利用時間限制的地層測試來測量地層特性的方法

專利名稱：利用時間限制的地層測試來測量地層特性的方法
技術領域：
本發明總體上涉及油和氣的開采領域。更具體地說，本發明是涉及利用一種地層測試器來確定井筒所穿過的地下地層的至少一個特性的方法。
背景技術：
在過去的幾十年，已經開發了高尖端技術從地下地層來鑒定和開采通常被稱作油和氣的碳氫化合物。這些技術有利于發現、評估和開采地下地層中的碳氫化合物。
當相信已發現含有可開采價值數量的碳氫化合物的地下地層時，通常就從地表向期望的地下地層鉆一井筒，然后對地層進行測試，確定地層是否可能開采具有商業價值的碳氫化合物。通常，在地下地層中所進行的測試包括探查所穿過的地層，判斷其中是否真的存在碳氫化合物，并估算出地層中所含的碳氫化合物的可開采量。這些初步測試是利用通常被稱作地層測試器的地層測試下井儀來進行的。通常由一測井電纜索、管道、鉆桿或類似物把地層測試器下放到井筒內，并且被用于確定各種地層特征，這些地層特征有助于確定地層中所含的碳氫化合物或其它流體的數量、質量及狀況。其它的地層測試器可以構成諸如鉆桿之類的鉆具的一部分，以便在鉆井期間對地層參數進行測量。
地層測試器通常包括纖細的下井儀，它們適合被下放到井筒內，并被定位在期望獲得其數據的地下地層附近的井筒中的一個深度處。一旦把這些下井儀定位在井筒內，這些下井儀就與地層形成流體連通，以便從地層中采集一些數據。通常，把探測器、通氣管、或其它裝置密封地抵靠在井筒壁上，以便建立起這種流體連通。
地層測試器通常被用于測量井下參數，例如井筒壓力、地層壓力、地層流動性等等。地層測試器還可以被用于從地層中采集樣本，以便能夠確定地層中所含的流體的類型和其它的流體參數。在判斷井田的商業價值以及確定從井中開采碳氫化合物的方式時，在地層測試期間所確定出的地層特性是一些很重要的因素。
參照圖1A、1B中所示的傳統的測井電纜地層測試器的結構，就可以更容易理解地層測試器的工作情況。如圖1A所示，測井電纜測試器100被從一油井鉆架2下放到一敞口井筒3內，該敞口井筒充有流體，在本行業中該流體通常被稱作“泥漿”。在鉆井操作期間，井筒襯有泥漿餅4，泥漿餅4被堆積到井筒壁上。井筒穿過一地層5。
在授給Zimmerman等人的美國專利US4860581，US4936139中更詳細地描述了傳統的具有多個相互連接的組件的組合式測井電纜地層測試器的操作情況。圖2表示出了在傳統的測井電纜地層測試操作期間利用用于確定諸如地層壓力之類的參數的地層測試器所測得的隨時間變化的壓力曲線圖。
現在參照圖1A，1B，在傳統的測井電纜地層測試操作中，利用一測井電纜索6把一地層測試器100下放到一井筒3內。在把地層測試器100下放到井筒中的期望位置之后，通過打開平衡閥(圖中未示)，地層測試器中的流送管路119中的壓力就可以被平衡至井筒中的流體靜壓。利用一壓力傳感器或者壓力計120來測量井筒中的流體的靜壓力。在這個點所測得的壓力由圖2中的線103所表示。然后，通過使用液壓驅動活塞把測試器固定入位來設定該地層測試器100，使探測器112抵靠著井筒側壁，以便與地層形成流體連通，并關閉平衡閥，以便把下井儀的內部與井田流體隔離開。在探測器和地層之間形成密封并且建立起流體連通的點由圖2中點105所表示，這個點被稱作“下井儀設定”設定點。然后，通過在預先測試腔室114中縮回活塞118，以便在流送管路119中產生一個壓降，使流送管路119中的壓力低于地層壓力，于是就把流體從地層5抽入到地層測試器100內。這個體積膨脹循環被稱作“下降”循環，由圖2中的線107表示。
當活塞118停止縮回時(圖2中點111所表示)，流體繼續從地層進入探測器112，若給定足夠的時間，可直到流送管路119中的壓力與地層5中的壓力相同為止，見圖2中的點115所示。這個循環被稱作“上升循環，由圖2中的線113所表示。如圖2所示，在點115處的最終的上升壓力常常被稱作“沙面壓力”，通常假設這個壓力與地層壓力非常接近。
這條曲線的形狀和由壓力曲線所產生的對應數據可以被用于確定各種地層特性。例如，在下降(圖2中的線107)和上升(圖2中的線113)期間，測量的壓力可以被用于確定地層的流動性，地層的流動性就是指地層滲透性與地層流體粘性的比率。當地層測試探測器112(圖1B中的112)從井筒壁脫開時，由于流送管路中的壓力與井筒壓力進行平衡，因此，流送管路119中的壓力就迅速增大，如圖2中的線117所示。在地層測量循環被完成之后，就可以把地層測試器100拆下，并把它重新定位在不同的深度處，然后根據需要重復進行地層測試循環。
對測井電纜輸送的下井儀而言，在這種類型的測試操作期間，在井下采集到的壓力數據通常通過測井電纜通信系統以電子方式被傳送到地面。在地面上，操作員通常在控制臺監測流送管路119中的壓力，并且，測井電纜測井系統對壓力數據進行實時地記錄。在測試的下降和上升循環期間所記錄的數據可以在井田現場的計算機中被實時分析，或者也可以以后在數據處理中心被分析，以便確定出重要的地層參數，例如地層流體壓力、泥漿過平衡壓力，即井筒壓力與地層壓力之間的壓差，以及地層的流動性。
測井電纜地層測試器允許以很高的數據率通信，以便能通過使用測井電纜遙測技術對測試和下井儀進行實時監測和控制。這種類型的通信系統使得井田工程師在他們在現場時能評估測試中測量的質量，并且在需要的情況下，可以在嘗試進行另一次測試之前立即采取措施來中止測試過程和/或調節預先測試參數。例如，在預先測試下降期間，隨著數據被采集，工程師可以通過觀察這些數據，可以選擇改變諸如下降速率和下降體積之類的初始預先測試參數，以便在嘗試另一次測試之前，使這些參數更好地與地層特性相匹配。例如，在授給了Brieger的美國專利US3934468、授給了Zimmerman等人的美國專利US4860581和1US4936139以及授給了Auzerais的US5969241中，描述了現有技術中的一些測井電纜地層測試器和/或地層測試方法的一些例子。這些專利都被轉讓給了本發明的受讓人。
在鉆井操作期間也可以使用地層測試器。例如，在授給了Ciglenec等人的美國專利US6230557B1中公開了這樣一種適合于在鉆井操作期間從地下地層中采集數據的測井下井儀，該專利被轉讓給了本發明的受讓人。
已經研發出了各種各樣的用于進行專門的地層測試操作或者預測試的技術。例如，在授給了DesBrandes的美國專利US5095745和US5233866中就描述了通過對壓力從線性下降發生偏離的點進行分析來確定地層參數的方法。
盡管在研發執行預先測試的方法方面取得了進展，但是，仍然需要消除在預先測試過程中的遲延和誤差，仍然需要提高從這些測試中得出的參數的精度。由于地層測試操作在整個鉆井操作中都被使用，因此，測試的持續時間和缺少與下井儀的實時通信是必須被考慮的一些主要限制。對于這些操作，與實時通信相關的問題大致是由于當前在鉆井操作期間通常采用的諸如泥漿脈沖遙測技術之類的遙測技術的局限性所導致的。對于大多數測井而言，在鉆井下井儀鉆井或測量時，諸如上行鏈路和下行鏈路的遙測數據的速率的限制使得在測井下井儀和地面之間的信息交換緩慢。例如，把一預先測試壓力跡線傳送到地面，然后由工程師根據所傳送的數據向井下發出指令以便縮回探測器的簡單過程可以產生相當大的遲延，而這種遲延會對鉆井操作造成不利的影響。
所述遲延還會使下井儀被卡在井筒內的可能性增大。為了減小這種卡死的可能性，通過根據主要的地層和鉆井條件來建立一些鉆井操作技術規范，以便規定鉆桿在給定的井筒中可以停止多長時間。根據這種技術規范，鉆桿只允許停止一個有限的時段來布置探測器和執行壓力測量。由于當前這種在一些下井儀和地面之間實時通信的限制，因此，希望下井儀能以自動的方式來執行幾乎所有的操作。
因此，希望能有這樣一種方法，這種方法使地層測試器能被用于在規定的時間內執行井下地層測試測量，并且能利用測井電纜或鉆井下井儀容易地實施這種方法，并且可減小來自地面系統的干擾。

發明內容
本發明提供了一種利用設置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定地層參數的方法。該方法包括步驟建立與地層的流體連通；執行第一次預先測試，確定出地層參數的初始估算值；根據地層參數的這些初始估算值來設計用于執行第二次預先測試的預先測試條件；以及根據所設計出的條件來執行第二次預先測試，從而確定出地層參數的精確的估算值。
本發明還提供了一些利用地層測試器來確定地層參數的方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中確定出至少一個地層流體特性的方法包括如下步驟在第一次預先測試期間采集第一組數據點，這些數據點代表在地層測試器的預先測試腔室中的壓力，該壓力是時間的一個函數；根據所述第一組數據點確定出估算的地層壓力和估算的地層流體流動性；為第二次預先測試確定出一組參數，這組參數是根據估算的地層壓力、估算的地層流動性和剩余的用于執行第二次預先測試的時間來確定的；利用這組參數值來執行第二次預先測試；在第二次預先測試期間采集第二組數據點，這組數據點代表在預先測試腔室中的壓力，該壓力是時間的一個函數；以及根據第二組數據點確定出至少一個地層流體特性。
本發明還提供了在預先測試期間為終止下降操作確定出條件的一些方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中為下降操作確定出終止條件的方法包括以下步驟把地層測試器的探測器設置成抵靠著井筒壁，從而使預先測試腔室與地層形成流體連通，在所述預先測試腔室的鉆井流體所具有的壓力要大于地層壓力；通過以恒定不變的下降速率縮回預先測試活塞，從而對預先測試腔室中的鉆井流體進行解壓縮；采集代表預先測試腔室中的流體壓力的數據點，這些流體壓力是時間的一個函數；驗明相繼數據點的范圍，這些數據點擬合出一條具有固定斜率的相對于時間的壓力線，所述固定斜率基于鉆井流體的壓縮率、恒定不變的下降速率以及預先測試腔室的容積；以及在相繼數據點的范圍被驗明之后，根據終止條件來終止所述下降操作。
本發明提供了用于確定地層流體流動性的一些方法。一種用于評估地層流體流動性的方法包括以下步驟利用設置在井筒所穿過的地層中的地層測試器執行預先測試，該預先測試包括一下降階段和一上升階段；在下降階段和上升階段期間，采集代表地層測試器的預先測試腔室中的壓力的一些數據點，這些壓力是時間的一個函數；根據這些數據點確定出估算的地層壓力；確定出一區域，該區域是由通過估算的地層壓力的線和插入在下降階段和上升階段期間的數據點的曲線所圍成的；以及根據這個區域面積、在預先測試期間從地層中抽取的體積、地層測試探測器的半徑和說明井筒對地層測試探測器的響應的效果的形狀因數來估算地層流體流動性。
本發明提供了一些用于在預先測試期間從下降操作估算地層壓力的一些方法。一種利用地層測試器在井筒所穿過的地層中從下降操作確定估算地層壓力的方法包括以下步驟把地層測試器設置成抵靠著井筒壁，從而使地層測試器的預選測試腔室與地層形成流體連通，預先測試腔室中的鉆井流體的壓力要大于地層壓力；通過以恒定不變的下降速率縮回地層測試器中的預先測試活塞，從而對預先測試腔室中的鉆井流體進行解壓縮；采集代表預先測試腔室中的流體壓力的數據點，這些流體壓力是時間的一個函數；驗明相繼數據點的范圍，這些數據點擬合出一條具有固定斜率的相對于時間的壓力線，所述固定斜率基于鉆井流體的壓縮率、恒定不變的下降速率以及預先測試腔室的容積；以及根據在相繼的一些數據點的范圍之后的一第一數據點來確定出估算的地層壓力。
在另一方面，本發明涉及一種利用設置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定井下參數的方法。該方法包括以下步驟在測井下井儀的預先測試腔室與地層之間通過流送管路(該流送管路中具有初始壓力)形成流體連通；以一種受控的方式來移動設置在預先測試腔室中的預先測試活塞，以便把初始壓力減小至一下降壓力；終止活塞的移動，以便允許下降壓力調整至一穩定壓力；以及重復這些步驟，直到在穩定壓力和初始壓力之間的壓差基本上小于預定的壓降為止。然后，根據對一個或多個壓力進行分析，就可以確定出一個或多個井下參數。于是就可以根據對一個多個壓力進行分析確定出地層參數的初始估算值，以及可以根據地層參數的初始估算值來確定出執行第二次預先測試的預先測試條件，并且可以根據所設計的預先測試條件來進行地層的預先測試，從而確定出精確的地層參數。
在另外一方面，本發明涉及一種利用設置在穿過地層的井筒中的地層測試器來估算地層壓力的方法。該方法包括以下步驟對與地下地層流體連通的流送管路中的第一壓力進行測量；以一種受控的方式在預先測試腔室中移動預先測試活塞，以在流送管路中產生預定的壓降；在選擇性地移動預先測試活塞之后終止預先測試活塞，從而允許流送管路中的壓力穩定下來；以及重復這些步驟，直到流送管路中的穩定壓力和流送管路中的第一壓力之間的壓差基本上小于預定的壓降為止。然后，就可以根據流送管路中的最終穩定壓力來確定出地層壓力。
最后，在另一方面中，本發明涉及一種利用設置在地下地層附近的井筒中的測井下井儀來確定泥漿壓縮率的方法。該方法包括以下步驟把井筒流體截留到地層測試器中(井筒流體與內部裝有可移動活塞的預先測試腔室流體連通)；選擇性地移動預先測試活塞中的活塞，以便改變被截留在測井下井儀內的流體的體積；測量被截留流體的壓力，并根據測得的壓力估算出泥漿壓縮率。
通過下面的描述和所附的權利要求書可以更清楚地理解本發明的其它方面及優點。


圖1A表示放置在井筒中的傳統的測井電纜地層測試器。
圖1B表示圖1A中組件式的傳統的測井電纜地層測試器的剖面圖。
圖2表示對于利用傳統的地層測試器執行現有技術中典型的預先測試順序而言，壓力測量值與時間的對應曲線圖。
圖3表示根據本發明的一個實施例的在預先測試中執行步驟的流程圖。
圖4表示可用于實施本發明實施例的地層測試器組件的構成元件的示意圖。
圖5表示用于執行圖3中的預先測試的壓力測量值與時間的關系曲線。
圖6表示在執行圖3流程圖中探查階段所采取的步驟的詳細流程圖。
圖7表示出了圖5中的探查階段部分的曲線圖中表示下降終止情況的詳細示意圖。
圖8表示出了圖5中的探查階段部分的曲線圖中表示確定上升終止情況的詳細示意圖。
圖9表示出了在執行圖3流程圖中的測量階段過程中所包括的步驟的詳細示意圖。
圖10表示出了根據采用了泥漿壓縮階段的本發明一個實施例在預先測試中所涉及的一些步驟的流程圖。
圖11A表示出了用于執行圖10中的預先測試的壓力測量值與時間的關系曲線。圖11B表示出了相應的體積變化速率。
圖12表示出了在執行圖10中的流程圖中的泥漿壓縮階段所涉及的一些步驟的詳細的流程圖。
圖13表示出了根據采取了泥漿失水階段的本發明實施例在預先測試中所采取的一些步驟的流程圖。
圖14A表示出了對于執行圖13中的預先測試的壓力測量值與時間關系曲線圖。圖14B表示出了相應的體積變化速率。
圖15表示出了經改進的用于泥漿失水階段的圖12中的改進的泥漿壓縮階段。
圖16A-C表示出了在執行圖13中的流程圖中的泥漿失水階段過程中所采取的一些步驟的詳細流程圖。圖16A表示泥漿失水階段。圖16B表示出了具有重復的壓縮循環的改進的泥漿失水階段。圖16C表示出了具有解壓縮循環的經改進的泥漿失水階段。
圖17A表示出了根據本發明的一個實施例執行包括了經改進的探查階段的預先測試的壓力測量值與時間關系圖。圖17B表示出了相應的體積變化速率。
圖18表示出了在執行圖17A中的經改進的探查階段過程中所涉及的一些步驟的詳細流程圖。
圖19A表示出了根據本發明的一個實施例執行包括了的經改進的探查階段的預先測試的壓力測量值與時間之間的關系曲線。圖19B表示出了相應的體積變化速率。
圖20表示出了在執行圖19A中的經改進的探查階段過程中所采取的一些步驟的詳細流程圖。
圖21表示出了流體壓縮率修正圖，當在不同的溫度和/或壓力情況下執行初始泥漿壓縮時，該修正圖可以被用于提供經修正的泥漿壓縮率。
具體實施例方式
在圖3中的方框示意圖中表示出了用于評估地層特性(例如地層壓力和地層流動性)的方法1的本發明的一個實施例。如圖3所示，這種方法包括一個探查階段13和一個測量階段14。
這種方法可以采用現有技術中任何已知的地層測試器來實施，例如采用在圖1A和圖1B中所描述的測試器來實施這種方法。其它的地層測試器也可被用于和/或適用于本發明的實施例，例如可利用在授予Zimmerman等人的美國專利US4860581和US4936139中的測井電纜地層測試器以及在授予Ciglenec等人的美國專利US6230557B1中的井下鉆井下井儀來實施本發明，在此引用所有這些專利文獻的內容作為參考。
在圖4中表示出了可利用這種地層測試器的一種探測組件。該組件101包括一探測器112a；一封隔器110a，該封隔器環繞在所述探測器周圍；以及一流送管路119a，該流送管路從所述探測器延伸到該組件內部。流送管路119a從探測器112a延伸到探測隔離閥121a，并且該流送管路具有一壓力計123a。一第二流送管路103a從探測隔離閥121a延伸到取樣管路隔離閥124a和平衡閥128a，并且該第二流送管路具有壓力計120a。在一預先測試腔室114a中的一可逆的預先測試活塞118a也從流送管路103a延伸。流出線路126a從平衡閥128a延伸出并向外通向井筒，該流出線路126a具有一壓力計130a。樣本流送管路125a從取樣管路隔離閥124a延伸并穿過所述下井儀。在流送管路125a中的取樣流體可以被截獲、沖洗，或被用作其它用途。
探測隔離閥121a把流送管路119a中的流體與流送管路103a中的流體隔離開。取樣管路隔離閥124a把流送管路103a中的流體與取樣管路125a中的流體隔離開。平衡閥128a把井筒中的流體與所述下井儀中的流體隔離開。通過對這些閥進行操縱來選擇性地隔離這些流送管路中的流體，就可以利用壓力計120a和123a來確定出各種壓力。例如，當探測器與地層流體連通時，通過關閉閥121a就可以從壓力計123a讀出地層壓力，同時還可以減小與地層連接的下井儀的體積。
在另一個例子中，在平衡閥128a打開的情況下，利用預先測試活塞118a可以把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內。在關閉平衡閥128a、探測隔離閥121a和取樣管路隔離閥124a時流體可以被截留在這些閥和預先測試活塞118a之間的下井儀中。壓力計130a可以被用于在所述下井儀的整個操作期間連續地監測井筒流體壓力，并且可以和壓力計120a和/或123a一起被用于直接測量泥餅兩側的壓降，并且監測泥餅兩側的井筒干擾的傳遞，以便在后面用來針對這些干擾來修正所測得的沙面壓力。
預先測試活塞118a的其中一種功能就是從地層中抽出流體或把流體注入到地層內，或者是對那些被截留在探測隔離閥121a、取樣管路隔離閥124a和平衡閥128a之間的流體進行壓縮或膨脹。該預先測試活塞118a最好既能以低流量如以0.01立方厘米/秒的流量進行操作，又能以高流量例如以10立方厘米/秒的流量進行操作，并且在一個單一沖程中能抽出很大的量，例如能抽出100立方厘米。此外，如果需要在不拉回探測器的情況下從地層中抽取多于100立方厘米的量，可以反復循環該預先測試活塞118a。預先測試活塞118a的位置最好能被連續監測和有效控制，并且當預先測試活塞歇息待用時，它的位置能被鎖定。在一些實施例中，探測器112a還可包括一失水閥(圖中未示出)和一失水活塞(圖中未示出)。
通過對這些閥、預先測試活塞和探測器進行各種不同的操縱，就可以使所述下井儀按照所描述的方法進行操作。本領域普通技術人員會知道，盡管這些規格限定了一個優選的探測組件，但是，其它規格的探測組件也可以被使用，這并未脫離本發明的范圍。盡管圖4表示出了一種探頭式的組件，但是，應當知道，也可以采用探測工具或封隔工具，這些探測工具或封隔工具也可以具有一些改進。在下面的描述中，假定使用了一種探測工具。然而，本領域普通技術人員會知道，類似的操作步驟也適用于封隔工具。
