DE602005004383T2

DE602005004383T2 - Stufenlose absenkung für formationsdruckprüfung

Info

Publication number: DE602005004383T2
Application number: DE602005004383T
Authority: DE
Inventors: Eick Niemeyer; Tobias Kischkat; Matthias Meister
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: CA2556427C; CA2556427A1; EP1716314B1; BRPI0507858B1; EP1716314A1; NO20064013L; US20040231841A1; DK1716314T3; BRPI0507858A; WO2005080752A1; NO338490B1; DE602005004383D1; US7395703B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich insgesamt auf das Prüfen von Untertage-Formationen oder Reservoirs. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Realzeit-Regelung eines Abziehsystems.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen wie Öl und Gas werden Bohrlöcher gebohrt, indem ein an einem Gestängestrangende befestigter Bohrmeißel gedreht wird. Der Gestängestrang kann ein zusammengesetztes drehbares Rohr oder ein gewickeltes Rohr sein. Ein Großteil der gegenwärtigen Bohraktivität betrifft das gerichtete Bohren, d. h. das Bohren von Bohrlöchern, die aus der Vertikalen abweichen und/oder von horizontalen Bohrlöchern, um die Kohlenwasserstoffgewinnung zu steigern und/oder zusätzliche Kohlenwasserstoffe aus den Erdformationen abzuziehen. Moderne Richtungsbohrsysteme verwenden gewöhnlich einen Gestängestrang mit einer Bohrlochsohlenanordnung (BHA – Bottom Hole Assembly) und einem Bohrmeißel an seinem Ende, der von einem Bohrmotor (Spülflüssigkeitsmotor) und/oder dem Gestängestrang gedreht wird. Eine Anzahl von bohrlochseitigen Einrichtungen, die in unmittelbarer Nähe des Bohrmeißels angeordnet sind, messen bestimmte Bohrlochbetriebsparameter, die dem Gestängestrang zugeordnet sind. Zu solchen Einrichtungen gehören gewöhnlich Sensoren zum Messen der Temperatur und des Drucks im Bohrloch, Messeinrichtungen für Azimut und Neigung sowie eine Einrichtung zum Messen des spezifischen Widerstands, um das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen und Wasser zu bestimmen. Häufig sind Bohrlochinstrumente, die als Geräte zum Messen während des Rohrens (MWD – Measurement-While-Drilling) oder als Geräte zum Sondieren während des Rohrens (LWD – Logging- While-Drilling) bekannt sind, häufig an dem Gestängestrang befestigt, um die Formationsgeologie und Formationsfluidbedingungen während der Bohrvorgänge zu bestimmen.
Zu einer Art der Prüfung während des Rohrens gehört die Gewinnung von Fluid aus dem Reservoir, das Sammeln von Proben, das Absperren des Bohrlochs, das Reduzieren eines Testvolumendrucks und das Zulassen des Druckaufbaus auf einen statischen Wert. Diese Folge kann mehrere Male bei mehreren unterschiedlichen Reservoirs innerhalb eines vorgegebenen Bohrlochs oder an mehreren Punkten in einem einzigen Reservoir wiederholt werden. Diese Art von Test ist als "Druckaufbautest" bekannt. Ein wesentlicher Aspekt bei Daten, die während eines solchen Druckaufbautests gesammelt werden, sind die Druckaufbauinformationen, die nach dem Absenken des Drucks in dem Testvolumen gewonnen werden. Aus diesen Daten können Informationen bezüglich der Permeabilität und Größe des Reservoirs abgeleitet werden. Darüber hinaus können tatsächliche Proben des Reservoirfluids erhalten und geprüft werden, um Druck-Volumen-Temperatur-Daten zu sammeln, die für die Kohlenwasserstoffverteilung des Reservoirs relevant sind.
Einige Systeme erfordern zur Ausführung einer Druckprüfung das Herausziehen des Gestängestrangs aus dem Bohrloch. Der Gestängestrang wird entfernt, und es wird ein Druckmessgerät in das Bohrloch unter Verwendung eines Drahtseilgeräts eingeführt, das Packer zum Isolieren des Reservoirs aufweist. Obwohl an Drahtseilen geförderte Geräte in der Lage sind, ein Reservoir zu prüfen, ist es schwierig, ein Drahtseilgerät in ein abgelenktes Bohrloch zu fördern.
Ein jüngeres MWD-System ist in dem US-Patent 5,803,186 für Berger et al. offenbart. Das '186-Patent stellt ein MWD-System bereit, welches die Verwendung von Druck- und Widerstandssensoren bei dem MWD-System einschließt, um für diese Messungen eine Realzeit-Datenübertragung zu ermöglichen. Die '186-Vorrichtung ermöglicht es, statische Drucke, das Aufbauen von Drucken und Druckabsenkungen mit einem Arbeitsstrang, wie einem Gestängestrang, an Ort und Stelle zu erhalten. Es kann auch eine Berechnung der Permeabilität und anderer Reservoir-Parameter basierend auf den Druckmessungen erreicht werden, ohne den Gestängestrang aus dem Bohrloch zu entfernen.
Bei Verwendung einer Vorrichtung, wie sie in dem '186-Patent beschrieben ist, wird die Dichte des Bohrfluids während des Rohrens berechnet, um den Bohrwirkungsgrad einzustellen, während die Sicherheit aufrechterhalten wird. Die Dichteberechnung basiert auf der gewünschten Beziehung zwischen dem Gewicht der Bohrspülflüssigkeitssäule und dem vorhergesagten Bohrlochdruck, dem begegnet wird. Nach der Ausführung des Tests wird eine neue Vorhersage gemacht und die Spülflüssigkeitsdichte wie gefordert eingestellt, während sich der Meißel weiterbewegt, bis eine weitere Überprüfung vorgenommen wird.
Ein Nachteil dieser Geräteart wird ersichtlich, wenn unterschiedliche Formationen während des Rohrens durchdrungen werden. Der Druck kann sich von einer Formation zur nächsten und auf kurze Entfernungen aufgrund unterschiedlicher Formationszusammensetzungen beträchtlich ändern. Wenn der Formationsdruck niedriger als erwartet ist, kann der Druck der Spülflüssigkeitssäule eine unnötige Beschädigung der Formation herbeiführen. Wenn der Formationsdruck höher als erwartet ist, könnte sich daraus ein Druckkick ergeben.
Ein alternatives Verfahren zur Ausführung eines Absenktests, bei welchem das Fluid in das Testvolumen in zwei Teilen gezogen wird, ist in dem US-Patent 2002/112854 für Krueger offenbart.
Eine solche Formationsdruckprüfung kann durch eine Vielzahl von Faktoren behindert werden, zu denen ein ungenügendes Abzugsvolumen, ein Verstopfen des Geräts oder der Formation während eines Tests, ein Dichtungsversagen oder eine Drucküberhöhung gehören. Diese Faktoren können zu falschen Druckinformationen führen. Drucktests mit übermäßiger Abzugsrate, d. h. der Volumenzunahmerate in dem System, oder Versuche mit einem unzureichenden Abzugsvolumen sollten vermieden werden. Die übermäßige Abzugsrate führt häufig zu einem übermäßigen Delta-Druckabfall zwischen dem Testvolumen und der Formation, was lange Aufbauzeiten verursacht. Darüber hinaus dominiert die Kompressibilität des Fluids in dem Gerät die Druckreaktion, wenn die Formation nicht genug Fluid für den übermäßigen Druckabfall liefern kann. Bei einer übermäßigen Abzugsrate kann der Druckabfall den Fluidblasenbildungspunkt überschreiten, wodurch die Entwicklung von Gas aus dem Fluid herbeigeführt und das Versuchsergebnis unbrauchbar wird.
Bei einem unzureichenden Abzugsvolumen fällt der Druck in dem Gerät nicht unter den Formationsdruck, was zu einem geringen oder keinem Druckaufbau führt. Bei stark permeablen Formationen kann ein unzureichendes Abzugsvolumen fälschlicherweise eine feste Formation anzeigen.
