专利名称：井眼驱替操作期间在原位评估和优化流体的方法
技术领域：
本发明通常涉及井眼完井作业，具体涉及用于评估和/或优化井眼流体驱替操作的方法。
背景技术：
在存在的许多情形和/或情况中，井延伸到地壳中的地下位置。例如，井眼被钻入地下层/地质层中以用于生产各种流体(如水、气和/或油)；或用于流体的注入，正如在二次和三次采油中所应用的那样(例如，提高采油量)。在许多这类情形和/或情况下，为了适当地支撑井壁，也为了不让流体不适宜地穿过井的至少一些部分的边界，用一个或更多个管柱(即套管管柱)对井进行下套管操作。为了完井，必须使用注水泥过程将套管粘结到地层中。注水泥过程通常涉及钻井流体驱替步骤，随后进行泵送水泥配方(例如作为泥浆)以使水泥配方穿过套管到达井底部然后再向上通过套管外表面和周围壁结构(即地层)之间的环形空间的步骤。水泥配方位于合适位置之后，使水泥凝固，从而形成不可渗透的护套，假定在水泥和地层之间、水泥和套管之间建立了牢固粘结，那么这种粘结会阻止流体进入套管周围的环形空间。水泥粘结还增强了井整体的完整性。井眼注水泥过程例如参见Parker的、于1974年3月26日公布的美国专利 No. 3，799，874。用水泥将套管粘合在井内之后，通常采用一个或更多个清洗操作或清洗过程来清洗井眼，为生产做准备。这类过程变化相当大，但是通常包括步骤将附接有一个或更多个清洗工具和/或装置的工作管柱下送到井下。为了在钻井流体驱替、穿孔和随后的生产操作之前清洗带套管的井眼(包括清洗井眼内包含的钻井流体)和/或相关联的套管的内表面，这类清洗工具包括刷子、刮刀、钻头(例如用于钻出水泥塞等)、以及用于将流体和/或化学物质输送(和循环)到井眼内的装置。例如参看下列文献=Reynolds等的、于1996年11月5日公布的美国专利No. 5，570，742;Reynolds等的、于1995年5月30日公布的美国专利No. 5,419, 397 ；ReynoIds的、于2004年7月6日公布的美国专利No. 6，758，276 ；Carmichael等的、于2002年6月11日公布的美国专利No. 6，401，813。在上述这样的清洗操作之后，井眼内存在的钻井流体必须被完井流体置换，即进行驱替操作或驱替过程。但是，因为完井流体通常与钻井流体不相容(由于各种原因)，因而在驱替操作期间隔离流体可先于完井流体使用。在一些这类情况下，隔离流体可包括一系列流体，这些流体的一种或更多种属性值渐进变化，从而，对于至少一种这种流体属性而言，可从流体属性范围的一端值逐步过渡到另一端值。这类隔离流体的背景技术和实例及其使用例如可参见下列文献01iver等的、于1984年10月2日公布的美国专利No. 4，474，240 ；Thomas的、于1984年I月3日公布的美国专利No. 4，423，781 ;Ray等的、在2001年3月6日公布的美国专利No. 6，196，320。鉴于前面所述，在原位监测流体驱替的新方法将特别有益一特别是这种方法和/或系统提供了更高的完井作业效率。另外，尽管下面的论述主要集中在油井和气井，但是本领域的普通技术人员将能理解文中所述的方法和系统实施例中，至少有一些可扩展应用到上述一种或更多种情形和/或情况中的各种驱替操作中。
发明内容
本发明通常涉及通过原位评估/监测流体属性来优化井眼驱替操作的方法，从而在流体在井内所面临的环境条件下直接评估一种或更多种流体的一种或更多种属性。在一些实施例中，实时执行这种流体属性原位评估/监测。通过在原位(即在井下)监测流体属性，能直接评估流体属性，而不是(如现有技术那样)推断出流体属性。另外，能“在运行中(on the fly)”改变驱替流体，由于省时、流体浪费减少，从而有助于提高总效率。