[发明专利]用来在钻探期间确定地层完整性和最佳钻探参数的方法

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及穿过地下岩层钻井的领域。更具体地说，本发明涉及用来在钻探期间确定和保持最佳井孔流体压力、和使用井孔流体压力响应测量来确定地层完整性和最佳钻探操作参数的方法。

背景技术

从地下岩层中勘探油气和油气的生产要求装置到达岩层和从岩层提取油气。这样的装置典型地是从地面到地下含油气岩层的井孔。井孔使用钻具钻探。按其最简单形式，钻具是用来支撑钻头的装置，该钻头安装在称作“钻杆组”的管子的端部上。钻杆组典型地由钻杆节或类似管状段形成，这些钻杆节或类似管状段用螺纹端对端地连接。钻杆组在地面处由钻具结构沿纵向支撑，并且可以由与钻具相联接的装置转动，这些装置如顶部驱动、或凯利(kelly)/凯利方钻杆组件。由基础流体-典型地水或油、和各种添加剂组成的钻探流体沿在钻杆组中的中央开口向下泵送。流体穿过在转动钻头的本体中的开口离开钻杆组，这些开口叫做“喷口”。钻探流体然后在井孔壁与钻杆组之间形成的环形空间中向地面循环返回，将岩屑从钻头处带走，以便清理井孔。钻探流体的组成还使得由钻探流体施加的流体压力典型地大于周围地层流体压力，由此防止地层流体进入井孔以及井孔坍塌。然而，这样的组成也必须保证，静压力不超过由井孔暴露的地层将破裂(断裂)的压力。

在本技术领域中已知的是，由钻探流体施加的实际压力(“流体动力学压力”)与其以上解释的组成、其流变性能-如粘度、及钻探流体穿过钻杆组运动到井孔中的速率有关。在本技术领域中也已知的是，通过对于钻探流体从井孔穿过环形空间的排出的适当控制，有可能在钻杆组与井孔壁之间的环形空间中，施加超过静压力和动压力一个选定量的压力。已经开发出被称为“动态环形压力控制”(Dynamic Annular Pressure Control，DAPC)系统的多种钻探系统，这些系统进行上述的流体排出控制。一种这样的系统公开在例如美国专利No.6,904,981中，该美国专利颁发给van Riet，并且转让给本发明的受让人。在‘981专利中公开的DAPC系统包括流体背压系统，在该流体背压系统中，来自井孔的流体排出被选择性地控制以维持在井孔底部处的选定压力，并且将流体沿钻探流体返回系统向下泵送，以在当关闭泥浆泵(并且没有泥浆被泵送过钻杆组)时的时间期间维持环隙压力。进一步提供压力监视系统，以监视探测的井孔压力、用于进一步钻探的模型期望井孔压力，并且控制流体背压系统。美国专利No.7,395,878描述了一种不同形式的DAPC系统，该美国专利颁发给Reitsma等人，并且转让给本发明的受让人。

钻探流体的组成、和当使用时对于流体排出的补充控制-例如通过使用DAPC系统，用于在钻探期间在井孔中提供选定流体压力。这样的流体压力如以上解释的那样被选择成使得来自一定地下地层的孔隙的流体压力不进入井孔，从而井孔在继续钻探操作期间保持力学稳定，并且从而暴露的岩层在钻探操作期间不会因液压而断裂。具体地说，DAPC系统在钻探操作期间提供增强的控制在井孔中的流体压力的能力，而不需要彻底地重新组成钻探流体。如在以上提到的各专利中所解释的那样，使用DAPC系统也可以使穿过具有流体压力和断裂压力的地层钻探井孔成为可能，从而仅使用配置的钻探流体和来自井孔的非受控流体排出的钻探基本上是不可能的。

然而，正确井孔流体压力的选择，甚至当使用DAPC系统时，也要求至少先期地估计被钻探地层的流体压力和断裂压力。在本技术领域中已知的用来估计这样的压力的技术包括地震勘测和重力勘测的分析。其它技术可以包括使用来自附近井孔的实际钻探测量结果和/或流体压力测量结果，改进由地震和重力勘测进行的估计。无论用来估计地层流体压力和断裂压力的技术是怎样的，在钻探井孔期间遇到的实际流体压力和断裂压力可能与预测或估计的那些压力不同。流体压力和断裂压力的不准确估计可能导致降低的钻探效率、增大的地层断裂的危险、增大的井孔坍塌的危险、增大的钻探故障的危险-如钻杆卡在井孔中、及增大的关于实际地层流体压力和断裂压力在不正确深度处设置保护管或套管的危险。

需要在钻探的同时估计地层微孔流体压力和地层断裂压力的技术，以便更好地定义用于正确套管深度选择的地层完整性和更好地选择用于高效钻探的钻探操作参数。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种用来在井孔钻探期间确定地层完整性的方法包括在井孔钻探期间确定在井孔中的环隙流体压力。环隙压力按预定量调整。将进入井孔中的钻探流体的流量与从井孔出来的钻探流体流量相比较。当相比较的流量相差为选定量时，确定地层孔隙压力和地层断裂压力中的至少一个。