專利名稱：采用核磁共振測量來采集地層性質(zhì)信息的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于在地層中進(jìn)行鉆井操作或者采集關(guān)于井筒周圍的地層性質(zhì)或特征的信息的方法和裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種裝置和方法，其采用核磁共振(NMR)測量來測定、評(píng)估、預(yù)測或采集地層的某些性質(zhì)。
背景技術(shù)：
在這里所介紹的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選應(yīng)用中，可以從NMR測量中得出關(guān)于井筒周圍的地層中的孔隙壓力的信息。這種孔隙壓力信息可在鉆井操作的過程中起重要的作用。例如，關(guān)于地層內(nèi)的孔隙壓力特性的知識(shí)有助于優(yōu)化所用鉆井液(通常稱為“泥漿”或“泥漿系統(tǒng)”)的類型和組成，尤其是液體密度(“泥漿重量”)。具體地說，在鉆井操作期間避免泥漿柱和地層流體之間存在較大的壓力差是很重要的。泥漿柱中的過大壓力會(huì)導(dǎo)致地層發(fā)生不希望有的破裂，并導(dǎo)致鉆井液大量地?fù)p失。另一方面，泥漿柱中的較低壓力使得地層流體進(jìn)入到泥漿系統(tǒng)中對并其產(chǎn)生干擾。如果地層流體以不受控制的方式到達(dá)地面處，通常稱為“井噴”，那么這兩種情況都會(huì)引起更不希望發(fā)生的后果。
已經(jīng)采用了幾種技術(shù)來估計(jì)地層中的孔隙壓力，但其成功的程度各有不同。例如，可采用聲音測量和地震測量來傳遞關(guān)于孔隙壓力的信息，這是基于下述原理，即聲音在流體中的速度隨壓力的增大而增加。另一種估計(jì)孔隙壓力的方法是測量地面泵壓和不同壓力處的泥漿體積。無論如何，尚未嘗試或建議采用NMR測量技術(shù)來采集關(guān)于井筒周圍的地層內(nèi)的孔隙壓力的信息。
然而已經(jīng)知道，在井筒中進(jìn)行的核磁共振(NMR)測量可提供關(guān)于地質(zhì)構(gòu)造的不同類型的信息。在過去，這種測量通常在已經(jīng)鉆出了井筒之后進(jìn)行?，F(xiàn)在，已經(jīng)可以在鉆井時(shí)進(jìn)行NMR測量(即隨鉆測井或LWD)，因而節(jié)約了時(shí)間并在進(jìn)行鉆井時(shí)提供了關(guān)于地層的有價(jià)值的實(shí)時(shí)信息。例如，這種信息可指示出孔隙的相對體積、可動(dòng)流體的相對體積、地層的總孔隙度和地層的滲透率，等等。
可采用幾種類型的可買到的測井工具來進(jìn)行NMR測量。這些工具通常包括一個(gè)或多個(gè)用于產(chǎn)生靜磁場B0的較大永久磁體或電磁體、置于待分析的地層附近的天線，以及能夠經(jīng)天線傳導(dǎo)RF功率脈沖序列以在地層中引發(fā)RF磁場B1的電路。該電路還包括可檢測因RF脈沖序列而在天線中引發(fā)的信號(hào)的接收器。然后可測量所引發(fā)的信號(hào)并對其進(jìn)行處理，以提供關(guān)于地層性質(zhì)的所需信息。
通常來說，NMR測井工具被調(diào)諧到可檢測氫共振信號(hào)(例如來自水或烴的氫共振信號(hào))，這是因?yàn)闅浜耸亲畲罅康暮腿菀讬z測到的。一般來說，通過為靜磁場B0提供一段時(shí)間來對處于基本上與B0對齊的方向上的水和烴的自旋氫核進(jìn)行極化，就可對地層中的與氫核有關(guān)的現(xiàn)象進(jìn)行NMR測量。通過施加RF脈沖序列以引發(fā)RF場B1，就可改變氫核磁化和靜磁場B0之間的角度。通常來說，所采用的脈沖序列包括第一RF脈沖(即激勵(lì)脈沖)，其強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間選擇成可重新定向核磁化，使之與因B0而得到的方位(即初始橫向磁化)形成約90度。在一段選擇的時(shí)間之后施加一系列的連續(xù)RF脈沖(即反轉(zhuǎn)或重新聚焦脈沖)，各脈沖的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間選擇成可重新定向核的自旋軸，使之與它們之前的方位形成約180度。重新定向核磁化所需的RF場的頻率(即拉莫爾頻率)與靜磁場B0的強(qiáng)度通過回轉(zhuǎn)磁比γ而相關(guān)聯(lián)，回轉(zhuǎn)磁比γ對各種同位素來說是獨(dú)有的。
由于在磁場B0中存在不均勻，垂直平面內(nèi)(x，y平面)內(nèi)的自旋通常會(huì)丟失它們的相位相干性，這很快會(huì)導(dǎo)致快速信號(hào)衰減。在各180度的RF脈沖之后，自旋重新定位，使得它們重新獲得其相位相干性，這使得信號(hào)即自旋回聲重新出現(xiàn)。自旋回聲衰減的速度(即自旋核喪失其在橫向平面內(nèi)的對準(zhǔn)的速度)的測量稱為弛豫，或T2測量。如本領(lǐng)域所知的那樣，T2測量與地層的化學(xué)和物理性質(zhì)相關(guān)。例如，粘性油中的氫核具有相對較短的弛豫時(shí)間，而輕油中的氫核具有相對較長的弛豫時(shí)間。類似地，自由水中的氫核通常比束縛水(例如粘土束縛水)中的氫核具有更長的弛豫時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于采集關(guān)于井筒周圍的地層中的孔隙壓力的信息的方法。該方法包括初始步驟選擇鉆探環(huán)境(由井筒和周圍地層構(gòu)成)的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)(例如孔隙度、滲透率、含氫指數(shù)、鉆井液成分等)和NMR測量響應(yīng)中的至少一個(gè)NMR參數(shù)(例如T2分布)。該適當(dāng)性質(zhì)選擇成其在多個(gè)井筒深度上的值可與地層中的孔隙壓力的特征或特性相關(guān)聯(lián)。該方法還包括在多個(gè)井筒深度處進(jìn)行NMR測量，從而產(chǎn)生來自鉆探環(huán)境的NMR響應(yīng)。然后將NMR響應(yīng)中的NMR參數(shù)的測量值與適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)。接著比較多個(gè)深度上的該適當(dāng)性質(zhì)的值，然后將這些性質(zhì)值之間的一致性與該多個(gè)深度上的孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)。這樣就可以確定地層內(nèi)的多個(gè)井筒深度上的孔隙壓力的特征。在本發(fā)明方法的一個(gè)變型中，將多個(gè)深度上的選出NMR參數(shù)的值也與適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)(以首先測定該適當(dāng)性質(zhì)的特性)，然后將該適當(dāng)性質(zhì)的特性與孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)。
在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的方法包括初始步驟選擇鉆探環(huán)境的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)，使得在井筒深度間隔上的適當(dāng)性質(zhì)的變動(dòng)可與地層中的孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)，并且預(yù)測井筒深度間隔上的該適當(dāng)性質(zhì)的曲線圖(例如通過歷史信息或預(yù)備測量)。另外，選擇至少一個(gè)NMR參數(shù)，使得該井深間隔上的NMR參數(shù)的值可與該井深間隔上的適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)。在提供了NMR測量裝置之后，就可以開始鉆井操作以便開始成形井筒。
