用于注入和监测流体的地层测试器的制作方法

专利名称：用于注入和监测流体的地层测试器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对被井筒穿过的井下地层的评价。更具体地，本发明涉及用于有助于
将流体注入到井下地层和用于监测注入流体在地层内流动并且驱替地层原生流体的方向的方法和设备。
背景技术：
在储层评价中，期望的是了解、测量并且测试流体如何移动通过地层。当前，许多方法用于测试储层流体流动性和地层渗透率以及相对渗透率。这些技术中的一些包括测量被钻井液侵入的测量。其它技术通常被公知为地层测试和岩心分析。 钻井液侵入的确定可以是一种表示地层的近似渗透率的有用测量。然而，这种方法具体地由于泥饼的产生而可能受到不足侵入过程的限制。另外，由侵入测量的渗透率与泥浆滤液和原生地层流体的相对渗透率有关。当泥浆滤液之外的流体驱替原生地层流体时，由侵入测量的渗透率几乎不能提供相对渗透率曲线的表示。此外，假设侵入过程在井筒周围是均匀的，因此，由此分析得到的渗透率不会考虑地层各向异性。 地层测试器可以响应于生产压差而原位确定储层流体流动性，但是由于泥饼的存在，地层测试器通常不能将流体注入到储层内。在一些情况下，从地层泵抽液体可以足以清除泥饼。然而，在很多情况下，从地层泵抽液体可能不会产生足够高的流速以可靠地完全清除来自井筒壁的外部泥饼和占据正好超过井筒壁的孔隙的内部泥饼。在注入期间，残留泥饼和泥浆中的固体颗粒(包括细岩屑)可能重新密封井筒壁，并从而可能限制或阻止进一步的流体注入。因此，在很多情况下，不可能在裸眼井环境中将流体注入到地层内。此外，近井筒生产层井壁处的泥饼、颗粒和地层损害的存在可能会在很大程度上干扰由地层测试器所观察的流体流动性。更进一步，在这种环境中增加由地层测试器产生的流动压力将通常导致地层测试器与井筒壁密封的丧失，或者可能在地层内产生裂缝。如果丧失密封，地层测试器将不再与储层地层水力连通，并且任一测量值都不会表征储层地层。 一旦已经在储层地层内产生裂缝，随后的流动性或渗透率测量值可能被流入到裂缝和从裂缝中流出的流动所控制，因此将不会表征储层地层。 当分析岩芯用于确定地层相对渗透率时，地层岩石的样品被切割、带到地面，并且在实验室测试所述样品的特性。然而，有时侯难以在地面实验室内再造诸如压力、温度和流体特性的表征性井下条件。 目前存在用于将流体注入到地层内的系统。例如，利用诸如酸的化学溶剂可以将泥饼溶解或冲洗掉。然而，泥饼溶剂的腐蚀性通常很强。这些溶剂可能对操作人员存在安全危险并且可能损坏地层测试器的一些部件。因此，这些注入系统通常需要利用完井液驱替井筒内的泥浆并且需要使用酸溶解泥饼。在一些情况下，在可以执行注入之前，这要求对井的至少一部分下套管、射孔，以及安装诸如油管和封隔器的完井设备。在这些情况下，由在储层地层内进行注入所获得的测量值可能来不及进行与完井相关的重大决策。此外，可以被注入的区域可能受限于射孔的位置。此外，在注入期间套管的存在可能将用于监测注入前缘的井下测量工具的类型限制到可以执行通过套管(通常是金属的、磁性的和导电的)并且适于套管井环境的地层内的测量的那些井下测量工具。

发明内容
根据公开的示例，用于评价被井筒穿过的井下地层的方法涉及以下步骤将具有
纵向轴线的细长测井仪输送到井筒内，所述细长测井仪具有发射线圈和接收线圈，发射线
圈和接收线圈中的至少一个具有相对于井下工具的纵向轴线倾斜的轴线。所述方法还涉及
以下步骤将流体注入通过井筒壁的周边的至少相当大的一部分并且进入到井下地层的一
部分内。所述方法还涉及以下步骤使用发射线圈将电磁波发射到井下地层内。使用接收
线圈测量井下地层的电阻率值，其中，电阻率值表示在与发射线圈轴线和接收线圈轴线中
的至少一个的倾斜方向有关的方向上井下地层的被注入流体侵入的深度。 根据公开的示例，用于评价被井筒穿过的井下地层的设备包括具有纵向轴线的细
长测井仪主体，所述细长测井仪主体适于被输送到井筒内。细长主体包括用于将流体注入
通过井筒壁的周边的至少相当大的一部分并且进入到井下地层的一部分内的装置；发射线
圈，所述发射线圈用于将电磁波发射到井下地层内；和接收线圈，所述接收线圈用于测量井
下地层的电阻率值。接收线圈轴线和发射线圈轴线中的至少一个相对于井下工具主体的纵
向轴线倾斜。所述设备还包括处理器，所述处理器用于在与发射线圈和接收线圈中的至少
一个的倾斜方向有关的方向上确定井下地层的被注入流体侵入的深度。 根据公开的示例，用于评价被井筒穿过的井下地层的方法涉及以下步骤使用挠性管将具有纵向轴线的细长测井仪输送到井筒内；使用通过挠性管在井下提供的高速射流清除井筒的周围的至少相当大的一部分；通过挠性管的孔将注入流体提供到井下；以及将流体注入通过井筒壁的已清除部分并且进入到井下地层的一部分内。测量由注入流体的饱和度表示的井下地层的特性。


当结合附图获悉时，可从以下详细说明更好地理解本发明。要强调的是根据行业中的常规作法，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了便于清楚地进行说明，各种特征的尺寸可以任意增加或减小。 图1是可以用于沿具体方向评价井下地层的被由挠性管注入的流体侵入的深度的示例性井位系统的立体图； 图2是可以用于评价井下地层的被注入流体侵入的深度的示例性方法的流程 图3A是示出了具有非圆形注入前缘的各向异性注入区和线圈装置的图1中所示的井的水平横截面图，所述线圈装置被构造成用于测量井下地层的电阻率值，电阻率值表示在与线圈结构有关的方向上的井下地层的侵入深度； 图3B是作为与线圈定向有关的函数的测量的电阻率值的示例性图； 图4是具有可以用于评价井下地层的被钻井液侵入的深度电阻率测井仪的另一
个示例性井位系统的立体图； 图5是示出了被构造成用于测量井下地层的电阻率值的线圈装置的图4中所示的电阻率测井仪的示例性实施例的立体图，其中电阻率值表示在与线圈结构有关的方向上的井下地层的侵入深度； 图6是具有井筒清除装置和传感器组件的又一个示例性井位系统的立体图，所述
井筒清除装置可以用于将流体注入通过井筒壁的周边的至少相当大的一部分，所述传感器
组件可以用于沿具体方向评价井下地层的被注入流体侵入的深度； 图7A和7B是图6中所示的井筒清除装置的示例性实施例的水平横截面图； 图8是图6中所示的传感器组件的示例性实施例的立体图； 图9是可以用于实施这里所述的示例性方法和设备的一个或多个方面的示例性处理单元的方框图。
具体实施例方式
