到檢測到 地層流體516中出現(xiàn)氣泡518。從檢測序列收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)514，數(shù)據(jù)在該 系統(tǒng)與朗繆爾吸附等溫線匹配從而有助于確定地層的氣體含量。 參考圖6，顯示了根據(jù)發(fā)明解釋性實(shí)施例的示例性纜索傳送式地層評價工具600。 地層評價工具600可以是圖5中的地層評價工具510。纜索610是一種被油井或氣井操作 者使用的一般纜索，用于將設(shè)備降落到井孔中，例如圖2的井孔204，用于修井的目的。纜 索610由單股、多股或者辮成麻花狀的多股金屬絲組成。纜索610應(yīng)當(dāng)能夠?qū)㈦娐芬龑?dǎo)到 地層評價工具600，從而向設(shè)置于線纜地層評價工具600端部的設(shè)備提供動力。纜索610還 能夠在地層評價工具600與接收井孔數(shù)據(jù)的任何監(jiān)控計算機(jī)之間提供通訊路徑。
工具控制器614將從控制計算機(jī)接收的指令提供給信息評價工具600的其它部 件。工具控制器614能夠是包括軟件指令的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將控制指令提 供到地層評價工具600。 流體泵616將地層流體從鉆孔抽送到流體樣本腔618以及隔離封隔器622中。流 體泵616還可包括可以從地層評價工具600的表面打開或關(guān)閉的閥或端口。當(dāng)關(guān)閉時，閥 或端口可以在數(shù)據(jù)沒有被收集時防止地層流體和鉆孔流體引入到流體樣本腔618和隔離 封隔器622中。 當(dāng)隔離封隔器622最初被膨脹時，隔離封隔器622之間的區(qū)域包含鉆孔流體。流體 泵616將鉆孔流體從該區(qū)域移開，將鉆孔流體抽送到封隔器之間區(qū)域外側(cè)的井孔中。當(dāng)鉆 孔流體被移開時，隔離封隔器622之間的區(qū)域相對于地層內(nèi)的地層流體壓力經(jīng)歷了壓降。 一旦封隔器之間的壓力減小到小于地層壓力的壓力，地層流體將會開始從地層流入到隔離 封隔器之間的降壓區(qū)域中。當(dāng)?shù)貙臃飧羝髦g的壓力進(jìn)一步降低超過地層流體內(nèi)任意溶解 氣體的蒸發(fā)壓力時，地層流體中將出現(xiàn)氣泡。 地層流體的氣泡點(diǎn)_該壓力下氣泡最初被觀察到在地層流體中形成_等于煤地層 的臨界解吸壓力。盡管知曉地層流體的氣泡點(diǎn)不重要，但是知曉臨界解吸壓力對于從地層 開采或收集的氣體的經(jīng)濟(jì)可行性的估計而言是必要的。 流體樣本腔618對于從流體泵616到光學(xué)流體分析儀620的地層流體提供了存儲 和流路。流體樣本腔618還能夠捕捉地層流體樣本并且在地層壓力下將樣本帶到表面。
9
光學(xué)流體分析儀620提供周圍鉆孔流體及其組分的數(shù)據(jù)采集。圖6顯示了一般的光學(xué)流體分析儀。 地層隔離封隔器622是圍繞著地層評價工具600的外表面設(shè)置的可膨脹環(huán)形環(huán)。地層隔離封隔器622適于密封地與井孔接合。地層隔離封隔器622通常由熱塑性彈性體例如橡膠制成。流體樣本腔618提供了地層流體能夠從流體泵616抽送到地層隔離封隔器622內(nèi)部的通道，使得地層隔離封隔器622膨脹并且與井孔側(cè)面接合。地層隔離封隔器622由此提供密封，從而使得地層隔離封隔器622之間區(qū)域內(nèi)的情況相對于井孔其它位置的情況例如通過改變該區(qū)域內(nèi)的壓力而發(fā)生變化。當(dāng)?shù)貙痈綦x封隔器622之間的壓力降低時，地層流體從地層被引出，并且引入到降壓區(qū)域內(nèi)。 參考圖7，顯示了根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例的光學(xué)分光計與折射計的光學(xué)流體分析儀的示意圖。 當(dāng)?shù)貙恿黧w被抽送經(jīng)過光學(xué)流體分析儀700時，分光計(例如液體檢測器710)能
