地層感測與評估鑽探的製作方法

2023-05-20 10:51:31

專利名稱：地層感測與評估鑽探的製作方法
技術領域：
本公開內容總體上涉及地球地層或儲藏的測試與採樣。更具體地說，本公開內容涉及在鑽探操作過程中原地評估地球地層的感興趣參數，尤其涉及利用配置成評估感興趣參數的可延伸元件執行評估。
背景技術：
為了獲得例如油和氣的碳氫化合物，通過旋轉附連在鑽柱末端的鑽頭來鑽取鑽孔。目前很大比例的鑽探活動涉及定向鑽探，即，鑽取偏斜的和水平的鑽孔，來增加碳氫化合物產量和/或從地球地層取出附加的碳氫化合物。現代的定向鑽探系統通常採用具有井底鑽具組件(BHA)的鑽柱和位於其末端的鑽頭，其中鑽頭被鑽探電動機(泥漿電動機)和/或通過旋轉鑽柱來旋轉。設置成緊靠鑽頭的多個井下設備測量與鑽柱關聯的某些井下操作參數。這種設備一般包括用於測量井下溫度與壓力的傳感器、方位角與傾斜測量設備及電阻率測量設備，以便確定碳氫化合物和水的存在。稱為隨鑽測井(LWD)工具的附加井下儀器常常附連到鑽柱，以便在鑽探操作過程中確定地層地質概況和地層流體情況。鑽孔通常是沿著預定的路徑鑽取的並且典型鑽孔的鑽探前進通過各種地層。鑽探操作人員一般控制地面控制的鑽探參數，例如鑽壓、通過鑽杆的鑽探流體流、鑽柱旋轉速度及鑽探流體的密度和粘度，以便優化鑽探操作。井下操作條件持續變化並且操作人員必須對這種變化作出反應並且調整地面控制的參數，來優化鑽探操作。對於在未開發過的區域鑽取鑽孔，操作人員一般具有提供地下地層的宏觀圖片與預先計劃好的鑽孔路徑的地震勘測圖。對於在相同的地層中鑽取多個鑽孔，操作人員還必須具有關於在所述相同地層中先前鑽取過的鑽孔的信息。碳氫化合物區可以在鑽探過程中或者之後測試。一種類型的測試涉及從地層產生流體並且利用探頭或雙封隔器(dual packer)收集樣本、降低測試體積中的壓力並且允許壓力增加到一個靜態水平。該序列序可以在單個鑽孔中的幾個不同深度或點重複幾次。測試可以包括把地層或者來自地層的樣本暴露於激勵，例如聲能或電磁能。從這些測試，可以得到用於估計關於地層的感興趣參數的信息。通過鑽孔帶到上面的樣本可能被鑽孔中的其它物質(包括鑽探流體)汙染。這種汙染的風險限制了樣本的地面分析的價值。此外，地層的一些參數可能僅僅是在發生鑽探的地方的深度和條件下估計的。由於鑽探流體的進入(鑽探流體可能會與本來的地層流體混合或者取代本來的地層流體)，因此地層較深區域(在泥漿侵入區之外)的屬性可能與緊靠鑽孔的那些區域不同。這種汙染可能導致對地層較深區域屬性的錯誤測量。需要用於在鑽探處理中評估地層感興趣參數的方法與裝置。本公開內容討論滿足這種需求的方法與裝置。

發明內容
在多個方面，本公開內容總體上涉及地下地層或儲藏的測試與採樣。更具體而言，本公開內容涉及在鑽探過程中原地評估地球地層的感興趣參數，並且，尤其涉及利用配置成評估感興趣參數的可延伸元件來執行評估。根據本公開內容的一種實施例包括一種用於評估地球地層的感興趣參數的裝置，包括:具有縱軸的井底鑽具組件(BHA);及位於BHA上的至少一個可延伸元件，所述至少一個可延伸元件包括具有配置成接收地層流體的嘴部的鑽頭，鑽頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。根據本公開內容的另一種實施例包括一種用於評估地球地層感興趣參數的方法，包括:把具有縱軸的井底鑽具組件(BHA)輸送到鑽孔中；利用BHA上的至少一個可延伸元件上的至少一個鑽頭穿透地球地層，以在與所述縱軸傾斜的方向形成通道，其中地球地層被穿透，超出汙染區；及評估感興趣的參數。為了以下其具體描述可以得到更好的理解，並且為了讓人認識到它們所代表的對本領域的貢獻，已經相當廣義地對本公開內容的較為重要的特徵的例子進行了概述。


為了對本公開內容的具體理解，應當聯繫附圖參考以下實施例的具體描述，在附圖中相同的元件給予相同的標號，其中:圖1示出了根據本公開內容的一種實施例的示例性鑽探系統的示意圖；圖2示出了根據本公開內容的一種實施例的具有一個可延伸元件的示例性評估豐旲塊的不意圖；圖3示出了根據本公開內容的一種實施例的具有兩個可延伸元件的示例性評估豐旲塊的不意圖；圖4示出了根據本公開內容的一種實施例、具有部署在不同方位角方向中的三個可延伸元件的示例性評估模塊的示意圖；圖5示出了根據本公開內容的一種實施例的用於原地估計地層流體的感興趣參數的方法的流程圖；圖6示出了根據本公開內容的一種實施例的用於估計地層的感興趣參數的方法的流程圖；圖7示出了根據本公開內容的一種實施例、利用兩個可延伸元件估計地層感興趣參數的方法的流程圖；以及圖8示出了根據本公開內容的一種實施例、利用至少一個可分離的可延伸元件估計地層的感興趣參數的方法的流程圖。
具體實施例方式本公開內容總體上涉及地下地層或儲藏的測試與採樣。一方面，本公開內容涉及在鑽探操作過程中原地評估地球地層的感興趣參數，並且在另一方面，涉及利用配置成評估感興趣參數的可延伸元件評估地球地層或地層流體的感興趣參數。所述感興趣的參數可以包括但不限於以下的一個或多個:(i)地層流體或井筒鑽探流體的pH，(Ii)H2S濃度，
(iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(vi)流變屬性，(vii)熱傳導性，(viii)電阻率，(ix)化學成分，(X)反應性，(xi)射頻屬性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收，(xiv)紫外線吸收，(XV)折射率，(XVi)磁屬性，(xvii)核自旋，(xviii)滲透性，(xix)孔隙度，(xx)核共振屬性，及(xxi)聲學屬性。地層中的流體可能由於與鑽探流體或者在鑽孔內側或外側位於鑽孔壁附近的其它物質接觸而被汙染。可延伸元件可以包括用於穿透地層的鑽頭，使得嘴部或探頭可以接觸未被汙染的地層流體或地層區域。鑽頭還可以包括一個或多個用於估計地層的感興趣參數的傳感器。所述一個或多個傳感器可以配置成估計，但不限於，以下的一個或多個:(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(xix)機械力。鑽頭還可以包括配置成從地層生成響應的激勵源。該源可以配置成生成，但不限於，(i)電磁輻射，( )電流，(iii)電壓，
(iv)磁場，(V)聲波，(vi)核輻射，及(vii)機械力。鑽頭和可延伸元件可以配置成在地層中創建通道。該通道可以相對於井底鑽具組件的縱軸傾斜。在一些實施例中，可延伸元件可以包括一個或多個封隔器或密封，以便隔離具有無摻雜地層流體的地層部分與被鑽孔中鑽探流體汙染的地層部分。在一些實施例中，通道中的流體可以用另一種流體代替。所述另一種流體可以用於執行以下的一個或多個:(i)清潔通道，( )改進測量源和/或接收器設備的耦合，及(iii)化學地或者物理地修改通道或地層。當地層流體從地層移動到井底鑽具組件中時，鑽頭的嘴部可以連接到延伸通過可延伸元件的管道並且配置成接收並保持地層流體的純度。在井底鑽具組件或者鑽探組件中，地層流體可以被存儲和/或通過附加的傳感器或測試裝備來分析。在一些實施例中，地層流體可以利用泵或者壓力差傳輸通過所述管道。本公開內容很容易有不同形式的實施例。在附圖中示出並且在此將具體描述本公開內容的具體實施例，但是應當理解，本公開內容應當被認為是所公開內容的原理的示例，而不是要把所公開內容限定在在此所說明和描述的那些。事實上，顯而易見地，本公開內容的教導可以對多種鑽井工具並且在鑽井構造與生產的所有階段中使用。相應地，以下討論的實施例僅僅是例示本公開內容的應用。圖1示出了根據本公開內容的一種實施例的示例性鑽探系統100的示意圖，鑽探系統100包括具有附連到其底端的鑽探組件的鑽柱，其中鑽探組件包括轉向(steering)單元。圖1示出了包括鑽探組件或井底鑽具組件(BHA) 190的鑽柱120，其中BHA190通過載體122在鑽孔126中輸送。鑽 探系統100包括在平臺或底板112上豎立的傳統井架111，其中平臺或底板112支撐以期望的旋轉速度被原動機(例如電動機(未示出))旋轉的旋轉臺114。具有在其底端附連的鑽探組件190的載體122，例如有節鑽杆，從地面延伸到鑽孔126的底部151。附連到鑽探組件190的鑽頭150在其進行旋轉以鑽取鑽孔126的時候分解地層。鑽柱120經Kelly接頭121、轉環128和管線129通過滑輪耦合到絞車130。絞車130操作成控制鑽壓(「W0B」)。代替被原動機和旋轉臺114旋轉，鑽柱120可以被頂部驅動器(未不出)旋轉。可選地，撓性管可以用作載體122。油管噴射器114a可以用於輸送具有附連到其底端的鑽探組件的撓性管。絞車130和油管噴射器114a的操作在本領域是眾所周知的，因而在此不具體描述。來自其源132 (例如泥漿池)的合適的鑽探流體131 (也稱為「泥漿」)在壓力下通過泥漿泵134循環通過鑽柱120。鑽探流體131從泥漿泵134經波動消除器136和流體管線138進入鑽柱120。來自載體122的鑽探流體131a在鑽孔底部151通過鑽頭150中的開口排放。返回的鑽探流體131b向上循環通過鑽柱120和鑽孔126之間的環形空間127並且經返回管線135和從返回的鑽探流體131b除去鑽屑186的鑽屑篩管185返回到泥漿池132。管線138中的傳感器S1提供了關於流體流速的信息。地面扭矩傳感器S2和與鑽柱120關聯的傳感器S3分別提供關於鑽柱120的扭矩和旋轉速度的信息。油管噴射速度是從傳感器S5確定的,而傳感器S6提供鑽柱120的懸重。在一些應用中，鑽頭150是只通過旋轉鑽杆122來旋轉的。但是，在許多其它應用中，位於鑽探組件190中的井下電動機155 (泥漿電動機)也旋轉鑽頭150。給定BHA190的穿透速率大大依賴於WOB或者鑽頭150上的推力及其旋轉速度。泥漿電動機155經位於軸承組件157中的驅動軸耦合到鑽頭150。當鑽探流體131在壓力下通過泥漿電動機155時，泥漿電動機155旋轉鑽頭150。一方面，軸承組件157支撐鑽頭的徑向和軸向力、泥漿電動機155的向下推力及來自所施加的鑽壓的反應性向上負荷。地面控制單元或控制器140經設置在流體管線130中的傳感器143從井下傳感器和設備接收信號並且從系統100中所使用的傳感器S1-S6和其它傳感器接收信號，並且根據提供給地面控制單元140的編程指令處理這些信號。地面控制單元140在顯示器/監視器142上顯示由操作人員用來控制鑽探操作的期望的鑽探參數和其它信息。地面控制單元140可以是基於計算機的單元，其可以包括處理器147(例如微處理器)，例如固態存儲器、帶或硬碟的存儲設備144及存儲設備144中的一個或多個電腦程式146，所述電腦程式可以讓處理器147訪問以便執行所述程序中所包含的指令。地面控制單元140還可以與遠程控制單元148通信。地面控制單元140可以處理關於鑽探操作的數據、來自地面上的傳感器和設備的數據、從井下接收到的數據，並且可以控制井下和地面設備的一種或多種操作。數據可以以模擬或數字形式發送。BHA還可以包含地層評估傳感器或設備(也稱為隨鑽測量(「MWD」)或隨鑽測井(「LWD」)傳感器)，用於確定電阻率、密度、孔隙度、滲透性、聲學屬性、核磁共振屬性、地層壓力、井下流體的屬性或特性，及圍繞鑽探組件190的地球地層195的其它期望屬性。這種傳感器通常在本領域中是已知的，並且為了方便在這裡總體上用標號165來指示。鑽探組件190還可以包括多種其它傳感器與設備159,用於確定BHA的一個或多個屬性(例如振動、彎矩、加速度、振蕩、渦動、滯滑等)和鑽探操作參數(例如鑽壓、流體流速、壓力、溫度、穿透速率、方位角、刀面、鑽頭旋轉等)。為了方便，所有這樣的傳感器都用標號159指示。設備159可以包括評估模塊200。鑽探組件190包括用於沿期望的鑽探路徑使鑽頭150轉向的轉向裝置或工具158。一方面，轉向裝置可以包括具有多個施力構件161a-161n的轉向單元160，其中轉向單元至少部分地集成到鑽探電動機中。在另一種實施例中，轉向裝置可以包括轉向單元158，該轉向單元158具有彎接頭和確定彎接頭在井筒中的朝向的第一轉向設備158a及保持彎接頭沿選定的鑽探方向的第二轉向設備158b。MWD系統可以包括用於提供關於BHA、鑽柱、鑽頭和例如鑽探電動機、轉向單元、推進器等井下裝備的期望動態鑽探參數的信息的傳感器、電路系統和處理軟體與算法。示例性傳感器包括，但不限於，鑽頭傳感器、RPM傳感器、鑽壓傳感器、用於測量泥漿電動機參數(例如，泥漿電動機定子溫度、跨泥漿電動機的不同壓力和通過泥漿電動機的流體流速)的傳感器，及用於測量加速度、振動、渦動、徑向移位、滯滑、扭矩、震動、振動、應變、應力、彎矩、鑽頭跳動、軸向推力、摩擦力、向後旋轉、BHA屈曲和徑向推力的傳感器。沿鑽柱分布的傳感器可以測量物理量，例如鑽柱加速度與應變、鑽柱孔中的內部壓力、環中的外壓力、振動、溫度、鑽柱內部的電和磁場強度、鑽柱的孔等。用於進行動態井下測量的合適系統包括由BAKER HUGHES公司製造的COPILOT，該系統為一種井下測量系統。合適的系統還在於1998 年由 G.Heisig 和 J.D.Macpherson 在 SPE49206 上發表的 「Downhole Diagnosis ofDrilling Dynamics Data Provides New Level Drilling Process Control to Driller，，中進行了討論。MWD系統100可以包括位於合適位置(例如BHA190上的178)的一個或多個井下處理器。處理器可以是使用在合適的機器可讀介質上實現的電腦程式的微處理器，所述電腦程式使處理器執行控制與處理。機器可讀介質可以包括R0M、EPR0M、EAR0M、EEPR0M、快閃記憶體存儲器、RAM、硬碟驅動器和/或光碟。例如電力和數據總線、電源等的其它裝備對本領域技術人員將是顯而易見的。在一種實施例中，MWD系統使用泥漿脈衝遙感在發生鑽探操作的同時把來自井下位置的數據傳送到地面。地面處理器147可以處理地面測量的數據以及從井下處理器發送的數據，以便評估地層的巖性。儘管鑽柱120示為傳感器165的輸送系統，但是應當理解，本公開內容的實施例可以結合經剛性(例如，有節管或撓性管)以及非剛性(例如，鋼絲繩、鋼絲、易纜)輸送系統輸送的工具一起使用。井下鑽探組件(未示出)可以包括用於在鑽柱或鋼絲繩上實現本公開內容實施例的井底鑽具組件和/或傳感器與裝備。圖2示出了根據本公開內容的一種實施例的位於BHA190上的示例性評估模塊200。評估模塊200可以包括配置成穿透地層195的可延伸元件210。可延伸元件210可以包括鑽頭220。鑽頭220可以包括可以結合到管道240的嘴部230，其中管道240穿行通過可延伸元件210的長度。嘴部230可以是固定的或者可縮回的。在一些實施例中，嘴部230可以是可選的。嘴部230和鑽頭220可以配置成穿透鑽孔126的壁205、累積在壁205上的泥漿215及地層195。當鑽探通過地層195時，鑽頭220可以創建通道250。使用鑽頭穿透地層僅僅是說明性和示例性的，因為其它的地層分解設備也可以使用，例如，但不限於，超聲換能器、雷射、高壓流體鑽及氣體噴射鑽。在一些實施例中，通道250和可延伸元件210可以設置成基本上與BHA190的縱軸290正交。正交性不應當解釋為限制，並且鑽頭可以相對於BHA的縱軸傾斜。鑽頭220還可以包括一個或多個傳感器224，其中所述一個或多個傳感器可以配置成響應以下的一個或多個產生信號:(i)電磁輻射，( )電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機械力。在一些實施例中，所述一個或多個傳感器224可以沿著可延伸元件210設置到鑽頭220上或者設置到鑽孔126中的BHA190上。鑽頭220還可以包括一個或多個激勵源227，其中所述一個或多個激勵源可以配置成生成以下的一個或多個:(i)電磁輻射，( )電流，(iii)電壓，(iv)磁場，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機械力。在一些實施例中,所述一個或多個激勵源227可以沿著可延伸元件210設置到鑽頭220上或者設置到鑽孔126中的BHA190上。一個或多個封隔器260可以沿可延伸元件210部署，把側通道250分成地層側部分254和鑽孔側部分257。密封或封隔器260可以配置成防止流體在部分254和部分257之間的流動，從而減少地層流體汙染的機會。在一些實施例中，封隔器260可以設置到地層195的泥漿侵入或汙染區270的外面，以便進一步減少汙染的機會。在這裡，「汙染區」可以指地層中進入的鑽探流體與本來的地層流體混合或者取代其的部分。在一些實施例中，封隔器260可以是可縮回的、可膨脹的和/或可延伸的。管道240可以操作性耦合到評估模塊200或井底鑽具組件190中的室280。室280可以包括用於評估、分析和/或保存地層流體樣本的測試裝備、傳感器和/或存儲裝備。一些實施例可以包括用於可以流經管道240和嘴部230以便從通道250清除碎屑的流體的槽(未示出)。該流體可以類似於鑽探流體或於鑽探流體不同。在一些實施例中，評估模塊200可以包括用於到地面的雙向通信並且向井下部件提供電力的通信單元(未示出)和電源(未示出)。在一些實施例中，評估模塊200可以包括配置成控制評估單元200的井下控制器(未示出)。處理後的井下數據結果可以發送到地面，以便向鑽探操作人員提供井下條件或者驗證測試結果。控制器可以把處理後的數據傳遞到位於井下的雙向數據通信系統。該井下通信系統可以把數據信號發送到地面通信系統(未示出)。本領域中有多種方法和裝置適於發送數據。對於本公開內容，任何合適的系統都可以。圖3示出了根據本公開內容的另一種實施例的位於BHA190上的示例性評估模塊300。評估模塊300可以包括位於BHA190上並且從縱軸290傾斜的至少兩個可延伸元件210、310。這些位置可以在沿縱軸290的相同或不同位置和/或在相同或不同的方位角。可延伸元件210、310中的每一個都可以具有用於分解地層195以便形成通道250、350的鑽頭220、320。在一些實施例中，可延伸元件中的一個或多個可以具有用於接收地層流體的嘴部和管道。一個或多個激勵源227可以沿可延伸元件210部署並且配置成把至少一種激勵施加到地層195中。一個或多個傳感器324可以沿可延伸元件310部署並且配置成從地層195接收信號或能量，其中信號或能量可以響應由一個或多個激勵源227施加到地層195的激勵。在一些實施例中，可延伸元件210、310中的一個或多個可以從BHA190分離和/或重新附連到其。在一些實施例中，可延伸元件210、310中的一個或多個可以具有定位器器件(未示出)，使得已經分離的可延伸元件210、310可以被定位，以重新附連到BHA190。定位器器件可以是任何常見的定位器，包括但不限於以下的一個或多個:(i)射頻標籤，(ii)聲學定位器，(iii)放射性標籤，(iv)機械鎖，(V)繫繩(tether),及(vi)定位信標。在一些實施例中，可延伸元件210、310中的一個或多個可以包括存儲器存儲設備(未示出)，用於在可延伸元件210、310可以從BHA190分離時記錄來自一個或多個傳感器的信息。圖4示出了根據本公開內容的另一種實施例的位於BHA190上的示例性評估模塊400。評估模塊400可以包括兩個或多個可延伸元件210、310、410，每個都具有位於鑽孔126中的鑽頭220、320、420。可延伸元件210、310、410可以延伸到地層195中，以分解部分地層並形成通道250、350、450。在一些實施例中，一個或多個激勵源327可以沿可延伸元件310設置並且一個或多個傳感器424可以沿可延伸元件410設置。在一些實施例中，可延伸元件210、310、410可以在從BHA190呈輻射狀的不同方位角方向中設置。在一些實施例中，可以使用多於三個的可延伸元件。在一些實施例中，兩個或多個可延伸元件可以設置在相同的方位角方向但是處於沿縱軸290的不同深度(圖3)。圖5示出了根據本公開內容的一種實施例(圖2)的示例性方法500的一些步驟的流程圖，該方法用於測試和採樣來自地層或儲藏195的流體。在步驟510中，評估模塊200可以設置到鑽孔126中。在步驟520中，帶鑽頭220的可延伸元件210可以延伸到鑽孔126的壁205。在一些實施例中，可延伸元件210可以在與BHA190的縱軸290傾斜的方向延伸。在步驟530中，鑽頭220可以分解部分地層195，以形成通道250。在地層195分解的過程中，鑽頭還會分解壁205的一部分和壁205上累積的碎屑或泥漿215。在步驟540中，一個或多個封隔器260可以膨脹或擴張，以將通道250分成地層側部分254和鑽孔側部分257。所述一個或多個封隔器260還可以防止通道250中部分254與257之間的流體流動。在步驟550中，地層流體可以通過鑽頭220上的嘴部230被接收到管道240中，管道240在可延伸元件210中。在步驟560中，地層流體可以傳輸通過管道240，到達室280。在步驟560中，室280中的地層流體樣本可以被測試或存儲，用於隨後測試，來估計地層流體的至少一個感興趣參數。所述地層流體的至少一個感興趣參數可以包括但不限於以下的一個:
(i)pH，(ii) H2S濃度，(iii)密度，(iv)粘度，(V)溫度，(vi)流變屬性，(vii)熱傳導性，