这里说明了一种用于将流体注入到地层内并且监测所述地层内的注入流体的流动和/或驱替地层原生流体的仪表化地层测试器。地层测试器包括可以通过电缆或油管柱(例如，随钻测井柱、挠性管柱等等)部署在井筒内的井下工具。井下工具可以用于有利地评价被井筒穿过的井下地层。这里公开的井下工具和测试方法可以有助于将流体注入到井下地层内，并且监测注入流体在裸眼井环境中的地层内流动的方向。具体地，井下工具可以被构造成用于从井筒壁的一部分清除泥饼，以便有助于将使被测试的地层与地层测试器之间进行流体连通。因此，一旦已经清除了泥饼，流体可以在增加的均匀性的情况下被注入到地层基质内。 在一些实施例中，可以通过利用例如强制通过井下工具的一个或多个管线的流体喷射从井筒壁清除泥饼。在其它实施例中，一种修改的双管封隔器组件可通过设置在双管封隔器间隙内的旋转刮刀和冲洗机构来完成类似的结果。残留泥浆和泥饼岩屑可以被清除出双管封隔器间隔并且通过管线和泵进入到井筒内。在其它实施例中，当井或封隔器间隙为负压(即，所述井或封隔器间隙的压力保持接近地层内的压力或在地层内的压力以下)时，泥饼从井筒壁被机械地刮掉。保持测试区处于负压下可以防止或最小化泥饼在被刮掉之后开始重新形成。然而，如果刮除基本上连续，或者当设置在井筒的测试部分内的流体被配制成最小化泥饼的形成时，井可以可选地保持正压(即，所述井的压力保持接近地层压力或在地层压力以上)。因此，可以产生连续延长的侵入过程。 —旦已经从与将被测试的地层相邻的井筒壁部分附近充分地清除泥浆和泥饼，井下工具可以用于将一种或多种流体注入到地层内。更具体地，井下工具可以被构造成以由地面操作者确定的一个或多个流量(一个或多个)以多个深度注入已知量的流体(一种或多种)。被注入的流体的特性(例如，电阻率、流量、光密度、和化学成分)可以在输送到井下之前通过分析已知，或者还可以使用井下工具中的传感器被实时监测。可选地，代替井下工具，注入可以从地面设备(例如，地面泵)开始。 注入流体可以是水、蒸汽、烃(流体或气体)、一些其它化学制品、或者所述水、蒸汽、烃、化学制品的组合或混合物。注入流体还可以是任选地混合有添加剂的泥浆滤液，例如以当被注入到地层内提高所述泥浆滤液的检测。在部署到井下工具内之前，可以利用1-5微米过滤器对流体进行过滤，以清除否则当被注入到地层内时可能堵塞地层孔隙或井下工具液压部件(例如，阀，泵)的颗粒。多种注入流体可以用于测试利用多于一种类型的流体(例如，利用水、盐水、烃、气体或用于激发地层或改变原生流体特性的、诸如表面活性剂、降粘剂或稀释剂的一些化学制品)的同一区域。在不同室内输送的流体的混合物还可以在井 下生成并且被注入到地层内，以产生期望的反应或执行相对渗透率测试。可以执行不同流 体注入的顺序以测量地层对具体顺序的响应。 例如，井下工具可以被构造成用于承载含有注入流体的一个或多个室。多个室可 以用于有利地允许对多个区域进行注入，或者用于允许同一区域被注入有多于一种类型的 流体(即，不同的流体)。井下工具可以被构造成将流体从井下工具内的样品室泵送到地 层内。泵还可以被构造成使流动方向反向并且将流体从地层泵送到井下工具内。在其它结 构中，井下工具可以使用用于注入的一个泵和用于从地层对流体进行取样的第二泵。在一 些情况下，不需要泵而简单地通过使用井筒内的通常在地层压力以上的流体静压来实现注 入。在这种情况下，可以安装流动调节装置以调节正在被注入的流体的流量和压力。
可选地，如果需要将大量流体注入到地层内，井下工具可以部署在钻杆或挠性管 上，所述钻杆或挠性管有助于提供大于可以由电缆输送测井仪可输送的井下流体体积。大 量注入流体可以通过输送柱从地面泵送。当使用这种方法时，可以有利地确保控制井的流 体静压以最小化将井筒泥浆不期望地注入到地层内，以及当注入流体驱替泥浆柱的一部分 时所出现的井内的压力变化。例如，注入流体可以具有比泥浆低的密度，并且可以降低井筒 压力。井下井底压力传感器和地面封隔阀可以用于在这种操作期间控制井流体静压。
井下工具还可以设置有集成到井下工具或双管封隔器组件内的传感器。示例性传 感器包括但不局限于感应线圈、侧向测井极板、和核磁共振(NMR)探头。这些传感器可以被 构造成用于当流体被注入和流动到地层内时监测所述流体的驱替和特性。例如，这些传感 器可以具有允许在流体已经注入到地层内之后确定所述流体的驱替井网的径向和方位分 辨率。通过测量作为注入体积和方向的函数的地层内的已知注入流体的流动方向和速度， 可以确定关于地层各向异性和渗透率特性。例如，将已知流体注入到地层内并且观察地层 内的流体饱和度的变化对于确定地层特性是有用的。 在操作中，一旦已经到达目的层，在进行注入之前可以使用诸如3D感应、核磁共 振、声波和地震的一组传统的地层评价测量值评价地层特性。然后，将井下工具定位在井筒 内，并且例如通过使双管封隔器臌胀来建立与地层的水力连通。随后，可以机械或者通过利 用射流冲洗井筒壁或通过两者的组合清除泥饼。 在清除井筒周围的侵入带和泥饼之前和在进行所述过程并同时泵送出并冲洗泥 饼期间，传感器可以监测地层内的地层和流体特性。传感器可以在流体离开地层之后随即 询问地层内或测井仪中的管线内的流体特性。由传感器采集的这些测量值可以为地面操作 者提供在清除之后关于初始侵入深度、测试层周围的地层渗透率以及泥浆滤液和原生流体 的流体特性和残余流体饱和度的信息。 然后，随着注入的进行，这些传感器可以监测地层内的地层和流体特性。由传感器 采集的测量值可以为地面操作者提供关于注入深度、注入前缘几何结构和速度、初始、中间 和残余流体饱和度等实时信息，所述实时信息可以用于确定诸如相对渗透率、各向异性、和 残余油饱和度的重要储层特性。 可以注入多种不同的流体以确定在暴露这些流体之后诸如渗透率或流体流动性 的地层特性的响应是否改变。不同的注入流体可以用于模拟不同的提高采收率(E0R)技 术，并因此估计哪一种方法对于开采测试地层是最佳的。在完成注入之前、在注入期间或者在完成注入之后，可以例如使用传统的流体取样方法，通过使泵送的方向相反或者通过使
用将地层流体抽到样品室内的另一个泵获得流体样品。因此，有时侯，化学剂注入、取样、注
入取样的顺序可以用于了解是否可以使用不同的化学制品和注入流体而提取另外的烃。 在完成注入和/或流体取样之后，可以收回井下工具，并且可以使用传统的地层
评价工具再次分析地层以确定由于注入和/或取样操作而产生的任何变化。 —旦已经评价了目的层，可以将测井仪部署到不同深度，并且重复此过程。这有利
地允许地面操作者通过深度询问储层特征的变化。 图1示出了可以用于沿具体方向评价井下地层的被由挠性管注入的流体侵入的 深度的示例性井位系统的立体图。具体地，图1说明了通过挠性管110被输送到穿过地层 F的井筒102内的井下工具串100。井下工具串包括具有纵向轴线180的细长部分，并且适 于被输送到井筒102内。如本领域所公知的，挠性管110从地面绞车106松开。井下工具 串IOO包括可以类似于(斯伦贝谢技术公司的)射流仪的井筒壁清除工具134和一个或多 个地层评价传感器(例如，传感器126、128、或124)。 为了有助于和/或加快将流体或一系列流体注入到裸眼井地层内，井筒壁清除工 具134包括旋转喷头(例如，具有一个或多个喷管132的套管)。通过地面泵112沿着油管 110的中心被泵送的液体在旋转喷头处被引出，并且可以通过油管与地层之间的环空返回 到地面。喷嘴(一个或多个)132被构造成使得流体以高速离开喷头，并且可以打碎覆在井 筒壁101的一部分上的泥饼。均匀地破坏沿着井筒壁的周边的相当大的一部分的泥饼可以 减少由于泥饼存在而对由井下工具IOO执行的测量的测量误差。实际上，当从井筒壁101清 除泥饼时，流入地层F的测试区内的注入流基本上由地层的基质特性(例如，地层渗透率， 地层各向异性)控制，并因此可以表征储层。与此相反，如果没有从井筒壁清除泥饼，靠近 井筒的地层F的测试区内的注入流可能取决于泥饼特性，并因此可能不能表征储层特性。