夠?qū)⒌貙恿黧w中的水712與地層流體中存在的其它流體(例如油714)區(qū)別開。折射計(例
如氣體檢測器716)能夠?qū)⒁后w與氣體718區(qū)別開?？蛇x地，電阻率測試(未示出)還可被
結(jié)合到光學(xué)流體分析儀700中從而將鉆孔流體水與地層水和地層氣體區(qū)別開。 在煤層氣的情況下，主要關(guān)心問題是識別鉆孔流體、地層水和氣體。除了碳?xì)浠?br> 物，煤層氣可以包含氣體例如C02和N2。由此，期望使用能夠?qū)⑻細(xì)浠衔锱c其它預(yù)料到的
氣體區(qū)別開的光學(xué)流體分析儀。 由于氣體檢測器716提供了表面測量，因此非常小量的氣體718不會使得足夠的光折射到所生成的流體中。與之相反，液體檢測器710測量穿過流體的光的響應(yīng)、并且對于樣本中存在的氣體能夠給出更為敏感的指示。 在從該區(qū)域獲取數(shù)據(jù)之前，重要的是具有足夠的儲層流體，從而使得能夠獲得地層流體的準(zhǔn)確代表性樣本。在鉆孔操作期間以及鉆孔操作之后，鉆孔流體將會流入或者侵入到井孔附近的地層中。侵入的量根據(jù)鉆孔流體密度和高度、鉆孔流體特性(例如粘性和降濾失劑)、地層滲透性以及地層壓力而變化。當(dāng)?shù)貙恿黧w從地層抽出從而獲取流體樣本時，重要的是觀察流體類型。如果沒有首先泵出足夠量的鉆孔流體，將會獲得不準(zhǔn)確的結(jié)果。這些異常來自于鉆孔流體，而不是被分析的地層流體。 參考圖8，顯示了根據(jù)發(fā)明的解釋性實(shí)施例的流程圖，該流程圖顯示了用于獲取臨界解吸壓力的現(xiàn)場測量的方法步驟。 通過將地層評價工具降落到井孔中(步驟810)而開始工序800。地層評價工具可以是能夠完成這里所述的數(shù)據(jù)收集和分析的任意地層評價工具，例如圖5的地層評價工具510。地層評價工具被降低到含煤地層的必要深度，該必要深度通過來自于井場鉆孔的信息而確定。 地層評價工具上的地層隔離封隔器被膨脹(步驟812)，有效地使井孔的小區(qū)域與井孔的其它區(qū)域封閉開來。地層隔離封隔器由此提供了封閉，從而使得地層隔離封隔器之間區(qū)域內(nèi)的情況相對于井孔其它位置的情況能夠例如通過改變該區(qū)域內(nèi)的壓力發(fā)生變化。地層隔離封隔器通過將井孔內(nèi)的鉆孔流體抽到地層隔離封隔器的內(nèi)部而膨脹，導(dǎo)致地層隔離封隔器膨脹并且與井孔側(cè)面接合。 —旦地層隔離封隔器已經(jīng)膨脹，那么地層評價工具開始減小地層隔離封隔器之間區(qū)域內(nèi)的局部壓力(步驟814)。當(dāng)鉆孔流體移開時，地層隔離封隔器之間的區(qū)域相對于地 層內(nèi)的流體壓力經(jīng)受了壓降。當(dāng)更多的鉆孔流體從地層隔離封隔器之間的區(qū)域移開時，地 層流體從周圍飽和的井孔基質(zhì)吸引過來并且引到減壓區(qū)域中。 一旦封隔器之間的壓力降低 到小于地層壓力的壓力，地層流體開始從地層流入到隔離封隔器之間降壓區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)?shù)貙臃飧羝髦g的壓力進(jìn)一步降低超過地層流體內(nèi)任意溶解氣體的蒸發(fā)壓力 時，地層流體中將會出現(xiàn)氣泡。當(dāng)?shù)貙痈綦x封隔器之間區(qū)域內(nèi)的壓力連續(xù)地降低時，引入到 該區(qū)域內(nèi)的地層流體流經(jīng)流體分析儀從而確定滲出的地層流體中氣泡的出現(xiàn)(步驟816)。 液體檢測器可以是分光計液體檢測器，例如圖7中的液體檢測器710。