地层中物质的随钻井下测量的制作方法

专利名称：地层中物质的随钻井下测量的制作方法
技术领域：
本发明涉及在钻进过程期间，对每个地球钻井周围的地球地层中 的物质的井下测量。
背景技术：
在随钻测井(LWD)工具与测量引入前，岩屑和泥浆-天然气测 井的分析是在钻探期间使用的主要地层估计技术。随着LWD的出 现，泥浆-天然气测井变得不重要了，但由于操作人员已能够提取其它 相对廉价方法得不到的有价值的储集层信息，近期其已重获重视。
当今的泥浆-天然气测井方法基本上与传统的相同从返回泥浆管 道提取和捕获气体或碳氢液化气的表面样本，并利用色层分离法，例如 气相色层分离法(GC)，对流体分析其组成。利用循环速度的历史和 钻头穿透速度的记录，能够粗略地估计捕获的表面样本的深度。当今与 过去表面分析技术之间的差别是引入更精确的装置，用于确定GC输 出的成分，并且延伸气体分析范围以包括碳和氢同位素分析，用于地球 化学目的。典型地，这包括使用质量光谱仪(MS) 。 GC与MS设备 的小型化已使这种分析可在现场进行。
此外，泥浆一天燃气的测井背景的进一步描述在共同未决美国专 利序号第11/312,683进行了描述，该专利于2005年12月9日申请并 转让给与当前申请相同的申请人。如在所述共同未决美国专利申请序号
Tarvin 禾卩 K. ，(File 60.1626 ，并且被转让给第11/312,683号中所述，尽管泥浆天然气和岩屑的表面分析用的设 备、技术和周转时间中的优点，但还存在特定的缺点。 一个问题是深度 控制，更确切地说，能够精确认定获取样本的位置的能力。在当前使用 的方法中，样本来源的深度推断自循环速度和在表面提取样本时和钻头 第一次经过抽样深度时之间的时间。考虑到泵速度十分不准确并且泥浆 属性从表面到井底明显不同，确定的深度不很可靠。此外，通常，不考 虑随着泥浆沿井孔运动时泥浆内气体的扩散和混合物中的不均匀性。由 于到达表面的泥浆中气体浓度低于它在最初井下时的，需要高度灵敏的 仪器用于井上分析。更多的困难在于地面样本趋向于由空气变稀，这必 须在分析中考虑在内。
为了有些提高泥浆-天然气和岩屑的表面和实验分析，已提出对一 些物质的井下分析，但具有有限的能力。 一些提出的技术需要复杂的井 下处理和/或需要对于钻探过程期间取得实际信息不实际的条件。 一种 方法提出在钻井水与井侧壁的"碳床甲烷井"中进行拉曼(Raman)光 谱学测量。这种方法包括钻井的侧壁的"冲洗"，以去除泥饼，但明显 未认识到吸附的甲烷将与泥饼一起被去除。现有技术承认在钻探泥浆 与地层之间保持平衡的困难，和需要避免自一个水平的钻井水到另一水 平的混合，但忽略了井中交叉流的可能性。
在本发明目标中，将专注于和改进或解决现有技术的前述和其它 缺点，并提供随钻测量地层构成的改进方法和装置。

发明内容
在上述共同未决美国专利申请序号第11/312,683号等事物中，公 开了用于取样钻探流体、将气体与液体从固体岩屑分离和利用多种技术 分析组成，包括气体色谱法(GC)、四极质量光谱测定(QMS)、选 择性隔膜、核磁共振(NMR)和这些与其它的组合。该公开的一种形 式分离了岩屑的固体，将加热它们以取得对其进行测量的挥发性成分。
随着钻头弄碎它下面的岩石，并且钻探流体首先与其混合，并且 然后将岩石屑运送到表面，包含在岩石内的一些化学物质被溶解在钻探 流体中。例如， 一些岩石孔可能包括盐水，并且当这些孔由钻头打开时，盐水中的盐混合进入钻探流体。如果岩石孔包含碳氢化合物并且钻 井流体包括水，少量碳氢化合物溶入水。溶入水中的给定碳氢化合物分 子的数量取决于源材料中该物质的浓度、源材料中的分子间力和温度。 这些参数共同决定了碳氢物质的化学势。碳氢化合物分子将从源材料流
