專利名稱：用于地層的特征化、導(dǎo)航鉆探路徑以及在地下鉆井中布置井的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在地下井眼中鉆探和測量的領(lǐng)域，更具體地涉及用于特征化目標(biāo)地層和用于例如在定向鉆井期間準(zhǔn)確地布置井的方法。
背景技術(shù)：
定向鉆井以及隨鉆測井(LWD)和隨鉆測量(MWD)的出現(xiàn)大大地改進(jìn)了用于生產(chǎn)碳 氫化合物資源的井的定位和布置。定向鉆井涉及為了各種目的沿著偏離的路線鉆井，包括在特定的目標(biāo)區(qū)域中降至最低點(diǎn)。定向鉆井用于例如在產(chǎn)油地層床(或“產(chǎn)油區(qū)”)中獲得適當(dāng)?shù)木圮壽E，并接著基本上在產(chǎn)油區(qū)內(nèi)鉆探。水平地鉆出的井可極大地增加在產(chǎn)油區(qū)中的井眼體積，伴隨著油產(chǎn)量的增加。LffD通常是指使用位于鉆頭緊鄰上方的鉆鋌中的儀器來測量地層性能。在孔被切削出之后不久、在它被連續(xù)鉆井或取巖心操作不利地影響之前進(jìn)行測量。由于鉆井和測量之間的較短時(shí)間，向井眼壁中的流體入侵相對于電纜測井也減小了。LWD和MWD有時(shí)區(qū)別在于LWD數(shù)據(jù)被記錄在存儲器中并在工具到達(dá)地面時(shí)被下載，而MWD數(shù)據(jù)被發(fā)送到地面(例如，通過泥漿脈沖或有線鉆桿)并被實(shí)時(shí)地監(jiān)測。然而，術(shù)語“LWD”也更一般地用于涵蓋LWD和MWD，并將在這里以這種方式使用，除非另外指出。在定向鉆井計(jì)劃作出之前，鉆井隊(duì)常常有本地地層的地質(zhì)屬性的相當(dāng)多的先驗(yàn)知識。最初的知識可例如從本地中的勘測井和/或生產(chǎn)井得到。地震勘測由于其能夠很遠(yuǎn)地探測到地層中的能力而在定位地層中的井路徑時(shí)被普遍使用。然而，地震勘測通常不能夠提供期望的分辨率和精確度以充分特征化目標(biāo)地層并預(yù)測有利地布置井的位置。常常使用電磁(EM)工具進(jìn)行其它測量例如電阻率測量。一些EM測井工具使用傳播技術(shù)來測量地層的電阻率。傳播工具測量地層中的EM信號的幅度、相移和衰減以確定地層的電阻率，這些可能是地層特征化的重要方面。在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國專利6，188，222中公開了提供相對深的讀數(shù)的電阻率工具?？梢允荓WD工具陣列的一部分的這個(gè)工具包括在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對長的間隔，并可用于確定地層電阻率和獲得用于在定向鉆井過程中確定井位置的地層邊界的表示。在LWD工具——其中一些在下文中被概述——中的隨后發(fā)展提高了受控的定向鉆井的精確度并便于井布置。然而，仍然存在改進(jìn)這些功能和目標(biāo)地層及它們的儲層的特征化的很大余地，目標(biāo)正是實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一種形式，公開了一種用于引導(dǎo)目標(biāo)地層中的井眼鉆探的方法，所述方法包括下列步驟提供具有井底組件的鉆井設(shè)備，所述井底組件包括可控的定向鉆井子系統(tǒng)以及具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向測量工具；確定所述目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在；以及使用所述鉆井設(shè)備在所述目標(biāo)地層中對鉆井路徑進(jìn)行導(dǎo)航，包括從所述定向測量工具接收測量信號，從接收到的測量信號獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的代表物，以及控制所述定向鉆井子系統(tǒng)，以便沿根據(jù)獲得的地層參數(shù)的代表物確定的方向鉆井。在本發(fā)明的這個(gè)形式的一個(gè)實(shí)施例中，提供隨鉆測井定向測量工具的步驟包括提供具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具。在該實(shí)施例中，環(huán)視能力高達(dá)大約100英尺，而前視能力高達(dá)大約60英尺。在本發(fā)明的所述形式的一個(gè)實(shí)施例中，確定目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在的步驟包括在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫；提供所述目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)；以及比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述知識庫中的模型，以便選擇地層特征模型，所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類型的地層特征從選定的地層特征模型導(dǎo)出。在本實(shí)施例中，在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫的步驟包括存儲包括多組地層幾何結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)的模型。此外，在本實(shí)施例中，地 層參數(shù)包括鉆頭相對于目標(biāo)地層中的所述地層特征的空間關(guān)系，或包括鉆頭相對于目標(biāo)地層中的所述地層特征的選定邊界的空間關(guān)系。