用于执行井眼增产操作的系统和方法
【专利摘要】提供了一种对被井眼穿入的地下地层执行增产操作的方法。所述方法包括：在向井眼的隔离层段注入流体的注入期间收集井眼的隔离层段的压力测量结果；基于所述压力测量结果产生裂缝闭合；基于所述裂缝闭合和所述注入期间的所述隔离层段的小型压降测试产生传导率；由所述隔离层段周围的所述地下地层的图像获得裂缝几何特征；以及由所述传导率和所述裂缝几何特征产生系统渗透率。本方法还可包括：将电缆增产工具布置到井眼中，采用电缆增产工具隔离井眼的层段并将流体注入到层段中。通过对地层成像可以获得裂缝几何特征，且通过岩芯采样可以获得裂缝几何特征。
【专利说明】用于执行井眼增产操作的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于执行油田操作的技术。更特别地，本公开涉及用于执行井眼增产操作，例如射孔、注入、处理、压裂和/或表征地下地层，的技术。
【背景技术】
[0002]可以执行油田操作用以放置和采集有价值的井下流体，例如油气。油田操作可以包括，例如勘测、钻井、井下评估、完井、开采、增产、以及油田分析。勘测可以包括地震勘测，例如使用地震卡车用以发送和接收井下信号。钻井可以包括将井下工具推进到地质中用以形成井眼。井下评估可以包括将井下工具布置到井眼中用以执行井下测量和/或用以回收井下样品。完井可以包括对井眼进行固井和加装套管，准备开采。开采可以包括将开采油管布置在井眼中用于从储层将流体传输到地表。
[0003]在一些情况中，可以执行增产操作用以便于从地下地层开采流体。上述增产可以通过对井眼壁射孔用以产生到围绕井眼的储层的流动路径来执行。延伸通过地层的天然裂缝网络也为流体的流动提供路径。可以通过将处理液注入到围绕井眼的地层中产生人造裂缝和/或膨胀天然裂缝来增加流动路径。
[0004]某些井下参数可能影响增产操作。可以使用上述的井下参数来执行油田分析用以表征和认识井下条件。在以下情况下，油田分析可以包括将井下工具布置到井眼中用以测量井下参数，例如温度和压力，或者用以执行不同的井下测试，例如小型裂缝、微型裂缝以及诊断裂缝注入测试(Diagnostic Fracture Injection Test, DFIT)。可以分析最终的信息用以表征可能影响增产和/或开采的井下环境。井下分析的实例以下专利 / 文章中提供:美国专利号:6076046 ；K.G.Nolte 的 “Background for After-ClosureAnalysis of Fracture Calibration Tests", (SPE39407)，Unsolicited companionpaper toSPE38676, 1997 年 7 月(本文称为 “SPE39407”)Jean Desroches 等人的“Applications of Wireline Stress Measurements” (SPE58086)，SPE ATCE,NewOrleans, LA, USA, 27-301999 年 9 月(本文称为 “SPE58086”)；Bryce B.Yeager 等人 的“Injection/F ail-off Testing in the Marcellus Shale:Using ReservoirKnowledge to Improve Operational Efficiency，，，(SPE139067) SPE Eastern RegionalMeeting, Morgantown, WV, USA, 2010 年 10 月 12-14 日(本文称为“SPE139067”)；以及 R.D.Baree 等人的“Holistic Fracture Diagnostics:Consistent Interpretationof Prefrac Injection Tests Using Multiple Analysis Methods” (SPE107877)SPEVol.24，N0.3，2009年8月(本文称为“SPE107877”)，其全部内容在此以参考的形式引用。例如页岩的一些岩石地层可能对执行某些井下测量和/或表征造成困难。
【发明内容】
[0005]在至少一个方面中，本公开涉及一种对被井眼穿入的地下地层执行增产操作的方法。所述方法包括:在向井眼的隔离层段注入流体的注入期间收集井眼的隔离层段的压力测量结果；基于所述压力测量结果产生裂缝闭合；基于所述裂缝闭合和所述注入期间的所述隔离层段的小型压降测试产生传导率；由所述隔离层段周围的所述地下地层的图像获得裂缝几何特征；以及由所述传导率和所述裂缝几何特征产生系统渗透率。本方法还可涉及:对地下地层进行射孔；将电缆增产工具布置到井眼中；采用电缆增产工具的至少一个封隔器隔离井眼的层段；将流体注入到井眼的层段中；以及测量层段中的压力。隔离的层段可以是从大约IOOmL到大约400mL的小体积。在一些情况中，该方法可以包括对地下地层进行成像，获得岩芯样品以及执行声波测井。
[0006]提供本
【发明内容】
部分用于介绍概念的一个选择，该概念在下文详细的说明书中进一步描述。本
【发明内容】
部分不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在作为一种帮助用于限制所要求保护的主题的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]参考附图描述用于表征井眼应力的系统和方法的实施例。始终使用相同的附图标记表示相似的特征和构件。
[0008]图1.1-1.3是部分横截面的示意图且说明了具有其中可以实施方法的实施例的不同电缆增产工具的井场；
[0009]图2是说明了压力和泵送速率相对于时间的图；
[0010]图3.1是说明了压力和导数相对于时间的图；
[0011]图3.2是说明了相干性变量相对于时间的图；
[0012]图4是说明了系统渗透率相对于裂缝间距的图；
[0013]图5是说明了地下地层的裂缝的示意图；以及
[0014]图6是描述了执行井眼增产操作的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015]下文的说明书包括体现本文主题的技术的示例性系统、器械、方法以及指令序列。但是，应理解，描述的实施例可以在没有这些特定细节的情况下实施。
[0016]本公开涉及使用电缆增产工具执行增产操作的技术。可以将电缆增产工具布置在井下，用以隔离井眼的小的层段并将流体注入到周围地层中。注入期间，电缆增产工具还可以用于执行井下测量，例如温度和压力，以及用于执行增产测试，例如小型压降测试和应力测试。收集的信息可以用于确定例如裂缝尺寸的各种井下参数，以及用于表征井眼和周围地层。
[0017]电缆增产
[0018]图1.1-1.3分别描述了不同的电缆增产工具100.1、100.2、100.3，其可用于执行井下增产操作，例如压裂、注入、测量和/或测试操作。这些电缆增产工具100.1,100.2,100.3中的每一个都通过从钻机106处悬挂的电缆104布置在井眼102中。井眼102可以是如图1.1和1.2所示的裸眼井，或者如图1.3所示，具有胶结在适当位置的套管108以形成套管井。可以在地表位置处和/或在电缆增产工具100.1,100.2,100.3中提供控制器109。还可以提供其它装置，例如通信、采样、以及其它井下工具。
[0019]尽管在这些附图中的每一个中描述了具有电缆工具的基于陆地的钻机，但本文描述的某些技术也可以用在任意钻机(例如，基于陆地或基于水的)中，且采用可以执行增产、测量和/或测试操作的任意井下工具。在一些情况下，多个井下工具可以用于执行操作的不同部分。例如，可以使用单独的射孔工具。在另一个实例中，多个工具可以用于执行井下测量和/或测试。
[0020]电缆增产工具100.1、100.2、100.3中的每一个具有用于隔离井眼102的一部分的隔离装置。隔离装置可以是常规的封隔器或由弹性材料制成的封隔器110.1、110.2、110.3，其用于密封接合井眼的壁(或套管的壁，如果存在的话)。封隔器110.1、110.2、110.3限定了与井眼102的剩余部分流体隔离的层段112.1,112.2,112.3，以限定具有减小的体积空间的压力密封区域，在该体积空间中可以执行某些测试。
[0021]图1.1的电缆增产工具100.1具有可在电缆增产工具周围膨胀的双封隔器110.1，用于在它们之间隔离层段112.1。电缆增产工具100.1还提供有其它装置，例如泵出模块116，其用于泵送流体；和流动控制模块118，其用于选择性地使通过电缆增产工具100.1的流体转向。电缆增产工具100.1可以是常规的电缆工具，例如具有双封隔器的模块动态测试仪(ModularDynamics Tester, MDTTM),其可商购于 Schlumberger 技术公司(参见:www.sib.com)。井下测量的实例，例如基于使用配置为具有双封隔器、泵出模块以及流动控制模块的电缆运送式MDT的微液压压裂的电缆应力测量，在SPE58086中概述，其已在前文引入本文中。
[0022]可以使用的可选电缆增产工具在图1.2和1.3中示出。电缆增产工具100.2具有探针120，其上具有封隔器110.2，封隔器110.2可定位用于接合井眼102的壁，且在其中限定层段112.2。电缆增产工具100.1可以是常规的电缆工具，例如具有探针的MDTTM，其可商购于Schlumberger技术公司(参见:www.sib.com)。
[0023]在一些情况中，例如存在套管时，可能必须具有射孔装置用以对地层122射孔且便于开采和/或注入。电缆增产工具100.3 (或单独的工具)可以具有用于产生射孔111的装置，例如，如图1.3中所示，可延伸的钻头126。封隔器110.3被提供用于限定出绕着射孔111的层段112.3。电缆增产工具100.3可以是具有钻井能力的电缆工具，例如套管井孔动态测试仪(Cased Hole Dynamics Tester, CHDT?),其可商购于 Schlumberger 技术公司(参见:www.sib.com)。
