专利名称：测量非常规储集岩的气体含量的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及对诸如可能产生于沉淀岩、火成岩或变质岩中的非常规气藏等非常规储集岩的总气体含量的测量。更特别地，本发明涉及用于测量非常规气藏、即诸如致密砂岩气藏、页岩气藏、煤层气藏、水合物气藏等气藏的原位总气体含量的方法和设备。虽然以下说明主要涉及该特定的应用，但是，要理解的是，本发明不限于此并且可以例如应用于测量非常规油藏的总气 体含量。
背景技术：
传统油气藏的产量的下降以及世界性的能源需求的增长，导致主要转向非常规油气资源(在技术和投资上比工业标准水平要求更高的那些资源)的商品化。过去大约二十年来，天然气价格升高以及关键技术的突破促进了这种范式转变。非常规天然气因为它的地理分布量大以及它作为燃料使用比燃烧煤或石油更为环境友好这一事实而相对于非常规石油处于突出地位。事实上，天然气通常被认为是更清洁、可再生的替代品之前的“过渡燃料”。传统的油气藏是那些能够以有经济价值的产量进行生产并且不需要大的增产措施的辅助或特殊的开采过程就能够产出有经济价值的油气总量的油气藏。对于高渗透率至中等渗透率储集层而言，能够用传统钻机钻出垂直井，对生产层段打孔，而且使矿井以有商业价值的产量产出并且以最低限度的辅助开采有经济价值的油气总量。非常规的油气藏是不能够以有经济价值的产量进行生产并且如果没有大的增产措施的辅助或者诸如注蒸汽等特殊的开采过程和技术就不能够产出有经济价值的总量的油气藏。典型的非常规气藏为致密砂岩气、页岩气、煤层气、水合物气和重油。用于产生井眼的传统钻机通常包括钻井泥浆循环系统，在该钻井泥浆循环系统中，适当的钻井流体(通常称为“钻井泥浆”)在高压下循环通过空心钻柱(连接金属管)向下到达井眼的前进面或附近的位置，然后通过在钻杆和井壁之间形成的环形空间(通常简称为“环空”)返回地面。钻井泥浆起到冷却钻头以及移除钻井过程中的岩屑的作用，在暂停钻井时还起到悬浮岩屑的作用。以此方式返回地面的钻井泥浆包括钻井过程中的岩屑(岩屑随后会被分离出去，所以钻井泥浆可以被重新使用)以及穿过任何地质构造(包括已知的油气藏和未知的油气藏)进入井眼的任何气体。在通常的钻井操作过程中，当钻井泥浆到达地面时会通过能够密封并且隔离井眼的大的阀以阻止超过井眼中钻井泥浆的限制静液压力的地层流体(也就是地质流体)在遇到高压地带时进入井眼(存在地面喷溅的潜在的危险)。这个装置通常称为“防喷器”或“BOP”。在防喷器的顶部，钻井泥浆进入分流装置(通常称为“钟形导向短节”)。钻井泥浆从这里进入通过重力将钻井泥浆输送到一系列钻井泥浆储存罐的流出管线。钟形导向短节是大口径管道部件，装配在防喷器的顶部并且向大气开口，流出管线通过侧出口安装到该钟形导向短节。在到达钻井泥浆储存罐之前，钻井泥浆暴露于诸如去除岩屑的筛网和滤网、去除淤泥和沙子的过滤器以及提取可重新使用的钻井泥浆的净化器等所需要的任何分离、收集和/或处理装置，其中可重新使用的钻井泥浆被提取后能够(如上所述)通过空心钻柱向下循环到达井眼的前进面或附近的位置。另外，允许钻井泥浆中包含的任何气体通过钟形导向短节在终止于钻井泥浆储存罐的、更下游的多个其他位置排向大气。该系统中的钻井泥浆可以被称为“循环钻井泥浆”。要理解的是，防喷器的主要功能是在钻井前后或者在暂停钻井时能够密封井眼(或者更特别地密封环空)，以防止液体和气体意外地逸出。然而，在钻井过程中为了使钻井泥浆循环系统正常地操作，防喷器将保持打开以提供钻井泥浆穿过的通道。通常存在作为钻井目标的具有利益的地带，引导钻井的目的是使得井眼穿过该具 有利益的地带。对大多数非常规气井资源(gas play resources)进行经济评价的主要挑战之一是用于测量目标地质储层中的具有利益的地带的原位总气体含量的现有技术伴生的高的误差。特别对于较深储层，情况更是这样。非常规储层的气体含量通常被视为分成三种成分总气体=游离气+吸附气+溶解气游离气存在于孔隙空间、天然裂缝或割理(煤储层的情况)；吸附气以半液体、单层的状态存在，以弱的范德瓦尔斯分子力典型地但不排他地与有机碳结合；溶解气溶解在地层水、液烃或二者的组合物中。溶解气在一些油藏中的量相当大。对于典型的非常规气井资源，在致密砂岩中游离气形成总气体含量的主体，而在页岩中游离气和吸附气两种成分的含量大致相当。相反地，在煤储层中尽管存在相当的游离气成分，但是占优势的是溶解气。为了估算非常规气藏的原位总气体含量(或者总气体的上述成分之一)，经常采用的技术如下I.泥浆测井-该技术提供了受各种钻井参数影响的天然气总量的定性指示。2.钻井操作过程中获得的常规岩芯或岩屑的解吸(也就是脱气)_该技术试图量化总气体。3.钻井操作过程中获得的常规岩芯或岩屑的孔隙度/含水饱和度-该技术试图量化孔隙空间中的游离气。4.常规电极测井的孔隙度/含水饱和度-该技术也试图量化孔隙空间中的游离气。5. “非常规”电极测井-使用这些“非常规”电极提供了量化孔隙空间中的游离气和有机碳总量(TOC)的吸附气两者的能力，从而提供了对总气体的测量。6.钻井操作过程中获得的传统岩芯或岩屑表现出的吸附等温线-该技术量化吸附气。7.压力取芯技术-依靠密封容器在井底压力下俘获气体并且随后(典型地在数千PSi气压下)将该容器升到地面，这些技术通常能量化储层中的总气体。
上述选项I至选项5因为各种不同原因往往具有高的误差。选项6尽管通常精确，但是往往仅提供总气体含量的一种成分，这对于很多类型的非常规气藏并不是特别有用。最后，虽然选项7在对非常规气藏的总气体含量提供估算方面最为精确，但是这种技术目前由于a)可用性、b)后勤、c)成本、d)复杂性、e)安全性和f)机械成功率而存在问题。回到对更常见类型的非常规气藏和这些非常规气藏的常规气体测量选项的更具体的讨论，对于煤层气藏，目前为止选项2 (依靠常规岩芯的解吸)是最广泛使用的用于测量这些相对浅的储层(少于大约3000英尺)中总气体的方法。可惜的是，尽管已经努力尽可能快地将岩芯带到地面，岩芯收回时间仍然不利地影响到地面上的解吸罐中获取的气体的量。这典型地导致低估原位总气体含量。事实上，在收回过程中，岩芯周围的钻井泥浆限制静液压力下降，气体因而从岩芯逸出。为了补偿，必须进行“损失气体”校正，这通常通过将在地面的解吸容器中以尽可能接近储层的温度而测得的早期脱气趋势外推回到“计时起点”来实现。后者被定义为钻 井泥浆-岩芯界面内外的压力差从过平衡转变到欠平衡并且气体开始逸出的时间点。岩芯地带越深，收回时间越长，因此损失气体成分的比例和不确定度就越大。与损失气体的测定相关的高的不确定度是该方法的主要缺陷。对于页岩气藏，之前典型地通过将上述选项3、4或5与选项6结合来测定总气体以提供总气体的结果，将上述选项3、4或5与选项6结合具有增加游离气和吸附气的效果。