[发明专利]分析和控制在钻孔中水锤产生的波传播的方法和装置

说明书

本申请是申请日为2006年5月25日、申请号为200680018106.8、发明名称为“分析和控制在钻孔中水锤产生的波传播的方法和装置”一案的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于分析钻孔，岩层，液体，和完井性质对水锤产生的波传播的影响的方法。在另一方面，本发明涉及在钻孔完井设备和喷射器中用于减轻水锤效应的方法和装置。本发明还可用于确定完井和岩层的性质和及性质的变化。

背景技术

水锤(或者，更一般地是液体锤)是在运动液体突然地被迫停止或改变方向时，它的动能产生的压力波动或压力波。例如，若在管道系统的一端突然地关闭一个阀，则在管道中可以传播水锤波。在生产井或正在被钻探的井中，若防喷器装置(BOP)被激励以响应被检测的气体或液体流入钻孔，则可以产生水锤。在标准的井关闭期间，也可以产生水锤。例如，请参照SPE 00064297。与水锤相关的瞬态压力可以造成钻孔失效和/或井中灵敏的电子，电路和机电设备失效。在本发明中，我们讨论的“钻孔系统”可以包括钻孔以及与该钻孔连接的所有装置。

授予Holzhausen et al.的US 5220504公开一种确定岩层性质的方法，例如，渗透率，该方法是在钻孔中建立压力振荡。分析是基于地球的模型作为一种围绕充满液体的钻孔的均匀媒体(其中可能有裂纹)。该方法在实际的生产钻孔中毫无用处，其中钻孔可能包含生产管道，不同尺寸的套管，水泥，孔眼，封隔填料和砂石充填。本发明的目的是分析实际的生产钻孔，该钻孔可能有径向变化和垂直变化。

发明内容

本发明的一个实施例是一种确定地球岩层的性质的方法。在地球岩层的钻孔中产生液体锤，该液体锤在液体中产生压力脉冲。至少在钻孔中的一个位置，测量液体压力。利用测量结果，估算岩层性质的数值。产生液体锤可以通过开启钻孔系统中的流量控制装置和/或关闭启钻孔系统中的流量控制装置完成。压力脉冲在钻孔中传播，其速度至少部分是由岩层的剪切速度确定。估算岩层的性质可以利用确定钻孔和地球岩层的模型完成，该模型包含多个层，多个层中的至少一个层包含径向分层。估算岩层的性质还可以包括模拟该模型的输出，并比较模拟输出与测量结果。模拟该模型的输出包括利用在层边界上的反射系数和传输系数。估算性质可以包括岩层孔隙度，岩层渗透率和岩层损坏。该方法还可以包括在以后的时间重复地产生水锤，并确定其性质数值的变化。

本发明的另一个实施例是一种开发地球岩层中的贮藏的方法。该方法包括确定地球岩层和其中钻孔的模型。该模型包含多个层，多个层中的至少一层包含径向分层。模拟该模型对液体锤的响应，且该输出用于确定钻孔中完井钻具组的参数和/或钻孔中流量控制装置的工作参数。利用该模型的输出可以包括识别钻孔中液体的最大压力，而其中流量控制装置的工作参数可以包括流量控制装置的开工率。流量控制装置可以在地面位置，井下位置，和/或侧向钻孔的井下位置。确定完井钻具组的参数可以包括：选取钻孔直径，选取钻孔形状，选取套管材料，选取管道材料，选取水泥性质，选取钻孔中液体的性质，和/或选取两段套管之间连接的性质。确定完井钻具组的参数可以包括：确定波反射器部分的参数，波衰减器部分的参数，孔眼的大小，孔眼的形状，和/或孔眼的定位。确定完井钻具组的参数可以包括：确定防护网参数和/或砾石充填的参数。确定完井钻具组的参数可以包括：确定直径变化的尺度，两个直径变化之间的间隔距离，和直径变化的数目。

本发明的另一个实施例是一种用在确定地球岩层的方法中的计算机可读媒体。该方法包括：在地球岩层的钻孔中产生液体锤，该液体锤在液体中产生压力脉冲。该方法还包括：在钻孔中的至少一个位置，测量液体的压力。该媒体包含这样的指令，它能使处理器利用测量结果估算岩层性质的数值。该媒体可以包括：ROM，EPROM，EAROM，快速擦写存储器，和/或光盘。

附图说明

为了清楚地理解本发明，应当参照以下结合附图的优选实施例的详细描述，其中相同的元件是用相同的数字描述，且其中：

图1是在顶部，中部和底部的简单水锤和水锤波；

图2a是在均匀岩层中的简单钻孔；

图2b是在图2a所示钻孔的顶部，中部和底部的模拟水锤波；

图3表示阶跃时间函数作为水锤模拟的源；

图4a表示在钻孔中的径向分层；

图4b表示在均匀岩层中有不规则直径的钻孔；

图4c表示在水平分层的地球岩层中的钻孔；

图5a表示在有分层的地球岩层的钻孔中的水锤波；

图5b表示在图5a所示钻孔的顶部，中部和底部的模拟压力场；