[0024]电缆增产工具100.1、100.2、100.3可以提供有流体源128用于将流体注入到由封隔器110.1,110.2,110.3隔离的层段中。流体可以注入到层段112.1,112.2,112.3中且进入到射孔111和周围地层122中的裂缝129中。
[0025]电缆增产工具100.1、100.2、100.3或其它井下测量装置可被提供用于在增产操作之前、期间或之后测量不同的井下参数。电缆增产工具100.1U00.2、100.3可例如设有一个或多个测量器130用于测量井下参数，例如压力、温度以及流动速率。电缆增产工具也可设有用于成像、取岩芯(coring)、以及根据需要用于执行其它测试的装置。
[0026]在操作中，电缆增产工具100.1,100.2、110.3可以用于执行不同的测试。测试可以从大约20分钟到大约1.5小时或高至10或更多小时，这取决于例如执行的注入循环的数量、储层的渗透率以及注入流体的量。对于页岩应用，测试时间可以例如从大约1.5小时到大约4小时。一旦获得数据，可以对封隔器放气或释放封隔器，且将电缆增产工具移动到另一个测试层段。[0027]压力测量
[0028]图2是示出了用于由电缆增产工具(例如在图1.1-1.3中描述的那些)执行的测试的泵送序列的图200。图200描述了测试操作期间的压力P (左侧y-轴)和泵送速率R(右侧y-轴)相对于时间t(x-轴)的变化。线220描述了测试操作期间的泵出模块的泵送速率。线222描述了在层段中(例如，在图1.1中的封隔器之间)由压力测量器(例如，石英测量器)测量的压力。线224描述了由另一个压力测量器、例如封隔器中的传感器测量的压力。
[0029]在时间零点(tj处，一旦正确地定位电缆增产工具，将要测试的层段通过膨胀或设定封隔器形成封隔器密封进行隔离，如图1.1-1.3所示。一旦设定且与井眼密封，可以在压力下将处理流体注入到层段中且迫使其进入周围地层中。
[0030]在时间tl处，接通泵出模块且泵开始泵送。流体注入到层段中直到层段中的压力开始增加。然后可以观察随后的压力下降，用以检查封隔器密封的质量。如果密封不令人满意，可以进一步对封隔器增压或重置。
[0031]当更多的流体泵送到层段中时，如线222和224所示压力增加且如线220所示泵送速率减慢。在这个初始阶段期间的线222的初始部分的斜率由线226描述。可以将流体再次注入到层段中，直至开始生成张拉裂缝，以执行液压压裂循环。线222在时间t2处的注入点228偏离线226。注入点228是层段中的压力已经增加到足以压入到地层中且增加周围的地层中的裂缝的那个点。
[0032]在注入点228之后，线222变平，直到在时间t3和点230处发生破裂。破裂点230被认为是克服了最小应力、岩石损坏且产生裂缝的那个点。在某一压力下，流体将最终毁坏岩石且将裂缝延伸用以接收额外的流体。裂缝生成可通过破裂或由压力平台进行识别。
[0033]裂缝可以通过在将泵停止(关井)之前注入某一体积的流体进行扩展。一旦泵已经停止，这个点232被称为瞬时关井压力(instantaneous shut in pressure, ISIP)。线222继续平坦，直到在时间t4的ISIP点232处发生关井。图2表明了什么时候在点228处开始生成裂缝(其由线222的压力斜率的改变来表示)，什么时候在点230处最终发生破裂、以及在瞬间ISIP点232处发生什么(当泵送停止时其被记录)。
[0034]在时间〖4处，关闭泵且泵送速率下降到零。由测量器测量的压力继续读取“下降(fall off) ”压力，直到在时间t5处到达闭合点234。线234示出测量的闭合压力为5258psi (371.45Kg/cm)。为了确定注入到地层中的体积，可以假设只要裂缝开口，则流体便进入裂缝。因此，通过计算从超过在时间t5处的闭合压力至14处关井的时间期间泵送的流体，可以确定总注入流体的估计值。
[0035]一系列上述注入/压降循环可以跟随，以重新开启、进一步传播以及关闭裂缝，用以检查测试的可重复性且可能改变注入参数(流动速率和注入体积)。诸如图3的应力测试的应力测试可以包括任意数目的循环，例如从大约2到大约5个上述的循环。
[0036]虽然图2中的闭合点234提供了一种闭合的测量，但是闭合还可以由其它方法确定。例如，闭合可以使用关井时间的平方根获得，其中闭合被确定为这样的压力:在该压力下，压力下降偏离对关井时间的平方根的线性(直接)依赖性。在一些情况下，例如在具有页岩地层或其它应用(其中存在多个或不清楚的闭合点)的情况下，G-函数导数分析可以用于确定闭合。G-函数的迭加导数的特征形状可以有助于确定原生裂缝闭合与否。[0037]裂缝闭合