在鉆井過程中，NMR測量裝置在井筒中的某一深度處工作，產(chǎn)生來自鉆探環(huán)境的NMR響應(yīng)，并對NMR響應(yīng)中的NMR參數(shù)進(jìn)行計(jì)量。通過在多個(gè)井筒深度處重復(fù)這一過程并提供在這些深度處的NMR參數(shù)的值，就可建立該適當(dāng)性質(zhì)的實(shí)際曲線圖。然后將實(shí)際曲線和預(yù)測曲線之間的偏差與地層中的孔隙壓力變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
在上述方法中，所選擇的適當(dāng)性質(zhì)中的一些可以是孔隙度、滲透率、含氫指數(shù)、鉆井液的性質(zhì)如成分、地層流體的性質(zhì)如成分，或者是它們的組合。在一個(gè)特定應(yīng)用中，所選擇的適當(dāng)性質(zhì)是流體入侵的深度，而NMR測量針對鉆探環(huán)境的近井筒區(qū)域來進(jìn)行。
在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明為一種在地層中鉆出井筒的方法。該方法包括步驟采用具有流體成分的鉆井液來開始在地層中鉆出井筒，在鉆井時(shí)監(jiān)測井筒周圍的地層中的孔隙壓力。監(jiān)測步驟還包括選擇鉆探環(huán)境的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)，使得在井筒深度上的該適當(dāng)性質(zhì)的偏差可與地層中的孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。然后在多個(gè)井筒深度處得到NMR測量，從而在多個(gè)井筒深度上產(chǎn)生來自井筒周圍的NMR響應(yīng)。從該NMR響應(yīng)中確定井筒深度上的該適當(dāng)性質(zhì)的特性，然后將井筒深度上的該適當(dāng)性質(zhì)的特性與地層中的孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)。
在下面的“具體實(shí)施方式
”部分中介紹了本發(fā)明的其它方面，在所附權(quán)利要求中也闡述了本發(fā)明的其它方面。例如，本發(fā)明還針對一種適用于或至少與上述方法相關(guān)的系統(tǒng)和有形媒介。


為了更完整地理解本發(fā)明，下面將結(jié)合附圖并參考下述介紹，在附圖中圖1是井筒和用于在井筒中進(jìn)行NMR測量的系統(tǒng)的簡化示意圖；圖2是用于圖1所示系統(tǒng)的簡化電路圖；
圖3是顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于采集孔隙壓力信息的方法的流程圖；圖3A是適于與根據(jù)本發(fā)明的各種方法一起使用的代表性測井圖；圖4是顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于進(jìn)行鉆井操作的方法的流程圖；圖5是顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一方法的流程圖；和圖6是顯示了根據(jù)本發(fā)明的另外一種方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種利用核磁共振測量(NMR)來評(píng)估、確定、預(yù)測，或表征井筒周圍的地層中的孔隙壓力曲線圖(孔隙壓力相對于深度的曲線圖)的方法。這種孔隙壓力信息可在鉆井操作(例如隨鉆測量/測井)的期間或與之同時(shí)地采集，或者在鉆井操作完成之后采集。在本發(fā)明的另一方面中，該方法在實(shí)際鉆井操作的過程中利用了這樣采集到的孔隙壓力信息。在LWD應(yīng)用中，在鉆井操作期間采集到孔隙壓力信息可提供重要的優(yōu)點(diǎn)，包括提高鉆井操作的安全性和效率。如下所述，發(fā)現(xiàn)存在過壓或負(fù)壓情況可確保能以多種方式來改變鉆井操作，包括要求立即停止鉆井操作以應(yīng)付井噴危險(xiǎn)和/或?qū)δ酀{系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
為了便于描述本發(fā)明的各個(gè)方面，附圖及其介紹將集中于采集井筒周圍的地層性質(zhì)的信息、尤其是孔隙壓力的代表性方法。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍延伸超過了這些代表性的方法，并且本發(fā)明方法的各個(gè)方面或方法本身適用于與采集鉆探環(huán)境和/或鉆井操作的信息有關(guān)的其它應(yīng)用。無論如何，圖1和2顯示了一種能夠采用這些方法來進(jìn)行NMR測量的代表性的NMR測量裝置。圖3-6用于幫助說明采集孔隙壓力信息或利用這種NMR測量和孔隙壓力信息來進(jìn)行鉆井操作的方法，它們體現(xiàn)了本發(fā)明的各個(gè)方面。
圖1的簡化示意圖描述了NMR測量裝置，其形式為繩索傳送的測井工具10。測井工具10設(shè)計(jì)用于勘探所穿過的或位于井筒14附近的地層12內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)地層或地帶。在一種典型應(yīng)用中，將測井工具10系在鎧裝電纜16上懸掛于井筒14中，其長度基本上確定了測井工具10的相對深度。電纜長度通過任何適當(dāng)?shù)难b置如地面處的滾筒和絞盤裝置18來控制。
NMR測量裝置或測井工具10可以是適用于電纜測井應(yīng)用或隨鉆測井(LWD)應(yīng)用的任何適當(dāng)?shù)木翹MR測井設(shè)備。顯然，本發(fā)明的方法可以同等地適用于其中的任一種應(yīng)用。測井工具10包括用于在地層中的所關(guān)注的體積19內(nèi)產(chǎn)生靜磁場B0的永久磁體、電磁體或磁體陣列，一個(gè)或多個(gè)RF天線(例如螺線管天線、環(huán)形天線、鞍形天線等)，以及配置成可產(chǎn)生RF功率脈沖以在地層中引發(fā)RF磁場B1并接收從地層中檢測到的自旋回聲的電路。
地面記錄系統(tǒng)20為測井工具10提供電能，并且工具10所檢測到的信號(hào)經(jīng)鎧裝電纜16返回到系統(tǒng)20中以便記錄下來并進(jìn)行解釋。通常來說，地面記錄系統(tǒng)20保存了所檢測到的自旋回聲相對于測井工具10的深度的記錄。在所示實(shí)施例中，表示了深度的輸出信號(hào)由電纜長度測量編碼器22來提供?；蛘撸孛嬗涗浵到y(tǒng)20可保存所檢測到的自旋回聲相對于時(shí)間的記錄。之后，可將此基于時(shí)間的測量與深度測量記錄相關(guān)聯(lián)，使得可得到基于深度的測量。
圖2以簡化的框圖形式顯示了與測井工具10相關(guān)并配置成可產(chǎn)生RF脈沖和檢測自旋回聲的井下電路的一個(gè)代表性實(shí)施例。通常來說，電路產(chǎn)生RF信號(hào)，該信號(hào)可經(jīng)天線發(fā)射出去以在地層中引發(fā)RF磁場。通過天線來檢測由RF磁場所產(chǎn)生的自旋回聲信號(hào)，它們或被存儲(chǔ)或被發(fā)送回地面以被地面記錄系統(tǒng)20記錄下來。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下，可以使用電路的其它實(shí)施例。