在一些实施例中，本发明涉及一种或更多种用于优化井眼驱替操作的方法，这类方法包括步骤(a)通过工作管柱将一定量的隔离流体引入井内，所述井起初由含固体的工作流体占据，隔离流体在隔离流体与含固体的工作流体之间建立第一分界面；(b)引入隔离流体之后引入完井流体，在完井流体和隔离流体之间形成第二分界面；(c)当从井的环形区域朝上置换出从由工作流体、隔离流体和完井流体组成的组中选择的至少一种流体时，在原位监测所述至少一种流体；其中这种监测可提供至少一种流体属性(如浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水(BS&W)及类似属性)的流体属性原位评估；以及，(d)为了优化井眼驱替操作，朝井上传输该流体属性原位评估信息。在一些这类方法实施例中，还可包括步骤(e):通过步骤(d)中传输的流体属性实时评估信息来促进井眼驱替操作的优化。在一些或其他实施例中，本发明涉及在流体驱替操作期间在井下原位监测井中流体的一种或更多种方法，所述井能进行用于生产烃的操作，所述方法包括步骤(a’ )通过工作管柱将一定量的隔离流体引入井内，所述井起初由含固体的工作流体占据，隔离流体在隔离流体与含固体的工作流体之间建立第一分界面；其中，含固体的工作流体选自由钻井流体、修井流体、盐水系统及其组合组成的组；(b’ )引入隔离流体之后引入完井流体，在完井流体和隔离流体之间形成第二分界面；(c’ )当从井的环形区域朝上置换出从由工作流体、隔离流体和完井流体组成的组中选择的至少一种流体时，在原位监测所述至少一种流体；其中，这种监测可提供从由浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水(BS&W)及其组合所组成的组中选择的至少一种流体属性的流体属性原位评估；(d’ )沿井眼向上无线传输该流体属性原位评估信息，其中所述无线传输的形式选自由压力脉冲、声传输、电磁传输及其组合组成的组；以及，Ce')促进井眼驱替操作的优化，其中所述优化通过实时原位评估流体属性来实现。为了更透彻理解对本发明下面的详细描述，上文已经相当广泛地概括了本发明的特征。下面将描述本发明的附加特征和优点，下面所述特征和优点构成本发明请求保护的主题。
为了更充分理解本发明及其优点，请结合附图参考下面的描述，附图如下图1以分阶段的形式示出了根据本发明的一个或多个实施例的一种或多种方法，所述方法用于通过流体属性的原位评估/监测来优化井眼驱替操作；以及
图2示出了系统实施例的一种典型的变化形式，用于实施文中所述的一个或多个方法实施例。
具体实施例方式1、介绍如上所述，本发明通常涉及用于优化井眼驱替操作的方法(在某些情况下，涉及系统)，所述优化井眼驱替操作通过在驱替操作期间对井眼内存在的一种或多种流体进行流体属性原位评估/监测来实现。在某些这类实施例中，执行这种流体属性评估/监测并将评估/监测信息实时传送到地面。与在地面监测流体的现有方法(参见上文)相比，通过在原位监测流体属性，流体属性可直接评估出而不是推断出。另外，至少在某种程度上实时执行这种流体属性评估/监测，可临时改变驱替流体(或驱替操作的一个或更多个其他方面)，从而有助于提高总效率。2、定义一些术语在整个说明书中初次使用时被下定义，而其他一些术语在说明书中作如下定义术语“井”在文中定义为，设置在地质空间内的井眼，最典型地用于从周围的地质储层直接或间接产出一种或更多种流体。术语“带套管的井”在文中定义为这样一种井眼，即一个或更多个套管柱已经下送到该井眼内并粘合在合适位置上。该定义可扩展至包括一个或更多个衬管柱(代替套管柱)，其中这种衬管柱通过一个或更多个衬管悬挂器被悬挂在不同深度处。术语“驱替操作”在文中定义为，井眼中的一种流体被另一种流体置换。典型的这种操作包括扫洗操作之后从井中移走钻井流体，然后用完井流体置换钻井流体。术语“工作管柱”在文中定义为，配置在地下井眼中的管柱，用于在钻井和/完井作业过程中执行任务。术语“钻井流体”在文中定义为，将钻孔钻入地表的操作中所使用的任意的若干液态流体、气态流体或固体和流体混合物(如固态悬浮物；液体、气体和固体的混合物及乳状物)。如果文中没有另外说明，术语“钻井流体”和“钻井浆”在文中可交换使用。术语“完井流体”在文中定义为，在油或气井完井中所使用的基本上无固相的液体。