在這里所公開的一些技術也可用于設置有流送管路的其它裝置。在這里所用的術語“流送管路”是指用于在地層和預先測試活塞之間形成流體連通和/或使流體可以在它們之間流動的管道、空腔或其它通道。其它類型的這種裝置可以是包括例如探測器和預先測試活塞成一整體的裝置。在已轉讓給了本發明的受讓人的美國專利US6230557B1和美國專利申請No.10/248782中就公開了這種裝置的一例子。
如圖5所示，探查階段13涉及獲得諸如地層壓力和地層流動性之類的地層參數的初始估計。然后，在設計測量階段14時利用這些初始估計。如果需要且允許的話，然后就根據這些參數來執行測量階段，以便形成地層參數的精確估計。圖5描繪出了對應的壓力曲線，該壓力曲線表示當執行圖3所示方法時壓力隨時間而變化的情況。應當知道，盡管圖5中的這條壓力曲線是由圖4中的裝置來執行的，但是，也可以被其它的測井下井儀例如圖1A和圖1B中所示的測試器來執行。
圖6中更詳細地表示出了所述探查階段13。該探查階段包括在下井儀被設定達Ti時段后在t3時刻開始下降步驟310；執行下降步驟320；終止下降步驟330；執行上升步驟340；以及終止上升步驟350。為了根據步驟310來開始所述探查階段，使探測器112a與地層流體連通，并把該探測器固定入位，并且使下井儀內部與井筒隔離開。下降步驟320是通過使活塞118a在預先測試腔室114a內前進來執行的。要終止下降步驟330，就使活塞118a停止。流送管路119a中的壓力將會開始上升，直到在點350處該上升步驟340被終止。該探查階段持續時間為TIP。如前所述，也可以按照圖1B和圖2所示來執行該探查階段，并且在該探查階段開始之前預先確定下降流量和下降終止點。
在圖7中更詳細地表示出了探查階段13的壓力曲線。根據分析從該探查階段的壓力曲線得出的數據，就可以確定出諸如地層壓力和地層流動性之類的參數。例如，終止點350表示地層壓力的臨時估計。或者是，利用本領域普通技術人員知道的一些技術，對在上升步驟340期間所獲得的壓力趨勢進行外推，就可以更精確地估算出地層壓力，根據已經獲得的壓力推算出的推算壓力可以使這種上升無限制地繼續。這種過程可需要附加的處理過程來得出地層壓力。
也可以從由線340所表示的上升階段來確定出地層流動性(K/μ)1。可以利用本領域普通技術人員知道的一些技術，從在上升步驟340期間相對于時間的壓力變化率來估算地層流動性。這些過程需要附加的處理過程來得出地層流動性的估算值。
或者是，在所公開的由Goode等人所撰寫的文章中，該文章的題目為“多重探測地層測試和豎直儲層連續性”(“Multiple Probe Formation Testing andVertical Reservoir Contiruity”)，SPE22738，是為在Dallas，Texas，1991年10月6日至9日舉行的1991年石油工程師協會技術年會及展覽大會而準備的，在該文章中，暗示了圖中陰影區域所表示并由附圖標記325所表示的圖面面積，在這里由A表示，可以被用于預測地層的流動性。這個面積是由從終止點350(表示在終止處的估算的地層壓力P350)水平延伸的線321、下降線320和上升線340所圍成的。這個面積與地層移動的估算值相關并可利用下面的方程來確定(kμ)1=V14rpΩSA+ϵK---(1)]]>其中，(K/μ)1是地層流動性(D/cP)的第一次估算值，K是地層滲透性(達西，由D表示)，μ是地層流體粘度(cP)(由于由地層測試器所確定出的數值是地層滲透性與地層流體粘度的比率，即流動性，因此，不需要粘度的顯值)；V1(立方厘米)是在探查預先測試期間從地層中抽取的體積，V1＝V(t7+T1)-V(t7-T0)＝V(t7)-V(t7-T0)，其中，V是預先測試腔的容積；rp是探測半徑(厘米)；εK是誤差項，對于流動性大于1mD/cP的地層來說，該誤差項通常很小(小于百分之幾)。
變量Ωs用于說明有限大小的井筒對探測器的壓力響應的效果，該變量Ωs可從下面的方程來得出，下面的方程在由F.J.Kuchuk于(1996)20，1，1，In Situ，撰寫的題目為“在交叉流動分層的儲層中的多重探測測井電纜地層測試器壓力行為”(“Multiprobe Wireline Formation Tester Pressure Behavior in Crossflow-LayeredReservoirs”)的出版物中被描述。該方程為Ωs＝0.994-0.0039-0.35392-0.71493+0.70994(2)其中，rp和rw分別表示探測器半徑和井筒半徑；ρ＝rp/rw，η＝KI/kZ； ；Kr和Kz分別表示徑向滲透性和垂向滲透性。
在對方程1中所表示的結果進行描述過程中，假定地層滲透性是各向同性的，也就是Kr＝Kz＝K，并且假定在測試期間流動狀態呈“球形”，并且保持那些確保達西關系有效的條件。
仍然參照圖7，可以對探查階段的下降步驟320進行分析，以便確定出相對于時間的壓降，從而確定出壓力曲線的各種特性。從沿著下降線320的一些點得出的一條最佳擬合的線32從開始點310延伸。可以沿著曲線320來確定偏離點34，該偏離點34表示曲線320與最佳擬合線32的偏離達到最小的偏離值δO。偏離點34可被用作“流動開始”的估算點，在該點處，在探查階段下降期間，流體從地層被輸送到下井儀內。
該偏離點34可以采用已知的技術來確定，例如采用在美國專利US5095745和US5233866中所公開的技術來確定，這兩專利都授予給了Desbrades，在此引用它們的全文作為參考。Debrandes提出了這樣一種技術，這種技術用于根據偏離點與最佳擬合線的偏離來估算地層壓力，其中的最佳擬合線是根據預先測試的下降階段的一些數據點得出的。偏離點還可以這樣來確定，即，通過測試最近獲得的點，判斷該最近獲得的點是否仍保留直線趨勢上，所述直線趨勢表示隨著連續壓力數據的獲得而形成的流線的伸長。如果判斷出最近獲得的點不在直線上，那么，下降可以被終止，并且允許壓力進行穩定。偏離點還可以這樣來確定，即，對在下降步驟320期間所記錄的壓力相對于時間進行求導來確定。當導數變化(假定變得較小)達2-5％時，就取對應的點來表示從地層開始流動。如果需要的話，為了確認與表示從地層的流動情況的伸長線的偏離，可以執行更小體積的預先測試。
也可以采用其它技術來確定偏離點34。例如，采用基于泥漿壓縮率的確定偏離點34的另一種技術，在下面將參照圖9-11來描述這種技術。
一旦偏離點34被確定，下降步驟就被繼續進行并超過該偏離點34，直到滿足某種規定的終止條件為止。這種條件可以基于壓力、體積和/或時間。一旦這種條件被滿足，下降步驟就被終止，從而就可到達終止點330。理想地是，在相對于圖7中的偏離點34處的偏離壓力P34在給定的壓力范圍ΔP內所給定的壓力P330處產生終止點330。或者是，也可以期望在確定了偏離點34之后的一給定時段內終止所述下降步驟。例如，如果在時刻t4發生偏離，那么，可以預先設定在時刻t7終止下降步驟，其中，在時刻t4和時刻t7之間的時段用TD表示，并被限制為一最大的時段。用于終止預先測試步驟的另一個條件是在偏離點34被確定之后限制從地層中抽出的體積。這個體積可以由預先測試腔室114a(見圖4)的體積變化來確定。體積的最大變化可以被規定為預先測試的限制參數。
可以單獨或聯合地采用這些限制條件，壓力、時間和/或體積中的一個或多個來確定終止點330。例如，在高滲透性地層的情況下，如果理想的條件例如預先確定的壓降不能被滿足，那么，就可以用一個或多個其它的條件來進一步地限定預先測試的持續時間。
在到達偏離點34之后，壓力沿著線320繼續下降，直到膨脹過程在點330處終止為止。在這個點處，探測隔離閥121a被關閉和/或預先測試活塞118a被停止，并且探查階段上升步驟340開始。在流送管路中的壓力上升繼續進行，直到在點350處終止該上升步驟為止。
當上升變得足夠穩定時的壓力通常被作為地層壓力的估算值。對上升的壓力進行監測，以便提供一些數據，用于根據上升壓力的逐漸穩定情況來估算出地層壓力。特別是，所獲得的信息可以被用于設計測量階段過渡過程，以便在上升步驟結束時獲得地層壓力的直接測量值。然而，應該允許探查階段的上升步驟持續多長時間來獲得地層壓力的初始估算值仍是一個問題。
從前面的描述中可以清楚地知道，在壓力恢復到這樣一個壓力值之前上升步驟不應被終止，在所述這個壓力值處，確定出流送管路減壓偏離，即，確定出圖7中的由P34所表示的壓力。在一種方法中，可以把一設定時間限制用于上升的持續時間T1。T1可以被設定成從地層的流動時間T0的若干倍，例如2至3倍。可以預見，其它的技術和條件也可以被使用。
如圖5和圖7所示，終止點350表示出了上升步驟的結束、探查階段的結束和/或測量階段的開始。可以利用某些條件來確定何時應形成終止點350。用于確定該終止點350的一種可行的方法是允許測量的壓力達到穩定。為了確定這樣一個點，即，在這個點處，可以相當迅速地合理地精確地估算在終止點350的地層壓力，可以利用一種方法來確定用于建立何時應終止的條件。
如圖8所示，這樣一種方法涉及以下降終止點330為開始建立壓力增量。例如，這種壓力增量可能是壓力計分辨率的很多倍，或是壓力計的干擾的很多倍。隨著上升數據的獲得，在這樣一個間隔內就會獲得連續的壓力點。在每個壓力增量區內選定最高的壓力數據點，并在相應的時間之間確定出差值，以便得出時間增量Δti(n)。上升被繼續進行，直到兩個相繼的時間增量的比率大于或等于一個預定的值，例如2。在這個條件被滿足時在最后的間隔中最后記錄的壓力點就是計算出的終止點350。這種分析可以以數學方式表示如下在t7時刻開始，探查階段的上升步驟開始進行，找出一系列下標{i(n)}{i}，i(n)＞i(n-1)，n＝2，3，……，從而對于n≥2，i(1)＝1，并且maxi(pi(n)-pi(n-1))≤max(npδp,ϵp)---(3)]]>其中，np是一個大于或等于例如4的數，通常為10或更大，δp是壓力測量裝置的標稱分辨度；εp是壓力裝置干擾值的小的倍數，例如2，所述壓力裝置干擾值是在設定下井儀之前例如在泥漿壓縮率試驗期間可以被確定的數值。
本領域普通技術人員都會知道，np和εp也可以選擇其它的值，這取決于所期望得到的結果而定，這也都未脫離本發明的范圍。如果除了基點以外，在方程(3)的右邊所限定的間隔內不存在一些點，那么，可以采用該間隔外的最接近的點。
確定出Δti(n)≡ti(n)-ti(n-1)，當滿足下面的條件時上升步驟就可以被終止，該條件為pi(n)≥p(t4)＝P34(見圖7)，并且Δti(n)Δti(n-1)≥mP---(4)]]>其中，mp是大于或等于例如2的數。
然后，地層壓力的第一估算值被確定為(見圖7)p(ti(max(n)))＝p(t7+T1)＝P350(5)大體上說，根據當前的條件，當在上升期間壓力大于對應于偏離點的壓力并且壓力增大的增大率以至少為2的系數減小時，就終止探查階段預先測試。地層壓力的近似值就被認為是在上升期間測得的最高壓力。
方程(3)和(4)一起確定精度，通過這個精度，在探查階段期間確定出地層壓力方程(3)確定出誤差下限，mp粗略地確定出估算值與真實的地層壓力的接近程度。mp的值越大，地層壓力的估算值就越接近真實值，探查階段的持續時間就越長。
另外，也可以根據上升曲線的平直度來建立使探查階段上升終止的條件，例如，通過比較一定范圍的一些壓力上升點的平均值與壓力計干擾值的小倍數例如2倍或4倍來確定。應當知道，可以單獨采用或組合采用在這里所公開的任何條件來終止探查階段上升步驟(即圖5上的340)、測量階段上升步驟(即圖5上的380，下面將會被描述)或更廣義的任何上升步驟。
如圖7所示，終止點350表示出了在上升階段340完成之后探查階段13的結束。然而，也存在這樣的情況，即，在這種情況中，必須或希望對預先測試進行終止。例如，在這種方法中存在一些問題，例如當探測器被堵塞時，測試是干燥的或地層流動性很小，以致測試基本是干燥的，泥漿壓力精確地平衡地層壓力，監測到一錯誤的破裂，測試出非常低滲透性的地層，監測到流送管路中的流體的壓縮率的變化，或發生其它事項，可以在整個循環完成之前終止預先測試。
一旦希望在探查階段終止預先測試，預先測試活塞就可以被停止，或探測隔離閥121(如果有的話)被關閉，從而使流送管路119中的量減小到最小。一旦監測到問題，就終止探查階段。如果需要的話，可以執行新的探查階段。
參照圖5，一旦完成探查階段13，就可以決定這些條件是否允許或者希望執行測量階段14。這個決定可以采用人工方式來進行。然而，優選地是，這個決定以自動方式并根據所設定的條件來進行。
一個可以被利用的條件簡易地是時間。但必須確定是否有足夠的時間TMP來執行測量階段。在圖5中，有足夠的時間來執行探查階段和測量階段。也就是說，用于執行這兩個階段的總時間Tt小于這個循環分配的時間。通常，當TIP小于總時間Tt的一半時，就會有足夠的時間來執行所述測量階段。
另一個可以被用來確定是否開始執行測量階段的條件是體積V。必須或者理想地是，例如，確定測量階段的體積是否至少等于在探查階段期間從地層中抽取出的體積。如果一個或多個條件不能被滿足，那么，就不可以執行測量階段。也可以采用其它的條件來確定是否應該執行測量階段。或者是，盡管沒有滿足一些條件，但是，可以繼續執行探查階段，直到剩余的分配時間結束為止，從而以缺省的方式使探查階段即是探查階段又是測量階段。
應當知道，盡管圖5中表示出了一個單一的探查階段13和一個單一的測量階段14依次執行，但是，根據本發明，可以執行不同數目的探查階段和測量階段。在極端的情況下，探查階段的估算可以是唯一能獲得的估算，這是因為在探查階段上升步驟期間，壓力增大非常緩慢以致于探查階段用完了分配給測試所用的全部時間。對于滲透性很小的地層來說事實就是這樣。在其它情況下，例如對于具有中等或很高的滲透性的地層來說，上升到地層壓力是相當快的，可以進行多次的預先測試后，仍然還沒用完所分配的時間，即并不超出時間限制。
參照圖5，一旦作出執行測量階段14的決定，然后探查階段13的一些參數就被用來設計該測量階段。從探查階段得出的參數，即地層壓力和地層流動性，被用于確定測量階段預先測試的操作參數。特別是，理想的情況是利用這些探查階段參數來解決測量階段預先測試的體積及其持續時間，從而解決相應的流量。優選地是，測量階段操作參數以這樣一種方式來確定，這種方式能優化在測量階段預先測試期間所用的體積，從而得出在給定范圍內的地層壓力的估算值。更具體地說，理想的情況是抽出剛剛足夠的體積，優選地是抽出比在探查階段從地層中抽取出的體積大的體積，以便在測量階段結束時，壓力恢復到真實地層壓力pf的一個期望的范圍δ內。最好選定在測量階段期間所抽出的體積，以便也能滿足時間限制。
用H表示地層相對于由前面所描述的探測下井儀所導致的流量的單位階躍的壓力響應。在測量階段結束時測量壓力應在真實地層壓力的范圍δ內的條件可以被表示如下H(TtD′)-H((Tt′-T0)D)+q2q1{H((Tt′-T0-T1)D)-H((Tt′-T0-T1-T2)D)}≤2πr*KrKzμq1δ---(6)]]>其中，Tt′表示分配給探查和測量兩階段的總時間減去流送管路膨脹所用的時間，即在圖5中，Tt′＝Tt-(t7-tf)＝T0+T1+T2+T3(在進行測試之前被規定，單位為秒)；T0是在探查階段期間地層流動的大約持續時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T1是在探查階段期間的上升的持續時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T2是在測量階段期間下降的持續時間(在采集期間被確定，單位為秒)；T3是在測量階段期間上升的持續時間(在采集期間被確定，單位為秒)；q1和q2分別表示探查階段和測量階段各自的恒定流量(在采集之前被規定并在采集期間被確定，單位為立方厘米/秒)；δ是精度，在測量階段期間確定地層壓力所要達到的精度(被規定，單位為大氣壓)，即，pf-p(Tt)≤δ，其中pf真實地層壓力；φ是地層孔隙度，Ct是地層總壓縮率(在采集之前根據所了解的地層類型和孔隙度并通過標準相關來確定，單位為1/大氣壓)；TnD＝(KrTn)/(φμCtr*2)≡Tn/τ，其中，n＝t，0，1，2，并表示無因次數，τ≡φμ Ctr*2/Kr，表示時間常數；以及r*是有效探測半徑，它由下式確定r*=rPK(m;π/2)1ΩS=2rPπ(1+(1/2)2m+(3/8)2m2+O(m3))1ΩS]]>其中，K是第一類的全橢圓積分，其模量m≡1-KZ/Kr.]]>如果地層是各向同性的，那么，r*＝2rp/(πΩs)。
同樣，測量階段可以通過規定第二次預先測試流量與第一次預先測試測量的比率、測量階段預先測試時間持續時間T2以及其體積來限制。
為了完整地規定測量階段，理想的情況是根據附加條件來進一步限制測量階段。一種這樣的條件可以基于規定測量階段的下降部分的持續時間與可獲得的用于完成整個測量階段的總時間的比率，這是由于在探查階段完成之后，就知道了測量階段的持續時間，也就是說，T2+T3＝Tt′-T0-T1。例如，對于下降的持續時間，可以使其為測量階段的上升的持續時間的兩倍(或更多倍)，于是，T3＝nTT2，或者是，T2＝(Tt′-T0-T1)/(nT+1)，其中，nT≥2。于是就可以利用方程(6)求出測量階段的預先測試流量和探查階段的預先測試流量的比率，從而還可求出測量階段的體積V2＝q2T2。
另外一種用于完成測量階段預先測試參數的規定的條件就是限制在測量階段下降期間的壓降。采用與方程(6)中相同的符號和相同的調整假設，這個條件可以被表示為H((T0+T1+T2)D)-H((T1+T2)D)+q2q1H((T2)D)≤2πr*KrKZμq1Δpmax---(7)]]>其中，Δpmax(以大氣壓計)是在測量階段期間可允許的最大的下降過程的壓降。
用一個具體簡單但重要的例子可以最清楚地說明利用方程(6)和方程(7)來確定測量階段的預先測試參數。為了說明起見，和前面一樣，假定探查階段的預先測試和測量階段的預先測試以精確的控制速度來執行。此外，還假定下井儀存儲對壓力響應的影響可以被忽略，在下降和上升中流動區域是球形的，地層滲透性是各向同性的，并且確保達西關系有效的條件被滿足。
根據上面的假定，方程(6)就呈以下形式
erfc(12φμCtr*2KTt′)-erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0))+]]>+q2q1{erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0-T1))-erfc(12φμCtr*2K(Tt′-T0-T1-T2))}≤2πKr*μq1δ---(8)]]>其中，erfc是誤差補償函數。
由于誤差函數的自變量通常很小，因此，在利用通常的平方根逼近中精度的損失通常很小。在對方程(8)中的一些項進行重新整理之后，方程(8)可呈以下形式q2(λ/(λ-T2)-1)≤2π3/2Kr*μδλτ-q1(λ/(Tt′-T0)-λ/Tt′)---(9)]]>≡2π3/2Kr*μδλτ-q1u(λ)]]>其中，λ≡T2+T3，一旦完成探查階段的預先測試，就可以知道測量階段的持續時間的值。
一旦左邊括號中的表示式進一步逼近以便獲得測量階段預先測試的期望的體積表達式，這種關系的應用是很清楚的了。
V2{1+(34)(T2λ)+O(T22)}=4π3/2φCtδ(KμT2+T3φCt)3/2-λq1u(λ)---(10)]]>做出在從方程(6)得出方程(8)過程中相同的假定，方程(7)就可被寫成erfc(12φμCtr*2K(T0+T1+T2))-erfc(12φμCtr*2K(T1+T2))+]]>+q2q1erfc(12φμCtr*2KT2)≤2πKr*μq1Δpmax---(11)]]>在對于誤差補償函數應用平方根逼近以及重新整理項以后，方程(11)可以被表示為
q2(1-τ/(πT2))≤2πKr*μΔpmax-q1π(τ/(T1+T2)-τ/(T0+T1+T2′))---(12)]]>≡2πKr*μΔpmax-q1v(T2)]]>結合方程(9)和方程(12)，可以得出λλ-T2=1+{πδΔpmaxλτ-q1μ2πKr*1Δpmaxu(λ)}---(13)]]>×{1+q1μ2πKr*1Δpmaxv(T2)}-1(1-τ/(πT2))-1]]>由于在最后兩個括號/圓括號表示式中的項非常接近一致，因此方程(13)可以被大致表示為T2λ≈1-{1+πδΔpmaxλτ-q1μ2πKr*1Δpmaxu(λ)}-2--(14)]]>該方程給出了一表達式，以便用于確定測量階段下降的持續時間，并與上面所得的測量階段預先測試體積的結果相結合，得出測量階段預先測試流量的值。為了從方程(14)獲得T2實際的估算值，就應該滿足下列條件δ>q1μ2π3/2Kr*1Δpmaxu(λ)---(15)]]>方程(15)表示出了這樣一個條件，即，最終的壓力的目標鄰近值應該大于從探查階段預先測試留下的剩余過渡值。
總地來說，在利用方程(8)和方程(11)的更全面的參數估算方法中，可以把由方程(10)和方程(14)得出的對V2和T2估算值作為初始值。盡管方程(8)和方程(11)被用于說明這種方法中計算測量階段的參數的步驟，但是，應當知道，其它的一些影響，例如下井儀存儲、地層復雜性等，可以很容易地被用加入到這種估算方法中。如果地層模型已知，那么，在參數估算方法中可以使用更一般的地層模型方程(6)和(7)。
在上面所描述的用于確定測量階段預先測試的方法中，假定在能估算優化的預先測試體積和持續時間之前對一些參數進行賦值。這些參數包括地層壓力測量精度δ；允許的最大下降值(ΔPmax)；地層孔隙度φ，它通常可從開孔測井來獲得；以及總的壓縮率Ct，它可以公知的相互關系來獲得，該已知的相互關系又取決于孔隙度和巖性。
在確定出了測量階段預先測試參數的情況下，就能在分配給整個測試的時間內獲得改進的地層壓力和地層流動性的估算值。
在點350處，探查階段結束，測量階段可以開始。從探查階段確定的參數被用來計算那些對確定參數以執行測量階段14來說所必須的流量、預先測試持續時間和/或體積。可以利用一組精確的參數來執行測量階段14，這組精確的參數是由那些在探查階段估算的初始的地層參數確定的。
如圖9所示，測量階段14包括以下步驟執行第二下降360；終止下降370；執行第二上升380；以及終止上升390。根據圖6中的探查階段13，按照前面所描述的方式來執行這些步驟。測量階段的參數，例如流量，時間和/或體積，最好根據探查階段的結果來預先確定。
參照圖5，測量階段14最好從探查階段結束點350開始，并持續由測量階段所規定的持續時間TMP，直到在點390處終止為止。優選地是，用于執行探查階段和測量階段的總時間位于所分配的時間量之內。一旦完成測量階段，地層壓力就可以被估算，并且把下井儀撤出，以便進行附加的測試、井下操作或進行從井筒中的撤除操作。
下面將參照圖10，來描述方法1的另一個可選的實施例，該實施例具有一個泥漿壓縮階段11。在這個實施例中，方法1b包括一個泥漿壓縮階段11；一個探查階段13；一個測量階段14。泥漿的壓縮率的估計值可以被用于使探查階段程序更精確，從而能更好地根據探查階段13和測量階段14對參數進行估算。圖11A表示出了對圖10所示方法相對應的壓力曲線，圖11B表示出了預先測試腔容積變化率的相應的圖形描述。
在這個實施例中，圖4中的地層測試器可以被用于執行圖10中的方法。根據這個實施例，隔離閥121a，124a可以與平衡閥128a結合使用，以便把一些液體截留在流送管路103a內。此外，隔離閥121a可以被用于減小下井儀存儲體積的影響，以便有利于迅速上升。平衡閥128a還可以使流送管路容易沖洗，以便排除諸如氣體之類的不想要的流體，并且有利于向流送管路部分119a和113a再充入井筒流體。
泥漿壓縮率的測量可以這樣來進行，例如，首先利用預先測試活塞118a從井筒通過平衡閥128a把一些泥漿抽入到所述下井儀內，然后通過關閉平衡閥128a和隔離閥121a和124a來在流送管路中隔離出一定體積的泥漿，然后利用預先測試活塞118a來調節預先測試腔室114a的容積，從而對所截留的這些泥漿進行壓縮和/或膨脹，同時利用壓力計120a來記錄所截留的這些流體的壓力和體積。
預先測試腔室的容積可以被非常精確地測得，例如，利用適當的圖4中未表示出的線性電位計或利用其它已知的技術來測量預先測試活塞的位移來測量所述預先測試腔的容積。此外，圖4中也未表示出這樣一個裝置，即，該裝置用于精確控制預先測試活塞的速度，以便按照要求對預先測試活塞速率qp進行控制。用于獲得這些精確速率的技術在本領域中是已知的，例如，利用與修正形式的絲桿相連接的活塞、齒輪箱、計算機控制的馬達，就能容易地獲得諸如這種方法所要求的這些速率。
圖11A和圖12更詳細地表示出了泥漿壓縮階段11。泥漿壓縮階段11是在設定所述下井儀之前被執行的，因此，也是在執行探查階段和測量階段之前被執行的。特別是，為了執行泥漿壓縮測試，所述下井儀不必抵靠著井筒設置，在井筒中所述下井儀也不必是固定不動的，因此，減小了因固定不動的鉆桿而引起所述下井儀被卡住的危險性。然而，優選地是，在靠近測試點的位置來對井筒流體進行取樣。
在圖12中更詳細地表示出了用于執行壓縮階段11的一些步驟。這些步驟也與沿著圖11A中的壓力曲線的一些點相對應。如圖12所描述的那樣，泥漿壓縮率測試的步驟包括開始泥漿壓縮率測試510；把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內511；在流送管路中隔離出一些泥漿團512；壓縮這些隔離出的泥漿團520；以及終止壓縮530。接下來，使泥漿團開始膨脹540，泥漿團膨脹持續一段時間550，直到終止膨脹560。開始接通流送管路與井筒561，使流送管路內的壓力被平衡至井筒壓力570，直到終止這種壓力平衡575。然后，就使預先測試活塞開始重新循環工作580。泥漿就被從流送管路排入到井筒內581，并且使預先測試活塞再循環582。當希望執行探查階段時，把下井儀設定好610，并終止接通流送管路與井筒620。
泥漿壓縮率與流送管路中的流體的壓縮率有關，流送管路中的流體通常全是鉆井泥漿。知道了泥漿壓縮率，就可以用來更好地確定線32的斜率(參照圖7的描述)，這樣又能改進對偏離點34的確定，該偏離點表示從地層的流動。知道了泥漿壓縮率的值，就可以使探查階段13更有效，并且能提供附加的途徑，以便進一步改進根據探查階段13得出的估算值，從而最終可改進那些從測量階段14得出的參數。
泥漿壓縮率Cm可以通過分析圖11A中的壓力曲線和相應產生的壓力和體積數據來確定。特別是，泥漿壓縮率可以根據下列方程來確定，該方程為Cm=-1VdVdp]]>或者，等同于，qp=-CMVP·---(16)]]>其中，Cm是泥漿壓縮率(平方英寸/磅)，V是被截留的泥漿的總體積(立方厘米)，p是測得的流送管路壓力(磅/平方英寸)， 表示測得的流送管路壓力的時間變化率(磅/平方英寸·秒)，qp示預先測試活塞速率(立方厘米/秒)。
為了獲得泥漿壓縮率的精確估算值，理想地是，收集更多的數據點來確定在泥漿壓縮率測量期間的壓力-體積的每個支線趨勢。在利用方程(16)來確定泥漿壓縮率時，已經做出了一些通常的假定，特別是，壓縮率固定不變，在測量中所用的增大的預先測試體積與在流送管路中所截留的泥漿的總體積相比是很小的。
現在就來說明通過測量泥漿壓縮率來獲得更精確的偏離點34a。這種方法是這樣開始的，即，把探查階段13的初始部分的下降數據與已知斜率的線32a的數據擬合。利用先前確定的泥漿壓縮率、流送管路容積和預先測試活塞下降速率來確定出線32a的斜率。由于所述下降是以固定的且被精確控制的速率來進行的，并且流送管路中的流體的壓縮率是已知固定不變的并且已由上面所描述的試驗確定，因此，描述具有已知斜率a的這條直線的方程為p(t)=p+-qpV(0)Cmt=b-at---(17)]]>其中，V(0)是在膨脹開始時的流送管路的容積，Cm是泥漿壓縮率，qp是活塞解壓速率，p+是膨脹過程開始時的表觀壓力。假定V(0)遠大于因預先測試腔室的膨脹而增大的容積。
由于已經知道了斜率a，因此，為了完整地確定出方程(17)，唯一需要被確定的參數就是截距p+，即b。一般來說，p+是未知的，然而，當屬于流送管路膨脹的線性趨勢的數據點與斜率為a的線擬合時，這些數據應具有相似的截距。因此，當流送管路膨脹的線性趨勢被確定之后，就可得出該截距p+的值。
確定出延伸的一些數據點，這些數據點位于斜率為a的線上，并且在給定的精度范圍內。這條線表示真實的泥漿膨脹下降壓力趨勢。本領域普通技術人員都會知道，在把這些數據點擬合成一條線時，不必使所有的點都精確地位于這條線上。只要在一精度范圍內把這些點擬合成一條線就足夠了，所述精度范圍是根據下井儀的特性和工作參數來選定的。通過這種方法，就可以避免不規則的趨勢，這些不規則的趨勢與早期的數據點相關，即，與那些大約在預先測試活塞下降開始時的那些數據點相關。最后，當由這些點形成所述直線之后，從所述直線顯著偏離(或超出精度范圍)的第一點34a就是從下降壓力趨勢發生偏離的點。所述偏離點34a通常發生在這樣一個壓力處，即該壓力要大于通過直線外推來預測的壓力。這個點表明泥漿餅已發生破裂。
用于鑒別這些屬于流送管路膨脹線的數據點有各種不同的方法。當然，任何方法的細節取決于怎樣來確定流送管路膨脹線、怎樣來選擇最大的間隔以及怎樣選擇測量精度等。
下面給出了兩種可以采用的方法，以便說明具體情況。在說明之前，先定義下面的各個項bk‾≡1N(k)(Σn=1N(k)pn+aΣn=1N(k)tn)=pn‾+atn‾---(18)]]>b^k≡medianN(k)(pk+atk),---(19)]]>以及Sp,k2≡1N(k)Σn=1N(k)(pn-p(tn))2=1N(k)Σn=1N(k)(pn-p‾k+a(tn-t‾k))2---(20)]]>其中，一般來說，N(k)＜k表示從采集的k個數據點(tk，pk)中選擇的數據點的數目。根據具體情況，N(k)可以等于k。方程(18)和(19)分別表示固定斜率為a的最不直的線，和斜率為a的絕對偏離最小且經過N(k)數據點的線，以及方程(20)表示在固定斜率的線周圍的數據的方差。
一種用于確定跨越最長時間間隔的斜率為a的直線的技術就是把采集到的這些單個數據擬合成斜率為a的一些線。這種擬合產生一系列截距{bk}，單個的bk可以這樣來算出bk＝pk+atk。如果相繼的bk變得逐漸靠得更近并且最終都位于一個很窄的范圍內，那么，與這些下標相對應的這些數據點就被用來擬合成最終的線。
具體地說，這種技術包括以下步驟(i)從給出的一系列截距{bk}確定出一個中值bk；(ii)找出屬于集合Ik={i∈[2,···,N(k)]||bi-b~k|≤nbϵb}]]>的下標，其中，nb是諸如2或3的數，其中εb可以按下列方程來確定ϵb2=Sb,k2=1N(k)(Sp,k2+a2St,k2)=1N(k)SP,K2---(21)]]>其中，最后的示式是根據假定時間測量是準確的而得出的。
另外，也可以非自然地來選擇εb，例如，εb＝Sp，k；(iii)使固定斜率為a的線與這些數據點擬合，其中的下標屬Ik；以及(iv)找出使pk-bk*+atk＞nsSp，k的第一點(tk，pk)，其中，bk*=bk^]]>或bk，這取決于對線進行擬合所采用的方法，ns是諸如2或3的數。圖11A中由34a所表示的這個點表明泥漿餅破裂，并且開始從地層流動。
另外一種可選用的方法是根據一種思路，即，隨著擬合線遇到真實的流送管路膨脹數據，這些數據在固定斜率的線周圍的方差序列最終應變得或多或少地固定。于是，本發明的方法可以按下述過程來實施(i)首先使固定斜率a的線擬合在tk前收集的數據。對于每組數據，根據p(tk)＝bk+atk來確定出一條線，其中，bk是由方程(18)計算出的；(ii)利用方程(20)來構建這方差{Sp，k2}序列，其中N(k)＝k；(iii)找出屬于集合Jk的連續的下標，其中Jk={i∈[3,...,k]|Sp,k-12-Sp,k2>1kSp,k-12-(pk-(b‾k-atk))2};]]>(iv)固定斜率為a的線與具有Jk中的下標的數據擬合。使N(k)為該集合中的下標數；(v)把與這一系列固定斜率的直線的最后直線偏離的點作為第一點，所述這一系列直線具有位于上述集合中的下標，所述第一點滿足pk-bk+atk＞nsSp，k，其中，ns是諸如2或3的數；(vi)確定出Smin2=minN(k){Sp,k2};]]>(vii)找出Jk中的點的子集，使得N＝{i∈Jk||Pi-(bi-ati)|＜Smin}；(viii)通過具有N中的下標的一些點來擬合斜率為a的線；以及(ix)確定泥漿餅破裂為第一點(tk，pk)，其中，pk-bk+atk＞nsSp，k。如先前的選擇一樣，這個點也由圖11A中的34a表示，這個點被指為是表明泥漿餅破裂，并開始從地層中流動。
一旦最佳擬合線32a和偏離點34a被確定，就可以參照圖7如前面所描述的那樣來確定終止點330a、上升過程370a和上升過程終止350a。然后，通過圖11A中的探查階段13中所產生的精確的參數來確定測量階段14。
參照圖13，圖中表示出了方法1c的另一個實施例，該實施例包括泥漿失水階段12。在這個實施例中，這種方法包括一個泥漿壓縮階段11a；一個泥漿失水階段12；一個探查階段13；以及一個測量階段14。圖14A表示出了相應的壓力曲線，圖14B表示出了預先測試體積的變化率的圖形表述。在圖13所示的方法中，可以采用與參照圖10中的方法所描述的相同的下井儀。
圖14A和14B更詳細地表示出了泥漿失水階段12。泥漿失水階段12是在下井儀被設定后并在執行探查階段13和測量階段14之前被執行的。在泥漿失水階段12之前執行改進的泥漿壓縮階段11a。
在圖15中更詳細地表示出了改進的壓縮率測試11a。改進的壓縮率測試11a包括與圖12中的壓縮率測試相同的步驟510-580。在步驟580之后，重復進行泥漿壓縮率測試的步驟511和512，即，把泥漿從井筒抽入到所述下井儀內511a，并且把流送管路與井筒隔離開512a。現在就可以設定所述下井儀610，并且在設定循環結束時，可以對流送管路進行隔離620，以便為泥漿失水階段、探查階段和測量階段作好準備。
在圖16A中更詳細地表示出了泥漿失水階段12。泥漿失水階段從點710開始，流送管路中的泥漿體積被壓縮711，直到這種壓縮在點720處終止，然后流送管路壓力下降730。在初始壓縮之后，打開井筒內的流送管路的連通751，平衡下井儀和井筒內的壓力752，然后把流送管路與井筒隔離開753。
可選擇的是，如圖16B所示，可以執行改進的泥漿失水階段12b。在這種改進的泥漿失水階段12b中，在開通流送管路751之前執行第二次壓縮，包括對流送管路中的泥漿開始再壓縮的步驟731，把流送管路中的泥漿體積壓縮至更高的壓力740，終止再壓縮741。然后允許流送管路壓力下降750。然后，可以參照圖16A所描述的那樣來執行步驟751-753。圖14A中的壓力曲線表示出了圖16B中的泥漿失水階段12b。
在另一種選擇12c中，如圖16C所示，在第一次壓縮711的流送管路壓力下降730之后執行一個解壓縮循環，包括步驟開始對流送管路中的泥漿解壓縮760；解壓縮至一個低于井筒壓力的適當的壓力770；終止這種解壓縮780。然后允許流送管路壓力下降750。然后可按照前面參照圖16A所描述的那樣來重復進行步驟751-753。圖14A中的壓力曲線表示出了圖16C中的泥漿失水階段12c。
如圖14A中的壓力曲線所示，可以利用圖16B中的泥漿失水階段12b或者利用圖16C中的泥漿失水階段12c來執行圖16A中的泥漿失水方法12。可選擇地是，可以在泥漿失水階段期間實施圖16A-16C中所描述的一種或多種技術。
泥漿失水涉及通過沉積于井筒壁上的泥漿餅的泥漿的基體流體的失水以及確定在已有的井筒條件下的失水的體積速率。假設在測試期間泥漿餅特性保持不變，通過泥漿餅的失水速率可簡單地被表示為qf=CmVtP·---(22)]]>其中，Vt是被截留的泥漿的總體積(立方厘米)，qf表示泥漿失水速率(立方厘米/秒)；Cm表示泥漿壓縮率(平方英寸/磅)(其中，Cm是在改進的泥漿壓縮率測試11a期間被確定或被輸入)； 表示在圖14中的步驟730和750期間被測量的壓力下降速率(磅/平方英寸·秒)。方程(22)中的體積Vt表示在閥121a，124a和1128a之間的流送管路的容積，如圖4所示。
對于泥漿餅來說，由于這些泥漿餅不能有效地對井筒壁進行密封，因此，在探查階段的流送管路解壓縮期間，泥漿滲透速率能占預先測試活塞工作速率的相當大的一部分，如果不把這些考慮進去，那么就會導致從地層開始流動監測到的點，即圖7中的點34有誤差。在流送管路解壓縮階段期間用于監測從地層開始流動的點即圖7中的偏離點34的固定斜線的斜率a，在這種些情況下可以按下列方程來確定p(t)=p+-qp-qfV(0)Cmt=b-at---(23)]]>其中，V(0)是在開始膨脹時的流送管路的容積，Cm是泥漿壓縮率，qp是活塞解壓縮速率，qf是從流送管路通過泥漿餅失水進入地層的速率，以及p+是在開始膨脹過程時的表觀壓力，正如前面所描述的那樣，它是在確定偏離點34的過程期間被確定的。
一旦泥漿餅的失水速率qf和泥漿壓縮率Cm被確定，就可以在通過泥漿餅失水很大的情況下繼續進行從探查階段13估算地層壓力。
優選地是，可以以自動的方式來實施本發明的實施例。此外，這些實施例既適用于井下鉆井下井儀，也適用于利用任何類型的諸如鉆桿、測井電纜索、連接油管或螺旋油管之類的工作管柱傳送到井筒內的測井電纜地層測試器。有利地是，本發明的方法允許以最大時效性的方式用井下鉆井下井儀來執行時間受限制的地層測試，從而可以避免或減小與停止的鉆井下井儀相關聯的潛在的一些問題。
下面將參照圖17A、17B和18來描述執行探查階段測量的另一個實施例。在設定地層測試器805之前，最好根據上面所描述的那樣(圖中未示)來確定泥漿壓縮率。在確定了泥漿壓縮率之后并在設定地層測試器之前，由所述下井儀測得的壓力就是井筒流體壓力或泥漿靜壓力801。在下井儀被設定805之后，如圖4所示，預先測試活塞118a被驅動810，以固定且精確的速率來抽取流體，以便在要求的時間tpi815內實現規定的壓降814。優選地是，如果大概已知過平衡的話，理想的壓降(Δp)與在那個深度的預期的過平衡同一個數量級，但得小于該過平衡。過平衡是泥漿靜壓力和地層壓力之間的壓力差。或者是，理想的壓降(Δp)可以是大于“流動開始時的壓力”的最大期望值(例如200磅/平方英寸)的某個值(例如300磅/平方英寸)。對于本發明的這些實施例來說，實際的地層壓力是否在這個范圍內并不重要。因此，在下面的描述中，假定地層壓力不在這個范圍內。
根據本發明的實施例，為獲得這樣有限的壓降(Δp)，活塞下降速率可以由下面的式子來估算出qpi=-1tpiCmVtΔp---(24)]]>其中，Cm是流送管路流體的壓縮率，其中假設流送管路流體與井筒流體相同；Vt是被截留在圖4所示的閥121a、124a和128a之間的流送管路103a內的流體的體積；Δp是期望的壓降，tpi是預先測試下降的持續時間。
參照圖17A，17B和18，執行本發明實施例的探查階段13b的一種方法包括步驟開始下降810，執行受控的下降814。優選地是，活塞下降速率被精確控制，以便使壓降和壓力變化速率能被適當地控制。然而，不必以低的速率來執行所述預先測試(活塞下降)。當到達規定的增大的壓降時，就停止預先測試活塞，并終止所述下降816。于是，該壓力就可以進行平衡817，持續時間為tio818，該過程可以比下降持續時間tpi817長，例如，tio＝2tpi。在壓力被平衡之后，比較在點820處的穩定壓力與在點810處開始下降時的壓力。此時，就作出決定是否要重復循環，圖18中819所示。這種決定的標準是看被平衡的壓力(例如在點820處)與在開始下降(例如在點810處)時的壓力的壓差是否達到了一個與期望壓降(Δp)基本一致的量。如果是，那么，就重復這個流送管路膨脹循環。
為了重復流送管路膨脹循環，例如，預先測試活塞被重新驅動，且象所描述的那樣進行下降循環，即，開始預先測試820，以與先前的循環大致相同的速率和持續時間826進行下降824，并達到精確的相同的量(Δp)，終止下降825，以及進行平衡830。此外，再對點820和830處的壓力進行比較，以便決定是否要重復這個循環。如圖17A所示，這些壓力顯著不同，并且基本上與從流送管路中流體膨脹中產生的期望壓降(Δp)一致。因此，循環被重復，830-834-835-840。所述“流送管路膨脹”循環被重復，直到相繼的穩定壓力的壓差大致小于規定的/提出的壓降(Δp)，例如在圖17A中由點840和850所示。
在相繼的被穩定的壓力之間的壓差大致小于規定的/提出的壓降(Δp)之后，“流送管路膨脹”循環可以被再重復一次，如圖17A中的850-854-855-860所示。如果在點850和860的穩定壓力基本一致，例如，在計量計的可重復性的一個小倍數之內，那么，這兩個值中的較大的那個值被作為地層壓力的第一估算值。本領域普通技術人員會知道，圖17A，17B，18中所表示出的過程只是解釋性的。本發明的實施例并不受執行多少個流送管路膨脹循環的限制。此外，在相繼的被穩定壓力的壓差大致小于所規定/提出的壓降(Δp)之后，就可以隨意地重復這個循環一次或多次。
從流送管路流體膨脹過渡到從地層發生流動的點被確定為圖17A中的點800。如果在點850和860處的壓力在被分配的穩定時間的結束處相互一致，那么，就可以有利地允許壓力860繼續上升，并且利用在前面部分中所描述的過程(參見對圖8的描述)來終止這種上升，以便更好地獲得地層壓力的第一估算值。在前面的部分中描述這樣一種方法，即用這種方法來作出決定是繼續探查階段還是執行測量階段，864-868-869，以便獲得地層壓力的最終估算值870。在測量階段被完成之后870，把探測器從井筒壁上脫離開來，并在一時限895使壓力恢復到井筒壓力874，并在881處達到穩定。
如圖17A和18所示，一旦地層壓力和地層流動性的第一估算值在探查階段13b中被獲得，那么，所獲得的這些參數可以被用于建立測量階段14的預先測試參數，以便在分配給測試的時間內形成更精確的地層參數。利用在探查階段13b所獲得的這些參數來設計測量階段14的預先測試參數的方法在前面已經被描述過了。
在圖17A，17B和18所示的實施例中，規定了在流送管路膨脹階段的壓降(Δp)的大小。在另外可選的實施例中，如圖19和20所示，規定流送管路膨脹階段期間的體積增量的大小(ΔV)。在這個實施例中，以受控制速率在每個步驟中抽出固定且精確調節的流體體積(ΔV)，以便產生一壓降，該壓降可由下式得出Δp=-1CmVtΔV=-1CmVtqitqi]]>在這個實施例中所用的方法類似于描述圖17A，17B，18中所示實施例時所描述的方法。在設定地層測試器之前，最好確定泥漿壓縮率(圖中未示)。在確定泥漿壓縮率之后并在設定地層測試器之前，由下井儀所測得的壓力就是井筒壓力或泥漿靜壓力201。
參照圖19A，19B，20，在下井儀被設定之后205，啟動圖4所示的預先測試活塞118a。根據本發明的一個實施例，用于執行探查階段13c的方法包括步驟開始下降210；以精確且固定的速率抽取流體214，直到預先測試腔室114a的容積增大規定的量(ΔV)。預先測試腔室的體積增大變化量可以在例如0.2至1立方厘米數量級。本領域普通技術人員會知道，規定的體積增量(ΔV)并不局限于這些示例性的體積，而是應根據所截留的流體的總體積來進行選擇。流送管路所產生的膨脹導致在流送管路中產生壓降。
當在預先測試腔室內達到規定的增量時，預先測試活塞118a就被停止，并且使下降終止215。于是，流送管路中的壓力就可以進行平衡217，平衡的持續時間為toi218，這個持續時間要長于下降持續時間tqi216，例如，toi＝2tqi。在壓力平衡之后(如圖19A中的點220所示)，就決定是否重復“流送管路膨脹”循環219(圖20所示)。作出該決定的標準類似于對圖17A和圖18所示的實施例進行描述時所描述的標準。也就是，如果在穩定或平衡之后，壓力(例如在點220)顯著地不同于在下降開始時(例如在點210)的壓力，并且壓差基本上與從流送管路中的流體膨脹所引起的期望的壓降一致，那么就重復“流送管路膨脹”循環。
為了重復“流送管路膨脹”循環，例如，就重新驅動預先測試活塞220，使流送管路被精確地膨脹相同的體積ΔV 224，并允許壓力進行穩定230。此外，如果在點220和230處的壓力顯著不同，那么，基本上與從流送管路中的流體膨脹所引起的期望壓降一致，那么，就重復該循環，例如，230-234-235-240。“流送管路膨脹”循環被重復執行，直到相繼的被穩定的壓力例如圖19A所示的在點230和240處的壓力的壓差基本上小于因流送管路中的流體膨脹所引起的期望壓降。
在相繼的被穩定的壓力的壓差基本上小于期望壓差之后，“流送管路膨脹”循環可以被再重復一次，如圖19A所示的240-244-245-250。如果在點240和250處的被穩定的壓力基本上一致，那么，這兩個值中較大的那個值就表示地層壓力的第一估算值。本領域的普通技術人員會知道，圖19A，19B，20中所示的方法只是解釋性的。本發明的實施例并不受執行多少個“流送管路膨脹”循環所限制。此外，在相繼的被穩定的壓力的壓差基本上小于期望壓降之后，就可以隨意地重復一次或多次循環。
從流送管路流體膨脹過渡到從地層發生流動的點被確定為圖19A中的點300。如果在點240和250處的壓力在被分配的穩定時間結束時相互一致，并在選定的范圍內(例如，計量計的可重復性的小倍數)，那么，就可以有利地允許在250處的壓力繼續上升，并且利用在前面部分中所描述的過程(參見圖8)來終止這種上升，以便更好地獲得地層壓力的第一估算值。在前面的部分中描述了這樣一種方法，即用這種方法來作出決定是繼續探查階段還是執行測量階段，250-258-259-260，以便獲得地層壓力的最終估算值260。在測量階段被完成之后260，把探測器從井筒壁上脫離開來，并在一時限295使壓力恢復到井筒壓力264，并在271處達到穩定。
如圖19A和20所示，一旦地層壓力和地層流動性的第一估算值在探查階段13c被獲得，那么，所獲得的這些參數可以被用于建立測量階段14的預先測試參數，以便在分配給測試的時間內形成更精確的地層參數。利用在探查階段13c所獲得的這些參數來設計測量階段14的預先測試參數的方法在前面已經被描述過了。
在前面概述了用于確定泥漿壓縮率的方法。泥漿壓縮率取決于它的組成成分和流體的溫度及壓力。結果是，泥漿壓縮率通常隨著深度而改變。因此，理想的情況是，在原位置在執行測試的位置附近測量泥漿壓縮率。如果下井儀結構不允許按上述方式來確定泥漿壓縮率，那么，就可以采用下面所描述的另外的一些方法來估算處于原位置的泥漿壓縮率。
在根據本發明的實施例的方法中，地層測試器可以被設置在套管中，例如設置在套管靴附近，以便對套管形成流體密封。利用圖4所示的預先測試活塞118a來對測試器流送管路中所截留的井的流體進行壓縮和解壓縮。在上面已經參照圖1lA和11B對執行泥漿壓縮率測試的方法進行了描述。一旦知道了預先測試活塞速率qp、壓力變化速率 以及所截留的體積V，就可以利用 來估算出泥漿壓縮率。
在這個特定的實施例中，執行壓縮率測量的位置的實際垂向深度(因此溫度和壓力)可以顯著地不同于地層壓力被測量的位置的垂向深度。由于鉆井流體的壓縮率受溫度和壓力的影響，因此，必須對測得的壓縮率進行修正，以便估算在執行測試的深度處的鉆井泥漿的壓縮率。
在根據本發明的方法中，利用傳統的壓力傳感器和溫度傳感器，在測量開始之前例如在圖17A所示的點801時采集井筒壓力和溫度信息。根據已知的鉆井泥漿特性和在原位置進行的溫度和壓力測量，就可以構建出圖21所示的圖表，以便對溫度和壓力進行修正。或者是，可以利用本領域中已知的一些分析方法來計算出修正系數，當把這些修正系數用于初始的壓縮率測量時就可以得出在執行地層壓力測量的深度處的原位置的流送管路流體壓縮率。例如，可以參照在IADC/SPE論文47806，1998，E.Kartstad和B.S.Aadnoy所著的“在高壓高溫鉆井操作期間鉆井流體的密度狀態”(Density Behavior of Drilling FluidsDuring High Pressure High Temperature Drilling Operations)。
在根據本發明實施例的另一種方法中，在期望的井下溫度和壓力條件范圍中測量地表樣本的(例如泥漿坑)的壓縮率。然后，根據本領域中已知的一些方法，從泥漿密度和泥漿壓力以及泥漿溫度之間的已知的相互關系，來估算出在井下條件下的原位置的泥漿壓縮率。參照例如在IADC/SPE論文47806，1998，E．Kartstad矛B.S.Aadnoy所著的“在高壓高溫鉆井操作期間鉆井流體的密度狀態”(Density Behavior of Drilling Fluids During High Pressure HighTemperature Drilling Operations)。
圖21表示出了對于基于油的泥漿和基于水的泥漿在流體壓縮率(Cm)和流體壓力(p)之間的典型的相互關系。圖中實線10表示對于典型的基于油的泥漿而言泥漿壓縮率隨著井筒壓力而變化的關系。圖中虛線11表示對于典型的基于水的泥漿而言泥漿壓縮率相應的變化關系。附圖標記7表示在地表上基于油的泥漿的壓縮率。附圖標記8表示在套管靴處基于油的泥漿的壓縮率。附圖標記9表示在套管靴以下的給定測量深度處基于油的泥漿的壓縮率。壓縮率修正值ΔC表示在套管靴處的基于油的泥漿壓縮率8與在測量深度處的基于油的泥漿壓縮率9之間的差值。可以通過壓縮率修正值ΔC來調節在套管靴處測得的壓縮率8，以便確定出在測量深度處的壓縮率9。正如圖中虛線11所示，對于基于水的泥漿而言，壓縮率的變化和對應的壓縮率修正值可以遠小于由實線10所表示的基于油的泥漿壓縮率的修正值。
如上所述，在井下條件下，泥漿壓縮率，無論是在原位置直接測量，還是從其它的測量中推算出的，均可以被用于本發明的實施例中，以便提高在諸如在圖11A所示的探查階段和/或測量階段得出的地層特性估計值的精度。
盡管已經采用有限數量的實施例描述了本發明，但是，本領域普通技術人員在這里所作的公開內容的啟示下都會知道，可以設計一些其它的實施例，而這些均未脫離在此所公開的本發明的范圍。因此，本發明的范圍只應當由所附的權利要求書來限定。
權利要求
1.一種用于評估地下地層的方法，其包括把一測井下井儀放置在地下地層附近的一井筒內，該測井下井儀內具有一預先測試活塞，以便適用于執行地層的預先測試；執行地層的第一次預先測試，以便確定出地層參數的初始估算值；根據所述地層參數的初始估算值，設計出用于執行第二次預先測試的預先測試條件；根據所設計的預先測試條件，執行地層的第二次預先測試，從而確定出地層參數的精確的估算值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，對地層參數的初始估算包括對地層壓力、滲透性、流動開始中的一個參數或它們的組合進行初始估算。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，執行第一次預先測試的步驟包括執行第一次下降；終止所述第一次下降；執行第一次上升；以及終止所述第一次上升。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述第一次上升在地層壓力的一估算壓力處終止。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括從第一次上升進行推算地層參數的初始估算值。
6.根據權利要求3所述的方法，其中，根據壓力、時間、體積、下降的偏離點、體積變化中的一個或它們的組合來終止所述第一次下降。
7.根據權利要求3所述的方法，其中，根據時間限制、壓力穩定性，及它們的組合來終止所述第一次上升。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所設計的預先測試條件包括時間、壓力、速率中的一個或它們的組合。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，執行第二次預先測試的步驟包括執行第二次下降；終止所述第二次下降；執行第二次上升；以及終止所述第二次上升。
10.根據權利要求1所述的方法，還包括確定井筒中泥漿的泥漿壓縮率的步驟，其中，執行第一次預先測試的步驟包括根據泥漿的壓縮率來執行第一次預先測試的步驟。
11.根據權利要求10所述的方法，其中，泥漿壓縮率是這樣來被確定的，即在測井下井儀中截留一定體積的泥漿團；對所述泥漿團進行壓縮；使所述泥漿團膨脹；以及使所述泥漿團壓力與井筒壓力平衡。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其中，泥漿壓縮率是由所截留的泥漿體積和泥漿體積及泥漿壓力的變化率來確定的。
13.根據權利要求10所述的方法，還包括根據泥漿失水量來確定出精確的泥漿壓縮率的步驟，其中，執行第一次預先測試的步驟包括根據所述精確的泥漿壓縮率來執行第一次預先測試。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，所述泥漿失水量是這樣來確定的，即在測井下井儀內截留一定體積的泥漿團，壓縮所述泥漿團；終止壓縮；允許所述泥漿團的壓力下降，使泥漿團壓力與井筒內的壓力平衡；以及把所述泥漿團與井筒隔離開。
15.根據權利要求13所述的方法，其中，泥漿失水量是這樣來確定的，即；在測井下井儀內截留一定體積的泥漿團，壓縮所述泥漿團；終止壓縮；允許所述泥漿團的壓力下降；對所述泥漿團再壓縮；使泥漿團壓力與井筒內的壓力平衡；以及把所述泥漿團與井筒隔離開。
16.根據權利要求13所述的方法，其中，泥漿失水量是這樣來確定的，即，在測井下井儀內截留一定體積的泥漿團，壓縮所述泥漿團；終止壓縮；允許所述泥漿團的壓力下降；對所述泥漿團進行解壓縮；允許所述泥漿團的壓力下降；使泥漿團壓力與井筒內的壓力平衡；以及把所述泥漿團與井筒隔離開。
17.根據權利要求13所述的方法，其中，泥漿失水量是根據泥漿壓縮率、泥漿體積和泥漿壓力減小率來確定的。
18.一種用于評估地下地層的測井下井儀，其包括一探測器，其可設置在地下地層附近；一流送管路，其具有從探測器延伸到測井下井儀內的第一部分、從所述第一部分延伸到井筒的第二部分，以及從第所述第一部分穿過測井下井儀的第三部分；一預先測試腔室，其可操作地與位于探測器和流送管路的第二部分及第三部分之間的流送管路的第一部分相連接，該預先測試腔室內具有可移動地定位于其中的一預先測試活塞，用于選擇性地從流送管路的第一部分抽取流體以及向流送管路的第一部分內放入流體；一探測器隔離閥，其被設置在探測器和預先測試腔室之間的流送管路的第一部分中；該探測器隔離閥適用于選擇性地改變流送管路中的流體壓力；一平衡閥，其被設置在流送管路的第二部分中，該平衡閥適用于可選擇性地允許在流送管路的第一部分和井筒之間形成流體連通；一流送管路隔離閥，其被設置在流送管路的第三部分中，該流送管路隔離閥適用于選擇性地允許在第一流送管路和測井下井儀的剩余部分之間形成流體連通；以及至少一個壓力計，其可操作地與流送管路的第一部分、第二部分、第三部分之一或它們的組合相連接，從而可以確定出至少一個地層參數。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，在探測器和隔離閥之間的第一流送管路中設置至少一個壓力計，用于測量通過探測器流入測井下井儀內的流體壓力。
20.根據權利要求18所述的裝置，其中，在預先測試腔室和隔離閥之間的第一流送管路中設置至少一個壓力計，用于測量在預先測試腔室附近流體連通的流送管路中的流體壓力。
21.根據權利要求18所述的裝置，其中，在井筒和平衡閥之間的第一流送管路中設置至少一個壓力計，用于測量井筒中的流體壓力。
22.根據權利要求18所述的裝置，還包括一處理器，該處理器能進行收集數據、存儲數據、分析數據中的一種或它們的組合。
23.一種用于評估地下地層的方法，其包括(a)在測井下井儀中的一預先測試腔室與地層之間通過一流送管路建立起流體連通，所述流送管路中具有一初始壓力；(b)以受控方式來移動設置在預先測試腔室中的一預先測試活塞，以便把所述初始壓力減小至一下降壓力；(c)終止活塞的移動，以便允許下降壓力調節至一穩定壓力；(d)重復步驟(a)-(c)，直到該穩定壓力與初始壓力之間的壓差基本上小于一預定的壓降；以及(e)根據對這些壓力中的一個或多個進行分析，確定出至少一個井下參數。
24.根據權利要求23所述的方法，其中，通過控制流送管路中的壓力減少、流送管路中的壓力變化率、預先測試腔室的容積增量變化中的一個或它們的組合，來控制預先測試活塞的移動。
25.根據權利要求23所述的方法，其中，步驟(c)的持續時間要比步驟(b)長。
26.根據權利要求23所述的方法，還包括確定何時終止步驟(c)。
27.根據權利要求23所述的方法，其中，所述確定步驟包括確定泥漿壓縮率、地層壓力、井筒壓力、流動性之一或它們的組合。
28.根據權利要求23所述的方法，還包括測量井筒壓力、地層壓力之一或它們的組合。
29.根據權利要求28所述的方法，還包括確定地層壓力和井筒壓力之間的壓差。
30.根據權利要求23所述的方法，其中，根據該初始壓力和該穩定壓力來確定地層壓力的一估算值。
31.根據權利要求30所述的方法，其中，該初始壓力和該穩定壓力中較大的一個就是地層壓力的估算值。
32.根據權利要求23所述的方法，還包括確定是否執行一測量階段。
33.根據權利要求32所述的方法，其中，井下參數被用于設計執行測量階段預先測試的條件。
34.根據權利要求33所述的方法，還包括根據設計條件來執行測量階段預先測試。
35.根據權利要求23所述的方法，還包括根據測得的壓力來估算泥漿壓縮率。
36.根據權利要求32所述的方法，還包括利用泥漿壓縮率來確定井下參數。
全文摘要
本發明公開了用于確定至少一個井下地層參數的裝置和方法。該裝置包括一預先測試活塞，其可被設置成與地層流體連通；一系列流送管路計量計；一些閥，設置為選擇性地把地層流體和泥漿之一抽入到該裝置內用于測量。其中的方法包括執行第一次預先測試，確定出地層參數的估算值；利用第一次預先測試來設計出第二次預先測試，并得出精確的地層參數，從而可以估算出地層特性。
文檔編號E21B47/06GK1495336SQ0312559
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月9日 優先權日2002年9月9日
發明者J·J·波普, J·-M·福利尼, J·-M·哈徹, J J 波普, じ＠ , す 申請人:施盧默格海外有限公司