如圖2所示，井下電路包括處理器子系統(tǒng)210，其具有相關(guān)的存儲(chǔ)器、定時(shí)電路、接口和一些選出的外圍設(shè)置(未單獨(dú)地示出)。處理器子系統(tǒng)210與可與地面記錄系統(tǒng)20進(jìn)行通信的遙測電路212相連。處理器子系統(tǒng)210可包括或可操作地關(guān)聯(lián)有可編程裝置，用于執(zhí)行將NMR數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成關(guān)于鉆探環(huán)境性質(zhì)的有用信息的處理。
脈沖形成電路包括變頻振蕩器214，其可在處理器子系統(tǒng)210的控制下產(chǎn)生所需頻率的交變RF信號(hào)。振蕩器214的輸出端與可提供脈沖相位控制的移相器216和調(diào)制器218相連，它們均處于處理器子系統(tǒng)210的控制下以產(chǎn)生RF場的所需脈沖相位。調(diào)制器218的輸出端經(jīng)功率放大器220與RF天線222相連。還可選擇性地設(shè)置Q開關(guān)224，其用于將RF天線系統(tǒng)減弱到較低的天線振蕩。
在所示電路中，天線222可發(fā)送RF脈沖以在地層中引發(fā)RF場，并檢測因施加RF場而產(chǎn)生的回聲信號(hào)。因此，如圖2所示，天線222還通過雙工器或開關(guān)226與接收部分相連，雙工器或開關(guān)226的輸出端與接收放大器228相連。在發(fā)送和減振模式中，開關(guān)226可保護(hù)接收放大器228不受傳送到RF天線222上的高功率脈沖的影響。在接收模式中，雙工器226用作從天線222到接收放大器228的低阻抗連接。接收放大器228的輸出端與雙相敏檢測器230相連，該檢測器230還接收來自振蕩器信號(hào)的信號(hào)作為基準(zhǔn)。檢測器230的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器232相連；模數(shù)轉(zhuǎn)換器232的輸出是表示了所檢測到的NMR信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)理解，雖然測井工具10在圖1中顯示為整體的或單個(gè)的裝置，但它也可包括單獨(dú)的部件并可與其它測井工具相結(jié)合。另外，雖然在圖1中顯示了繩索工具，然而例如在LWD應(yīng)用中也可使用其它形式的物理支撐以及與地面之間的通信鏈路。還有，表示了所檢測到的自旋回聲的數(shù)字信號(hào)可在工具10處于井下時(shí)發(fā)送到地面記錄系統(tǒng)20中。或者，數(shù)字信號(hào)可由處理器子系統(tǒng)210存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并之后在工具10返回到地面時(shí)供檢索。
使用測井工具、例如如圖1所示的工具，就可測量若干NMR參數(shù)，從中可以得到鉆井環(huán)境的性質(zhì)。例如，大多數(shù)NMR測井儀可設(shè)置成能夠測量氫核的自旋-點(diǎn)陣(縱向)弛豫時(shí)間(T1)和/或自旋-自旋(橫向)弛豫時(shí)間(T2)。這種測量這樣來得到，即首先將氫核暴露在靜磁場B0中來使其極化，然后施加調(diào)諧在所關(guān)注的氫核的拉莫爾頻率下且長度被校準(zhǔn)的RF脈沖(初始脈沖)，以得到自旋磁化的90度旋轉(zhuǎn)。
在美國專利No.6246236中介紹了一種適用于本發(fā)明的LWD工具(該專利通過引用結(jié)合于本文中并構(gòu)成本公開的一部分)。
現(xiàn)在參考圖3，圖中顯示了流程圖300，其大體上描述了在井筒周圍的地層或者至少在井筒所處的地層中采集關(guān)于孔隙壓力的信息的方法。該方法涉及在井深間隔上測量來自由井筒和周圍地層所形成的區(qū)域或地段(“鉆探環(huán)境”)中的NMR響應(yīng)。鉆探環(huán)境可包含于一個(gè)均質(zhì)地層或地帶中，或穿過多個(gè)地層或地帶。如通過本發(fā)明方法的各個(gè)示例所進(jìn)行進(jìn)一步的說明那樣，井筒附近的地層中的孔隙壓力會(huì)影響鉆探環(huán)境的性質(zhì)。在此前提下，根據(jù)本發(fā)明的方法采用NMR測量技術(shù)來評(píng)估在井筒深度間隔上的鉆探環(huán)境的一定性質(zhì)，并從此評(píng)估中得到與同一井筒深度間隔上的孔隙壓力有關(guān)的信息。
本發(fā)明方法中的一個(gè)優(yōu)選的初始步驟是選擇鉆探環(huán)境的一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)男再|(zhì)(化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì))(302)。該適當(dāng)性質(zhì)必須是可將給定井筒深度間隔上的測量值或特性直接或間接一與同一井筒深度間隔上的孔隙壓力的值或特性相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)。特別是，已經(jīng)確定，對于一些性質(zhì)來說，該井深間隔上的這些值的變動(dòng)可歸因于孔隙壓力的變動(dòng)。例如，一定的井筒深度間隔上的孔隙度特性可與同一井深間隔上的地層中的孔隙壓力特性相關(guān)聯(lián)。通常來說，孔隙度將隨深度的增加而下降，這是因?yàn)楦叩膲毫呄蛴趬簩?shí)地層。與此常規(guī)趨勢或曲線圖相反的情況是在一個(gè)均質(zhì)地帶中孔隙度急劇地增加，這可能意味著存在壓力增大的地帶。
此外，如上所述的地層孔隙度(或總孔隙度)可分成兩個(gè)分量約束流體體積(BFV)和自由流體體積(FFV)。對于本發(fā)明的方法來說，可單獨(dú)地選擇這兩個(gè)分量中的一種來作為鉆探環(huán)境的該適當(dāng)性質(zhì)。BFV表示被約束的總孔隙度的相對份額，而FFV是未約束的份額。更具體地說，BFV表示了與固體顆粒尤其是粘土顆粒緊密相互作用的孔隙度(即總孔隙度)的百分率。在許多應(yīng)用中，可以與總孔隙度一起方便且更有利地監(jiān)測BFV和/或FFV。無論如何，如這里所使用的那樣，用語“孔隙度”可意味著總孔隙度、BFV、FFV或它們的任何或全部的組合。
與總孔隙度值類似，BFV值趨向于隨深度的增加而減小，尤其是在頁巖地層中，但在過壓地帶中卻增加。因此，與此趨勢相反的情況、即在其它均質(zhì)地帶中BFV的增加可能意味著孔隙壓力突然增加。
孔隙度是被確定適用于圖3所示方法的鉆探環(huán)境的若干性質(zhì)之一?？捎糜谂c根據(jù)本發(fā)明的方法一起使用的其它性質(zhì)包括滲透率；孔隙大小(由約束擴(kuò)散來決定)；鉆井液的性質(zhì)，包括成分；地層流體的性質(zhì)，包括成分；鉆井液/地層流體的侵入特征；以及這些性質(zhì)的組合。
作為另一初始步驟，該方法最好包括選擇適當(dāng)?shù)腘MR參數(shù)(304)。如上所述，NMR測量產(chǎn)生對NMR信號(hào)所針對的環(huán)境或物體而言為獨(dú)有的響應(yīng)。該NMR響應(yīng)可由一組獨(dú)有的參數(shù)來表征，然而可能需要控制該響應(yīng)以便觀察和更好地評(píng)估某些參數(shù)。已知有多種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)可實(shí)現(xiàn)這一目的。在本發(fā)明方法的應(yīng)用中，一個(gè)或多個(gè)這些參數(shù)(或NMR數(shù)據(jù))被標(biāo)識(shí)為具有一定的值，這些值與給定井筒深度間隔上的所選適當(dāng)性質(zhì)的值或特性存在某種關(guān)聯(lián)。更具體地說，所選的NMR參數(shù)是由給定井筒深度間隔上的一些值來表征的參數(shù)，這些值與該相同井深間隔上的鉆井環(huán)境的所選性質(zhì)的值或特性存在某種關(guān)聯(lián)，因此可從中得出孔隙壓力的特性或值。
相對于孔隙度來說，所用的優(yōu)選MR參數(shù)為NMR響應(yīng)中的T2分布。鹽水的NMR的T2分布與孔隙大小分布相關(guān)。具體地說，較短的弛豫時(shí)間與更加密實(shí)或更小的孔隙大小有關(guān)。作為T2分布的附加，還可以選擇T1分布(不受擴(kuò)散系數(shù)的影響)。
再參考圖3，該優(yōu)選方法要求在多個(gè)井筒深度處(例如在一定的井筒深度間隔上)進(jìn)行NMR測量，從而產(chǎn)生來自鉆探環(huán)境的NMR響應(yīng)(306)。測量可在該井深間隔上連續(xù)地進(jìn)行，或在一定時(shí)間或深度上周期性地進(jìn)行。通常來說，可以得到關(guān)于鉆出井筒所處的各地帶或地層的特征的大量地質(zhì)信息。其中令人關(guān)注的是在地帶或地層之間的過渡區(qū)域所處的深度。在步驟306中這些過渡區(qū)域的頻率和位置會(huì)影響井深間隔的范圍，而在周期性測量的情況下，它會(huì)影響測量的數(shù)量和頻率。與過壓或負(fù)壓無關(guān)的性質(zhì)上的顯著變動(dòng)在這種變動(dòng)處是很普遍的；因此，必須注意不要對這種變動(dòng)進(jìn)行誤判斷或提前響應(yīng)。在任何情況下，在步驟306中所提到的井深間隔可以是例如在均質(zhì)地帶中的井筒整個(gè)深度內(nèi)的或者是延伸到穿過若干地帶和地層的整個(gè)井筒深度內(nèi)的精心挑選的間隔。
而且，NMR測量的類型可根據(jù)所尋找的鉆探環(huán)境性質(zhì)而變化。例如，當(dāng)目標(biāo)是孔隙度或滲透率的值時(shí)，應(yīng)進(jìn)行NMR測量以產(chǎn)生來自周圍地層深處的響應(yīng)。適用于這種測量的NMR測量技術(shù)和設(shè)備在美國專利No.6246236和No.6232778中有介紹，它們均通過引用結(jié)合于本文中，并且構(gòu)成本公開的一部分。
如下面所進(jìn)一步介紹的那樣，NMR測量還可在其中通?？砂l(fā)現(xiàn)地層流體和鉆井液之間的界面的鉆探環(huán)境的區(qū)域內(nèi)或周圍進(jìn)行。這一區(qū)域的中心可處于離井筒外表面為約1″到2″之間的任何地方，并通常稱為近井筒區(qū)域。近井筒區(qū)域容易受到鉆井液的侵入，由于在井筒中存在相對于地層中的大得多的壓力，因此鉆井液使地層流體發(fā)生位移或與之混合在一起。因此，井筒內(nèi)的侵入前沿(invasion front)隨深度和差壓而變化。針對于這一區(qū)域的NMR測量技術(shù)和設(shè)備在美國專利No.6246236中有介紹，其通過引用結(jié)合于本文中，并且構(gòu)成本公開的一部分?？衫眠@些類型的NMR測量來采集與鉆井液有關(guān)的性質(zhì)的信息，包括鉆井液的成分以及鉆井液侵入到通常被地層流體所占據(jù)的區(qū)域中的程度和速度。還可從針對于地層流體(即地層流體性質(zhì))的測量中得出鉆井液的性質(zhì)。具體地說，近井筒區(qū)域內(nèi)的地層流體的成分和位置可揭示鉆井液的性質(zhì)。下面將針對在圖5和6中所示的其它方法來介紹在本發(fā)明中這些類型的NMR測量的使用。
最好，NMR參數(shù)的值和鉆探環(huán)境的性質(zhì)輸出到如圖3A所示的鉆井記錄或井?dāng)?shù)據(jù)顯示屏中。當(dāng)處理器子系統(tǒng)(見圖1和2)接收到NMR參數(shù)的值時(shí)，這些值就輸入到駐留在其中的計(jì)算機(jī)軟件/程序中。計(jì)算機(jī)程序可體現(xiàn)為用于將NMR參數(shù)值與所選鉆探環(huán)境性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)的若干已知處理中的任一個(gè)(312)。最好，軟件或程序的執(zhí)行產(chǎn)生了在井深間隔上的鉆探環(huán)境性質(zhì)的值。然后這些值和NMR參數(shù)一起輸出到鉆井記錄350中，如圖3A所示。適用于將T2分布的值與孔隙度或滲透率的值相關(guān)聯(lián)的處理的例子在美國專利(或SPE文件)SPE30560和SPE49010中有介紹，它們均通過引用結(jié)合于本文中，并且構(gòu)成本公開的一部分。
如圖3所示，可能必須進(jìn)行多次NMR測量以建立用于該適當(dāng)性質(zhì)的足夠數(shù)量的值，或者作為另選，建立起在具有足夠說明性的井深間隔上的一些曲線圖或趨勢(步驟308)。這允許鉆井人員或一些其它使用者或自動(dòng)處理器來比較在此井深間隔上的該適當(dāng)性質(zhì)的測量值或?qū)嶋H值，從而評(píng)估該適當(dāng)性質(zhì)的特性。特別令人關(guān)注的是，測量值是否相對穩(wěn)定，或者逐步地增大或減小，或在深度上急劇地變化。然后將這些值之間的比較或關(guān)聯(lián)的方式與孔隙壓力的特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。例如，如果孔隙度的實(shí)際值在已知的均質(zhì)地帶上隨深度而逐漸增大，那么可以確定孔隙壓力也以正常方式隨深度而增大，并且不會(huì)受到突然的壓力變化的影響。另一方面，如果其它逐步增大(曲線)受到一部分突然減小或增大的干擾，那么可以確定該井深間隔上的孔隙壓力分別受到過壓或負(fù)壓地帶的干擾。在圖3所示的流程圖中，對井深間隔上的該性質(zhì)的值進(jìn)行比較相當(dāng)于確定或預(yù)測地層中的孔隙壓力特征的步驟(312)。
NMR的性質(zhì)和鉆探環(huán)境的性質(zhì)的值最好輸出到例如圖3A所示的鉆井記錄中。在一個(gè)LWD應(yīng)用中，這些值最好在鉆井期間記錄下來，使得可在整個(gè)鉆井操作中監(jiān)測該性質(zhì)，因而可監(jiān)測孔隙壓力。在鉆井期間，可以打印出的連續(xù)紙張或數(shù)字顯示屏上顯示出鉆井記錄，因此允許進(jìn)行實(shí)時(shí)的或幾乎同時(shí)的監(jiān)測。在另一實(shí)施例中，測井軟件還可裝有報(bào)警或指示裝置，以監(jiān)測該適當(dāng)性質(zhì)和孔隙壓力的某些不符需要的特性，或者監(jiān)測超過了該適當(dāng)性質(zhì)或孔隙壓力的預(yù)定水平的值。在“具體實(shí)施方式
”部分中，用語“鉆井記錄”指反映了NMR參數(shù)、鉆探環(huán)境的性質(zhì)和其它井信息的值的任何顯示或可觀察的表示。
圖3A的鉆井記錄是適用于本發(fā)明的方法、裝置和系統(tǒng)的適當(dāng)鉆井記錄350的簡化圖示。鉆井記錄350在記錄道1和2中分別提供了γ射線測井和井深的值。在記錄道3中顯示了所選的NMR參數(shù)即T2分布。所選的適當(dāng)鉆探環(huán)境性質(zhì)為孔隙度，其值顯示于記錄道4中。在一個(gè)方面，鉆井記錄350為簡化的圖示，這是因?yàn)樵诟毡榈膽?yīng)用中，各種NMR參數(shù)可與三個(gè)常用的孔隙度性質(zhì)以及滲透率一起記錄下來。這種一組NMR數(shù)據(jù)和源于NMR的性質(zhì)的值還可通過傳統(tǒng)方法采用其它物理測量來得到。這樣就可以得到對鉆井環(huán)境處的狀態(tài)和孔隙壓力的狀態(tài)的更精確或更加無故障的監(jiān)測。在閱讀了“具體實(shí)施方式
”部分和/或查閱了各個(gè)附圖之后，地質(zhì)、巖石物理或其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員可以清楚方法、裝置或系統(tǒng)利用這些不同資源的方式。
在該代表性的鉆井記錄350中，記錄了該地層的若干已知地帶上的T2和孔隙度的值。BFV值或曲線354在記錄道6中單獨(dú)地記錄。該值在前三個(gè)地帶上符合預(yù)期的曲線(如虛線356所示)，并且在接近地帶過渡區(qū)域358之前BFV值隨深度而逐漸減小。這些地帶過渡區(qū)域358的特征和突出點(diǎn)在于，其T2分布和FFV值存在突變(見360)。然而，隨著在后續(xù)地帶中繼續(xù)進(jìn)行鉆井，BFV值的逐步減小中斷。具體地說，BFV值在約14000英尺深度處開始急劇地增加，因而表明孔隙壓力突然增大。在鉆井記錄350中，該突然增大通過標(biāo)識(shí)364和標(biāo)識(shí)366而突出顯示出來。特別是，標(biāo)識(shí)366是一個(gè)警告標(biāo)示(例如紅色聲音報(bào)警)，警告使用者可能存在過壓狀況。
在LWD應(yīng)用中，在發(fā)生這種情況時(shí)應(yīng)當(dāng)停止鉆井操作。在一些應(yīng)用中，可進(jìn)行額外的測量或進(jìn)一步的調(diào)查來確認(rèn)是否存在過壓狀況。然后可通過調(diào)整鉆井技術(shù)(例如通過增加鉆井液成分的密度或降低泵送流量)來處理這一過壓狀況。
鉆井記錄350(以及圖3所示的流程圖)的使用提供了如何確定某一井深間隔上的孔隙壓力的特征以及如何在進(jìn)行鉆井操作時(shí)利用這種信息的例子。為了突出顯示孔隙壓力的變化，鉆井記錄350還能夠?qū)︻A(yù)測或正常壓力值進(jìn)行外推法計(jì)算，從而建立預(yù)測曲線或正常曲線。預(yù)測曲線表示為測量或?qū)嶋HBFV值(實(shí)際曲線354)的實(shí)際曲線的虛線(356)延伸。當(dāng)實(shí)際曲線354與預(yù)測曲線356存在偏差時(shí)，兩條曲線均呈現(xiàn)出并保留在測井記錄上，并且兩者之間的偏差突出顯示出來(例如用紅色)。這允許使用者評(píng)估并甚至可量化實(shí)際值與正常值的偏離程度，從而評(píng)估過壓的程度。
圖4提供了一種相對于圖3所示流程圖的通用方法的一種變型。特別是，圖4中的流程400所體現(xiàn)的方法使用了一定井深間隔上的鉆探環(huán)境性質(zhì)的預(yù)測曲線與從NMR測量中得出的實(shí)際曲線的比較。而且，圖4中的流程400顯示了一種采用NMR測量來鉆井的方法。
在該方法的初始步驟402中，選擇鉆探環(huán)境的適當(dāng)性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，所選的該適當(dāng)性質(zhì)使得在井筒深度間隔上的該性質(zhì)值的變動(dòng)可與地層中的孔隙壓力相關(guān)聯(lián)。如上所述，甚至在鉆井和進(jìn)行NMR測量之前就可得到關(guān)于該地層的大量信息。從歷史信息的記錄中可以得到給定井筒深度間隔上的物理性質(zhì)的預(yù)期或預(yù)測曲線(414)。該預(yù)測曲線表示了該性質(zhì)在井深間隔上的所預(yù)期的或正常的特性，并用作監(jiān)測孔隙壓力的基線。因此，在許多應(yīng)用中，預(yù)測曲線了表示孔隙壓力的狀況，通過它可對鉆井操作進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果實(shí)際曲線與預(yù)測曲線直接相對應(yīng)，那么鉆井操作可以如所計(jì)劃地進(jìn)行。
預(yù)測曲線最好在如圖3A所示的鉆井記錄450中顯示出來。可提供井筒中的不同深度處以及在不同地帶上的預(yù)測曲線。通常來說，各地帶的曲線對該地帶來說是唯一的，并且可能與其它地帶無關(guān)。因此，在一個(gè)方面，預(yù)測曲線可被視為多個(gè)地帶上的預(yù)測曲線的集合。
在該方法的另一初始步驟中，選擇至少一個(gè)適當(dāng)?shù)腘MR參數(shù)(406)。適當(dāng)?shù)腘MR參數(shù)的特征在于，井深間隔上的值可與所選適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)。特別是，NMR參數(shù)選擇成使得在井筒深度間隔上的NMR參數(shù)值的變動(dòng)可與同一井深間隔上的該性質(zhì)的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。這樣，可從NMR測量中得出該適當(dāng)性質(zhì)的特性。如果選擇孔隙度作為該物理性質(zhì)，那么最好選擇NMR響應(yīng)中的T2分布作為該NMR參數(shù)。
在上述初始步驟完成之后，開始進(jìn)行鉆井(408)。然后，采用NMR測量裝置(在這種情況下最好采用LWD工具)來在一定的井筒深度間隔上進(jìn)行測量(410)。如上所述，NMR測量可在連續(xù)的井深間隔處周期性地進(jìn)行或在遞增的時(shí)間周期處進(jìn)行，或者在井筒深度間隔上連續(xù)地進(jìn)行。對于圖4所示的方法來說，所提及的井筒深度間隔意味著一個(gè)地帶內(nèi)或穿過多個(gè)地帶的井深間隔，或者在整個(gè)井筒深度上延伸的井深間隔。
NMR響應(yīng)最好經(jīng)傳統(tǒng)的遙測裝置發(fā)送到井上，并由地面記錄系統(tǒng)的處理器子系統(tǒng)接收。如上述針于圖3的流程圖所述，可采用已知的相關(guān)和處理技術(shù)來從測得的NMR參數(shù)值中得到該物理性質(zhì)的值。然后將NMR參數(shù)和物理性質(zhì)的值輸出到鉆井記錄450上。通過在初始井深間隔上記錄多個(gè)該物理性質(zhì)的值，就可建立該物理性質(zhì)的實(shí)際曲線(416)。
如圖3A所示，實(shí)際曲線354可與預(yù)測曲線356記錄在同一記錄道中，因此它疊加在預(yù)測曲線356上。在許多應(yīng)用中，這將極大地促進(jìn)將兩個(gè)曲線進(jìn)行比較(418)和確定實(shí)際曲線是否與預(yù)期曲線存在偏差或變化(420)的后續(xù)步驟。如果實(shí)際曲線確實(shí)與預(yù)期曲線存在偏差或變化，那么根據(jù)本發(fā)明，可將該偏差或變動(dòng)與孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)(426)。通常來說，在發(fā)生這種情況時(shí)，可對鉆井記錄(可能包括其它NMR數(shù)據(jù)和測量)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并進(jìn)行額外的測量和測試(例如從地面上)。這樣，操作人員可確定或證實(shí)是否已經(jīng)檢測到過壓地帶(428)。
參考圖3A所示的鉆井記錄350，通過預(yù)測曲線的明顯偏差可表示出存在過壓或負(fù)壓地帶。如果確認(rèn)存在這種過壓/負(fù)壓狀態(tài)，就應(yīng)調(diào)整鉆井操作以補(bǔ)償或以其它方式來處理該過壓或負(fù)壓地帶的問題(430)。在一些情況下可暫停鉆井操作。在許多情況下，可通過調(diào)節(jié)鉆井液中的流體成分來處理該過壓或負(fù)壓地帶的問題。例如，可加入增重劑以增加重量和流體密度。另外，可以改變泵送流量，降低鉆井速度或控制所進(jìn)行的鉆井。在一些情況下可停止鉆井并安放框架(比所計(jì)劃的早一些)。在任一種這些情況下，調(diào)整后的鉆井將與原始計(jì)劃存在偏差。另外，可以進(jìn)行其它的測量如地震勘測，以便進(jìn)一步評(píng)估鉆井狀況。之后可以重新開始鉆井操作(408)，之后在后續(xù)深度處進(jìn)行另外的NMR測量(410)。