Eine Drucküberhöhung oder einfach ein Überhöhen ist vorhanden, wenn der Druck am Sandstoß in der Nähe der Bohrlochwand größer als der wahre Formationsdruck ist. Ein Überladen wird durch einen Einfall von Fluid aus dem Bohrprozess verursacht, das sich nicht vollständig in die Formation verteilt hat. Ein Überhöhen wird auch durch einen Ringraum-Fluiddruck verursacht, der eine Abdichtung durch einen Schlammkuchen umgeht. Deshalb wird gewöhnlich die Druckinformation mehr als einmal gemessen, um eine Bestätigung der Informationen zu erhalten.
Zu dem typischen Bestätigungstest gehören mehrere Abziehtests unter Verwendung von identischen Abzugsparametern, beispielsweise Abzugsrate, Delta-Druck und Testdauer. In manchen Fällen können die Parameter nach einem vorgegebenen Vertfizierungsprotokoll geändert werden. Der Versuch mit Mehrfachabzug unter Verwendung der gleichen Testparameter hat den Nachteil einer zeitlichen Ineffizienz, und dass fehlerhafte Ergebnisse wiederholt werden können. Folgt man lediglich einem vorgegebenen Testprotokoll, erhöht dies nicht den Wirkungsgrad, da sich das Protokoll den Echtzeitbedingungen nicht in passender Weise zuwenden kann. Darüber hinaus verifizieren vorgegebene Protokolle frühere Testergebnisse nicht notwendigerweise.
Eine übliche Praxis besteht darin, eine fixierte Abzugsrate zu setzen, auf die auch als Abzugsrate Bezug genommen wird. Das Festlegen einer fixierten Abzugsrate führt zu einem unkontrollierten Übergang von einer Nullrate zu der eingestellten fixierten Abzugsrate. Das übliche Gerät bringt auch den Abzugsteil des Tests nach einem vorgegebenen Zeitraum unverzüglich zum Stillstand, wodurch ein weiterer unkontrollierter Übergang von der fixierten Rate zurück auf null erzeugt wird. Diese unkontrollierten Übergänge führen zu Diskontinuitäten an den Übergangspunkten, an denen das Testgerät und die Sensoren, insbesondere die in Bohrlöchern eingesetzten Drucksensoren, nicht gut folgen.
Die Kombination von Diskontinuitäten, die durch die gegenwärtigen Testmaßnahmen erzeugt werden, die mit der typischen Sensorreaktion verbunden sind, führt zu mehreren Mängeln. Das Drucksensor-Ausgangssignal wird gewöhnlich hinter dem tatsächlichen Druck zurückbleiben, der in dem Testvolumen vorhanden ist. Manchmal wird der Drucksensor auch "über das Ziel hinausschießen", indem er einen Druck jenseits (höher oder niedriger) des tatsächlichen Grenzdrucks anzeigt. Die abrupten Übergänge ändern auch die Testumgebung, was zu fehlerhaften Druckmessungen führt. Die Übergangspunkte ergeben eine relativ schnelle Druckänderung, die eine Temperaturänderung verursacht. Wenn ein hoher Druckgradient vorliegt, wird die Temperaturänderung noch größer, was einen schlechten Temperaturausgleich ergibt, der zu ungenauen Druckmessungen mit den typischen temperaturkompensierten Drucksensoren führt. Wenn diese Mängel vorhanden sind, werden analytische Methoden zum Bestimmen von Formationsparametern, wie Druck, Mobilität und Kompressibilität, ungenau, und auch eine direkte Messung des Formationsdrucks wird ungenau.
Jedes der vorstehend angegebenen Probleme kann zu falschen Informationen bezüglich Formationseigenschaften und zu einer verlorenen Bohrzeit führen. Es besteht deshalb ein Bedürfnis, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Mehrfachverifizierungstests ohne Bedienungsperson bereitzustellen. Darüber hinaus besteht ein Bedürfnis, ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen glatten Übergang von einem Null-Abzug zu einem eingestellten maximalen Abzug und dann für einen glatten Übergang zurück zum Null-Abzug vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einigen der vorstehend erörterten Nachteile, indem sie für eine Messung mit Regelschleife während des Rohrens eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einleiten eines Abziehzyklus mit einem glatten Übergang von einer Null-Abzugsrate zu einer vorgegebenen maximalen Abzugsrate sowie mit einem glatten Übergang von der maximalen Abzugsrate zurück zu null bereitstellt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verfahren zum Bestimmen eines interessierende Parameters einer Formation vor. Bei dem Verfahren wird ein Gerät in ein eine Formation durchquerendes Bohrloch transportiert und in Fluidverbindung mit der Formation ange ordnet. Durch Verringern des Drucks in dem Testvolumen bei zunehmender Abziehrate während eines ersten Abziehabschnitts wird Formationsfluid in ein Testvolumen gezogen. Während des ersten Abziehabschnitts wird eine erste charakteristische Größe der Formation oder des Geräts bestimmt, die eine Anzeige für die interessierenden Formationsparameter ist.
Die Abziehrate wird als kontinuierlich zunehmende Rate während des ersten Abziehabschnitts und/oder schrittweise zunehmend gesteuert. Zu einem zweiten Abziehabschnitt gehört das Absenken der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts entweder kontinuierlich und/oder schrittweise abnehmend.
Bei einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann ein Qualitätsfaktor oder – indikator jedem Abschnitt des Tests zugeordnet werden, wobei der Qualitätsindikator aus einer Formationsratenanalyse bestimmt wird. Der Qualitätsindikator ist eine Korrelation von Durchsätzen zu Druck, die durch eine geradlinige Gleichung dargestellt wird. Dann kann eine Extrapolation verwendet werden, um den Formationsdruck zu bestimmen und/oder zu verifizieren.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bestimmen eines gewünschten interessierenden Formationsparameters bereit. Die Vorrichtung hat ein Gerät, das in ein Bohrloch förderbar ist, das eine Formation durchquert, wobei eine Testeinheit in dem Gerät für eine Fluidverbindung mit der Formation angepasst ist und ein Testvolumen für die Aufnahme von Fluid aus der Formation aufweist. Zum Steuern des Drucks in dem Testvolumen ist diesem eine Steuereinrichtung zugeordnet, wobei der Druck in dem Testvolumen verringert wird und eine steigende Rate während eines ersten Abziehabschnitts verwendet wird. Zum Bestimmen einer ersten charakteristischen Größe des Testvolumens während des ersten Abziehabschnitts wird eine Erfassungseinrichtung verwendet, wobei die bestimmte erste charakteristische Größe ein Indikator für den interessierenden Formationsparameter ist.
Das Gerät kann an einem Gestängestrang, einem Wickelrohr oder an einem Drahtseil gefördert werden. Der Test kann ein kleinvolumiger Versuch oder ein großvolumiger Druckversuch, beispielsweise ein Drillstemtest, sein. Die Steuervorrichtung kann eine Pumpe mit variablem Durchsatz sein, um Fluid aus dem Testvolumen abzuziehen, oder die Steuereinrichtung kann ein steuerbarer Kolben sein, der dem Testvolumen für seine Änderung zugeordnet ist.
Zum Steuern der Steuereinrichtung kann eine im Bohrloch oder über Tage befindliche Steuerung verwendet werden. Ein Prozessor empfängt ein Ausgangssignal aus der Erfassungseinrichtung und verarbeitet das Ausgangssignal unter Verwendung einer Formationsratenanalyse.
