Устройство для определения характеристик пласта в нисходящей скважине и способ определения характеристик пласта в нисходящей скважине

 

Использование: в области исследований нисходящих скважин, при определении проницаемости формации, давления пластовой жидкости и взятия проб пластовой жидкости. Устройство содержит испытатель пластов на трубах с камерой для образца, пакерный узел, узел генерирования импульсов давления в пластовой жидкости с входным отверстием, чувствительный элемент для детектирования переходного процесса в давлении пластовой жидкости, откачивающий узел, узел для измерения по меньшей мере одного физического параметра. Пакерный узел может содержать пару разнесенных выше и ниже входного отверстия узла генерирования импульсов давления упругих элементов для изоляции внешней поверхности испытателя. Упругие элементы выполнены полыми и имеют приспособление для надувания и сдувания упругих элементов. Устройство может содержать приспособление для регулирования скорости потока жидкости между пластом и испытателем. Устройство может содержать до трех трубопроводов проточных линий, размещенных вдоль испытателя. Устройство может содержать прецизионный манометр и узел измерения по меньшей мере одного физического параметра, а также дополнительные камеры для образцов пластовой жидкости. Способ осуществляется посредством спуска в скважину устройства для определения характеристик пласта с входным отверстием, обеспечивающим жидкостную связь между пластовой жидкостью и внутренностью устройства, генерирования импульсов давления в пластовой жидкости, регулирования скорости потока жидкости, определения неустановившегося давления пласта, создаваемого устройством. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к исследованиям нисходящей скважины и используется при определении проницаемости формации, давления пластовой жидкости и взятия проб пластового флюида.

Известно устройство, содержащее испытатель пласта на трубах с камерой для образца, пакерный узел и узел генерирования импульсов давления в пластовой жидкости с входным отверстием и предназначенное для отбора проб пластовой жидкости, измерения градиента давления и определения проницаемости формации.

Известен способ определения характеристик пласта в нисходящей скважине, включающий спуск в скважину устройства для определения характеристик пласта с входным отверстием, обеспечивающим жидкостную связь между пластовой жидкостью и внутренностью устройства, генерирование импульсов давления в пластовой жидкости. Определение характеристик пласта проводят путем анализа проб пластовой жидкости.

Недостатком данных технических решений является недостаточно большая глубина исследований формации.

Задачей предлагаемого изобретения является обор проб жидкости формации при больших скоростях потока без снижения давления ниже температуры начала кипения жидкости формации, получение более точных результатов проницаемости при больших глубинах исследования, чем в известных решениях, возможность управлять потоком во время создания импульса давления, который повышает точность определения проницаемости, а также возможность при одном спуске инструмента получить профиль давления в зоне исследования, выполнить анализ жидкости при каждой остановке, извлечь множество незагрязненных образцов жидкости при давлениях выше температуры начала кипения, определить вертикальную и горизонтальную проницаемости при каждой остановке инструмента, осуществить широкомасштабный тест при наращивании давления.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения характеристик пласта, содержащее испытатель пластов на трубах с камерой для образца, пакерный узел, узел генерирования импульсов давления в пластовой жидкости с входным отверстием, снабжено чувствительным элементом для детектирования переходного процесса в давлении пластовой жидкости откачивающим узлом для измерения по меньшей мере одного физического свойства жидкости.

В частном случае пакерный узел содержит пару разнесенных выше и ниже входного отверстия узла генерирования импульсов давления упругих элементов для изоляции внешней поверхности испытателя, упругие элементы выполнены полыми и имеют приспособление для надувания и сдувания упругих элементов. Приспособление для надувания и сдувания упругих элементов включает насос, по крайней мере одну проточную линию, соединяющую насос с полостями упругих элементов и узел управления проточной линией при надувании и сдувании упругих элементов. Насос и часть проточной линии размещены в откачивающем узле испытателя, а узел управления проточной линией, упругие элементы и другая часть проточной линии размещены в пакерном узле.

Также в частном случае узел генерирования импульсов давления содержит размещенное в проточной линии приспособление для регулирования скорости потока жидкости между пластом и испытателем. Приспособление для регулирования скорости потока может содержать чувствительный к потоку элемент, регулируемый ограничивающий элемент, контроллер для регулирования ограничивающего элемента. Проточная линия может быть размещена по всей длине испытателя и выполнена в виде трубопровода. Устройство может быть снабжено дополнительной камерой для образца и вторым трубопроводом проточной линии, размещенным вдоль испытателя возможностью сообщения с первым трубопроводом. Устройство может быть снабжено прецизионным манометром, третьим трубопроводом, гидравлически связанным со вторым трубопроводом, узлом измерения по меньшей мере одного физического свойства пластовой жидкости, прецизионным манометром и внешней поверхностью испытателя. Устройство может быть снабжено узлом для выборочной перекачки жидкости, связанным со всеми трубопроводами. Прецизионный манометр может быть размещен в испытателе за пределами изолированного пакерами участка скважины и соединен с дополнительной камерой для образца, связанной посредством проточной линии с пластовой жидкостью.

В способе для определения характеристик пласта в нисходящей скважине, включающем спуск в скважину устройства для определения характеристик пласта с входным отверстием, обеспечивающим жидкостную связь между пластовой жидкостью и внутренностью устройства и генерирование импульсов давления в пластовой жидкости, осуществляют регулирование скорости потока жидкости между пластовой жидкостью и опускаемым в скважину устройством для предотвращения снижения давления жидкости пласта, текущей во входное отверстие, ниже давления, вызывающего ее кипение и определяют давление пласта создаваемого устройством.

В частном случае осуществляют герметичное отделение сегмента скважины от жидкости, расположенной выше и ниже входного отверстия посредством пакера, а также способ может включать измерение физического свойства жидкости пласта.

На фиг.1 представлена схема устройства, иллюстрирующая некоторые составляющие узлы, далее модули, которые могут быть частью устройства; на фиг.2 схема дополнительных узлов, далее модулей, которые могут быть частью устройства.

Устройство А это инструмент нисходящей скважины, который спускают в буровую скважину на трубах, представляющих собой линию проводной связи для проведения проверок свойств формации. Линия проводной связи соединяется с инструментом, а также подает питание и обеспечивает связи, относящиеся к электронике. Силовые линии и линии связи, которые тянутся по длине инструмента показаны позицией 8. Эти составляющие силового питания и связи известны в данной области техники и были в промышленном применении. Этот тип управляющего оборудования устанавливают на самом верхнем конце инструмента, примыкающем к соединению проводной линии связи с инструментом с электрическими линиями, идущими через инструмент к различным составляющим.

Устройство (фиг. 1) имеет гидравлический силовой модуль С, включающий узел, генерирующий импульсы давления в пластовой жидкости, пакерный узел - далее модуль Р и исследовательский узел, далее модуль Е. Исследовательский модуль Е показан с одной исследовательской сборкой 10, которая используется для тестов изотропной проницаемости. При использовании инструмента, чтобы определить анизотропную проницаемость и вертикальную структуру резервуара, многопробниковый модуль F может быть добавлен к исследовательскому модулю Е. Многопробниковый модуль F имеет горизонтальную исследовательскому сборку 12 и погружную исследовательскую сборку 14.

Гидравлический силовой модуль С включает насос 16, резервуар 18 и двигатель 20, чтобы управлять действием насоса. Нижний масляный выключатель 22 также образует часть управляющей системы и используется в регулировании работы насоса 16. Следует заметить, что согласно изобретению работа насоса может быть управляемой пневматическим или гидравлическим средством.

Гидравлическая линия жидкости 24 присоединяется к выпуску насоса 16 и проходит через гидравлический силовой модуль С и в примыкающие модули для использования в качестве гидравлического силового источника. В примере осуществления, показанного на фиг.1, гидравлическая линия жидкости 24 тянется через гидравлический силовой модуль С в пакерный модуль Р и исследовательский модуль Е или F в зависимости от того, какой из них используется. Петля замыкается посредством гидравлической линии жидкости 26, которая на фиг.1 тянется из исследовательского модуля Е обратно в гидравлический силовой модуль С, где она заканчивается в pезеpвуаpе 18.

Выкачивающий узел, далее модуль М может быть использован, чтобы вытеснять нежелательные образцы посредством выкачивания по проточной линии 54, выполненной в виде трубопровода, в буровую скважину, или может быть использован, чтобы качать жидкости из буровой скважины в проточную линию 54, чтобы расслаблять не совпадающие с вертикальной осью пакеры 28 и 30. Устройство может содержать насос 92, чтобы вытягивать из проточной линии 54 и избавляться от нежелательного образца через проточную линию 95 (фиг.2), или чтобы качать жидкость из буровой скважины (через проточную линию 95) в проточную линию 54. Выкачивающий модуль М имеет необходимые управляющие устройства, чтобы регулировать насос 92, и встроенную линию жидкости 54 с линией жидкости 95, чтобы завершать процедуру откачивания. Следует заметить, что запасенные образцы в модулях S с камерами образцов могут быть также выкачены из прибора А, используя выкачивающий модуль М.

С другой стороны, согласно изобретению не совпадающие с вертикальной осью пакеры 28 и 30 могут быть надуты и спущены гидравлической жидкостью из насоса 16. Выборочное приведение в действие выкачивающего модуля М, чтобы привести в действие насос 92, сочетающийся с выборочным действием управляющего клапана 96 и надувающим и спускающим средством 1, может дать в результате выборочного надувания или спускания пакеров 28 и 30. Пакеры 28 30 устанавливаются на внешней периферии 32 прибора А. Пакеры 28 и 30 предпочтительно конструируются из упругого материала, совместимого с жидкостями и температурами буровой скважины. Пакеры 28 и 30 имеют полость. Когда насос 92 находится в действии и надувающее средство 1 установлено должным образом, то жидкость из проточной линии 54 проходит через надувающее/спускающее средство 1 и через проточную линию 38 к пакерам 28 и 30.

Как показано на фиг. 1, исследовательский модуль Е имеет исследовательскую сборку 10, которая является частично подвижной к прибору А. Движение исследовательской сборки 10 инициируется посредством действия приводного механизма пробника 40. Приводной механизм пробника 40 ставится в один ряд с проточной линией 24 и 26 с проточными линиями 42 и 44. Как видно из фиг.1, пробник 46 устанавливается на раме 48. Рама 48 является подвижной по отношению к прибору А и пробник 46 является подвижным по отношению к раме 48. Эти относительные движения инициируются контроллером приводного механизма 40 направлением жидкостей из проточных линий 24 и 26 выборочно в проточные линии 42 и 44, причем так, что рама 48 первоначально перемещается наружу в контакт со стенкой буровой скважины. Вытягивание рамы 48 помогает установить инструмент во время использования и фиксирует пробник 46 так, что он примыкает к стенке буровой скважины. Так как цель заключается в получении точного отсчета прохождения волны давления внутри жидкостей формации, то желательно подальше ввести пробник 46 в формацию и через грязевой пирог. Таким образом, последовательное расположение проточной линии 24 с проточной линией 44 приводит в результате к относительному перемещению пробника 46 в формацию посредством относительного движения по отношению к раме 48. Действие пробников 12 и 14 аналогично.

Измерения проницаемости могут быть выполнены многопробниковым модулем F, опуская прибор А в буровую скважину, и надувая пакеры 28 и 30. Следует заметить, что такие измерения могут быть произведены, используя исследовательские модули Е или Е и F без пакерного модуля Р, не отступая от сущности изобретения. Пробник 46 тогда устанавливается в формацию как описано выше. Следует заметить, что аналогичная процедура следует, когда используется многопробниковый модуль F и исследовательский модуль Е, которые содержат вертикальный пробник 46, и горизонтальный пробник 12 и погружной пробник 14.

Имея надутые пакеры 28 и 30 и/или установленный пробник 46 и/или пробники 46, 12, 14, можно начинать проверку формации. Проточная линия образцов 54 тянется из внешней периферии 32 в точке между пакерами 28 и 30 через примыкающие модули и в модуль образцов S. Вертикальный пробник 46 и погружной пробник 14 позволяют вход жидкостей формации в проточную линию образцов 54 через соответствующую измерительную ячейку, являющуюся чувствительным элементом для детектирования переходного процесса в пластовой жидкости, измеряющего давление устройства и предварительный испытательный механизм. Горизонтальный пробник 12 позволяет вход жидкостей формации в измеряющее давление устройство и предварительный испытательный механизм. Когда используется модуль Е или Е и F, изолирующий клапан 62 устанавливается вниз по течению от датчика удельного сопротивления 56. В закрытом положении изолирующий клапан 62 ограничивает внутренний объем проточной линии, улучшая точность динамических измерений, выполненных манометром 58. После того, как выполнены первоначальные поверки давления, изолирующий клапан 62 может быть открыт, чтобы допустить поток в другие модули. Когда берутся первоначальные образцы, существует серьезное предположение, что полученная первая жидкость загрязнена комками бурового раствора и фильтратом. Желательно удалить такие загрязнения из образца, который должен быть взят. Соответственно выкачивающий модуль М используется, чтобы первоначально удалить из прибора А пробные экземпляры жидкости формации, взятые через впускное отверстие 64 или вертикальный пробник 46, или погружной пробник 14 в проточную линию 54. После соответствующего вымывания сильным напором струи загрязнителей из прибора А жидкость формации может продолжать течь через проточную линию образцов 54, которая тянется через примыкающие модули такие, как модуль прецизионного давления. В анализирующий жидкость модуль D, выкачивающий модуль М (фиг.2), и может быть состыковано множество модулей S с камерами образцов без необходимого возрастания общего диаметра инструмента. Инструмент может взять гораздо больше образцов до его извлечения на поверхность, и может быть использован в скважинах с более малым диаметром.

Приспособление для регулирования скорости потока жидкости между пластом и испытателем (далее управляющий потоком модуль) N включает чувствительный к потоку элемент датчик потока 66, выборочно ограничивающий элемент типично клапан 70 и контроллер потока для регулирования ограничивающего элемента 68. Заранее определенный объем образца может быть получен на конкретной скорости при использовании оборудования, описанного выше, и в соединении с резервуаром 72 и резервуаром 74. Получив образец, модуль S с камерой образца может эксплуатироваться, чтобы хранить образец, взятый в управляющем потоком модуле N. Чтобы совершить это, клапан 80 открывается, в то время как клапаны 62, 62А и 62В держатся закрытыми, таким образом направляя образец, только что взятый, в камеру 84 в модуле S с камерой образца. Инструмент затем может быть передвинут в другое место и процесс повторен. Дополнительно взятые образцы могут быть запасены в любом количестве дополнительных модулей S с камерами образцов, которые могут быть прикреплены соответствующим расположением клапанов. Например, как показано на фиг.2, там иллюстрируется две камеры образцов. После заполнения верхней камеры под действием клапана 80, следующий образец может запасен в самом нижнем модуле S с камерой образца по средствам открытия клапана 88, присоединенного к камере 90. Следует заметить, что каждый модуль с камерой образца имеет свою собственную управляющую сборку, показанную на фиг.2 как 92 и 94. Любое число модулей S с камерами образцов или без модулей с камерами образцов может быть использовано в конкретной конфигурации инструмента в зависимости от того, какое исследование должно быть проведено.

Как показано на фиг.2, проточная линия образцов 54 также тянется через модуль прецизионного давления В и через анализирующий жидкость модуль D. Измерительный прибор 98 предпочтительно должен быть установлен как можно ближе к пробникам 12, 14 или 46, чтобы уменьшить внутренний трубопровод, который, вследствие сжимаемости жидкости, может воздействовать на чувствительность измерения давления. Прецизионный измерительный прибор 98 более чувствителен, чем прибор 58, и используется для более точных измерений давления относительно времени. Измерительный прибор 98 может быть кварцевым манометром, который имеет более высокую статическую точность или разрешение, чем прибор 58. Может также применяться соответствующее размещение клапанов и управляющих механизмов, чтобы совершать комбинированные действия измерительного прибора 98 и измерительного прибора 58, чтобы воспользоваться преимуществом их различия в чувствительностях и способности выдерживать разности в давлениях.