在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的方法考慮到了預(yù)期曲線將在鉆井操作期間進(jìn)行調(diào)整(424)，因而提供了更準(zhǔn)確的鉆井操作的監(jiān)測。具體地說，通過與先前深度處的NMR參數(shù)和適當(dāng)性質(zhì)的實(shí)際測量相結(jié)合，就可以調(diào)節(jié)期望曲線。最好應(yīng)與測井的實(shí)際曲線實(shí)時(shí)地且同時(shí)地調(diào)節(jié)預(yù)測曲線。例如，由于地質(zhì)模型中存在意料之外的變化，因此在不同深度上的孔隙度的增大可能比初始預(yù)測的更急劇或更快速。鑒于此，可調(diào)節(jié)預(yù)測曲線以反映出真實(shí)的曲線。
對于一定的物理性質(zhì)如孔隙度和滲透率來說，可以從歷史信息中得出預(yù)測曲線。例如，可以采用地面技術(shù)例如地震或聲音測量來初步記錄目標(biāo)地層或地帶的孔隙度。或者，可從關(guān)于類似地帶或地層、尤其是補(bǔ)充井周圍的地層的歷史信息中得出預(yù)測曲線。另外，可以通過在均質(zhì)地帶內(nèi)進(jìn)行初始測量并推斷該地帶其余部分上的初始曲線，從而建立起預(yù)測曲線。
所選的鉆探環(huán)境性質(zhì)可以是與鉆井液有關(guān)的性質(zhì)，例如鉆井液的成分。在一些應(yīng)用中，所選的鉆井液性質(zhì)涉及到近井筒區(qū)域內(nèi)的鉆井液和地層液體的之間相互作用(例如鉆井液侵入的深度或速度)。在這些情況下，預(yù)測曲線或基準(zhǔn)曲線可反映在較短井深間隔上為幾乎恒定的值。然后采用本發(fā)明的方法來從該恒定曲線中監(jiān)測急劇的偏差。在眾多的這些情況中，可通過用傳統(tǒng)裝置在井眼表面處進(jìn)行測量來建立預(yù)測曲線。或者，可采用鉆井液或地層流體的NMR測量來在地面或地面附近進(jìn)行測量。然后借助于垂直線(例如見鉆井記錄350中的線370)在井筒深度間隔上對通過這種方式得到的曲線進(jìn)行外推法計(jì)算。圖5和6的流程圖集中在本發(fā)明方法的一種變型上，其中采用了所選的適當(dāng)性質(zhì)與鉆井液或地層流體相關(guān)的方法。在這些情況下，與井筒區(qū)域內(nèi)的地層流體含量相關(guān)的性質(zhì)本質(zhì)上是鉆井液的性質(zhì)，這是因?yàn)樗ǔ＝沂玖伺c侵入前沿有關(guān)的情況。
現(xiàn)在參考圖5所示的流程圖，圖中顯示了用于進(jìn)行鉆井操作的方法。具體地說，該方法的初始步驟是選擇鉆探環(huán)境的近井筒區(qū)域內(nèi)所提供的鉆探環(huán)境的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)(502)。具體地說，所選的性質(zhì)為地層流體侵入的深度。在鉆井過程中，地層內(nèi)的流體的平衡被擾亂。通常來說，井筒內(nèi)的泥漿壓力高于原始地層流體的壓力(過平衡鉆井)。該壓力差導(dǎo)致鉆井液或泥漿侵入到地層中，并且在井筒周圍的區(qū)域(稱為侵入地帶)原始地層流體被泥漿濾液所取代。該侵入地帶處于作為NMR測量的對象的近井筒區(qū)域內(nèi)。侵入泥漿通常含有細(xì)微的顆粒物質(zhì)，其很快就被濾出到井筒側(cè)面上而形成了稱為“泥餅”的層。所得的泥餅積聚是所需要的效果，這是因?yàn)樗鼫p少了地層和泥漿柱之間的連通，從而防止或阻礙了泥漿進(jìn)一步流到地層中。在過壓地帶中，泥漿不會(huì)侵入到地層中，而是地層流體趨向于進(jìn)入到泥漿柱中。這當(dāng)然是不合需要的結(jié)果，這是因?yàn)槟酀{系統(tǒng)會(huì)被稀釋，從而改變了泥漿的重量和密度。
現(xiàn)代NMR測量工具通常采用了從工具朝向地層衰減(稱為梯度設(shè)計(jì))的磁場。這種工具允許操作人員測量工具周圍的外殼中的NMR信號(hào)。通過選擇能夠在距工具為所需距離(或深度)處完成拉莫爾共振駐留的適當(dāng)頻率，就可選定外殼的位置。因此，可以在勘探的不同深度處進(jìn)行NMR測量。由于泥漿和地層流體之間的壓力差會(huì)影響侵入曲線和速度，相對于深度的泥漿濾液含量的測量可給出關(guān)于侵入過程的有價(jià)值的信息，因而給出關(guān)于孔隙壓力的有價(jià)值的信息。在一種變型中，侵入曲線隨時(shí)間的變化的測量還可產(chǎn)生有價(jià)值的信息。較慢的侵入表示出較高的地層壓力，反之亦然?？刹捎妙愃频姆椒ǎ蠢脕碜圆煌夹g(shù)(電阻率)的侵入曲線并其與源于NMR的巖石性質(zhì)測量相結(jié)合，以便估計(jì)孔隙壓力。無論如何，可將對流體侵入的深度、或更具體地說是對井筒深度上的流體侵入深度的變動(dòng)的測量與周圍地層中的孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
在圖5所示的本發(fā)明方法的另一初始步驟中，選擇至少一個(gè)NMR參數(shù)(504)，因此井深間隔上的NMR參數(shù)的變動(dòng)可與流體侵入的深度的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。最好可選擇一組NMR參數(shù)。NMR參數(shù)通常包括梯度場上的T2分布，以便在原始地層流體和侵入鉆井液如泥漿濾液的存在或體積之間進(jìn)行區(qū)分。這樣，可以評(píng)估特定深度處的侵入深度。
在一定的井筒深度間隔上，希望侵入深度保持相對穩(wěn)定。因此，在該井筒深度間隔上的地層流體侵入深度的預(yù)測或基準(zhǔn)曲線為幾乎穩(wěn)定的垂直線(例如見圖3A中的線370)(見步驟506)。然而應(yīng)當(dāng)理解，在地層流體侵入深度中存在一些(非突然的)變動(dòng)是很常見的，這是因?yàn)榇嬖谥c過壓或負(fù)壓無關(guān)的微小效應(yīng)，例如增加的深度和壓力積聚。
通常來說，預(yù)測或基準(zhǔn)曲線可從地面或其附近處的初始NMR測量中得到，然后在井筒深度間隔上進(jìn)行外推法計(jì)算。在建立預(yù)測或基準(zhǔn)曲線后開始進(jìn)行鉆井(508)。在后續(xù)步驟510中，接著在多個(gè)井筒深度或井深間隔處連續(xù)地或周期性地進(jìn)行NMR測量。如上所述，最好采用梯度型工具來進(jìn)行NMR測量，以產(chǎn)生來自近井筒區(qū)域的NMR響應(yīng)。特別是，NMR響應(yīng)將來自包括侵入前沿處或其周圍的近井筒區(qū)域。在收集到足夠數(shù)量的NMR參數(shù)值和侵入深度值之后，在該井筒深度上比較NMR參數(shù)和侵入深度的值。通常來說，這一信息將在鉆井記錄上提供，其形式為深度上的徑向曲線。更具體地說，在整個(gè)鉆井過程中連續(xù)地比較這些值，以便監(jiān)測相對于基準(zhǔn)曲線的急劇偏差(512)。
如流程圖500中的步驟514所示，詢問在當(dāng)前井筒深度處NMR參數(shù)(或適當(dāng)性質(zhì))的值是否比先前井筒深度處的值增大了很多(514)。這些的值下降、特別是突然的下降通常表示可能存在過壓地帶。因此，該方法中的下一步驟是進(jìn)一步評(píng)估或確認(rèn)存在過壓地帶的可能性(516)。如果進(jìn)一步的評(píng)估確認(rèn)存在過壓情況，就可如上所述地暫停鉆井操作和/或調(diào)整鉆井變量(520)。另外，如果未檢測到這些值的顯著下降或增大，那么就如常地繼續(xù)進(jìn)行鉆井操作，并進(jìn)一步進(jìn)行其它的NMR測量。