井筒壁清除工具134通过测井仪器接头136可操作地连接到挠性管110。此外，井 筒壁清除工具134可以有利地被构造成用于支撑在所述井筒壁清除工具下方的地层评价 工具。例如，井筒壁清除工具134的喷头可以包括中空心轴(未示出)，所述中空心轴可以 机械地支撑下方的地层评价工具的重量。如果需要，挠性管iio可以设置有可以用于给电 缆地层评价工具提供动力的内部铠装电缆104。在这种情况下，中空心轴将具有在井筒壁清 除工具134的底部处的密封连接器，所述密封连接器允许通过电子线路短节130将铠装电 缆104电连接到电缆地层评价工具。此外，铠装电缆104可以被构造成仍然通过电子线路 短节130在电缆测井仪与地面处理和记录系统108之间提供适当的数据遥测带宽。然而， 可以不需要铠装电缆104，而地层评价工具可以可选地依靠电池(未示出)运转、获取地层 数据、并且将获取的数据存储在例如在电子线路短节130内被输送的井下存储器(未单独 示出)内。 为了确定地层特性，并且具体地确定流体饱和度，在将流体注入到地层内之前和/ 或之后，井下工具串100设置有地层评价传感器，所述地层评价传感器被构造成提供诸如 电阻率、侧向测井图、感应电阻率测井图、NMR测井图、核谱学测井图或介电测井图中任一个 的地层测量值。图1中所示的是具有三轴发射线圈122和三轴接收线圈126和128的三轴 感应阵列和NMR测井仪124。 三轴发射线圈122被构造成将电磁波发射到井下地层F内。三轴接收线圈126和128被构造成用于测量表示井下地层F的电阻率值的感应电压或电流。在图l中，示出了沿
着井下工具串ioo的细长主体的轴线轴向间隔开的两个三轴接收线圈。然而，可以设置任
意数量的发射器和接收器。具体地，可以设置接收器与发射器之间的各种间隔，用于研究进 入到地层内的多个深度并且更精确地表征地层内的作为与井筒壁的径向距离的函数的注 入流体的分布。具体地，可以根据井下工具串ioo的注入能力(例如，进入地层内一米的注 入深度)确定接收器与发射器之间的间隔。如图1的示例中所示，三轴发射线圈122和三 轴接收线圈126和128设置有三个正交线圈，所述三个正交线圈基本上设置在井下工具串 100的多个横向平面上。具体地，每一个三轴线圈都包括具有与井下工具串100的细长主体 的纵向轴线180对齐的轴线的一个线圈和相对于井下工具的纵向轴线180倾斜(在此具体 示例中垂直于所述轴线)的两个线圈。可以选择操作发射线圈的频率，使得由倾斜发射线 圈和/或倾斜接收线圈提供的测量具有适当的方位响应，使得由三轴感应阵列提供的电阻 率测量值表示在与发射线圈轴线或接收线圈轴线的倾斜方向有关的方向上的地层和注入 流体的电阻率。虽然图l示出了感应测井仪的具体结构，但是可以可选地使用其它结构，例 如，OilfieldReview， Summer 2008，pp 64-84中所述的感应测井仪，或者如供参考的美国专 利No. 5， 508， 616中所述的感应测井仪。美国专利No. 5， 508， 616通过引用在此并入。
图1中所示的NMR测井仪124是偏心型。换句话说，由NMR测井仪124研究的地 层的体积限于井筒壁的具体部分。然而，井筒周围的全象可以通过例如通过使用动力转环 (未示出)绕井筒轴线旋转NMR测井仪124来完成，所述动力转环例如设置在电子线路短 节130内。在此示例性实施例中，NMR测井仪124被构造成测量扩散常数分布D、纵向弛豫 时间分布L、和横向弛豫时间分布L中的至少一个。测量的分布可以用于使用本领域公知 的方法得到孔隙度、渗透率、水油气分数、或油气比(G0R)数据。这些数据可以用于选择将 被测试的井筒102的具体层段。可选地或另外地，这些数据可以用于确定在注入之前、注入 期间或注入之后近井筒内的饱和度，并且可以用于例如校准阿尔奇公式，所述阿尔奇公式 因此可以与由感应线圈122、 126和/或128提供的感应测量值一起使用，以确定地层F内 的注入流体饱和度分布。 为了确定线圈122、126、和128的井下定向，或者为了确定NMR测井仪124的井下 定向，井下测试串100设置有通用测斜工具120。工具120可以包括例如被构造成确定井下 测试串100相对于地球的重力场的相对方位的加速仪。此外，工具120可以包括被构造成 用于确定井下测试串100相对于地球的磁场的相对方位的磁力仪。 为了在注入操作期间将井筒压力保持在期望的水平，图1中的示例性井位系统可 以设置有地面封隔装置或其它压力密封件140。例如，地面封隔装置140允许将井压保持在 地层压力以上，并因此可以防止地层流体流动到井内。当使用比钻井液稀的注入流体时，地 面封隔装置140可以尤其有用。任选地，井下井筒压力传感器可以例如作为工具120的一 部分而设置在井下工具串100内，以当测试进行时监测井下的井筒压力。由压力传感器采 集的数据可以用于使用地面封隔装置140控制井下的井筒压力。 在操作中，使用挠性管110将井下工具串IOO输送在穿透地层F的井筒102内。使 用地层评价工具(例如，NMR测井仪124、或包括发射线圈122和接收线圈126、128的三轴 感应测井仪)评价地层特性(例如，流体饱和度)。使用遥测短节130和铠装电缆104可以 将由地层评价工具采集的数据发射到记录和处理系统108。选择层段以注入流体。例如，由NMR测井仪124测量的渗透率和油馏分数据可以用于识别地层F的潜在生产层。
可以使用泵112从地面将粘性凝胶泵送到挠性管110内，并且经由清除工具134 的喷嘴132将所述粘性凝胶输送到井筒102的深度层段。粘性凝胶可以填充井筒102的一 部分并且驱替初始井筒流体(通常为钻井泥浆)远离注入层段，从而隔离井筒层段与井筒 流体。接下来，使用泵112将注入流体泵送到期望的深度层段处。注入流体以足够高的速度 被泵送以穿透泥饼和紧邻泥饼后面的破坏渗透性的任何层。在封隔阀140处调节井筒压力 以使所述井筒压力比地层压力高，使得注入流体差动地流到地层F内。虽然相同的流体可 以用于清除封隔层段的一部分内的井筒壁并且执行通过井筒壁的周边的相当大的一部分 并进入到地层内的注入，但是可能理想的是利用两种不同的流体执行上述过程。泵送的流 体初始可以是具有期望用于穿透泥饼和损伤区的特性的清洗液。例如，清洗液可以包括研 磨剂或用于此目的的其它添加剂。在此步骤期间，在测试深度处优选地将井筒压力保持在 地层压力以下。然后可以将注入流体输送到井下。注入流体可以具有与清洗液不同的特性。 例如，注入流体可以包括被设计成模拟提高采收率(E0R)处理的顺序流体。具体地，注入流 体可以包括用于将烃清扫到残油水平并模拟注水的水、被设计成用于堵塞裂缝或其它较大 具有渗透性的地形并且随后将流体强制注入到地层的测试部分的未堵塞空间内的聚合物、 表面活性剂或被设计成用于改变残油的混相能力或流动性的其它E0R流体墙、或用于驱动 表面活性剂带的水。注入流体可以掺杂有示踪剂以帮助在井下工具串100内被输送的地层 评价传感器进行检测。本领域的技术人员将认识到有可以考虑并落入本发明的保护范围内 的注入流体的多种组合。 在注入之后，例如如图2、3A和3B中进一步所示，工具串100可以移动到地层评价 传感器(例如，线圈122、126、和128或NMR测井仪124)相邻或以其它方式靠近注入层段的 位置，以确定地层特性和流体饱和度由于流体注入而产生的变化。可能理想的是在每一个 注入步骤之后重复地层评价测量以确定地层F内的每一种注入流体的效率和注入范围或 轨迹。在已经执行所有注入并且进行测量之后，工具可以移动到另一个测试深度或者被收 回到地球地面。在收回工具之前，有利的是可以循环井筒流体以恢复井压的原始状态。
