[发明专利]油气井中的早期井涌检测

说明书

发明人：DIFOGGIO，Rocco；PATTERSON，Douglas J.；MOLZ，Eric和KRUEGER，Volker

技术领域

概况来说，本发明涉及油气井测井工具。更特别地，本发明涉及用于在钻探作业期间实时确定钻孔中气体的流入量的工具和方法。

背景技术

烃的勘探通常包括使用底部钻具组合，所述底部钻具组合包括用于在地球地层中钻孔的钻头。由于若干原因，钻探时使用的钻井流体或″泥浆″的密度或″泥浆重量″是可变的。这样的变化可能由切屑(地层颗粒)的数量和密度的变化、地表上的″泥浆程序″的变化、温度的变化等等引起。当气体或液体从地层进入钻孔时，泥浆密度也会发生改变。地层流体的这种流入或许是过压或异常高压的起因。

压力检测观念在钻探时尤其重要。不但钻探速度会随着泥浆压力相对于地层压力的高度失衡而降低，而且也容易出现井漏和钻杆的差压卡钻。更重要的是，泥浆压力相对于地层压力的失衡可能导致压力″反冲(kick)″。井可能在没有前兆的情况下反冲。平衡钻井技术常常仅仅需要在有效压力控制和可能来临的喷出之间有一个细微的裕度。另外，还存在保持欠平衡以避免损坏地层的情形，因此检测钻孔中地层液体的流入量是非常重要的。

一些用于检测异常地层压力的现有技术是基于对如下参数的测量：钻井参数，例如钻井速度、扭矩和阻力；钻井泥浆参数，例如泥浆气体切屑、流线泥浆重量、压力反冲、流线温度、钻井池液位和钻井池容积、泥浆流速；页岩切屑参数，例如体积密度、页岩因子、切屑的体积和尺寸。所有这些都受到下面这个缺陷的困扰，即测量不能实时得到，因为必须等待底孔流体到达地表。

其他用于确定可能的反冲的现有技术方法是依赖于钻孔流体的密度测量。参见，例如，Murphy等的美国专利No.4492865、Winters的美国专利No.4412130、Evans等的美国专利No.6648083以及Gzara等的美国专利No.6768106。进行密度测量的方法的缺陷在于，必须存在足够量的气体才能影响泥浆的密度，这样，可能是气体反冲的前兆的溶解气体将不能使用传统密度测量装置进行记录。另外，现有技术装置进行的密度测量对地层密度的反应程度不同。它们还需要使用放射源，这是在钻探作业期间的危险事件。

需要一种技术来使用单个工具就能测量井下钻孔流体的性能，以便检测反冲和地层液体的流入。本发明满足了这个需要。

发明内容

本发明的一个实施例是构造成在钻探作业期间检测钻孔流体中气体流入量的设备。该设备包括：构造成被在钻孔中输送的底部钻具组合(BHA)；BHA上的变送器组件，其包括与钻孔流体接触的变送器，并构造成在钻孔流体中产生声脉冲；变送器组件上的阶梯式反射器，其构造成生成声脉冲的至少两个反射；和处理器，其构造成利用变送器对至少两个反射的响应，提供气体流入量的指示。

本发明的另一个实施例是用于检测钻探作业期间钻孔流体中气体流入量的方法。该方法包括：将底部钻具组合(BHA)输送到钻孔中；使用与钻孔流体接触的变送器，在钻孔流体中产生声脉冲；使用变送器组件上的阶梯式反射器，生成声脉冲的至少两个反射；和利用变送器对所述至少两个反射的响应，提供气体流入量的指示。

本发明的另一个实施例是构造成检测钻探作业期间钻孔流体中气体流入量的设备。该设备包括：构造成被在钻孔中输送的底部钻具组合(BHA)；与钻孔流体接触的变送器；和处理器，其构造成利用变送器在至少一个频率上的测量阻抗来提供气体流入量的指示。

本发明的另一个实施例是用于检测钻探作业期间钻孔流体中气体流入量的方法。该方法包括：将底部钻具组合(BHA)输送到钻孔中；将变送器定位而与钻孔流体接触；和利用变送器在至少一个频率上的测量阻抗，提供气体流入量的指示。

附图说明

参照附图能够更好地理解本发明，其中同样的数字表示同样的元件，并且其中：

图1(现有技术)显示了适用于本发明的边测量边钻探的工具；

图2是本发明的测量部分的横截面视图；

图3是图2中声变送器的详细截面图；

图4A和4B显示了利用图2的声变送器的示例性信号，分别是在钻井流体的阻抗(a)接近传感器板的时候以及(b)与传感器板不同的时候；

图5(现有技术)显示了声速与溶解气体的关系；

图6显示了本发明的一个实施例，其中沿钻铤配置有多个声变送器；

图7(现有技术)是与气-油比有关的速度的示例性图表；