对于这些储层，还是因为与从通常能发现活性页岩气藏的较深处收回岩芯相关的损失气体成分大，所以认为解吸不可靠。页岩气方法的问题在于，孔隙度和特别地含水饱和度测量具有显著的不确定度，其中通常基于含水饱和度测量来计算游离气成分。本申请的申请人在库珀盆地具有范围在从大约8000英尺到12000+英尺的深位非常规天然气矿产(包括致密砂岩、页岩和煤层)，并且由于以上概述的原因，申请人正在遭遇精确地定量总气体的困难。为了使用煤层气工业使用的已知技术来估算该资源，可以获得常规岩芯(钻杆收回和钢丝收回均可)并且可以进行标准岩芯解吸以试图估算总气体含量。可惜的是，这些深度的收回时间(加上地面处理时间)大致在2小时至10小时的量级。这和浅煤层气工业中认为是“合理的”标准(损失气时间小于I小时并且典型地仅为15分钟)形成强烈反差。这突出了对深位地带进行评价的问题，因为该问题对于很多非常规气藏来说是典型的。事实上，这使得进行很大的、高度不确定的并且可能无效的、可能超过开采的气体的实际的量的损失气补偿成为必要。虽然选项7可能提供了技术上合理的选择，但是采取压力取芯测量技术所需要的设备昂贵并且难以获得，而且往往引入不必要的(或至少不期望的)机械复杂性。本发明的目的是提供与上述选项I至6相比更可靠、更精确的用于测量非常规储集岩(水成岩、火成岩或者变质岩)的总气体含量、特别是用于测量非常规气藏的原位总气体含量的方法和设备，以及与选项7相比更方便并且节省成本的方法和设备。在这方面，要理解的是，虽然做出本发明的方法和设备的动机可能在于非常规气藏领域，但是该方法和设备对于测量非常规油藏的原位总气体含量也是可用的。在本说明书中对任何现有技术的引用不是也不应当被视为承认或以任何形式暗示该现有技术形成任何国家的一般常识的一部分。
发明内容
本发明提供了一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的方法，该方法包括a)钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有前缘和后缘；b)对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于脱气储存系统而不暴露于大气；c)当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时停止对所述环空体积导流；d)测量所述脱气储存系统中的所述气体的体积以确定每单位环空体积的气体量；和
e)根据每单位环空体积的气体量和岩屑量计算所述储层的原位总气体含量。作为优选的形式，所述方法使用包括钻井泥浆循环系统和防喷器的钻机，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到所述井眼并且从所述井眼循环出。优选地，关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于所述脱气储存系统而不暴露于大气。此外，优选地，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀，从而停止对所述环空体积导流。在这一方面，打开“同时”关闭指的是优选的理论上的目标。要理解的是，整个说明书中提及打开同时关闭是指打开并且实际上尽可能地接近同时地关闭。钻井泥浆可以是循环钻井泥浆或新的钻井泥浆。循环钻井泥浆是在通常的钻井操作过程中通过钻井泥浆循环系统循环的相同钻井泥浆，因此在根据本发明方法的操作在适当的时间被重新引入钻井泥浆循环系统之前，所述钻井泥浆将通过诸如去除岩屑的筛网和滤网、去除淤泥和沙子的过滤器以及净化器等任何通常使用的分离、收集和/或处理装置处理过。可以选择性地使用、事实上经常可以优选地使用新的钻井泥浆，新的钻井泥浆是在与循环钻井泥浆储存罐分开的场所专门制备、并且根据本发明的方法的操作在适当的时间引入钻井泥浆循环系统的一批无气体和固体的新的钻井泥浆。考虑到这一点，除非具体地提到哪一个作为钻井泥浆的优选的来源，否则，整个说明书中提及“钻井泥浆”时是指包括循环钻井泥浆或新的钻井泥浆。本发明进一步提供了一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的方法，该方法使用包括钻井泥浆循环系统和防喷器的钻机，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到井眼并从所述井眼循环出，所述方法包括a)钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有前缘和后缘；b)关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于所述脱气储存系统而不暴露于大气；c)当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀而停止对所述环空体积导流；
d)测量所述脱气储存系统中的所述气体的体积以确定每单位环空体积的气体量；和e)根据每单位环空体积的气体量和岩屑量计算所述储层的原位总气体含量。本发明还提供了一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的设备，该设备包括a)钻机，所述钻机能够钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有前缘和后缘；和b)脱气储存系统，当所述环空体积的所述前缘被导流至所述脱气储存系统时，所述脱气储存系统能够捕获全部所述环空体积并使得所述环空体积不暴露于大气，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，导流停止；其中，所述脱气储存系统中的气体体积能够被测量以确定每单位环空体积的气体量，并且气藏的原位总气体含量能够根据每单位环空体积的气体量和岩屑量来计算。 本发明进一步提供了一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的设备，该设备包括a)钻机，所述钻机包括钻井泥浆循环系统，所述钻井泥浆循环系统包括防喷器，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到井眼并且从井眼循环出，所述钻机能够钻出穿过气藏的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的所述钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有如缘和后缘；和b)脱气储存系统，当通过关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而将所述环空体积的所述前缘导流至所述脱气储存系统时，所述脱气储存系统能够捕获全部所述环空体积而使所述环空体积不暴露于大气，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，通过打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀停止导流；其中，所述脱气储存系统中的气体体积能够被测量以确定每单位环空体积的气体量，并且气藏的原位总气体含量能够根据每单位环空体积的气体量和岩屑量来计算。作为说明，本发明需要对测量层段钻井，并且优选地，需要在测量层段期间产生的整个环空的岩屑(环空体积)被导流并被捕获于脱气储存系统，所述脱气储存系统优选地位于地面上离钻机尽可能近的地方。环空体积不应当暴露于大气，以防止环空体积中的任何气体损失，从而需要钻井泥浆循环系统在地面上的这一临时的、非标准的导流(不论钻井泥浆是循环钻井泥浆还是新的钻井泥浆)。如下面将详细说明的，一旦被捕获于脱气储存系统，岩屑能够从悬浮液中沉淀，气体能够积聚于例如液面上空间，钻井泥浆的全部容纳物的脱气能够持续发生一段时间。理想地通过将钻井泥浆循环系统与大气隔离，本发明因此允许捕获环空体积中的所有气体和岩屑。事实上，优选地，通过关闭防喷器的闸板或环形防喷器，钻井泥浆的流动被改变方向为例如沿节流管线(或优选地从防喷器的底部或附近发出的其他适当的流出管线)向下，而不是允许钻井泥浆到达地面处的钟形导向短节。这种液压操作装置典型地夹持在钻杆周围以密封钻杆和井壁之间的环形空间，从而密封井并有效的隔离钻井泥浆循环系统。因此，在防喷器被重新打开以前，气体不能(通过钟形导向短节)逸出到大气中。最终的结果是，对测量层段钻井所伴生的全部环空体积，优选地与其全部气体容纳物一起被导流到脱气储存系统，而不是以通常的方式伴随着气体逸出到大气中而循环至钻井泥浆储存罐。在这一方面，虽然这里提到了“整个环空体积”被导流并且被捕获，但是，如下面将要说明的，要理解的是，取决于操作过程中所能达到的精度，可能比实际的环空体积稍多或稍少的环空体积被导流或捕获。还要理解的是，因为在关闭防喷器时不能进行通常的钻井操作，所以每次能够捕获一个环空体积的最大值。然而，钻井泥浆循环可以继续(例如，在钻头悬离井底的情况下)，这使得环空体积以上述方式流出井眼而被捕获。关于脱气储存系统和对环空体积的被捕获气体的测量，作为本发明的优选形式，脱气储存系统包括用于形成组合的沉淀与体积测量系统的多个低正压脱气罐。一种形式是，设置呈主脱气罐与一个或多个二级气体测量罐组合的形式的至少两个低正压脱气罐。在操作之前，所有罐及其相关的管道(终止于防喷器)将理想地预充填清洁水(这里称为“罐初始水”)，以a)将空气从系统中排出、b)维持环空的容纳物与大气隔离和c)能够跟踪被 释出气体的体积。优选地，采用三个罐以容纳库珀盆地中预期的储层气体含量，为了简化设计、鉴定、制造和在油田安装，理想地，这三个罐具有同样的构造。在其他地质区域可能需要较少或较多的罐。为帮助理解本发明的背景，如下面将详细说明的，这些罐每个通常不会大于400桶(18英尺高X 12英尺宽)，并且理想地串联地连接以提供所需类型的流体连通。作为优选的库珀盆地形式，三个低正压脱气罐将被归类为主脱气罐与两个二级气体测量罐组合。 主脱气罐-该罐是钻井泥衆的环空体积的第一进入位置(first point ofentry)。主脱气罐应当大到足以容纳理论上最大潜在环空体积(包括岩屑和一些挟带的气体)，并且是另外的气体在较长时间内从岩屑释出(“解吸”)的地方。该高端情况对应于诸如库珀盆地等地质区域中的可能待被钻井的最深的(或者在水平钻井情形下，最长的)的非常规气井。环空体积导流完成后，不应再有大量气体滞留在主脱气罐中，该罐主要由钻井泥浆(包括岩屑)占据，仅有相对少量的罐初始水搁置于罐的顶部。虽然如果出现显著的混合，监测会变得困难，但是主脱气罐上的窥管使得钻井泥浆/水的高度可以被监测。即使不可能监测，窥管也可以用于确定罐在测试之前是否充满初始水这一目的。 二级气体测量罐-理想地,这些罐与主脱气罐流体连通并且收集从主脱气罐中释出的所有气体。优选地是，两个二级气体测量罐串联地连接以便容纳例如库珀盆地的预期的最大气体体积。理想地，二级气体测量罐具有两个主要特征I.组合容积用于容纳气体的理论上的最大潜在体积。在库珀盆地，这种情况将对应于具有高的气体含量的厚的、可快速钻井的深位煤层。2.窥管使得能够测量来自井眼的被捕获的钻井泥浆环空体积的总气体体积。然而，存在一些被释出气体由于溶解于罐初始水而损失的可能性。这主要适用于在低于80°C的温度时具有高的水溶度的二氧化碳，同时甲烷和其他烃气在水中也具有显著的溶解度，虽然数值与二氧化碳相比非常小。事实上，对于甲烷的情况，水溶度在大约80°C时降到(恒压下)最小值，但是由于溶解机理的改变，水溶度从80°C开始增大。因此可以采取预防措施以消除或降低一些被释出气体因溶解于罐初始水而损失的可能性，例如I.在脱气储存系统的所有罐中安装加热设备以将容纳物的温度升高到至少800C。这将使二氧化碳和烃气两者的溶解度减少到可忽略水平,从而迫使这些气体从溶液中脱离，使形成于罐液面上空间的游离气的产量和成分的精度最大化。在本发明的方法的持续期间，应当维持该温度以避免液面上空间的气体损失到溶液中。2.利用二氧化碳和烃气使未加热的罐初始水处于预饱和状态。这也将抑制被释出气体损失到溶液中，从而导致更为可靠的液面上空间气体的体积和成分。然而，在这一可选方案中，随后不能采取加热，以避免计入液面上空间中的额外气体。优选的是，使用尺寸足以使气体和水通过驱替而转移的管道将所有的罐串联地液压连通,注意,钻井泥浆中的岩屑不离开主脱气罐而沉淀于该主脱气罐。本发明的一种形式为，主脱气罐的入口将通过传统管道被连接到节流管汇的传统节流旁通管线(肠管)，以便进入传统的防喷器节流管线。还要理解的是，理想地，最后面的二级气体测量罐的出口通过下游的虹吸截断器 通向大气，以防止在整个罐组合中的静液柱的重力排液。在这一方面，将罐初始水暴露于大气是必要的，因为这可以使罐初始水在气体释出时被驱替。因为罐初始水形成物理屏障，所以没有气体可以从罐中逸出。已经提到了下游虹吸截断器的存在和对特殊类型的到大气的通道的需要，并且正如上文所提到的，理想地，所有上述的罐在使用前充有水，以使得也能够通过窥管跟踪被释出气体的体积。事实上，优选的是，系统中不应出现任何空气，因为除了被释出气体以外，空气最终将被测量并错误地计入总气体体积。回到本发明的优选形式的操作，当钻完测量层段、在地面上检测到前缘并随后关闭防喷器时，一个环空体积的钻井泥浆(包括岩屑和气体)通过节流管汇的节流旁通管线(肠管)沿着节流管线向下而被泵入主脱气罐。随着主脱气罐被充填环空体积的钻井泥浆，初始水被驱替离开主脱气罐。通过设计，一定量的水(主脱气罐的总的体积减去钻井泥浆和岩屑的体积)将保持搁置于主脱气罐的顶部。这确保了没有钻井泥浆或岩屑进入二级气体测量罐，将一定量的水保持搁置于主脱气罐的顶部专门为了这一目的。如果多余的钻井泥浆或岩屑溢出，除非没有剩余足够的空间用于待捕获的总气体体积，否则本发明的测量方法不会失效。一段时间内，对于不同的地质资源和气井，时间可能会不同，但是可能在数天至数周的量级，气体持续地从主脱气罐的岩屑解吸并溢出到二级气体测量罐中。使用窥管可以监测气体体积相对于时间的增加，并且一旦气体体积停止增加，就可以确定最终的气体体积。取决于所需的精度，有必要对在二级气体测量罐中用物理方法测量的气体体积进行一些正的和负的两方面的校正。然后可以通过最终的气体体积除以环空体积的岩屑的重量(优选的为干重)来计算原位总气体含量，这些岩屑是主脱气罐中沉淀并干燥的岩屑，原位总气体含量通常用标准立方英尺每短吨(scf/ton) “干燥”表示。事实上，报告“干燥”基础上的总气体含量是优选的。在这一方面，和气体含量“浓度”表示为岩石孔孔隙空间体积的百分比的传统储层不同，非常规储层的气体含量“浓度”通常表示为每单位岩石重量的气体体积，也就是上面提到的 scf/ton。—旦钻完测量层段，岩石的流体含量(现在为小的岩屑的形式)被不可逆的改变，并且这个过程中的剩余阶段保持流体状态。在岩屑的表面还有游离水，这在称重过程中应当避免。持续地报告相对于干燥的岩屑重量的总气体含量，使气体总量测量常态化并允许在各个独立的测试之间进行有效对比。本发明以各种方式提供超出一些已有测量技术的优势。例如，超低渗透率岩石的岩芯的标准的解吸过程可能花费数月，然而，由于岩屑相当较小并且具有较高的表面积，预计本发明的方法中的脱气将在很少的时间内完成一可能少于一周。而且，因为在解吸过程中通常对气体体积进行测量、分析和丢弃，所以标准岩芯解吸服务通常不能得到主气体成分组成。二次样本很少重新组合到主成分测量。然而，本发明的方法对于主成分测量是理想的，因为整个气体体积是在平衡条件下被捕获的。此外，本发明非常适合用于在取芯过程中容易破碎、因此采收率低的疏松的或者有天然裂缝的岩石。本发明确保所有岩石，无论是从井筒壁塌落的还是钻井得到的，均被送到主脱气罐并量化伴生气体含量。当脱气完成时,通过对沉淀在主脱气罐底部的固体清洗、 干燥和称重来确定岩石的重量。此外，本发明在操作前后不需要任何昂贵的钻杆下钻或大量的钻机待机时间。本方法仅仅是在持续钻井眼时临时对钻井泥浆循环系统重定向。另外，本方法不需要在井眼下布置任何另外的装置。所有必要的装置均位于地面，意味着因此不可能出现东西遗失或卡在井下的情形。
现在将结合优选实施方式说明本发明，该优选实施方式的某些方面在附图中示出。在附图中图I是用于本发明的优选实施方式的钻机和钻井泥浆循环系统的示意图；以及图2是用于图I的优选实施方式的脱气储存系统的示意图。
具体实施例方式图I示出适当的传统钻机10，能够容易地改造该适当的传统钻机10以用于本发明。如下文所说明的，钻机10能够适当地连接到图2所示类型的脱气储存系统。然而，在说明这一连接和与本实施方式有关的本发明的方法的操作之前，将提供对钻机10的组成部件的简要说明。图I示出的钻机10包括具体实施为各种元件的传统钻井泥浆循环系统，这些元件是钻井泥浆储存罐12、泥浆振动筛14、钻井泥浆泵18用的吸入管线16、电动机20。这些元件用的管道具体实施为振动软管22、立管26、方钻杆水龙带28，并且终止于鹅颈管30。该管道以及方钻杆滚子补芯48用的水龙头和顶驱通常由游车32支撑，该游车32由井架38上的天车36上的钻井钢丝绳34悬吊。用于使用钻井钢丝绳34升降游车32的动力由绞车24提供。二层台40、钻杆立根42和管架44也由井架38支撑。用于转动方钻杆滚子补芯48并且由此转动钻柱60的转盘50 (由电动机20驱动)位于钻台52上，且具有以下配置钟形导向短节和由附图标记54表示的钟形导向短节用的防喷器、由56表示的防喷器的环空防喷器、由58表示的防喷器的闸板和全封闭闸板。当然，钻柱60被示出位于套管头64下方，钻头62被示意性地示出位于井眼底部。
就循环钻井泥浆的通常的流路而言，流出管线66示出在通常的钻井作业过程中钻井泥浆(到泥浆振动筛14和钻井泥浆储存罐12)通常采取的路线，由此完成钻井泥浆循环系统。就本发明的测量系统的操作过程中钻井泥浆的变向的流路而言，虽然未在图I中示意性地示出，但是该变向的流路的一种形式可以是通过节流管汇从防喷器通到脱气储存系统(在图2中示出)的流出管线。然而，作为优选的形式，可以使用诸如在与图I中的钻井泥浆储存罐12分开的场所专门制备的一批无气体和固体的新的钻井泥浆(可以是高达每加仑9. 9磅浓度的稠化NaCl盐水)等新的钻井泥浆来代替循环钻井泥浆用于测量期间的钻井。图2中示出的是根据本发明的优选的库珀盆地实施方式的脱气储存系统，下面将大致描述该脱气储存系统的操作。就脱气储存系统而言，在本实施方式中包括呈主脱气罐70和两个二级气体测量罐72 (尽管图2中仅示出一个二级气体测量罐)形式的三个低正压脱气罐。所有三个罐都是18英尺高、12英尺宽的400桶的定制罐，通过排出管74串联连接以提供所需类型的罐之间的流体连通，并且优选地，不使用诸如铝等可能与罐初始水或钻 井泥浆发生反应而产生诸如氢等气体的易反应的材料制作。主脱气罐70是钻井泥浆的环空体积的第一进入位置，钻井泥浆的环空体积在入口阀76处由三个编码箭头A、B和C表示，A表示被释出气体、B表示钻井泥浆以及C表示岩屑，对箭头的编码(连同对罐初始水D的编码)还表示罐70、罐72、排出管74以及罐70的窥管78a、罐72的窥管78b的容纳物。如上所述，主脱气罐70大到足以容纳钻井泥浆在理论上的最大潜在环空体积(包括岩屑和一些挟带的气体)，并且是另外的气体在延续周期(extended period of time)内从岩屑进一步释出(“解吸”)的地方。环空体积的导流完成后(图2中大致地表示的处理阶段)，除了在罐70顶部的液面上空间内示出的少量气体A1以外，不应有大量气体滞留在主脱气罐中，罐70主要被钻井泥IB1 (包括岩屑C1)占据，仅有相对少量的初始水Dj 置于罐70的顶部。主脱气罐70上的窥管78a使得钻井泥浆/水的高度得到监控。二级气体测量罐72被示出与主脱气罐70流体连通，并且收集从主脱气罐70释出的所有气体A2，其中窥管78b使得能够测量自井眼捕获的钻井泥浆的环空体积的总气体体积。话虽如此，但是，如上所述，优选的是具有串联连接的至少两个这样的二级气体测量罐72以便容纳例如库珀盆地中预期的最大气体体积，因此在本实施方式中，将是两个二级气体测量罐共同收集从主脱气罐70释出的所有气体A2。所有罐70、72以及位于最后面的二级气体测量罐出口的上游并且终止于防喷器的所有连接管道，均预先装满了清洁的水并且使用具有足够尺寸的管道74串联地液压连通以允许气体和水两者通过驱替(displacement)输送，注意，钻井泥浆中的岩屑不离开主脱气罐70而沉淀于主脱气罐70(如图2中的C1所示)。罐70、72均被示出具有排气孔79、清扫孔81、液体吸出口 83和防爆盖板85。最后面的二级气体测量罐(在图2中为罐72)的出口 80通过下游的虹吸截断器82通向大气以防止整个罐组中出现静液柱的重力排液。当然，罐初始水D暴露于大气是重要的，因为这样可以允许在气体A释出时水D的驱替。由于水D形成的物理屏障，气体A无法从罐70、72中逸出。根据附图中(虽然没有重复所有的附图标记)示出的优选实施方式，以下是对方法的操作的逐步说明步骤I对待评价的地带正常钻井，更具体地对测量层段的起点正常钻井。步骤2如果可能的话，在“方入”时停止钻井，方入是钻杆的一个接头尽其最大程度钻到的位置，在该位置处，在继续钻井之前必须连接新的钻杆接头。这将使得稍后对目的地带钻井时所做的钻杆连接的数目最小，注意，钻杆连接具有很多不良影响。例如，由于使钻柱底部钻具组合(BHA)离开井底升起而导致的吸入效应，气体会被“抽吸”入井眼。这将在最终的总气体体积中引入正误差。如果连接不可避免，应保持BHA运动在井眼中尽可能缓慢，从而使井筒压力脉动最小化。
此外，钻杆连接所伴生的停工时间增加了气体向上迁移到环空体积的前缘前方以及环空中最初的岩屑前方的机会，从而增加了在关闭防喷器之前气体损失到大气中的可能性。此外，在没对任何岩石钻井时进行大致2-3分钟的钻井泥浆循环，这在环空中产生了不包含任何岩屑或气体的“空白点”。—旦停止钻井,应当利用井底至井口的泥衆行程样品(bottoms-up sample)确定测量层段起点处的岩石的岩性。步骤3虽然强烈推荐对井下套管至测量层段的起点，但可以将其视为可选择的。通过消除诸如气体从较高的地带(higher zone)进入井眼(或损失)、崩落的石头从较高的地带进入井眼以及钻井泥浆从井眼进入较高的地带的损耗(或增益)等大量不希望的变量，套管降低了总气体体积测量的误差。此外，如果没有给井下套管至测量层段的起点，建议严密监控背景气、钻井泥浆损失/增益以及钻井泥浆固体含量，从而可以在本方法继续进行之前采取步骤使井眼稳定。此外，当增加钻井泥浆钻压时，应当考虑到对之前钻的传统产层的影响。在某些情况下，如果钻井泥浆钻压增加太多，可能会损坏之前钻的传统产层。另外，钻井泥浆钻压太高可能导致钻井泥浆、还可能有气体和岩屑泄漏到其他地带，从而造成本发明方法的误差。步骤4安装和/或准备脱气存储系统，本实施方式中为主脱气罐和两个二级气体测量罐。这些罐应当在钻机的节流管汇的同一侧、尽可能地靠近钻机地、理想地安置于租赁钻机(drilling lease)的边缘，并且与燃烧坑有足够的距离以符合进行测试的国家标准或规定。这将使对通常的钻井业务和钻后租赁业务(即拆卸钻机、压裂增产(fracturestimulation)、完井等)的影响最小化。脱气储存系统的安装/准备过程理想地包括以下步骤-将主脱气罐入口管道连接到节流管汇的节流旁通管线(肠管);-将二级气体测量罐串联地连接到主脱气罐；-最后面的二级气体测量罐的出口管道应当通向燃烧坑或钻井泥浆废料池；-一旦安装了罐，则需要无断开。通过利用传统井控方法来引导流经节流管线并压井，可以解决气涌等(利用在适当位置的这些罐可以容易地探测到)；-以清洁的罐初始水(利用窥管确定)充填所有的罐及相关的管道(也就是，位于最后面的二级气体测量罐出口上游并终止于防喷器的所有的罐及管道)，且不留任何空气。- (a)将罐初始水加热到至少80°C并在方法的操作过程中维持该温度，或(b)利用与预期的储层气体组成一样的混合气体使未加热的罐初始水饱和；和-可选地，在主脱气罐中安装可以阻止进入的钻井泥浆和已存在的水混合的阻挡层或隔板。-如果未采用深位管套选项，则转到步骤6。步骤5如果采用深位管套选项，并标记了测量层段的起点，则钻出套管鞋和套管固结。利用井底至井口的泥浆行程样品确定岩性。通过使用钻井泥浆循环系统使钻井泥浆在井眼中继续循环，以在循环钻井泥浆中获得恒定的低背景气浓度。取钻井泥浆样品以用于液面上 空间的气体分析。该背景气可以从随后在脱气储存系统中测量的总气体体积中减去。转到步骤7-因为深位套管的存在使得精确的钻井泥浆循环滞后可以从套管内径“ID”计算得出。步骤6根据钻井泥浆泵活塞冲程测定精确的裸眼钻井泥浆循环滞后时间，以帮助测定当钻井泥浆向地面循环时环空体积的前缘何时到达防喷器。可以按照以下方式进行该测定-在井眼底部放置高黏性的彩色喷涂段塞(标记)，在该阶段，井眼底部为测量层段的起点；-记录钻井泥浆泵活塞冲程计数器；-循环(不钻井)直到标记到达地面，并在钟形导向短节、泥浆储罐或泥浆振动筛处进行检测。泥浆储罐是位于从流出管线末端接收钻井泥浆的泥浆振动筛的前面的金属容器。泥浆储罐的功能是减缓(沿着流出管线而获得动量的)钻井泥浆的流动使得钻井泥浆不会溢出泥浆振动筛。泥浆振动筛是为了将岩屑与钻井泥浆分离而使循环钻井泥浆穿过的振动筛。使用上述三个位置中的哪一个来检测上述标记并不要紧，因为与整个滞后时间相比，标记在这些位置之间移动所需的时间可以忽略。优选地在钟形导向短节处进行检测，因为钟形导向短节距离产生向脱气存储器系统的导流的位置最近；-记录钻井泥浆泵活塞冲程计数器。从放置标记于井眼底部到在地面检测到该标记之间的冲程数对滞后时间给出可靠的估算。这在裸眼条件下是重要的，在裸眼条件下理论上的环空体积可能因为沿着井壁的冲洗而不可靠。除此之外，如果有必要，可以执行标准的“碳化物滞后”作为上述方法的替代。话虽如此，但是，当决定将环空体积导流至主脱气罐时，气体或岩屑在地面的出现总是会优先于(override) (a)彩色标记和(b)滞后时间估算两者。步骤7处理井眼。在开始之前，井眼在具有低的背景气和低的钻井泥浆损失/增益方面应当稳定，并且钻井泥浆不应当包括大量固体。在对测量层段钻井之前钻井泥浆中已有的任何固体将沉淀于主脱气罐内并引起岩屑重量的正误差。这将不准确地降低计算出的总气体含量。步骤8如果不打算使用新的钻井泥浆，作为对照标准可选择地进行测量前的测试，以确定循环的背景气的量。如果对测量层段钻井之前的循环钻井泥浆中的背景气的量存有任何疑问，可以使用脱气储存系统来确定该背景气的量。可惜的是，将该气体从循环钻井泥浆中分离将花费时间，就钻井时间而言，这对于矿井的股东来说无法接受，而且为了主体方法的操作随后将罐清空并用新的罐初始水重新充填罐也花费时间。当然要理解的是，这个问题的解决办法之一可以是具有专门用于测量前的测试的另一套脱气储存系统罐。或者，第二解决办法可以是对取自流出管线的钻井泥浆样品脱气而以较小的规模获得对照标准。然而，因为一些气体损失到大气中，这样会降低精度。但是，如果发现背景气的量大，可以简单地从随后测定的气体体积中扣除。应当注意，如果优选地采用(上文中提到的)不含气体和固体的钻井泥浆系统来为本方法提供新的钻井泥浆，则该可选的测试将不是必需的。步骤9
对测量层段钻井。在紧接着测量层段钻井之前的时点，将高黏性、彩色喷涂段塞放置于井眼底部，以标记测量层段的起点，抑制气体升至岩屑前方，并且用作钻井泥浆前缘到达地面前的可视标记(这往往比滞后时间估算更可靠)。在从测量层段的起点钻到层段的末端时，优化钻井参数以获得最低泵排量用的可能的最高机械钻速(R0P)。这将在钻井过程中产生的环空体积中产生最高浓度的岩屑和气体。标记一到达地面，就停止钻井并从井底拉起，滞后时间将仅被用作岩屑和气体何时可能出现于地面的指导，特别是在不存在深位套管的情形下。如上所述，气体和岩屑的实际出现应该优先于所有其他指示物。此时，环空现在包含来自测量层段的所有钻井岩屑和伴生气体，钻井岩屑和伴生气体从总深度(TD)到地面沿着井眼分散，成为前缘被标记的环空体积。应当维持钻井泥浆的循环以避免岩屑的沉淀。如果有任何岩屑移动到钻头(该钻头被悬离井底)下方，则它们将难以升起。一旦环空体积的前缘靠近防喷器，应当及时进行以下导流步骤，否则钻井泥浆将通过防喷器和钟形导向短节而被泵至地面。在那种情况下，挟带的岩屑将损失在钻井泥浆废料坑中，并且气体将损失到大气中。步骤10将环空体积导流至脱气储存系统。要将钻井泥浆的整个环空体积导流至主脱气罐，应当同时(或者接近同时)进行下述两个操作-I.打开主脱气罐上游和下游的所有阀，以避免当防喷器关闭时环空中的压力峰值。从防喷器的节流管线出口通过脱气储存系统到达燃烧坑或钻井泥浆废料坑，应当有通到大气的不间断的流路。要理解的是，当环空中的内容物相继地进入脱气储存系统时，在任何阶段均不存在与大气的直接接触。这是因为罐的初始水形成物理屏障。没有气体可以逸出。-2.关闭防喷器以密封环空。这将钻井泥浆、岩屑和挟带的气体通过节流管线和节流管汇导流至主脱气罐。紧随着采取这两个操作，或与这两个操作同时，将高黏性段塞循环到井眼底部(标记环空体积的后缘)以帮助升起最后的岩屑。因为沿着通向主脱气罐的闭合的流路难以实现视觉监测，所以不需要彩色标记。事实上，代替使用可视标记来确定环空体积后缘是否到达地面，可以使用滞后时间测定(从而之前测定的钻井泥浆泵活塞滞后冲程数)。考虑到这一点，继续泵激钻井泥浆循环系统这样一个滞后时间。现在环空体积的后缘应当位于防喷器并且整个环空体积被导流至主脱气罐(防喷器和罐之间的滞后时间和钻井泥浆/岩屑/气体体积可以忽略)。通过维持循环压力(立管压力)恒定，当岩屑和气体流向地面时可以维持井底压力恒定。在该步骤中，为了检测溢流和地面管线路堵塞，必须一直连续地监测立管压力和最后面的二级气体测量罐的出口。如果节流管线或节流管汇堵塞(由增加的立管压力指示)，那么将钻井泥浆导流至流出管线并试图清除阻塞物。如果有必要，确定压力并且执行标准井控程序。如果发生由a)下降的立管压力或b)最后面的二级气体测量罐的出口处增加的驱替水流指示的气体溢流，那么中止测试并启动标准井控程序(例如司钻方法)。在环空体积的后缘现在位于防喷器以及将所有的环空体积导流至主脱气罐的情形下，关闭钻井泥浆泵并且关闭通到主脱气罐的节流管线和入口。主脱气罐入口的所有下 游阀应当保持打开，以允许正在进行的脱气过程中的气体膨胀和罐初始水的排出。如果不这样做，所有的罐中的压力将增加，抑制气体从岩屑释出并有可能超过减压阀的破坏额定值。设井眼的关井压力为零，在打开防喷器之前进行通过节流管线的流量检查，然后打开防喷器，使钻井泥浆流改变方向回到通过防喷器和钟形导向短节、沿着流出管线到钻井泥浆储存罐的传统路线。在对测量层段钻井过程中产生的环空体积的所有钻井泥浆(包括岩屑和伴生气体)现在已被捕获于主脱气罐中，从而可以继续进行通常的钻井。步骤11在气体释出期间，将脱气储存系统(包括主脱气罐和二级气体测量罐)维持在适当的位置。在主脱气罐的入口目前关闭的情形下，通往节流管汇的管道会被断开。然而，由于罐一旦被充填就会太沉而不能被搬运，所以将它们会维持在原地。事实上，每一短吨的岩屑(在煤层的情形下)在二级气体测量罐中可能积聚多达2000+标准立方英尺的气体，而在主脱气罐中可能沉淀多达一短吨的岩屑。使用每个罐上的窥管以固定的时间间隔记录二级气体测量罐中增加的气体体积。完成脱气所需要的时间将根据所涉及的岩石的性质而变化。估计这将花费数天至数周。步骤12将所有罐清空但保留主脱气罐中的岩屑。收集、干燥并称重积聚在主脱气罐底部的岩屑使得能够计算每单位重量的伴生岩石的总气体体积并以scf/ton “干燥”来表示。以受控的方式将所有罐的气体排放到大气中，通过流体吸出口将所有钻井泥浆从主脱气罐排出，将罐初始水从二级气体测量罐排出，并从主脱气罐移除所有岩屑，将岩屑放置于适当的容器(例如“迷你箕斗”)并用水冲洗以去除所有杂质(特别是与钻井泥浆伴生的任何高密度的重晶石)。在这方面，如果钻井泥浆是采用新钻井泥浆的优选形式、即没有气体和固体的钻井泥浆系统，则只需要对岩屑进行最低限度的清洗。一旦清空，这些罐将被搬运到下一个井位以重复使用。步骤13在干燥之前对岩屑取样以用于残留气体分析。收集少量岩屑的次级样本并将该少量岩屑的次级样本送到岩芯解吸实验室进行残留气体分析。这将确定还未释出的少量残留气体的量(传统岩芯解吸的标准程序)。该样本在搬运过程中应保存在冰上。步骤14在干燥之前对岩屑取样以用于其他分析。对已脱气的岩屑可以进行诸如吸附、近似分析(proximate analysis)、总有机碳(T0C)、RockEval、孔隙度、渗透性、密度、扫描电子显微镜方法(SEM)、X射线衍射(XRD)和显微组分分析等多种重要的测试，所以需要采集另外的少量二次样本。步骤15记录岩屑的总干燥重量。二次采样之后，将岩屑彻底干燥，然后将岩屑放置于合适的容器来称重。加回之前采集的二次样本的干燥重量。步骤16-最后的步骤 计算测量层段的原位总气体含量。将按本发明的方法测量的(环空体积的)气体体积除以环空体积的岩屑的干燥重量，可以计算原位总气体含量。原位总气体含量可以用scf/ton “干燥”来表示。可以按照需要进行校正(例如，将残留的岩芯气体加到罐中测量的气体体积)，并且可以按照需求进行标准化(例如，在煤的情形下可以转换成“干燥-无灰(dry-ash free)，，)。还应当注意，使用标准的电测井径仪测量来计算在测量层段上产生的井筒容积，可以对岩屑重量进行“真实性检验”。运用从主脱气罐收集的岩屑的密度，可以确定被钻下
的岩石的重量。此外，要理解的是，取决于需要的精度，有必要对二级气体测量罐中采用物理方法测量的气体体积进行一些正的以及负的校正。就脱气储存系统在理想状态下采用的罐的优选规格而言，主脱气罐应当足够大以包含预期的环空体积的高端情况。环空体积是下列量的函数a)井眼/套管的直径和b)测量层段深度。例如，基于324桶的理论上的高端环空体积，为库珀盆地设想的是，高端环空体积应当被设定在350桶。这一理论值相当于与至大约3000英尺为75/8英尺表层套管、至10000英尺为63/4英尺裸眼的标准井眼大小的可能是最深的库珀盆地非常规直气井相关的总环空体积。从3000英尺到10000英尺，环空体积由裸眼中的3V2英尺的钻杆和43/4英尺的钻铤来限定。这些井眼总是以大约10%来超径，所以实际的高端环空体积变为350桶。然而，严格的超径井眼不必成为本方法的限制因素，要理解的是，不需要对全部(完全精确)的环空体积采样。事实上，要理解的是，当主脱气罐几乎充满环空容纳物时，可以通过关闭防喷器来终止导流。此外，环空体积中的在对测量层段钻井的过程中在环空中收集、并且随后被导流至主脱气罐的岩屑的理论上的最大体积是下列量的函数a)井眼直径、b) ROP和c)从井眼底部到地面的钻井泥浆循环滞后时间。基于在10000英尺处大约40分钟的滞后时间和0. 5分钟每英尺的快速机械转速(深位煤层的情形)，将钻得80英尺的63/4英尺井眼。如果井眼相对规范，这将产生约0. 6立方米的岩屑。如果井眼塌陷，可能导致显著增多的岩屑出现，但是这并不引起任何问题，因为所有岩屑都是在地面上进行捕获并测量。
额外的(塌落的)岩屑不可能导致主脱气罐中的钻井泥浆溢出到邻接的二级气体测量罐，因为岩屑在主脱气罐中占的容积比最初非常小(每400桶有4桶或1%)，并且主脱气罐存在能容纳更多岩屑的至少46桶容量的未驱替的罐初始水。假设塌陷仅形成于测量层段，塌陷实际上是正的结果。引起的环空中的岩屑和气体的更高浓度将给出更为可靠的脱气储存系统的总气体测量。如果高端环空体积被驱替至预充填了水的400桶的主脱气罐(18英尺高X 12英尺宽的罐)中，那么，各种分离的流体和固体的各自的高度分量如下液面上空间气体=可忽略(气体持续地驱替至二级气体测量罐的液面上空间)搁置水=1.8英尺(46桶)钻井泥浆=16英尺(350桶)岩屑=0.2英尺(4桶) 基于约为I. 3克每立方厘米(或公吨每立方米)的典型的煤层体积密度，高端岩屑体积(0. 6立方米)表示大约0. 9短吨岩石。二级气体测量罐应当具有能容纳主脱气罐中释出的理论上的最大潜在体积的气体的组合容积。为得出对高端气体体积的估算，必须先找到高端气体含量的根据。这由对库珀盆地深位煤层进行的异常解吸测试来提供，其中，估算原位总气体含量在2000sCf/ton( “干燥-无灰”)的量级-虽然具有高的误差。鉴于主脱气罐可能容纳0.9短吨(或更多)煤岩屑，这表示高端气体体积在1900scf (大约为340桶)的量级。任一罐的尺寸的实际上限为400桶。考虑到塌陷导致的潜在更大的气体体积(在煤层中特别普遍)，有必要串联地连接两个具有该尺寸的罐。这产生了大量的剩余容量，从而保证了，即使在塌陷的井眼的情况下，高于预期的气体体积永远不会将所有的初始水驱
替出罐。本领域内的技术人员应当理解，除了具体描述的那些以外，还可以存在各种变化和变型。要理解的是，本发明包括所有这些变化和变型。本发明还包括本说明书中单独地或共同地提到或指出的所有步骤、特征、组成和构成，以及任意两个或更多个步骤或特征的任意的及所有的组合。
权利要求
1.一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的方法，该方法包括 a)钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有如缘和后缘； b)对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于脱气储存系统而不暴露于大气； c)当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时停止对所述环空体积导流； d)测量所述脱气储存系统中的所述气体的体积以确定每单位环空体积的气体量；和 e)根据每单位环空体积的气体量和岩屑量计算所述储层的原位总气体含量。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述方法使用包括钻井泥浆循环系统和防喷器的钻机，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到所述井眼并且从所述井眼循环出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于所述脱气储存系统而不暴露于大气。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀而停止对所述环空体积导流。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的方法，其特征在于，一旦被捕获于所述脱气储存系统，所述岩屑从悬浮液中沉淀，所述钻井泥浆的脱气持续发生一段时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述脱气储存系统包括用于形成组合的沉淀与体积测量系统的多个低正压脱气罐，在将所述环空体积导流至所述低正压脱气罐之前，所述低正压脱气罐预先充填有清洁水，并且各所述低正压脱气罐均具有用于积聚气体的潜在液面上空间。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法包括呈主脱气罐与一个或多个二级气体测量罐组合的形式的至少两个低正压脱气罐。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述二级气体测量罐串联地连接并且与所述主脱气罐流体连通，以充分收集从所述主脱气罐释出的所有气体。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述二级气体测量罐包括窥管以能够跟踪被释出气体的体积。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其特征在于，对所述环空体积的导流及随后的脱气完成时，不再有大量气体滞留在所述主脱气罐中，所述主脱气罐的空间主要由所述钻井泥浆和所述岩屑占据，仅有相对少量的罐初始水滞留于所述主脱气罐的顶部。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的方法，其特征在于，最后面的二级气体测量罐的出口通过下游的虹吸截断器通向大气，以防止所述脱气储存系统的重力排液，使罐初始水暴露于大气从而允许所述罐初始水在所述气体被释出时被驱替。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的方法，其特征在于，利用具有典型成分的溶解气使所述罐初始水预饱和，以防止被释出气体损失到溶液中。