虽然图1说明了一种具有流体注入工具134和地层评价工具或传感器的组合的井 下工具串100，但是在同一个井筒内可以利用多个井下工具串和/或多次起下作业执行类 似的操作。在这种情况下，必须在注入前后利用地层评价工具或传感器执行在井内的多次 起下管柱作业。优选地，在每一次将流体泵送到井筒内之后和在部署地层评价工具或传感 器之前，应该控制井压。 图2示出了可以用于评价井下地层的被注入流体侵入的深度的示例性方法200的
流程图。可以包括但不限于这里所述的井下工具的井下工具执行所述方法200。 在方框210处，控制井筒层段内的井筒流体的流动。层段包括井筒壁的将被注入
通过的部分。方框210的操作可以用于防止井筒流体不期望的侵入地层的测试部分。当井
筒流体渗到地层内时，这些井筒流体可以输送可能阻塞地层的颗粒，从而在执行地层的测
量期间潜在地产生更多的不确定性。 例如，通过隔离井筒层段与井筒流体来控制井筒流体的流动。在这种情况下，可以 通过膨胀双管封隔器(如图6和图8中所示)，或者通过将粘性凝胶设置在靠近层段的井筒 (如相对于图l所示)内来执行方框210。在另一个示例中，可以通过使用地面阀(例如，图1的封隔阀140)和通过将井筒压力减小到与在所述深度处的地层压力类似的水平或小 于所述地层压力的水平来最小化井筒流体的流动。 在方框215处，清除层段中的至少一部分。更具体地，可以清除近井筒内的泥饼以 及损伤区，用于建立井筒与地层之间的流体连通。方框215的操作可以用于有助于使流体 注入通过井筒壁的周边的相当大的一部分。此外，方框215处的操作可以确保注入井网(例 如，井筒周围的流量分布)表征地层(例如，地层多相性、地层各向异性)，而不受或者几乎 不受泥饼或近井筒损伤区的影响。通过进行此，可以实现地层更精确的表征。本领域的技 术人员将认识到方框215的操作可以相反地用于有助于例如当对流体进行取样时通过减 小地层壁两端的压降而对地层流体进行取样。这可以用于对单相流体进行取样，并且尤其 用于对样品反凝析气或其它临界地层流体进行取样。 例如，可以使用高速射流(如图1的井筒壁清除工具134所提供的)，或者通过机 械地刮除泥饼和/或地层损伤区(如图4和图6中所示)来清除井筒壁。任选地，例如井 下泵的泵可以用于抽出在清除测试区的井筒期间产生的岩屑。可以在美国专利申请公开 No. 2007/0261855中得到可以用于清除井筒壁的装置的其它示例，该申请的通过引用在此 并入。 在方框220处，将流体通过井筒壁的周边的相当大的一部分注入到地层内。在方 框220处的操作可以适于确保可研究井筒周围的相对较大的并且有代表性的体积的地层 (例如，进入地层内l米)。较大的研究体积可以用于确定井下储层的特征。与可伸出探 头系统相反，本发明的设备可以允许当在一些情况下在碳酸盐岩储层内时测试高度多相地 层，例如，具有裂缝网的那些地层。 例如，可以使用地面泵(例如，见图1)、井下泵(例如，见图6)、或井筒流体静压 (例如，见图4)强制使注入流体进入到地层内。流动控制装置可以用于监测在注入期间的 压力并且确保地层不会断裂，然而，流动控制装置还可以用于确保由于注入而产生的裂缝。 优选地测量注入流体的体积和流量，用于进行随后的分析。 在方框225处，将电磁波发射到地层内。优选地，电磁波具有适于在由注入流体的 侵入产生的侵入前缘之前穿透到地层内的频率组成。任选地，电磁波可以在井筒周围以不 均匀的方式产生。这种电磁波可以用于测量电阻率值，所述电阻率值表示在井筒周围的具 体方位方向上的、地层的被注入流体浸入的深度的地层。因此，可以确定井筒的横截面平面 内的地层的渗透率各向异性。这种信息可以例如用于设计用于井下地层的注入井。具体地， 这种信息可以用于预测注入流体到生产井内的穿透。 例如，电磁波可以由设置在井下工具主体上并且由交流电驱动的发射线圈生成。 发射线圈轴线可以相对于井下工具主体的纵向轴线(例如，图1中的轴线180)倾斜，然而， 发射线圈轴线可以与井下工具的纵向轴线对齐，而接收线圈轴线可以倾斜以实现类似的结 果。 在方框230处，执行对地层的具体方向或具体部分相对更加敏感的地层的电阻率 值的测量。电阻率值可以表示沿具体方向进行的注入的效率。与基本上对井筒周围的地层 的平均电阻率敏感的现有技术的测量相反，在步骤230处测量的电阻率值可以用于量化沿 井筒剖面的地层各向异性。 例如，可以通过测量设置在井下工具的主体上并与所述主体分隔开的接收线圈上的感应电压或电流来执行电阻率测量。如上所述，接收线圈轴线可以相对于井下工具的纵
向轴线倾斜或可以不倾斜。可以使用通用测斜工具120在井下监测方向。 在方框235处，可以计算注入流体沿所述方向的饱和度分布。在这种情况下，假设
注入流体和原生地层流体具有电阻率差异。这可以通过将盐水注入在油层或气层、或水包
油地层内来实现。被注入流体沿所述方向侵入的深度还可以例如根据先前确定的注入流体
饱和度水平的边界值由饱和度分布来确定。 可以通过对具有距离井筒具体距离处的侵入前缘和分离高阻层和低阻层的地层 模型做反演来确定侵入深度。所述模型可以由利用具有进入到地层内的不同研究深度的传 感器(例如，如图1中所示，一对发射线圈122和接收线圈126，和一对发射线圈122和接收 线圈128)获得的电阻率值来做反演。 对于井筒周围的不同方向可以重复步骤225、230和235的操作，并且在方框240 处，确定渗透率各向异性方向。渗透率各向异性方向可以由方框230处的对于井筒周围不 同方向所获得的地层电阻率曲线的最大和最小测量值(例如，如图3A和图3B中所示)来 表示。可选地，渗透率各向异性方向可以由方框235处的对井筒周围不同方向所获得的注 入侵入深度曲线的最大和最小计算值来表示。 在一些示例中，井下工具可以旋转以与在另一个方向上的接收线圈轴线和发射线 圈轴线中的一个的倾斜方向对齐。在其它示例中，井下工具设置有具有不同倾斜方向的线 圈(例如，图1中的三轴线圈122、126和128)。在这些情况下，发射线圈可以连续发射，并 且可以监测在相对应的接收线圈处的响应。 在方框235处，可以确定渗透率比。可以由从在方框240处确定的注入前缘剖面 图估计的地层的渗透率计算横向渗透率比。在一些情况下，注入前缘剖面图可能不显示最 小值和最大值，并因此可能不显示横向各向异性。然而，地层仍然可以显示垂直各向异性。 在这些情况下，仍然可以由从在方框230处测量的电阻率值(例如，电阻率张量)(例如，使 用正演模型反演技术)确定的水平和垂直电阻率确定垂直渗透率比。 例如可以使用不同的注入流体(即，具有不同特性的注入流体)或相同特性重复 步骤220、225、230、235、240和245的操作。