入水中，直到水和源材料中的碳氢化合物的化学势相同；在该点，它们 处于平衡。因此，通过测量钻探流体中的特定碳氢化合物物质的浓度， 并利用该物质的化学势受到其钻井中的其浓度影响的方式的己有知识， 人们能够推断出源材料中的碳氢化合物物质的化学势(在平衡时，钻井 流体和源材料中的化学势将相同)。此外，利用该物质的化学势如何受 到其源材料中的浓度影响的现有知识，人们能够推断源材料中的浓度。
根据本发明的一种形式，提出了一种利用经钻柱向下流动、经夹 带钻探地球地层岩屑的钻头出来，并在钻柱与钻井之间的环状空间中向 地球表面返回的钻井流体，用于测量钻柱末端处的利用钻头钻探的地球
钻井周围的地层中的物质的方法，该方法包括以下步骤等待溶解在钻
井流体中的任意物质与地球地层岩屑中的任意物质大致处于平衡；并且 然后测量井下溶解在钻探泥浆中的物质。在这种形式的本发明的优选实 施例中，等待溶解在钻井流体中的任意物质与地球地层岩屑中的任意物
质大致处于平衡的步骤包括抽样沿钻柱距钻头至少预定距离的环状空 间中的钻探流体，对抽样的钻探流体执行测量。在这个实施例中，在执 行测量前，抽样的钻探泥浆被过滤以从那里去除固体。该过滤可以例如 包括离心所述钻探流体，或利用滤网过滤以去除固体。
本发明的一种形式的实施例包括步骤在环状空间中并从钻头间
隔开，取得在从钻头出来后夹带钻探地球地层岩屑的钻探流体的样本；
和使用拉曼散射技术测量井下钻探流体中的物质。利用选通探测器，能 够使用脉冲拉曼散射以区分荧光发射。此外，表面增强的拉曼散射能够 被用于优点。
在其实施例中，将测量的物质包括从由甲垸、二氧化碳和硫化氢 组成的组的化合物。该物质可包括例如来自所述岩层的煤岩屑或岩层的 页岩的甲垸。
在本发明的一种形式中，使用拉曼散射技术测量抽样钻探流体中
8物质的步骤包括提供容纳过滤抽样钻探流体的透明单元；将激光指向 单元；探测光的拉曼散射的光谱；并从探测光谱确定物质的测量值。
本发明的实施例还包括在所述钻井中的不同深度水平处重复对 物质的测量；和形成作为深度的函数的测量值的记录。
当结合附图时，通过下述详细描述，本发明的其它特征和优点将 会很清楚。


图1是在实践本发明的实施例中可以使用的随钻测量装置的部分 采用框图形状的图表。
图2是在实践本发明的实施例中可以使用的测量装置的部分采用 框图形状的图表。
具体实施例方式
参照图1，显示了在本发明的实践实施例中可以使用的随钻测量 装置。[如这里使用的，除非另外指示，随钻测量(也称作随钻测量或 随钻测井)期望包括在钻探、暂停和/或分离期间，利用钻探中的钻 头和至少一些钻柱(钻孔索)，在地球钻井中进行测量。]平台和铁塔 架10位于利用旋转钻探在地球中形成的钻井11上方。钻柱12悬挂
在钻井内并在其下端包括钻头15。钻柱12和附于其上的钻头15利用 在钻柱的上端处接合传动钻杆17的旋转台16 (利用未示出的装置提供 能量)旋转。该钻柱从附于运动滑车(未显示)的钩18悬挂。该传动 钻杆经允许钻柱相对于钩旋转的转环19连接到钩。可选地，钻柱12和 钻头15可利用"顶驱动"类型的钻机从表面旋转。钻探流体或泥浆26 包含在地球中的坑27中。经转环19中的端口，泵29将钻探泥浆泵入 钻柱以经钻柱12的中心向下流动(箭头9)。该钻探泥浆经钻头15的 端口从钻柱出来，然后在钻柱的外部与钻井周围之间的区域(通常称作 环状空间)向上循环，如由流动箭头32指示。因此，该钻探泥浆润滑 了钻头并将地层岩屑运送到地球表面。该钻探泥浆被返回到坑27，用 于在适当调节之后再循环。也可以使用带有泥浆电机的可选方向钻探组件(未显示)，具有弯曲外壳或偏置分段(替代品)。也可以使用转子
操纵(roto-steerable)系统(未示出)。
