測量非常規儲集巖的氣體含量的製作方法

2023-10-05 08:37:54

專利名稱：測量非常規儲集巖的氣體含量的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及對諸如可能產生於沉澱巖、火成巖或變質巖中的非常規氣藏等非常規儲集巖的總氣體含量的測量。更特別地，本發明涉及用於測量非常規氣藏、即諸如緻密砂巖氣藏、頁巖氣藏、煤層氣藏、水合物氣藏等氣藏的原位總氣體含量的方法和設備。雖然以下說明主要涉及該特定的應用，但是，要理解的是，本發明不限於此並且可以例如應用於測量非常規油藏的總氣 體含量。
背景技術：
傳統油氣藏的產量的下降以及世界性的能源需求的增長，導致主要轉向非常規油氣資源(在技術和投資上比工業標準水平要求更高的那些資源)的商品化。過去大約二十年來，天然氣價格升高以及關鍵技術的突破促進了這種範式轉變。非常規天然氣因為它的地理分布量大以及它作為燃料使用比燃燒煤或石油更為環境友好這一事實而相對於非常規石油處於突出地位。事實上，天然氣通常被認為是更清潔、可再生的替代品之前的「過渡燃料」。傳統的油氣藏是那些能夠以有經濟價值的產量進行生產並且不需要大的增產措施的輔助或特殊的開採過程就能夠產出有經濟價值的油氣總量的油氣藏。對於高滲透率至中等滲透率儲集層而言，能夠用傳統鑽機鑽出垂直井，對生產層段打孔，而且使礦井以有商業價值的產量產出並且以最低限度的輔助開採有經濟價值的油氣總量。非常規的油氣藏是不能夠以有經濟價值的產量進行生產並且如果沒有大的增產措施的輔助或者諸如注蒸汽等特殊的開採過程和技術就不能夠產出有經濟價值的總量的油氣藏。典型的非常規氣藏為緻密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣、水合物氣和重油。用於產生井眼的傳統鑽機通常包括鑽井泥漿循環系統，在該鑽井泥漿循環系統中，適當的鑽井流體(通常稱為「鑽井泥漿」)在高壓下循環通過空心鑽柱(連接金屬管)向下到達井眼的前進面或附近的位置，然後通過在鑽杆和井壁之間形成的環形空間(通常簡稱為「環空」)返回地面。鑽井泥漿起到冷卻鑽頭以及移除鑽井過程中的巖屑的作用，在暫停鑽井時還起到懸浮巖屑的作用。以此方式返回地面的鑽井泥漿包括鑽井過程中的巖屑(巖屑隨後會被分離出去，所以鑽井泥漿可以被重新使用)以及穿過任何地質構造(包括已知的油氣藏和未知的油氣藏)進入井眼的任何氣體。在通常的鑽井操作過程中，當鑽井泥漿到達地面時會通過能夠密封並且隔離井眼的大的閥以阻止超過井眼中鑽井泥漿的限制靜液壓力的地層流體(也就是地質流體)在遇到高壓地帶時進入井眼(存在地面噴濺的潛在的危險)。這個裝置通常稱為「防噴器」或「BOP」。在防噴器的頂部，鑽井泥漿進入分流裝置(通常稱為「鐘形導向短節」)。鑽井泥漿從這裡進入通過重力將鑽井泥漿輸送到一系列鑽井泥漿儲存罐的流出管線。鐘形導向短節是大口徑管道部件，裝配在防噴器的頂部並且向大氣開口，流出管線通過側出口安裝到該鐘形導向短節。在到達鑽井泥漿儲存罐之前，鑽井泥漿暴露於諸如去除巖屑的篩網和濾網、去除淤泥和沙子的過濾器以及提取可重新使用的鑽井泥漿的淨化器等所需要的任何分離、收集和/或處理裝置，其中可重新使用的鑽井泥漿被提取後能夠(如上所述)通過空心鑽柱向下循環到達井眼的前進面或附近的位置。另外，允許鑽井泥漿中包含的任何氣體通過鐘形導向短節在終止於鑽井泥漿儲存罐的、更下遊的多個其他位置排向大氣。該系統中的鑽井泥漿可以被稱為「循環鑽井泥漿」。要理解的是，防噴器的主要功能是在鑽井前後或者在暫停鑽井時能夠密封井眼(或者更特別地密封環空)，以防止液體和氣體意外地逸出。然而，在鑽井過程中為了使鑽井泥漿循環系統正常地操作，防噴器將保持打開以提供鑽井泥漿穿過的通道。通常存在作為鑽井目標的具有利益的地帶，引導鑽井的目的是使得井眼穿過該具 有利益的地帶。對大多數非常規氣井資源(gas play resources)進行經濟評價的主要挑戰之一是用於測量目標地質儲層中的具有利益的地帶的原位總氣體含量的現有技術伴生的高的誤差。特別對於較深儲層，情況更是這樣。非常規儲層的氣體含量通常被視為分成三種成分總氣體=游離氣+吸附氣+溶解氣游離氣存在於孔隙空間、天然裂縫或割理(煤儲層的情況)；吸附氣以半液體、單層的狀態存在，以弱的範德瓦爾斯分子力典型地但不排他地與有機碳結合；溶解氣溶解在地層水、液烴或二者的組合物中。溶解氣在一些油藏中的量相當大。對於典型的非常規氣井資源，在緻密砂巖中游離氣形成總氣體含量的主體，而在頁巖中游離氣和吸附氣兩種成分的含量大致相當。相反地，在煤儲層中儘管存在相當的游離氣成分，但是佔優勢的是溶解氣。為了估算非常規氣藏的原位總氣體含量(或者總氣體的上述成分之一)，經常採用的技術如下I.泥漿測井-該技術提供了受各種鑽井參數影響的天然氣總量的定性指示。2.鑽井操作過程中獲得的常規巖芯或巖屑的解吸(也就是脫氣)_該技術試圖量化總氣體。3.鑽井操作過程中獲得的常規巖芯或巖屑的孔隙度/含水飽和度-該技術試圖量化孔隙空間中的游離氣。4.常規電極測井的孔隙度/含水飽和度-該技術也試圖量化孔隙空間中的游離氣。5. 「非常規」電極測井-使用這些「非常規」電極提供了量化孔隙空間中的游離氣和有機碳總量(TOC)的吸附氣兩者的能力，從而提供了對總氣體的測量。6.鑽井操作過程中獲得的傳統巖芯或巖屑表現出的吸附等溫線-該技術量化吸附氣。7.壓力取芯技術-依靠密封容器在井底壓力下俘獲氣體並且隨後(典型地在數千PSi氣壓下)將該容器升到地面，這些技術通常能量化儲層中的總氣體。
上述選項I至選項5因為各種不同原因往往具有高的誤差。選項6儘管通常精確，但是往往僅提供總氣體含量的一種成分，這對於很多類型的非常規氣藏並不是特別有用。最後，雖然選項7在對非常規氣藏的總氣體含量提供估算方面最為精確，但是這種技術目前由於a)可用性、b)後勤、c)成本、d)複雜性、e)安全性和f)機械成功率而存在問題。回到對更常見類型的非常規氣藏和這些非常規氣藏的常規氣體測量選項的更具體的討論，對於煤層氣藏，目前為止選項2 (依靠常規巖芯的解吸)是最廣泛使用的用於測量這些相對淺的儲層(少於大約3000英尺)中總氣體的方法。可惜的是，儘管已經努力儘可能快地將巖芯帶到地面，巖芯收回時間仍然不利地影響到地面上的解吸罐中獲取的氣體的量。這典型地導致低估原位總氣體含量。事實上，在收回過程中，巖芯周圍的鑽井泥漿限制靜液壓力下降，氣體因而從巖芯逸出。為了補償，必須進行「損失氣體」校正，這通常通過將在地面的解吸容器中以儘可能接近儲層的溫度而測得的早期脫氣趨勢外推回到「計時起點」來實現。後者被定義為鑽 井泥漿-巖芯界面內外的壓力差從過平衡轉變到欠平衡並且氣體開始逸出的時間點。巖芯地帶越深，收回時間越長，因此損失氣體成分的比例和不確定度就越大。與損失氣體的測定相關的高的不確定度是該方法的主要缺陷。