通常将这种流体置于井中以便于生产开始之前的最终操作(如将筛网、开采衬管、封隔器、井下阀或射孔设置到生产层中)。如果井下装置受损，该流体对井进行控制，从而不会损害生产层或完井部件。该流体应该与储层及流体化学相容，典型地被高程度地过滤以避免将固体引入近井眼的区域。术语“隔离流体”在文中定义为，用于将一种工作流体(参见下文)和/或完井流体与另一种工作流体和/或完井流体彼此物理分离的任何液体，其中隔离流体与正被分离的两种流体相容。术语“工作流体”在文中定义为，广泛归类为井作业中使用的不同于完井流体(以及引入这种完井流体之前所使用的任何隔离流体)的任何流体。这种工作流体的实例包括但不限于钻井流体、盐水系统、修井流体等。3、方法
如文中前面所述(参见上文)，本发明的方法用于优化井眼驱替操作，所述优化井眼驱替操作通过在驱替操作期间对井眼内存在的一种或多种流体进行流体属性原位评估/监测来实现。另外，执行这种流体属性评估/监测并将评估/监测信息实时传送到地面，就可临时改变驱替流体(或整个驱替操作的一个或多个其他方面)，从而提高了驱替操作过程的总效率。参照图1，在某些实施例中，本发明涉及一种或多种方法，所述方法用于在流体驱替操作期间在井下原位监测井内流体，所述方法包括步骤(步骤101)通过工作管柱将一定量的隔离流体引入井中，所述井起初由含固体的工作流体占据，隔离流体在其与含固体的工作流体之间建立第一分界面；(步骤102)在引入隔离流体之后引入完井流体，在完井流体和隔离流体之间建立第二分界面；(步骤103)当从井的环形区域朝上置换出从由工作流体、隔离流体和完井流体组成的组中选择的至少一种流体时，在原位监测所述流体；其中这种监测提供了对至少一种流体属性(如浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水(BS&W)及类似属性)的流体属性原位评估，以及(步骤104)为了便于井眼驱替操作，朝井上传输流体属性原位评估信息。在一些这类方法实施例中，还可包括一步骤(即步骤105):通过(步骤104)中传输的流体属性实时评估信息来促进井眼驱替操作的优化。对于上文描述的这样的方法的实施例而言，并未具体限定所适用的井的类型。因而，这类井可以是竖直的、偏斜的或水平的，或上述类型的组合。这类井眼能产油、气和/或其他流体(参见上文)。这类井例如也可以包括能进行用于激励生产(如注蒸汽)操作的注入井。类似地，这类井眼可在陆上或是离岸的；离岸情况下，可以是浅井或深水井。另外，这类井可在相当大的深度和/或长度范围内变化，典型地可调整所述方法以适于特殊过程，对于这类井中的任一种井或所有井而言，所述特殊过程是独特的(例如对于油井而言是独特的)。在某些上述这类方法实施例中，含固体的工作流体可从由钻井流体、修井流体、盐水系统及其组合组成的组中选取。工作流体中存在的固体的来源多样化(例如，来源于先前完成的扫洗操作、以及流体混合物中的固有成分)、尺寸多样化、成分多样化。根据该实施例，含固体的工作流体可以是水基的、非水基的(例如油基的)、乳基的(例如油/水乳状液)。请注意“基”意为工作流体所包括的基础流体或主要流体。典型地，该基础流体是工作流体混合物中含量(如体积含量)最高的成分，和/或很大程度上决定最终混合物属性的成分。由于各种原因，主要由于地层不相容和/或产能减损，这样的流体的混合物通常不能用作完井流体。例如(但不局限于此)，合适的上文描述的这种钻井流体可包括但不限于膨润土与水和/或油的混合物、以及一种或更多种添加剂，上述添加剂例如为增重剂(如重晶石)、增粘剂和/或反絮凝剂。在某些情况下，钻井流体可以是泡沫。这些钻井流体和同样合适的此类钻井流体的背景技术及实例例如可参看下述文献=Patel等的、于2007年7月31公布的美国专利No. 7，250，390 ;Rayborn等的、于1998年12月I日公布的美国专利No. 5, 843, 872 ;以及Peacock的、于1965年11月2日公布的美国专利No. 