Способ измерения давления в подземной формации

Изобретение относится к способу измерения давления в подземной формации, содержащей текучую среду, содержащему следующие последовательные этапы: установка возможности передачи текучей среды между тестовой камерой, расположенной в буровой скважине, и подземной формацией посредством поточного трубопровода, перемещение поршня в тестовой камере так, чтобы откачать текучую среду в тестовую камеру, обеспечение изоляции текучей среды в тестовой камере относительно поточного трубопровода, измерение давления в поточном трубопроводе и повтор предыдущих этапов. Изобретение также относится к устройству для измерения давления в подземной формации, содержащей текучую среду, конфигурированному для выполнения указанного метода. Техническим результатом является измерение давления в подземной формации более быстрым, простым и надежным образом. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к способу измерения давления в

подземной формации, а также к устройству, конфигурированному для его выполнения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Глубокая разведка любой подземной формации, содержащей углеводороды, является необходимым условием для осуществления добычи углеводородов из формации.

Как известно, для осуществления глубокой разведки выполняют бурение разведочной скважины и в указанную разведочную скважину вводят серию инструментов, обеспечивающих возможность выполнения измерений in situ: измерения давления, измерения температуры, забор проб и так далее. Также, как известно, набор измерительных инструментов монтируют в скважинный инструмент в скважине, смонтированный на кабеле («опробователь пластов на кабеле») и конфигурированный для опускания в скважину для определения профилей различных параметров вдоль скважины.

В частности, для определения подвижности текучей среды, содержащейся в подземной формации, и проницаемости подземной формации используют измерения давления. В общем случае, давление измеряют путем создания локальным образом вакуума путем откачивания текучей среды в тестовую камеру, снабженную поршнем, до тех пор, пока не сломается фильтрат скважины, после чего позволяют системе вернуться в равновесие и измеряют изменения давления в процессе возвращения в равновесие.

Именно таким образом в компании Шлюмберже было разработано несколько поколений скважинных инструментов для скважины, обеспечивающих возможность, в частности, измерения давления. Во-первых, инструмент RFT (опробователь пластов многократного действия) содержит две тестовые камеры, первая из которых работает с фиксированной скоростью Q1 и вторая работает с фиксированной скоростью Q2, в два раза превышающей скорость Q1. Уникальную последовательность измерений выполняют путем откачки жидкости последовательно в обе камеры. Данное устройство не обеспечивает возможность выполнения нескольких следующих друг за другом последовательностей измерений (предварительных тестов) в одном и том же положении вдоль скважины. Кроме того, скорость потока откачиваемой текучей среды невозможно регулировать, но необходимая скорость значительно варьируется в зависимости от характеристик подземной формации.

Помимо этого, MDT (модульный динамический пластоиспытатель) оборудован одной тестовой камерой, снабженной гидравлическим серводвигателем. Наконец, приспособление ХРТ (экспресс-измеритель давления) содержит тестовую камеру, снабженную электрическим управляющим двигателем с червячным винтом. Данные инструменты обеспечивают мониторинг скорости потока во время предварительных тестов, но точность скорости потока или диапазон достижимых скоростей потока остается неудовлетворительным.

Кроме того, одна проблема, относящаяся к данным инструментам, состоит в том, что когда несколько предварительных тестов связаны с одним и тем же положением вдоль скважины, изменение давления во время возвращения к равновесию для одного предварительного теста неизбежно отличается от последующего в связи с вариациями объема текучей среды в приспособлении. Длительность переходного состояния повышается в течение следующих друг за другом предварительных тестов. Следовательно, при этом необходимо проводить измерения давления в течение очень долгого периода времени для того, чтобы иметь возможность выполнить статистическую обработку результатов, а также проверить, являются ли измерения согласованными друг с другом, или измерения могут быть несогласованными и поэтому недостоверными, что случается при низкой проницаемости подземных формаций. На самом деле, при низкой проницаемости подземных формаций возникает явление перегрузки, то есть буровой раствор в скважине стремится проникнуть в подземную формацию по причине малой разницы между проницаемостью фильтрата и проницаемостью формации (фильтрат является, сравнительно, не очень герметичным относительно подземной формации).

Другими словами, известные из уровня техники инструменты не обеспечивают возможность быстрого определения ситуаций, в которых проницаемость подземной формации является слишком низкой, чтобы обеспечить достоверные измерения давления; и они не обеспечивают возможность быстрого проведения повторных предварительных тестов для того, чтобы получить достоверно полные данные о давлении.

Таким образом, существует потребность в создании способа и устройства, обеспечивающих возможность выполнения измерений давления в подземной формации более быстрым, простым и надежным образом, чем посредством известных из уровня техники способов и устройств.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение, во-первых, относится к способу измерения давления в подземной формации, содержащей текучую среду, содержащему следующие последовательные этапы:

- установка возможности передачи текучей среды между тестовой камерой, расположенной в буровой скважине, и подземной формацией посредством поточного трубопровода;

- перемещение поршня в тестовой камере так, чтобы откачать текучую среду в тестовую камеру;

- обеспечение изоляции текучей среды в тестовой камере относительно поточного трубопровода;

- измерение давления в поточном трубопроводе; и

- повтор предыдущих этапов.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, изоляцию текучей среды в тестовой камере осуществляют путем закрытия по меньшей мере одного клапана между поточным трубопроводом и тестовой камерой, а установку возможности передачи текучей среды между тестовой камерой и подземной формацией осуществляют путем открытия указанного клапана.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, способ выполняют с использованием скважинного инструмента в скважине, расположенного в буровой скважине.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, скважинный инструмент в скважине содержит множество тестовых камер, при этом способ содержит предварительный этап выбора тестовой камеры.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, каждая тестовая камера ассоциирована с определенным диапазоном скоростей потока, при этом способ содержит следующие предварительные этапы:

- выбор надлежащей скорости потока;

- выбор тестовой камеры, диапазон скоростей потока которой содержит надлежащую скорость потока;

и текучую среду в тестовую камеру откачивают при выбранной скорости жидкости.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, выбор скорости потока делают в диапазоне скоростей потока, содержащемся между минимальной скоростью потока и максимальной скоростью потока, причем отношение максимальной скорости потока к минимальной скорости потока больше или равно 10, предпочтительно, больше или равно 100, предпочтительно, больше или равно 1000, предпочтительно, больше или равно 10⁴, предпочтительно, больше или равно 10⁵, и предпочтительно, больше или равно 10⁶.

Изобретение также относится к способу определения проницаемости подземной формации или определения подвижности текучей среды подземной формации, содержащему измерение давления согласно описанному выше способу и вычисление проницаемости подземной формации или подвижности текучей среды в подземной формации, исходя из результата измерения давления.

Изобретение также относится к устройству для измерения давления в подземной формации, содержащей текучую среду, содержащему:

- по меньшей мере одну тестовую камеру, снабженную поршнем;

- поточный трубопровод, соединенный с возможностью передачи текучей среды с тестовой камерой;

- датчик давления в поточном трубопроводе;

- зонд, конфигурированный для установки возможности передачи текучей среды между подземной формацией и поточным трубопроводом;

- по меньшей мере одну закрывающую систему, конфигурированную для изоляции текучей среды в тестовой камере от поточного трубопровода.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, устройство содержит множество тестовых камер, предпочтительно по меньшей мере две, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре, или по меньшей мере пять, или по меньшей мере шесть тестовых камер.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, закрывающая система содержит один клапан, конфигурированный для изоляции текучей среды в наборе тестовых камер от поточного трубопровода.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, закрывающая система содержит множество клапанов, причем каждый клапан конфигурирован для изоляции текучей среды в одной из тестовых камер от поточного трубопровода.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере часть тестовых камер имеет различные объемы.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, поршнями тестовых камер соответственно управляют посредством электрического двигателя, соединенного с червячным винтом, шаг которого в одной тестовой камере отличается от другой.

Изобретение также относится к скважинному инструменту в скважине, конфигурированному для выполнения измерений в подземной формации, содержащей текучую среду, причем скважинный инструмент в скважине содержит кабель, конфигурированный для введения в буровую скважину, и описанное выше устройство для измерения, вмонтированное в кабель.

Данное изобретение позволяет преодолеть недостатки, присущие известным из уровня техники решениям. Более конкретно, согласно изобретению предложены способ и устройство, обеспечивающие возможность выполнения измерений давления в подземной формации более быстрым, простым и надежным образом, чем посредством известных из уровня техники способов и устройств.

Данная возможность реализована благодаря закрывающей системе, содержащей по меньшей мере один клапан, обеспечивающий возможность изоляции текучей среды в тестовой камере после каждого предварительного теста, как только остановился поршень. Следовательно, объем, имеющийся для текучей среды в процессе возвращения в равновесие (во время которого осуществляют измерение давления) остается постоянным от одного предварительного теста до другого. Таким образом, результаты различных предварительных тестов могут быть непосредственно подвергнуты сравнению без необходимости ожидания окончания переходного состояния с тем, чтобы определить, являются ли эти результаты согласованными и, следовательно, пригодными к использованию, или измерение давления не является достоверным по причине избыточно низкой проницаемости подземной формации.

Согласно одному конкретному варианту осуществления изобретения, изобретение обеспечивает использование множества тестовых камер, при этом каждая камера работает при регулируемой скорости потока в заданном диапазоне скоростей потока (и отличающейся в одной камере от другой). Таким образом, можно обеспечить успешность измерения давления при довольно различной проницаемости подземной формации.

На самом деле, если скорость потока является слишком высокой ввиду относительно низкой проницаемости подземной формации, создаваемый вакуум не может быть устранен в приемлемый период времени, и выполнение достоверных измерений невозможно. И наоборот, избыточно низкая скорость потока не обеспечивает возможность получения достаточного соотношения сигнал/шум. Поэтому особенно полезно иметь возможность регулировки скорости потока в наибольшем возможном диапазоне с тем, чтобы можно было адаптироваться к самым разным ситуациям (принимая во внимание, что проницаемость подземной формации и/или подвижность содержащейся в ней текучей среды может варьироваться в широких пределах).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 схематично показано устройство согласно изобретению.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее изобретение описано более подробно неограничивающим образом.

Как показано на фиг.1, изобретение используют в буровой скважине 1, выполненной путем бурения в подземной формации 4, содержащей текучую среду. Термин «текучая среда» обозначает газ и/или жидкость, причем жидкость обычно содержит воду и/или нефть.

Буровая скважина обычно заполнена буровой жидкостью, например водой или нефтесодержащей текучей средой. Плотность буровой жидкости обычно повышают путем добавления твердых примесей, например солей и других добавок, для образования бурового раствора. Буровой раствор позволяет получить гидростатическое давление в скважине, позволяющее избежать обрушения скважины и предотвратить выход текучей среды подземной формации в скважину.

Твердые примеси, содержащиеся в буровом растворе, создают слой на внутренней стенке скважины, называемый фильтратом 3. Фильтрат 3 изолирует подземную формацию 4 от внутренней части скважины 1.

Скважинный инструмент 2 в скважине представляет собой приспособление, содержащее кабель, конфигурированный для введения в скважину, и обычно снабженный множеством устройств для измерения, например устройствами для сбора образцов, измерения температуры, измерения точки кипения и так далее. Скважинный инструмент 2 в скважине согласно изобретению содержит по меньшей мере одно устройство 5 для измерения давления, вмонтированное в кабель.

Устройство 5 для измерения давления содержит зонд 14, конфигурированный для установки возможности передачи текучей среды между подземной формацией 4 и поточным трубопроводом 6 устройства. Обычно, зонд 14 содержит входное отверстие, снабженное фильтром и окруженное прокладками, и конфигурирован для вхождения в контакт с фильтратом 3, изолируя при этом часть фильтрата 3 от внутренней части скважины 1. Согласно другому варианту осуществления изобретения (не показан), зонд 14 может содержать набор верхних и нижних шин, конфигурированных для изоляции части скважины 1 от остальной части скважины, а также заборного отверстия на изолированной части, снабженного фильтром, от фильтрата 3.

Устройство 5 для измерения давления также содержит уравнительный клапан 13, конфигурированный для создания в поточном трубопроводе 6 гидравлического давления скважины 1. Данный уравнительный клапан 13 открывают в начале выполнения способа измерения, затем закрывают для изоляции текучей среды в поточном трубопроводе 6 от внутренней части скважины 1 во время всех предварительных тестов.

Датчик 7 давления позволяет измерять давление в поточном трубопроводе 6.

Устройство 5 для измерения давления также содержит одну или большее количество тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d. Предпочтительно, предусмотрено множество тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d, например, 2 или 3 или 4 или 5 или 6. Каждая тестовая камера 8a, 8b, 8c, 8d снабжена соответствующим поршнем 9a, 9b, 9c, 9d, конфигурированным для движения в тестовой камере 8a, 8b, 8c, 8d с тем, чтобы вызывать поток текучей среды.

Предпочтительно, поршни 9a, 9b, 9c, 9d приводят в действие посредством соответствующих электрических двигателей, соединенных с червячными винтами 10a, 10b, 10c, 10d, что позволяет контролировать скорость потока текучей среды, вызываемого каждой тестовой камерой 8a, 8b, 8c, 8d. Предпочтительно, используют червячные винты 10a, 10b, 10c, 10d с различным шагом винта в зависимости от тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d. Таким образом, доступный диапазон скоростей в одной тестовой камере 8a, 8b, 8c, 8d отличается от другой. Следовательно, можно обеспечить очень широкий общий диапазон скоростей потока, причем каждой скорости из этого диапазона можно достигнуть посредством одной или большего количества данных тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d. Например, можно использовать первую тестовую камеру, конфигурированную для работы в диапазоне скоростей потока Q1-Q2 при Q2=10*Q1, вторую тестовую камеру, конфигурированную для работы в диапазоне скоростей потока Q2-Q3 при Q3=10*Q2, третью тестовую камеру, конфигурированную для работы в диапазоне скоростей потока Q3-Q4 при Q4=10*Q3 и так далее.

Тестовые камеры 8a, 8b, 8c, 8d могут иметь различные объемы для того, чтобы учитывать различия соответствующих скоростей потока.

В изобретении также предусмотрена закрывающая система, конфигурированная для установки возможности передачи текучей среды между поточным трубопроводом 6 и тестовой камерой (камерами) 8a, 8b, 8c, 8d или, напротив, для изоляции поточного трубопровода 6 от тестовой камеры (камер) 8a, 8b, 8c, 8d.

Например, можно использовать соответствующий клапан 11a, 11b, 11c, 11d, связанный с каждой тестовой камерой 8a, 8b, 8c, 8d. В альтернативном варианте между поточным трубопроводом 6 и набором тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d может быть предусмотрен один клапан 12.

Осуществление способа согласно изобретению подразумевает выполнение нескольких предварительных тестов в одном и том же местоположении в скважине 1 (то есть при одном и том же прикреплении зонда 14).

Во время каждого предварительного теста жидкость откачивают в одну из тестовых камер 8a, 8b, 8c, 8d с выбранной скоростью потока путем перемещения соответствующего поршня 9a, 9b, 9c, 9d с контролируемой скоростью. Таким образом, в поточном трубопроводе 6 возникает вакуум, и текучая среда, выходящая из подземной формации 4, поступает в поточный трубопровод 6 (после локального разрыва фильтрата 3). Затем поршень 9a, 9b, 9c, 9d останавливают. Соответствующий клапан 11a, 11b, 11c, 11d, 12 закрывают по существу в тот же самый момент, в который останавливают поршень 9a, 9b, 9c, 9d (предпочтительно либо точно в тот же самый момент, либо немного раньше). В течение определенного времени измеряют давление в поточном трубопроводе 6, затем переходят к следующему предварительному тесту.

Затем повторно открывают соответствующий клапан 11a, 11b, 11c, 11d, 12 и снова откачивают текучую среду в тестовую камеру 8a, 8b, 8c, 8d, как описано выше. Клапан 11a, 11b, 11c, 11d, 12 снова закрывают для измерения давления, когда прерывается движение поршня 9a, 9b, 9c, 9d. Время забора текучей среды является обычно постоянным от одного предварительного теста до другого и может, например, составлять порядка 5-10 секунд.

Следовательно, измерение давления посредством датчика 7 давления осуществляют при постоянном объеме и с постоянной потерей давления для всех предварительных тестов. Поэтому данные, получаемые от одного предварительного теста до другого, могут быть непосредственно подвергнуты сравнению. Можно проводить усреднение или любую другую статистическую обработку данных, полученных по результатам набора предварительных тестов.

Измерение давления позволяет оценить проницаемость подземной формации или подвижность текучей среды в подземной формации с использованием известных способов, например, описанных в документе US 7263880.

После выполнения всех необходимых предварительных тестов зонд 14 открепляют, положение скважинного инструмента 2 в скважине 1 изменяют, после чего в новом положении можно снова начинать выполнение серии предварительных тестов.

1. Способ измерения давления в подземной формации, содержащей текучую среду, содержащий следующие последовательные этапы:
- установка возможности передачи текучей среды между тестовой камерой, расположенной в буровой скважине, и подземной формацией посредством поточного трубопровода;
- перемещение поршня в тестовой камере так, чтобы откачать текучую среду в тестовую камеру;
- обеспечение изоляции текучей среды в тестовой камере относительно поточного трубопровода;
- измерение давления в поточном трубопроводе; и
- повтор предыдущих этапов.

2. Способ по п.1, в котором изоляцию текучей среды в тестовой камере осуществляют путем закрытия по меньшей мере одного клапана между поточным трубопроводом и тестовой камерой, а установку возможности передачи текучей среды между тестовой камерой и подземной формацией осуществляют путем открытия указанного клапана.

3. Способ по любому из пп.1 или 2, который выполняют с использованием скважинного инструмента в скважине, расположенного в буровой скважине.

4. Способ по п.3, в котором скважинный инструмент в скважине содержит множество тестовых камер, при этом способ содержит предварительный этап выбора тестовой камеры.

5. Способ по п.4, в котором каждая тестовая камера ассоциирована с определенным диапазоном скоростей потока, при этом способ содержит следующие предварительные этапы:
- выбор надлежащей скорости потока;
- выбор тестовой камеры, диапазон скоростей потока которой содержит надлежащую скорость потока;
причем текучую среду откачивают в тестовую камеру при выбранной скорости текучей среды.

6. Способ по п.5, в котором выбор скорости потока делают в диапазоне скоростей потока, содержащемся между минимальной скоростью потока и максимальной скоростью потока, причем отношение максимальной скорости потока к минимальной скорости потока больше или равно 10, предпочтительно, больше или равно 100, предпочтительно, больше или равно 1000, предпочтительно, больше или равно 10⁴, предпочтительно, больше или равно 10⁵, и предпочтительно, больше или равно 10⁶.

7. Способ определения проницаемости подземной формации или определения подвижности текучей среды подземной формации, содержащий измерение давления согласно способу по любому из пп.1-6 и вычисление проницаемости подземной формации или подвижности текучей среды подземной формации, исходя из результата измерения давления.

8. Устройство (5) для измерения давления в подземной формации (4), содержащей текучую среду, содержащее:
- по меньшей мере одну тестовую камеру (8a, 8b, 8c, 8d), снабженную поршнем (9a, 9b, 9c, 9d);
- поточный трубопровод (6), соединенный с возможностью передачи текучей среды с тестовой камерой (8a, 8b, 8c, 8d);
- датчик (7) давления в поточном трубопроводе;
- зонд (14), конфигурированный для установки возможности передачи текучей среды между подземной формацией (4) и поточным трубопроводом (6);
- по меньшей мере одну закрывающую систему (11a, 11b, 11c, 11d, 12), для изоляции текучей среды в тестовой камере (8a, 8b, 8c, 8d) от поточного трубопровода (6).

9. Устройство по п.8, содержащее множество тестовых камер (8a, 8b, 8c, 8d), предпочтительно, по меньшей мере две, или по меньшей мере три, или по меньшей мере четыре, или по меньшей мере пять, или по меньшей мере шесть тестовых камер.

10. Устройство по п.9, в котором закрывающая система содержит один клапан (12), конфигурированный для изоляции текучей среды в наборе тестовых камер (8a, 8b, 8c, 8d) от поточного трубопровода (6).

11. Устройство по п.9, в котором закрывающая система содержит множество клапанов, причем каждый клапан (11a, 11b, 11c, 11d) конфигурирован для изоляции текучей среды в одной из тестовых камер (8a, 8b, 8c, 8d) от поточного трубопровода (6).

12. Устройство по любому из пп.9-11, в котором по меньшей мере часть тестовых камер (8a, 8b, 8c, 8d) имеет различные объемы.

13. Устройство по любому из пп.9-11, в котором поршнями (9a, 9b, 9c, 9d) тестовых камер (8a, 8b, 8c, 8d) соответственно управляют посредством электрического двигателя, соединенного с червячным винтом (10a, 10b, 10c, 10d), шаг которого в одной тестовой камере отличается от другой.

14. Скважинный инструмент (2) в скважине, конфигурированный для выполнения измерений в подземной формации (4), содержащей текучую среду, причем скважинный инструмент (2) в скважине содержит кабель, конфигурированный для введения в буровую скважину, и устройство (5) для измерения по любому из пп.8-13, вмонтированное в кабель.