[发明专利]执行储层流体的聚焦取样的设备和方法

说明书

相关申请

本专利要求2006年12月28日提交的美国临时专利申请60/882,364 的提交日期的权益。

公开领域

本公开总体涉及储层评估，更特别地，涉及执行储层流体的聚焦取样 的设备和方法。

背景技术

储油层井的钻井、完井和生产涉及各种地下地层参数的监测。例如， 参数，比如储层压力和储层岩层的渗透性，常常被测量以便评估地下地层。 流体可以从地层中吸出并收集流体来测量和分析流体试样的各种流体特 性。这种地下地层参数的监测被用来，例如，确定沿井轨道的地层压力变 化，或预测地下地层的生产能力和寿命。

一些已知的井下测量系统可以借助于地层测试器或取样工具通过电 缆测井来获得这些参数。或者，地层测试器或取样工具可以连接到与钻头 (例如，作为井底钻具组件的一部分)串联的钻杆和定向钻井组件。这种地 层测试和取样工具可以采用流体取样探头来实施，每个探头具有一个或多 个管嘴、入口或开口，地层流体可以被吸入其中。通常使用各种类型的取 样工具或探头来吸取地层流体。例如，一些取样工具使用可扩展的探头， 可扩展的探头有时通常称为封隔器，具有用于吸取地层流体的单个管嘴或 入口。探头(例如，管嘴或入口)通常被圆形或环形橡胶接口或封隔器包围， 接口或封隔器向钻井壁扩展并施加力来使管嘴或入口与地下地层密封连 接。在一些情况下，由封隔器提供的密封可以采用可膨胀的封隔器装置来 实施，例如在美国专利6,301,959中所描述的那样。一些取样探头或封隔 器提供多个入口(例如，两个入口)，这里至少一个入口是试样入口，至少 另一个入口是防护入口。然而，在多个入口构造的情况下，可以使用多个 封隔器，以便至少一个封隔器包括试样入口，另外分离的一个或多个封隔 器包括防护入口。

在操作中，取样探头或封隔器可以通过液压传动装置从井下工具扩 展，以使它的管嘴或入口紧靠邻近被评估的地层部分的钻井壁。然后启动 泵送组件来将流体从地层中吸进探头，并将地层流体运送到井下测试装置 和/或试样收集器，井下测试装置和/或试样收集器可以被取回到地面上以 便能够对其中包含的试样流体进行实验室分析。另外，如上所述，取样探 头入口通常被封隔器包围，封隔器可以促进紧靠钻井壁的取样探头入口的 密封，因此，促进压力施加到地层以有效地从地层中吸取流体。

当从地层中吸取流体时，一定量的滤液也会随地层流体被吸进探头， 从而污染试样流体。试样流体的污染程度(例如，污染物百分比)最初是比 较大的，但是随着取样探头继续从地层中吸取地层流体，污染程度通常减 小。因此，通过取样探头从地层中抽取的流体通常被废弃直到到达取样过 程中的某个时间，污染水平足够低，以允许收集具有可接受的纯度的试样， 用于测试和评估目的。

对于单入口取样探头(即，仅提供试样入口，而没有防护入口的取样 探头)，在达到可接受的纯度或污染水平之前会不得不从地层中吸出较大 量的流体。然而，吸取如此大量的流体会需要大量的时间，特别是如果工 作被取样过程拖延，则可能会损失惨重。另外，虽然通过最初从地层中吸 取大量流体，污染程度显著减小，但是对于单入口探头，可达到的最小污 染水平或程度仍然很高，以致影响测试结果的准确度。

虽然已经证明单入口取样探头是相当有效的，但是双入口或防护探头 可以提供改进的、聚焦的地层流体取样。这种双入口或防护探头通常包括 同中心的管嘴或入口，这里，中心管嘴或入口作为取样入口设置，外部管 嘴或入口作为防护入口设置。更具体地，防护入口在中心或取样入口周围 形成周界或环，设置防护入口来基本上吸取所有滤液远离探头的中心部分 和因此的中心入口，从而使中心或取样入口能够吸取相对无污染物(例如 滤液)的地层流体。双入口或防护探头还利用两个封隔器来密封紧靠被评 估地层的探头。外部封隔器包围防护管嘴或入口，内部封隔器包围位于试 样入口外壁和防护入口内壁之间的中心试样管嘴或入口。

与单入口探头相比，双入口或防护探头能极大地减小达到足够低污染 水平需要的时间(即，减小试样净化时间)，这样能极大地降低与地层评估 相关的花费(例如，减小测站时间)。另外，与用传统的单入口探头相比， 双入口或防护探头还能提供显著改进的试样纯度(即，更低的污染水平)。 这样提高的试样纯度水平能提供更准确的信息，用于最优化地完井和产品 判定。