對於頁巖氣藏，之前典型地通過將上述選項3、4或5與選項6結合來測定總氣體以提供總氣體的結果，將上述選項3、4或5與選項6結合具有增加游離氣和吸附氣的效果。對於這些儲層，還是因為與從通常能發現活性頁巖氣藏的較深處收回巖芯相關的損失氣體成分大，所以認為解吸不可靠。頁巖氣方法的問題在於，孔隙度和特別地含水飽和度測量具有顯著的不確定度，其中通常基於含水飽和度測量來計算游離氣成分。本申請的申請人在庫珀盆地具有範圍在從大約8000英尺到12000+英尺的深位非常規天然氣礦產(包括緻密砂巖、頁巖和煤層)，並且由於以上概述的原因，申請人正在遭遇精確地定量總氣體的困難。為了使用煤層氣工業使用的已知技術來估算該資源，可以獲得常規巖芯(鑽杆收回和鋼絲收回均可)並且可以進行標準巖芯解吸以試圖估算總氣體含量。可惜的是，這些深度的收回時間(加上地面處理時間)大致在2小時至10小時的量級。這和淺煤層氣工業中認為是「合理的」標準(損失氣時間小於I小時並且典型地僅為15分鐘)形成強烈反差。這突出了對深位地帶進行評價的問題，因為該問題對於很多非常規氣藏來說是典型的。事實上，這使得進行很大的、高度不確定的並且可能無效的、可能超過開採的氣體的實際的量的損失氣補償成為必要。雖然選項7可能提供了技術上合理的選擇，但是採取壓力取芯測量技術所需要的設備昂貴並且難以獲得，而且往往引入不必要的(或至少不期望的)機械複雜性。本發明的目的是提供與上述選項I至6相比更可靠、更精確的用於測量非常規儲集巖(水成巖、火成巖或者變質巖)的總氣體含量、特別是用於測量非常規氣藏的原位總氣體含量的方法和設備，以及與選項7相比更方便並且節省成本的方法和設備。在這方面，要理解的是，雖然做出本發明的方法和設備的動機可能在於非常規氣藏領域，但是該方法和設備對於測量非常規油藏的原位總氣體含量也是可用的。在本說明書中對任何現有技術的引用不是也不應當被視為承認或以任何形式暗示該現有技術形成任何國家的一般常識的一部分。

發明內容
本發明提供了一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的方法，該方法包括a)鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有前緣和後緣；b)對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於脫氣儲存系統而不暴露於大氣；c)當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時停止對所述環空體積導流；d)測量所述脫氣儲存系統中的所述氣體的體積以確定每單位環空體積的氣體量；和
e)根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量計算所述儲層的原位總氣體含量。作為優選的形式，所述方法使用包括鑽井泥漿循環系統和防噴器的鑽機，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到所述井眼並且從所述井眼循環出。優選地，關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於所述脫氣儲存系統而不暴露於大氣。此外，優選地，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥，從而停止對所述環空體積導流。在這一方面，打開「同時」關閉指的是優選的理論上的目標。要理解的是，整個說明書中提及打開同時關閉是指打開並且實際上儘可能地接近同時地關閉。鑽井泥漿可以是循環鑽井泥漿或新的鑽井泥漿。循環鑽井泥漿是在通常的鑽井操作過程中通過鑽井泥漿循環系統循環的相同鑽井泥漿，因此在根據本發明方法的操作在適當的時間被重新引入鑽井泥漿循環系統之前，所述鑽井泥漿將通過諸如去除巖屑的篩網和濾網、去除淤泥和沙子的過濾器以及淨化器等任何通常使用的分離、收集和/或處理裝置處理過。可以選擇性地使用、事實上經常可以優選地使用新的鑽井泥漿，新的鑽井泥漿是在與循環鑽井泥漿儲存罐分開的場所專門製備、並且根據本發明的方法的操作在適當的時間引入鑽井泥漿循環系統的一批無氣體和固體的新的鑽井泥漿。考慮到這一點，除非具體地提到哪一個作為鑽井泥漿的優選的來源，否則，整個說明書中提及「鑽井泥漿」時是指包括循環鑽井泥漿或新的鑽井泥漿。本發明進一步提供了一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的方法，該方法使用包括鑽井泥漿循環系統和防噴器的鑽機，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到井眼並從所述井眼循環出，所述方法包括a)鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有前緣和後緣；b)關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於所述脫氣儲存系統而不暴露於大氣；c)當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥而停止對所述環空體積導流；
d)測量所述脫氣儲存系統中的所述氣體的體積以確定每單位環空體積的氣體量；和e)根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量計算所述儲層的原位總氣體含量。本發明還提供了一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的設備，該設備包括a)鑽機，所述鑽機能夠鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有前緣和後緣；和b)脫氣儲存系統，當所述環空體積的所述前緣被導流至所述脫氣儲存系統時，所述脫氣儲存系統能夠捕獲全部所述環空體積並使得所述環空體積不暴露於大氣，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，導流停止；其中，所述脫氣儲存系統中的氣體體積能夠被測量以確定每單位環空體積的氣體量，並且氣藏的原位總氣體含量能夠根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量來計算。 