采用钻井声波信号实时地对钻头进行地质导向的方法技术

本发明专利技术公开了在横向油井中的油层内对钻头进行导向的设备、方法和程序产品。该方法包括从井下处理器组件接收声波特征数据。该声波特征数据包括根据声波信号估计出的振幅谱和一个或多个声波特性，该声波信号由安置于钻头附近的传感器提供并且作为钻井过程中钻头与横向井内所遇岩层的旋转接触的结果而实时产生。该方法还包括将所接收到的实时声波特征数据与针对多个岩层样本确定的预定声波特征进行比较，基于比较结果鉴定钻头所遇岩层的岩性类型。此外，该方法包括基于所鉴定的岩层的岩性类型在预定方向上实时地对钻头进行导向以将钻头维持在横向井的油层内。

Method of geologic guidance of bit in real time by using acoustic wave signal of drilling

The present invention discloses an apparatus, a method, and a program product for guiding a bit in an oil layer in a horizontal well. The method includes receiving acoustic characteristic data from the downhole processor assembly. The acoustic characteristics of acoustic signals according to the amplitude data including the estimated spectrum and one or more acoustic characteristics, the acoustic signal from the sensor is arranged on the bit near and rotating contact as drilling process and horizontal wells in strata as a result of the real time. The method also includes comparing the received real-time acoustic wave characteristics data with the predetermined acoustic characteristics determined for a plurality of rock samples, and identifying the lithological types of the rock encountered by the drill based on the comparison results. In addition, the method includes guiding the bit in real-time in a predetermined direction based on the lithological type of the identified rock layer to maintain the drill bit in the reservoir of the transverse well.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采用钻井声波信号实时地对钻头进行地质导向的方法专利技术人：YunlaiYang
本专利技术的实施例一般来说涉及油气开采，更具体地说涉及利用测井和测量技术的钻井操作，用于通过采用钻头钻入岩层产生的声波信号来在横向井中的产油层内对钻头进行导向。
技术介绍
为了增加油井的油/气产量，一个有效的方法是在石油储层内以大致横向的轨迹进行钻井(例如，水平井或横向井)以增加储层内的引流面积。从而，需要在水平或横向钻井过程中将钻头维持在目标储层的地层或油层内。如果已准确地知道油层的空间几何结构和分布，则容易在横向钻井过程中将钻头维持在油层内。但是，这种情况比较少见。通常从地震勘测、邻井(offsetwells)、以及当地的地层信息所得出的钻井前的油层的几何结构和分布具有明显误差。因此，如果仅采用预定的油层的几何结构和分布来引导钻头穿过采油层，那么很难在横向井内获得好的接触(即，油层内横向部分的高度部分)，这种情况在产油层较薄时尤其明显。为了实现在油层内更好的接触，可以采用地质导向。传统上，已在钻井过程中采用了地质导向来确定相对于油层和其周围岩层(例如，上覆盖层、下层和横向层)之间的边界的钻头或钻柱的位置。此钻头的相对位置被用于对油层内的钻头进行导向，以在横向井的油层内产生与其具有最大程度接触的横向部分。例如，在钻井过程中测量岩层属性可以为操作者提供在期望油气浓度方向上对钻头进行导向的能力。