(viii)電阻率，(ix)化學成分，(X)反應性，(xi)射頻屬性，(xii)表面張力，(xiii)紅外線吸收，(xiv)紫外線吸收，(XV)折射率，(xvi)磁屬性，(xvii)核自旋，(xviii)核共振屬性，及(xix)聲學屬性。在一些實施例中，可以將其它流體注入到通道中，代替被除去的流體或者衝洗通道。圖6示出了根據本公開內容的一種實施例(圖2)的示例性方法600的流程圖，該方法用於測試和採樣地層或儲藏195。在步驟610中，評估模塊200可以設置到鑽孔126中。在步驟620中，帶鑽頭220的可延伸元件210可以延伸到鑽孔126的壁205。在一些實施例中，可延伸元件210可以在與BHA190的縱軸290傾斜的方向延伸。在步驟630中，鑽頭220可以分解部分地層195，形成通道250。在地層195分解的過程當中，鑽頭還可以分解部分壁205和壁205上累積的碎屑或泥漿215。在步驟640中，激勵可以施加到地層195。激勵可以由一個或多個激勵源227施加並且可以包括但不限於以下的一個或多個:(i)電磁福射，( )電流，(iii)電壓，(iv)磁場，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機械力。在步驟650中，可以由一個或多個傳感器224響應地層對一個或多個激勵的響應而生成至少一個信號。所述一個或多個傳感器224可以配置成響應但不限於以下的一個或多個:(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機械力。在步驟660中，來自所述至少一個信號的信息可以被至少一個處理器用於估計地層195的至少一個感興趣參數。所述地層195的至少一個感興趣參數可以包括但不限於以下的一個:(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導性，(v)電阻率，(vi)化學成分，(vii)反應性，(viii)射頻屬性，(ix)紅外線吸收，(x)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性,及(xv)聲學屬性。圖7示出了根據本公開內容的一種實施例(圖3)的示例性方法700的流程圖，該方法用於測試和採樣地層或儲藏195。在步驟710中，評估模塊300可以設置到鑽孔126中。在步驟720中，帶鑽頭220的可延伸元件210可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，分解地層195的一部分，形成通道250。在步驟730中，帶鑽頭320的可延伸元件310可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，分解地層195的另一部分，形成通道350。在一些實施例中，通道250可以沿縱軸290隻在上面或下面與通道350相似。在一些實施例中，通道250可以處於與通道350不同的方位角。在步驟740中，激勵可以由一個或多個激勵源227施加到地層195。激勵可以由一個或多個激勵源227施加並且可以包括但不限於以下的一個或多個:(i)電磁福射，( )電 流，(iii)電壓，(iv)磁場，(v)聲波，(vi)核輻射，及(vii)機械力。在步驟750中，可以由一個或多個傳感器324響應地層對所述一個或多個激勵的響應而生成至少一個信號。所述一個或多個傳感器324可以配置成響應但不限於以下的一個或多個:(i)電磁福射，( )電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機械力。在步驟760中,來自所述至少一個信號的信息可以被至少一個處理器用於估計地層195的至少一個感興趣參數。所述地層195的至少一個感興趣參數可以包括但不限於以下的一個:(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導性，(V)電阻率，(vi)化學成分，(vii)反應性，(viii)射頻屬性，
(ix)紅外線吸收，(χ)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性，及(XV)聲學屬性。圖8示出了根據本公開內容的一種實施例(圖3)的示例性方法800的流程圖，該方法用於測試和採樣地層或儲藏195。在步驟810中，評估模塊300可以設置到鑽孔126中。在步驟820中，帶鑽頭220的可延伸元件210可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，形成通道250。在步驟830中，可延伸元件210可以從BHA190分離。在步驟840中，評估模塊300可以重新設置到鑽孔126中。在步驟850中，帶鑽頭320的可延伸元件310可以在與縱軸290傾斜的方向延伸到地層195中，形成通道350。在一些實施例中，這兩個可延伸元件210、310都可以從BHA 190分離。在一些實施例中，通道250可能沿縱軸290隻在上面或下面與通道350相似。在一些實施例中，通道250可以處於與通道350不同的方位角。在步驟860中，激勵可以由一個或 多個激勵源227施加到地層195。激勵可以由一個或多個激勵源227施加並且可以包括但不限於以下的一個或多個:(i)電磁輻射，(ii)電流，(iii)電壓，(iv)磁場，(V)聲波，(vi)核福射,及(vii)機械力。在步驟870中，可以由一個或多個傳感器324響應地層對一個或多個激勵的響應而生成至少一個信號。所述一個或多個傳感器324可以配置成響應但不限於以下的一個或多個:(i)電磁輻射，(ii)電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(V)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗，及(ix)機械力。在一些實施例中，所述至少一個信號可以記錄到耦合到或者在可延伸元件310內部的存儲器存儲設備(未示出)上。在步驟880中，來自所述至少一個信號的信息可以被至少一個處理器用於估計地層195的至少一個感興趣參數。所述地層195的至少一個感興趣參數可以包括但不限於以下的一個:(i)密度，(ii)粘度，(iii)溫度，(iv)熱傳導性，(V)電阻率，(vi)化學成分，(vii)反應性，(viii)射頻屬性，(ix)紅外線吸收，(χ)紫外線吸收，(xi)磁屬性，(xii)滲透性，(xiii)孔隙度，(xiv)核共振屬性,及(xv)聲學屬性。在步驟885中，可延伸元件310可以從通道350縮回。在一些實施例中，當可延伸元件210、310縮回時，可延伸元件210、310可以用來使通道250、350坍塌或填滿。在步驟890中，評估模塊300可以重新設置，使得可延伸元件210重新附連到BHA190。在一些實施例中，可延伸元件210可以利用定位器器件(未示出)定位，以便重新附連。定位器器件可以是任何常見的定位器包括但不限於以下的一種或多種:(i)射頻標籤，(ii)聲學定位器，(iii)放射性標籤，(iv)機械鎖，(v)繫繩，及(vi)定位信標。在一些實施例中，可延伸元件中的一個或多個可以配置成分離但不再重新附連。在步驟895中，可延伸元件210可以重新附連到BHA190。在一些實施例中，方法500、600、700和800中的一些步驟可以組合和/或同時執行。儘管上述公開內容是針對本公開內容的一種模式實施例，但是各種修改對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。預期所有變化都被上述公開內容涵蓋。
權利要求
1.一種用於評估地球地層的感興趣參數的裝置，其包括: 具有縱軸的井底鑽具組件(BHA);以及 位於所述BHA上的至少一個可延伸元件，所述至少一個可延伸元件包括帶有嘴部的鑽頭，所述嘴部配置成接收地層流體，所述鑽頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。
2.如權利要求1所述的裝置，所述至少一個可延伸元件還包括: 至少一個封隔器，配置成隔離所述嘴部與鑽孔流體。
3.如權利要求1所述的裝置，所述至少一個可延伸元件還包括: 位於所述至少一個可延伸元件上的感測元件。
4.如權利要求3所述的裝置，所述至少一個可延伸元件還包括: 激勵源，配置成將激勵發送到地球地層中。
5.如權利要求4所述的裝置，其中所發送的激勵包括以下的至少一個:(i)機械功，(ii)聲能，(iii)電力，(iv)磁力,(V)核福射,及(vi)電磁福射。
6.如權利要求1所述的裝置，還包括: 輸送設備，配置成把所述BHA輸送到地球地層中的鑽孔內。
7.如權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個可延伸元件配置成感測以下的至少一個:(i)電磁福射，(i i)電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機械力。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述至少一個可延伸元件配置成從所述BHA分離。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述至少一個可延伸元件配置成重新附連到所述BHA。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述至少一個可延伸元件包括定位器器件。
11.如權利要求1所述的裝置，還包括: 位於所述至少一個可延伸元件上的定位器器件。
12.如權利要求11所述的裝置，其中所述定位器器件可以包括以下的至少一種:(i)射頻標籤，(ii)聲學定位器，(iii)放射性標籤，(iv)機械鎖，(V)繫繩，及(vi)定位信標。
13.如權利要求1所述的裝置，還包括: 位於所述BHA上的至少一個附加可延伸元件，所述至少一個附加可延伸元件包括附加的鑽頭，所述附加的鑽頭配置成在與所述縱軸傾斜的方向穿透地球地層。
14.一種評估地球地層的感興趣參數的方法，包括: 將具有縱軸的井底鑽具組件(BHA)輸送到鑽孔中； 利用所述BHA上的至少一個可延伸元件上的至少一個鑽頭來穿透地球地層，從而在與所述縱軸傾斜的方向形成通道，其中地球地層被穿透，超出汙染區；以及評估感興趣的參數。
15.如權利要求14所述的方法，還包括: 利用在所述至少一個可延伸元件上的嘴部接收地層流體。
16.如權利要求15所述的方法,還包括: 利用位於所述至少一個可延伸元件上的至少一個封隔器將所述通道分成至少兩部分。
17.如權利要求14所述的方法，還包括:將激勵發送到所述汙染區之外的地層中。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述激勵包括以下的至少一個:(i)機械功，(ii)聲能，(iii)電力，(iv)磁力,(V)核福射,及(vi)電磁福射。
19.如權利要求17所述的方法，其中所述至少一個可延伸元件包括第一可延伸元件和第二可延伸元件，並且其中所述激勵利用所述第一可延伸元件發送並利用所述第二可延伸元件感測。
20.如權利要求14所述的方法，其中評估感興趣的參數包括感測以下的至少一個:(i)電磁福射，(ii)電流，(iii)靜電勢，(iv)磁通量，(v)聲波傳播，(vi)核福射，(vii)核共振屬性，(viii)電阻抗,及(ix)機械力。
21.如權利要求14所述的方法，還包括: 將所述至少一個可延伸元件從所述BHA分離。
22.如權利要求21所述的方法，還包括: 將所述至少一個可延伸元件重新附連到所述BHA。
23.如權利要求21所述的方法，還包括: 在鑽孔中定位所述至少一個可延伸元件。
24.如權利要求14所述的方法， 還包括: 使所述通道坍塌。
全文摘要
本公開內容涉及用於地下地層或儲藏的測試與採樣的方法與裝置。所述裝置可以包括至少一個配置成穿透地層的可延伸元件。所述至少一個可延伸元件可以包括至少一個帶配置成接收地層流體的嘴部的鑽頭。所述至少一個可延伸元件可以包括至少一個位於所述至少一個可延伸元件上的傳感器。所述至少一個可延伸元件還可以包括用於激勵地層的激勵源。所述至少一個可延伸元件可以配置成從井底鑽具組件(BHA)分離和/或附連到BHA。一種方法可以包括為了估計地層的感興趣參數而對地層執行測試的步驟。另一種方法可以包括為了估計地層流體的感興趣參數而執行測試的步驟。
文檔編號E21B47/02GK103210181SQ201180055073
公開日2013年7月17日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年10月5日
發明者S·庫馬爾, H·約翰 申請人:貝克休斯公司