本發明進一步提供了一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的設備，該設備包括a)鑽機，所述鑽機包括鑽井泥漿循環系統，所述鑽井泥漿循環系統包括防噴器，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到井眼並且從井眼循環出，所述鑽機能夠鑽出穿過氣藏的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的所述鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有如緣和後緣；和b)脫氣儲存系統，當通過關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而將所述環空體積的所述前緣導流至所述脫氣儲存系統時，所述脫氣儲存系統能夠捕獲全部所述環空體積而使所述環空體積不暴露於大氣，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，通過打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥停止導流；其中，所述脫氣儲存系統中的氣體體積能夠被測量以確定每單位環空體積的氣體量，並且氣藏的原位總氣體含量能夠根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量來計算。作為說明，本發明需要對測量層段鑽井，並且優選地，需要在測量層段期間產生的整個環空的巖屑(環空體積)被導流並被捕獲於脫氣儲存系統，所述脫氣儲存系統優選地位於地面上離鑽機儘可能近的地方。環空體積不應當暴露於大氣，以防止環空體積中的任何氣體損失，從而需要鑽井泥漿循環系統在地面上的這一臨時的、非標準的導流(不論鑽井泥漿是循環鑽井泥漿還是新的鑽井泥漿)。如下面將詳細說明的，一旦被捕獲於脫氣儲存系統，巖屑能夠從懸浮液中沉澱，氣體能夠積聚於例如液面上空間，鑽井泥漿的全部容納物的脫氣能夠持續發生一段時間。理想地通過將鑽井泥漿循環系統與大氣隔離，本發明因此允許捕獲環空體積中的所有氣體和巖屑。事實上，優選地，通過關閉防噴器的閘板或環形防噴器，鑽井泥漿的流動被改變方向為例如沿節流管線(或優選地從防噴器的底部或附近發出的其他適當的流出管線)向下，而不是允許鑽井泥漿到達地面處的鐘形導向短節。這種液壓操作裝置典型地夾持在鑽杆周圍以密封鑽杆和井壁之間的環形空間，從而密封井並有效的隔離鑽井泥漿循環系統。因此，在防噴器被重新打開以前，氣體不能(通過鐘形導向短節)逸出到大氣中。最終的結果是，對測量層段鑽井所伴生的全部環空體積，優選地與其全部氣體容納物一起被導流到脫氣儲存系統，而不是以通常的方式伴隨著氣體逸出到大氣中而循環至鑽井泥漿儲存罐。在這一方面，雖然這裡提到了「整個環空體積」被導流並且被捕獲，但是，如下面將要說明的，要理解的是，取決於操作過程中所能達到的精度，可能比實際的環空體積稍多或稍少的環空體積被導流或捕獲。還要理解的是，因為在關閉防噴器時不能進行通常的鑽井操作，所以每次能夠捕獲一個環空體積的最大值。然而，鑽井泥漿循環可以繼續(例如，在鑽頭懸離井底的情況下)，這使得環空體積以上述方式流出井眼而被捕獲。關於脫氣儲存系統和對環空體積的被捕獲氣體的測量，作為本發明的優選形式，脫氣儲存系統包括用於形成組合的沉澱與體積測量系統的多個低正壓脫氣罐。一種形式是，設置呈主脫氣罐與一個或多個二級氣體測量罐組合的形式的至少兩個低正壓脫氣罐。在操作之前，所有罐及其相關的管道(終止於防噴器)將理想地預充填清潔水(這裡稱為「罐初始水」)，以a)將空氣從系統中排出、b)維持環空的容納物與大氣隔離和c)能夠跟蹤被 釋出氣體的體積。優選地，採用三個罐以容納庫珀盆地中預期的儲層氣體含量，為了簡化設計、鑑定、製造和在油田安裝，理想地，這三個罐具有同樣的構造。在其他地質區域可能需要較少或較多的罐。為幫助理解本發明的背景，如下面將詳細說明的，這些罐每個通常不會大於400桶(18英尺高X 12英尺寬)，並且理想地串聯地連接以提供所需類型的流體連通。作為優選的庫珀盆地形式，三個低正壓脫氣罐將被歸類為主脫氣罐與兩個二級氣體測量罐組合。 主脫氣罐-該罐是鑽井泥眾的環空體積的第一進入位置(first point ofentry)。主脫氣罐應當大到足以容納理論上最大潛在環空體積(包括巖屑和一些挾帶的氣體)，並且是另外的氣體在較長時間內從巖屑釋出(「解吸」)的地方。該高端情況對應於諸如庫珀盆地等地質區域中的可能待被鑽井的最深的(或者在水平鑽井情形下，最長的)的非常規氣井。環空體積導流完成後，不應再有大量氣體滯留在主脫氣罐中，該罐主要由鑽井泥漿(包括巖屑)佔據，僅有相對少量的罐初始水擱置於罐的頂部。雖然如果出現顯著的混合，監測會變得困難，但是主脫氣罐上的窺管使得鑽井泥漿/水的高度可以被監測。即使不可能監測，窺管也可以用於確定罐在測試之前是否充滿初始水這一目的。 二級氣體測量罐-理想地,這些罐與主脫氣罐流體連通並且收集從主脫氣罐中釋出的所有氣體。優選地是，兩個二級氣體測量罐串聯地連接以便容納例如庫珀盆地的預期的最大氣體體積。理想地，二級氣體測量罐具有兩個主要特徵I.組合容積用於容納氣體的理論上的最大潛在體積。在庫珀盆地，這種情況將對應於具有高的氣體含量的厚的、可快速鑽井的深位煤層。2.窺管使得能夠測量來自井眼的被捕獲的鑽井泥漿環空體積的總氣體體積。然而，存在一些被釋出氣體由於溶解於罐初始水而損失的可能性。這主要適用於在低於80°C的溫度時具有高的水溶度的二氧化碳，同時甲烷和其他烴氣在水中也具有顯著的溶解度，雖然數值與二氧化碳相比非常小。事實上，對於甲烷的情況，水溶度在大約80°C時降到(恆壓下)最小值，但是由於溶解機理的改變，水溶度從80°C開始增大。因此可以採取預防措施以消除或降低一些被釋出氣體因溶解於罐初始水而損失的可能性，例如I.在脫氣儲存系統的所有罐中安裝加熱設備以將容納物的溫度升高到至少800C。這將使二氧化碳和烴氣兩者的溶解度減少到可忽略水平,從而迫使這些氣體從溶液中脫離，使形成於罐液面上空間的游離氣的產量和成分的精度最大化。在本發明的方法的持續期間，應當維持該溫度以避免液面上空間的氣體損失到溶液中。2.利用二氧化碳和烴氣使未加熱的罐初始水處於預飽和狀態。這也將抑制被釋出氣體損失到溶液中，從而導致更為可靠的液面上空間氣體的體積和成分。然而，在這一可選方案中，隨後不能採取加熱，以避免計入液面上空間中的額外氣體。優選的是，使用尺寸足以使氣體和水通過驅替而轉移的管道將所有的罐串聯地液壓連通,注意,鑽井泥漿中的巖屑不離開主脫氣罐而沉澱於該主脫氣罐。本發明的一種形式為，主脫氣罐的入口將通過傳統管道被連接到節流管匯的傳統節流旁通管線(腸管)，以便進入傳統的防噴器節流管線。還要理解的是，理想地，最後面的二級氣體測量罐的出口通過下遊的虹吸截斷器 通向大氣，以防止在整個罐組合中的靜液柱的重力排液。在這一方面，將罐初始水暴露於大氣是必要的，因為這可以使罐初始水在氣體釋出時被驅替。因為罐初始水形成物理屏障，所以沒有氣體可以從罐中逸出。