預(yù)定類型的地層特征包括從一組中選擇的多個(gè)典型特征，該組包括但不限于地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。根據(jù)本發(fā)明的另一形式，提供了一種用于動(dòng)態(tài)地特征化目標(biāo)地層的方法，所述方法包括下列步驟提供具有井底組件的鉆井設(shè)備，所述井底組件包括可控的定向鉆井子系統(tǒng)和具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具；確定目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在；以及使用所述鉆井設(shè)備在所述目標(biāo)地層中鉆井，從所述定向測量工具接收測量信號，以及基于接收到的測量信號進(jìn)一步特征化所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類型的地層特征。在本發(fā)明的這種形式的一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)一步特征化目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的步驟包括進(jìn)一步特征化目標(biāo)地層中的地層幾何結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的又一形式，提供了一種用于在目標(biāo)地層中產(chǎn)生井眼鉆探計(jì)劃的方法，所述方法包括下列步驟提供存儲器；在所述存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫；提供所述目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)；比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述知識庫中的模型，且基于所述比較選擇模型；以及根據(jù)選定的模型導(dǎo)出井眼鉆探計(jì)劃。在本發(fā)明的這個(gè)形式的一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)出井眼鉆探計(jì)劃的所述步驟包括根據(jù)選定的模型和所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出繪圖。在該實(shí)施例中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括反演所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)，以及比較所述反演的結(jié)果與所述模型。在另一個(gè)實(shí)施例中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括正演模擬所述多組地層參數(shù)，以及比較所述正演模擬的結(jié)果與所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)。當(dāng)結(jié)合附圖理解時(shí)從下面的詳細(xì)描述中，將使本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)變得更明顯。


圖I是一種類型的井場系統(tǒng)的一個(gè)例子的部分成方框形式的示圖，本發(fā)明可結(jié)合該井場系統(tǒng)而被實(shí)踐。圖2是隨鉆測量電阻率測井裝置的簡化圖。圖3是具有環(huán)視能力的另一隨鉆測量電阻率測井裝置的簡化圖。圖4是具有環(huán)視和前視能力的另一隨鉆測量電阻率測井裝置的簡化圖。圖5是用于實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施方式的用于控制處理器的例程的流程圖。圖6是由圖5的例程的方框510表示的用于編譯在知識庫中的代表示例性地層特征模型的表示的例程的流程圖。圖7是由圖5的例程的方框530表示的用于選擇地層特征模型并使地層特征模型生效的例程的流程圖。 圖8A示出涉及在高傾角儲層中的井底的模型或情況。圖8B示出涉及在儲層尖滅地層中的導(dǎo)航的模型或情況。圖8C示出涉及高傾角底部地層中的儲層中的停留的模型或情況。圖8D示出涉及用于穿過剩余油囊的導(dǎo)航的模型或情況。圖SE示出涉及在具有頁巖空缺區(qū)的儲層中的導(dǎo)航的模型或情況。圖8F示出涉及在砂注入翼中的導(dǎo)航的模型或情況。圖SG示出涉及探測和導(dǎo)航儲層異態(tài)和指狀變化的模型或情況。圖8H示出涉及底部頁巖不規(guī)則性的探測和描繪的模型或情況。圖81示出涉及相對于不整合面導(dǎo)航的模型或情況。圖8J示出涉及在脊的頂部處導(dǎo)航的模型或情況。圖8K示出涉及在水平井中的頁巖脈理探測和避開頁巖的導(dǎo)航的模型或情況。圖8L示出涉及在水平產(chǎn)油油井儲層中的水錐的監(jiān)測的模型或情況。圖SM示出涉及地質(zhì)導(dǎo)向、找到并地質(zhì)導(dǎo)向到斷裂區(qū)中以及相對于斷裂區(qū)的方位的斷裂區(qū)鉆井的優(yōu)化的模型或情況。圖8N示出涉及在井眼周圍的異質(zhì)的探測和描繪的模型或情況。圖9A示出涉及在進(jìn)入儲層之前在垂直井中的地質(zhì)停止的模型或情況。圖9B示出涉及為了最佳地取巖心而在垂直井中的地質(zhì)停止的模型或情況。圖9C示出涉及探測在垂直井中的鉆頭前面的儲層之上的前兆物質(zhì)層的模型或情況。圖9D示出涉及探測在垂直井中的鉆頭前面的儲層厚度的模型或情況。圖9E示出涉及在垂直井中的油水接觸面(OWC)之前的地質(zhì)停止的模型或情況。圖9F示出涉及在垂直井中的流體接觸面的遠(yuǎn)程探測的模型或情況。圖9G示出涉及在垂直井中的堆放的砂子中的流體接觸的遠(yuǎn)程探測的模型或情況。圖9H示出涉及在垂直井中的砂注入特征化的模型或情況。圖IOA示出涉及頂部鹽沼探測的模型或情況。圖IOB示出涉及底部鹽沼探測的模型或情況。圖IOC示出涉及鹽沼內(nèi)含物探測的模型或情況。圖IOD示出涉及鄰近頁巖和產(chǎn)油區(qū)的鹽丘輪廓確定的模型或情況。
圖IOE示出涉及在鹽丘外部的導(dǎo)航的模型或情況。圖IOF示出涉及在鹽丘內(nèi)部的導(dǎo)航的模型或情況。圖IOG示出涉及在儲層之上的鹽沼區(qū)域的底部處的井底的模型或情況。圖IOH示出涉及用于進(jìn)入并停留在鹽沼中的碳酸鹽層內(nèi)的地質(zhì)導(dǎo)向的模型或情況。圖IlA示出涉及在鉆頭處的斷層垂直位移探測的模型或情況。圖IlB示出涉及斷層特征化的模型或情況。圖IlC示出涉及在具有斷層的地層中的多個(gè)OWC描繪的模型或情況。
圖IlD示出涉及斷層導(dǎo)向以避免水流入的模型或情況。圖IlE示出涉及在斷層之間的分隔空間的識別和描繪的模型或情況。圖IlF示出涉及在鉆頭前面的層傾角的探測的模型或情況。圖12A示出涉及在鉆頭前面的焦油層探測的模型或情況。圖12B示出涉及在鹽沼下面的焦油層探測的模型或情況。圖12C示出涉及填充有焦油的斷層的探測的模型或情況。圖13A示出涉及在河床砂區(qū)域之間的跳變的模型或情況。圖13B示出涉及河床砂描繪和導(dǎo)向的模型或情況。圖13C示出涉及在鉆頭前面的河床砂導(dǎo)向的模型或情況。圖14A示出涉及當(dāng)穿過上頁巖部分鉆探時(shí)深的體電阻率的測量的模型或情況。圖14B示出涉及在低滲透性儲層中的深入侵描繪的模型或情況。圖14C示出涉及裂縫特征化的模型或情況。圖14D示出涉及在鉆頭前面或在井底組件周圍的流體損失的探測和監(jiān)測的模型或情況。圖14E示出涉及在鉆頭前面的孔隙壓力預(yù)測和壓力區(qū)探測的模型或情況。圖14F示出涉及在鉆頭前面的巖性的探測的模型或情況。圖14G示出涉及套管探測和攔截的模型或情況。
具體實(shí)施例方式圖I示出了井場系統(tǒng)，結(jié)合該井場系統(tǒng)可實(shí)踐本發(fā)明。井場可以是在陸地上的或海上的。在這個(gè)示例性系統(tǒng)中，井眼11通過旋轉(zhuǎn)定向鉆井在地表下的地層30中形成。鉆柱12懸掛在井眼11內(nèi)，并具有井底組件100，該井底組件100在其下端處包括鉆頭105。地面系統(tǒng)包括位于井眼11上方的平臺和井架組件10，組件10包括轉(zhuǎn)盤16、方鉆桿17、鉤18和旋轉(zhuǎn)接頭19。鉆柱12通過由未示出的裝置供給能量的轉(zhuǎn)盤16旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤16在鉆柱的上端處嚙合方鉆桿17。鉆柱12通過方鉆桿17和旋轉(zhuǎn)接頭19從連接到游動(dòng)滑車(也未示出)的鉤18懸掛，旋轉(zhuǎn)接頭19允許鉆柱相對于鉤旋轉(zhuǎn)。如所公知的，可以可選地使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在本實(shí)施方式的例子中，地面系統(tǒng)還包括貯存在形成于井場處的坑27中的鉆井液或泥漿26。泵29經(jīng)由接頭19中的端口將鉆井液26輸送到鉆柱12的內(nèi)部，使鉆井液通過鉆柱12向下流動(dòng)，如方向箭頭8所示。鉆井液經(jīng)由鉆頭105中的端口從鉆柱12出來，并接著通過鉆柱的外側(cè)和井眼的壁之間的環(huán)形區(qū)域向上循環(huán)，如方向箭頭9所示。以這種公知的方式，鉆井液使鉆頭15潤滑，并在它返回到坑27以用于再次循環(huán)時(shí)將地層巖屑載送到地面。如在本領(lǐng)域中已知的，可在井場周圍設(shè)置傳感器以收集、優(yōu)選實(shí)時(shí)地收集關(guān)于井場的操作以及井場處的條件的數(shù)據(jù)。例如，這樣的地面?zhèn)鞲衅骺杀辉O(shè)置用來測量參數(shù)例如立管壓力、鉤負(fù)荷、深度、地面轉(zhuǎn)矩、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)及其它參數(shù)。所示實(shí)施方式的井底組件100包括接口接頭110、隨鉆測井(LWD)模塊120、隨鉆測量(MWD)模塊130、用于定向鉆井的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和電機(jī)150、以及鉆頭105。如本領(lǐng)域已知的，LWD模塊120容納在特殊類型的鉆鋌中，并可包含一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)有類型的測井工具。也可以理解，可使用多于一個(gè)的LWD模塊和/或MWD模塊。圖I的圖示不出了位于模塊150 (旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和電機(jī))的相反側(cè)的附加模塊120A和120B。如將在下文進(jìn)一步描述的，這些模塊可包含天線，所述天線是最近開發(fā)的具有環(huán)視和前視能力的LWD 定向電阻率測量工具的一部分。LWD模塊具有用于測量、處理并存儲信息以及用于與地面設(shè)備通信的能力。在本實(shí)施方式中，LWD模塊特別是包括剛剛提到的具有確定的環(huán)視和前視能力的定向電阻率測量工具，該定向電阻率測量工具進(jìn)一步在下文中被描述并在轉(zhuǎn)讓給本申請的同一受讓人的PCT國際公開文獻(xiàn)WO 2009/029517中被詳細(xì)描述。LWD模塊還可包括測量地層特征的下列類型的測井裝置中的一個(gè)或多個(gè)聲波測量裝置、核測量裝置、核磁共振測量裝置、壓力測量裝置、地震測量裝置、成像裝置和地層采樣裝置及其它裝置。如本領(lǐng)域已知的，MWD模塊130也可安置在特殊類型的鉆鋌中，并可包含用于測量鉆柱和鉆頭的特征的一個(gè)或多個(gè)裝置。MWD工具一般還可包括用于對井下系統(tǒng)產(chǎn)生電力的設(shè)備。這可一般包括由鉆井液的流動(dòng)提供動(dòng)力的泥漿渦輪發(fā)電機(jī)，應(yīng)理解，也可使用其它電力和/或電池系統(tǒng)。MWD模塊可包括下列類型的測量裝置中的一個(gè)或多個(gè)鉆壓測量裝置、轉(zhuǎn)矩測量裝置、振動(dòng)測量裝置、沖擊測量裝置、粘滑測量裝置、方向測量裝置和傾度測量裝置及其它裝置。結(jié)合本發(fā)明，使用鉆柱遙測系統(tǒng)，其在所示實(shí)施方式中包括被感應(yīng)地耦合的有線鉆桿180的系統(tǒng)，鉆桿180從地面接頭185延伸到井底組件中的接口接頭110。有線鉆桿系統(tǒng)的相對較高的帶寬和伴隨的相對較高的數(shù)據(jù)速率對在本發(fā)明的實(shí)施方式中的使用是有利的，但可以理解，本發(fā)明的實(shí)施方式也可結(jié)合任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)例如常規(guī)泥漿脈沖通信技術(shù)操作。根據(jù)包括鉆柱的長度的因素，中繼接頭或轉(zhuǎn)發(fā)器可在有線鉆桿柱中以一定間隔設(shè)置，一個(gè)例子在附圖標(biāo)記182處示出。也可設(shè)有傳感器的中繼接頭進(jìn)一步在共同未決的美國專利申請公開文獻(xiàn)2009-0173493中被描述，其轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人。接口接頭110在LWD和MWD模塊的通信電路與鉆柱遙測系統(tǒng)之間提供接口，鉆柱遙測系統(tǒng)在本實(shí)施方式的例子中包括具有感應(yīng)耦合器的有線鉆桿。也可設(shè)有傳感器的接口接頭110進(jìn)一步在所引用的共同未決的美國專利申請公布號2009-0173493中被描述。地面接頭或地面接口 185位于有線鉆柱的頂部處。當(dāng)有線鉆桿系統(tǒng)被使用時(shí)，通信鏈路在頂端的有線鉆桿和地面處理器200之間提供。如例如在美國專利7，040, 415中公開的旋轉(zhuǎn)接頭技術(shù)可用于將信號耦合到處理器。目前，無線方法是更優(yōu)選的，例如進(jìn)一步在美國專利申請公開文獻(xiàn)2007-0030167中被描述并轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人的那種類型的無線方法。如在此所述的，成地面接頭185的形式的井口接口與電子裝置35耦合，該電子裝置35隨著方鉆桿17旋轉(zhuǎn)并包括與控制單元的天線和收發(fā)機(jī)雙向地通信的收發(fā)機(jī)和天線，控制單元在本實(shí)施方式中可以是用于井口處理器系統(tǒng)200的接口。在電子裝置35和處理器系統(tǒng)200的井口接口的天線之間示意性地示出了通信鏈路175。因此，該實(shí)施方式的配置提供了從井口處理器200通過通信鏈路175到地面接頭185，再通過有線鉆桿遙測系統(tǒng)到井下接頭110和井底組件的部件的通信鏈路，且包括相反的通信鏈路，以進(jìn)行雙向操作和控制。在本實(shí)施方式的例子中，設(shè)有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向子系統(tǒng)150(圖I)，其適合于經(jīng)由鉆柱遙測系統(tǒng)進(jìn)行控制。定向鉆井涉及使井眼故意偏離它本自然行進(jìn)路徑。換句話說，定向鉆井是對鉆柱的導(dǎo)向，使得它在期望的方向上行進(jìn)。定向鉆井也能夠?qū)崿F(xiàn)穿過儲層的水平鉆探，并能夠使較長長度的井眼橫穿儲層，這增加了井的生產(chǎn)率。如在本發(fā)明的實(shí)施方式中所使用的，定向鉆井能夠相對于幾種或很多不同類型的所遇到的地層特征實(shí)現(xiàn)相對準(zhǔn)確的導(dǎo)航和井布置，這些特征使用知識庫建模來確定并 使用LWD測井輸入被改進(jìn)。現(xiàn)有的定向鉆井方法包括旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)(“RSS”)的使用。在RSS中，鉆柱從地面被旋轉(zhuǎn)，且井下裝置使鉆頭沿期望的方向鉆探。使鉆柱旋轉(zhuǎn)極大地減少了鉆柱在鉆井期間被掛住或卡住的發(fā)生。用于在地中鉆斜井眼的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)可通常被分為“指向式鉆頭”系統(tǒng)或“推靠式鉆頭”系統(tǒng)。在指向式鉆頭系統(tǒng)中，鉆頭的旋轉(zhuǎn)軸線在新孔的總體方向上從井底組件的局部軸線偏離?？赘鶕?jù)上穩(wěn)定器接觸點(diǎn)和下穩(wěn)定器接觸點(diǎn)以及鉆頭限定的常規(guī)三點(diǎn)幾何結(jié)構(gòu)延伸。與鉆頭和下穩(wěn)定器之間的有限距離關(guān)聯(lián)的鉆頭軸線的偏離角度導(dǎo)致要產(chǎn)生的曲線所需的非同線條件。存在可實(shí)現(xiàn)此點(diǎn)的很多方式，包括接近于下穩(wěn)定器的井底組件中的點(diǎn)處的固定彎曲部或分布在上穩(wěn)定器和下穩(wěn)定器之間的鉆頭驅(qū)動(dòng)軸的撓曲。