3,215,628。在某些上文描述的这样的实施例中，工作流体是修井流体或包括修井流体，典型的这类修井流体包括但不限于用于在一种或多种修井操作期间用于对井进行控制的井调节流体。修井流体通常必须与地层相容，典型的修井流体是盐水或盐水基的。为了进行该描述，一些压井流体(即，用于阻止开采流体流出井外的流体)可视为修井流体一至少在一定程度上使用该压井流体在修井之前压井。修井流体的背景技术及实例可以从下列文献中获得=Sydansk的、于1997年11月4日公布的美国专利No. 5，682，951 ；Shell的、于1985年12月17日公布的美国专利No. 4，559，149 ;以及Gruesbeck等的、于1977年9月6日公布的美国专利No. 4，046，197。在一些上文描述的这样的实施例中，工作流体是盐水系统或包括盐水系统。典型的这类盐水系统包括但是并不局限于盐水基流体，典型地包括一种或多种各类添加成分。例如Murphey的、于2000年9月26日公布的美国专利No. 6，124，244中公开了这类盐水系统的背景技术和实例。下列文献中概括描述了隔离流体Ray等的、于2001年3月公布的美国专利No. 6, 196，320 ;以及，Thomas的、于1984年I月3日公布的美国专利No. 4，423，781。在一些上文描述的这样的方法实施例中，当隔离流体被引入井中时，可将该隔离流体看作是包括多种成分和/或一系列成分/属性的隔离系统。在一些这类实施例中，这类隔离流体可提高相容性、和/或促使或阻止流体在第一和第二流体分界面中的一个或两个分界面处混
入
口 ο在一些上文描述的这样的方法实施例中，隔离流体作为隔离流体段被引入，其中，这种隔离流体段(在成分和/或理化性质方面)沿隔离流体段的引入长度和/或其截面可以基本上是均质的或非均质的，其中这种非均质性是轻微的、适中的、或显著的。在一些这类方法实施例中，隔离流体作为一系列隔离流体段而被引入，相邻隔离流体段之间在至少一种属性上有变化。在一些上文描述的这样的方法实施例中，隔离流体与含固体的工作流体以及完井流体都相容。“相容”意为隔离流体不会弓I起与其共界面的其他流体的物理和/或化学属性出现退化或改变。在一些上文描述的这样的方法实施例中，隔离流体可在分界面处混合。在某些或其他实施例中，隔离流体用于阻止或至少减弱流体在井内流体分界面处的混合。在某些这类实施例中，上面描述的这种流体相容性既不会影响也不会阻止这种分界面混合(参照上文)。在某些上文描述的这样的方法实施例中，在隔离流体(或隔离流体系统)之前使用洗涤隔离液和/或在隔离流体之后使用驱离隔离液(chase spacer)。这种洗涤隔离液和驱离隔离液可认为是单一(如非均质的)隔离流体段的成分，或认为是一系列隔离流体段，上述一系列隔离流体段共同表示隔离系统。这类隔离系统在本领域是公知的，例如在Thomas的、于1984年I月3日公布的美国专利No. 4，423，781中描述了这类隔离系统。对至少某些上述方法实施例中主要使用的完井流体并未进行特别限定。本领域的普通技术人员将意识到，许多不同种类的成分都可用于这类流体，但是这类流体通常无大的固体。例如下列文献中公开了完井流体的背景技术及典型的这类成分发明人为Walker等、于1984年4月24日公布的美国专利No. 4，444，668 ;Loftin等的、于1984年4月3日公布的美国专利No. 4，440，649 ;Fischer等的、于1975年5月6日公布的美国专利No. 3，882，029 ；Peterson的、于1988年10月25日公布的美国专利No. 4，780，220 ;以及McLaughlin的、于1984年7月31日公布的美国专利No. 4，462，718。在某些上文描述的这样的方法实施例中，当从井的环形区域朝上置换出工作流体、隔离流体和/或完井流体时，在原位监测这种流体，这种监测典型地涉及一个或多个流体属性分析仪，可操作所述分析仪以用于至少一种流体属性的流体属性评估。