當(dāng)?shù)貙恿黧w抽送經(jīng)過 地層評價工具時，液體檢測器能夠?qū)⒌貙恿黧w中的水與地層流體中存在的其它流體例如油 區(qū)別開。液體檢測器測量經(jīng)過流體的光響應(yīng)，并且與氣體檢測器相比對樣本中存在氣體給 出了更加敏感的指示。 如果滲出地層流體中沒有發(fā)現(xiàn)氣泡(步驟816中"否")，那么地層隔離封隔器之 間區(qū)域內(nèi)的局部壓力被進(jìn)一步降低，并且工序800返回到步驟814。局部區(qū)域被抽到更低壓 力，并且滲出的地層流體被再次分析。這樣一直重復(fù)，直到在滲出地層流體內(nèi)檢測到氣泡的 出現(xiàn)。如果在滲出地層流體中發(fā)現(xiàn)氣泡的存在(步驟816中"是")，那么該區(qū)域的局部壓 力被記錄下來(步驟818)。根據(jù)地層流體內(nèi)的氣體存在，可以確定臨界解吸壓力。由此，當(dāng) 氣泡形成首次發(fā)生時記錄下的壓力就等于臨界解吸壓力。 根據(jù)臨界解吸壓力的確定，地層流體中氣體濃度可隨后被確定(步驟820)，并且 工序此后終止。朗繆爾方程，如圖8中所示及描述，被通常應(yīng)用于煤層氣地層，從而一旦知 曉臨界解吸壓力的話就能預(yù)測出氣體含量。 參考圖9，根據(jù)本發(fā)明解釋性實(shí)施例顯示了地層工具測試序列期間區(qū)段壓力相對 于時間的曲線圖。圖9的曲線圖能夠通過使用地層評價工具例如圖6的地層評價工具600 獲得。時間刻度以秒為單位顯示了大約1小時序列的總體時間，包括隔離封隔器的膨脹以 及壓縮。在"地層抽空"時間段期間內(nèi)抽出的整體可能流體是57升。小于100%的抽送效 率可能會導(dǎo)致比理論量更少的處理地層流體。累積抽空體積的線性特性顯示出基本恒定的 抽空率，如圖9所示。抽空時短的暫停導(dǎo)致抽空序列中點(diǎn)附近的壓力異常。
參考圖IO，顯示了根據(jù)本發(fā)明的解釋性實(shí)施例的光學(xué)分析儀響應(yīng)，其顯示了抽空 序列期間水和氣體生成。圖10中所示的結(jié)果能夠通過使用光學(xué)流體分析儀例如圖7中的 光學(xué)流體分析儀720得到。來自于光學(xué)流體分析儀的光學(xué)響應(yīng)僅僅當(dāng)流體運(yùn)動經(jīng)過檢測器 時是有效的。由此，只有抽空期間的光學(xué)響應(yīng)要被考慮用于流體分析。光學(xué)流體分析儀的 氣體檢測器沒有直接地響應(yīng)氣體的存在。然而，很低量的氣體能夠通過分光計例如圖7中 的液體檢測器710被檢測，通過大部分藍(lán)色水響應(yīng)1012中的白色峰值1010而指示。
給定抽空壓力下的氣體指示是水泡點(diǎn)壓力的指示。假設(shè)地層水和煤氣處于均 衡-在未開發(fā)的鉆場情況下，給定抽空壓力下的氣體形成是當(dāng)前抽空壓力等于臨界解吸壓 力的指示。 下面參考圖ll，顯示了根據(jù)本發(fā)明示意性實(shí)施例的朗繆爾吸附等溫線的圖線，其 顯示了從氣體生成開始的臨界解吸壓力。朗繆爾方程通常應(yīng)用于CBM以預(yù)測氣體含量。
朗繆爾方程一般表示為
= (1 — /a _ /附)- 其中 (VL)=朗繆爾體積常數(shù)；
(PL)=朗繆爾壓力量；
(fa)=灰量百分?jǐn)?shù)；
(fm)=濕度百分?jǐn)?shù)；
(P)=抽空壓力；以及
