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随钻地层压力测量的研究

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地层 压力 测量 研究
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随钻地层压力测量的研究摘要地层压力测试器(用来测量随井身结构的地层压力。为了提前和有效的提供地层压力信息,地层压力测试器作为 底钻具组合的一部分发展起来并已经应用在许多服务井中。除了收集储油层压力和流动性信息,随钻压力测量还用来调整泥浆的重量和有效循环密度(ECD) ,从而提高钻进效率。准确地钻孔压力剖面图可以帮助我们设计和实施最优完井工程。与电缆储层测试不同,对LWD压力测试的实时控制由于传送速率的原因是不好实现的。为了解决这个问题,补充 一个实施系列压力下降和回升的测试 (不准确)系统。工具的智能化控制系统允许测试大范围的储油层层渗透率,超过 400 次的压力测试后,成功率达到85%以上。包括深度控制、压力重复性、测试过程中的温度稳定性和增压作用的几个参数都对压力测量精确性和压力梯度估计的准确性有影响。在几次为客户服务的过程中,这些参数的影响都被准确的分析,增强工具工作效率的方法和测量质量都有了发展。考虑到深度控制问题,需要高度的注意力。钻进过程和取出工具过程中的深度差值的测量是不同的,这个深度差值影响着压力对比。钻井完成后随时间的增加储油层和泥饼渗透率将降低,这导致压力的增加。在考虑压力精确性的条件下,压力增加将成为一个问题。压力增加梯度在测量大范围的储油层渗透率的过程中将被观测。在这篇文章中,我们将讨论随钻井工具特别是智能控制系统新的储油层测试能力。我们将举几个利用这个测试系统来优化压力测试的例子,讨论这个测试系统相对于传统方法的优越性。我们还将举几个例子来说明影响压力测试质量的几个因素。前言为了进行随钻储层压力的测试,发明了一个随钻储层压力测试工具(见图1) 。基于实时的储层压力和流动性数据,泥浆的重量需要调整到能够有效钻进的水平。在进入高压油层前,异常的压力增加将警示司钻。在水平井中,储层压力可以用来检测垂直段井斜,在垂直井或小倾斜井中,储层压力可以用来确定压力梯度和天然气、石油和水之间的接触点。如果储层压力预报算法用于调整泥浆重量,这个算法就能够被调整和纠正以使钻井更安全有效。另外,钻井过程中泥浆滤液的侵入程度降低,在致密地层中的压力增加能够被检测。最后,钻井前期阶段对储层压力的了解有助于工程师更好的设计套管下入深度和其后的产量。钻井过程中的储层压力测试要求一个全新的测试技术。为防止危险情况如不同程度的卡钻的发生,就要求测试必须在尽可能短的时窗中进行。与电缆测试工具相比,遥感信息的传送速率是有限的,所以地表没有可用数据来实时控制测试。在用电缆进行测量时,录井工程师能够回顾压力测试历史,根据期望的压力梯度正确评价最后的压力增量。工程师可以为随后的测试调整泵的参数。利用储层随钻压力测量工具,这些数据在地表并不是即时可得的,必须利用不同的手段来保持压力数据的高质量。利用现在储层随钻压力测试工具的服务工作,有效测量评价所需要的重要数据能够被传送到地面。对 有限波动数据 的传送速率提出了新的挑战,因为测试数据不能被实时的检测,所以需要一个智能井下分析系统来优化井下的测试结果。为解决这个问题 ,我们必须在发展自主、自动的压力测试系统上下功夫,这个系统应该具有无人井下压力测试的能力。下面的部分我们将介绍新的储层随钻压力测试工具和井下控制系统。操作问题(不准确)在钻井间歇时,信号通过标准的泥浆下行过程传送给测试工具,使其开始测试。测试工具向井壁伸出一个爪垫密封件,完成一系列的压力增高和降低测试以得到储层压力。正常的钻井操作与 具测压不能同时进行。在大多数的工作中,井底钻具组合与脉冲发生器和为 务的双向传输系统(遥感单元)相配合,这个系统能够保证测量系统不受现有的旋转钻进控制单元影响(见图 2) 。所有 件都可以与井下钻具组合匹配。下 钻、钻进和提钻过程中,只要操作人员要求,就可以进行压力测试。一两天后可以重新进行压力测量的,这为进行储层压力、油层动态和流动性的时间比较提供了条件。这提供了另外的一些关于泥饼渗透率发展和侵入层孔隙流体积的信息。如果要求的话,具能够在离钻头 16 英尺的距离进行测试工作。在大部分的工程中,这套工具安装在井下钻具组合的顶部,在旋转控制系统和其他 件之上。机械组件:具的机械组件的选择必须与所有的在工业中用到的标准钻井钻具组合相匹配,包括中长径的钻井钻具组合。爪垫置于稳定器中,旋转钻进不会伤害到它。到目前为止,在所有的使用过程中还没有发现由于磨损的爪垫的原因而引起的密封问题,即使是在大压力的情况下。最优测量过程:常能够进行两种方式的随钻压力测量:基本测量和优化测量。与基本测量相比,优化测量能够在同一深度进行连续的相互独立的三次循环测量(见图3) ,在这三次测量中,爪垫单元都紧紧地压入孔壁地层中。当钻杆柱固定,测量工具自动的完成三次先增后减的波动。像其他优越性一样,这个测试过程可以用详细的地层评价来揭示出短时间内的所有可能的影响因素。与高精度的石英压力计相配合,三次相当的压力测试也可以检验薄层的增压作用。接下来的渗透层中的钻进中,要求的测试深度基于可靠的LWD测井曲线进行选择,比如伽玛射线和孔隙度测井。据传输器稳定模块储层压力测试器钻杆稳定器多孔机构高密度机构脉冲双向交流器钻杆稳定器定向伽玛、电阻率柔性稳定器转向单元测量数据作为原始数据记录在工具存储器中(特征曲线,见图 3) 。由精确的工具内部算法式得到的单独的数据,例如储层压力和流动性等,通过泥浆脉动(送到地面并以分立数据形式存于上行表格中(数据点,见图 3)。这个表格描述了一个缩减了的数据集,在测量结束后的一分钟内给出每次测量的最重要的数据(见表 1) 。完整的数据在测量结束、工具取到地面后可以用存储器信息转储器从工具存储器中取出。更多的信息可以由提供。 (2003)深度控制和工具的定向:工具的定向在成功地随钻压力测量中是重要因素之一。除了如伽玛射线或密度的传统的 量,其他的压力测量都是单独、独立的三维测量系统(如果考虑时间则是四维的) 。考虑到在梯度测量应用和薄层测量中起重要作用的深度对比,深度控制面对着很多的挑战。另外,当涉及到在水平井孔底的不同流动性和切削层可能影响因素时,工具水平方向应该被考虑。通常在一个立柱钻下之后,所有的测试站都应从底层开始以滑动方式工作起来(见图4) 。在不旋转时通过提出井下钻具组合对管柱进行规律的伸展,并在大钩负荷降低的地方进行测定 。 一 般在孔底测量过程中该工具 经验的管柱伸展长度从 3 英 尺到 7 英尺 ,由钻孔倾斜度和 钻孔测量深度决定(。 通常,管柱伸长度记录在上 行表格中,如果需要 ,可 以通过伽玛射线或电阻率的 孔底测试进行辅助测量。借 助于电缆其他对比只能通过 现场工程师的测试对比进行。如果需要较好的爪垫定向,例如在已洗过的井中,可以在井下钻具组合中通过 供的工具面或者其他的工具面测试实现。通过对下行信号的解密,爪垫密封单元有控制的伸入孔壁中,密封压力要一直被监视以保证达到良好的密封效果,密封效果可以通过已记录的静力学泥浆压力的微量增长来验证。一旦爪垫固定,工具开始压力测试。在压力测试过程中, 泥浆电子脉冲单元停止工作,以减小环空干扰。力测试的特点有相当广泛的服务范围,比如西非的非固结砂岩或者北海的多孔隙低渗透的白垩地层。除了电缆测量具有的储层压力测量、流动性、梯度测量和储层联通性,新的 可以应用于以下的工程中:电导监测器(理和相关的基本环空和储层压力的调整,可以提供最快的机械钻速和安全的钻井环境。从低流动性(500mD/环境下的可靠储层压力测量低渗透的衰减产层的压力分布图的建立大位移斜井、水平井和延伸井中的应用。流动性计算、产层估计压力P*的测定和工具倒吸量基于储层比率分析的构想(000;1999)。储层比率分析(用了工具相关测量参数的达西渗流理论,允许对压力曲线的降低和增高(累加)部分进行综合评价。与传统的储层评价相比,这项技术不是剔出了部分有用和重要数据,而是运用了压力测量的全部数据。基本上,流动性由储层比率分析(中的线性回归线的斜率计算,产层压力由这条曲线与纵坐标(交点决定。储层压力和流动性的理论评价要受如堵塞作用、曲线偏移或者非达西流动等因素的影响。在高流动性储层,由于生产层井壁清洗作用而产生的回归曲线斜率的不同,流动性计算可能不是100%的与重复测试相一致,而独立的 P*(储层压力)差值和P P*(储层压力)的差值是有限的(见图5)。相比看来,低流动性储层各单独流动性值吻合较好,而各储层压力值则有一定差距(见图6)。后者的影响受线性回归线高斜率的影响(M值降低),当增压时,引起这些线与纵坐标轴的交点的偏离。增压还引起从储层压力P*到P 系的不同,在这种压力关系中测量的最终压力上升值比三次计算的压力值要高。储层比率分析在WL(电缆)压力服务中被广泛应用,这种方法在独立应用中都能成功(000;999)。在LWD-FPT服务中,FRA已经在LWD储层压力测试器环境中得到了第一次应用。它考虑了压力测量中的工具内部最优过程(等2004; 2003)和测量过程中的细致分类(数据质量检测)。在储层评价的第一次应用中,快速可靠的孔底最优储层压力测量得到了顺利地进行,并被很好的操作和控制,简化了程序。LWD储层压力测量的应用实例:下面的章节将举三个LWD-FPT的地区应用实例。根据表2中的信息,我们从降低的流动性、应用范围(低中高)等方面,来设计和讨论这些实例表 2 . 流动性范围预测及相关的 5 个流动值分组;利用 务机构得到的经验性的数据得到了这些组的划分;这些组的上下限并不是严格的界限,而是根据应用和环境情况而变化每次应用的不同特点和相关的测量环境都要求工具内部优化程序中有适当的泵径和独立设备,这个优化程序考虑了不同储层流动性的精确的测量调整度(003)。甚至低渗透率地层,一般认为不适于LWD压力测试,也显示了LWD-FPT是适于这样的测试的(004 )。迄今为止,就泵的大小、最大压力降(环空最高压压力降)和所选测点而论,每个流动性幅值在压力历史图(压力-时间图)和相关的FRA图(压力-储层比率图)中都产生一个独特的图形。例如在高流动性地层的优化测试,常常显示三个相似的、U形的后期下降前期上升的曲线,下降和上升段一起使后期下降部分形成高原形状。水平(其后下降)段由于增长率的快速降低常常是很短的。这些因素致使数据在FRA图上的典型分布,FRA图有两个数据点的集中区,下降时的右下角集中区和上升时的左上角集中区,还有一些点分布于这两个区之间。(图7-a,b)。相对来说,低流动性储层呈现更不同的图,这些图可能包括原始的持续时间较长的下降和上升部分,其后是两个短的V形的下降-上升曲线。可是,这个图可能由于外加的测试选择和其他不可预测因素的影响而改变。就低流动性而言,后来的上升稳定阶段经常要比高流动性的要长。这使数据点在FRA图中的更合理的分布(见图8)。高流动性储层中的应用:用LWD-FPT方法进行压力测量,高流动性储层拥有变化范围较大的流动性值,从大约20mD/高到500 mD/图9)。在高流动值情况下压力历史图常常显示前期绘制的侧具有较大的斜率,底部曲线平缓(见图9。根据全部储层的渗透性与应用的压力降低速率,单独的最大压力降在最小的范围内显示了不同的绝对值。但是,图9具可以有效地降低到储层压力之下。 9-b,c)的相关点显示了各自的流动值的不同,所举的例子给出了两个可靠的流动值,第二次测试的283 mD/第三次测试的335 mD/们相差15% 。第一次的测试值为171 mD/一次和第三次的测试结果相比达到了最大差距50%,这种不确定性与测试的原始状态有关,高流动性储层引起了早期的较短的下降剧倾斜)以及后期的较长的下降缓曲线部分)。像上面所描述的,这导致数据在个是左上角,一个是右下角(由波动区判断)。计算的流动性值从测试1到测试3呈增长状态,可以解释为在测试1和测试2中砂子表面有清洁的过程。在图9试1和测试2相比由于泵量的增加导致了较大的压力下降。还可以看到,当用相同泵量时由于砂子表面的清洁,测试3和测试2相比也有较小的压力下降。另一个标志是压力曲线的形状,它显示了在曲线的持续(平稳)段时测试2和测试3中压力下降的不同增长。相对说来,P*值的确定揭示了各个独立测试之间的关系,有之间的关系,于高的流动性和渗透性,钻井过程中产生的压力快速的扩散到产层中,允许工具正确连续的测量产层压力。中流动性储层中的应用:随着流动性的降低,高流动性中独特的而第一次测试结果要远低于储层压力(在图10在第二次和第三次压力测试中形成了三角形的压力曲线,两个调整压力下降峰值比储层压力值小150这样就表示了最优过程。一些特殊因素的影响例如砂表面清洁也在第一次测试中产生,在压力下降过程中间歇性压力上升后的持续压力下降表示了这种因素的影响。(图10。这些压力的变化对相关的图10:图上的数据点的分布形状为“8”字形,显示了对储层表面泥饼的反堵塞作用。不考虑二次和第三次的流动值之间的差值快速下降,揭示了最优过程的作用。到了100%的吻合。即使第一次测试与平均值的差距也只有20%(图 10-b,c)。P*个值要比在高储层中的测量值高,但比致密增压储层要低。低流动储层中的应用:因为“小变化引发大效应”(1999)的关系,低和超低流动性储层中的测试是关键的。除了在中高流动性储层测试中都存在的砂表面清洁作用,在低流动储层测试还有其特殊效应,比如泥浆质量(颗粒直径和储层孔间通道的泥浆固体颗粒分散度)和相关的泥饼质量及超压。经常在致密地层中起作用的泥浆质量的好的指示器是持续的与井壁进行压力交流,这个压力交流反过来影响压力测量(看下面的讨论)随着流动性的减弱,冲突超压的风险增加。但是,超压效应通常是不发生在流动性高于5mD/储层中的用别是在第一次测试中,在这次测试中工具估算了储层参数(图11。在试验中所选择的测试方法要与受泵影响的压力曲线相符合。这使压力读数连续,使稳态”现象(图11。但是,这一现象对流动估算没有影响。在第一次和第二次测试中最高的相关差值大约为4%,在第二次和第三次测试中有99%的相关性。对于P*,每次独立测试的差值都可以像观察P 样观察出来。就象先前所描述的,这些差值大部分是由在后期压力上升阶段持续的压力变化引起的,在压力上升阶段储层流动接近于零。最近的一个例子,一个P*示了P*值在三次测试程序中的增长(图 6)。就像所期望的,这些值仍然低于所测得储层压力大约1个观察结果能够用于保持储层超压的初次显示。超压和压力随时间的分布:在高流动性储层,泥饼的生成是很快的,可以很好的封闭储油层的压力(图12)。另外,由于泥饼的可渗透性和高的储层渗透性,大量被挤进储层的泥浆滤出液快速的消散在储层中。相反的,在低流动性环境下,泥浆滤出液的消散受到限制,所以降低了起封堵作用的泥饼增长速率,也使井壁周围区域的压力超载成为可能。在流动值低于5cD/突超压或致密储层效应的风险较高。原打算用大的容量的降低来泵出(产生)超载压力。现在知道这个方案是不可行的,甚至有可能是无效的。相对来说在只能有小的内部系统容量而不是大的。小的容量下降使更好的控制超气泡点压力或者超砂表面反堵塞作用成为可能,这些都可能导致突然的不可预期的压力变化和储层损坏。最低限度的,随钻储层压力测量能够帮助探测和估计超压。利用三个方面可以直接从测试结果中得到: 低于5mD/力增长率太高(如大于1而导致的测试时间超出。 在一个优化了的测试循环中进行的重复测试中所得到的最终增长的压力没有很好的接近。下面的四个方面(附加的)可以在工具存储器被提起、数据被翻译后得到: 泵量脉动测量过程中压力数据中的环形噪音的增长 在测量周期内三次独立P 压力随时间的消耗: 下钻过程的变化函数。钻井过程的变化函数。重测井过程的变化函数。提钻过程的变化函数。 P(t)与P*关系,如果ΔP = P(t) – P*大于零动降低 也利用了 积累率 来计算储层流动性并且估计出层压力P*。后者可以用来与测得储层压力P 2000)。如由电缆得到的13),在压力上升阶段的后期可以观察到一个特殊的压力特性,此处的储层比率约为零,使数据形成了“曲棍球棒”形状的压力变化。这个形状表示了当有少量流体由储层流出时的压力增长,由于压力增长不是由储层流体所致,那么一定是井筒压力(000)。在所举的这个例子中,钻井在大约值为2700压值的变化通过在测试深度的渗透率来观察。在密储层中的相似效应可以被观察到,这个观察过程发生在优化测试程序中的第二次测试中(图14),最后的增长压力P 不仅导致了P*到P 使给定的线性回归线由于曲线“曲棍球棒”的形状而发生了偏移。但是如果剔出归线将趋向图的底部,使原始压力P*差值达到了150低流动储层的比较:数值仿真可以帮助来确定和估计超压值。在高渗透率储层(比如= 100 因为泥浆滤出液快速的相储层中渗透,可以使有效地封闭泥饼可以快速形成。由于储层渗透率为100 且泥饼渗透率从刚开始的与储层渗透率相同到一个小时后降低到几乎不可渗透(( 在对数关系中形成的是直线,图15),用这些可以得到下面的数值分析(图16):一旦钻头进入储层,使砂暴露在流体静压下,近井壁处的砂表面压力将大幅度的增高。砂表面压力随着泥饼渗透率的降低开始降低。其下降速度快的原因是由于储层的压力较高(具有较高的分散超压得能力)。在大约不到一个小时之后,砂表面压力与储层原始压力完全相同,这时可以进行压力测试。但是,在实际的较低的流动性环境中进行( 9 mD/两次压力测试是在 9分钟的时间差距内完成的,而第一次测试是在钻达储层后一个半小时才进行的(图17)。泥浆的砂桥对砂表面的封闭作用要比模型所提供的封闭作用大。与高流动性储层相比,低流动性储层显示了完全不同的特点,假设储层流动性值为 1mD/饼渗透率随时间降低,由与储层渗透率相同到一个小时后的基本不渗透( 图18),很明显这个井壁周围砂表面压力与储层压力的平衡过程在一个小时内并没有完成。模型估计了一个13019)。这由储层和泥饼渗透率的关系得到。一个小时后(kf/10,000),低流动性环境下的关系曲线低于高流动性环境的关系曲线(kf/ 333,000)。所以,泥饼渗透率对井壁周围压力区域的影响也比低流动性或渗透率储层情况下的影响要大。这也说明了为什么在模拟中出现压力不稳定以及“渗漏泥饼”作用。把这些结果与曲棍球棒”形状效应就显现出来了。把这些结果与具在低流动性环境下(M = 0.6 mD/距27分钟的时间内测量到超压的降低 21一次测试是在钻达储层 果讨论:从上面讨论得到的证据,对在致密和超压环境下的压力测量的不同影响因素可以引申到下面几个方面:  开钻到测量的时间 过平衡压力 泥浆固相以及颗粒直径对井壁孔隙封闭的作用而且,由于在钻进过程中稳定器和钻头从孔底回拉时对泥饼的切削作用,从而影响泥饼质量。结果,漏失引发新的滤出液的侵入并产生持续的超压作用。在高流动性环境下,这个压力可以很快地分散到储层中去,所以不影响储层真是压力测量的准确性。如果测试用双封隔器来进行,除非大部分的侵入容量被泵出,否则测试结果是一样的,因为钻进之后的时间作用是最重要的因素。利用双封隔器,如果流动性值低于1 mD/0.1 mD/壁周围的超压甚至不能在伸出时间内被平衡。如果是过平衡钻井就会产生井壁周围的超压。在大泵出容量的情况下,压力甚至可以降低到储层压力值,并以“明显的放空压力”的形式被测量。在致密储层如流动值低于5 mD/的压力测量的关键因素将是调整过平衡压力到最小绝对值,所以为增压作用而降低驱动压力,同时提高钻进效率并保证井壁的稳定性。结果,我们可以通过对为作人员必须进行培训怎样在钻井环境下来运用这些特性,特别是在低流动性储层环境下。这一工具是在装拍了石英压力计来实现操作的快速性,并运用了自动优化重复测试技术来保证其稳定性,所以它可以给操作人员提供完全可信的测量数据。增压作用在测试之后可以通过上行数据直接得到。致密储层可以直接被识别,可以通过钻后即时或滞后的附加储层压力的测试来分析和研究增压量。滞后测量可以在提钻后进行,并确定数据点,这样就可对致密储层中的压力随时间分散来进行研究。因为工具允许储层压力测量在短时间内进行,这些数据要优于一次长时间单独测试所取得的数据。而且,钻井过程在不同程度的卡钻环境和长论: 描述了新的有效地运用了FRA技术优化了随钻储层压力测量的LWD-FPT服务工具。 这个工具可以根据储层流动性利用自动环路优化测试程序对压力进行重复测试。 优化重复测试可以保证数据的真实性也可以在每次测试后通过上行数据对压力测试进行监控。 LWD-FPT服务机构提供非常快速和可靠的储层压力测试,甚至在非常低流动性的环境下也能提供这样的服务。 通过对比下钻、钻进和提钻过程,压力随时间的分散特性可以快速的被确定以判断增压的数值 操作者通过对ECD的积极运用和钻井液固体成分的调整来影响致密和增压储层压力测试的准确性。致谢作者要感谢贝壳休斯公司在准备和提供LWD-
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