Могут применяться различные конфигурации прибора А в зависимости от цели, которая должна быть достигнута. Для основного отбора образцов может быть использован гидравлический силовой модуль С в сочетании с электрическим силовым модулем L, исследовательским модулей Е и многочисленными модулями S с камерами образцов. Для определения давления в резервуаре может быть использован гидравлический силовой модуль С с электрическим силовым модулем L, исследовательским модулем Е и модулем прецизионного давления В. Для незагрязненного отбора образцов в условиях резервуара может быть использован гидравлический силовой модуль С, исследовательским модулем Е, анализирующим жидкость модулем D, выкачивающим модулем М и многочисленными модулями S с камерами образцов. Чтобы измерить изотропическую проницаемость может быть использован гидравлический силовой модуль С в сочетании с электрическим силовым модулем L, исследовательским модулем Е, модулем прецизионного давления В, управляющим потоком модулем N и многочисленными модулями S с камерами образцов. Для измерений анизотропической проницаемости может быть использован гидравлический силовой модуль С с исследовательским модулем Е, многопробниковым модулем F, электрическим силовым модулем L, модулем прецизионного давления В, управляющим потоком модулем N и многочисленными модулями S с камерами образцов. Для получения образца жидкости пласта и испытания пласта для оценки продуктивности скважины используют электрический силовой модуль L с пакерным модулем Р и модулем прецизионного давления В и модулем S с камерами образцов. Другие конфигурации также возможны, и создание таких конфигураций также зависит от целей, которые достигаются инструментом. Инструмент может иметь целиковую конструкцию также, как и модульную, однако модульная конструкция позволяет большую гибкость и меньшую стоимость для пользователей, не требующих всех свойств.

Отдельные модули могут быть сконструированы так, что их можно быстро присоединить друг к другу.

Следует заметить, что управляющий потоком модуль N также приспосабливается, чтобы управлять давлением в то время, когда берется образец.

Использование пакерного модуля Р позволяет брать образец через входное отверстие 64 втягиванием жидкости формации из секции бурового колодца, помещенной между пакерами 29 и 30. Эта увеличенная область поверхности бурового колодца допускает использовать большие скорости потока без риска снижения давления образца до температуры начала кипения жидкости формации, таким образом создавая нежелательный газ, который влияет на результаты проверки проницаемости.

Дополнительно использование прибора А позволяет использование многочисленных пробников на расстоянии гораздо большим, чем несколько сантиметров, как описывается в патенте США N 2747401. Для того, чтобы определить проницаемость формации, не затронутой повреждением от бурения и вторжением в формацию, необходимо исследовательское пространство в соседстве от шести до двенадцати футов и больше. Известные пробники с линиями проводной связи представляют трудности в расстановке пробников с указанными величинами, потому, что скорость выкачивания жидкости и, следовательно, величина импульса давления ограничивается вследствие малой области исследуемой стенки буровой скважины.

Управление потоком образца также позволяет использовать разные скорости потока, чтобы определить скорость потока, при которой песок удаляется из формации наряду с жидкостями формации. Эта информация полезна при различных усиливающих извлечение процедурах. Управление потоком также полезно при получении выразительных образцов жидкости формации настолько быстро, насколько возможно, чтобы минимизировать вероятность зажимания проводной линии и/или инструмента из-за бурового раствора, просачивающегося в формацию в ситуациях с высокой проницаемостью. В ситуациях с малой проницаемостью управления потоком полезно чтобы не допускать сброс давления образца жидкости формации ниже ее температуры начала кипения.

В итоге гидравлический силовой модуль обеспечивает основную гидроэнергию для прибора А ввиду агрессивных условий, которые встречаются в буровой скважине, может быть использован бесщеточный двигатель постоянного тока для приводного насоса 16. Бесщеточный электродвигатель может быть помещен в корпус с жидкой средой и включать в себя детектор для использования при включении поля электродвигателя.

Исследовательский модуль Е и многопробниковый модуль F включают в себя устройство измерения удельного сопротивления 56, которое различает, воду, служащую основой для буровых растворов, фильтрат и жидкость формации, когда анализирующий жидкость модуль D не включен в прибор А. Клапан 62 минимизирует поле потока, когда выполняется определение проницаемости. Анализирующий жидкость модуль D спроектирован так, чтобы разделять нефть, газ и воду. В силу его способности детектировать газ, анализирующий жидкость модуль D может быть также использован в соединении с выкачивающим модулем М, чтобы определять температуру начала кипения в формации.

Управляющий потоком модуль N дополнительно включает в себя средство для определения положения поршня, которое используют в зонах с низкой проницаемостью, где скорость потока может быть такой недостаточной, чтобы заполнить модуль. Скорость потока может быть такой малой, что ее трудно измерить, таким образом, обнаружение положения поршня позволяет узнать объемное количество, которое следует отбирать в качестве пробы.

Формула изобретения

1. Устройство для определения характеристик пласта в нисходящей скважине, содержащее испытатель пластов на трубах с камерой для образца, пакерный узел, узел генерирования импульсов давления в пластовой жидкости с входным отверстием, отличающееся тем, что оно снабжено чувствительным элементом для детектирования переходного процесса в давлении пластовой жидкости, откачивающим узлом, узлом для измерения по меньшей мере одного физического свойства жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пакерный узел содержит пару разнесенных выше и ниже входного отверстия узла генерирования импульсов давления упругих элементов для изоляции внешней поверхности испытателя, упругие элементы выполнены полыми и имеют приспособление для надувания и сдувания упругих элементов.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приспособление для надувания и сдувания упругих элементов включает насос, по крайней мере одну проточную линию, соединяющую насос с полостями упругих элементов, и узел управления проточной линией при надувании и сдувании упругих элементов.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что насос и часть проточной линии размещены в откачивающем узле испытателя, а узел управления проточной линией, упругие элементы и другая часть проточной линии размещены в пакерном узле.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел генерирования импульсов давления содержит размещенное в проточной линии приспособление для регулирования скорости потока жидкости между пластом и испытателем.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что приспособление для регулирования скорости потока содержит чувствительный к потоку элемент, регулируемый ограничивающий элемент, контроллер для регулирования ограничивающего элемента.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что проточная линия размещена по всей длине испытателя и выполнена в виде трубопровода.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что узел генерирования импульсов давления содержит трубопровод проточной линии.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной камерой для образца и вторым трубопроводом проточной линии, размещенным вдоль испытателя с возможностью сообщения с первым трубопроводом.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено прецезионным манометром, третьим трубопроводом, гидравлически связанным с вторым трубопроводом, узлом измерения по меньшей мере одного физического свойства пластовой жидкости, прецезионным манометром и внешней поверхностью испытателя.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что оно снабжено узлом для выборочной перекачки жидкости, связанным со всеми трубопроводами.

12. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что прецезионный манометр размещен в испытателе за пределами изолированного пакерами участка скважины и соединен с дополнительной камерой для образца, связанной посредством проточной линии с пластовой жидкостью.

13. Способ определения характеристик пласта в нисходящей скважине, включающий спуск в скважину устройства для определения характеристик пласта с входным отверстием, обеспечивающим жидкостную связь между пластовой жидкостью и внутренностью устройства, генерирование импульсов давления в пластовой жидкости, отличающийся тем, что осуществляют регулирование скорости потока жидкости между пластовой жидкостью и опускаемым в скважину устройством для предотвращения снижения давления жидкости пласта, текущей во входное отверстие, ниже давления, вызывающего ее кипение, и определение неустановившегося давления пласта, создаваемого устройством.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что осуществляют герметичное отделение сегмента скважины от жидкости, расположенной выше и ниже входного отверстия, посредством пакера.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что операция генерирования импульсов включает обеспечение линии связи потока между пластом и устройством.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что он включает измерение физических свойств жидкости пласта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2