由标号100总体地指示的底部孔组件被安装在钻柱12内，优选地 接近钻头15，其包括用于测量、用于处理并用于存储信息和用于地 球表面通信的能力。[如在这里使用，"接近钻头"意味着在距钻头几个 钻铤(环)长度内]该组件100包括测量和本地通信装置200，其部件 在本文的后面进行描述。在所示井底布置的实例中，钻铤(环)130和 稳定器环140顺序显示在装置200上方。该轴环130可以例如是容纳 测量装置的小型轴环或轴环。
地面/本地通信子组件150位于稳定器轴环140上方。该子组件 150可以包括任何适合类型的有线和/或无线井下通信系统。已知类型 的设备包括环型天线或电磁传播技术，用于与装置200 (其也具有本 地通信用的类似装置)的本地通信；并且还有声音通信系统，其通过钻 探泥浆中承载的信号与地球表面处的类似系统通信。还可以使用与表面 通信的其它可选技术，例如有线钻管。在子组件150中的表面通信系 统包括声音发射器，其在钻探泥浆中产生声音信号，其典型地表示测量 的井下参数。 一种合适类型的声音发射器使用称作"泥浆警报器"的设 备，包括有槽定子和有槽转子，其旋转并反复中断钻探泥浆的流动，以 在钻探泥浆中建立期望的声波信号。该子组件150中的驱动电子装置可 包括传统地产生应用于泥浆发射器的驱动信号的合适调制器，诸如相移 键控(PSK)调制器。这些驱动信号可以被用于将适合的调制应用于泥 浆警报器。该产生的声音泥浆波以流体中的声速在经钻柱的中心的流体 中向上传播。利用由标号31表示的转换器，该声波在地球表面处接 收。例如作为压电转换器的转换器将接收的声音信号转换为电信号。该 转换器31的输出被联接到井上接收子系统90，其可操作地解调发射 信号，然后可以联接到处理器85和记录器45。井上发射子系统95也 被设置，并且可以采用可由子组件150中的转换器(由标号99表示) 探测的方式控制泵29的操作的中断，以便在子组件150与井上设 备之间有两路通信。该子系统150还可传统地包括获取和处理器电子 装置，包括微处理器系统(具有相关存储器、时钟和定时电路，和接口
10电路)，能够存储来自测量装置的数据，处理数据并存储结果，并将它 包含的信息的任何期望部分耦合到用于传输到表面的发射器控制和驱动 电子装置。电池可提供用于这种子组件的井下电力。如在本领域已知 的，在钻探期间，诸如由钻探泥浆提供动力的所谓的"泥浆涡轮"的井 下发电机(未显示)也被用于提供电力，用于立即使用或为电池充电。 如上面指出的，可选的技术可以被用于与地球表面通信。
在上面首先观察到当钻头弄碎它下面的岩石并且钻探流体首先 与其混合并且然后将岩石岩屑运送到表面，包含在岩石内的一些化学物
质被溶解在钻探流体中。例如， 一些岩石气孔可能包括盐水，并且当这 些孔由钻头打开时，盐水中的盐混合进入钻探流体。如果岩石孔包含碳 氢化合物并且钻探流体包括水，少量碳氢化合物溶入水。溶入水中的给 定碳氢化合物分子的数量取决于源材料中该物质的浓度、源材料中的分 子间力和温度。这些参数共同确定了碳氢物质的化学势。碳氢化合物分 子将从源材料流入水中，直到水和源材料中的碳氢化合物物质的化学势 相同；在该点，它们处于平衡。因此，通过测量钻探流体中的特定碳氢 化合物物质的浓度，并利用该物质的化学势如何受到其钻探流体中的浓 度影响的已有知识，人们能够推断出源材料中的碳氢化合物物质的化学 势(在平衡时，钻探流体和源材料中的化学势将相同)。此外，利用该 物质的化学势如何受到其源材料中的浓度影响的现有知识，人们能够推 断源材料中的浓度。
采用这种方式，对与源材料接触的钻探流体的测量能够产生有关 源材料中的碳氢成份浓度的定量信息。然而，关键地，钻探流体和源材 料处于实质平衡。在这里，随钻测量具有超过传统的管线类型测量的明 显优点。在后者测量中，由于钻探完成进行测量，井壁可能已被钻探过 程污染。该钻探泥浆将去除接近钻井附近的地层中的多数碳氢成分。钻 探流体可能已侵入地层。来自钻探过程的固体可能已堆积在壁上，阻止 碳氢化合物从地层中的源材料传送到钻探流体。并且通过地层孔或破裂 扩散的碳氢化合物到钻井流体的转移将很慢。通过对比，在随钻测量 中，地层源材料被钻头精细粉碎，并与钻探流体混合，大大加速了平衡 过程。甲垸在水中的溶解性相对较低。例如，在117 F和1000 psi，溶 解性为10 scf/bbl。该溶解性与压力成比例，并且随着增加的温度缓慢 降低。煤可以包括在相同压力时等于240 sc肋W的1000sc仍on那样多 (参见"Producing Natural Gas From Coal," Oilfield Review, Autumn 2003, pp. 8-31)。对于超过lOOOpsi的压力，煤容量缓慢增加。
地层岩屑与泥浆体积的比率能够从典型的钻探数据估计。泥浆流 速通常在300和600 bbl/hr之间，近似50至lj 100 mVhr。钻进速度经 常在30到100ft/hr，近似10到30m/hr。利用8英寸钻头，岩屑的 体积率则在0.3%和2%之间。由于煤的甲烷容量积乘以其体积率小于水 的容量，多数甲垸必须离开煤并溶解在水中以达到平衡。
甲烷溶解在水基泥浆达到与吸收在岩屑中的甲烷平衡所需的时间 取决于从岩屑内部和经围绕岩屑的流体的边缘层的扩散。甲烷在水中的 扩散率为D=1.5E-5cm2/s。如果岩屑周围的边缘层能够忽略，如果岩屑 的平面层板在两侧敞开，并且如果岩屑的扩散性类似于水中的，在时刻 t时保留的最初甲烷的部分为
(参见 Heat Conduction, 2nd Edition, M.N. Ozisik， John Wiley&Sons, New York, 1993) 81%随着特征时间t=L2/ (D兀2) 消 失。对于2-mm厚板，t为270秒。其余的利用30秒或更少的特征 时间消失。
在球面几何学中，剩余的部分为
41;;—"2 ， (2)
其中L是半径。
61%随特征时间t=L2/ (D兀2)消失。对于2-mm直径的球体，t 是68秒。其余的随17秒或更少的特征时间消失。
岩屑周围的液体的边缘层使消失变慢甚至更多。该液体在钻头附 近高度湍急，但很难估计典型边缘层的厚度。
可用于平衡的时间是从钻头到测量的距离除以环面中液体的轴向
12速度。在具有6英寸钻环的8英寸孔中，对于50-100 mVhr的流速，该速度为1-2 m/s。结果，根据岩屑的尺寸和形状，测量点可能需要距钻头距离某一距离。此外，基于t和测量的钻探流体流速，对水中测量的甲烷浓度的校正能够被应用以解决平衡的不充分时间。
其实施例的目标之一在于随钻测量井下煤或页岩地层中的钻探流体中的甲烷含量，并由该测量值，确定地层中的甲垸的浓度。该测量可以在各站时间平均，以提高精确度，或它可以是连续的。连续测井能够改进测量过程，例如如美国专利6,590,647中公开的。在这个实施例的一个优选形式中，测量技术是拉曼散射。(对于更详细的有关拉曼散射测量，可以参照上面提及的同本发明同一天申请并转让给相同的申请人的美国专利序号第11/558,648号(文件60.1626 US NP)。拉曼散射是入射在分子上的光子被散射的过程，但由于分子振动或旋转，散射的光子已丢失或获得能量。失去或获得的能量数量取决于作为分子特征的分子激励的频率。通过分析无弹性散射光子的频谱的密度和能量，人们能够推断散射介质的分子成分。采用这种方式，人们能够确定水中甲垸、C02或H2S或其它溶解物质的浓度。不同于吸收光谱学，其中入射光是以材料的频率特征优先吸收并且入射光必须被调整到那些频率，任何适合频率的光可用于拉曼散射。该无弹性散射光子表现为弹性散射(即Rayldgh散射)频率周围的边带。该优点在于能够选择远离能够产生背景的任何分子荧光发射的入射光的频率。
然而，为了实现精确的拉曼散射测量，抽样的水必须实质没有来自地层的固体颗粒。例如，在煤中，甲烷被吸收到碳微观结构的表面，并且煤上甲烷的浓度能够比溶解在水中的甲垸高得多。如果水样本包括煤颗粒，除了溶解在水中的甲垸，该探测的光发射可能包括自煤上吸收的甲烷的光子，产生测量误差。因此，在其优选实施例中，测量装置包括过滤器或分离器，以从测量的钻探流体的样本去除固体。该过滤器能够是一组滤网。(关于这一点，参见转让给与当前申请相同的申请人的上面提及的共同未决美国专利序号第11/312,683号)也可以使用其它过滤器和/或分离器。 一种这样的设备是离心机，其中旋转叶轮导致流体快速旋转，强制高密度固体移动到周围，将较低密度的纯液体留在中央。
图2是根据本发明的实施例的设备250的图表，其能够用于本 发明的方法的实践实施例。如在这里另外描述的，测量设备的放置(或 至少其抽样位置)很明显。在当前实施例中，设备250位于形成一部 分井底组件100的钻环中，例如在设备200的钻环部、轴环130或稳 定器轴环140中。
如前面描述，作为钻探过程的一部分，钻探流体与地层岩屑和来 自地层孔的流体混合，并且产生的钻探流体经在图2中215处表示的 钻井环状空间向上运动。当钻探流体经过设备250的测量仪器时，分 析钻探泥浆的液体成份。
来自钻井环状空间的流体样本经钻探流体入口 259进入仪器。该 流体被导入过滤器，例如包括由电机256旋转的叶轮的离心机258。 固体被运送到离心机的周围，其中它们经固体出口 257出来回到钻 井环状空间215。经过滤的流体经离心机的中空电机轴出来，其中它包 括在透明容器或单元270中，并通过光导纤维254运送的激光器252 的光照射。由过滤流体样本发射的散射光被第二光导纤维264收集，并 被运送到光谱仪253。该过滤流体出来返回到255处的环状空间。井 下处理器280 (具有相关的定时输入/输出A/D等，和其它标准外围设 备，所有均未单独显示)、电源275和本地通信子系统278显示作为与 拉曼散射探测设备一起定位的设备的一部分，只要在相对于钻头在适合 的位置的样本被抽取用于分析，以便实现目标物质在钻探泥浆中的上 述实质平衡。
在一些情况中，来自液体的荧光可以足够强以模糊拉曼散射。在 那些情况中，人们可以利用脉冲激光和选通探测器区分荧光。拉曼散射 是一种实质瞬时事件；荧光产生自激励分子状态的衰变。当衰变超过一 些纳秒时，测量达一些纳秒或更少的激光探测器组合捕获所有可用的拉 曼散射，但仅一部分荧光发射。
根据本发明的另一实施例，在自钻头沿钻柱的间隔不同距离的多 个位置处进行测量。对于图2，这能够例如使用两个或多个钻探流体入 口端口 259执行。采用这种方式，人们能够实现两次对相同流体的样
14本的测量。这能够利用两套测量设备进行，或者例如利用光学切换装置 进行，以便与岩屑自一个入口端到另一的通过时间相比，激光器和光 谱仪能够快速取样两种流体样本。在测量位置1处流体成份的测量浓 度Sl将是
SI =A1*B * (l-exp (-U/t) ) (3)
其中Al是校准仪器常数；并且B是涉及正测量的成分的地层 中的浓度的可变正常化；tl是岩屑流自钻头到测量位置的计算的通过 时间(例如基于环状空间中已知的泥浆速度)；和t是先前提及的特征 时间常数。
在进一步沿钻井轴的测量位置2处的相同流体成分的第二样本的 测量浓度S2将是
S2 = A2*B* (l-exp ( ) ) (4)
这两种浓度的比率是
S2/S1=A2/A1* (l-exp (-t2/t) ) / (l-exp (-U/t) ) (5) 除t以外，这个公式的所有参数均被测量或校准，并且该等式可
数字地求出未知的时间常数t。
本发明己参照特定优选实施例进行了描述，但本领域的那些技术 人员将发现本发明的精神和范围内的变化。例如，虽然旋转机械钻探目
前很流行，将理解本发明能够具有其它类型的钻探应用，例如使用喷
水或其它装置的钻探。
1权利要求