[0038]图3.1是描述G函数迭加导数分析的图300。这个分析可以基于例如图2中描述的压力测试。这个图300描述了应力测试，其画出了压力P(左侧y-轴)与导数δ (右侧y-轴)相对于时间G(x-轴)变化。线338描述了压降期间压力相对时间的变化。线340示出了导数dP/dG相对于时间的变化，线342描述了迭加导数GdP/dG相对于时间的变化。G函数分析可以使用例如SPE107877中描述的技术执行，其已在前文引入本文中。
[0039]斜率线344使用倾斜斜率的最佳拟合分析沿着从GO延伸的线342的初始线性部分进行描绘。线342从斜率线344的偏离点346被定义为裂缝闭合点346。裂缝闭合点346还可以通过确定在时间Gl导数线340开始下降的点进行确认。
[0040]使用这个应力测试程序，裂缝闭合压力可以在例如在页岩井中的单个井内具有多个点的情况下确定。这些点可以包括在初级开采目标、以及对裂缝生长可以起到阻挡作用的岩石两者之内的层段。进一步地，可以运行地层成像工具，用以识别井眼壁中的原有裂缝和缺陷。一旦探测到，则可以避免这些特征，以确保被测试层段的隔离，例如通过避免流体绕过封隔器流动。
[0041]传导率
[0042]可以使用图2所示的相同的应力测试注入以及使用图3.1中确定的闭合压力来执行闭合后分析，用以确定传导率。闭合后分析可以在例如页岩的非常规的井眼中使用封隔器注入技术，其中，在井内可以探测到原处的多个应力值。具有充足的关井时间的话，可以达到拟径向流动型态(pseudo radial flow regime),其允许使用闭合后分析,例如使用Gulrajani 和 Nolte 的“Reservoir Stimulation”，vol.3, ch.9, pp.56-58(2000)中概述的技术，其整个内容在此以参考的形式引用其全部内容。
[0043]使用涉及拟径向流动的闭合后分析，迟时间(late-time)压力下降发展成为拟径向流动，其允许使用改进的Horner或如图3.2所示的小型压降事后(post)闭合分析来确定传导率。图3.2示出描述流动型态识别(FLID)图的图345，其可以用于识别或核实特殊的(线性的或径向的)流动型态的存在。该FLID图描述了线性相干性变量(左侧y_轴)和径向相干性变量(右侧—I轴)相对于时间t (x-轴)的变化。点347定义了描述使用常规的技术由图2的压力图产生的线性流动的曲线，点349定义了描述使用常规的技术由图2的压力图产生的径向流动的曲线。
[0044]点347和349限定出临近图的左侧y_轴的共同竖直部分。可以计算这个竖直部分中的每一个点的平均截距且将其用作储层压力的合理的估计。曲线的斜率，结合注入体积和泵送时间(如果地层被压裂，则使用闭合时间)，可以用于确定传导率。
[0045]该FLID图提供了归一化的压力截距-斜率比率相对于时间数据的变化，使得产生相对于无量刚的时间函数(“FLID”变量)的斜率(导数)。这个图可以使用下述的方程
(I)且画出它们相应的比率，由线性-径向截距和每一个分段部分的压力响应的斜率来产生。对于线性或者径向情况的这个比率的恒定性可以显示出良好定义的线性或径向流动期间。例如，在美国专利号6076046中提供用于产生FLID图的技术和相关的分析，其已在前文引入本文中。
[0046]闭合后径向流动是注入体积、储层压力P、地层传导率、以及闭合时间的函数。它们的关系在下述使用径向流动时间函数FR的方程中提供:[0047]p (t) -pr=mr*FE (t, tc)⑴
[0048]其中t。是在时间零点t设定为泵送的开始时的闭合时间，pr是初始储层压力，mr在用于常规测试时在功能上等价于Horner斜率；以及
【权利要求】
1.一种对被井眼穿入的地下地层执行增产操作的方法，所述方法包括: 在向井眼的隔离层段注入流体的注入期间收集井眼的隔离层段的压力测量结果； 基于所述压力测量结果产生裂缝闭合； 基于所述裂缝闭合和所述注入期间的所述隔离层段的小型压降测试产生传导率； 由所述隔离层段周围的所述地下地层的图像获得裂缝几何特征；以及 由所述传导率和所述裂缝几何特征产生系统渗透率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述收集包括:由所述压力测量结果产生压力曲线且由此产生注入压力、破裂压力、瞬时关井压力以及闭合压力。
3.根据 权利要求1所述的方法，其中，所述产生裂缝闭合包括:基于所述压力测量结果执行小型应力测试。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述产生裂缝闭合包括:产生G-函数导数曲线；以及从G-函数导数曲线倾斜的斜率来确定偏离点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得裂缝几何特征包括:对所述地下地层进行成像；以及测量通过成像产生的图像中的裂缝的裂缝几何特征。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获得裂缝几何特征包括:获得所述地下地层的岩芯样品；以及由此产生基质渗透率。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述获得裂缝几何特征包括:从所述地下地层取得岩芯样品。