因此，可以比较对于两个或更多个重复获得的 测量值，以更好地确定例如对EOR处理的地层响应。 图3示出了描述各向异性注入层的井102的水平横截面图，所述注入层具有非圆 形注入前缘150和线圈庄主128a和128b，所述线圈装置被构造成测量井下地层的电阻率 值，电阻率值表示沿着与线圈结构有关的方向的井下地层的侵入深度。在此示例中，地层F 具有微裂缝网160，所述微裂缝网被示出为沿着东北、西南总方向对齐。此微裂缝网可以是 造成地层F的渗透率各向异性的原因。可以使用本发明的设备和方法通过将流体注入通过 井筒壁101的周围的相当大的一部分并且使用发射线圈(例如，图1的三轴发射线圈122) 和诸如设置在井下工具串100的主体上的三轴接收线圈128a、128b和128c测量地层的电 阻率值来检测渗透率各向异性。 在所示的示例中，接收线圈128a垂直于井下工具串100的主体的纵向轴线。接收 线圈128a的轴线与方向148a对齐。电磁波由发射器122(图1)的相对应的线圈发射，线 圈128a内感应的电流或电压对在垂直于方向148a的平面内流动的地层中的当前管线敏 感。类似地，接收线圈128b垂直于井下工具串100的主体的纵向轴线。接收线圈128b的轴线与方向148b对齐。在线圈128b内感应的电流或电压对在垂直于方向148b的平面内 流动的地层内的当前管线敏感。因此，在线圈128a和128b中的每一个内感应的电流或电 压对具体平面内所研究的地层的电阻率敏感。在地层电阻率由于注入流体的存在而改变的 情况下，在线圈128a和128b中的每一个内感应的电流或电压因此对被注入流体侵入的深 度敏感。因此，对于与接收线圈128a和128b的不同倾斜方向相对应的多个电阻率测量值 来说，可以检测(例如，如图3中所示，被侵入前缘150侵入的)非统一深度。
如之前所述，可以利用多个倾斜线圈(例如，线圈128a和128b)测量多个电阻率。 可选地或者另外地，井下工具串100可以在井筒102内如箭头所示旋转，并且直到给定的倾 斜线圈(例如，倾斜线圈128a)被定向在不同的方向上，并且重复电阻测量。每一次执行电 阻测量，可以使用通用测斜工具120测量发射线圈和/或接收线圈的实际方位。此外，发射 器与接收器之间的各种间隔可以用于研究远离井筒壁的多个径向距离处的地层电阻率。如 本领域所公知的对多个测量值及其相关联的方向做反演以确定侵入前缘150的形状。
图3B是测量的电导率曲线255的示例性图表250，所述测量的电导率曲线是可以 用于确定注入流体的优选流动方向的线圈取向的函数。在所示的示例中，假设注入流体具 有比原生地层流体高的电导率。在这种情况下，由反演计算的已作反演的侵入深度将显示 与电导率曲线类似的剖面图。 如果地层具有横向各向异性，电导率曲线则显示与一些具体方位260a、和260b相 关联的最大值，以及与其它具体方位261a和261b相关联的的最小值。与曲线255的最小 值和最大值相关联的方位表示地层F的各向异性方向。 图4示出了可以采用本发明的一个或多个方面的井位系统。井位可以在海岸或在 海上。在此示例性系统中，井筒ll通过以公知的方式旋转钻井而形成在井下地层内。本发 明的实施例还可以使用如以下所述的定向钻井。 钻柱12悬挂在井筒11内并且具有底部钻具组合50，所述底部钻具组合包括在其 下端的钻头55。地面系统包括位于井筒11上方的平台和井架组件10，组件10包括转盘 16、方钻杆17、吊钩18和转环19。钻柱12通过转盘16旋转，所述转盘由未示出的装置供 给能量，并且在钻柱的上端处接合方钻杆17。钻柱12从吊钩18悬挂，所述吊钩通过方钻杆 17和转环19连接到游动滑车(也未示出)，所述转环允许钻柱相对于吊钩旋转。如所公知 的，可以可选地使用顶部驱动系统。 在此示例性实施例中，地面系统还包括储存在槽27内的钻井液或泥浆26，所述槽 形成在井位处。泵29通过转环19内的端口将钻井液26输送到钻柱12的内部，从而使钻 井液如方向箭头8所示向下流动通过钻柱12。钻井液通过钻头55内的端口离开钻柱12， 然后钻井液如方向箭头9所示向上循环通过钻柱外部与井筒壁之间的环空区域。以此公知 的方式，钻井液润滑钻头55，并且当将所述钻井液返回到槽27以便再循环时将岩屑输送到 地面。 所示实施例的底部钻具组合50包括随钻测井(LWD)组件52、随钻测量(丽D)组件 54、可旋转操纵系统和电动机58、和钻头55。 如本领域所公知的，LWD组件52容纳在专用钻铤内，并且可以包括一个或多个已 知类型的测井仪。还要理解的是可以采用例如在52a(在整个附图中，位置52处的组件的附 图标记也可以可选地表示位置52a处的组件)处所表示的多于一个LWD和/或丽D组件。LWD组件包括测量、处理和存储信息以及与地面设备进行通信的能力。在本实施例中，，LWD 组件包括定向电阻率测量装置。 如本领域所公知的，丽D组件54也容纳在专用钻铤内，并且可以包括用于测量钻 柱和钻头的特征的一个或多个装置。丽D测井仪还包括用于为井下系统生成电力的设备 (未示出)。这通常可以包括由钻井液的流动供给动力的泥浆涡轮发电机。可以另外地或 者可选地采用包括电池组系统的其它动力源。在本实施例中，丽D组件54包括以下类型测 量装置中的一个或多个钻压测量装置、转矩测量装置、振动测量装置、震动测量装置、粘滑 测量装置、方向测量装置、倾斜测量装置、和环空压力测量装置。 图5示出了一种作为图4中的LWD测井仪或测井仪52的一部分的定向深探随钻 测井仪。图5的井下工具提供倾斜和横向线圈以获得对方向敏感的测量值，来自具有轴向 对齐的圆柱形对称线圈的测井仪的信号对方向不敏感。传感器阵列包括六个发射器天线和 四个接收器天线。五个发射器天线(Tl-T5)沿着井下工具的长度轴向布置。第六个发射器 天线(T6)相对于井下工具纵向轴线AX被横向定向(即，倾斜90度)。接收器天线位于井 下工具的每一个端部处。这一对接收器天线(R3和R4)将发射器置于其间，并且这些接收 器中的每一个都与井下工具纵向轴线AX倾斜45度。位于发射器阵列的中心的另外的一对 接收器天线(R1和R2)被轴向布置并且可以获得常规型传播电阻率测量值。所述装置产生 对井下工具一侧上的电导率的优先敏感度。当井下工具旋转时，所述井下工具的传感器可 以在低阻层附近进行检测，并且记录可以测量最大电导率的方向。磁力仪和加速仪可以为 井下工具提供参考定向方位数据。除了井下工具的定向能力之外，所述井下工具比最传统 的LWD电阻率测井仪可提供相对更深的测量值。由此，与所述定向电阻率测井仪的性能相 结合，大致实时双向钻柱遥测可通过增加地面上的数据量和定向钻井控制的速度和精度提 高地质导向的性能。 回到图4，当钻头55穿过地层F时，当井筒压力通常在地层压力以上时，可以将从 井筒11过滤的泥浆注入到地层F内，从而生成侵入带57。另外，可以通过靠近LWD测井仪 52设置的扩孔器53机械地刮掉新形成的泥饼。在一些情况下，侵入带57可能存在具有类 似于图3A的侵入前缘150的侵入前缘的横截面。发射器天线T6，或者可选地，发射器天线 Tl-T5可以用于将电磁波发射到井下地层内。此外，由接收器天线R3和R4获得的测量值， 或者可选地，由天线R1和R2获得的测量值可以用于测量地层的电阻率值，所述电阻率值表 示井下地层的被注入泥浆侵入的深度。具体地，地层的被测量的电阻率值优选地对在与发 射器天线T6的轴线、和接收器天线R3或R4的轴线中的至少一个的倾斜方向有关的方向上 选择性地敏感。当进行钻井时，BHA50旋转，从而允许获取与倾斜的发射器天线或接收器天 线的转动的轴线方向相关联的电阻率测量值。这些电阻率值可以如图3B中所示被处理，以 表示渗透率各向异性的方向、和/或渗透率各向异性比。当使用图4的设备时，重要的是使 用产生具有不同于原生地层流体的电阻率特性的电阻率特性的滤液的泥浆系统(例如，使 用油气地层中的水基泥浆)。 因此，图4的设备提供了一种用于通过使用钻头55和/或扩孔器53连续清除井 筒壁而生成大量注入流体(即，泥浆滤液)的方法。在这种情况下，地层F用作过滤器以分 离泥浆的阻塞颗粒。钻头55和/或扩孔器53用作刮子以从井筒壁清除泥饼并有助于进一 步的侵入。