In einer Ausführungsform arbeiten die Testeinheit und die Steuerung mit geschlossener Schleife und autonom, nachdem der Test eingeleitet worden ist. Das Gerät wird in das Bohrloch an einem Arbeitsstrang (Gestängestrang oder Drahtseil) befördert und zum Prüfen der Formation mit ihr kommunizierend angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum In-situ-Bestimmen eines gewünschten interessierenden Formationsparameters. Das System hat einen Arbeitsstrang zum Fördern eines Geräts in ein Bohrloch, das eine Formation durchquert, und eine Testeinheit in dem Gerät, die für eine Fluidverbindung mit der Formation angepasst ist und ein Testvolumen für die Aufnahme von Fluid aus der Formation aufweist. Dem Testvolumen ist eine Steuereinrichtung zugeordnet, um den Druck in dem Testvolumen so zu steuern, dass der Druck darin unter Einsatz einer steigenden Rate während eines Abziehabschnitts abnimmt. Eine Erfassungseinrichtung bestimmt eine erste charakteristische Größe des Testvolumens während des ersten Abziehabschnitts, die ein Indikator für den interessierenden Formationsparameter ist. Ein Prozessor empfängt ein Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung und verarbeitet das empfangene Ausgangssignal nach programmierten Instruktionen, wobei der interessierende Formationsparameter wenigstens teilweise durch das verarbeitete Ausgangssignal bestimmt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuen Merkmale dieser Erfindung sowie die Erfindung selbst lassen sich am besten aus den beiliegenden Zeichnungen zusammen mit der folgenden Beschreibung verstehen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen, wobei
1A eine Seitenansicht eines küstennahen Bohrsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
1B eine alternative Ausgestaltung der Testvorrichtung von 1A zeigt,
2 eine Abzieheinheit und eine Regelung nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 in einem Diagramm die Formationsprüfung unter Verwendung des Durchsatzes zeigt,
4A einen Standard-Abziehtestzyklus zeigt,
4B ein Durchsatzdiagramm, das dem Standard-Abziehtestzyklus von 4A zugeordnet ist, zusammen mit einem Qualitätsindikator nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
4C ein Beispiel eines Tests ist, der einen niedrigen Qualitätsindikator hat,
5A und 5B ein Verfahren einer Formationsprüfung nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mehrfach-Abziehzyklen zeigt,
6A und 6B ein weiteres Verfahren der Formationsprüfung nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Mehrfach-Abziehzyklen und abgestufter Absenkung zeigt,
7A bis 7E weitere Verfahren der Formationsprüfung nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer glatten Absenkung zeigen, die von einer kontinuierlich zunehmenden Abziehrate erzeugt wird, und
8A und 8B ein weiteres Verfahren der Formationsprüfung nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer glatten Absenkung zeigen, die von einer zunehmenden Abziehrate schrittweise erzeugt wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1A ist eine Bohrvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist ein typischer Bohrturm 102 mit einem Bohrloch 104 gezeigt, das sich von ihm aus erstreckt, was dem Fachmann bekannt ist. Der Bohrturm 102 hat einen Arbeitsstrang 106, der bei der gezeigten Ausgestaltung ein Gestängestrang ist. An dem Gestängestrang 106 ist ein Bohrmeißel 108 zum Bohren des Bohrlochs 104 befestigt. Die vorliegende Erfindung eignet sich auch für andere Arten von Arbeitssträngen und ist mit einem Drahtseil, einem Verbundrohr, einem Wickelrohr oder einem anderen Arbeitsstrang mit kleinem Durchmesser, wie einem Hochdruckrohr mit beweglichen Verbindungen, einsetzbar. Der Bohrturm 102 ist auf einem Bohrschiff 122 positioniert gezeigt, wobei sich ein Verlängerungsrohr 124 vom Bohrschiff 122 bis zum Meeresboden 120 erstreckt. Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung kann jedoch jede Bohrturmausgestaltung angepasst werden, beispielsweise ein auf Land sitzender oder ein Drahtseil aufweisender Bohrturm.
Wenn es zweckmäßig ist, kann der Gestängestrang 106 einen im Bohrloch befindlichen Bohrmotor 110 aufweisen. In dem Gestängestrang 106 ist über dem Bohrmeißel 104 eine typische Testeinheit eingeschlossen, die wenigstens einen Sensor 114 zum Erfassen von charakteristischen Bohrlochgrößen, den Bohrmeißel und das Reservoir aufweisen kann, wobei solche Sensoren bekannt sind. Eine geeignete Verwendung des Sensors 114 besteht darin, die Richtung, den Azimut und die Ausrichtung des Bohrstrangs 106 unter Verwendung eines Akzelerometers oder eines ähnlichen Sensors zu bestimmen. Die BHA enthält ebenfalls eine Formationstestvorrichtung 116. Die Testvorrichtung 116 hat vorzugsweise eine Abdichteinrichtung 126 und einen Kanal 128, um für eine Fluidverbindung mit einer Untertage-Formation 118 zu sorgen. Die Abdichtung 126 kann aus bekannten ausdehnbaren Packern, wie gezeigt, bestehen, oder die Dichtung 126 kann, wie in 1B gezeigt ist, ein Kissen 132 an einer ausfahrbaren Sonde 130 sein, die Teil der Testvorrichtung 116a ist. Es wird auch in Betracht gezogen und liegt innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, eine ausfahrbare Sonde 130 mit oder ohne Kissenabdichtung 132 in der Testvorrichtung 116a einzuschließen, um auszufahren und die Formation unter einem Packer 126a oder zwischen einem Paar von Packern 126a zu kontaktieren. Die Packer 126a sind gestrichelt gezeichnet, um anzuzeigen, dass sie erwünscht, jedoch optional sind, wenn die Testvorrichtung 116a eine ausfahrbare Sonde 130 mit einer Kissenabdichtung 132 hat. Ausfahrbare Sonden mit abdichtenden Kissen sind bekannt und brauchen hier nicht mehr erörtert zu werden. Die Testvorrichtung 116/116a wird näher unter Bezug auf 2 beschrieben. An einer geeigneten Stelle an dem Arbeitsstrang 106, beispielsweise über der Testvorrichtung 116, ist ein Telemetriesystem 112 angeordnet. Das Telemetriesystem 112 wird zum Befehlen und für eine Datenkommunikation zwischen der Oberfläche und der Testvorrichtung 116 verwendet.
2 zeigt eine Testvorrichtung mit einer Regelung nach der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 200 hat eine Abzieheinheit 202 mit einem Testvolumen 204 und ein Element 208 zum Steuern des Volumens des Testvolumens. Dem Testvolumen ist zur Messung von charakteristischen Fluidgrößen in dem Volumen ein Sensor 206 zugeordnet.
Das Testvolumen 204 ist vorzugsweise ein Stück einer Durchflussleitung, die in Fluidverbindung mit der Formation steht. Eine solche Einrichtung minimiert das gesamte Systemvolumen, wodurch sich eine stärkere Reaktion auf den Formationseinfluss, beispielsweise eine Druckreaktion, einstellt. Das Volumen braucht jedoch nicht auf ein kleines Volumen beschränkt zu werden. Beispielsweise sind die Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beim Drillstemtesting einsetzbar, das gewöhnlich ein großes Systemvolumen hat.
Das Volumensteuerelement 208 ist vorzugsweise ein Kolben, kann jedoch eine andere zur Änderung eines Testvolumens geeignete Einrichtung sein. Alternativ kann das Element eine Pumpe oder eine andere Bewegungseinrichtung sein, um den Druck in dem Testvolumen 204 zu reduzieren.
Der Sensor 206 ist vorzugsweise ein Drucksensor aus Quarz. Der Sensor kann alternativ ein anderer Sensor sein oder gewünschtenfalls weitere Sensoren aufweisen. Zu weiteren Sensoren, die für Änderungen der hier beschriebenen Verfahren nützlich sein können, können Temperatursensoren, Strömungssensoren, Nukleardetektoren, optische Sensoren, Sensoren zum Messen des spezifischen Widerstands oder andere bekannte Sensoren zum Messen einer charakteristischen Größe des Volumens 204 sein.
Die Vorrichtung hat ferner eine Steuerung 210 zum Steuern der Testeinheit 202. Die Steuerung hat vorzugsweise einen Mikroprozessor 218 und eine Schaltung für eine Kolben-(oder Pumpen-)Drucksteuerung 212, eine Positionssteuerung 214 und eine Geschwindigkeitssteuerung 216. Zum Senden von Signalen zu der Steuereinrichtung, um eine Regelung zu bilden, werden ein oder mehrere Sensoren 220, 206 verwendet, die dem Abziehsystem zugeordnet sind.
Die Testeinrichtung 200 führt den Formationsdrucktest in einer kurzen Bohrpause von etwa fünf Minuten aus, was die Zeit ist, die erforderlich ist, um ein weiteres Bohrrohr hinzuzufügen, wenn die Einrichtung in eine bohrende BHA eingeschlossen ist. Diese kurze Testperiode verringert das Risiko eines unterschiedlichen Anhaftens während des Rohrens durch einen erschöpften Reservoir-Abschnitt, wo der Bohrprozess während eines ausgedehnten Zeitraums nicht unterbrochen werden sollte und sich die BHA stationär in dem Loch befindet.