(Gs)=儲氣量。 朗繆爾體積常數(shù)(VL)是吸附等溫線上達(dá)到的最大儲氣量，顯示為曲線1110在點(diǎn)1112的最終展平。朗繆爾壓力量(PL)是儲氣量為最大存儲量(VL) —半時的壓力，在點(diǎn)1114處顯示。VL和PL都能夠通過從關(guān)注區(qū)段取回的煤芯的實(shí)驗(yàn)室測試而被確定?；伊堪俜?jǐn)?shù)(fa)能夠通過裸眼井測井響應(yīng)和/或?qū)嶒?yàn)室測試而被確定。濕度百分?jǐn)?shù)(fm)能夠通過煤芯的實(shí)驗(yàn)室測試而被確定，但是從裸眼井測井中確定是不可靠。 本發(fā)明由此提供了一種利用纜索式地層評價工具以便現(xiàn)場確定臨界解吸壓力從而進(jìn)行井場分析的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。臨界解吸壓力通過抽空井孔內(nèi)的區(qū)域而被確定。隨著該區(qū)域的壓力降低，來自于周圍地層基質(zhì)的地層流體被引入到該區(qū)域內(nèi)。隨著局部壓力進(jìn)一步降低，地層流體中的氣泡將開始形成。地層流體被觀察，以及氣泡的形成被檢測。臨界解吸壓力根據(jù)地層流體內(nèi)的氣體存在而被確定。地層流體內(nèi)的氣體濃度可隨后由臨界解吸壓力推導(dǎo)出來。根據(jù)地層中的氣體濃度以及估計出的總體氣體含量，能夠作出有關(guān)從井開采氣的經(jīng)濟(jì)可行性的決策。 盡管前面內(nèi)容被設(shè)置用于特別詳細(xì)地解釋、說明以及描述本發(fā)明特定實(shí)施例的目的，但是在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，對所述方法、系統(tǒng)以及其它實(shí)施例作出改進(jìn)和改變對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。
權(quán)利要求
一種用于確定臨界解吸壓力的方法，包括抽空井孔內(nèi)的區(qū)域；將地層流體引入到所述區(qū)域內(nèi)；當(dāng)?shù)貙恿黧w從所述區(qū)域被抽出時觀察地層流體；以及根據(jù)地層流體內(nèi)的氣體存在確定臨界解吸壓力。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述區(qū)域通過至少兩個地層封隔器的膨脹被限定。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，抽空步驟導(dǎo)致所述區(qū)域內(nèi)的壓力小于地層壓力。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，觀察地層流體的步驟包括通過光學(xué)流體分析儀觀察流體。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，光學(xué)流體分析儀包括分光計、折射計以及電阻率計中的至少一種。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定臨界解吸壓力包括通過使用光學(xué)流體分析儀檢測地層流體內(nèi)氣泡的形成。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，抽空井孔內(nèi)的區(qū)域的步驟形成當(dāng)前局部壓力，并且在所述當(dāng)前局部壓力下在水泡點(diǎn)壓力下出現(xiàn)氣泡的形成。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)前局部壓力被減小，直到地層流體內(nèi)氣泡的形成被檢測到。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述臨界解吸壓力是當(dāng)?shù)貙恿黧w內(nèi)氣泡的形成被檢測到時的當(dāng)前局部壓力，所述方法還包括根據(jù)所述臨界解吸壓力確定地層流體內(nèi)氣體的濃度。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，地層流體從煤層氣地層被引入。