13.根据权利要求7至11中的任一项所述的方法，其特征在于，将所述罐初始水加热到至少80°C，以将二氧化碳和烃气两者的溶解度减少到可忽略水平，从而迫使二氧化碳和烃气从溶液中脱离。
14.根据权利要求I至13中的任一项所述的方法，其特征在于，呈不包含气体和固体的钻井泥浆的形式的新钻井泥浆被用作所述钻井泥浆。
15.一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的方法，该方法使用包括钻井泥浆循环系统和防喷器的钻机，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到井眼并从所述井眼循环出，所述方法包括 a)钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有如缘和后缘； b)关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于所述脱气储存系统而不暴露于大气； c)当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀而停止对所述环空体积导流； d)测量所述脱气储存系统中的所述气体的体积以确定每单位环空体积的气体量；和 e)根据每单位环空体积的气体量和岩屑量计算所述储层的原位总气体含量。
16.一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的设备，该设备包括 a)钻机，所述钻机能够钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有前缘和后缘；和 b)脱气储存系统，当所述环空体积的所述前缘被导流至所述脱气储存系统时，所述脱气储存系统能够捕获全部所述环空体积并使得所述环空体积不暴露于大气，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，导流停止； 其中，所述脱气储存系统中的气体体积能够被测量以确定每单位环空体积的气体量，并且气藏的原位总气体含量能够根据每单位环空体积的气体量和岩屑量来计算。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备包括具有防喷器的钻井泥浆循环系统，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到所述井眼并且从所述井眼循环出。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，通过关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而将所述环空体积的所述前缘导流至所述脱气储存系统。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，通过打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀而停止将所述环空体积导流至所述脱气储存系统。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的设备，其特征在于，所述脱气储存系统包括用于形成组合的沉淀与体积测量系统的多个低正压脱气罐。
21.根据权利要求20所述的设备，其特征在于，所述设备包括呈主脱气罐与一个或多个二级气体测量罐组合的形式的至少两个所述低正压脱气罐。
22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述二级气体测量罐串联地连接并且与所述主脱气罐流体连通，以收集从所述主脱气罐释出的所有气体。
23.根据权利要求21或22所述的设备，其特征在于，所述二级气体测量罐包括窥管以能够跟踪被释出气体的体积。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的设备，其特征在于，最后面的二级气体测量罐的出口通过下游的虹吸截断器通向大气，以防止所述脱气储存系统的重力排液。
25.根据权利要求16至24中的任一项所述的方法，其特征在于，罐初始水被加热到至少80°C，以将二氧化碳和烃气两者的溶解度减少到可忽略水平，从而迫使二氧化碳和烃气从溶液中脱离。
26.根据权利要求16至25中的任一项所述的方法，其特征在于，呈不包含气体和固体的钻井泥浆的形式的新钻井泥浆被用作所述钻井泥浆。
27.一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的设备，该设备包括 a)钻机，所述钻机包括钻井泥浆循环系统，所述钻井泥浆循环系统包括防喷器，在通常的钻井操作过程中，钻井泥浆穿过所述防喷器循环到井眼并且从井眼循环出，所述钻机能够钻出穿过气藏的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的所述钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有如缘和后缘；和 b)脱气储存系统，当通过关闭所述防喷器同时打开所述防喷器下游的所有阀而将所述环空体积的所述前缘导流至所述脱气储存系统时，所述脱气储存系统能够捕获全部所述环空体积而使所述环空体积不暴露于大气，当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时，通过打开所述防喷器同时关闭终止于所述脱气储存系统的位于所述防喷器下游的阀停止导流； 其中，所述脱气储存系统中的气体体积能够被测量以确定每单位环空体积的气体量，并且气藏的原位总气体含量能够根据每单位环空体积的气体量和岩屑量来计算。
全文摘要
一种测量非常规储集岩的原位总气体含量的方法，该方法包括钻出穿过储层的测量层段的井眼以产生包含岩屑和气体的钻井泥浆的环空体积，所述环空体积具有前缘和后缘；对所述环空体积的所述前缘导流，使得全部所述环空体积被捕获于脱气储存系统而不暴露于大气；当所述环空体积的所述后缘被捕获于所述脱气储存系统时停止对所述环空体积导流；测量所述脱气储存系统中的所述气体的体积以确定每单位环空体积的气体量；和根据每单位环空体积的气体量和岩屑量计算所述储层的原位总气体含量。
文档编号E21B49/08GK102782252SQ201180006132
公开日2012年11月14日 申请日期2011年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者E·C·邓禄普, M·O·波特, P·J·阿切尔 申请人:圣托斯有限公司