图6是具有井筒旋转清除装置340和传感器组件350的又一个示例性井位系统， 所述井筒旋转清除装置可以用于将流体注入通过井筒壁305的周围的至少相当大的一部 分，所述传感器组件可以用于评价作为井下地层内的方向的函数的、注入流体的侵入深度 或穿透力。井位系统包括井下工具300，所述井下工具通过为井下工具300提供电力的铠装 电缆306下入到井筒304内。此外，铠装电缆306在井下工具300与位于地球地面上的电 子和处理单元308之间提供数据通信连接。数据通信连接可以用于将由传感器组件350采 集的信息显示给地面操作者，将地层评价数据存储在存储装置(未示出)内和/或输送测 井报告。此外，数据通信连接可以用于致动井下部件，例如，泵(例如，泵320和/或321)， 和/或阀(例如，阀335a和/或335b)。此外，数据通信连接可以用于例如根据位于测井仪 管线(例如，管线330和/或331)上的各种传感器(例如，流体分析器332)监测井下工具 300的操作。任选地，可以在管道或挠性管(如图l或图4中所示)上输送工具300，并且 从地面泵送到管道内的流体可以沿着管线321的路线并且被注入到密封层段内。
为了控制井筒层段内的井筒流体的流动，井下工具300设置有上膨胀式封隔器 310a和下膨胀式封隔器310b，所述上膨胀式封隔器和所述下膨胀式封隔器可以延伸以与 井筒304的壁305密封接合。下膨胀式封隔器和下膨胀式封隔器310a和310b可以用于流 体地隔离井筒壁305的周围的相当大的一部分与存在于井筒304内的其余井筒流体。因此， 随着地层F测试的进行，可以防止井筒流体流动到密封层段并改变密封层段附近的地层F 的渗透率。此外，下膨胀式封隔器和上膨胀式封隔器310a和310b可以用于将密封层段内 的压力保持在期望的水平，所述期望的水平可以是接近清除密封层段的阶段期间的地层压 力或在所述地层压力以下，或者所述期望的水平可以在测试的注入阶段期间的地层压力以 上。 为了从封隔层段清除泥浆或清除岩屑和/或控制封隔层段内的压力，井下工具 300可以设置有管线330，所述管线流体地连接到封隔层段和泵320。因此，清除的泥饼和过 量泥浆可以被泵送出层段而进入到封隔层段外部的井筒内。 为了将注入流体和/或清洗液输送到封隔层段，井下工具300可以设置有管线 331，所述管线331流体地连接到封隔层段和泵321。管线331还流体地连接例如含有将被 注入的流体的多个样品室337a和337b。每一个样品室337a和337b可以分别使用阀335a 和335选择性地连接到管线331。此外，管线331可以用于通过使泵321的流动方向反向而 从地层F抽出流体。样品可以任选地储存在多个样品室337a、337b中的一个内。样品室应 该被设计成用于承载注入在地层F内、承受任选重量和长度局限性的足够大的体积。在一 些情况下，通过使用在一侧连接到注入流体而在另一侧连接到井筒内的、通常在地层压力 以上的流体静压的活塞而不需要泵可以完成注入。 一旦已经从井筒壁清除泥浆和泥饼，含 有注入流体的样品室(例如，样品室337a、337b)连接到出口 ，并且流体静压推动样品室活 塞，从而使注入流体处于流体静压下。在这种情况下，例如节流器或节流阀的流动调节装置 可以用于调节正在被注入的流体的流量和压力。 为了测量在管线331内流动的流体特性，井下工具300可以设置有流体分析器 332。流体分析器332可以被构造成测量流动流体的、包括但不局限于流动压力、流量、粘 性、密度、电阻率、温度、放射性和化学成分的一个或多个特性。由流体分析器采集的数据可 以用于确定地层压力、和例如水气、油气、油水和不同油气组馏分的流体馏分。此外，由流体分析器采集的数据可以与例如利用传感器组件350测量的地层F的流体饱和度一起使用。 实际上，使用达西公式和地层内测量的饱和度，通过本领域公知的方法可以确定有效渗透 率分布和相对渗透率分布。更进一步，对于稠油开采可能需要地层流体对注入流体的响应 (例如，利用添加的稀释剂而产生的粘性变化)。这些地层评价测试将在由过多的似是而非 的开采过程确定用于地层F的最适当的方法期间所需的信息。流体分析器332的示例性实 施例包括基于振动部件、电阻率传感器、光学流体分光仪、NMR流体分光仪等的共振分析的 一个或多个密度_粘度传感器。 为了清除封隔层段的井筒壁，井下工具设置有旋转清除装置340。旋转清除装置 340在注入之前通过使用高速射流和/或通过机械地刮除泥饼和/或地层损伤区(如进一 步在图7a和图7b中所述)而确定井筒与地层F之间的流体连通。清洗液(例如，在样品 室337a内被输送的流体)被泵送通过旋转清除装置340并且通过管线330和泵320将泥 饼岩屑从封隔层段冲洗掉。 为了在与封隔层段连通之前对地层F的一部分执行测量，井下工具设置有传感器 组件350。具体地，如图8中进一步所述，传感器组件被构造成测量地层电阻率值，所述电阻 率值表示在井筒周围的具体方向上的注入流体的侵入。 在操作中，可以例如通过使用裸眼井测井识别地层F的测试的目的层。井下工具 300则可以位于井筒304内，使得封隔器310a和310b跨在地层F的识别部分上。然后，可 以使封隔器膨胀，从而隔离地层F的目的层。如果期望，传感器组件350可以用于对地层F 执行附加测量。 然后可以使用旋转清除装置340和泵320清除井筒壁305的一部分。清除井筒壁 305可以有助于从井下工具300与井筒壁305之间的环空清除泥浆，从井筒壁305清除泥 饼，清除具有改变渗透性的近井筒区内的损伤区，或者从测试层内的地层清除泥浆滤液。一 旦已经清除了井筒的部分，可以停止泵320，并且可以使用泵321将注入流体(例如，在样品 室337b内输送的流体)泵送到层段内，并且通过差压如箭头所示迫使所述注入流体进入到 地层内。 在清除、注入和或取样期间或者在清除、注入和或取样之后，可以由流体分析器 332和传感器组件350执行测量，以确定对改变流体特性、样品或注入流体的化学性质、和 地层内的注入流体或原生流体饱和度的地层响应。此信息可以用于确定相对渗透率端点 (残余油饱和度和束缚水饱和度)。此外，可以通过以动力学的方式测量注入流量、压力、注 入流体特性和地层流体饱和度来计算相对渗透率曲线。 可以基于多个目标选择将被注入的流体。注入流体应该优选地具有充分的流动性 以在不堵塞地层内的孔隙的情况下注入到地层内，因此，所述注入流体可以在地面上或井 下被过滤，以不堵塞工具300的液压部件和/或地层F的孔隙。流体还可以为地层原生流 体或为地层内的侵入滤液提供对比，使得可以利用传感器组件350测量所述流体在地层F 内的饱和度水平或分布。提供对比的流体的示例包括但不局限于提供电阻率对比的流体。 例如，可以将导电流体注入到含有不导电流体的地层区内，或者反之亦然。提供对比的流体 的示例还包括提供相衬的流体。例如，可以将水注入到含油气层内，或者反之亦然。