这样的典型的流体属性例如包括但是并不局限于井眼内条件下(即原位)的浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水(BS&W)及其组合。根据实施例以及在测的属性，这些流体属性可直接评估出或由可直接测量的属性推断出。尽管非原位流体属性分析仪/监测器在本领域是公知技术，但是它们被设计为在井的地表处使用，而不在井内出现的温度和压力条件下使用。关于浊度分析仪/监测器的背景技术以及实例可参看下列文献Sweeney的、于1965年11月2日公布的美国专利No. 3，215，272 ；Abrams等的、于1984年3月13日公布的美国专利No. 4，436，635 ；Malbrel等的、于1995年8月8日公布的美国专利No. 5，439，058 ;以及，作者为Sollee等、题名为“清洁流体的现场应用(Field Application of Clean Fluids) ” 的文章，1985 年 9 月 22-26 日在拉斯维加斯举办的 SPE 年度科技会议和展览(SPE Annual Technical Conference and Exhibition)上公开了该文章、文献号为14318。关于密度分析仪/监测器的背景技术和实例可参看下列文献发明人为Fischer等、于1975年5月6日公布的美国专利No. 3，882，029 ;作者为Betancourt等、题名为“井下测量原油成分的探索应用(Exploration Applications ofDownhole Measurement of Crude Oil Composition) ” 的文章，2004 年 3 月 29-30 在马来西亚吉隆坡举办的SPE资产管理集成建模亚太地区会议(SPE Asia Pacific Conferenceon Integrated Modelling for Asset Management)中公开了该文章，文献号为 87011 ;作者为Ryan等、题名为“水平井中的泥浆清除重要的联合产业研究(Mud Clean-Up inHorizontal Wells:A Major Joint Industry Study) ”的文章，1995 年 10 月 22-25 日在达拉斯，德克萨斯州举办的SPE年度科技会议和展览中公开了该文章，文献号为30528。关于粘度计(评估粘度的仪器)的背景技术及实例请参见下列文献发明人为Watson、于1979年2月27日公布的美国专利No. 4，141,843 ;发明人为Kennedy等、于1960年10月25日公布的美国专利No. 2，957，338 ;以及作者为Saasen等、题名为“井的清洗性能(Well CleaningPerformance) ”的文章，2004年3月2_4日在达拉斯，德克萨斯州举办的IADC/SPE钻探大会(IADC/SPE Drilling Conference)中公开了该篇文章，文献号为87204。关于固体浓度分析仪/监测器的背景技术及实例可参见下列文献发明人为Jones等、在1994年11月I日公布的美国专利No. 5，360，738。在某些上文描述的这样的方法实施例中，一种或多种流体属性分析仪(评估工具)中的至少一个固定到工作管柱的内表面。在某些这类实施例中，可能存在工作管柱(可能为副工作管柱)的凹陷部分，所述至少一个这种流体属性分析仪位于所述凹陷部分中，和/或可能具有一个或多个覆盖物和/或其他装置以保护任何一个或所有所述流体属性分析仪。在一些或其他实施例中，一种或多种流体属性分析仪中的至少一个固定到工作管柱外部。在后面这些情况中，所述一个或多个分析仪直接固定到工作管柱的外管和/或工作管柱的凹陷部分中。如果固定到所述工作管柱的凹陷部分中，那么仍可使所述的一个或多个分析仪突出到工作管柱外径(OD)之外。在一些上文描述的这样的方法实施例中，执行所述监测步骤的方式可从由连续监测方式、离散监测方式以及两种监测相结合的方式所组成的组中选取。