11. 一種用于確定臨界解吸壓力的設(shè)備，包括泵，所述泵用于抽空井孔內(nèi)的區(qū)域并且將地層流體引入所述區(qū)域中；光學(xué)流體分析儀，所述光學(xué)流體分析儀用于在地層流體從所述區(qū)域被抽出時觀察地層流體；以及具有內(nèi)存和處理器的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述內(nèi)存包含一組指令，其中，響應(yīng)所述一組指令的執(zhí)行，所述處理器根據(jù)地層流體中氣體的存在確定臨界解吸壓力。
12. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵和光學(xué)流體分析儀被包括在地層評價工具中，所述地層評價工具還包括限定所述區(qū)域的至少兩個地層隔離封隔器。
13. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述光學(xué)流體分析儀包括分光計、折射計以及電阻率計中的至少一種。
14. 一種管理鉆場的方法，所述方法包括確定臨界解吸壓力，所述方法包括抽空井孔內(nèi)的區(qū)域；將地層流體引入所述區(qū)域中；當(dāng)?shù)貙恿黧w從所述區(qū)域被抽出時觀察地層流體；根據(jù)地層流體中氣體的存在確定臨界解吸壓力。
15. 如權(quán)利要求14所述的管理鉆場的方法，其特征在于，所述區(qū)域通過至少兩個地層封隔器的膨脹被限定。
16. 如權(quán)利要求14所述的管理鉆場的方法，其特征在于，抽空步驟導(dǎo)致所述區(qū)域內(nèi)的 壓力小于地層壓力。
17. 如權(quán)利要求14所述的管理鉆場的方法，其特征在于，觀察地層流體的步驟包括通 過光學(xué)流體分析儀觀察流體。
18. 如權(quán)利要求14所述的管理鉆場的方法，其特征在于，光學(xué)流體分析儀包括分光計、 折射計以及電阻率計中的至少一種。
19. 如權(quán)利要求14所述的管理鉆場的方法，其特征在于，確定臨界解吸壓力包括通過 使用光學(xué)流體分析儀檢測地層流體內(nèi)氣泡的形成。
20. 如權(quán)利要求19所述的管理鉆場的方法，其特征在于，抽空井孔內(nèi)的區(qū)域的步驟形 成當(dāng)前局部壓力，并且在所述當(dāng)前局部壓力下在水泡點(diǎn)壓力下出現(xiàn)氣泡的形成。
21. 如權(quán)利要求20所述的管理鉆場的方法，其特征在于，所述當(dāng)前局部壓力被減小，直 到地層流體內(nèi)氣泡的形成被檢測到。
22. 如權(quán)利要求21所述的管理鉆場的方法，其特征在于，所述臨界解吸壓力是當(dāng)?shù)貙?流體內(nèi)氣泡的形成被檢測到時的當(dāng)前局部壓力，所述方法還包括根據(jù)所述臨界解吸壓力確 定地層流體內(nèi)氣體的濃度。
23. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，地層流體從煤層氣地層被引入。
全文摘要
通過抽空井孔內(nèi)區(qū)域確定臨界解吸壓力。當(dāng)所述區(qū)域的壓力降低時，來自于周圍巖石基質(zhì)的地層流體被引入所述區(qū)域中。當(dāng)局部壓力進(jìn)一步降低時，地層流體內(nèi)開始形成氣泡。觀察地層流體，以及檢測氣泡的形成。根據(jù)地層流體內(nèi)的氣體存在確定臨界解吸壓力。地層流體內(nèi)的氣體濃度隨后根據(jù)臨界解吸壓力的確定而被確定。
文檔編號E21B47/06GK101743377SQ200880024886
公開日2010年6月16日 申請日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者G·施拉赫特 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司