这些类型的系统通常采用位于钻柱内部或附近处的声波传感器来传输与遇到井下岩层地层(例如，上覆盖层、下层和横向层)的钻头相关的声波信号。声波传感器数据可以被传输至钻井时测量(MWD)或钻井时测井(LWD)工具，所述工具的任意一个都将数据通过钻柱内走线的电缆传输至表面的MWD/LWD工具、或通过钻孔声波遥测系统经过钻柱或附近的地层来传输声波信号。每种方法均存在缺陷。电缆技术虽然提供了较高的数据率，但同时此技术也需要连接至MWD/LWD工具的电缆，该电缆必须与MWD/LWD工具同时部署。声波遥感方法虽然实施起来最为便宜，但其对数据率有限制，并且因此不能支持原始数据的传输，而需要某些形式的有损数据缩减。许多常见的MWD/LWD地质导向工具(其中一些被配置为具有允许提供原始数据所足够的比特率能力)仅提供在钻头后方的用于对钻头进行导向的描述了所接触岩层的数据。例如，如图1所示，常见地质导向系统的测量传感器101位于钻头102后方的数十英尺(例如，30至50英尺)处。因此，油层103与上覆盖层岩层104之间的边界(即，上边界)、以及油层103与下层岩层105之间的边界(即，下边界)的位置均在钻头102后方的测量传感器101的位置处确定。通过将钻柱106保持在油层103的上边界104与下边界105之间的中部或某个位置中的传感器位置101处，从而在油层103内引导或将钻头102维持在油层103内。由于测量传感器101位于钻头102后方，如图1所示，常见的地质导向系统不能立即通知操作者钻头102已经离开油层103。因此，这些工具并非实时工具。在其他常见的地质导向系统中，钻井工具在水平或横向钻井过程中采用电阻或声波测量来引导钻头。当采用电阻测量时，采用反演技术来根据地质模型计算出上边界和下边界。地质模型可以包括预定的环绕层、预定的油层和环绕层的电阻率、以及假定的油层和环绕层的厚度。在反演计算中，可以根据预定的地质模型计算得到预计工具响应。可以计算出预计工具响应和实测工具响应之间的差异。如果此差异小于预选阈值，则假定的油层和环绕层的厚度被视为“正确”的，从而得到上边界和下边界。因此，在此过程中，搜索不同的层厚度组合，直至找到正确的组合为止。由于源自反演技术，因此答案并非唯一(即，具有不同电阻率的油层和环绕层的不同厚度组合可以导致相同或相似的电阻率模式)。因此，对于相同的测量的电阻率模式，可以确定出不同的上边界和下边界。当采用声波测量时，可以根据反射声波的传播时间以及地层岩层中的声速计算出上边界和下边界。地层岩层中的声速可以原位测量或在钻井之前确定。因此，上述常见的地质导向系统限于在位于钻头后方几十英尺的测量传感器的位置处得到用于对钻头进行导向的地层。因此，有可能尽管测量传感器的位置在油层内，而钻头也能钻出油层。当确定钻头在测量传感器的位置处跟随了错误的路径时，可能已经钻出油层的横向部分一段明显的长度。当此情况发生时，可能需要将钻头调回油层显著的距离，导致油井的横向部分存在一些非生产部分，从而降低了油气生产的生产率。如上描述，常用的地质导向系统还受采用电阻率技术而产生非唯一解的限制，从而降低了油气生产的生产率。一些新型的地质导向系统采用由位于钻管内的加固钢缆保护的专用电子单元和分段宽带电缆来提供高速通信能力。这种地质导向系统已用于常见的LWD工具中来增加测井信息的分辨率。但是，这种地质导向系统需要提供分段电缆，从而每一段连接至每个独立钻管尾端的感应线圈，并且必须可以承受在连接/运行钻管段时遇到的外力和环境。其他更新型的地质导向系统试图在仍然采用常见的钻孔遥测系统(即具有相对较慢的比特率)的同时提供至少近实时的用于对钻头进行导向的数据。例如，这些地质导向系统可以包括井内处理器，该井内处理器被配置为通过对钻头在钻井过程中产生的声能和预定的通过旋转与已知岩层类型接触的钻头所产生的钻头特性进行比较，从而提供声波数据的井内原位处理，以解释钻头所遇到的岩层的岩性(lithology)属性。此通过比较而解释出的岩性属性随后通过常见的钻孔遥测系统传输至表面。虽然提供缩减形式的数据仅对比特率速度有要求，但这些常见的地质导向系统不能提供能用于进一步分析的实时原始数据。几乎不可能建立额外的解释模型或修改任何由此类型的井内处理器产生的解释模型。此外，它们还需要额外的和潜在的必须处于钻头和钻井机之间的昂贵硬件。为了提高在钻井过程中钻头穿过横向井的油层的接触以提高油气生产过程的生产率，需要一种设备、计算机程序、和方法以实时地对穿过油层的钻头进行导向。并且，所需的方法包括：采用/安装具有声波传感器的设备，此声波传感器的位置邻近于钻头(即，在钻头前部的附近)以在钻井操作中检测钻井声波；采用/安装井内计算机/处理器，以将其定位来接收声波传感器数据和处理原始声波传感器数据，以确定所钻岩层的声波特性；采用/安装遥测系统，以将声波特征数据推送给表面计算机；以及采用/安装计算机/处理器，以将其定位来接收声波特性数据，以得到岩层类型、评估岩层属性(例如，作为非限制性示例的岩性类型或其他岩层物理属性)、并且基于所得岩层类型和属性产生指令以实时地引导钻头穿过油层。
技术实现思路
本专利技术的实施例针对在石油和天然气工业中用于油井生产的实时引导钻头穿过纵向和横向油层的设备、计算机程序产品、和方法。特别地，根据本专利技术的实施例，提供了用于在横向井中的油层内对钻头进行导向的设备。该设备包括:钻头，被配置为在横向油井内钻穿所遇岩层；安置于钻头附近的传感器，被配置为实时接收表明钻头所遇岩层的声波特征的声波特征数据。该设备还包括处理器，被配置为将实时接收到的表明钻头所遇岩层的声波特征的声波特征数据与针对多个岩层样本确定的预定声波特征进行对比。该处理器进一步被配置为基于上述比较结果鉴定钻头所遇岩层的岩性类型，并且基于所鉴定的岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在横向油井中的油层内对钻头进行导向的方法，所述方法包括步骤：从井下处理器组件接收声波特征数据，其中所述声波特征数据包括根据声波信号估计出的振幅谱和一个或多个声波特性，所述声波信号由安置于所述钻头附近的传感器提供并且作为钻井过程中所述钻头与在横向井中所遇岩层的旋转接触的结果而实时产生；将所接收到的实时的声波特征数据与针对多个岩层样本确定的预定声波特征进行比较；基于比较结果鉴定所述钻头所遇岩层的岩性类型；以及基于所鉴定的所述岩层的所述岩性类型，在预定方向上实时地对所述钻头进行导向，以将所述钻头维持在所述横向井的所述油层内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.15 US 61/559,769;2012.08.29 US 61/694,5761.一种在横向油井中的油层内对钻头进行导向的方法，所述方法包括步骤：从井下处理器组件接收声波特征数据，其中所述声波特征数据包括根据声波信号估计出的振幅谱和一个或多个声波特性，所述声波信号由安置于所述钻头附近的传感器提供并且作为钻井过程中所述钻头与在横向井中所遇岩层的旋转接触的结果而实时产生；将所接收到的实时的声波特征数据与针对多个岩层样本确定的预定声波特征进行比较；基于比较结果鉴定所述钻头所遇岩层的岩性类型；以及基于所鉴定的所述岩层的所述岩性类型，在预定方向上实时地对所述钻头进行导向，以将所述钻头维持在所述横向井的所述油层内。2.如权利要求1所述的方法，还包括:通过在开钻横向井的纵向部分时进行测井或通过从邻井或数据库获得所述预定声波特征来确定针对所述多个岩层样本的所述预定声波特征，其中所述多个岩层样本包括所遇岩层的盖岩层、油层、基岩层、以及边坡。3.如权利要求1所述的方法，还包括:确定钻井过程中所遇岩层的所述油层的地层边界的位置，其中所述地层边界包括所遇岩层的上边界和下边界中的一个，其中上边界为盖岩层与所述油层之间的边界，而下边界为所述油层与基岩层或边坡之间的边界。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述比较步骤包括将所遇岩层的声波特征与所遇岩层的盖岩层、油层、基岩层、以及边坡的预定声波特征进行比较。5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述鉴定步骤包括基于所述比较来确定所遇岩层的岩性为所遇岩层的盖岩层、油层、基岩层、或边坡中的一种。6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述导向步骤包括在所述油层的中间深度处沿预定路径使钻头横向钻穿所遇岩层。7.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述导向步骤包括持续地从所述井下处理器组件接收声波特征数据，将接收到的实时的声波特征数据与针对多个岩层样本确定的预定声波特征进行比较，并基于所述比较结果实时地鉴定所述钻头所遇岩层的岩性种类。8.如权利要求6所述的方法，其中所述导向步骤还包括沿所述预定路径引导所述钻头穿过所遇岩层，直到所述钻头到达所遇岩层的油层的中间或预定位置为止。9.如权利要求8所述的方法，其中所述导向步骤还包括当所述钻头到达所述油层的中间或预定位置时，若所遇岩层的油层的地层边界是未知的，则在横向方向上对所述钻头进行导向以使其穿过所遇岩层的所述油层。10.如权利要求8所述的方法，其中所述导向步骤还包括当所述钻头到达所述油层的中间或预定位置时，在与所遇岩层的所述油层的已知地层边界平行的方向上对所述钻头进行导向。11.如权利要求7所述的方法，其中所述导向步骤还包括沿所述预定路径引导...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·杨，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA