[发明专利]用于地层测试的泵控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质层组测试，更具体地，本发明涉及对地层测试工具的泵或流体转移单元(FDU)的控制。

背景技术

一般将钻井钻入土地或海床中以采取油或气体的天然沉积物以及储藏在地壳内地质层组中的其他所需的材料，通常使用装接在“钻具(或钻杆柱)”的下端的钻头进行钻井。通常经由钻具将钻井流体或“泥浆”向下泵送到钻头。钻井流体润滑并冷却钻头，并且它在钻具和井孔壁之间的环状空间内将钻井岩屑带回到地面上来。

为了成功进行油和气勘探，必需有关于被井孔穿透的地下地层的信息，例如，标准地层评估(或评价)的一个方面涉及地层压力和地层渗透性的测量，这些测量对预测地下地层的开采能力和生产寿命是必不可少的。

一种用于测量地层性质的技术包括将一“测井电缆”工具下降到钻井中以测量地层性质。测井电缆工具是一种测量工具，当它被下降到钻井中时，它从金属丝悬伸出，以使得它能测量所希望的深度的地层性质。典型的测井电缆工具可以包括一个探测器，该探测器可以被压靠在井壁上以与地层建立流体连通，该类型的测井电缆工具通常称为“地层测试仪”。利用探测器，地层测试仪测量地层流体的压力，产生用来确定地层渗透性的压力脉冲。地层测试仪工具通常还取回地层流体的样品以便稍后进行分析。

为了使用任何测井电缆工具，无论该工具是电阻率、孔隙率测试工具还是地层测试工具，都必须将钻具从钻井中取出，以便能将工具下降到钻井中。这称为井下“起出钻杆”(或“脱离”井下)。此外，必须将测井电缆工具降低到感兴趣的区域，一般在井孔的底部或井孔的底部附近。取出钻具和将测井电缆工具下降到井下加在一起是耗时的措施，并且取决于井孔的深度，可能要花费几个小时。由于“起出(或脱离)”钻杆和将测井电缆工具下降到井孔需要很大的费用和钻机在用时间，所以一般仅仅在绝对需要信息时或在出于另一个原因如更换钻头而起出钻具时使用测井电缆工具。例如在美国专利第3934468、4860581、4893505、4936139和5622223号中描述了测井电缆地层测试仪的示例。

由于测井电缆技术的改进，在钻井系统中使用位于钻头附近的工具和设备测量地层性质的技术已经发展起来，因而，在钻井过程中进行地层测量，并且在本领域中通常使用的术语是“MWD”(钻井时测量)和“LWD”(钻井时测井)，可在市场上买到各种井下MWD和LWD钻井工具。此外，能在在其下端没有钻头但用来使井孔中的泥浆循环的带地层测试仪的钻具中进行地层测量。

MWD通常指的是对钻头轨迹以及井孔温度和压力的测量，而LWD指的是对地层参数或性质的测量，尤其如电阻率、孔隙率、渗透性和声速。实时数据如地层压力使得钻井公司在钻井过程中能够作出关于钻井泥浆重量和成分的决定以及关于钻速和钻压(weight-on-bit)的决定，LWD和MWD之间的差别与本发明没有密切关系。

在钻井工具能执行各种井下地层测试时的地层评估通常包括一小的探测器或一对封隔器，探测器或封隔器能从钻铤伸出以在地层和工具内的压力传感器之间建立液压连接使得可以测量地层流体压力。一些现有的工具用泵主动将流体样品从地层抽出，以使得可以将流体样品存储在工具内的样品室中以便稍后进行分析，这种泵可以由钻具中的发生器提供动力，发生器由沿着钻具流动的泥浆驱动。

然而，如人们能想象到的，在任何地层测试工具，测井电缆或MWD中的任一个，中包含的多个运动部件可能导致设备故障或导致性能达不到最佳。此外，在各有效深度，要经受相当大的流体静压力和高温，从而使问题变得更复杂。更进一步，地层测试工具工作在既与地层又与钻井条件有关的各种各样的条件和参数下。

因而，需要改进的井下地层评估工具和用于操作与控制该工具的改进的技术，以使得这种井下地层评估工具更可靠、更有效率并可适应地层和泥浆循环条件。

发明内容

在一个实施例中，披露了一种用于井下工具的流体泵系统，其与位于穿透地下地层的井孔中的管柱相连，该系统包括与地层和井孔中的至少一个流体连通的泵，且泵由向下流过管柱的泥浆提供动力，泵与控制器相连，控制器基于至少一个参数控制泵的速度，所述至少一个参数选自包括泥浆体积流量、工具温度、地层压力、流体流动性、系统损失、机械载荷极限(或限制或者界限)、井孔压力、可用功率、电力负载极限(或限制或者界限)及其组合的组。