Die Steuerung 210 hat einen Speicher für verarbeitete Daten und für Programme für die Ausführung der Datenverarbeitung im Bohrloch. Die Programme zum Bestimmen von Formationsparametern aus gemessenen Werten werden in Verbindung mit den Pumpensteuerschaltungen verwendet, um eine Regelung für Position, Geschwindigkeit und Drucksteuerung bereitzustellen.
Wegen seiner guten Auflösung wird für Druckmessungen ein Quarzdruckmesser 206 mit hoher Genauigkeit verwendet. Weniger bevorzugte Drucksensoren, die ebenfalls verwendet werden könnten, sind Dehnungsmesser oder piezoelektrische Widerstandswandler. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druckwandler sehr nahe an dem Kissendichtungselement 132 angeordnet. Eine solche Sensorplatzierung überwindet Probleme, wie sie bei Drahtseilmessungen auftreten, denen die Genauigkeit fehlt, wenn sich in der Durchflussleitung Gas ansammelt.
Das Gerät hat vorzugsweise einen ausreichenden elektronischen Speicher zum Speichern von bis zu 200 oder mehr Testergebnissen für eine weitere detaillierte Nachversuchsanalyse, nachdem die Daten nach über Tage gebracht wurden. Mit diesen Daten kann ein Sondieringenieur die Druckdaten weiter interpretieren und sie in Korrelation zu der Geologie und Druckmessungen von benachbarten Bohrlöchern setzen.
Für die Steuerung des Formationstestgeräts im Bohrloch werden Einleitungssignale von über Tage zum Gerät unter Verwendung einer Standard-Spülflüssigkeitspulstelemetrie gesendet. Die im Bohrloch befindliche Steuerung ist vorzugsweise so programmiert, dass sie einen Test nach der vorliegenden Erfindung ausführt, was später näher beschrieben wird. Das erwartete Übergleichgewicht und die Mobilität werden vorzugsweise für ein spezielles Bohrloch pro grammiert, um den Optimierungsprozess weiter zu beschleunigen und dadurch die Gesamtmesszeit zu verringern.
Wenn der Test beginnt, arbeitet das Gerät vorzugsweise in einem autonomen Modus, um den Test unabhängig auszuführen. Das Gerät kann als Notfunktion durch Spülflüssigkeitsumwälzpumpen abgeschaltet werden, um einen Befehl zu signalisieren, den Messprozess zu stoppen.
Ein bevorzugter Test in einem horizontalen Bohrloch beginnt mit einer Geräteflächenmessung, um eine Anzeige bereitzustellen, dass das Kissendichtungselement nicht nach unten gegen die Formation gedrückt ist, wo sich das Schneidbett befindet. Eine solche Ausrüstung würde wahrscheinlich zu der Unfähigkeit führen, abzudichten, oder zu einem Verstopfen des Geräts. Wenn das Kissendichtungselement nach unten weist, wird die tatsächliche Position nach über Tage gesendet, um eine Neuausrichtung des Geräts durch Drehen des Geräts von über Tage aus zu ermöglichen.
Wenn das Gerät einmal richtig ausgerichtet ist, wird das Kissendichtungselement in gesteuerter Weise gegen die Bohrlochwand gedrückt. Der Dichtungsdruck wird fortlaufend überwacht, bis ein wirksames Abdichten erreicht ist. Ein kleiner Druckanstieg in dem von dem Quarzmesser gemessenen inneren Systemvolumen ist eine Anzeige für eine gute Abdichtung.
Abhängig von der ausgewählten Testoption beginnt das Gerät mit seinem Druckmessvorgang. Das Gerät löst das Kissendichtelement von der Bohrlochwand und überträgt die gemessenen Daten nach über Tage über die Spülflüssigkeitspuls-Telemetrie nach Abschluss eines jeden Tests oder einer Reihe von Tests, falls gewünscht. Über Tage werden vorzugsweise die folgenden Daten verfügbar gemacht: zwei Ringraumdrucke (vor und nach dem Test), bis zu drei oder mehr Formationsdrucke der einzelnen Drucktests, Abziehdrucke der ersten beiden Tests, der aus dem letzten Test berechnete Mobilitätswert sowie ein Qualitätsindikator aus dem Korrelationsfaktor, wenn Formationsraten verfahren verwendet werden.
Somit sind die Daten unmittelbar nach jedem Test oder einer Reihe von Tests direkt verfügbar und können für die weitere Bohrlochplanung verwendet werden. Aufgrund der Durchführung von Wiederholungsmessungen können die Druckdaten aus gerade einer Druckmessung ver glichen werden. Dies gibt ein höheres Vertrauen in den Drucktest, da Fehler bei dem Druckmessvorgang aufgrund eines Leckstroms oder anderer Einflüsse direkt bei variierenden Druckdaten beobachtet werden können.
Nachdem nun das Gerät und der allgemeine Testablauf beschrieben worden sind, werden Verfahren zum Prüfen der Formation auf verschiedene interessierende Parameter näher erläutert. 3 zeigt eine graphische Darstellung des Durchsatzes zur Verwendung in einem analytischen Verfahren, das als Durchsatzanalyse (FRA – Flow Rate Analysis) bekannt ist. Das US-Patent 5,708,204 für Kasap beschreibt ein FRA-Basisverfahren. Die FRA bietet eine eingehende Analyse der Druckabsenk- und -aufbaudaten. Das in der FRA verwendete mathematische Verfahren ist eine Form einer multivarianten Regressionsanalyse. Durch Verwendung von multivarianten Regressionsberechnungen können Parameter, wie der Formationsdruck (p*), die Fluidkompressibilität (C) und die Fluidmobilität (m) gleichzeitig bestimmt werden, wenn den Aufbauprozess repräsentierende Daten verfügbar sind.
Die FRA-Technik basiert auf dem Massegleichgewicht für das Durchflussleitungsvolumen des Formationstestgeräts unter Betrachtung des Drucks und der Kompressibilität des eingeschlossenen Volumens. Die Gleichung (1) stellt die Standard-Darcy-Gleichung dar zu
wodurch die Proportionalbeziehung zwischen dem Durchsatz (q), der Permeabilität (k), der dynamischen Viskosität (μ) und dem Differenzdruck (Δp) erstellt ist. Das gleiche gilt, wenn Fluid durch einen Kern mit einer Querschnittsfläche (A) und der Länge (L) strömt, wie im Falle eines Drillstemtests. Ein Schlüsselbeitrag der FRA besteht darin, die Formationsrate in der Darcy-Gleichung anstelle einer Kolbenabziehrate zu verwenden. Die Formationsrate wird dadurch berechnet, dass die Abziehkolbenrate für die Gerätespeichereffekte korrigiert wird. Die Darstellung der komplexen Strömungsgeometrie der Sondenprüfung mit einem geometrischen Faktor macht die FRA-Technik praktischer hinsichtlich des Erhaltens des Formationsdrucks (p*), der Permeabilität und der Fluidkompressibilität.
Die Darcy-Gleichung wird durch einen geometrischen Faktor für eine isotherme stationäre Strömung einer Flüssigkeit ausgedrückt, wenn der Trägheitsströmungs-(Forchheimer-)Widerstand vernachlässigbar ist, als
wobei q_f der volumetrische Volumenstrom in die Sonde aus der Formation, p* der Formationsdruck und p(t) der Druck in der Sonde als Funktion der Zeit sind. G₀ ist ein geometrischer Faktor, der die besondere Strömungsgeometrie nahe der Sonde einschließlich des Bohrlochs berücksichtigt.
Unter Verwendung dieser modifizierten Darcy-Gleichung und der Kompressibilitätsgleichung für den Gerätespeichereffekt kann die Massengleichgewichtsgleichung umgestellt werden zu
Die Fluidkompressibilität in der Durchflussleitung des Geräts C_sys und V_sys ist das Volumen der Durchflussleitung. Zu erwähnen ist, dass die Ausdrücke in den letzten Klammern in Gleichung 3 den Akkumulationsraten bzw. Kolbenabziehraten (q_dd) entsprechen. Diese Raten wirken während einer Abziehperiode gegeneinander und während einer Aufbauperiode miteinander, aber im Grunde ist die Kombination der Volumenstrom aus der Formation. Gleichung 3 ist eine momentane Darcy-Gleichung, die die Kolbenrate verwendet, jedoch korrigiert ist, um die Formationsrate zu erhalten. Die Korrektur bildet das wesentliche Merkmal des FRA-Verfahrens. Eine graphische Darstellung von p(t) gegenüber der Formationsrate, die in Gleichung 3 als Ausdruck in Klammern angegeben ist, sollte eine Gerade mit einer negativen Steigung und einem Koordinatenabstand bei p* ergeben.