1. 一种用于利用经钻柱向下流动、通过夹带钻探的地球地层岩屑的钻头出来，并在钻柱与钻井之间的环状空间中向地球表面返回的钻井泥浆，测量钻柱末端处的钻头钻探的地球钻井周围的地层中的物质的方法，包括如下步骤等待溶解在所述钻井流体中的任意所述物质与所述地球地层岩屑中的任意所述物质大致处于平衡；和测量井下的溶解在所述钻探流体中的所述物质。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中等待溶解在所述钻井泥 浆中的任意所述物质与所述地球地层岩屑中的任意所述物质大致处于平 衡的所述步骤包括以下步骤对沿钻柱距所述钻头至少预定距离的环状 空间中的所述钻探流体进行抽样，并且其中对所述抽样钻探流体进行 所述测量。
3. 根据权利要求2所述的方法，还包括在执行所述测量前， 过滤所述抽样钻探流体以从其中去除固体。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述测量所述物质的步 骤使用拉曼散射技术实现。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述测量所述物质的步 骤使用拉曼散射技术实现。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述拉曼散射技术包括 脉冲拉曼散射。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中所述拉曼散射技术包括 增强的拉曼散射。
8. 根据权利要求3所述的方法，其中所述过滤所述抽样钻探 流体以从其中去除固体的步骤包括离心分离所述钻探流体。
9. 根据权利要求3所述的方法，其中所述过滤所述抽样钻探 流体以从其中去除固体的步骤包括用利用滤网过滤。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述物质包括来自由甲垸、二氧化碳和硫化氢组成的组中的化合物。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中所述物质包括来自所述 地层的煤岩屑的甲烷。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述物质包括来自所述 地层的页岩岩屑的甲垸。
13. 根据权利要求5所述的方法，其中所述使用拉曼散射技术 测量所述抽样钻探流体中的所述物质的步骤包括以下步骤提供容纳过 滤的抽样钻探流体的透明单元；将激光指向所述单元；探测所述光的拉 曼散射的光谱；并从探测光谱确定所述物质的测量值。
14. 根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤在所述钻井 中的不同深度水平处重复所述物质的测量；和形成作为深度的函数的所 述测量值的记录。
15. 根据权利要求2所述的方法，其中对所述环状空间中的所 述钻探流体抽样的步骤包括在沿钻柱的第一和第二隔开位置处对所述钻 探流体抽样；并且所述测量步骤包括对在所述第一和第二位置处抽样的钻探流体执行测量。
16. 根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤使用对在所述第一和第二位置处抽样的钻探流体的所述测量，确定关于所述平衡 的时间常数。
17. —种用于利用经钻柱向下流动、经钻头出来，并在钻柱与钻井之间的环状空间中向地球表面返回的钻井泥浆，测量钻柱末端处利用钻头钻探的地球钻井周围的地层中的物质的方法，包括步骤在环状空间中并从钻头间隔开，取得在从钻头出来后夹带有钻探地球地层岩屑的钻探流体的样本；以及使用拉曼散射技术测量井下所述抽样钻探流体中的所述物质。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述拉曼散射技术包括脉冲的拉曼散射。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中所述Raman散射技术包括增强的拉曼散射。
