Способы проведения измерений при предварительном исследовании скважин методом понижения уровня и устройство для этого - RU2564431C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] За последние несколько десятилетий были развиты высокотехнологичные методы для идентификации и добычи углеводородов, то есть нефти и газа, из подземных пластов. Такие технологии помогают отыскивать, оценивать и добывать углеводороды из подземных пластов.

[0002] Когда отыскивается пласт, потенциально содержащий экономически выгодное для добычи количество углеводородов, как правило, производится бурение скважины на поверхности земли на глубину требуемого подземного пласта. После чего проводятся испытания на предмет определения содержания в пласте углеводородов для добычи, с точки зрения промышленной стоимости. Испытания, проводящиеся на подземных пластах, включают исследование затронутых пластов с целью определения действительного присутствия углеводородов и оценки содержания количества потенциально добываемых углеводородов в таком пласте. При одном подходе проведения таких испытаний применяются инструменты для испытания пластов, как правило, их называют пластовыми испытателями.

[0003] В ходе испытания пласта зачастую применяются определенные предварительные испытания, которые могут использоваться для проведения относительно быстрой оценки пласта на одной или нескольких глубинах залегания. Такие предварительные испытания обычно проводятся относительно быстро, но при этом в ходе предварительных испытаний могут возникать задержки (например, задержки при бурении, если испытания проводятся при помощи инструментов, расположенных в буровой компоновке), что увеличивает время непродуктивного простоя и вероятность того, что инструменты могут застрять в стволе скважины. С целью сократить непродуктивное время простоя и уменьшить вероятность застревания, как правило, разрабатываются спецификации на бурильные работы на основе среднестатистических характеристик пласта и устанавливаются условия бурения с целью определения периода, на который бурильная колонна в определенной скважине может оставаться в фиксированном положении. Согласно этим спецификациям буровая колонна может оставаться в фиксированном состоянии только в течение ограниченного периода времени с целью выпускания пробоотборника и произведения замера давления. Так как испытания пластов проводятся во время бурения, продолжительность любого испытания (например, предварительного испытания) и точность результатов испытания, которое возможно достигнуть за отведенное время, является серьезным ограничением, которое следует учитывать.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] С целью достижения понимания нижеследующего описания следует ознакомиться с фигурами. Исходя из фигур, становится ясным, что в соответствии с общепринятой практикой в промышленности, различные детали не вычерчены в масштабе. Более того, размеры различных деталей могут быть произвольно увеличены или уменьшены с целью достижения ясности описания.

[0005] Фиг.1 является схематическим представлением устройства с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0006] Фиг.2 является схематическим представлением другого устройства с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0007] Фиг.3 является схематическим представлением другого устройства с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0008] Фиг.4a является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0009] Фиг.4b является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0010] Фиг.5 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0011] Фиг.6 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0012] Фиг.7 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0013] Фиг.8 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0014] Фиг.9 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0015] Фиг.10 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0016] Фиг.11 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0017] Фиг.12 является графической схемой способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

[0018] Фиг.13 является графическим представлением способа с точки зрения одного или нескольких аспектов данного описания.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0019] С целью достижения понимания нижеследующего описания в нем приведено множество различных вариантов осуществления изобретения, или примеров применения различных функциональных возможностей таких вариантов осуществлений. Для упрощения понимания данного описания ниже приведены определенные примеры компонентов и воплощений. Они являются только примерами и не являются ограничивающими. В примерах, приведенных в данном описании, могут повторяться номера позиций и/или буквенные обозначения. Такое повторение допущено в целях упрощения и прояснения сути данного описания и не является признаком присутствующей взаимосвязи между различными вариантами осуществления изобретения и/или воплощения, которые описываются в данном документе. К тому же формулировка одной функциональной возможности над или в отношении другой функциональной возможности в последующем описании может содержать варианты осуществления изобретения, в котором первая и вторая функциональные возможности имеют прямую взаимосвязь, а также может содержать осуществления изобретения, в которых дополнительные функциональные возможности могут быть сформулированы с перекрытием первой и второй функциональных возможностей, таким образом, первая и вторая функциональные возможности могут быть не связаны.

[0020] Один или более аспектов данного описания касаются способов и устройства для понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины. Согласно аспекту описания свойства пласта (давление пласта, подвижность пласта и т.д.) могут оцениваться по изложенным способам, что может включать фазу исследования и фазу измерения. В способе, который приведен в качестве примера, зонд для отбора проб или другое устройство для гидравлической связи в пластовом испытателе используется для контактирования со стеной скважины. Во время фазы исследования используется первый тип понижения уровня с целью забора жидкости зондом для отбора проб. Согласно аспекту описания первый тип понижения уровня обеспечивает непрерывное объемное расширение. Во время выполнения первого типа понижения уровня производится сбор и анализ данных о жидкости с целью определения, например, тенденции изменения или схемы данных, следствий тенденции или схемы, разрыва в глинистой корке и/или перетекание жидкости в устройство гидравлической связи из контактного пласта. Согласно аспекту описания могут определяться различные факторы. Например, разрыв глинистой корки может быть определен, исходя из отклонений в тенденции или схеме данных. В некоторых примерах тенденции или схемы соответствуют наклону или оптимальной эмпирической кривой динамического давления.

[0021] Способы, приведенные в качестве примера, могут содержать описание проведения понижения уровня второго типа с целью забора жидкости в зонд для отбора проб в случае обнаружения определенных факторов, обозначенных выше, например в случае определения разрыва в глинистой корке. Согласно аспекту описания понижение уровня второго типа может отличаться от понижения уровня первого типа. Например, понижение уровня второго типа может базироваться на пошаговом или инкрементальном расширении объема. Понижение уровня второго типа может использоваться с целью подтверждения или проверки упомянутых выше определенных факторов. Например, при помощи понижения уровня второго типа можно подтвердить разрыв в глинистой корке, исходя из разницы между одним или несколькими шагами повышения давления, которое происходит после каждого шага инкрементального понижения уровня.

[0022] Повышение давления, которое происходит после понижения уровня второго типа, может использоваться с целью определения характеристик пласта. Например, для определения давления или подвижности пласта, что впоследствии может быть использовано для установки параметров, например, времени, объема или скорости потока с целью определения или использования в последовательности рабочих операций инструментов, т.е., например, при понижении уровня третьего типа для забора жидкости в инструмент испытания пласта. Согласно аспекту описания понижение уровня третьего типа является понижением уровня, которое используется для проведения испытания с целью измерения параметров пласта, т.е. во время фазы измерений. Эффективность описанных в этом документе способов превосходит по точности определение разрыва глинистой корки во время предварительных испытаний за ограниченное количество времени по сравнению с известными технологиями.

[0023] На Фигуре 1 изображена система буровой площадки, в том числе забойные инструменты, которые можно использовать согласно одному или нескольким аспектам данного описания. Буровая система буровой площадки на Фигуре 1 может быть использована как на побережье, так и в открытом море. В системе буровой площадки, приведенной в качестве примера на Фигуре 1, скважина 11 создается в направлении одного или нескольких подземных пластов посредством вращательного и/или направленного бурения.

[0024] Как показано на Фигуре 1, буровая колонна 12 погружена в буровую скважину 11 и включает забойную компоновку 100 буровой колонны (ЗКБН) с буровым долотом 105 на нижем конце. Поверхностная система в том числе состоит из платформы и буровой вышки 10, которая расположена над скважиной 11. Буровая вышка 10 состоит из роторного стола 16, ведущей буровой трубы 17, крюка 18 и вертлюга 19 для обсадной колонны. Буровая колонна 12 поворачивается при помощи роторного стола 16, приводится в действие при помощи не отображенных на схеме средств, в том числе ведущей буровой трубой 17 и верхней частью буровой колонны 12. Буровая колонна 12, приведенная в качестве примера, подвешена при помощи крюка 18, который крепится к подвижному талевому блоку (не отображено на схеме) через ведущую буровую трубу 17 и вертлюг для обсадной колонны 19, который обеспечивает вращение буровой колонны 12 относительно крюка 18. Возможно использовать альтернативную систему верхнего привода.

[0025] На схеме, изображенной в качестве примера на Фигуре 1, поверхностная система содержит буровую жидкость 26, которая, как правило, в промышленности называется «буровой раствор» и хранится в амбаре 27, который расположен на буровой площадке. Насос 29 перекачивает буровую жидкость 26 во внутреннюю часть буровой колонны 12 через отверстие вертлюга 19, таким образом, буровая жидкость 26 протекает вниз через буровую колонну 12, что обозначается стрелкой направления 8. Буровая жидкость 26 выходит из буровой колонны 12 через отверстия в буровом долоте 105 и циркулирует вверх через затрубное кольцевое пространство между внешней частью буровой колонны 12 и стеной скважины 11, что обозначается стрелкой направления 9. Буровая жидкость 26 смазывает буровое долото 105 и выносит буровой шлам на поверхность, после чего возвращается в амбар 27 для дальнейшей рециркуляции, создавая при этом глинистую корку бурового раствора (не отображена на схеме) на стенках скважины 11.

[0026] Забойная компоновка 100 буровой колонны, приведенная в качестве примера на Фигуре 1, среди всего прочего содержит любое количество и/или любые типы модулей для проведения каротажа в процессе бурения (КВБ) или инструментов (один из которых обозначен позиционным номером 120) и/или модулей для проведения измерений во время процесса бурения (ИВБ) (один из которых обозначен позиционным номером 130), роторно-управляемую систему или гидравлический забойный двигатель 150, а также буровое долото 105, приведенное в качестве примера. Модуль 130 ИВБ, который измеряет наклон и азимут бурового долота 105, может использоваться для отслеживания траектории скважины.

[0027] Инструмент 120 КВБ и модуль 130 ИВБ, приведенные в качестве примера на Фигуре 1, могут быть заключены в утяжеленную бурильную трубу специального типа согласно практике, принятой в промышленности, которая может содержать большое количество разнообразных каротажных инструментов, измерительных инструментов и, опционально, устройства для отбора жидкости. Инструмент 120 КВБ, приведенный в качестве примера, обладает функциональностью для проведения измерения, обработки и/или хранения информации, а также для осуществления связи с модулем 130 ИВБ и/или прямой связи с поверхностным оборудованием, например с компьютерной станцией каротажа и управления 160.

[0028] Компьютерная станция каротажа и управления 160 может быть оборудована интерфейсом пользователя, при помощи которого можно вводить данные и отображать выходные данные касательно операций бурения и/или пластов, которые пересекает скважина 11. Компьютерная станция 160 каротажа и управления изображена наверху и возле системы буровой площадки, но часть или даже вся компьютерная станция 160 каротажа и управления может располагаться в забойной компоновке буровой колонны 100 и/или на удаленной площадке.

[0029] На Фигуре 2 в качестве примера изображена каротажная кабельная система, которая содержит скважинный инструмент (скважинные инструменты) согласно одному или нескольким аспектам данного описания. Каротажный инструмент 200, приведенный в качестве примера, может использоваться для измерения давления пласта и, опционально, для извлечения и анализа образцов пластовой жидкости. Каротажный инструмент 200 подвешивается в отверстии скважины или стволе скважины 202 на нижнем конце многожильного кабеля 204, который намотан на буровую лебедку (не отображена на схеме), которая располагается на поверхности. На поверхности каротажный кабель 204 присоединен к электронной системе 206 управления и сбора данных. Каротажный инструмент 200 является продолжением корпуса 208, который включает в себя кожух 210, который содержит инструментальную систему 212 управления, выполненную с возможностью управления извлечением пластовой жидкости из пласта F и проведения измерений над извлеченной жидкостью, например, давления.

[0030] Каротажный инструмент 200 также включает в себя пластовый испытатель 214, который оборудован выдвижным приемником 216 жидкости и выдвижным инструментальным анкерным элементом 218, который на Фигуре 2 изображен расположенным на противоположных сторонах корпуса 208. Приемник 216 жидкости выполнен с возможностью выборочного отделения либо изолирования избранных участков стены скважины 202, чтобы провести соединение по текучей среде с прилегающим пластом F и отобрать жидкость из пласта F. Пластовый испытатель 214 также включает модуль 220 анализа жидкости, который содержит как минимум одно устройство для измерения давления, которое гидравлически подсоединено к приемнику 216 жидкости, через который протекает отобранная жидкость. Когда последовательность испытаний выполнена, жидкость, которая затекает в приемник жидкости, может быть впоследствии выброшена через отверстие (не отображено на схеме) или может быть отослана в одну или более камеру 222 или 224 сбора жидкости, которые предназначены для приема и хранения жидкости с целью последующего проведения испытаний на поверхности или передачи пластовой жидкости в испытательное оборудование.

[0031] В примере, который приведен на изображении, электронная система 206 управления и сбора данных и/или внутрискважинная система 212 управления выполнены с возможностью управления приемником 216 жидкости для сбора образцов жидкости из пласта F и управления модулем 220 анализа жидкости с целью проведения измерений на пластовой жидкости. В некоторых примерах осуществления изобретения модуль 220 анализа жидкости может быть выполнен с возможностью анализа данных, полученных во время проведения измерений на образцах пластовой жидкости согласно процедуре, описанной в данном документе. В других примерах осуществления модуль 220 анализа жидкости может быть осуществлен с возможностью генерации и хранения данных измерений и последующей передачи таких данных на поверхность с целью проведения там анализа. Хотя внутрискважинная система 212 управления выражена как осуществленная отдельно от пластового испытателя 214, в некоторых примерах осуществления внутрискважинная система 212 управления может быть осуществлена в пластовом испытателе 214.

[0032] Один или более модулей либо инструментов приведенной в качестве примера буровой колонны 12 изображены на Фигуре 1 и/или каротажного инструмента 200, приведенного в качестве примера на Фигуре 2, могут использовать образцовые способы и устройство, описанные в данном документе с целью проведения понижения уровня пластовой жидкости при помощи множества технологий понижения уровня и/или с целью определения и проверки наличия разрыва в глинистой корке при помощи тех же технологий, описанных в данном документе. Например, один или более инструментов 120 КВБ (Фигура 1), модуль 130 ИВБ (Фигура 1), инструментальная система 212 управления (Фигура 2) и/или другой пластовый испытатель 214 (Фигура 2) могут использовать приведенные в качестве примера (образцовые) способы и устройство, описанные в данном документе. Образцовое устройство и способы, упомянутые в данном описании, касаются буровых колонн и/или каротажных инструментов, но при этом они применимы к любому количеству и/или любым типам дополнительных и/или альтернативных каротажных инструментов, например к колтюбинговым скважинным инструментам. Более того, один или несколько аспектов данного описания могут быть использованы в других осуществлениях отбора керна, например при боковом или линейном отборе керна.

[0033] Способы, описанные в данном документе, могут использоваться в сочетании с любым промышленно известным пластовым испытателем, как, например, пластовые испытатели, описанные при пояснении Фигуры 1 и Фигуры 2. Другие пластовые испытатели также могут использоваться или адаптироваться для целей одного или нескольких аспектов текущего описания, например каротажные пластовые испытатели под номерами патентов США 4860581 и 4936139, инструменты забойного бурения под номерами патентов США 6230557 и/или 7114562.

[0034] Вариант устройства гидравлической связи или пробоотборного модуля 301, который можно использовать с такими пластовыми испытателями, изображен на Фигуре 3. Модуль 301 включает зонд 312а, пакер 310a (который окружает зонд 312а) и трубопровод 319а, который продолжает зонд 312а до модуля 301. Трубопровод 319а проходит от зонда 312а до изолирующего клапана 321а зонда и оборудован датчиком 323а давления. Второй трубопровод 303а проходит от изолирующего клапана 321а до изолирующего клапана 324а пробоотборного трубопровода и компенсационного клапана 328а, оборудован датчиком 320а давления. Реверсивный предыспытательный поршень 318а в камере 314а предварительных испытаний также продолжает трубопровод 303а. Выходной трубопровод 326а проходит от компенсационного клапана 328а до выхода из скважины и оборудован датчиком 330а давления. Пробоотборный трубопровод 325а проходит от изолирующего клапана 324а пробоотборного трубопровода через инструмент. Жидкость, захваченная в пробоотборный трубопровод 325а, может быть отобрана, смыта или использована для других целей.

[0035] Изолирующий клапан 321а зонда изолирует жидкость 319а трубопровода от жидкости 303а в трубопроводе. Изолирующий клапан 324а пробоотборного трубопровода изолирует жидкость 303а в трубопроводе от жидкости 325а в пробоотборном трубопроводе. Компенсационный клапан 328а изолирует жидкость скважины от жидкости в инструменте. При манипулировании клапанами 321a, 324a и 328a с целью выборочного изолирования жидкости в трубопроводах датчики 320а и 323а давления могут использоваться для определения различных значений давления. Например, при закрытии клапана 321а пластовое давление может измеряться датчиком 323а, когда при помощи зонда было установлено гидравлическое соединение с пластом, таким образом, минимизируется количество инструментария, используемого для работы с пластом.

[0036] В другом примере, при открытии компенсационного клапана 328а, буровой раствор может извлекаться из скважины в инструмент посредством предыспытательного поршня 318а. После закрытия компенсационного клапана 328а, пробоотборного изолирующего клапана 321а и изолирующего клапана 324а пробоотобрного трубопровода жидкость может изолироваться в инструменте между этими клапанами и предыспытательным поршнем 318а. Датчик 330а давления может использоваться для постоянного слежения за давлением жидкости в скважине при работе инструмента и вместе с датчиками 320а и/или 323а давления, которые могут быть использованы для прямого измерения падения давления на глинистой корке и отслеживания передачи возмущений глинистой корки для дальнейшего использования при коррекции измеренного давления (на контакте с пластом) таких возмущений.

[0037] Среди всего прочего, предыспытательный поршень 318а может быть использован для извлечения жидкости из пласта или для введения жидкости в пласт, для сжатия или расширения жидкости, изолированной между изолирующим клапаном 321а зонда, изолирующим клапаном 324а пробоотоборного трубопровода и компенсационным клапаном 328а. Предыспытательный поршень 318а может эксплуатироваться при низких скоростях, например при 0,01 см³/с, при высоких скоростях, например 10 см³/с, а также может извлекать значительные объемы жидкости за один ход, например 100 см³. К тому же при необходимости извлечь объем жидкости более чем 100 см³ из пласта, без втягивания зонда 312а, предыспытательный поршень 318а может быть использован повторно. Расположение предыспытательного поршня 318а должно постоянно отслеживаться и жестко контролироваться. Поршень может блокироваться в своем положении в те моменты, когда не используется. В некоторых вариантах осуществления зонд 312а может включать в себя клапан фильтра (не отображен на схеме) и поршень фильтра (не отображен на схеме). Для промышленного специалиста может быть ценной возможность, которую обеспечивает тот факт, что несмотря на то, что в данных спецификациях определяется образцовый пробоотборный модуль, другие спецификации могут использоваться без отхождения от объема данного описания.

[0038] Технологии, изложенные в данном описании, также могут использоваться для других устройств, которые являются частью трубопровода. Термин «трубопровод», используемый в данном документе, означает трубопровод, полость или другой проход для установки гидравлической связи между пластами и предыспытательным поршнем и/или для обеспечения протекания жидкости между ними. Другие устройства могут содержать, например, устройство, которое объединяет в единый блок предыспытательный поршень и зонд. Пример такого устройства описан в патентах США под номерами 6230557 и 6986282, права на которые были переуступлены патентообладателям данного описания, оба упомянутых патента во всей полноте являются частью данного документа, что обозначено ссылками.

[0039] Первый пример понижения уровня первого типа, который может использоваться во время фазы исследования, приведен на Фигуре 4а. Как указано выше, такие параметры, как пластовое давление и подвижность пласта могут быть определены посредством анализа данных тенденции или кривой давления на фазе исследования. Например, точка 450 прерывания отображает условную оценку пластового давления. С другой стороны, оценка пластового давления может быть проведена более точно посредством экстраполяции кривой давления, полученной при повышении 440, при помощи известных технологий. Экстраполированное значение давления соответствует давлению, которое было бы получено при условии, что давление повышалось бы дальше беспрепятственно в течение неопределенного срока.

[0040] Подвижность пласта (K/µ)₁ - это отношение проницаемости пласта и вязкости жидкости, также может определяться фазой повышения, которая отражается при помощи кривой повышения 440. Технологии, известные промышленным специалистам, могут быть использованы для оценки подвижности пласта, исходя из скорости смены давления со временем при возрастании давления 440.

[0041] В качестве дополнительного или альтернативного варианта, для прогнозирования подвижности пласта может быть использована область схемы на Фигуре 4b, отображенная в виде заштрихованной области и обозначенная номером 425. Область 425 ограничена линией 421, которая горизонтально продолжается от точки 450 прерывания (которая отображает оцениваемое пластовое давление P₄₅₀ при прерывании), линией 420 понижения и линией повышения 440. Область 425 может быть определена и соотнесена с оценкой подвижности пласта. А именно, для приемника 216 жидкости, который можно использовать в качестве круглого отверстия, расположенного на стенке скважины 11 (Фигура 1), известно, что подвижность пласта (в единицах измерения дарси или сантипуазах) является обратнопропорциональной вышеупомянутой области 425 (выражено в единицах атмосферо-секундах). Константа пропорциональности прямо соотносится с объемом жидкости, извлеченной из пласта (выраженном в см³), она имеет значение, близкое к целому, которое является выраженным измерением конечного радиуса отверстия скважины и обратнопропорционально двойному диаметру приемника жидкости. При использовании такой формулы предполагается, что проницаемость пласта проверяется изотропным методом, поток достаточно медленный и потому соблюдается соотношение Дарси для течения в пористой среде, геометрия потока достаточно сферична, а подвижность превышает приблизительное значение 0,5 миллидарси/сантипуаз. При соблюдении таких условий погрешность, допущенная при использовании данной формулы, как правило, является незначительной (меньше нескольких процентов).

[0042] Продолжая описание на примере Фигуры 4b, следует заметить, что шаг понижения уровня или кривой 420 фазы исследования может быть проанализирован для определения падения давления за период времени с целью определения различных характеристик давления. Оптимальная эмпирическая кривая 412, построенная на основе точек кривой 420 понижения уровня, исходит из точки 410 инициации. Точка 414 отклонения может быть определена на основе кривой 420 как отражение точки, на которой кривая 420 достигает заданного отклонения δ₀ от оптимальной эмпирической кривой 412. Точка 414 отклонения может использоваться в качестве оценки начала истечения жидкости из пласта, т.е. точки, в которой жидкости из пласта, который подвергается испытанию, прорывает глинистую корку, расположенную на стенке скважины, и входит в инструмент во время понижения уровня на фазе исследования.

[0043] Точка 414 отклонения может быть определена посредством испытания последних полученных точек давления с целью определить, останется ли точка на тенденции давления, отображающей расширение трубопровода, при получении последующих данных о давлении. Точка 414 отклонения также может быть определена посредством подсчета производного давления, зарегистрированного при понижении уровня 420 относительно временной шкалы. При изменении (уменьшении) производной на, например, 2-5%, точка, в которой произошли изменения, будет отражать начало течения жидкости из пласта, из которого производится сбор образцов. При необходимости подтвердить, что отклонение линии падения давления является признаком истечения из пласта, могут быть произведены дальнейшие предварительные испытания с малыми объемами жидкости с целью проверить присутствие разрыва в глинистой корке перед проведением фазы измерений.

[0044] Когда точка 414 отклонения была определена, уровень продолжает понижаться ниже точки 414 до достижения определенного заданного критерия прекращения. Такой критерий может основываться на значении давления, объема и/или времени. После выполнения критерия понижение уровня прекращается и достигается точка 430 прерывания. Желательно, чтобы точка 430 прерывания достигалась при заданном давлении P₄₃₀ в рамках заданного диапазона давления ΔP относительно давления отклонения P₄₁₄ согласно точке 414 отклонения на Фигуре 4b. В качестве альтернативного варианта, желательным может быть прекращение понижения уровня в рамках заданного временного периода согласно определению точки 414 отклонения. Например, если возникает отклонение при временном значении t_d, прекращение может быть задано на время t₁, где время, которое расходуется между временем t_d и t₁, определяется как время T_D и ограничено максимальной продолжительностью. Другим критерием прекращения предварительных испытаний может являться ограничение объема, который извлекается из пласта после идентификации точки 414 отклонения. Такой объем может быть определен посредством изменения объема в камере для предварительного испытания 314а (Фигура 3). Максимальное изменение объема может быть определено в качестве ограничительного параметра для предварительного испытания.

[0045] Для определения точки 430 может использоваться один или несколько ограничительных критериев отдельно или в совокупности, например, давление, время и/или объем. Если, например, в случае пластов с повышенной проницаемостью, требуемый критерий, например предварительно заданный спад давления, не может быть удовлетворен, продолжительность предварительного испытания может быть в дальнейшем ограничена одним или несколькими другими критериями.

[0046] После достижения точки 414 отклонения давление продолжает падать по кривой 420, пока расширение не достигнет точки 430, после чего прекратится. В этой точке изолирующий клапан 321а зонда закрывается и/или предыспытательный поршень 318a останавливается, после чего начинается повышение 440 фазы исследования. Повышение давления в трубопроводе продолжается до прекращения повышения в точке 450.

[0047] Давление, при котором повышение становится достаточно стабильным, как правило, берется в качестве оценки пластового давления. Давление повышения отслеживается с целью предоставления данных для оценки пластового давления от прогрессивной стабилизации давления повышения. То есть полученная информация может быть использована для определения перехода последующей фазы измерения, такой, при которой в конце повышения во время фазы измерения (Фигура 4а) достигается прямое и стабильное измерение пластового давления.

[0048] Повышение во время фазы исследования не должно прекращаться прежде, чем давление восстановится до уровня, при котором будет выявлено отклонение декомпрессии трубопровода, т.е. давление, определенное согласно P₄₁₄ на Фигуре 4b. При одном подходе установление временного ограничения может быть использовано для определения продолжения повышения Т₁. Т₁ может быть установлено на определенное числовое значение, например, в 2,5 раза от времени течения из пласта Т₀,или больше. При другом подходе критерий изменения давления по норме времени может быть использован для установления ограничения продолжительности повышения Т₁. Например, если изменение давления происходило через три точки давления с равномерными (по времени) промежутками между ними, то после учета помех при измерении давления, менее чем вдвое от разрешающей способности датчика давления, повышение 440 может быть взят в качестве стабилизированного.

[0049] Понижение уровня второго типа может использоваться на фазе исследования и показано на Фигуре 5. Проводится измерение давления скважинной жидкости или гидростатического давления бурового раствора 501, после чего устанавливается пластовый испытатель. После того, как инструмент установлен, предыспытательный поршень 318а, как показано на Фигуре 3, вводится в действие в точке 510 активации с целью извлечения жидкости при точной и фиксированной скорости для достижения определенного падения давления во время понижения уровня 514 за нужное время. Требуемое падение давления (Δp) может быть точно таким же, но меньше, чем ожидаемый дисбаланс на глубине, если дисбаланс приблизительно известен. Дисбаланс - это разность давления между гидростатическим давлением бурового раствора и пластовым давлением. В качестве альтернативного варианта, требуемое падение давления (Δp) может определяться каким-либо значением (например, 300 фунт/дюйм²), которое превышает максимальное прогнозируемое значение давления возникновения течения, то есть для достижения разности давлений, требуемой для прорыва глинистой корки (например, 200 фунт/дюйм²). Находится ли фактическое пластовое давление в рамках данного диапазона, является несущественным согласно аспектам данного описания. Таким образом, в последующем описании предполагается, что пластовое давление выходит за рамки означенного диапазона.

[0050] Согласно одному или нескольким аспектам данного описания, скорость понижения уровня при помощи поршня с целью достижения указанного ограниченного падения давления (Δp) может быть определена посредством на основе инструментального объема трубопровода, требуемого падения давления (Δp), продолжительности понижения 514 уровня и оценке сжимаемости жидкости, протекающей через трубу. Сжимаемость жидкости трубопровода может быть установлена посредством проведения прямого измерения в скважинном инструменте (как упоминалось выше при описании Фигуры 3), либо она может быть оценена на основе ранее полученных соотношений для конкретного используемого бурового раствора или посредством анализа наклона на начальных стадиях понижения уровня 514, что также описано выше.

[0051] Относительно Фигуры 5, способ проведения фазы исследований согласно с одним или более аспектами данного описания включает уровень понижения второго типа, при котором понижение уровня начинается в точке 510 активации, при этом выполняется контролируемое понижение уровня 514. Согласно некоторым аспектам описания скорость понижения уровня при помощи поршня контролируется с точностью, поэтому падение давления и скорость перепада давления также контролируется хорошо. После того, как заранее заданное инкрементальное падение давления (Δp) было достигнуто, предыспытательный поршень останавливается, а понижение уровня прекращается 516. Затем давление можно уравновесить 517 за период t_i⁰, который может продолжаться дольше, чем период понижения уровня t_pi, к примеру t_i⁰=a t_pi, где а по значению больше или равно 2,5 (Фигура 5). После того, как давление в значительной мере было стабилизировано, давление в точке 520 сравнивается с давлением в начале понижения уровня при точке 510 активации. Впоследствии принимается решение о том, следует ли повторять цикл. Критерием принятия решения является то, отличается ли стабилизированное давление (т.е. в точке 520) от давления при начале понижения уровня (т.е. в точке активации 510) по объему, который в значительной мере соответствует ожидаемому падению давления. Если это так, то повторяется цикл расширения трубопровода (Δp).

[0052] К примеру, для повторения цикла расширения трубопровода, предыспытательный поршень активируется повторно, а цикл понижения уровня повторяется, как описано ранее. То есть инициация предварительного испытания в точке 520, понижение 524 согласно точно такому же объему (Δp) при практически такой же скорости и продолжительности, которые использовались в предыдущем цикле, завершение понижения уровня в точке 525 и стабилизация в точке 530. Давления в точках 520 и 530 сравниваются с целью принятия решения о целесообразности повторения цикла. Как показано на Фигуре 5, такие значения давления в значительной мере отличаются и в значительной мере отвечают прогнозируемому падению давления (Δp), что является следствием расширения жидкости в трубопроводе. Таким образом, цикл повторяется один или более раз, 530-534-535-540 и 540-544-545-550. Цикл расширения трубопровода повторяется до тех пор, пока разность последовательно стабилизируемых давлений не станет значительно меньше, чем заданное падение давления (Δp), которое в качестве примера отображено на Фигуре 5 как 540 и 550.

[0053] После того, как разность последовательно стабилизируемых значений давления станет в значительной мере меньше, чем заданное падение давления (Δp), цикл расширения-стабилизации трубопровода может быть повторен один или более раз, что отображено на Фигуре 5 как 550-554-555-560. Если стабилизируемое давление в точках 550 и 560 в значительной мере согласовано, например, в рамках малого диапазона сходимости измеренных значений, наибольшее из двух значений берется в качестве первой оценки пластового давления. Примеры, приведенные в данном описании, не имеют ограничения по критерию того, сколько шагов циклов расширения трубопровода выполнено. К тому же, согласно некоторым аспектам данного описания, после того, как разность последовательно стабилизируемого давления становится значительно меньше, чем заданное падение давления (Δp), выбор повторять цикл один или более раз становится опциональным.

[0054] Точка, в которой происходит переход от расширения жидкости в трубопроводе к истечению из пласта, определяется как 500 на Фигуре 5. Если давление в точках 550 и 560 согласовываются к концу выделенного на стабилизацию времени, возможно, будет предпочтительным позволить давлению 560 продолжать возрастать и использовать процедуры, описанные в предыдущих разделах, для завершения повышения давления с целью получения оптимальной первой оценки пластового давления. Процесс, согласно которому принимается решение касательно того, нужно ли продолжать фазу исследований или требуется перейти к выполнению фазы измерений, 564-568-569, с целью получить окончательную оценку пластового давления 570, описан в предыдущих разделах. После завершения фазы 570 измерений зонд извлекается из стены скважины, а давление восстанавливается до давления скважины 574 в рамках заданного временного периода и стабилизируется при 581.

[0055] После получения первой оценки пластового давления и пластовой подвижности на фазе исследований, которая обозначена на Фигуре 5, полученная информация может использоваться для установки параметров предварительных испытаний на фазе измерения, которые обеспечат получение более точных пластовых характеристик за временной период, выделенный на проведение испытаний.

[0056] В другом примере фаза исследования включает сочетание фаз исследования с включением фаз таких исследований или подобных им, которые были описаны выше относительно, например, Фигур 4а, 4b и 5, где событие (например, определения разрыва в глинистой корке) при понижении уровня первого типа подтверждает возможность проведения понижения второго уровня. Образцовая комбинация способа 600 исследования отображена на Фигуре 6. В основном, способ исследования 600 начинается с понижения уровня или расширения объема (блок 602). Давление постоянно отслеживается (блок 603), например, в реальном времени с целью формирования кривой давления (т.е. давление на шкале времени - Фигура 7). Оптимальная эмпирическая кривая подсчитывается на основе данных кривой давления (блок 604) (например, оптимальная эмпирическая кривая на Фигуре 11). Проводится определение, если данные давления отклоняются (блок 606) от оптимальной эмпирической кривой, например, на заранее заданный коэффициент. Например, точка собранных данных может оцениваться на предмет отклонения, если точка данных расположена на расстоянии от оптимальной эмпирической кривой, при этом линия превышает в три раза стандартное отклонение данных или части данных, например часть помех в данных о давлении. К тому же точка может считаться точкой отклонения в случае, если точка служит причиной изменения производной давления относительно временной шкалы как, например, в случае уменьшения на 2-5%, которое упоминалось выше. Определение того факта, что данные давления основываются на оптимальной эмпирической кривой, является признаком того, что глинистая корка была разорвана и жидкость начала затекать в пластовый испытатель.

[0057] После того, как было определено, что кривая понижения уровня отклоняется от оптимальной эмпирической кривой, производится одно или несколько предварительных испытаний на малых объемах (блок 608). Другими словами, как только разрыв в глинистой корке был определен на основе отклонения от оптимальной эмпирической кривой при непрерывном понижении уровня, тип понижения уровня, который используется в предварительных испытаниях, меняется на тип предварительных испытаний на малых объемах. Предварительные испытания на малых объемах включают понижение уровня с использованием малого объема жидкости, после которого следует шаг стабилизации давления. При проведении предварительных испытаний на малых объемах отслеживается (блок 610) перепад давления (например, давление относительно временной шкалы - Фигура 7). Если перепад давления между последовательно проводимыми предварительными испытаниями на малых объемах является значительным и/или непоследовательным (блок 612), впоследствии проводятся предварительные испытания на малых объемах (блок 608). Если перепад давления между последовательно проводимыми предварительными испытаниями на малых объемах является малым и/или непоследовательным (блок 612), процесс 600 завершается (блок 614). Последовательный перепад давления или стабильное давление - давление, которое находится в рамках определенного коэффициента или процентного отношения требуемого перепада давления, как, например, коэффициент 0,3 относительно требуемого перепада давления. Требуемый перепад давления может коррелировать с отклонением оптимальной эмпирической кривой, описанным выше. Разрыв в глинистой корке подтверждается при постоянном перепаде давления во время понижения уровня второго типа, т.е. во время пошагового понижения уровня.

[0058] На Фигурах 7-11 отображены графики отношения давления ко времени, которые создаются во время осуществления образцовых комбинаций понижения уровня на фазе исследования при предварительных испытаниях, описанных в данном документе. Фигуры 8, 9 и 10 отображают осуществление способа с Фигуры 7 для определенной настройки параметров скважины, пласта и предварительных испытаний в случае неудачного определения разрыва в глинистой корке при понижении уровня второго типа. Единичный параметр, который изменяется на Фигурах, - это пластовая подвижность, например подвижность пласта, которая использовалась при создании схемы на Фигуре 9, в 5 раз превышает подвижность пласта, используемую на Фигуре 8, а на Фигуре 10 она составляет одну десятую от использованной на Фигуре 8. Фигура 11 является увеличенным изображением части понижения уровня 602 схемы на Фигуре 7.

[0059] Комбинация предварительных испытаний, описанная со ссылкой на Фигуры 6-11, лишена недостатков первого предварительного испытания, описанного со ссылкой на Фигуры 4а и 4b, для второго же предварительного испытания, описанного со ссылкой на Фигуру 5, требуется более длительный период времени. Например, когда имеет место значительный дисбаланс между давлением в скважине и фактическим давлением пласта, первые и вторые предварительные испытания имеют свои ограничения. В частности, при первом предварительном испытании модель расширения жидкости в трубопроводе, которая описана выше, и обеспечивает получение тенденции, на основе которой проводится оценка отклонения измеренного давления в трубопроводе, более не является валидной для непрерывного расширения объема), исходя из чего встает потребность в более комплексной модели расширения жидкости. Поэтому актуальным является неопределенность факта возникновения разрыва в глинистой корке. Что касается второго типа предварительного испытания, при наличии значительного дисбаланса, количество циклов или шагов, которые требуются для получения последовательного перепада давления или стабильного давления в рамках требуемых параметров, которые были описаны выше, увеличилось, вследствие чего увеличилось количество времени, которое требуется на проведение предварительного испытания на фазе исследования, из-за чего остается меньше времени и меньше возможностей успешно провести предварительное испытание на фазе измерения. При комбинировании двух предварительных испытаний может быть использована менее сложная линейная модель предварительного испытания первого типа с целью быстрой оценки разрыва глинистой корки, после чего при помощи предварительного испытания второго типа проводится проверка действительного факта наличия разрыва в глинистой корке, начиная с давления, которое близко к фактическому пластовому давлению, что уменьшает количество циклов, которое требуется при предварительных испытаниях второго типа для проверки разрыва в глинистой корке и оценки фактического пластового давления.

[0060] Говоря более подробно (см. Фигуры 6 и 7), комбинация фазы 600 исследования выполняется на предварительно заданном граничном объеме v₁, при этом предыспытательная скорость q₁ предназначена для проведения понижения уровня (блок 602), что происходит, например, через две секунды, или через период времени, который равен или больше времени, которое требуется для стабилизации предыспытательного двигателя. Проводится сбор и отслеживание данных давления (блок 603), этот процесс включает в себя подсчет аппроксимированной первоочередной производной (наклон тенденции давления) в каждой точке давления (блок 604), нахождение срединного значения, минимальное и максимальное значения наклонов и определение пренебрегаемого значения наклона, который находится между срединным и минимальным значением. Постоянные точки давления определяют нахождение кривой с наклоном между пренебрегаемым значением и минимальным значением, при этом проводится линейная аппроксимация методом наименьших квадратов с целью получения фактического наклона для таких точек. Наклон используется для аппроксимации таких точек с целью удаления точек с крупным значением интерсекции (которое обозначает посторонние значения), затем выполняется линейная аппроксимация методом наименьших квадратов с целью получения финального наклона 605 (Фигура 11) и значения интерсекции (не отображено на схеме). На основе наклона и значения интерсекции может быть создана линейная модель (описанная выше) или логарифмическая (расширение больших объемов) модель расширения жидкости в трубопроводе. Наклон 605 сохраняется в виде наклона давления расширения жидкости в трубопроводе.

[0061] Точки данных давления сравниваются с наклоном 605 с целью оценить отклонение от наклона (блок 606). Например, текущая (последняя) точка давления анализируется с целью определения, является ли точка причиной отклонения кривой понижения уровня давления от аппроксимированной модели (например, требуется удаление из наклона 605 посредством заранее заданного коэффициента стандартного отклонения в данных, например, помех в данных давления). Если точка не является причиной отклонения кривой понижения уровня давления от наклона 605, продолжается отслеживание давления (блок 603) и анализ последовательных точек данных давления.

[0062] Если точка является причиной отклонения кривой падения уровня давления от наклона 605, разрыв предположительно присутствует в глинистой корке (например, точка 1 на Фигуре 11) согласно описанному выше. Затем, в соответствии с некоторыми аспектами данного описания, понижение уровня продолжается на предварительно заданную дельту давления, объем или заданный краткосрочный период (v₁, q₁) (например, точка 2 на Фигуре 11). Последующая точка данных давления, после заранее заданного давления или объема, анализируется на предмет ее позиции относительно наклона 605. Если последующая точка является причиной отклонения кривой понижения уровня давления, разрыв в глинистой корке является подтвержденным. В ином случае, разрыв в глинистой корке считается отсутствующим, в силу чего прекращается анализ последующих точек данных. В качестве альтернативного варианта, по достижении точки 2 на Фигуре 11 (точка 730 на Фигуре 7) можно завершить понижение уровня первого типа 730 и позволить стабилизацию 716 повышения 732 с использованием тех же критериев, которые были ранее описаны для понижения уровня первого типа. С целью подтверждения разрыва в глинистой корке может быть проведено одно или несколько предварительных испытаний на малом объеме с заранее заданными параметрами 718-720-722-724. В этом случае, если разница между давлениями в точках 716 и 724 является незначительной, например, кратная величина повторяемых значений датчика давления или помехи датчика давления, в зависимости от того, что является большим, разрыв в глинистой корке считается подтвержденным. Эти проверки являются дополнительными и могут быть проведены во время понижения уровня первого типа. Однако, согласно другим аспектам описания, такие дополнительные проверки могут быть пропущены, а после первого определения разрыва в глинистой корке (т.е. при первом отклонении) начинается понижение уровня второго типа согласно описанному в данном документе.

[0063] В качестве дополнительного или альтернативного варианта линейному алгоритму, применение которого описано выше относительно понижения уровня первого типа, разрыв в глинистой корке может быть определен при помощи логарифмического алгоритма аппроксимации. Пример логарифмической аппроксимации приведен ниже в Уравнении 1.

Уравнение (1)

Где p(t) - это давление в точке вхождения в приемник жидкости за время t, а q - это скорость предыспытательного поршня. В Уравнении 1 значения t₀, p₀ и V₀определяются посредством линейной аппроксимации (здесь используется средняя точка линейного приближения). Два параметра - c_m и α, которые моделируют поведение жидкости, чья сжимаемость является линейной функцией давления, могут быть получены посредством аппроксимации методом малых квадратов 607 в Уравнении 1 относительно данных давления понижения уровня (Фигура 11). Когда кривая давления достаточно отклоняется от кривой аппроксимации 607, считается, что в глинистой корке присутствует фактический разрыв, что в результате чего возникает истечение жидкости из пласта (например, точка 3 на Фигуре 11).

[0064] После того, как был достоверно зафиксирован факт наличия разрыва в глинистой корке при помощи процесса, описанного выше (либо при помощи исключительно определения первого отклонения или комбинирования с дополнительными способами определения), понижение уровня во время предварительных испытаний останавливается и далее отслеживается повышение давления в течение ограниченного краткого периода времени, t_s. Затем начинается понижение уровня второго типа, при котором проводятся предварительные испытания на малых объемах (блок 608). Предварительное испытание проводится с заданными параметрами, т.е. ограниченный небольшой объем v_s и низкая скорость q_sдля предварительных испытаний. После завершения понижения уровня первого типа предварительное заданное время t_sможет применяться в качестве периода повышения давления. Разность давления между конечной точкой повышения и начальной точкой понижения уровня регистрируется (блок 610) как Δp_s. Например, на Фигуре 7 изображено первое понижение уровня 702 в точке, где понижение уровня второго типа начинается при определенном падении давления до завершения 704 падения уровня. Затем давление повышается 706 в течение краткого периода времени и регистрируется первое повышение давления 708. Процесс повторяется - второе понижение уровня 710 при определенном падении давления до завершения понижения уровня 712. После чего давление снова повышается 714 в течение краткого периода времени и регистрируется второе повышение давления 716. Разность между первым повышением давления 708 и вторым повышением давления 716 определяется для подсчета величины Δp_s.

[0065] Перепад давления сравнивается с перепадом давления, который отображает чистое расширение объема жидкости в трубопроводе, равное объему, который используется в предварительном испытании на малом объеме. Такой перепад давления может быть прямо подсчитан на основе имеющихся данных о скорости перепада давления во время расширения трубопровода, скорость, при которой проводится расширение трубопровода и объем, который используется в предварительном испытании на малом объеме. Если перепад давления находится за границами заданного коэффициента перепада давления, например, менее 0,3, то выполняется последовательное испытание на малом объеме 718-720-722-724, последующие шаги повторяются до нормализации перепада давления в рамках заданного коэффициента требуемого перепада давления, и в этой точке фаза исследования может быть завершена 614. Первичная последовательность 702-704-706-708-710-712-714-716, которая показана на Фигуре 7, иллюстрирует случай, когда разрыв в глиняной корке отсутствует, но результирующее давление понижения уровня близко к давлению пласта. В этом случае стабилизированные значения давлений 708 и 716 являются близкими, но разность Δp_s тем не менее является значимой. Последовательность 702-704-706*-708*-710-712-714-718 соответствует случаю, когда присутствие разрыва в глинистой корке явно подтверждено. В таком случае, Δp_s имеет малое значение и, в первую очередь, влияет на производительность системы измерения давления.

[0066] На Фигуре 12 изображена схема образцового способа для оптимизации фазы измерений. В случае, если перепад давления находится в рамках заданного коэффициента требуемого перепада давления, предварительное испытание будет проводиться с давлением ниже пластового давления (то есть в глинистой корке будет произведен разрыв), после чего можно начинать фазу измерений и оптимизацию 950. Будет проведено еще одно небольшое предварительное испытание (исследовательское предварительное испытание) с ограничением объема v_s и скоростью q_s, в ходе которого повышение давления будет отслеживаться (блок 952) с целью определения, является ли повышение давления стабильным, до предварительно заданного превышения временного ограничения (блок 954). Если повышение давления не является стабильным (блок 954) в границах временного лимита, тогда в ходе процесса проводится оценка подвижности (блок 955) и определяется, является ли подвижность низкой, а производная давления высокой (то есть давление не стабильно) (блок 956). Если оцененная подвижность является низкой, а подсчет сферической производной показывает нестабильность повышения давления (блок 956), повышение продолжается (блок 958) до извлечения инструмента (блок 968).

[0067] Если повышение давления является стабильным (малая производная давления) и/или подвижность не слишком низкая, то такие значения подсчитываются (блок 960), а также подсчитываются оптимальные параметры предварительного испытания для следующего предварительного испытания (предварительное испытание измерения) (блок 962). Образцовые параметры оптимизируются с учетом ограниченного объема, v₂ и скорости q₂. При подсчете оптимизированных параметров учитываются ограничивающие условия на основе предварительного испытания фазы исследования и ограничивающих условий относительно работы пластового испытателя (блок 964). Такие ограничивающие условия обеспечивают достаточную близость финального давления повышения к пластовому давлению за ограниченный период времени, с возможным значительным понижением уровня. Если могут быть получены оптимальные значения (блок 964) (существует оптимальное решение, которое удовлетворяет все ограничивающие условия), проводится предварительное испытание измерения на основе оптимальных значений (блок 966). В ином случае, повышение давления на фазе исследования продолжается (блок 958) до извлечения инструмента (блок 698).

[0068] В качестве дополнительного варианта, если во время повышения производная давления является достаточно малой, а линейность повышения давления близка к помехам повышения, тогда повышение считается стабильным и выполняется другая оптимизация (блок 970) на основе оставшегося времени и оставшегося объема (где, например, предварительное испытание имеет заданные параметры, например предыспытательное ограничение объема, скорость и/или ограничение объема). Если возможно выработать оптимальное решение, выполняется второе измерительное предварительное испытание.

[0069] При проведении предварительных испытаний измерения 950, в конце повышения, давление повышения предварительного испытания, p(T), должно находиться в требуемом диапазоне, δ, фактического пластового давления, p_f, где T обозначает период времени, измеренный от точки, в которой сначала происходит расширение жидкости в трубопроводе 602 ниже указанного пластового давления, p₇₂₄, до конца испытания (Фигура 7). Это приведет к ограничивающим условиям для скорости предварительного испытания измерительной фазы, q₂, и продолжительности времени понижения уровня на фазе измерения T₂. С целью проиллюстрировать изложенное предположим, что q₂ является константой. Далее, T₁ обозначает временной период, измеренный от того же источника, что и T, до начала понижения уровня на фазе измерения. Если помехи от давления, которые генерируются пластовым испытателем в пласте, распространяются во вне как концентрические сферы, реакция на единичный скачок должна быть пропорциональной дополнительной функции ошибок. H(t|Λ) отображает реакцию на единичный скачок за время t для цепочки приемник жидкости - пласт - жидкостная система. Λ - это краткое обозначение комплекта параметров, которые описывают данную модель системы - например, Λ, среди всего прочего, включает в себя подвижность пласта, пористость пласта, общую сжимаемость пласта, размеры отверстия скважины, размеры приемника жидкости. Разность давления между пластовым давлением и давлением в приемнике жидкости в конце последовательности испытаний может быть выражено показанным в Уравнении 2 методом.

Уравнение (2)

Простое число над функцией реакции на единичный скачок означает, что будет взята производная по времени. Используя параметры, полученные во время фазы исследования, и наличествующую информацию об испытуемых пластах, с целью заполнения набора параметров Λ, требуется достичь цели, а именно минимизировать Δp(T) относительно q₂ и T₂согласно условию Уравнения 3.

Уравнение (3)

Допустимые пары {q₂, T₂} должны удовлетворять условиям, которые были выражены Уравнением (3). А именно, предыспытательная скорость не может быть больше, чем наивысшая скорость, которую может обеспечить пластовый испытатель, q_max, но и не меньше, чем наименьшая рабочая скорость q_min. Время понижения уровня T₂не может быть больше, чем время, доступное после выполнения фазы исследования - на практике это означает, что время понижения уровня ограничено и должно быть меньше, чем приблизительно одна треть времени, выделенного на фазу измерения. Результат скорости предварительного испытания фазы измерения и продолжительность предварительного испытания, который отображает объем, извлеченный во время понижения уровня на фазе измерения, не может быть больше, чем чистый объем для предварительного испытания, доступный после выполнения последовательностей фазы исследования, V_left. Далее, максимальное падение давления, которое происходит во время предварительного испытания фазы измерения, может быть ограничено мощностью, которая доступна пластовому испытателю, ρ_max, и/или способностью пласта и жидкости, которую он содержит, поддерживать падение давления, обозначенное посредством Δp_max. Такие ограничения могут быть сформулированы соответствующим образом, как показано в Уравнениях 4-7.

0≤q_min≤q₂≤q_maxУравнение (4)0≤T₂≤(T-T_I)/a где a≥ 2,5Уравнение (5)0≤V_min≤q₂T₂≤V_leftУравнение (6)

Уравнение (7)

T₁1+T₂ и максимальное падение давления может быть сформулировано на основе известной или полученной ранее информации, например, как показано в Уравнении 8.

В Уравнении 8, p_f1 - это пластовое давление, оценка которого была проведена во время фазы исследования, Δp_toolпредставляет максимальное падение давления, которое может поддерживать пластовый испытатель, p_w - это давление в скважине, которое было измерено в месте расположения приемника жидкости, а b - это константа, которая превышает или равна 1. Условие, которое состоит в том, что мощность, поглощаемая во врем фазы измерения, не должна превышать мощность, доступную для пластового испытателя, может быть сформулировано таким же образом - см. Уравнение 9.

Уравнение (9)

[0070] Не все ограничительные условия могут быть одновременно эффективными при ограничении допустимой области параметров предварительного испытания на фазе измерения {q₂, T₂}. Например, для пластов, которые имеют подвижность от умеренной до высокой, ограничительные условия рабочих характеристик пластового испытателя, выраженные в Уравнениях 4, 6 и 9, являются доминирующими. С другой стороны, для пластов с низкой подвижностью, ограничивающие условия, выраженные в Уравнении 3, нижние границы Уравнения 4 и 6, а также условие, выраженное в Уравнении 7, являются превосходящими. На Фигуре 13 отображена допустимая область для пластов с низкой подвижностью. Границы, определенные на основе остаточных условий, выходят за диапазон осей, представленных на Фигуре 13.

[0071] При определенных допущениях проблема оптимизации может быть упрощена путем установления связи между границами T₂и функцией q₂, в результате чего возникает проблема одномерной оптимизации. Такая формулировка может иметь преимущества в ситуациях, когда пластовый испытатель ограничен рабочими возможностями забоя скважины. Такое упрощение не является значительным для данного описания, и потому впоследствии эта тема не будет подробно развиваться.

[0072] Широко известны способы, доступные для решения указанной выше проблемы минимизации с целью определения параметров предварительного испытания на фазе измерения. При одном из распространенных подходов производится минимизация целевой функции, которая была соответственным образом расширена для учета влияния действительных ограничительных условий. Одна из таких разновидностей целевой функции, которая была исправлена для определения параметров предварительного испытания на фазе измерения, показана в Уравнении 10.

Уравнение (10)где

когда a≥0,5иначе

 

V_max - это максимально возможный объем, который удовлетворяет всем ограничительным условиям, а K/µ - это подвижность пласта.

[0073] Первый терм целевой функции оптимизации измерения предварительного испытания обозначает, что целью является минимизация перепада давления между впускным отверстием приемника жидкости и пластового давления в конце повышения давления. Но в случае, когда перепад давления является достаточно малым, этот терм не влияет значительным образом на общую цель. Например, в случае, когда возможно возникновение разности давления 0,01 и 0,05 фунт/дюйм² в конце повышения.

[0074] Второй терм обозначает, что целью является содействие увеличению скорости понижения уровня давления, то есть максимизировать скорость понижения уровня, q₂, в рамках заданных ограничивающих условий относительно падения давления. В случае повышенной подвижности данный терм будет иметь большое значение, но в случае низкой подвижности данный терм будет менее значим, чем первый терм.

[0075] Третий терм обозначает, что требуется использовать как можно больший доступный и возможный объем для предварительного испытания, который совместим с достижением целевого давления в конце испытания. Также, при большом объеме (который является близким к максимально возможному объему), влияние должно быть незначительным из-за незначительной погрешности объема, то есть не должно быть значительной разности для проведения предварительного испытания при ограничительном объеме 10,5 сс или 10,8 сс.

[0076] Образцовые способы и устройство для проведения понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины описываются в данном документе. Образцовые способы могут использоваться на одной или более фазах исследования, а также на фазе измерения предварительного испытания, с целью определения и/или верификации разрыва в глинистой корке или истечения жидкости для того, чтобы определить рабочий параметр другой части предварительного испытания, а также, чтобы определить характеристики пласта и/или оптимизировать измерения или предварительные испытания.

[0077] Образцовый способ включает в себя контактирование со стеной скважины при помощи пробоотборника или устройства гидравлической связи в пластовом испытателе, а также проведения понижения первого типа с целью забора жидкости в пробоотборник. Способ также включает определение разрыва в глинистой корке стены скважины во время выполнения понижения уровня первого типа и проведения понижения уровня второго типа с целью забора жидкости в пробоотборник в случае определения разрыва в глинистой корке. Второй тип понижения уровня отличается от первого типа понижения уровня. Впоследствии способ предусматривает подтверждение разрыва в глинистой корке стены скважины во время проведения понижения уровня второго типа.

[0078] Согласно аспекту данного описания, понижение уровня первого типа основывается на непрерывном расширении объема, а понижение уровня второго типа основывается на пошаговом расширении объема. К тому же определение присутствия разрыва в глинистой корке включает сбор данных о давлении жидкости и анализ данных с целью определить разрыв в глинистой корке. Анализ данных о давлении, в данном примере, включает в себя сравнение первой части собранных данных о давлении с характеристикой второй части собранных данных о давлении, при этом первая часть собирается после второй части. Характеристика второй части может включать как минимум один наклон или оптимальную эмпирическую кривую относительно давления, изменяющегося во времени. Далее, согласно аспекту данного описания, сравнение первой части с характеристикой второй части включает определение величины, согласно которой первая часть отклоняется от наклона или оптимально эмпирической кривой. Указанный способ в дальнейшем может включать определение стандартного отклонения второй части и определение величины, согласно которой первая часть отклоняется от наклона или оптимальной эмпирической кривой, в том числе определение отличия от стандартного отклонения. Отличаться может коэффициент стандартного отклонения, при этом разность может быть больше предварительно заданного лимита. Ко всему прочему, определение разрыва в глинистой корке может включать определение разности между первой частью и характеристикой.

[0079] Согласно аспекту описания, в ходе проведения понижения уровня второго типа также проводится множество инкрементальных или пошаговых расширений объема, в том числе первое вторичное расширение объема, первое предварительное повышение давления, второе вторичное расширение объема и второе предварительное повышение давления. Подтверждение или верификация разрыва в глинистой корке основывается на разнице между первым предварительным повышением давления и вторым предварительным повышением давления. К тому же определение характеристик пласта (например, подвижность или давление пласта) может основываться на одном (или больше) первом предварительном повышении давления или втором предварительном повышении давления. Например, характеристикой пласта может быть давление пласта, которое основывается на большем значении из первого предварительного повышения и второго предварительного повышения давления.

[0080] Согласно аспекту описания, характеристика пласта используется для определения параметров испытания, например, времени, объема или скорости потока. Испытание может включать фазу измерения, частью которого является третье понижение уровня. Фаза измерения может быть начата после подтверждения или верификации разрыва в глинистой корке во время понижения уровня второго типа.

[0081] Образцовое устройство, описанное в данном документе для проведения понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины, включает пластовый испытатель с зондом или другим устройством гидравлической связи, а также процессор для управления испытанием пласта, которое должно проводиться пластовым испытателем. Процессор обрабатывает данные давления, собранные пластовым испытателем с целью обнаружить прорыв в глинистой корке скважины во время выполнения понижения уровня первого типа. Образцовый процессор также используется для проведения при помощи пластового испытателя понижения уровня второго типа в случае обнаружения разрыва в глинистой корке. Как указано выше, понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа. К тому же процессор обрабатывает данные давления, собранные при помощи пластового испытателя с целью обнаружить прорыв в слое глинистой корки скважины во время выполнения понижения уровня второго типа. Согласно аспекту данного описания, процессор также используется для проведения при помощи пластового испытателя понижения уровня третьего типа в случае обнаружения разрыва в глинистой корке. Образцовый процессор также может быть использован и выполнен с возможностью реализации любого другого способа, описанного в данном документе, или его части.

[0082] Как указано выше, приведенные в данном описании процедуры испытаний используются для измерения давления пласта во время бурильных операций путем механического проникновения в стену скважины при помощи детали буровой компоновки и произведения испытания под давлением. Множество характеристик забоя скважины и рабочих условий являются достаточно непростыми. В том числе свойства пласта на глубине исследования, которые определяют результаты испытания, они неизвестны и могут значительно отличаться на относительно малых расстояниях. То, что существует (очень) ограниченная двусторонняя связь с поверхностью (оператором). То, что время, в течение которого буровая компоновка может оставаться в стационарном состоянии, крайне небольшое. К тому же существует очень малый допуск на время простоя для бурильщиков, в том числе на повторные попытки получить требуемую информацию. С целью увеличения вероятности успешного проведения испытаний при таких условиях, описанные в данном документе инструменты работают автономно, а в результате описанной выше испытательной последовательности можно, во-первых, получить приблизительную, но валидную информацию касательно свойств пласта (на фазе исследований), а также использовать такую информацию для создания и выполнения испытательной последовательности, в результате которой будет получена точная информация о пласте (фаза измерений) при заданных временных ограничениях. На каждой фазе процесса своевременно, надежно и точно определяется, когда инструмент устанавливает положительное гидравлическое соединение с пластом, т.е., когда появляется разрыв в глинистой корке, а пластовая жидкость протекает или протекла в скважинный инструмент. В процессы, описанные выше, включена фаза исследования, которая может быть проведена относительно быстро, и/или робастность при определении разрыва в глинистой корке в местах звукового давления, подвижность пласта низкая и/или дисбаланс является значительным. Согласно аспекту данного описания, получаются оптимальные значения для параметров пласта, дополнительные измерения проводятся на фазе исследования быстро, согласно робастному обнаружению разрыва в глинистой корке, - таким образом, время, выделенное на проведение фазы измерений, является максимально возможным.

[0083] Далее, при помощи устройств и процессов, описанных в данном документе, можно управлять временным периодом, доступным для проведения корректного измерения в условиях бурения, который, как было указано выше, является кратким - т.е. речь идет о нескольких минутах, а также об очень ограниченной доступной скорости двустороннего телеизмерения между скважинным инструментом и поверхностью, которая обеспечивается при помощи стандартных схем телеизмерения пульсации бурового раствора. Устройство и процессы, описанные в данном документе, включают инструментальные рабочие процедуры, которые, в первую очередь, достаточно интеллектуальны для того, чтобы использоваться при управлении работой пластового испытателя в автономном режиме с целью достижения валидного измерения давления при наличии малого объема заранее известной информации касательно условий, при которых испытание будет проводиться, и, во-вторых, для успешного и эффективного выполнения такой процедуры. При помощи автоматизированных процедур, описанных здесь, проводится определение установления гидравлического соединения между испытуемым платом и скважинным инструментом и получения информации касательно способности пласта реагировать на заданные помехи, то есть информации касательно статического пластового давления и подвижности пласта. При помощи такой информации, а также модели пласта/системы испытания пласта, может быть разработана испытательная последовательность посредством алгоритмов в рамках скважинного инструмента с целью достижения целей испытания за время, выделенное на проведение испытания.

[0084] Также, в данном документе описывается система для проведения понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины. Образец системы включает кабель или буровую колонну, а также пластовый испытатель, подсоединенный к кабелю или буровой колонне. Пластовый испытатель в данном примере включает любую или все функции устройства, описанные в данном документе, и может выполнять любой из описанных в данном документе способов и/или выполнен с возможностью такого выполнения.

[0085] С учетом всего вышеизложенного, а также принимая во внимание приведенные схемы, промышленные специалисты могут видеть, что в данном описании представлен способ, который включает: проведение понижения уровня пластовой жидкости; контактирование устройства гидравлической связи в пластовом испытателе со стеной скважины, проходящей в подземных пластах; проведение понижения уровня первого типа с целью забора жидкости в устройство гидравлической связи; выявление разрыва в глинистой корке стены скважины во время проведения понижения уровня первого типа; проведение понижения уровня второго типа с целю забора жидкости в устройство гидравлической связи в случае выявления разрыва в глинистой корке, при этом понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа; и, наконец, подтверждение присутствия разрыва в глинистой корке стены скважины во время проведения понижения уровня второго типа. Один из двух типов понижения уровня (первый или второй) может основываться на непрерывном расширении объема. Другой из двух типов понижения уровня может основываться на инкрементальном расширении объема. Например, один из типов понижения уровня (первый либо второй) может основываться на непрерывном расширении объема, при этом другой тип понижения может основываться на инкрементальном расширении объема. Определение разрыва в глинистой корке может включать сбор данных о давлении жидкости и анализ данных давления с целью определения разрыва в глинистой корке. В ходе анализа данных давления может быть проведено сравнение первой части собранных данных о давлении с характеристикой второй части собранных данных о давлении, при этом первая часть собирается после второй части. Характеристика второй части может включать как минимум один наклон или оптимальную эмпирическую кривую относительно давления, изменяющегося во времени. Сравнение первой части с характеристикой второй части может включать определение величины, согласно которой первая часть отклоняется от наклона или оптимальной эмпирической кривой. Такой способ может в дальнейшем включать определение стандартного отклонения второй части, где определение величины, согласно которой первая часть отклоняется от наклона или оптимальной эмпирической кривой, может включать определение разности между стандартными отклонениями. Разность может быть выражена в виде коэффициента стандартного отклонения. Разность может превышать предварительно заданный лимит. Определение разрыва в глинистой корке может в дальнейшем включать проведение понижения уровня третьего типа в случае подтверждения разрыва в глинистой корке во время понижения уровня второго типа. Проведение понижения уровня второго типа может включать множество пошаговых расширений объема, в том числе первое вторичное расширение объема, первое предварительное повышение давления, второе вторичное расширение объема и второе предварительное повышение давления. Подтверждение присутствия разрыва в глинистой корке может основываться на разности между первым предварительным повышением давления и вторым предварительным повышением давления. Такой способ может в дальнейшем включать определение характеристики пласта на основе одного (или более) первого предварительного повышения давления или второго предварительного повышения давления. Пластовая характеристика может быть пластовым давлением, которое основывается во многом на первом предварительном повышении давления и втором предварительном повышении давления. Пластовая характеристика может быть одна или больше - пластовая подвижность или пластовое давление. Такой способ может в дальнейшем включать использование пластовой характеристики для определения параметра испытания. Параметр испытания может быть один или больше - время, объем или скорость потока. Такой способ может в дальнейшем включать использование параметра испытания для определения рабочей последовательности для инструмента. Инструмент может быть погружен посредством кабеля или буровой колонны. Устройство гидравлической связи может быть оборудовано зондом для отбора проб.

[0086] В данном описании также приведены устройства, в которые входят: устройства, выполненные с возможностью погружения в скважину, проходящей в подземных пластах, где присутствует глинистая корка на стене скважины; пластовый испытатель, который включает устройство гидравлической связи и выполнен с возможностью сбора данных о давлении; процессор, который выполнен с возможностью определения разрыва в глинистой корке во время проведения понижения уровня первого типа, исходя из данных о давлении, собранных посредством пластового испытателя во время проведения понижения уровня первого типа; используется для проведения понижения уровня второго типа при помощи пластового испытателя в случае нахождения разрыва в глинистой корке, при условии, что понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа; а также для подтверждения присутствия разрыва в глинистой корке во время проведения понижения уровня второго типа на основе данных о давлении, собранных посредством пластового испытателя во время выполнения понижения уровня второго типа. Понижение уровня первого типа может включать непрерывное расширение объема. Понижение уровня второго типа может использовать инкрементальное расширение объема. Процессор может быть выполнен с возможностью использования инструмента испытания пласта с целью проведения понижения уровня третьего типа в случае подтверждения присутствия разрыва в глинистой корке. Процессор может быть выполнен с возможностью использования данных, полученных во время понижения уровня второго типа с целью оценки характеристики пласта. Характеристикой пласта может быть пластовое давление. Процессор может быть выполнен с возможностью использования пластовой характеристики с целью определения параметра испытания. Процессор может быть выполнен с возможностью определения наклона или оптимальной эмпирической кривой для первой части данных о давлении в течение времени, а также определения разрыва в глинистой корке в случае, когда вторая часть данных о давлении отклоняется от наклонной или оптимальной эмпирической кривой первой части данных о давлении. Устройство гидравлической связи может быть оборудовано зондом для отбора проб.

[0087] В данном описании также приводится система, выполненная с возможностью проведения понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины, которая включает: кабель или буровую колонну; пластовый испытатель, соединенный с буровой колонной или кабелем, при этом пластовый испытатель оборудован устройством гидравлической связи, которое выполнено с возможностью контактирования со стеной скважины и транспортировки пластовой жидкости, при этом процессор выполнен с возможностью осуществления управления испытанием пласта, которое производится при помощи пластового испытателя с целью определить присутствие разрыва в глинистой корке на стене скважины при проведении понижения уровня первого типа; использование для проведения понижения уровня второго типа при помощи пластового испытателя в случае нахождения разрыва в глинистой корке, при условии, что понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа; обработки данных о давлении, собранных пластовым испытателем, с целью подтверждения присутствия разрыва в глинистой корке стены скважины во врем проведения понижения уровня второго типа. Понижение уровня первого типа может включать непрерывное расширение объема. Понижение уровня второго типа может использовать инкрементальное расширение объема.

[0088] В данном описании также приводятся способы, которые включают: спуск пластового испытателя в скважину, проходящей в подземных пластах; контактирование со стеной скважины при помощи устройства гидравлической связи в пластовом испытателе; проведение понижения уровня первого типа с целью сбора жидкости в пластовый испытатель посредством устройства гидравлической связи с одновременным сбором данных о давлении жидкости; определение тенденции давления первой части собранных данных о давлении; определение отклонения второй части собранных данных о давлении от тенденции изменения давления; проведение понижения уровня второго типа с целью забора жидкости в пластовый испытатель посредством устройства гидравлической связи в случае определения отклонения, при этом понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа. Такой способ также может включать: определение разрыва в глинистой корке на стене скважины во время проведения понижения уровня второго типа; проведение понижения уровня третьего типа с целью забора жидкости в пластовый испытатель в случае определения присутствия разрыва в глинистой корке. Такой способ может также включать: определение течения жидкости через стену скважины; выполнение понижения уровня третьего типа с целью забора жидкости в зонд для отбора проб в случае определения протекания жидкости через стену скважины.

[0089] Хотя в данном описании было приведено множество примеров, любая часть, или все части, или любой пример может быть скомбинирован, перекомпонован, соединен или разделен относительно любой другой части или целого или любого примера, описанного в данном документе.

[0090] В следующих чертежах описывается несколько вариантов осуществления, так что промышленные специалисты могут более полно вникнуть в детали данного здесь описания. Для промышленных специалистов будет ценной возможность легко использовать данное описание в качестве основы для разработки или модификации других процессов и структур для достижения тех же целей и/или тех же преимуществ, что и в вариантах осуществления, которые описаны в данном документе. Промышленные специалисты также должны понимать, что аналогичные конструкции не являются отклонением от сущности и объема текущего описания, так что можно проводить различные изменения, замены и создавать вариации упомянутых здесь способов и процессов без отхода от сущности и объема текущего описания. Хотя некоторые образцовые способы, устройства и производственные единицы были приведены в данном описании, объем покрытия текущего патента не ограничивается описанными здесь единицами, способами и процессами. Напротив, данный патент покрывает все способы, устройства и производственные единицы, которые хоть каким-либо образом подпадают под объем изложенных пунктов буквально или согласно теории эквивалентов.

[0091] Краткое описание в конце данного документа предоставляется для выполнения 37 C.F.R. § 1.72(b), с целью дать читателю возможность быстро ознакомиться с сутью данного технического описания. Такое краткое описание предоставляется с условием понимания со стороны читателя того, что данное краткое описание не может использоваться для трактовки или ограничения объема или содержания изложенных в данном документе пунктов.

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству проведения измерений при предварительном исследовании скважин методом понижения уровня пластовой жидкости в забое скважины. Техническим результатом является понижение уровня пластовой жидкости в забое скважины и проведение измерений. Способ содержит проведение понижения уровня пластовой жидкости, которое содержит контактирование устройства гидравлической связи в пластовом испытателе со стенкой скважины, проходящей в подземный пласт, проведение понижения уровня первого типа путем забора жидкости в устройство гидравлической связи, определение разрыва в глинистой корке стенки скважины во время выполнения понижения уровня первого типа, проведение понижения уровня второго типа путем забора жидкости в устройство гидравлической связи в случае обнаружения разрыва в глинистой корке. При этом понижение уровня второго типа отличается от понижения уровня первого типа, и происходит подтверждение разрыва в глинистой корке стенки скважины во время проведения понижения уровня второго типа. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула