[发明专利]在压力受控的钻探中对地层的测试

说明书

技术领域

本发明总的涉及结合钻井作业所用的设备和所执行的操作，在本文所述的实施例中，具体地说，提供在压力受控的钻探中对地层的测试。

背景技术

压力受控的钻探是众所周知的技术，其利用闭合的环腔和调节环腔中压力的装置而在钻探中精确地控制底部孔的压力。环腔在钻探过程中通过利用旋转的控制装置（RCD，也称作旋转的控制头或旋转的防喷器）而通常是关闭的，该旋转的控制装置在其旋转时围绕钻管密封。

因此，将会认识到，它有利地能够在压力管理的钻探作业过程中对地层进行测试。

附图说明

图1是可实施本发明原理的钻井系统和方法的代表性视图。

图2是可用于钻井系统和方法的压力和流量控制系统的代表性方框图。

图3是测试地层的方法的代表性流程图，该方法可实施本发明的原理。

图4是另一种地层测试方法的代表性流程图。

具体实施方式

代表性地显示在图1中的是可实施本发明原理的钻井系统10和相关方法。在系统10中，通过转动钻具组16端部上的钻头14来钻探出井筒12。钻探流体18通常被称作泥浆，其向下循环通过钻具组16，流出钻头14并向上流过形成在钻具组和井筒12之间的环腔20，以便冷却钻头、润滑钻具组、移除切屑并提供对底部孔压力控制的测量。单向阀21（通常为挡板型止回阀）防止钻探流体18向上流动通过钻具组16（例如，当在钻具组内形成连接之时）。

对底部孔压力的控制在压力受控的钻探以及其他类型的钻探作业中是非常重要的。较佳地，底部孔压力被精确地控制，以防止过多的流体流失到井筒12周围的地层82中、不期望的地层断裂、地层流体不期望地流入井筒内等。

在典型的压力受控的钻探中，要求底部孔压力保持在刚好略大于地层的空隙压力，不超过地层的断裂压力。在空隙压力和断裂压力之间的裕度相对小的情形中，该技术是特别地有用。

在典型的欠平衡钻探中，要求底部孔压力保持在略小于空隙压力，由此获得流体从地层流入的受控流动。

在传统的过平衡钻探中，要求底部孔压力保持在略大于空隙压力，由此防止（或至少减轻）流体从地层流入的流动。在过平衡钻探中，环腔20可通向地面上的大气，并在钻探过程中通过调整钻探流体18的密度来控制井筒压力。

氮气或其他气体、或其他重量更轻的流体可添加到钻探流体18内，以便进行压力控制。例如，在欠平衡的钻探作业中该技术是有用的。

在系统10中，通过使用旋转的控制装置22（RCD）来关闭环腔20（例如，隔绝环腔与大气压的连通，并使环腔能被加压到或接近地面的压力）便可获得对底部孔压力的附加的控制。RCD22密封在井头24上方的钻具组16的周围。尽管未在图1中示出，但钻具组16可向上延伸通过RCD22，例如，以便连接到旋转台（未示出）、立管管线26、方钻杆（未示出）、顶部驱动装置和/或其他传统的钻探设备。

钻探流体18通过导翼阀28流出井头24外，该导翼阀与RCD22下方的环腔20连通。钻探流体18然后流过泥浆返回管线30、73，流到扼流集管32，该集管包括冗余的扼流器34（一次仅可使用其中一个）。通过可变地限制流体18流过冗余扼流器34中工作的一个扼流器的流量，将背压施加到环腔20。

对流过工作的扼流器34的流量的限制越大，施加到环腔20的背压就越大。因此，通过改变施加到环腔20的背压，便可方便地调节井下压力（例如，井筒12底部的压力、井下套管处的压力、特定地层或区域处的压力等）。可使用水力学模型（将在下文中更完整地描述）来确定地面处或接近地面的施加到环腔20的压力，这将导致所要求的井下压力，这样，操作者（或自动控制系统）可容易地确定如何调节在地面处或接近地面施加到环腔的压力（可方便地测得），以获得要求的井下压力。

施加到环腔20的压力可通过各种压力传感器36、38、40在地面处或接近地面处测得，每个传感器与环腔连通。压力传感器36探测RCD22下方、但在防喷器（BOP）组42上方的压力。压力传感器38探测BOP组42下方的井头内压力。压力传感器40探测扼流集管器32上游处的泥浆返回管线30、73内的压力。

另一压力传感器44探测立管管线26内的压力。还有另一压力传感器46探测扼流集管器32下游处、但在分离器48、振动器50和泥浆坑52上游的压力。附加的传感器包括：温度传感器54、56，科里奥利流量计58，以及流量计62、64、66。