如果地層流體的壓力比泥漿柱的壓力高得多(過壓)，那么地層流體就將流入到泥漿柱中。這會(huì)影響NMR測量，類似于工具運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)散。具體地說，可以檢測到較短的T2分布以及回聲形狀的變化。因此，通常選擇T2分布和回聲形狀作為適當(dāng)?shù)腘MR參數(shù)。相對于回聲形狀來說，側(cè)向工具運(yùn)動(dòng)在本發(fā)明方法中的影響很小，這是因?yàn)長WD的NMR工具是對稱的，使得工具兩側(cè)的相反效果相互間很高程度地抵消。然而，流體向內(nèi)(地層流體進(jìn)入到井筒中)或向外(快速侵入或循環(huán)損失)的流動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生這種抵消，因此對回聲形狀的影響更顯著。
在圖3A所示的鉆井記錄350中，記錄道6提供了在深度上的侵入深度記錄(DOI)。從約14000英尺開始，DOI急劇地增加，因而表明可能存在過壓地帶。這種狀況由過壓警告374和376標(biāo)示出。
檢測流體從地層到井筒的侵入的另一方式是分析工具附近的泥漿或鉆井液的成分。由于地層流體具有與泥漿不同的NMR性質(zhì)，因此采用傳統(tǒng)方法可以容易地確定泥漿被地層流體的稀釋。此外，這種測量可以在非常接近于NMR工具處的地方進(jìn)行，使得信噪比非常大，這是很有利的。采用這一技術(shù)對泥漿性質(zhì)變化的早期檢測在地層流體開始進(jìn)入井眼時(shí)提供了關(guān)于可能的“井涌情況”的非常有價(jià)值的早期警告。體現(xiàn)于圖6所示流程600中的方法顯示了對這一信息的采集和使用。
參考流程600，該方法的初始步驟是選擇鉆探環(huán)境的性質(zhì)，在這種情況下是鉆井液的性質(zhì)如鉆井液的成分(602)。在一種類型的應(yīng)用中，NMR測量集中在地層流體的構(gòu)成上(例如評(píng)估侵入的程度和/或被鉆井液的稀釋)。在另一應(yīng)用中，NMR測量集中在鉆井液的構(gòu)成上(例如評(píng)估侵入和/或被地層流體所稀釋的程度)。在大多數(shù)應(yīng)用中，目標(biāo)是近井筒區(qū)域內(nèi)的地層流體和鉆井液區(qū)域。
接著，選擇適當(dāng)?shù)腘MR參數(shù)(604)，其為與鉆井液的性質(zhì)相關(guān)的參數(shù)。同樣，可以選擇許多NMR參數(shù)，包括T2分布和回聲形狀(其可被視為若干T2獲取性質(zhì)中的一個(gè))。井筒深度間隔上的這種NMR參數(shù)的值或至少該值的特性或變動(dòng)與鉆井液成分的變動(dòng)相關(guān)。在該方法的一個(gè)后續(xù)步驟中，得出流體性質(zhì)的預(yù)測或基準(zhǔn)曲線(606)。這一預(yù)測或基準(zhǔn)曲線被視為由NMR參數(shù)的“基準(zhǔn)”或“正?！敝祦順?gòu)成。最好，“基準(zhǔn)”值在地面或其附近處獲得，然后在井筒深度間隔上進(jìn)行外推法計(jì)算。當(dāng)在不同深度處探求地層流體-鉆井液的徑向曲線時(shí)，該“基準(zhǔn)或正常曲線”將是在給定井深間隔上相對無變化的曲線。
在完成了上述初始步驟之后，繼續(xù)開始鉆井操作(608)。如上述方法一樣，接著在多個(gè)井筒深度處進(jìn)行NMR測量(610)。這些NMR測量將在含有鉆井液、泥漿濾液或地層流體的近井筒區(qū)域中進(jìn)行。NMR測量的目的是提供對與鉆井液(基本鉆井液、泥漿濾液或地層流體)有關(guān)的NMR參數(shù)的監(jiān)測。
在具有足夠數(shù)量的NMR測量時(shí)，可將NMR參數(shù)(以及因此而來的鉆井液性質(zhì))的實(shí)際值與“正?！被颉盎鶞?zhǔn)”值進(jìn)行比較(612)。這一步驟可視為與如上述相對圖4和5所示方法所介紹的將NMR參數(shù)或鉆井液性質(zhì)的實(shí)際曲線與預(yù)測或基準(zhǔn)曲線進(jìn)行的比較等效。
該方法中的后續(xù)操作614依賴于實(shí)際值和正常值的比較。具體地說，詢問實(shí)際值是否與正常值偏離了很多。如果實(shí)際上是這種情況，那么就存在過壓的可能性(618)。如果未觀測到顯著的偏差，就可如上述方法所述地中止鉆井操作和/或調(diào)整鉆井變量(620)。通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以繼續(xù)進(jìn)行鉆井操作和監(jiān)測孔隙壓力。
雖然已經(jīng)針對一定數(shù)量的實(shí)施例來介紹了本發(fā)明，然而地質(zhì)、巖石物理或其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員在了解了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之后可以理解，在不脫離這里公開的本發(fā)明的范圍的前提下，可以設(shè)計(jì)出其它的實(shí)施例。例如，可以設(shè)想，可將本發(fā)明方法的各個(gè)方面應(yīng)用到涉及采集關(guān)于鉆探環(huán)境或井筒周圍的地層的信息的其它應(yīng)用中。這些其它方法可針對于將一個(gè)或多個(gè)NMR參數(shù)與孔隙壓力特性相關(guān)聯(lián)，或針對于鉆探環(huán)境的另一物理或化學(xué)性質(zhì)。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于采集關(guān)于井筒周圍的地層中的孔隙壓力的信息的方法，所述井筒和所述周圍地層形成了鉆探環(huán)境，所述方法包括步驟(a)選擇所述鉆探環(huán)境的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)，使得在多個(gè)井筒深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的值可與所述地層中的孔隙壓力的特征相關(guān)聯(lián)；(b)選擇核磁共振測量響應(yīng)的至少一個(gè)核磁共振參數(shù)；(c)在多個(gè)井筒深度處進(jìn)行核磁共振測量，從而產(chǎn)生來自所述鉆探環(huán)境的核磁共振響應(yīng)；(d)將所述核磁共振響應(yīng)中的核磁共振參數(shù)的值與所述適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)；和(e)通過比較所述多個(gè)深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的值來確定所述地層內(nèi)的所述多個(gè)井筒深度上的所述孔隙壓力的特征，并將這些值之間的一致性與所述多個(gè)深度上的所述孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)包括將多個(gè)深度上的所選核磁共振參數(shù)的值與所述適當(dāng)性質(zhì)的值相關(guān)聯(lián)，并且將所述多個(gè)深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的值與所述孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括從一組適當(dāng)性質(zhì)中選擇所述適當(dāng)性質(zhì)，所述一組適當(dāng)性質(zhì)包括孔隙度；滲透率；含氫指數(shù)；鉆井液侵入的深度；鉆井液的性質(zhì)；地層流體的性質(zhì)；以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括從一組核磁共振參數(shù)中選擇所述核磁共振參數(shù)，所述一組核磁共振參數(shù)包括T2分布；T1分布；T2采集參數(shù)；以及它們的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