注入流体可以包括对由传感器组件350执行的测量提供可容易识别的特征的添 加剂。与清水相反，例如掺杂水的MnCl2几乎对NMR测量值没有响应。
可以被有利地注入的流体的另外的示例包括改变油气的流动性的流体(例如，表 面活性剂、溶剂或降粘剂(二氧化碳、降低油的粘度的加热流体)等)。可以在通过引用在 此并入的美国专利申请公开No. 2008/0066904中得到降粘注入流体的示例。例如，在稠油 油藏中，可以注入多种稀释剂，并且可以比较所述稀释剂对地层油流动性的影响，用于选择 将在VAPEX生产过程中使用的具体稀释剂。 可以有利地注入的流体的另一些示例包括钻井液。因为钻井液具有较高的固体含 量并且有意形成泥饼，因此，钻井液通常不适于进行注入。然而，井下工具300可以被构造 成过滤、分离井下钻井液或使所述钻井液离心分离，以产生然后可以注入的相对清洁的注 入流体。例如，可以通过使用井下离心机或通过具有用于清除固体的刮子的滤网来执行过 滤。因此，井筒304内的钻井液液柱将变成大量注入流体的有用源。 当完成测试操作时，可以收回井下工具300的封隔器310a和310b，并且可以将井 下工具300移动到下一个站点。在一些示例中，在一个站点所取样的流体可以在另一个站 点被注入。 图7A和图7B是图6中所示的旋转清除装置340的示例性实施例的水平横截面图。 具体地，封隔器310a与310b之间的间隔被修改以包括可伸出活塞382，所述可伸出活塞在 井下工具300的外径以下縮回(如图7A中所示)，和延伸通过井筒304而与井筒壁305邻 接(如图7B中所示)。虽然为了清楚起见在图7A和图7B中示出了单个活塞382，但是例 如如图6中所示，还可以使用两个活塞或更多个活塞。 活塞382的位置(縮回或伸出)响应被泵321(在图6中所示)泵送通过管线331 的清洗液370的压力。例如，活塞382可以被构造成当关闭泵321时处于縮回位置，而当通 过泵321将压力施加给管线331内的清洗液370时处于伸出位置。另外地，清洗液作用在 涡轮机和旋转密封件380上，所述涡轮机和旋转密封件使清除装置340并因此使活塞382 旋转，从而清洁井筒壁305的周围的相当大的一部分。 可伸出活塞382设置有被构造成提供高速射流的喷嘴362。活塞382的远端还可 以设置有刮刀360。当将清洗液370泵送到清除装置340内时，高速射流冲洗泥饼远离井筒 壁305，并且刮刀360从井筒壁305机械地清除泥饼和损伤区。 图8是图6中所示的传感器组件350的示例性实施例的立体图。传感器组件350 设置在膨胀式封隔器310a与310b之间。 传感器组件包括三轴感应阵列，所述三轴感应阵列包括用于在增加远离井筒壁 305的径向距离的情况下研究地层F的三轴发射线圈354和多个三轴接收线圈355a、355b、 355c和355d。在三轴发射线圈354和三轴接收线圈355a、355b、355c和355d中，线圈中的 两个相对于工具300的主体的纵向轴线390倾斜(并且具体地垂直于所述纵向轴线)。当从 地层抽出流体或者将流体泵送到地层内时，在地层内的不同深度处得到电阻率测量值。电 阻率测量值可以在反演算法中与由井下工具300采集的泵送压力、泵送率或其它数据一起 使用，所述反演算法确定地层流体饱和度分布(3D分布)、地层孔隙度和渗透率各向异性。 例如，3D饱和度图像可以由通过三轴感应阵列执行的电阻率测量值生成。可以在将流体泵 送到地层内或从地层抽出流体之前、期间或之后执行3D饱和度成像。因此，可以在地面实 时监测流体饱和度的变化。连续3D饱和度图像可以用于确定地层内的渗透率各向异性以 及渗透率分布。地面操作者可以使用地面处的实时信息确定何时已经执行了足够的泵送来完成有代表性的结果。 有用的是可以允许图8中所示的三轴感应阵列进行轴向运动和角运动以获取与 阵列的各种深度或方位相对应的数据。如以下详细所述，这可以通过压縮封隔器310a和 310b以便移动工具300来实现。 传感器组件350还包括容纳NMR测量极板的铰接式可伸出探头352，所述探头抵靠 井筒壁而部署以对地层F的孔隙内的流体执行磁共振测量。当从地层抽出流体或者将流体 泵送到地层内时，可以执行多个测量并且对所述测量进行分析以确定地层孔隙度、渗透率 和流体饱和度。 可伸出探头352可以具有在封隔层段内旋转和平移的能力。例如，封隔器可以连 接到可滑动地连接到井下工具300的主体的套管(例如，通过引用在此并入的美国专利申 请公开No. 2008/0066535中所示)。井下工具300则可以纵向移动(或方位地旋转)并且 提供与可伸出探头352在层段封隔器内的多个轴向位置(或方位)相对应的测量值，而不 需要压縮封隔器或縮回所述封隔器。任选地，可伸出探头352可以并入被构造成从井筒壁 清除泥饼并切除掉损伤区的刀具或刮刀机构。因此，可伸出探头可以用于清除井筒壁的适 当的一部分，以确保使适当的注入进入到测量轨迹内的地层F内。 可选地，可伸出探头352可以包括执行介电常数(或复杂电容率)的测量以获得 流体饱和度和基质纹理测量值的传感器、用于测量孔隙度和流体饱和度测量值的脉冲中子 发生器和核反应检测器、诸如局部侧向测井、微侧向测井、微球形聚焦测井(MSFL)或微圆 柱形聚焦测井(MCFL)的电阻率测量装置，或者用于测量高分辨率地层阻力的局部电磁传 播或感应测量装置、或用于成像声学特性的声学测量装置。这些可选的传感器可以用于例 如当流动注入流体时对封隔层段周围的地层内的孔隙度、结构、多相性、和裂缝进行成像。 此外，可伸出探头352可以包括这种传感器的阵列以生成封隔层段的井筒壁图像。
图9是可以用于实施这里所述的示例性方法和设备的示例性计算系统1100的方 框图。例如，计算系统1100可以用于由井下传感器测量值确定井下地层的被注入流体侵入 的深度。 此外，计算系统1100可以用于实施上述图1的记录和处理系统108、图4的测井 和控制系统60和/或图6的电子和处理系统308。可选地，计算系统1100的一部分可以 用于实施例如上述图1的电子线路短节130和图4的测井仪52或52a的处理系统的井下 部件。例如，示例性计算系统1100可以是传统的台式个人计算机、笔记本计算机、工作站或 任何其它计算装置。处理器1102可以是例如英特尔⑧Pentium⑧系列微处理器、英特尔⑧ Itanium⑧系列微处理器、和/或英特尔XScale⑧系列处理器的任何类型的处理单元。连 接到处理器1102的存储器1106U108和1110可以是任何适当的存储装置，并且所述存储 器的尺寸被形成为符合系统1100的储存要求。具体地，闪速存储器1110可以是基于逐块 的方式进行访问和擦除的非易失性存储器。如之前所述，处理器1102、和存储器1106、 1108 和1110可以另外地或者可选地在井下执行，以例如存储、分析、处理和/或压縮由井下工具 传感器获取的测试数据和测量数据(或任何其它数据)。 可以使用键盘、鼠标、触摸屏、跟踪板或能够使使用者将信息提供给处理器1102 的任何其它装置实现输入装置1112。 显示装置1114例如可以是液晶显示(LCD)监视器、阴极射线管(CRT)监视器或用