对于本发明的目的而言，期望连续监测中包括离散监测，时间尺度为每秒分析一次或速度更快。时间尺度为每秒分析少于一次的监测被认为是不连续或离散的。在一些上文描述的这样的方法实施例中，监测步骤要求多个流体属性分析仪定位于所述井内以监测所述至少一种流体。其中，所使用的多个这种分析仪中，任何一个或所有分析仪能用来连续和/或离散监测任何一种或所有要评估的流体属性。在一些这类实施例中，所述多个流体属性分析仪中的至少一些提供了不同的流体属性的流体评估。在一些或其他这类实施例中，所述多个流体属性分析仪定位于井内的不同位置处，以便沿井的环形区域在不同位置监测流体。根据实施例，例如(但不局限于此)，通过电池和/或其他电力装置(如线缆或湿连接)为本发明的至少一些实施例中使用的流体属性分析仪供应电力，或者，例如通过一个或更多个谐振电容和/或感应电路给所述分析仪无线地提供电力。根据所述实施例，期望的是，可使用多个动力输送装置给位于同一井眼内多个位置处的不同类型的多个流体属性分析仪提供电力。与上述动力输送类似，在一些上文描述的这样的方法实施例中，信息传输步骤可涉及对流体属性分析数据进行电缆传输和/或无线传输。在一些上文描述的这样的方法实施例中，朝井上(和/或朝井下)无线传输(即输送)数据的形式选自由压力脉冲、声传输、电磁传输及其组合组成的组。在一些实施例中，如果依靠无线传输数据，那么这种无线传输数据可以至少部分地由泥浆基遥测方法和/或声传输来实现。这类技术在本领域是公知技术，因而在此将不进一步详细描述。这类泥浆基遥测方法的实例例如参看下列文献发明人为Kotlyar、于1988年9月13日公布的美国专利No. 4，771，408 ；以及，发明人为Beattie等、于2002年7月16日公布的美国专利No. 6，421，298。使用声传输朝井上和/或朝井下无线传输数据(和动力)的实例例如请参看下列文献发明人为Klatt、于1980年7月29日公布的美国专利4，215，426;以及，发明人为01'1111*61161'、于1993年6月22日公布的美国专利No. 5，222，049。在一些实施例中，使用一种类型的电磁(EM)传输而将数据和/或动力传输入和传输出带套管的井筒，例如发明人为Briles等、于2004年7月20日公布的美国专利No. 6，766，141中描述了这种类型的电磁传输。这类方法和系统中使用的井下谐振电路可与一种或更多种流体属性分析仪直接或间接集成，以便将信息传输入和传输出井。例如也请参看下列文献发明人为Coates等、于2009年12月22日公布的美国专利No. 7，636，052 ；发明人为Thompson等、于2009年5月12日公布的美国专利No. 7，530, 737 ;Coates等的于2009年2月5日公开的公开号为No. 20090031796的美国专利申请；Coates等的于2008年3月13日公开的美国专利申请公开No. 20080061789，其中“无限传输”系统和方法也称之为“INFIC0MM”。在一些上文描述的这样的方法实施例中，这类方法还可包括步骤优化井眼驱替操作。其中通过实时评估流体属性来实现优化。术语“实时”通常用来表示将流体分析数据传输到井外的时间尺度、以及随后对所述数据进行任何分析的时间尺度，其中所述时间尺度基本上是瞬时的或至少是小于约I秒。
在一些上文描述的这样的方法实施例中，(来自流体属性分析仪的)数据被收集和储存在存储器中。储存数据的这类储存器并未特别限定(硬盘驱动器、闪存驱动器、光驱等)，但是必须通常能承受得住本发明的井眼的环境条件。在一些情况下，存储器外壳可被构造为保护这类存储驱动器免受井下不利环境的危害。另外，或可供选择地，在一些实施例中，存储装置相对于传感器定位于沿井孔向上的位置处，通过电缆和/或无线装置在传感器和存储装置之间进行数据传输。在一些实施例中，存储装置位于地表处。但是，不言而喻，如果单独依赖井下数据存储，即其中传输所述数据的步骤仅涉及将存储装置物理输送到地表上，通常就不会有任何实时评估流体属性和任何临时优化的机会，而实时评估才能实现这种临时优化。5、变化形式尽管上述实施例通常涉及通过原位评估/监测流体属性来优化井眼驱替操作的方法，但是一些变化实例涉及对应系统的实施例，这些实施例中在主要功能方面描述了实施本发明的一个或多个方法实施例所要求的基础结构。作为非限制性实例，现在请参照图2，图2示出了一种典型的这类系统，该系统用于通过实时原位监测流体来优化驱替操作。图2中示出了根据本发明的一个或多个实施例的典型系统20，其中井眼22建立在地质地层24中，井眼22内设置有工作管柱29。除了底孔钻具组件(BHA)39固定到工作管柱的末端以外，第一流体分析仪35和第二流体分析仪33也固定到工作管柱29，两分析仪都具有集成的无线传输装置，用于将数据通过井眼22传输到地表26。使用隔离流体59而使先前已经被泵入井下(以钻井流体的形式)的含固体的工作流体60被完井流体58从井内置换出来，其中隔离流体并列地位于完井流体和工作流体之间。当流体从底孔钻具组件BHA39中流出、然后向上流到井眼22的环形区域中时，第一流体分析仪35和第二流体分析仪33对这些流体进行分析,从而,例如,在将钻井流体60从井眼22内完全清除出之前，可通过流体分析仪35确定出完井流体58的清洁度(在浊度方面)。另外，浊度(和/或其他属性)数据可通过无线传输接收器43从流体分析仪35和/或流体分析仪33无线传输到数据处理装置41，从而数据处理装置41可实时定量评估第一流体分析仪35和第二流体分析仪33所处位置处的流体浊度(被处理的数据)。该被处理的数据然后被提供给控制装置46，控制装置的工作是控制泵和/或集管47内的阀，从而在驱替操作期间可控制经过管道49的流体58-60中的任何一种的流量。通过控制装置46集成数据处理装置41和泵/集管47，可使现场的这种系统具有在驱替操作过程中进行临时改变的能力。上述方法实施例的其他变化形式包括，使一种或多种流体包括一种或多种示踪剂和/或标志物以得到一种或多种“可追踪的流体”和/或“被示踪的流体”；还包括，通过所述一种或多种示踪剂和/或标志物监测所述一种或多种可追踪的流体或被示踪的流体。典型的这类示踪剂/标志物包括但不限于化学示踪剂(如具有独特的分子和/或同位素特征)、放射性示踪剂、和/或电子示踪剂(如射频识别(RFID)标志)。6、结论如文中所述，本发明涉及用于通过原位流体属性评估/监测来优化井眼驱替操作的方法。其中在一些这类方法实施例中，实时执行所述评估/监测。通过在原位(即在井下)监测流体属性，流体属性可直接评估而不是推断出。另外，可“在运行中”(即临时)对驱替流体进行改变，从而有助于提高总效率。在某种程度上与文中所述方法实施例不同的是，本发明还涉及系统实施例的变化形式一其通常用于实施本发明的一个或多个方法。文中提及的所有专利和公开文献被以与本文无不一致的程度引入文中作为参考。应理解为，上述实施例的某些上述结构、功能和操作对于实现本发明并不是必须的，它们包含在本说明书中仅出于典型的一个或多个实施例的完整性考虑。另外，将理解为，上述参考专利和公开文献中提及的具体结构、功能和操作可与本发明相结合实践，但是它们并不是实践所必须的。因而，应理解为，在不脱离所附权利要求书界定的本发明的范围内，可以采用与具体所述方式不同的其他方式来实践本发明。
权利要求
1.一种在流体驱替操作期间在井下原位监测井内流体的方法，所述方法包括步骤 a)通过工作管柱将一定量的隔离流体引入井内，所述井起初由含固体的工作流体占据，隔离流体在隔离流体与含固体的工作流体之间建立第一分界面； b)引入隔离流体之后引入完井流体，在完井流体和隔离流体之间形成第二分界面； c)当从井的环形区域朝上置换出从由工作流体、隔离流体和完井流体组成的组中选择的至少一种流体时，在原位监测所述至少一种流体；其中这种监测提供了至少一种流体属性的流体属性原位评估；以及 d)为了便于井眼驱替操作，朝井上传输该流体属性原位评估信息。
2.根据权利要求1的方法，其中，该井能进行用于开采烃的操作；其中所述烃选自由油、气及其组合组成的组，其中所述井选自由陆基井和离岸井组成的组。