已經提到了下遊虹吸截斷器的存在和對特殊類型的到大氣的通道的需要，並且正如上文所提到的，理想地，所有上述的罐在使用前充有水，以使得也能夠通過窺管跟蹤被釋出氣體的體積。事實上，優選的是，系統中不應出現任何空氣，因為除了被釋出氣體以外，空氣最終將被測量並錯誤地計入總氣體體積。回到本發明的優選形式的操作，當鑽完測量層段、在地面上檢測到前緣並隨後關閉防噴器時，一個環空體積的鑽井泥漿(包括巖屑和氣體)通過節流管匯的節流旁通管線(腸管)沿著節流管線向下而被泵入主脫氣罐。隨著主脫氣罐被充填環空體積的鑽井泥漿，初始水被驅替離開主脫氣罐。通過設計，一定量的水(主脫氣罐的總的體積減去鑽井泥漿和巖屑的體積)將保持擱置於主脫氣罐的頂部。這確保了沒有鑽井泥漿或巖屑進入二級氣體測量罐，將一定量的水保持擱置於主脫氣罐的頂部專門為了這一目的。如果多餘的鑽井泥漿或巖屑溢出，除非沒有剩餘足夠的空間用於待捕獲的總氣體體積，否則本發明的測量方法不會失效。一段時間內，對於不同的地質資源和氣井，時間可能會不同，但是可能在數天至數周的量級，氣體持續地從主脫氣罐的巖屑解吸並溢出到二級氣體測量罐中。使用窺管可以監測氣體體積相對於時間的增加，並且一旦氣體體積停止增加，就可以確定最終的氣體體積。取決於所需的精度，有必要對在二級氣體測量罐中用物理方法測量的氣體體積進行一些正的和負的兩方面的校正。然後可以通過最終的氣體體積除以環空體積的巖屑的重量(優選的為乾重)來計算原位總氣體含量，這些巖屑是主脫氣罐中沉澱並乾燥的巖屑，原位總氣體含量通常用標準立方英尺每短噸(scf/ton) 「乾燥」表示。事實上，報告「乾燥」基礎上的總氣體含量是優選的。在這一方面，和氣體含量「濃度」表示為巖石孔孔隙空間體積的百分比的傳統儲層不同，非常規儲層的氣體含量「濃度」通常表示為每單位巖石重量的氣體體積，也就是上面提到的 scf/ton。—旦鑽完測量層段，巖石的流體含量(現在為小的巖屑的形式)被不可逆的改變，並且這個過程中的剩餘階段保持流體狀態。在巖屑的表面還有游離水，這在稱重過程中應當避免。持續地報告相對於乾燥的巖屑重量的總氣體含量，使氣體總量測量常態化並允許在各個獨立的測試之間進行有效對比。本發明以各種方式提供超出一些已有測量技術的優勢。例如，超低滲透率巖石的巖芯的標準的解吸過程可能花費數月，然而，由於巖屑相當較小並且具有較高的表面積，預計本發明的方法中的脫氣將在很少的時間內完成一可能少於一周。而且，因為在解吸過程中通常對氣體體積進行測量、分析和丟棄，所以標準巖芯解吸服務通常不能得到主氣體成分組成。二次樣本很少重新組合到主成分測量。然而，本發明的方法對於主成分測量是理想的，因為整個氣體體積是在平衡條件下被捕獲的。此外，本發明非常適合用於在取芯過程中容易破碎、因此採收率低的疏鬆的或者有天然裂縫的巖石。本發明確保所有巖石，無論是從井筒壁塌落的還是鑽井得到的，均被送到主脫氣罐並量化伴生氣體含量。當脫氣完成時,通過對沉澱在主脫氣罐底部的固體清洗、 乾燥和稱重來確定巖石的重量。此外，本發明在操作前後不需要任何昂貴的鑽杆下鑽或大量的鑽機待機時間。本方法僅僅是在持續鑽井眼時臨時對鑽井泥漿循環系統重定向。另外，本方法不需要在井眼下布置任何另外的裝置。所有必要的裝置均位於地面，意味著因此不可能出現東西遺失或卡在井下的情形。


現在將結合優選實施方式說明本發明，該優選實施方式的某些方面在附圖中示出。在附圖中圖I是用於本發明的優選實施方式的鑽機和鑽井泥漿循環系統的示意圖；以及圖2是用於圖I的優選實施方式的脫氣儲存系統的示意圖。
具體實施例方式圖I示出適當的傳統鑽機10，能夠容易地改造該適當的傳統鑽機10以用於本發明。如下文所說明的，鑽機10能夠適當地連接到圖2所示類型的脫氣儲存系統。然而，在說明這一連接和與本實施方式有關的本發明的方法的操作之前，將提供對鑽機10的組成部件的簡要說明。圖I示出的鑽機10包括具體實施為各種元件的傳統鑽井泥漿循環系統，這些元件是鑽井泥漿儲存罐12、泥漿振動篩14、鑽井泥漿泵18用的吸入管線16、電動機20。這些元件用的管道具體實施為振動軟管22、立管26、方鑽杆水龍帶28，並且終止於鵝頸管30。該管道以及方鑽杆滾子補芯48用的水龍頭和頂驅通常由遊車32支撐，該遊車32由井架38上的天車36上的鑽井鋼絲繩34懸吊。用於使用鑽井鋼絲繩34升降遊車32的動力由絞車24提供。二層臺40、鑽杆立根42和管架44也由井架38支撐。用於轉動方鑽杆滾子補芯48並且由此轉動鑽柱60的轉盤50 (由電動機20驅動)位於鑽臺52上，且具有以下配置鐘形導向短節和由附圖標記54表示的鐘形導向短節用的防噴器、由56表示的防噴器的環空防噴器、由58表示的防噴器的閘板和全封閉閘板。當然，鑽柱60被示出位於套管頭64下方，鑽頭62被示意性地示出位於井眼底部。
就循環鑽井泥漿的通常的流路而言，流出管線66示出在通常的鑽井作業過程中鑽井泥漿(到泥漿振動篩14和鑽井泥漿儲存罐12)通常採取的路線，由此完成鑽井泥漿循環系統。就本發明的測量系統的操作過程中鑽井泥漿的變向的流路而言，雖然未在圖I中示意性地示出，但是該變向的流路的一種形式可以是通過節流管匯從防噴器通到脫氣儲存系統(在圖2中示出)的流出管線。然而，作為優選的形式，可以使用諸如在與圖I中的鑽井泥漿儲存罐12分開的場所專門製備的一批無氣體和固體的新的鑽井泥漿(可以是高達每加侖9. 9磅濃度的稠化NaCl鹽水)等新的鑽井泥漿來代替循環鑽井泥漿用於測量期間的鑽井。圖2中示出的是根據本發明的優選的庫珀盆地實施方式的脫氣儲存系統，下面將大致描述該脫氣儲存系統的操作。就脫氣儲存系統而言，在本實施方式中包括呈主脫氣罐70和兩個二級氣體測量罐72 (儘管圖2中僅示出一個二級氣體測量罐)形式的三個低正壓脫氣罐。所有三個罐都是18英尺高、12英尺寬的400桶的定製罐，通過排出管74串聯連接以提供所需類型的罐之間的流體連通，並且優選地，不使用諸如鋁等可能與罐初始水或鑽 井泥漿發生反應而產生諸如氫等氣體的易反應的材料製作。主脫氣罐70是鑽井泥漿的環空體積的第一進入位置，鑽井泥漿的環空體積在入口閥76處由三個編碼箭頭A、B和C表示，A表示被釋出氣體、B表示鑽井泥漿以及C表示巖屑，對箭頭的編碼(連同對罐初始水D的編碼)還表示罐70、罐72、排出管74以及罐70的窺管78a、罐72的窺管78b的容納物。如上所述，主脫氣罐70大到足以容納鑽井泥漿在理論上的最大潛在環空體積(包括巖屑和一些挾帶的氣體)，並且是另外的氣體在延續周期(extended period of time)內從巖屑進一步釋出(「解吸」)的地方。環空體積的導流完成後(圖2中大致地表示的處理階段)，除了在罐70頂部的液面上空間內示出的少量氣體A1以外，不應有大量氣體滯留在主脫氣罐中，罐70主要被鑽井泥IB1 (包括巖屑C1)佔據，僅有相對少量的初始水Dj 置於罐70的頂部。主脫氣罐70上的窺管78a使得鑽井泥漿/水的高度得到監控。