20. 根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤在执行所 述测量前，过滤所述抽样钻探流体以从其中去除固体。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述过滤所述抽样钻探流体以从其中去除固体的步骤包括用离心分离所述钻探流体。
22. 根据权利要求20所述的方法，其中所述过滤所述抽样钻探流体以从其中去除固体的步骤包括用利用滤网过滤。
23. 根据权利要求17所述的方法，其中所述物质包括从由甲垸、二氧化碳和硫化氢组成的组中选择的化合物。
24. 根据权利要求17所述的方法，其中所述物质包括来自所述地层的煤岩屑的甲垸。
25. 根据权利要求17所述的方法，其中所述使用拉曼散射技术测量所述抽样钻探流体中的所述物质的步骤包括以下步骤提供容纳过滤的抽样钻探流体的透明单元；将激光指向所述单元；探测所述光的 拉曼散射的光谱；并从探测光谱确定所述物质的测量值。
26. 根据权利要求17所述的方法，还包括以下步骤在所述钻 井中的不同深度水平处重复所述物质的测量；和形成作为深度的函数的 所述测量值的记录。
27. 根据权利要求17所述的方法，其中在环状空间中取得钻探 流体的样本的所述步骤包括以下步骤在沿钻柱的第一和第二间隔位置 处对所述钻探流体抽样；并且所述测量步骤包括使用拉曼散射技术， 对在所述第一和第二位置处抽样的钻探流体执行测量。
28. —种用于利用经钻柱向下流动、经钻头出来，并在钻探索与 钻井之间的环状空间中向地球表面返回的钻井流体，测量钻柱末端处的 利用钻头钻探的地球钻井周围的地层中的物质的设备，包括抽样容器，用于在环状空间中并从钻头间隔开，取得从钻头出来后夹带的钻探的地球地层岩屑的钻探流体的样本；和测量系统，用于使用拉曼散射技术测量井下所述钻探流体中 的所述物质。
29. 根据权利要求28所述的设备，还包括井下过滤器，用于 在执行所述测量前，过滤所述抽样钻探流体以从其中去除固体。
30. 根据权利要求28所述的设备，其中所述抽样容器定位在 沿钻柱距所述钻头至少预定距离处，从而溶解在所述钻井流体中的任意 所述物质与所述地球地层岩屑中的任意所述物质将大致处于平衡。
31. 根据权利要求29所述的设备，其中所述抽样容器定位在 沿钻柱距所述钻头至少预定距离处，从而溶解在所述钻井流体中的任意 所述物质与所述地球地层岩屑中的任意所述物质将大致处于平衡。
32. 根据权利要求28所述的设备，其中所述抽样容器包括透明单元，并且所述测量系统包括指向所述单元的激光源；和 用于探测所述光的拉曼散射的光谱的探测器。
33. 根据权利要求30所述的设备，其中所述抽样容器包括透明单元，并且所述测量系统包括指向所述单元的激光源；和 用于探测所述光的拉曼散射的光谱的探测器。
全文摘要
一种用于利用经钻柱向下流动、经夹带钻探地球地层岩屑的钻头出来，并在钻柱与钻井之间的环状空间中向地球表面返回的钻井流体，测量钻柱末端处利用钻头钻探的地球钻井周围的地层中的物质的方法，该方法包括如下步骤等待溶解在钻井泥浆中的任意物质与地球地层岩屑中的任意物质实质处于平衡；并且然后测量井下溶解在钻探流体中的物质。
文档编号E21B49/00GK101487389SQ200810004060
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者杰弗里·A·塔文, 肯尼思·E·斯蒂芬森 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司