18作处理器1102与使用者之间的接口的任何其它适当的装置。图11中所示的显示设备1114 包括需要将显示屏连接到处理器1102的任何另外的硬件。 大容量存储装置1116例如可以是传统的硬盘驱动器或由处理器1102可读的任何 其它磁性介质或光学介质。 可移动储存装置驱动器1118例如可以是诸如可记录光盘(CD-R)驱动器、可擦写 光盘(CD-RW)驱动器、数字化视频光盘(DVD)驱动器或任何其它光驱的光驱。所述可移动 存储装置可选地例如是磁介质驱动器。可移动存储介质1120由于介质1120被选择为与驱 动器1118 —起使用而优于可移动存储装置驱动器1118 。例如，如果可移动存储装置驱动器 1118是光驱，则可移动存储介质1120可以是CD-R光盘、CD-RW光盘、DVD光盘或任何其它 适当的光盘。另一方面，如果可移动存储装置驱动器1118是磁介质装置，可移动存储介质 1120例如可以是软盘或任何其它适当的磁存储介质。 以上概述了几个实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解本发明的 方面。本领域的技术人员应该认识到他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用 于实施这里介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优点的其它过程和结构。本领域的技 术人员还应该意识到这种等价构造不会背离本发明的精神和保护范围，并且在这里本领域 的技术人员在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以做各种改变、替换和修改。
19
权利要求
一种方法，包括以下步骤将具有纵向轴线的细长工具输送到穿过井下地层的井筒内，所述细长工具具有发射线圈和接收线圈，所述发射线圈和所述接收线圈中的至少一个具有相对于所述工具的纵向轴线倾斜的轴线；将流体注入通过井筒壁的至少一部分并且进入到所述井下地层的一部分内；使用所述发射线圈将电磁波发射到所述井下地层；以及沿着与所述发射线圈轴线和所述接收线圈轴线中的至少一个的倾斜方向有关的方向，使用所述接收线圈测量所述井下地层的电阻率值，所述电阻率值表示所述井下地层的被注入的所述流体侵入的深度。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤至少根据测量的所述电阻率值确定在与所述发射线圈和所述接收线圈中的至少一个 的倾斜方向有关的方向上的饱和度分布。
3. 根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤根据所述饱和度分布确定在与所述发射线圈和所述接收线圈中的至少一个的倾斜方 向有关的方向上的所述井下地层的被注入的所述流体侵入的深度。
4. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括以下步骤测量所述井下地层的多个电阻率值，其中，所述多个电阻率值中的至少两个与所述发 射线圈和所述接收线圈中的至少一个的至少两个不同倾斜方向相对应。
5. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤测量所述井下地层的多个电阻率值，其中，具有不同倾斜方向的多个接收线圈在所述 细长工具主体上被输送，并且其中，利用具有不同倾斜方向的一个或多个接收线圈测量所 述多个电阻率值中的至少两个。
6. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤测量所述井下地层的多个电阻率值，其中，具有不同倾斜方向的多个发射线圈在所述 细长工具主体上被输送，并且其中，利用具有不同倾斜方向的一个或多个发射线圈测量所 述多个电阻率值中的至少两个。
7. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括以下步骤在将所述流体注入到所述井下地层的一部分内之前，对所述井筒壁的周边的相当大的 一部分进行清除。
8. —种设备，包括具有纵向轴线的细长工具主体，所述细长工具主体被构造成用于被输送到穿过井下地 层的井筒内，所述细长工具主体包括用于将流体注入通过所述井筒壁的至少一部分并且进入到所述井下地层的一部分内 的装置；发射线圈，所述发射线圈被构造成将电磁波发射到所述井下地层内；禾口 接收线圈，所述接收线圈被构造成测量所述井下地层的电阻率值，其中，接收线圈轴线和发射线圈轴线中的至少一个相对于所述工具主体的所述纵向轴 线倾斜；和处理器，所述处理器被构造成在与所述发射线圈和所述接收线圈中的至少一个的倾斜方向有关的方向上确定所述井下地层被注入的所述流体侵入的深度。
9. 根据权利要求8所述的设备，还包括磁力仪和加速仪中的至少一个，所述磁力仪和 所述加速仪被构造成确定所述工具主体在所述井筒内的定向。
10. 根据权利要求8所述的设备，还包括多个发射线圈，所述多个发射线圈在不同的方 向上相对于所述工具主体的所述纵向轴线倾斜。
11. 根据权利要求8所述的设备，还包括多个接收线圈，所述多个接收线圈在不同的方 向上相对于所述工具主体的所述纵向轴线倾斜。
12. 根据权利要求8所述的设备，还包括转盘，所述转盘被构造成定向所述发射线圈和 所述接收线圈中的至少一个。
13. 根据权利要求8所述的设备，还包括用于清除覆在所述井筒上的泥饼的装置。
14. 根据权利要求8所述的设备，还包括封隔器，所述封隔器被构造成隔离所述井的邻 近注入端口的一部分，其中，所述封隔器包括注入在所述井内的粘性化学制品。
全文摘要
本发明公开一种用于注入流体并监测流体的示例性仪表化地层测试器，所述地层测试器包括可以通过电缆或钻柱部署在井筒内的井下工具。井下工具可以有助于将流体注入到井下地层内，并且监测注入流体在裸眼井环境中的地层内流动的方向。具体地，井下工具可以被构造成用于从井筒壁的一部分清除泥饼，以便有助于与将被测试的地层进行流体连通。
文档编号E21B47/10GK101737033SQ20091022504
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者伊恩·弗尔肯, 劳伦斯·J·莱斯, 塔瑞克·M·哈巴什, 安东尼·古德文, 格克汗·萨伊格, 泰里扎恩德尔·S·瑞马克瑞莎娜, 爱德华·哈里根, 费克瑞·库丘克, 费尔南多·马托斯 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司