)包括選擇T2分布作為所述核磁共振參數(shù)，所述步驟(a)包括選擇孔隙度作為所述適當(dāng)性質(zhì)，這樣，所述步驟(e)包括將在所述多個(gè)深度上觀測到的所述T2分布的變動(dòng)與所述地層中的孔隙度的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)，并且與所述多個(gè)深度上的所述孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述步驟(a)之前開始鉆井操作以初始形成井筒的步驟，使得所述鉆井操作可在鉆井過程中利用所述鉆探環(huán)境的近井筒區(qū)域中的鉆井液；以及所述步驟(a)包括在鉆井過程中選擇所述鉆井液的至少一個(gè)適當(dāng)?shù)男再|(zhì)，其中所述步驟(c)包括進(jìn)行核磁共振測量以從所述近井筒區(qū)域中產(chǎn)生核磁共振響應(yīng)，使得所述步驟(e)包括將鉆井過程中的所述鉆井液性質(zhì)的變動(dòng)與所述多個(gè)深度上的所述孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括提供梯度型核磁共振測量裝置，并操作所述核磁共振測量裝置來將梯度信號(hào)引向所述周圍的近井筒區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)包括選擇地層流體的侵入深度作為所述適當(dāng)性質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)包括建立可說明所述多個(gè)深度上的侵入深度的地層流體侵入曲線，并將所述流體侵入曲線的變動(dòng)與所述多個(gè)深度上的孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)包括將所述流體侵入曲線的偏差與過壓地帶的存在相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括比較在所述多個(gè)深度上的核磁共振參數(shù)的測量值，并從該比較中建立所述適當(dāng)性質(zhì)的實(shí)際曲線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟預(yù)測多個(gè)深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的曲線；和所述步驟(d)包括將所述實(shí)際曲線與所述預(yù)測曲線相比較；和所述步驟(e)包括將所述實(shí)際曲線和所述預(yù)測曲線的偏差與所述周圍地層中的孔隙壓力的變動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)包括在多個(gè)深度處進(jìn)行了核磁共振測量之后修改所述預(yù)測曲線，以便使其至少部分地基于所述實(shí)際曲線。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在修改所述預(yù)測曲線的步驟之后繼續(xù)進(jìn)行所述步驟(c)、(d)和(e)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟在所述步驟(a)之前，在所述地層中開始進(jìn)行鉆井操作以便初始形成井筒；在所述鉆井操作期間進(jìn)行所述步驟(c)，所述步驟(c)包括在所述多個(gè)井筒深度的每一個(gè)深度處將所述核磁共振測量裝置定位于所述井筒中；和在所述鉆井期間記錄每一條所述實(shí)際曲線和所述預(yù)測曲線。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟在所述步驟(a)之前，在所述地層中開始進(jìn)行鉆井操作以便初始形成井筒；在所述鉆井操作期間進(jìn)行所述步驟(c)，所述步驟(c)包括在所述多個(gè)井筒深度的每一個(gè)深度處將所述核磁共振測量裝置定位于所述井筒中；和響應(yīng)于通過所述步驟(e)所確定的所述孔隙壓力的變動(dòng)來調(diào)整所述鉆井操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括提供包括有所述核磁共振測量裝置的隨鉆測井工具，并且在所述多個(gè)井筒深度的每一個(gè)深度處將所述核磁共振測量裝置定位于所述井筒中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述步驟(c)之前進(jìn)行鉆井操作以初始形成井筒的步驟，所述步驟(c)包括提供繩索傳輸?shù)暮舜殴舱駵y量裝置，并且在所述多個(gè)井筒深度的每一個(gè)深度處定位所述核磁共振測量裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)包括在井筒深度間隔上連續(xù)地操作所述核磁共振測量裝置，使得所述步驟(d)包括在所述井筒深度間隔上觀測連續(xù)的核磁共振響應(yīng)。
20.一種用于采集關(guān)于井筒周圍的地層中的孔隙壓力的信息的系統(tǒng)，所述井筒和所述周圍地層形成了鉆探環(huán)境，所述系統(tǒng)包括核磁共振測量裝置，其用于在多個(gè)井筒深度處進(jìn)行核磁共振測量并接收來自所述鉆探環(huán)境的核磁共振響應(yīng)；設(shè)置成可與所述核磁共振測量裝置進(jìn)行通信以便從中接收核磁共振響應(yīng)數(shù)據(jù)的微處理器，所述微處理器包括可執(zhí)行的程序，所述程序配置成可以選擇所述鉆探環(huán)境的適當(dāng)性質(zhì)，使得所述多個(gè)井筒深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的值可與所述地層中的孔隙壓力的特征相關(guān)聯(lián)；計(jì)量所述核磁共振響應(yīng)中的至少一個(gè)核磁共振參數(shù)；和將所述多個(gè)深度上的所述核磁共振參數(shù)的值與所述多個(gè)深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的特性相關(guān)聯(lián)，從而將所述核磁共振參數(shù)的值與所述多個(gè)深度上的所述孔隙壓力的特性相關(guān)聯(lián)；以及有形媒介，其可顯示所述多個(gè)井筒深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的特性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有形媒介是鉆井記錄，所述鉆井記錄可顯示所述多個(gè)井筒深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的曲線；和提供了所述多個(gè)井筒深度上的所述適當(dāng)性質(zhì)的預(yù)測值的基準(zhǔn)曲線。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述有形媒介包括用于所述多個(gè)深度上的孔隙壓力狀況的指示。
全文摘要
提供了一種用于采集關(guān)于井筒周圍的地層中的孔隙壓力的信息的方法。該方法包括初始步驟選擇鉆探環(huán)境(其由井筒和周圍地層形成)的至少一個(gè)適當(dāng)性質(zhì)(如孔隙度、鉆井液成分等)和NMR測量響應(yīng)中的至少一個(gè)NMR參數(shù)(例如T
文檔編號(hào)G01V3/38GK1510435SQ20031012074
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月3日
發(fā)明者C·沃德博恩, R·海德勒, C 沃德博恩, 呂 申請人:施盧默格海外有限公司