3.根据权利要求1的方法，其中所述至少一种流体属性选自由浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水及其组合组成的组。
4.根据权利要求1的方法，其中，含固体的工作流体选自由钻井流体、修井流体、盐水系统及其组合组成的组。
5.根据权利要求1的方法，其中，隔离流体作为隔离流体段而被引入。
6.根据权利要求5的方法，其中，隔离流体作为一系列隔离流体段而被引入，该系列隔离流体段的至少一种属性沿整个系列逐渐变化。
7.根据权利要求5的方法，其中，隔离流体与含固体的工作流体以及完井流体这两者都相容。
8.根据权利要求1的方法，其中，以连续监测方式、离散监测方式或上述两种方式相结合的方式执行所述监测步骤。
9.根据权利要求1的方法，其中，所述监测步骤要求多个流体属性分析仪定位于所述井内以监测所述至少一种流体。
10.根据权利要求9的方法，其中，所述多个流体属性分析仪中的至少一些分析仪提供了不同流体属性的流体评估。
11.根据权利要求9的方法，其中，所述多个流体属性分析仪定位于井内不同位置处，以便沿井的环形区域在不同位置处监测流体。
12.根据权利要求1的方法，其中，传输步骤包括电缆传输流体属性分析数据。
13.根据权利要求1的方法，其中，传输步骤包括无线传输流体属性分析数据。
14.根据权利要求13的方法,其中,无线传输的形式选自由压力脉冲、声传输、电磁传输及其组合所组成的组。
15.根据权利要求1的方法，所述方法还包括促进井眼驱替操作的优化的步骤，其中优化通过实时评估流体属性来实现。
16.一种在流体驱替操作期间在井下原位监测井内流体的方法，所述井能进行用于开采烃的操作，所述方法包括步骤 a)通过工作管柱将一定量的隔离流体引入井内，所述井起初由含固体的工作流体占据，隔离流体在隔离流体与含固体的工作流体之间建立了第一分界面；其中，含固体的工作流体选自由钻井流体、修井流体、盐水系统及其组合组成的组； b)引入隔离流体之后引入完井流体，在完井流体和隔离流体之间形成第二分界面；c)当从井的环形区域朝上置换出从由工作流体、隔离流体和完井流体组成的组中选择的至少一种流体时，在原位监测所述至少一种流体；其中这种监测提供了至少一种流体属性的流体属性原位评估；该至少一种流体属性从由浊度、密度、固体浓度、电容、粘度、电阻率、温度、压力、放射性、盐度、底部沉积物和水(BS&W)、类似属性及其组合组成的组中选择； d)朝井上无线传输该流体属性原位评估信息，其中所述无线传输的形式选自由压力脉冲、声传输、电磁传输及其组合组成的组； e)促进井眼驱替操作的优化，其中优化通过实时原位评估流体属性来实现。
17.根据权利要求16的方法，其中，隔离流体作为隔离流体段而被引入。
18.根据权利要求17的方法，其中，隔离流体作为一系列隔离流体段而被引入，该系列隔离流体段的至少一种属性沿整个系列逐渐变化。
19.根据权利要求16的方法，其中，所述监测步骤要求多个流体属性分析仪定位于所述井内以监测所述至少一种流体，所述多个流体属性分析仪中的至少一些分析仪提供了不同流体属性的流体评估。
20.根据权利要求19的方法，其中，所述多个流体属性分析仪定位于井内不同位置处以便沿井的环形区域在不同位置处监测流体。
全文摘要
本发明的一些实施例涉及通过原位评估/监测流体属性来优化井眼驱替操作的方法。通过在原位(即，在井下)监测流体属性，流体属性可直接评估出而不是推断出。另外，实时执行所述评估/监测，能“在运行中”对驱替流体进行改变，从而有助于提高方法的总效率。
文档编号E21B21/00GK103038439SQ201180037134
公开日2013年4月10日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年6月30日
发明者E·J·科卢德鲁维齐三世, H·M·科尼特, T·G·科比特, J·卡梅伦 申请人:雪佛龙美国公司