二級氣體測量罐72被示出與主脫氣罐70流體連通，並且收集從主脫氣罐70釋出的所有氣體A2，其中窺管78b使得能夠測量自井眼捕獲的鑽井泥漿的環空體積的總氣體體積。話雖如此，但是，如上所述，優選的是具有串聯連接的至少兩個這樣的二級氣體測量罐72以便容納例如庫珀盆地中預期的最大氣體體積，因此在本實施方式中，將是兩個二級氣體測量罐共同收集從主脫氣罐70釋出的所有氣體A2。所有罐70、72以及位於最後面的二級氣體測量罐出口的上遊並且終止於防噴器的所有連接管道，均預先裝滿了清潔的水並且使用具有足夠尺寸的管道74串聯地液壓連通以允許氣體和水兩者通過驅替(displacement)輸送，注意，鑽井泥漿中的巖屑不離開主脫氣罐70而沉澱於主脫氣罐70(如圖2中的C1所示)。罐70、72均被示出具有排氣孔79、清掃孔81、液體吸出口 83和防爆蓋板85。最後面的二級氣體測量罐(在圖2中為罐72)的出口 80通過下遊的虹吸截斷器82通向大氣以防止整個罐組中出現靜液柱的重力排液。當然，罐初始水D暴露於大氣是重要的，因為這樣可以允許在氣體A釋出時水D的驅替。由於水D形成的物理屏障，氣體A無法從罐70、72中逸出。根據附圖中(雖然沒有重複所有的附圖標記)示出的優選實施方式，以下是對方法的操作的逐步說明步驟I對待評價的地帶正常鑽井，更具體地對測量層段的起點正常鑽井。步驟2如果可能的話，在「方入」時停止鑽井，方入是鑽杆的一個接頭盡其最大程度鑽到的位置，在該位置處，在繼續鑽井之前必須連接新的鑽杆接頭。這將使得稍後對目的地帶鑽井時所做的鑽杆連接的數目最小，注意，鑽杆連接具有很多不良影響。例如，由於使鑽柱底部鑽具組合(BHA)離開井底升起而導致的吸入效應，氣體會被「抽吸」入井眼。這將在最終的總氣體體積中引入正誤差。如果連接不可避免，應保持BHA運動在井眼中儘可能緩慢，從而使井筒壓力脈動最小化。
此外，鑽杆連接所伴生的停工時間增加了氣體向上遷移到環空體積的前緣前方以及環空中最初的巖屑前方的機會，從而增加了在關閉防噴器之前氣體損失到大氣中的可能性。此外，在沒對任何巖石鑽井時進行大致2-3分鐘的鑽井泥漿循環，這在環空中產生了不包含任何巖屑或氣體的「空白點」。—旦停止鑽井,應當利用井底至井口的泥眾行程樣品(bottoms-up sample)確定測量層段起點處的巖石的巖性。步驟3雖然強烈推薦對井下套管至測量層段的起點，但可以將其視為可選擇的。通過消除諸如氣體從較高的地帶(higher zone)進入井眼(或損失)、崩落的石頭從較高的地帶進入井眼以及鑽井泥漿從井眼進入較高的地帶的損耗(或增益)等大量不希望的變量，套管降低了總氣體體積測量的誤差。此外，如果沒有給井下套管至測量層段的起點，建議嚴密監控背景氣、鑽井泥漿損失/增益以及鑽井泥漿固體含量，從而可以在本方法繼續進行之前採取步驟使井眼穩定。此外，當增加鑽井泥漿鑽壓時，應當考慮到對之前鑽的傳統產層的影響。在某些情況下，如果鑽井泥漿鑽壓增加太多，可能會損壞之前鑽的傳統產層。另外，鑽井泥漿鑽壓太高可能導致鑽井泥漿、還可能有氣體和巖屑洩漏到其他地帶，從而造成本發明方法的誤差。步驟4安裝和/或準備脫氣存儲系統，本實施方式中為主脫氣罐和兩個二級氣體測量罐。這些罐應當在鑽機的節流管匯的同一側、儘可能地靠近鑽機地、理想地安置於租賃鑽機(drilling lease)的邊緣，並且與燃燒坑有足夠的距離以符合進行測試的國家標準或規定。這將使對通常的鑽井業務和鑽後租賃業務(即拆卸鑽機、壓裂增產(fracturestimulation)、完井等)的影響最小化。脫氣儲存系統的安裝/準備過程理想地包括以下步驟-將主脫氣罐入口管道連接到節流管匯的節流旁通管線(腸管);-將二級氣體測量罐串聯地連接到主脫氣罐；-最後面的二級氣體測量罐的出口管道應當通向燃燒坑或鑽井泥漿廢料池；-一旦安裝了罐，則需要無斷開。通過利用傳統井控方法來引導流經節流管線並壓井，可以解決氣湧等(利用在適當位置的這些罐可以容易地探測到)；-以清潔的罐初始水(利用窺管確定)充填所有的罐及相關的管道(也就是，位於最後面的二級氣體測量罐出口上遊並終止於防噴器的所有的罐及管道)，且不留任何空氣。- (a)將罐初始水加熱到至少80°C並在方法的操作過程中維持該溫度，或(b)利用與預期的儲層氣體組成一樣的混合氣體使未加熱的罐初始水飽和；和-可選地，在主脫氣罐中安裝可以阻止進入的鑽井泥漿和已存在的水混合的阻擋層或隔板。-如果未採用深位管套選項，則轉到步驟6。步驟5如果採用深位管套選項，並標記了測量層段的起點，則鑽出套管鞋和套管固結。利用井底至井口的泥漿行程樣品確定巖性。通過使用鑽井泥漿循環系統使鑽井泥漿在井眼中繼續循環，以在循環鑽井泥漿中獲得恆定的低背景氣濃度。取鑽井泥漿樣品以用於液面上 空間的氣體分析。該背景氣可以從隨後在脫氣儲存系統中測量的總氣體體積中減去。轉到步驟7-因為深位套管的存在使得精確的鑽井泥漿循環滯後可以從套管內徑「ID」計算得出。步驟6根據鑽井泥漿泵活塞衝程測定精確的裸眼鑽井泥漿循環滯後時間，以幫助測定當鑽井泥漿向地面循環時環空體積的前緣何時到達防噴器。可以按照以下方式進行該測定-在井眼底部放置高黏性的彩色噴塗段塞(標記)，在該階段，井眼底部為測量層段的起點；-記錄鑽井泥漿泵活塞衝程計數器；-循環(不鑽井)直到標記到達地面，並在鐘形導向短節、泥漿儲罐或泥漿振動篩處進行檢測。泥漿儲罐是位於從流出管線末端接收鑽井泥漿的泥漿振動篩的前面的金屬容器。泥漿儲罐的功能是減緩(沿著流出管線而獲得動量的)鑽井泥漿的流動使得鑽井泥漿不會溢出泥漿振動篩。泥漿振動篩是為了將巖屑與鑽井泥漿分離而使循環鑽井泥漿穿過的振動篩。使用上述三個位置中的哪一個來檢測上述標記並不要緊，因為與整個滯後時間相比，標記在這些位置之間移動所需的時間可以忽略。優選地在鐘形導向短節處進行檢測，因為鐘形導向短節距離產生向脫氣存儲器系統的導流的位置最近；-記錄鑽井泥漿泵活塞衝程計數器。從放置標記於井眼底部到在地面檢測到該標記之間的衝程數對滯後時間給出可靠的估算。這在裸眼條件下是重要的，在裸眼條件下理論上的環空體積可能因為沿著井壁的衝洗而不可靠。除此之外，如果有必要，可以執行標準的「碳化物滯後」作為上述方法的替代。話雖如此，但是，當決定將環空體積導流至主脫氣罐時，氣體或巖屑在地面的出現總是會優先於(override) (a)彩色標記和(b)滯後時間估算兩者。步驟7處理井眼。在開始之前，井眼在具有低的背景氣和低的鑽井泥漿損失/增益方面應當穩定，並且鑽井泥漿不應當包括大量固體。在對測量層段鑽井之前鑽井泥漿中已有的任何固體將沉澱於主脫氣罐內並引起巖屑重量的正誤差。這將不準確地降低計算出的總氣體含量。步驟8如果不打算使用新的鑽井泥漿，作為對照標準可選擇地進行測量前的測試，以確定循環的背景氣的量。如果對測量層段鑽井之前的循環鑽井泥漿中的背景氣的量存有任何疑問，可以使用脫氣儲存系統來確定該背景氣的量。可惜的是，將該氣體從循環鑽井泥漿中分離將花費時間，就鑽井時間而言，這對於礦井的股東來說無法接受，而且為了主體方法的操作隨後將罐清空並用新的罐初始水重新充填罐也花費時間。當然要理解的是，這個問題的解決辦法之一可以是具有專門用於測量前的測試的另一套脫氣儲存系統罐。或者，第二解決辦法可以是對取自流出管線的鑽井泥漿樣品脫氣而以較小的規模獲得對照標準。然而，因為一些氣體損失到大氣中，這樣會降低精度。但是，如果發現背景氣的量大，可以簡單地從隨後測定的氣體體積中扣除。應當注意，如果優選地採用(上文中提到的)不含氣體和固體的鑽井泥漿系統來為本方法提供新的鑽井泥漿，則該可選的測試將不是必需的。步驟9
對測量層段鑽井。在緊接著測量層段鑽井之前的時點，將高黏性、彩色噴塗段塞放置於井眼底部，以標記測量層段的起點，抑制氣體升至巖屑前方，並且用作鑽井泥漿前緣到達地面前的可視標記(這往往比滯後時間估算更可靠)。在從測量層段的起點鑽到層段的末端時，優化鑽井參數以獲得最低泵排量用的可能的最高機械鑽速(R0P)。這將在鑽井過程中產生的環空體積中產生最高濃度的巖屑和氣體。標記一到達地面，就停止鑽井並從井底拉起，滯後時間將僅被用作巖屑和氣體何時可能出現於地面的指導，特別是在不存在深位套管的情形下。如上所述，氣體和巖屑的實際出現應該優先於所有其他指示物。此時，環空現在包含來自測量層段的所有鑽井巖屑和伴生氣體，鑽井巖屑和伴生氣體從總深度(TD)到地面沿著井眼分散，成為前緣被標記的環空體積。應當維持鑽井泥漿的循環以避免巖屑的沉澱。如果有任何巖屑移動到鑽頭(該鑽頭被懸離井底)下方，則它們將難以升起。一旦環空體積的前緣靠近防噴器，應當及時進行以下導流步驟，否則鑽井泥漿將通過防噴器和鐘形導向短節而被泵至地面。在那種情況下，挾帶的巖屑將損失在鑽井泥漿廢料坑中，並且氣體將損失到大氣中。步驟10將環空體積導流至脫氣儲存系統。要將鑽井泥漿的整個環空體積導流至主脫氣罐，應當同時(或者接近同時)進行下述兩個操作-I.打開主脫氣罐上遊和下遊的所有閥，以避免當防噴器關閉時環空中的壓力峰值。從防噴器的節流管線出口通過脫氣儲存系統到達燃燒坑或鑽井泥漿廢料坑，應當有通到大氣的不間斷的流路。要理解的是，當環空中的內容物相繼地進入脫氣儲存系統時，在任何階段均不存在與大氣的直接接觸。這是因為罐的初始水形成物理屏障。沒有氣體可以逸出。-2.關閉防噴器以密封環空。這將鑽井泥漿、巖屑和挾帶的氣體通過節流管線和節流管匯導流至主脫氣罐。緊隨著採取這兩個操作，或與這兩個操作同時，將高黏性段塞循環到井眼底部(標記環空體積的後緣)以幫助升起最後的巖屑。因為沿著通向主脫氣罐的閉合的流路難以實現視覺監測，所以不需要彩色標記。事實上，代替使用可視標記來確定環空體積後緣是否到達地面，可以使用滯後時間測定(從而之前測定的鑽井泥漿泵活塞滯後衝程數)。考慮到這一點，繼續泵激鑽井泥漿循環系統這樣一個滯後時間。現在環空體積的後緣應當位於防噴器並且整個環空體積被導流至主脫氣罐(防噴器和罐之間的滯後時間和鑽井泥漿/巖屑/氣體體積可以忽略)。通過維持循環壓力(立管壓力)恆定，當巖屑和氣體流向地面時可以維持井底壓力恆定。在該步驟中，為了檢測溢流和地面管線路堵塞，必須一直連續地監測立管壓力和最後面的二級氣體測量罐的出口。如果節流管線或節流管匯堵塞(由增加的立管壓力指示)，那麼將鑽井泥漿導流至流出管線並試圖清除阻塞物。如果有必要，確定壓力並且執行標準井控程序。如果發生由a)下降的立管壓力或b)最後面的二級氣體測量罐的出口處增加的驅替水流指示的氣體溢流，那麼中止測試並啟動標準井控程序(例如司鑽方法)。在環空體積的後緣現在位於防噴器以及將所有的環空體積導流至主脫氣罐的情形下，關閉鑽井泥漿泵並且關閉通到主脫氣罐的節流管線和入口。主脫氣罐入口的所有下 遊閥應當保持打開，以允許正在進行的脫氣過程中的氣體膨脹和罐初始水的排出。如果不這樣做，所有的罐中的壓力將增加，抑制氣體從巖屑釋出並有可能超過減壓閥的破壞額定值。設井眼的關井壓力為零，在打開防噴器之前進行通過節流管線的流量檢查，然後打開防噴器，使鑽井泥漿流改變方向回到通過防噴器和鐘形導向短節、沿著流出管線到鑽井泥漿儲存罐的傳統路線。在對測量層段鑽井過程中產生的環空體積的所有鑽井泥漿(包括巖屑和伴生氣體)現在已被捕獲於主脫氣罐中，從而可以繼續進行通常的鑽井。步驟11在氣體釋出期間，將脫氣儲存系統(包括主脫氣罐和二級氣體測量罐)維持在適當的位置。在主脫氣罐的入口目前關閉的情形下，通往節流管匯的管道會被斷開。然而，由於罐一旦被充填就會太沉而不能被搬運，所以將它們會維持在原地。事實上，每一短噸的巖屑(在煤層的情形下)在二級氣體測量罐中可能積聚多達2000+標準立方英尺的氣體，而在主脫氣罐中可能沉澱多達一短噸的巖屑。使用每個罐上的窺管以固定的時間間隔記錄二級氣體測量罐中增加的氣體體積。完成脫氣所需要的時間將根據所涉及的巖石的性質而變化。估計這將花費數天至數周。步驟12將所有罐清空但保留主脫氣罐中的巖屑。收集、乾燥並稱重積聚在主脫氣罐底部的巖屑使得能夠計算每單位重量的伴生巖石的總氣體體積並以scf/ton 「乾燥」來表示。以受控的方式將所有罐的氣體排放到大氣中，通過流體吸出口將所有鑽井泥漿從主脫氣罐排出，將罐初始水從二級氣體測量罐排出，並從主脫氣罐移除所有巖屑，將巖屑放置於適當的容器(例如「迷你箕鬥」)並用水衝洗以去除所有雜質(特別是與鑽井泥漿伴生的任何高密度的重晶石)。在這方面，如果鑽井泥漿是採用新鑽井泥漿的優選形式、即沒有氣體和固體的鑽井泥漿系統，則只需要對巖屑進行最低限度的清洗。一旦清空，這些罐將被搬運到下一個井位以重複使用。步驟13在乾燥之前對巖屑取樣以用於殘留氣體分析。收集少量巖屑的次級樣本並將該少量巖屑的次級樣本送到巖芯解吸實驗室進行殘留氣體分析。這將確定還未釋出的少量殘留氣體的量(傳統巖芯解吸的標準程序)。該樣本在搬運過程中應保存在冰上。步驟14在乾燥之前對巖屑取樣以用於其他分析。對已脫氣的巖屑可以進行諸如吸附、近似分析(proximate analysis)、總有機碳(T0C)、RockEval、孔隙度、滲透性、密度、掃描電子顯微鏡方法(SEM)、X射線衍射(XRD)和顯微組分分析等多種重要的測試，所以需要採集另外的少量二次樣本。步驟15記錄巖屑的總乾燥重量。二次採樣之後，將巖屑徹底乾燥，然後將巖屑放置於合適的容器來稱重。加回之前採集的二次樣本的乾燥重量。步驟16-最後的步驟 計算測量層段的原位總氣體含量。將按本發明的方法測量的(環空體積的)氣體體積除以環空體積的巖屑的乾燥重量，可以計算原位總氣體含量。原位總氣體含量可以用scf/ton 「乾燥」來表示。可以按照需要進行校正(例如，將殘留的巖芯氣體加到罐中測量的氣體體積)，並且可以按照需求進行標準化(例如，在煤的情形下可以轉換成「乾燥-無灰(dry-ash free)，，)。還應當注意，使用標準的電測井徑儀測量來計算在測量層段上產生的井筒容積，可以對巖屑重量進行「真實性檢驗」。運用從主脫氣罐收集的巖屑的密度，可以確定被鑽下
的巖石的重量。此外，要理解的是，取決於需要的精度，有必要對二級氣體測量罐中採用物理方法測量的氣體體積進行一些正的以及負的校正。就脫氣儲存系統在理想狀態下採用的罐的優選規格而言，主脫氣罐應當足夠大以包含預期的環空體積的高端情況。環空體積是下列量的函數a)井眼/套管的直徑和b)測量層段深度。例如，基於324桶的理論上的高端環空體積，為庫珀盆地設想的是，高端環空體積應當被設定在350桶。這一理論值相當於與至大約3000英尺為75/8英尺表層套管、至10000英尺為63/4英尺裸眼的標準井眼大小的可能是最深的庫珀盆地非常規直氣井相關的總環空體積。從3000英尺到10000英尺，環空體積由裸眼中的3V2英尺的鑽杆和43/4英尺的鑽鋌來限定。這些井眼總是以大約10%來超徑，所以實際的高端環空體積變為350桶。然而，嚴格的超徑井眼不必成為本方法的限制因素，要理解的是，不需要對全部(完全精確)的環空體積採樣。事實上，要理解的是，當主脫氣罐幾乎充滿環空容納物時，可以通過關閉防噴器來終止導流。此外，環空體積中的在對測量層段鑽井的過程中在環空中收集、並且隨後被導流至主脫氣罐的巖屑的理論上的最大體積是下列量的函數a)井眼直徑、b) ROP和c)從井眼底部到地面的鑽井泥漿循環滯後時間。基於在10000英尺處大約40分鐘的滯後時間和0. 5分鐘每英尺的快速機械轉速(深位煤層的情形)，將鑽得80英尺的63/4英尺井眼。如果井眼相對規範，這將產生約0. 6立方米的巖屑。如果井眼塌陷，可能導致顯著增多的巖屑出現，但是這並不引起任何問題，因為所有巖屑都是在地面上進行捕獲並測量。
額外的(塌落的)巖屑不可能導致主脫氣罐中的鑽井泥漿溢出到鄰接的二級氣體測量罐，因為巖屑在主脫氣罐中佔的容積比最初非常小(每400桶有4桶或1%)，並且主脫氣罐存在能容納更多巖屑的至少46桶容量的未驅替的罐初始水。假設塌陷僅形成於測量層段，塌陷實際上是正的結果。引起的環空中的巖屑和氣體的更高濃度將給出更為可靠的脫氣儲存系統的總氣體測量。如果高端環空體積被驅替至預充填了水的400桶的主脫氣罐(18英尺高X 12英尺寬的罐)中，那麼，各種分離的流體和固體的各自的高度分量如下液面上空間氣體=可忽略(氣體持續地驅替至二級氣體測量罐的液面上空間)擱置水=1.8英尺(46桶)鑽井泥漿=16英尺(350桶)巖屑=0.2英尺(4桶) 基於約為I. 3克每立方釐米(或公噸每立方米)的典型的煤層體積密度，高端巖屑體積(0. 6立方米)表示大約0. 9短噸巖石。二級氣體測量罐應當具有能容納主脫氣罐中釋出的理論上的最大潛在體積的氣體的組合容積。為得出對高端氣體體積的估算，必須先找到高端氣體含量的根據。這由對庫珀盆地深位煤層進行的異常解吸測試來提供，其中，估算原位總氣體含量在2000sCf/ton( 「乾燥-無灰」)的量級-雖然具有高的誤差。鑑於主脫氣罐可能容納0.9短噸(或更多)煤巖屑，這表示高端氣體體積在1900scf (大約為340桶)的量級。任一罐的尺寸的實際上限為400桶。考慮到塌陷導致的潛在更大的氣體體積(在煤層中特別普遍)，有必要串聯地連接兩個具有該尺寸的罐。這產生了大量的剩餘容量，從而保證了，即使在塌陷的井眼的情況下，高於預期的氣體體積永遠不會將所有的初始水驅
替出罐。本領域內的技術人員應當理解，除了具體描述的那些以外，還可以存在各種變化和變型。要理解的是，本發明包括所有這些變化和變型。本發明還包括本說明書中單獨地或共同地提到或指出的所有步驟、特徵、組成和構成，以及任意兩個或更多個步驟或特徵的任意的及所有的組合。
權利要求
1.一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的方法，該方法包括 a)鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有如緣和後緣； b)對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於脫氣儲存系統而不暴露於大氣； c)當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時停止對所述環空體積導流； d)測量所述脫氣儲存系統中的所述氣體的體積以確定每單位環空體積的氣體量；和 e)根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量計算所述儲層的原位總氣體含量。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述方法使用包括鑽井泥漿循環系統和防噴器的鑽機，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到所述井眼並且從所述井眼循環出。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於所述脫氣儲存系統而不暴露於大氣。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥而停止對所述環空體積導流。
5.根據權利要求I至4中的任一項所述的方法，其特徵在於，一旦被捕獲於所述脫氣儲存系統，所述巖屑從懸浮液中沉澱，所述鑽井泥漿的脫氣持續發生一段時間。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述脫氣儲存系統包括用於形成組合的沉澱與體積測量系統的多個低正壓脫氣罐，在將所述環空體積導流至所述低正壓脫氣罐之前，所述低正壓脫氣罐預先充填有清潔水，並且各所述低正壓脫氣罐均具有用於積聚氣體的潛在液面上空間。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述方法包括呈主脫氣罐與一個或多個二級氣體測量罐組合的形式的至少兩個低正壓脫氣罐。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述二級氣體測量罐串聯地連接並且與所述主脫氣罐流體連通，以充分收集從所述主脫氣罐釋出的所有氣體。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特徵在於，所述二級氣體測量罐包括窺管以能夠跟蹤被釋出氣體的體積。
10.根據權利要求7至9中的任一項所述的方法，其特徵在於，對所述環空體積的導流及隨後的脫氣完成時，不再有大量氣體滯留在所述主脫氣罐中，所述主脫氣罐的空間主要由所述鑽井泥漿和所述巖屑佔據，僅有相對少量的罐初始水滯留於所述主脫氣罐的頂部。
