[发明专利]用于分析在高泥流下被钻地层的气体的系统

说明书

相关申请

本PCT申请补充了于2009年4月2日提交的PCT/AU200900403，并且还要求在2009年11月19日提交的澳大利亚临时申请2009905663的进一步益处。该申请提供本发明的附加实施例，其中所述发明在先前申请中已说明。

技术领域

本发明一般涉及烃类钻井作业，更具体地涉及在钻井作业过程中，用于分析脱附(desorb)于钻泥的气体的方法和设备。

背景技术

石油钻探中使用泥浆测井已有很长时间，该泥浆测井用于在钻井过程中确定含气地层的大致位置。特别地，泥浆测井包含检查从钻泥中提取的钻屑的过程，从而辨认气体、碳氢化合物和存在于于钻头特定位置的其他组分。为此，通常在地面设立气体检测器，从而从钻孔中抽取钻泥流出物的样品。该位置通常位于泥浆振动筛上方，但也可以安置在其他位置。采样设备检测与空气一起从钻泥被释放的气体，其中空气由采样设备吸入。本系统提供自钻孔被释放的气体的定性分析。如果泥浆测井系统监测钻井作业过程以及钻泥流速，那么该系统能够计算钻孔中释放气体的大致位置。本过程包含根据时间计算的上返速度及其与泥浆电阻仪输出的相互关系。

由于采样过程的特性，传统的泥浆测井系统缺少气体释放体积的定量评估，其中在采样过程中，从振动筛腹腔或一些其他区域内的泥浆上方获取空气。在储集层的情况中，例如煤或页岩，其中气体贮存在岩石本身内，能够基于容积比率预计气体释放体积与被钻的岩石体积直接相关，以及与煤的含气量直接相关。这还适用于所有无大孔隙空间例如晶洞的含气沉积层。在后一种情况中，预计气体释放将超出被钻的孔体积。

通常用于从煤层中获得气体组分的方法是将岩心钻钻入煤层，然后尽快地将岩心拉至地面。然后从岩心管中移除岩心，并将其放至滤毒罐内，然后在滤毒罐(canister)内监测岩心样品中的气体脱附。不变地，在从煤层深处到地面的运送期过程中，气体损失。该损失的气体必须从岩心一旦被放入滤毒罐的初始脱附速率开始向后推测至认为煤开始脱附的时间计算。当从岩心释放的气体减慢时，习惯于打开滤毒罐并抽取岩心样品，然后破碎样品从而加速脱附过程。测量从破碎的岩心中释放出的气体，并且该气体被用于分析岩心样品中的含气总量。通常该测量法被指定为煤每单位重量内气体体积。

该技术的局限性包含为获得岩心样本需要实施取心过程，以及在分析过程中，对流失至大气的初始气体的不正确评估。由此可见，存在需要这样的过程，其中能够在传统的地层钻井过程中获得气体组分的分析，其中携带钻屑(cuttings)的钻泥未被暴露至大气，而是被贮存直到完成气体分析。另一方面，存在需要动态的气体分析系统，这意味着气体不断地被地累积和分析。

发明内容

本发明的原理和概念特别适用于测量来自任何钻孔的可量化的总气体释放(量)，但是在吸附过程中详细参考测量来自例如煤或页岩等地层的气体释放(量)，其中气体贮存于地层中。本发明的原理和概念还适用于具有较小的空隙空间和较低的渗透性的孔隙性储集层，其中释放的气体仅来自钻探的岩石。

根据本发明重要特征，通过实施钻井作业可促进地下岩层中的气体的勘探，其中，该钻井作业捕集任何从岩层中脱附的，以及来自于钻井作业所产生的钻屑的气体。来自井下位置的钻井流体、钻屑和脱附的气体耦合至地面设备，该设备用于处理气体，从而确定其中所需的参数。通过封闭系统检索从井下位置被运载至地面处理设备的所需气体，其中该封闭系统防止脱附的气体被稀释或者被空气和其他环境气体污染。因此，由经处理的脱附气体产生的所需参数更为准确，且其提供更好地地层气态特性评价。

根据本发明的另一特征，除了在添加钻杆柱过程中的中断之外，钻井过程是连续的，由此借助地面设备对脱附气体的分析和处理是不间断的，并因此提供被钻探地层的含气量的动态记录。钻孔的长度、环形空间中钻井液向上运动的速率和其他因素被用于确定地层深度，从该地层深度释放被分析的气体。