8.根据权利要求2所述的方法，进一步包括:基于所述系统渗透率和所述基质渗透率产生裂缝尺寸。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产生传导率包括:由所述压力测量结果产生径向和线性流动的流动型态识别曲线；以及确定所述流动型态识别曲线的径向和线性流动曲线的竖直部分的斜率。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:基于所述系统渗透率和基质渗透率产生裂缝尺寸。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:对所述井眼的壁进行射孔。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:将电缆增产工具布置到所述井眼中；以及通过在所述井眼的一部分附近膨胀电缆增产工具的至少一个封隔器来限定所述井眼的隔离层段。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:将流体注入到所述隔离层段中。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，注入到隔离层段中的流体的注入体积在100ml与400ml之间。
15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:控制所述隔离层段中的压力。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述收集包括:使用至少一个压力测量器测量所述隔离层段中的压力。
17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:执行声波测井。
18.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:在所述隔离层段处重复所述方法。
19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:对另一个隔离层段重复所述方法。
20.一种对被井眼穿入的地下地层执行增产操作的方法，所述方法包括:将电缆增产工具布置到所述井眼中； 通过在所述井眼的一部分附近膨胀电缆增产工具的至少一个封隔器来限定所述井眼的隔离层段； 采用所述电缆增产工具将流体注入到所述井眼的隔离层段中； 采用所述电缆增产工具在所述层段中执行压力测量； 基于压力测量结果产生裂缝闭合； 基于所述裂缝闭合和所述 注入期间的所述隔离层段的小型压降测试产生传导率； 由所述隔离层段周围的所述地下地层的图像获得裂缝几何特征；以及 由所述传导率和所述裂缝几何特征产生系统渗透率。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括:对所述井眼的壁进行射孔。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述获得裂缝几何特征包括:对所述井眼成像。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述获得裂缝几何特征包括:从所述地下地层取得岩芯样品。
24.根据权利要求20所述的方法，进一步包括:将所述电缆增产工具移动到另一个位置且重复所述方法。
25.—种对被井眼穿入的地下地层执行增产操作的方法，所述方法包括: 将电缆增产工具布置到所述井眼中； 通过在所述井眼的一部分附近膨胀电缆增产工具的至少一个封隔器来限定所述井眼的隔离层段； 采用所述电缆增产工具将流体注入到所述井眼的隔离层段中； 采用所述电缆增产工具在所述层段中执行压力测量； 基于压力测量结果产生裂缝闭合； 基于所述裂缝闭合和所述注入期间的所述隔离层段的小型压降测试产生传导率； 对所述层段周围的所述地下地层成像以及通过由此产生的图像产生裂缝几何特征； 从所述地下地层获取岩芯样品以及由此产生基质渗透率； 由所述传导率产生系统渗透率；以及 基于所述系统渗透率和所述基质渗透率产生裂缝尺寸。
【文档编号】E21B49/00GK103649463SQ201280034330
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年7月11日 优先权日:2011年7月11日
【发明者】K·武特里奇, K·J·沃克, W·索耶, B·阿贾伊 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司