11.根據權利要求7至10中的任一項所述的方法，其特徵在於，最後面的二級氣體測量罐的出口通過下遊的虹吸截斷器通向大氣，以防止所述脫氣儲存系統的重力排液，使罐初始水暴露於大氣從而允許所述罐初始水在所述氣體被釋出時被驅替。
12.根據權利要求7至11中的任一項所述的方法，其特徵在於，利用具有典型成分的溶解氣使所述罐初始水預飽和，以防止被釋出氣體損失到溶液中。
13.根據權利要求7至11中的任一項所述的方法，其特徵在於，將所述罐初始水加熱到至少80°C，以將二氧化碳和烴氣兩者的溶解度減少到可忽略水平，從而迫使二氧化碳和烴氣從溶液中脫離。
14.根據權利要求I至13中的任一項所述的方法，其特徵在於，呈不包含氣體和固體的鑽井泥漿的形式的新鑽井泥漿被用作所述鑽井泥漿。
15.一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的方法，該方法使用包括鑽井泥漿循環系統和防噴器的鑽機，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到井眼並從所述井眼循環出，所述方法包括 a)鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有如緣和後緣； b)關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於所述脫氣儲存系統而不暴露於大氣； c)當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥而停止對所述環空體積導流； d)測量所述脫氣儲存系統中的所述氣體的體積以確定每單位環空體積的氣體量；和 e)根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量計算所述儲層的原位總氣體含量。
16.一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的設備，該設備包括 a)鑽機，所述鑽機能夠鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有前緣和後緣；和 b)脫氣儲存系統，當所述環空體積的所述前緣被導流至所述脫氣儲存系統時，所述脫氣儲存系統能夠捕獲全部所述環空體積並使得所述環空體積不暴露於大氣，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，導流停止； 其中，所述脫氣儲存系統中的氣體體積能夠被測量以確定每單位環空體積的氣體量，並且氣藏的原位總氣體含量能夠根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量來計算。
17.根據權利要求16所述的設備，其特徵在於，所述設備包括具有防噴器的鑽井泥漿循環系統，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到所述井眼並且從所述井眼循環出。
18.根據權利要求17所述的設備，其特徵在於，通過關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而將所述環空體積的所述前緣導流至所述脫氣儲存系統。
19.根據權利要求17或18所述的設備，其特徵在於，通過打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥而停止將所述環空體積導流至所述脫氣儲存系統。
20.根據權利要求16至19中的任一項所述的設備，其特徵在於，所述脫氣儲存系統包括用於形成組合的沉澱與體積測量系統的多個低正壓脫氣罐。
21.根據權利要求20所述的設備，其特徵在於，所述設備包括呈主脫氣罐與一個或多個二級氣體測量罐組合的形式的至少兩個所述低正壓脫氣罐。
22.根據權利要求21所述的設備，其特徵在於，所述二級氣體測量罐串聯地連接並且與所述主脫氣罐流體連通，以收集從所述主脫氣罐釋出的所有氣體。
23.根據權利要求21或22所述的設備，其特徵在於，所述二級氣體測量罐包括窺管以能夠跟蹤被釋出氣體的體積。
24.根據權利要求21至23中的任一項所述的設備，其特徵在於，最後面的二級氣體測量罐的出口通過下遊的虹吸截斷器通向大氣，以防止所述脫氣儲存系統的重力排液。
25.根據權利要求16至24中的任一項所述的方法，其特徵在於，罐初始水被加熱到至少80°C，以將二氧化碳和烴氣兩者的溶解度減少到可忽略水平，從而迫使二氧化碳和烴氣從溶液中脫離。
26.根據權利要求16至25中的任一項所述的方法，其特徵在於，呈不包含氣體和固體的鑽井泥漿的形式的新鑽井泥漿被用作所述鑽井泥漿。
27.一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的設備，該設備包括 a)鑽機，所述鑽機包括鑽井泥漿循環系統，所述鑽井泥漿循環系統包括防噴器，在通常的鑽井操作過程中，鑽井泥漿穿過所述防噴器循環到井眼並且從井眼循環出，所述鑽機能夠鑽出穿過氣藏的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的所述鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有如緣和後緣；和 b)脫氣儲存系統，當通過關閉所述防噴器同時打開所述防噴器下遊的所有閥而將所述環空體積的所述前緣導流至所述脫氣儲存系統時，所述脫氣儲存系統能夠捕獲全部所述環空體積而使所述環空體積不暴露於大氣，當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時，通過打開所述防噴器同時關閉終止於所述脫氣儲存系統的位於所述防噴器下遊的閥停止導流； 其中，所述脫氣儲存系統中的氣體體積能夠被測量以確定每單位環空體積的氣體量，並且氣藏的原位總氣體含量能夠根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量來計算。
全文摘要
一種測量非常規儲集巖的原位總氣體含量的方法，該方法包括鑽出穿過儲層的測量層段的井眼以產生包含巖屑和氣體的鑽井泥漿的環空體積，所述環空體積具有前緣和後緣；對所述環空體積的所述前緣導流，使得全部所述環空體積被捕獲於脫氣儲存系統而不暴露於大氣；當所述環空體積的所述後緣被捕獲於所述脫氣儲存系統時停止對所述環空體積導流；測量所述脫氣儲存系統中的所述氣體的體積以確定每單位環空體積的氣體量；和根據每單位環空體積的氣體量和巖屑量計算所述儲層的原位總氣體含量。
文檔編號E21B49/08GK102782252SQ201180006132
公開日2012年11月14日 申請日期2011年1月13日 優先權日2010年1月13日
發明者E·C·鄧祿普, M·O·波特, P·J·阿切爾 申請人:聖託斯有限公司