Die hier beschriebenen Verfahren verwenden bestimmte Aspekte der bekannten FRA-Techniken und bieten ein verbessertes Prüfen und eine reduzierte Testzeit durch Realzeitverifizierung. Bei einem Aspekt wird die Verifizierung durch Mehrfachabziehzyklen ausgeführt, während bei anderen Aspekten ein einziger Abziehzyklus verwendet wird und eigenverifiziert ist.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Qualitätsindikator oder Faktor R² aus einer besten geradlinigen Anpassung an die FRA-Daten abgeleitet. Der Qualitätsindikator wird analytisch beispielsweise unter Verwendung einer Methode der kleinsten Quadrate abgeleitet, um zu bestimmen, wie gut die Datenpunkte zu der Geraden passen. Der Qualitätsindikator ist vorzugsweise eine dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1. Zur Zeit wird ein Qualitätsindikator von etwa 0,95 oder mehr als Anzeige für einen guten Versuch für Verifizierungszwecke angesehen.
Während eines einzigen Zyklus eines Abziehtests unter der Verwendung der vorliegenden Erfindung kann ein Formationsvolumenstrom in Kubikzentimeter pro Sekunde (cm³/s) gemessen werden. Die Druckreaktion des Systemvolumens 204 wird im Falle von großvolumigen Systemen oder im Falle des Testvolumens 204 von dem Fluidstrom aus der Formation beeinflusst. Die Druckreaktion wird in Pfund pro Quadratzoll (psi) oder in Bar (bar) unter Verwendung des Sensors 206 gemessen. Es können Druckreaktionskurven aufgetragen oder auf andere Weise elektronisch gesammelt werden, um mehrere Datenpunkte zur Verwendung bei Verfahren der multiplen Regressionsanalyse zu erhalten.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht Bestimmungen der Mobilität (m), der Fluidkompressibilität (C) und des Formationsdrucks (p*), die während des Abziehabschnitts des Zyklus ausgeführt werden, indem die Abziehrate des Systems zwischen den Abziehabschnitten variiert wird. Diese frühe Bestimmung ermöglicht eine frühere Kontrolle von Bohrsystemparametern basierend auf dem berechneten p*, was die Gesamtsystemleistung und die Steuerqualität verbessert. Nach der vorliegenden Erfindung werden die gleichen Bestimmungen zum Optimieren darauffolgender Tests oder von Testteilen verwendet, wobei die Informationen genutzt werden, um von der Steuerung 210 zum Steuern der Geschwindigkeit des Volumens, des Delta-Drucks und der Kolbenposition in der Abzieheinheit 202 verwendete Steuerparameter einzustellen.
Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet die Fähigkeit eines Abziehsystems mit geschlossener Schleife, wie es vorstehend beschrieben und in 2 gezeigt ist, um auf einanderfolgende Testzyklen oder Testabschnitte bei der Ausführung von Bestimmungen von Formationsparametern zu optimieren.
Bei einem bevorzugten Verfahren, das entweder FRA-Methoden oder variable Abzugsraten, wie vorstehend beschrieben, benutzt, wird entweder ein einziger Zyklus oder werden mehrere Testzyklen in aufeinander folgende Testabschnitte getrennt. Während des ersten Testabschnitts wird ein Test eingeleitet und werden Formationsparameter, beispielsweise der Druck, die Mobilität, die Kompressibilität und Testqualitätsindikatoren bestimmt. Der erste Testabschnitt kann ein Abziehabschnitt, beispielsweise zum Bestimmen der Kompressibilität, sein oder der erste Testabschnitt kann einen Abzieh- und Aufbauzyklus aufweisen, um eine erste Iteration des Formationsdrucks zu bestimmen.
Die während des ersten Testabschnitts gemachten Bestimmungen werden dann dazu verwendet, Testparameter einzustellen, die von der Abzieheinheit 200 verwendet werden, um den darauffolgenden Testabschnitt wirksamer durchzuführen. Bei vorhergehenden Verfahren, die aufeinanderfolgende Tests oder Testabschnitte verwenden, wird jeder darauffolgende Testabschnitt gewöhnlich mit vorgegebenen Werten für die Abziehperiode, die Volumenänderungsrate, den Delta-Druck usw. ausgeführt. Die vorliegende Erfindung bestimmt Parameter für den nächsten Schritt in Realzeit unter Verwendung des im Bohrloch befindlichen Prozessors in der Steuerung 210 teilweise basierend auf Messungen und Bestimmungen in dem unmittelbar vorhergehenden Testabschnitt.
Testoptionen
Die vorliegende Erfindung stellt die Möglichkeit bereit, verschiedene Testverfahren auszuführen, um eine Testverifizierung dadurch zu ermöglichen, dass das Testverfahren für einen speziellen Abziehtest geändert wird. Die Vorrichtung kann auch so programmiert werden, dass ein Standard-Abziehtest ausgeführt wird, der dann durch darauffolgende Zyklen verifiziert werden kann, die nach der vorliegenden Erfindung eingeleitet werden. Beispielsweise Optionen ohne Begrenzung des Rahmens der vorliegenden Erfindung sind 1) ein Standardtest unter Verwendung eines Abzieh- und Aufbautests mit festem Volumen und fester Rate innerhalb einer definierten Testdauer, 2) wiederholte Abzieh- und Aufbautests mit verschiedenen Abziehraten und 3) aufeinanderfolgende Abziehtests mit unterschiedlichen Raten gefolgt von einem Druckaufbau. Alle Tests können enden, wenn ein vorgegebenes Zeitfenster überschritten wird oder wenn der Druckaufbau unter eine gegebene Rate abnimmt.
4A und 4B zeigen testabgeleitete Diagramme eines Standard-Abziehtests. 4A zeigt in einem Diagramm den Druck über der Zeit eines Einzelabziehzyklus. 4B zeigt den Druck über dem Durchsatz. Durch diesen speziellen Datensatz wird ein Qualitätsindikator von 0,98 angegeben, so dass man den Test als guten Test ansehen würde. 4C zeigt ein weiteres testabgeleitetes Durchsatzdiagramm sowie das Ergebnis eines Tests mit niedrigem Qualitätsindikator.
Optimierter Wiederholungstest
Der optimierte wiederholte Abzieh- und Aufbautest schließt die Ausführung mehrerer Abziehzyklustests in Folge und den Vergleich der sich ergebenden Drucke nach Wiederholbarkeit ein. Wenn die Aufbaudrucke nicht den korrekten Formationsdruck anzeigen, wiederholen sich die Drucke nicht innerhalb einer akzeptablen Toleranz (insgesamt kleiner als die Messgerätwiederholbarkeit). Während der Wiederholungstests können auf der Basis der Bohrlochanalyseergebnisse des vorherigen Tests verschiedene Abziehraten verwendet werden. Das bohrlochseitige Steuersystem analysiert jedes Drucktestergebnis mit der Formationsratenanalyse und optimiert die Abziehrate, das Volumen und die Aufbaudauern basierend auf dem FRA-Qualitätsindikator und der bestimmten Formationsmobilität. Solche Wiederholungstests stellen die Gültigkeit der Tests fest. Wenn in Verbindung mit einem akzeptablen Qualitätsindikator den Aufbaukriterien genügt wird, kann der Test früh abgebrochen werden, um unnötige Zyklen zu vermeiden und um die Testzeiten zu verringern.
5A und 5B zeigen testabgeleitete Diagramme eines optimierten Wiederholungs-Abziehtests nach der vorliegenden Erfindung. Zu erwähnen ist, dass Parameter für jeden Testabschnitt, der auf einen Anfangstestabschnitt folgt, modifiziert worden sind, um den Druckunterschied zwischen dem Gerät und dem Formationsdruck zu verringern. Diese Maßnahme optimiert die darauffolgenden Tests durch Reduzieren der Aufbauzeit. Ferner wird die Abziehrate in jedem darauffolgenden Test basierend auf dem Anfangstestabschnitt optimiert, um zu gewährleisten, dass die Abziehrate den Blasenbildungspunkt des Fluids nicht überschreitet.
Anschließendes Abziehen
Ein weiteres Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zieht aufeinanderfolgende Abziehvorgänge vor einem Aufbautest vor. Die aufeinanderfolgenden Abziehvorgänge werden vorzugsweise mit unterschiedlichen Abziehraten ausgeführt, worauf ein Druckaufbau-Testabschnitt folgt. Somit gibt es bei dieser Art von Test nur eine Formationsdruckanzeige. Ein Vorteil dieses Testablaufs besteht darin, dass eine Verbindung mit der Formation während der Abziehvorgänge gewährleistet ist. Wenn die Sonde oder die Kissendichtung 126 fest mit der Formation während aller aufeinanderfolgender Abziehtestabschnitte verbunden ist, erzeugt die FRA-Auftragung des gesamten Testsatzes eine einzige Gerade. Auch wenn die Abziehraten unterschiedlich sind, reagieren die Tests auf die gleiche Formationsmobilität, und die Neigung des FRA-Auftrags ist für die verschiedenen Abziehraten die gleiche. Darüber hinaus führt der sich einstellende Aufbau zu dem Formationsdruck mit mehr Vertrauen nach der Verifizierung der Abdichtung und der Volumenströme über den Abziehabschnitten.
6A und 6B zeigen testabgeleitete Auftragungen einer Version des vorstehend beschriebenen, aufeinanderfolgenden Abziehtests. Der Anfangsabzug ist hier als Standard-Abziehtest gezeigt. Dies ist zufällig das Protokoll, das für diesen speziellen Test verwendet wird. Ein Standard-Abziehzyklus für den Anfangstestabschnitt ist jedoch nicht erforderlich. Der zweite Testabschnitt der Auftragung in 6A ist eine Variation des Tests mit aufeinanderfolgenden Abziehvorgängen, wodurch jedes nachfolgende Abziehen einen Abschnitt mit einer im Wesentlichen stationären Strömung bildet. Der gesamte Abziehabschnitt sieht dann wie ein Abziehen mit einer einzigen Treppenstufe aus. Die Volumenstromauftragung von 6B basiert auf dem Test von 6A. 6B zeigt, dass die Durchsatzdatenpunkte zwischen dem Testbeginn und den Endpunkten viel zahlreicher als bei dem Standard-Abziehzyklus von 4B sind. Dadurch stellt die Geradenanpassung die Daten viel genauer dar, und der Qualitätsindikator von 0,9862 ist ebenfalls etwas höher.
Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind Beispiele von Tests, die der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind und die den Umfang oder das vorliegende Verfahren nicht begrenzen sollen, um andere Testoptionen auszuschließen. Beispielsweise kann der erste Testabschnitt die Steuerung aufweisen, Signale entweder von den Sensoren 220 zu verwenden, um eine Gerätekenngröße, wie die Kolbengeschwindigkeit, die Position oder den Testvolumendruck zu bestimmen, und/oder kann die Steuerung Signale aus dem Formationseigenschaftssensor 206 verwenden, um eine Formationskenngröße während des ersten Testabschnitts für die Einstellung von Testparametern für den zweiten Testabschnitt zu bestimmen. Der zweite Testabschnitt kann dann die Verwendung von Signalen aus entweder den Gerätesensoren 220 oder dem Formationseigenschaftssensor 206 verwenden, um eine zweite Kenngröße, Gerät und/oder Formation, während des zweiten Testabschnitts zu bestimmen. Dann kann der Prozessor in der Steuerung 210 die Kenngrößen unter Verwendung der FRA oder eines anderen zweckmäßigen Verfahrens bewerten, um einen gewünschten Formationsparameter zu bestimmen, beispielsweise den Druck, die Kompressibilität, den Volumenstrom, den spezifischen Widerstand, die elektrischen bzw. chemischen Eigenschaften, die Neutronenporosität usw., was von dem oder den ausgewählten speziellen Sensor/Sensoren abhängt.
7A bis 7E zeigen ein weiteres Verfahren für ein Formationstesten nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines weichen Abziehens, das dadurch geschaffen wird, dass während eines ersten Abziehabschnitts die Abziehrate kontinuierlich gesteigert und dann während eines zweiten Abziehabschnitts die Abziehrate (Kolbengeschwindigkeit) fortlaufend verringert wird. Gemäß 2 und 7A und 7B wird das in 7A angezeigte glatte Abziehen dadurch erreicht, dass das Testvolumen 204 überwacht und gesteuert wird.
In einer Ausführungsform wird das Testvolumen dadurch gesteuert, dass die Geschwindigkeit des in 2 gezeigten Kolbens 208 gesteuert wird. Das Volumen kann jedoch auch durch andere Einrichtungen gesteuert werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann das Testvolumen 204 durch eine Pumpe mit variabler Rate anstatt durch den Kolben 208 gesteuert werden. Der Fachmann weiß, dass die Anordnung 208 gemäß 2 so aufgebaut sein kann, dass sie schematisch eine Pumpe 208 mit variablem Durchsatz ohne weitere Illustration veranschaulichen, weil die Steuerschaltung in der Steuerung 210 funktionsmäßig nicht wesentlich gegenüber der gezeigten Steuerung geändert würde. Deshalb werden hier die Bezugnahmen auf Kolbengeschwindigkeit oder Pumprate austauschbar verwendet. Der Fachmann weiß, dass ein Ändern der Geschwindigkeit eines Kolbens die gleiche Wirkung hat wie eine Änderung der Pumprate bei einer Pumpe mit variablem Durchsatz bezüglich der Änderung des effektiven Volumens und/oder Drucks des Testvolumens 204.
7B zeigt ein Verfahren zur Erzeugung einer glatten Abzieh-Druckkurve 700, wie in 7A gezeigt ist. Bei dem Verfahren wird für die Prüfung das Testvolumen 204 in Verbindung mit einer Formation gebracht. Zum Isolieren der Formation von Ringraumfluiden und dem Druck des Rückführfluids genügt jede herkömmliche Abdichteinrichtung, beispielsweise ein Kissen oder Packer. Das Testvolumen wird von dem Sensor 206 überwacht und das Volumen 204 dadurch gesteuert, dass der Abziehkolben oder die Pumpe 208 mit variablem Durchsatz gesteuert wird.
Die Kolbenposition ist in 7B durch die Linie × 704, die Kolbengeschwindigkeit durch die gestrichelte Linie × 706 veranschaulicht. Bei dem Verfahren wird die Geschwindigkeit des Kolbens kontinuierlich während eines ersten Abziehabschnitts erhöht und dann während eines zweiten Abziehabschnitts kontinuierlich verringert. Diese kontinuierliche Abziehratenänderung führt zu einer Druck-Zeit-Reaktion in dem Testvolumen 204, wie sie in 7A gezeigt ist.
Zu dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gehört ferner das Analysieren des Testvolumens unter Verwendung einer Multiregression oder anderer Formationsratenanalysen zur Bestimmung der Formationsparameter durch Messen von Kenngrößen des Testvolumens 204 und/oder des Geräts. Die gemessenen Kenngrößen werden dann nach den vorstehend beschriebenen Techniken analysiert und/oder durch Verwenden der Gleichungen 1 bis 3, um Formationsparameter zu bestimmen, wie den Druck, die Mobilität, die Permeabilität, die Kompressibilität des Fluids und die Viskosität des Fluids.
7C zeigt ein Druck-Zeit-Diagramm 708 eines Abziehzyklus, der das gerade beschriebene weiche Abziehen nutzt. Eine Auftragung nach Standardmethoden ist als gestrichelte Linie 712 gezeigt, während die ausgezogene Linie 712 eine Druckkurve darstellt, die durch das vorliegende Verfahren erzeugt wird. Es ist offensichtlich, dass die durch das vorliegende Verfahren erzeugte Kurve eine geringere Steigung während des Druckabnahmeabschnitts hat. Das weiche Abziehen führt auch zu einem höheren Minimaldruck und einer kürzeren Zeit für den Stabilisierungsdruck. Ein Vorteil dieser Kennlinien zeigt sich durch einen Vergleich der Messungsauftragungen der Kurve 710 für das weiche Abziehen mit der Kurve 712 für das Standardabziehen.
7D zeigt ein Druck-Durchsatz-Diagramm 714, das sich aus der Kurve 710 für das weiche Abziehen ergibt, während 7E ein Druck-Ducksatz-Diagramm 722 zeigt, das sich aus der Kurve 712 für das Standardabziehen ergibt. Zu erwähnen ist, dass die Druckdatenpunkte 718 gleichmäßig zwischen dem Testanfangspunkt 716 und dem Testendpunkt 720 für den weichen Abziehtest verteilt sind. Druckdatenpunkte, die während des Standardtests erzeugt werden, sind jedoch im Allgemeinen in zwei Gruppen 724, 726 um den Ausgangs- und Endpunkt gebündelt.
8A und 8B zeigen ein weiteres Verfahren der Formationsprüfung nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Stufenannäherung für ein Reduzieren des Drucks in dem Testvolumen 204. 8B zeig eine kombinierte Auftragung 802 der Kolbengeschwindigkeit 806 und der Kolbenposition 804 bezogen auf die Zeit. Der Kolben wird vorzugsweise unter Verwendung einer Rückkoppelungssteuerschaltung gesteuert, wie sie vorstehend beschrieben und in 2 gezeigt ist. Dieses Verfahren ist mit dem vorstehend beschriebenen und in 7A bis 7D gezeigten Verfahren für das weiche Abziehen dahingehend vergleichbar, dass dieses abgestufte Verfahren die Abziehrate über einem ersten Abziehabschnitt erhöht und dann die Abziehrate über einem zweiten Abschnitt verringert. Die Auswirkung auf den Testvolumendruck bei Verwendung der Stufenannäherung ist im Wesentlichen ähnlich zu dem weichen Abziehen, bei welchem der Druck kontinuierlich verringert wird. Das Druck-Zeit-Diagramm 800, das sich aus der Stufenannäherung ergibt, ist in 8A gezeigt. Eine Zunahme der Abziehrate während des ersten Abschnitts des Abziehzyklus bei Verwendung der Stufenannäherung erzeugt Datenergebnisse für Druck-Zeit und Druck-Durchsatz, die im Wesentlichen ähnlich zu denen von 7C und 7D sind und deshalb hier nicht wiedergegeben werden.
Obwohl die spezielle Erfindung, wie sie hier gezeigt und im Einzelnen offenbart ist, vollständig in der Lage ist, die Ziele zu erreichen und die vorstehend erwähnten Vorteile zu geben, ist natürlich diese Offenbarung lediglich veranschaulichend für die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, wobei außer den in den beiliegenden Ansprüchen beschriebenen keine Begrenzungen gegeben sein sollen.

Claims

Verfahren zum In-Situ-Bestimmen eines gewünschten interessierenden Formationsparameters, bei welchem a) ein Gerät in ein Bohrloch befördert wird, das eine Formation durchquert, b) eine Fluidverbindung zwischen dem Gerät und der Formation hergestellt wird, wobei das Gerät ein Testvolumen für die Aufnahme von Fluid aus der Formation hat, c) Fluid in das Testvolumen abgezogen wird, wobei das Abziehen einen ersten Abziehabschnitt und einen zweiten Abziehabschnitt aufweist, d) während des ersten Abziehabschnitts, des zweiten Abziehabschnitts oder beider Abziehabschnitte eine Abziehrate in Übereinstimmung mit einer oder mehrerer der Maßnahmen gesteuert wird: i) Erhöhen der Abziehrate mehrere Male während des ersten Abziehabschnitts und ii) Verringern der Abziehrate mehrere Male während des zweiten Abziehabschnitts, und e) während wenigstens eines oder mehrerer der ersten und zweiten Abziehabschnitte wenigstens eine charakteristische Größe des Testvolumens bestimmt wird, die eine Anzeige für den interessierenden Formationsparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Bohrloch aus der Vertikalen abweicht und das Gerät weiterhin ein Kissendichtungselement zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen dem Gerät und der Formation aufweist, wobei nach dem Verfahren weiterhin eine Geräteflächenmessung ausgeführt wird, um eine Anzeige bereitzustellen, dass das Kissendichtungselement nicht dort gegen die Formation gedrückt wird, wo sich ein Eindringbett befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Herstellen einer Fluidverbindung eine Öffnung in dem Gerät einem abgedichteten Abschnitt des Bohrlochs ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem weiterhin ein Abschnitt des Bohrlochs unter Verwendung von einer oder mehrerer der folgenden Einrichtungen abgedichtet wird: i) ein Packer, der einen Ringabschnitt des Bohrlochs abdichtet und ii) eine ausfahrbare Sonde, die einen Wandabschnitt des Bohrlochs abdichtet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Steuern der Abziehrate Fluid aus dem Testvolumen unter Verwendung einer Pumpe mit variabler Rate abgepumpt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Steuern der Abziehrate das Volumen des Testvolumens variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem für das Variieren des Volumens ein Kolben zum Variieren des Volumens verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Bestimmen wenigstens einer charakteristischen Größe eine erste charakteristische Größe während des ersten Abziehabschnitts und eine zweite charakteristische Größe während des zweiten Abziehabschnitts bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem weiterhin i) die Abziehrate geändert wird, wenn der Testvolumendruck unter einem Formationsdruck liegt, damit der Druck im Testvolumen zum Formationsdruck hin zunehmen kann, und ii) eine zweite charakteristische Größe des Testvolumens während wenigstens eines der Vorgänge bestimmt wird: A) während der Druck in dem Testvolumen zunimmt, und B) wenn der Druck in dem Testvolumen stabil wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Ändern der Abziehrate ausgewählt wird aus i) Ändern der Abziehrate auf eine Abziehrate von im Wesentlichen null oder ii) Verringern der Steigerungsrate bei der Abziehrate derart, dass der Fluss aus der Formation zu der Abziehrate des Geräts gleich oder größer als diese ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Bestimmen der wenigstens einen charakteristischen Größe eine oder mehrere der Größen bestimmt werden: i) Abziehrate, ii) Kolbenrate, iii) Kolbenposition, Pumprate, iv) Fluidkompressibilität, v) Mengenstrom aus dem Testvolumen, vi) Mengenstrom in das Testvolumen, vii) Druck des Testvolumens, viii) Temperatur in dem Testvolumen, ix) Volumen des Testvolumens und x) Fluidzusammensetzung im Testvolumen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem für das Bestimmen der wenigstens einen charakteristischen Größe wenigstens zum Teil eine Formationsratenanalyse für die Bestimmung der wenigstens einen charakteristischen Größe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem bei der Formationsratenanalyse die Abziehrate und die Fluidkompressibilität in dem Testvolumen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zum Erhöhen der Abziehrate wenigstens eine der Maßnahmen gehört: i) kontinuierliches Steigern der Abziehrate während des ersten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Steigern der Abziehrate während des ersten Abziehabschnitts.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zum Verringern der Abziehrate wenigstens eine der Maßnahmen gehört: i) kontinuierliches Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts.
Vorrichtung zur In-Situ-Bestimmung eines gewünschten interessierenden Formationsparameters, a) mit einem Gerät, das in ein eine Formation durchquerendes Bohrloch beförderbar ist, b) mit einer Testeinheit in dem Gerät, die für eine Fluidverbindung mit der Formation angepasst ist und ein Testvolumen für die Aufnahme von Fluid aus der Formation hat, c) mit einer Steuereinrichtung, die dem Testvolumen zum Steuern einer Abziehrate des in das Testvolumen abzuziehenden Fluids zugeordnet und so betätig bar ist, dass die Abziehrate gemäß einer oder mehrerer der Maßnahmen gesteuert wird: i) Erhöhen der Abziehrate mehrere Male während eines ersten Abziehabschnitts und ii) Verringern der Abziehrate mehrere Male während eines zweiten Abziehabschnitts, und d) mit einer Erfassungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer charakteristischen Größe des Testvolumens während eines oder mehrerer der ersten und zweiten Abziehabschnitte, wobei die bestimmte charakteristische Größe eine Anzeige für den interessierenden Formationsparameter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher das Gerät in das Bohrloch an i) einem Bohrgestänge, ii) einem gewickelten Rohr oder iii) einem Drahtseil befördert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Testeinheit weiterhin eine Öffnung hat, die einem abgedichteten Abschnitt des Bohrlochs zum Herstellen der Fluidverbindung ausgesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, welche weiterhin eine oder mehrere Einrichtungen aufweist, i) einen Packer zum Abdichten eines Ringabschnitts des Bohrlochs und ii) eine ausfahrbare Sonde, die einen Wandabschnitt des Bohrlochs abdichtet.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Steuereinrichtung eine Pumpe mit variabler Rate zum Abziehen von Fluid in das Testvolumen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher das Testvolumen ein variables Volumen aufweist und die Steuereinrichtung die Abziehrate durch Variieren des Volumens des variablen Volumens steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 21, welche weiterhin einen Kolben in der Steuereinrichtung zum Variieren des Volumens des variablen Volumens aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die wenigstens eine erfasste charakteristische Größe eine erste charakteristische Größe, die während des ersten Abziehab schnitts erfasst wird, und eine zweite charakteristische Größe ist, die während des zweiten Abziehabschnitts erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16, welche weiterhin eine Steuerung aufweist, die der Steuereinrichtung zum Ändern der Abziehrate zugeordnet ist, wenn ein Testvolumendruck unter einem Formationsdruck liegt, damit der Druck in dem Testvolumen zu dem Formationsdruck hin zunehmen kann, wobei die Erfassungseinrichtung eine zweite charakteristische Größe des Testvolumens bestimmt, während A) der Druck in dem Testvolumen zunimmt, B) der Druck in dem Testvolumen stabil wird oder beides zutrifft.
Vorrichtung nach Anspruch 24, bei welcher die Steuereinrichtung die Abziehrate durch i) Ändern der Abziehrate auf eine Abziehrate von im Wesentlichen null und ii) Verringern der Steigerungsrate bei der Abziehrate derart ändert, dass der Fluss aus der Formation zur Abziehrate des Geräts gleich oder größer als diese ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die wenigstens eine charakteristische Größe eine oder mehrere der Größen ist: i) Abziehrate, ii) Kolbenrate, iii) Kolbenposition, Pumprate, iv) Fluidkompressibilität, v) Mengenstrom aus dem Testvolumen, vi) Mengenstrom in das Testvolumen, vii) Druck des Testvolumens, viii) Temperatur in dem Testvolumen, ix) Volumen des Testvolumens und x) Fluidzusammensetzung im Testvolumen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, welche weiterhin einen Prozessor aufweist, der ein Ausgangssignal aus der Erfassungseinrichtung empfängt und das empfangene Ausgangssignal unter Verwendung eines Formationsratenanalyseprogramms verarbeitet, um die wenigstens eine charakteristische Größe zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei welcher das empfangene Ausgangssignal die Abziehrate und die Fluidkompressibilität in dem Testvolumen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Steuereinrichtung die Abziehrate durch wenigstens eine der Maßnahmen erhöht: i) kontinuierliches Steigern der Ab ziehrate während des ersten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Steigern der Abziehrate während des ersten Abziehabschnitts.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher die Steuereinrichtung die Abziehrate durch wenigstens eine der Maßnahmen verringert: i) kontinuierliches Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts.
System zur In-Situ-Bestimmung eines gewünschten interessierenden Formationsparameters, a) mit einem Arbeitsstrang zum Befördern eines Geräts in ein eine Formation durchquerendes Bohrloch, b) mit einer Testeinheit in dem Gerät, die für eine Fluidverbindung mit der Formation angepasst ist und ein Testvolumen für die Aufnahme von Fluid aus der Formation hat, c) mit einer Steuereinrichtung, die dem Testvolumen zum Steuern einer Abziehrate des in das Testvolumen abzuziehenden Fluids zugeordnet ist und die Funktion hat, die Abziehrate gemäß einer oder mehrerer der Maßnahmen zu steuern: i) Erhöhen der Abziehrate mehrere Male während eines ersten Abziehabschnitts und ii) Verringern der Abziehrate mehrere Male während eines zweiten Abziehabschnitts, d) mit einer Erfassungseinrichtung zum Bestimmen wenigstens einer charakteristischen Größe des Testvolumens während eines oder mehrerer der ersten und zweiten Abziehabschnitte, und e) mit einem Prozessor, der ein Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung empfängt und das empfangene Ausgangssignal entsprechend programmierter Instruktionen verarbeitet, wobei der interessierende Formationsparameter wenigstens teilweise durch das verarbeitete Ausgangssignal bestimmt wird.
System nach Anspruch 31, bei welchem der Arbeitsstrang aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus i) einem Gestängestrang, ii) einem gewickelten Rohr und iii) einem Drahtseil besteht.
System nach Anspruch 31, bei welchem die Testeinheit weiterhin eine Öffnung hat, die einem abgedichteten Abschnitt des Bohrlochs zum Herstellen der Fluidverbindung ausgesetzt ist.
System nach Anspruch 33, welches weiterhin eine oder mehrere der Einrichtungen aufweist: i) einen Packer zum Abdichten eines Ringabschnitts des Bohrlochs und ii) eine ausfahrbare Sonde, die einen Wandabschnitt des Bohrlochs abdichtet.
System nach Anspruch 31, bei welchem die Steuereinrichtung eine Pumpe mit variabler Rate zum Abziehen von Fluid in das Testvolumen aufweist.
System nach Anspruch 31, bei welchem das Testvolumen ein variables Volumen aufweist und die Steuereinrichtung den Druck des Testvolumens durch Ändern des Volumens des variablen Volumens verringert.
System nach Anspruch 36, welches weiterhin einen Kolben in der Steuereinrichtung zum Variieren des Volumens des variablen Volumens aufweist.
System nach Anspruch 31, bei welchem die wenigstens eine charakteristische Größe eine erste charakteristische Größe, die während des ersten Abziehabschnitts bestimmt wird, und eine zweite charakteristische Größe aufweist, die während des zweiten Abziehabschnitts bestimmt wird.
System nach Anspruch 31, welches weiterhin eine Steuerung aufweist, die der Steuereinrichtung zum Ändern der Abziehrate zugeordnet ist, wenn der Testvolumendruck unter einem Formationsdruck liegt, damit der Druck in dem Testvolumen zu dem Formationsdruck hin ansteigen kann, wobei die Erfassungseinrichtung eine zweite charakteristische Größe des Testvolumens bestimmt, während A) der Druck in dem Testvolumen zunimmt, B) der Druck in dem Testvolumen stabil wird oder beides zutrifft.
System nach Anspruch 39, bei welchem die Steuereinrichtung die Abziehrate durch i) Ändern der Abziehrate auf eine Abziehrate von im Wesentlichen null und ii) Verrin gern der Steigerungsrate bei der Abziehrate derart ändert, dass der Fluss aus der Formation zur Abziehrate des Geräts gleich oder größer als diese ist.
System nach Anspruch 31, bei welchem die wenigstens eine charakteristische Größe eine oder mehrere der Größen ist: i) Abziehrate, ii) Kolbenrate, iii) Kolbenposition, Pumprate, iv) Fluidkompressibilität, v) Mengenstrom aus dem Testvolumen, vi) Mengenstrom in das Testvolumen, vii) Druck des Testvolumens, viii) Temperatur in dem Testvolumen, ix) Volumen des Testvolumens und x) Fluidzusammensetzung im Testvolumen.
System nach Anspruch 31, bei welchem die programmierten Instruktionen ein Formationsratenanalyseprogramm zur Bestimmung der ersten charakteristischen Größe aufweisen.
System nach Anspruch 42, bei welchem das empfangene Ausgangssignal die Abziehrate und die Kompressibilität des Fluids in dem Testvolumen aufweist.
System nach Anspruch 31, bei welchem die Steuereinrichtung die Abziehrate durch wenigstens eine der Maßnahmen erhöht: i) kontinuierliches Steigern der Abziehrate während des ersten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Steigern der Abziehrate während des ersten Abziehabschnitts.
System nach Anspruch 31, bei welchem die Steuereinrichtung die Abziehrate durch wenigstens eine der Maßnahmen verringert: i) kontinuierliches Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts und ii) schrittweises Verringern der Abziehrate während des zweiten Abziehabschnitts.