在其理想化形式中，鉆頭不需要向側(cè)面切削，因?yàn)殂@頭軸線在彎曲的孔的方向上連續(xù)旋轉(zhuǎn)。在美國專利申請公開文獻(xiàn)2002/0011359和2001/0052428以及美國專利6，394，193、6，364，034,6, 244，361,6, 158，529,6, 092，610 和 5，113，953 中描述了指向鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的例子以及它們?nèi)绾尾僮?。在推靠式鉆頭旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)中，通常沒有特別確定的機(jī)構(gòu)來使鉆頭軸線從局部井底組件軸線偏離；相反，必要的非共線條件通過使上穩(wěn)定器和下穩(wěn)定器中的任一個(gè)或兩個(gè)在優(yōu)選相對于孔延伸方向定向的方向上施加偏心力或移位來實(shí)現(xiàn)。此外，有很多可實(shí)現(xiàn)此的方式，包括沿期望的導(dǎo)向方向?qū)⒘κ┘拥姐@頭的非旋轉(zhuǎn)(相對于孔)的偏心穩(wěn)定器(基于移位的方法)和偏心致動(dòng)器。而且，導(dǎo)向通過在鉆頭和至少兩個(gè)其它接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生非共線性來實(shí)現(xiàn)。在其理想化形式中，鉆頭需要向側(cè)面切削，以便產(chǎn)生彎曲的孔。在美國專利 5，265，682,5, 553，678,5, 803，185,6, 089，332,5, 695，015,5, 685，379、5，706，905,5, 553，679,5, 673，763,5, 520，255,5, 603，585,5, 582，259,5, 778，992 和5，971，085中描述了推靠鉆頭型旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的例子和它們?nèi)绾尾僮?。本發(fā)明的某些實(shí)施例有利地利用鉆頭的具有提高的環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具。已經(jīng)用作LWD工具的較早類型的電阻率工具的一個(gè)例子是美國專利4，899，112中公開的標(biāo)題為 “Well Logging Apparatus And Method For Determining FormationResistivity At A Shallow And A Deep Depth”的轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人的雙電阻率LWD工具。該LWD工具在圖2中示出，且可以看到，上發(fā)射天線T1和下發(fā)射天線T2在它們之間具有上接收天線R1和下接收天線R2。天線形成在更改的鉆鋌中的凹部中，并安裝在絕緣材料中。該測井裝置有利地利用以下事實(shí)衰減測量看起來比以相同的天線間隔進(jìn)行的相位測量更深些。接收機(jī)R1和R2之間的電磁能的相移提供了所研究的相對較淺的深度處的地層電阻率的指示，接收機(jī)R1和R2之間的電磁能的衰減提供了所研究的相對較深的深度處的地層電阻率的指示?？梢詾榱肆硗獾募?xì)節(jié)而參考上文引用的美國專利4，899，112。圖3的LWD電阻率測量工具提供傾斜和橫向線圈來獲得定向靈敏的測量結(jié)果(見L. Chou等人的Oilfield Review, 2005,其通過引用被并入本文)。傳感器陣列包括六個(gè)發(fā)射機(jī)天線和四個(gè)接收機(jī)天線。五個(gè)發(fā)射機(jī)天線化到^沿著工具的長度軸向布置。第六個(gè)發(fā)射機(jī)天線(T6)定向成橫過于工具軸線。接收機(jī)天線位于工具的每個(gè)端部處。這對接收機(jī)天線(RJPR4)使發(fā)射機(jī)設(shè)置在它們之間，且這些接收機(jī)中的每個(gè)傾斜成與工具軸線成45度。位于發(fā)射機(jī)陣列的中心中的另一對接收機(jī)天線(義和民)被軸向地布置并可獲得常規(guī)類型的傳播電阻率測量結(jié)果。所述布置在工具的一側(cè)產(chǎn)生對導(dǎo)電性的優(yōu)先敏感性。當(dāng)工具旋轉(zhuǎn)時(shí)，工具的傳感器可探測附近的導(dǎo)電區(qū)，并記錄可從其測量到最大導(dǎo)電率的方向(環(huán)視能力)。磁力計(jì)和加速計(jì)可為工具提供參考定向方向數(shù)據(jù)。除了其定向能力以外，該工具比以前可用的LWD電阻率工具提供更深的測量。在轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人的、通過引用并入本文且標(biāo)題為“Look AheadLogging System”的PCT公布的申請WO 2009/029517中，公開了具有定向成能夠在期望方向上——包括測井系統(tǒng)前面和在鉆頭前面——實(shí)現(xiàn)靈敏性的電阻率陣列的LWD測井裝置。圖4示出了其中的實(shí)施方式之一。如看到的，系統(tǒng)440包括與工具例如井底組件446組合的隨鉆測井系統(tǒng)444。井底組件446包括鉆頭(在本圖中是466)。隨鉆測井系統(tǒng)444包括具有發(fā)射機(jī)天線460的發(fā)射機(jī)模塊458和具有接收機(jī)天線464的接收機(jī)模塊462。在所示的特定例子中，隨鉆測井系統(tǒng)444包括多個(gè)例如兩個(gè)接收機(jī)模塊462。發(fā)射機(jī)模塊458和一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)模塊462位于沿著井底組件446的分開的位置處，且間隔被選擇成提供所期望的研究深度。發(fā)射機(jī)模塊458定位成靠近井底組件446的鉆頭466。在本例中，發(fā)射機(jī)模塊458安裝在鉆頭466之后和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)480之前的接頭上。通過使用這樣的系統(tǒng)，測量點(diǎn)(被認(rèn)為在發(fā)射機(jī)模塊458和接收機(jī)模塊462之間的中點(diǎn))以不僅提供徑向靈敏度(環(huán)視)而且提供在發(fā)射機(jī)天線460前面的靈敏度(前視)的方式而被推向鉆頭466。如在’ 517公布的申請中描述的，可利用各種天線配置。例如，發(fā)射機(jī)模塊458可具有傾斜的天線460。傾斜天線的使用意味著磁性偶極矩不與工具軸線例如井底組件軸線對齊，也不是與工具軸線垂直的磁性偶極矩。接收機(jī)模塊462也可使用傾斜的天線464，或接收機(jī)模塊462的天線464可包括軸向天線，其中其磁性偶極矩沿著工具軸線或垂直于工具軸線。在一個(gè)所述實(shí)施方式中，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊中的天線的總數(shù)是四，且可利用那四個(gè)天線的很多配置方式。天線460、464還可包括電偶極子天線。作為例子，磁性電偶子天線例如線圈可用在感應(yīng)和/或傳播測量中。電偶極子天線可使用電極和/或環(huán)形室。根據(jù)特定的應(yīng)用，發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線的作用可互換。發(fā)射機(jī)模塊458和天線460可添加到用于驅(qū)動(dòng)鉆頭466的泥漿馬達(dá)(未單獨(dú)地示出)的鉆頭盒470。每個(gè)發(fā)射機(jī)模塊458也可包括一個(gè)或多個(gè)傳感器474和通過外部或內(nèi)部電線或通過機(jī)載電池供電的相關(guān)電子裝置476。此夕卜，隨鉆測井系統(tǒng)444還可包括其他多種模塊478，所述其他多種模塊478可包括各種工具或傳感器。如進(jìn)一步在‘517公布的申請中描述的，傳感器474例如電磁傳感器緊鄰地位于鉆頭466之后或可與鉆頭466集成。可選地,一個(gè)或多個(gè)傳感器474連同相應(yīng)的電子裝置476可緊鄰地安裝在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)480上或泥漿馬達(dá)上。如進(jìn)一步描述的，可利用各種天線。例如，發(fā)射機(jī)天線460可形成為三軸天線TX，且接收機(jī)天線464可形成為三軸RCV天線。相應(yīng)的傳感器可以是單獨(dú)的傳感器或感應(yīng)/傳播和/或側(cè)向測井傳感器的組合。在其它實(shí)施方式中，如在’ 517公布的申請中描述的，天線可以是可能對使用油基泥漿鉆探的井特別有用的環(huán)形電偶極子天線?？蓞⒖济绹鴮＠?，612，565和7，656，160以及美國專利申請公開文獻(xiàn)2006/0011385和2008/0136419，它們都轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人，并通過引用并入本文。參考圖5，示出了用于控制處理器例如圖I的計(jì)算機(jī)處理器200的用于實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施方式的過程的流程圖。方框250代表示例性地層特征模型的知識庫的編譯。[圖6是由方框510代表的過程的更詳細(xì)的流程圖。]在本實(shí)施方式的例子中，地層特征模型被以幾種應(yīng)用類別分組如下I.儲層導(dǎo)航(圖 8A-8N)；2.在垂直井中的地質(zhì)停止應(yīng)用(圖9A-9H)；
3.鹽沼導(dǎo)航(圖 IOA-10H)；4.斷層探測和特征化(圖11A-11F)；5.焦油探測(圖 12A-12C)；6.河床砂導(dǎo)航(圖13A-13C)；7.地層評估(圖 14A-14G)。可以理解，為了在其它變型中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，這些類別和每個(gè)類別中的模型可被修改和/或補(bǔ)充。為了地層特征建模的初始說明，可參考類別(4)——斷層探測和特征化，其是示例性類別之一。圖IlA示出地層層理的例子，其中具有傾向斷層。最暗的區(qū)域是有產(chǎn)油儲層，且彎曲的實(shí)線是直到一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的井眼軌跡。最左邊的雙向箭頭代表LWD電阻率裝置的“環(huán)視”能力，而兩個(gè)最右邊的雙向箭頭代表LWD電阻率裝置的“前視”能力。在這種情況下，對鉆頭前面的斷層的探測及其相應(yīng)垂直位移的估計(jì)可用于改變定向鉆井的隨后軌跡(以虛線示出)，以最大化斷層之后的產(chǎn)油區(qū)中的距離。在圖IlB所示的下一建模情況中，地層是相同的，且鉆探軌跡從圖IlA繼續(xù)。在這種情況下，雙向箭頭代表LWD電阻率裝置的環(huán)視能力的使用以確定斷層和儲層特征，并繼續(xù)相應(yīng)地導(dǎo)航。再次參考圖5，方框520表示目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)的推導(dǎo)。該數(shù)據(jù)可包括例如地震測量結(jié)果或任何其它測量結(jié)果，包括但不限于密度、中子、電阻率、聲速，從這些測量結(jié)果可引出推斷以幫助特征化地層。接著，如方框530所表示的，初始參數(shù)數(shù)據(jù)與知識庫中的模型比較，且模型被選擇并在有利的匹配的基礎(chǔ)上生效?；谶x定和生效的模型，例如通過輸出地層幾何結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可做出定向鉆井導(dǎo)航控制決定(方框540)和/或可特征化目標(biāo)地層和儲層(方框550)。方框520可接著被重新輸入用于進(jìn)一步考慮當(dāng)前的目標(biāo)地層或下一目標(biāo)地層。參考圖6，示出了根據(jù)圖5的方框510所表示的功能的用于編譯地層特征模型的知識庫的例程的流程圖。模型索引開始(方框610)，且當(dāng)前模型的基本幾何結(jié)構(gòu)被輸入(方框620)。模型可以例如是結(jié)合關(guān)于它的圖8-14描述的類型，應(yīng)理解，很多其它類型的模型和目標(biāo)地層情況可根據(jù)現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)以及在未來獲得的經(jīng)驗(yàn)而被包括。對于正被輸入的當(dāng)前模型，方框630表示對模型的幾何結(jié)構(gòu)限制的定義。這可包括例如層理厚度和方位的范圍、地層特征等，以及被認(rèn)為對模型有用的任何其它幾何特征和/或約束。此外，如方框640所表示的，參數(shù)限制(對于電阻率和其它選定的地層變量)被定義。如在示圖上指示的，這些可從現(xiàn)有的知識和模擬以及動(dòng)態(tài)地從當(dāng)前和/或未來的觀察得到，這可用于將模型添加到知識庫或編輯現(xiàn)有的儲存的模型。在對當(dāng)前模型的完整定義被存儲(方框650)之后，判斷模型索引是否指示出最后一個(gè)模型已被編譯(決策方框660)。如果否，模型索引遞增(方框670)，方框620被重新輸入，且循環(huán)680繼續(xù)，直到所有期望的地層特征模型被輸入到知識庫中?？梢岳斫?，隨著例如使用改進(jìn)的環(huán)視和前視裝置確定的地層特征的進(jìn)一步的理解如上文所述地被采用，知識庫可被連續(xù)改善并改進(jìn)。參考圖7，示出了用于實(shí)現(xiàn)圖5的方框530表示的功能的一種實(shí)施例的例程的流程圖，其用于選擇所存儲的地層特征模型并使該模型生效。 該實(shí)施例的方框715表示例如基于方框520(圖5)的推導(dǎo)出的數(shù)據(jù)從所存儲的模型當(dāng)中識別候選模型。在圖7的實(shí)施例中，使用輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行反演(方框775)，以獲得候選模型(例如，二維參數(shù)化層泥餅?zāi)Ｐ?的參數(shù)。關(guān)于適當(dāng)類型的反演技術(shù)可例如參考美國專利7，366，616?？山又褂每蛇x的生效例程(方框735)，以例如通過使用成本函數(shù)分析來確定選定的模型是否滿足預(yù)定的有效性概率。如果多于一個(gè)存儲的模型被考慮生效，則最高概率結(jié)果可用于選擇最佳候選模型(方框745)?；谶M(jìn)一步導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和更新模型確定，如箭頭750所表示的。在下面的示圖和描述中，雙向箭頭再次用于表示在本發(fā)明的背景中使用的環(huán)視和前視能力。圖8A示出涉及在高傾角儲層中的井底的模型或情況。儲層頂部的早期探測能夠?qū)崿F(xiàn)井軌跡的優(yōu)化。圖SB示出涉及在儲層尖滅地層中的導(dǎo)航的模型或情況。當(dāng)在儲層尖滅地層中導(dǎo)航時(shí)，儲層主要邊界的描繪使得可獲得井路徑的最優(yōu)化布置。圖SC示出涉及在高傾角底部地層中的儲層中的停留的模型或情況。如果儲層具有合理傾斜的回升，它可被足夠早地探測到，用于進(jìn)行軌跡校正。圖8D示出涉及用于穿過剩余油囊的導(dǎo)航的模型或情況。環(huán)視和前視的組合對找到并導(dǎo)向到閣樓油或分隔開的油囊是有用的。圖SE示出涉及在具有頁巖空缺區(qū)的儲層中的導(dǎo)航的模型或情況。當(dāng)穿過儲層導(dǎo)航時(shí)，使用前視和環(huán)視早期探測頁巖區(qū)域使得在儲層中的距離最大化并減小鉆井危險(xiǎn)。圖8F示出涉及在砂注入翼中的導(dǎo)航的模型或情況。當(dāng)在砂注入翼內(nèi)導(dǎo)航時(shí)，在鉆頭前面的探測和環(huán)視允許停留在快速變化的砂體幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)并對軌跡變化做出較早決定。圖SG示出涉及探測和導(dǎo)航儲層異態(tài)和指狀變化的模型或情況。當(dāng)接近于儲層的頂部導(dǎo)航時(shí)，環(huán)視能力使得可描繪邊界不規(guī)則性(異態(tài))及其程度。圖8H示出涉及底部頁巖不規(guī)則性的探測和描繪的模型或情況。這類似于前一情況。圖81示出涉及相對于不整合面導(dǎo)航的模型或情況。當(dāng)接近于不整合面導(dǎo)航時(shí)，2D目標(biāo)是不整合面邊界的描繪，并同時(shí)確定地層傾角。圖8J示出涉及在脊的頂部處導(dǎo)航的模型或情況。當(dāng)接近于脊的頂部導(dǎo)航時(shí)，邊界的同時(shí)探測使得可最優(yōu)化井眼布置。
圖8K示出涉及在水平井中的頁巖脈理探測和避免頁巖的導(dǎo)航的模型或情況。如果地層已經(jīng)被分層，以均質(zhì)地層(ID)、2D和3D效果探測來臨的薄頁巖層是可能的。鉆井危險(xiǎn)的減小和產(chǎn)油的最大化由于避免了頁巖而得以實(shí)現(xiàn)。前視提供早期探測和更有效的井軌跡校正。圖8L示出涉及監(jiān)測水平產(chǎn)油油井儲層中的水錐的模型或情況。水錐可在產(chǎn)油井或附近的井中被監(jiān)測。圖SM示出涉及地質(zhì)導(dǎo)向、找到并地質(zhì)導(dǎo)向到斷裂區(qū)中以及相對于斷裂區(qū)的方位優(yōu)化斷裂區(qū)鉆井的模型或情況。圖SN示出涉及在井眼周圍的異質(zhì)的探測和描繪的模型或情況。圖9A示出涉及在進(jìn)入儲層之前在垂直井中的地質(zhì)停止的模型或情況。通常，在鉆頭之前停止2到3米是合乎需要的。
圖9B示出涉及為了最佳地取巖心而在垂直井中地質(zhì)停止的模型或情況。通常，目標(biāo)在于取巖心的這層地層在被識別出之前被橫穿。目的是在進(jìn)入這樣的層之前探測和停止。圖9C示出涉及探測在垂直井中的鉆頭前面的儲層之上的前兆物質(zhì)層的模型或情況。目的是確定何時(shí)是實(shí)際儲層而不是前兆物質(zhì)層。圖9D示出涉及探測在垂直井中的鉆頭前面的儲層厚度的模型或情況。當(dāng)在儲層的頂部處地質(zhì)停止時(shí)，對儲層的厚度的估計(jì)可能對地震測量的校準(zhǔn)和下一鉆井段的規(guī)劃是重要的。圖9E示出涉及在垂直井中的油水接觸(OWC)之前的地質(zhì)停止的模型或情況。一旦儲層被穿透，在OWC上方停止5到6米也被認(rèn)為是必要的。氣油接觸也是有利的，但由于電阻率差異的缺乏而通常不能只使用EM測量來探測。在這種情況下，聲測量將是一種有任何前視能力的選擇。圖9F示出涉及在垂直井中的流體接觸的遠(yuǎn)程探測的模型或情況。使用環(huán)視，應(yīng)用是探測遠(yuǎn)離井眼的owe。圖9G示出涉及垂直井中的堆放的砂子中的流體接觸面的遠(yuǎn)程探測的模型或情況。使用環(huán)視，應(yīng)用是探測遠(yuǎn)離井眼和不同的接近的砂層中的owe。圖9H示出涉及垂直井中的砂注入特征化的模型或情況。圖IOA示出涉及頂部鹽沼探測的模型或情況。通常在低傾角井中，探測鉆頭前面的鹽沼頂部(鹽沼入口)使得可設(shè)定用于加套管的停止點(diǎn)。由于鹽沼的可塑性，鹽沼邊界周圍的區(qū)域可能是不穩(wěn)定的(疏松的，并具有壓力差)并具有較高的鉆井危險(xiǎn)。圖IOB示出涉及底部鹽沼探測的模型或情況。通常在低傾角井中，在鹽沼底部(鹽沼出口)的鉆頭前面的探測使得可設(shè)定用于加裝套管井眼的停止點(diǎn)。再次，由于鹽沼的可塑性，在鹽沼邊界周圍的區(qū)域可能是不穩(wěn)定的(疏松的，并具有壓力差)并具有較高的鉆井危險(xiǎn)。下部頁巖可能具有前兆物質(zhì)分層(中間頁巖)。圖IOC示出涉及鹽沼內(nèi)含物探測的模型或情況。當(dāng)鉆探穿過鹽沼時(shí)，通常在低傾角或垂直井中，探測鉆頭前面的鹽沼內(nèi)含物(頁巖)及其厚度使得可確定是否到達(dá)鹽沼底部。這些內(nèi)含物通常是水平的。圖IOD示出涉及鄰近頁巖和產(chǎn)油區(qū)的鹽丘輪廓確定的模型或情況。為了在鹽丘周圍鉆井時(shí)最大化產(chǎn)油層中的軌跡，可確定到鹽丘和封堵的頁巖層的接近度和距離。使用前視使得可較早地改變軌跡。圖IOE示出涉及在鹽丘外部導(dǎo)航的模型或情況。通過將軌跡維持在遠(yuǎn)離鹽沼邊界的一定距離處并探測由可能鉆頭前面的鹽丘圍住的產(chǎn)油層來實(shí)現(xiàn)在鹽丘邊界之外的導(dǎo)航。鹽沼邊界可具有外層。由于鹽沼的均質(zhì)性，在鹽丘內(nèi)部的導(dǎo)航非常難。如果在鹽沼邊界的大距離處的探測超出EM環(huán)視或前視的范圍，則井眼聲或雷達(dá)測量可更好地適用。圖IOF示出涉及在鹽丘內(nèi)部的導(dǎo)航的模型或情況。一些與前面的情況類似的考慮。圖IOG示出涉及儲層之上的鹽沼區(qū)的底部處的井底的模型或情況。當(dāng)以高傾角接近鹽沼底部(井底)時(shí)，探測來臨的鹽沼邊界使得可最佳地定位儲層之上的井眼(井眼傾斜)，為下一儲層鉆井階段作準(zhǔn)備。圖IOH示出涉及進(jìn)入并停留在鹽沼中的碳酸鹽層內(nèi)的地質(zhì)導(dǎo)向的模型或情況。前 視對找到碳酸鹽層并停留在該層內(nèi)是有用的。圖IlA示出涉及在鉆頭處的斷層垂直位移探測的模型或情況。這在說明書前面部分中已被討論。圖IlB示出涉及斷層特征化的模型或情況。這也早些時(shí)候在說明書部分中被討論。圖IlC示出涉及在具有斷層的地層中的多個(gè)OWC描繪的模型或情況。通過使用環(huán)視，當(dāng)垂直距離被斷層(封堵)分開時(shí)，可相對于不同的總垂直距離處的OWC進(jìn)行導(dǎo)向。圖IlD示出涉及斷層導(dǎo)向以避免水流入的模型或情況。使用環(huán)視和前視，可相對于斷層完成導(dǎo)向以避免水經(jīng)由斷裂的斷層流入。圖IlE示出涉及斷層之間的分隔空間的識別和描繪的模型或情況。圖IlF示出涉及在鉆頭前面的層傾角的探測的模型或情況。環(huán)視和前視可用于估計(jì)鉆頭前面的層的傾角。圖12A示出涉及在鉆頭前面的焦油層探測的模型或情況。焦油砂(疏松的)在具有足夠的粘性時(shí)將泄漏到井眼中，使井底組件粘住或扭斷。如果焦油足夠堅(jiān)固，則沒有與鉆井相關(guān)的問題。在鉆頭前面的焦油層的探測使得可停止鉆井和應(yīng)用減輕措施，例如泵送化學(xué)物質(zhì)以使焦油變硬。鉆井危險(xiǎn)于是減小了。對于在烴柱中并具有重力的焦油或非常重的油，儲層可從頂部處的可移動(dòng)的油轉(zhuǎn)達(dá)到底部處的高粘性油。在這種情況下，使用電阻率不可探測到焦油接觸。NMR測量可用于尋找這個(gè)接觸。圖12B示出涉及鹽沼下面的焦油層探測的模型或情況。當(dāng)焦油砂緊鄰地在鹽沼之下(焦油通常有高電阻率，而鹽沼有無限大的電阻率)時(shí)，在鉆頭前面的焦油層的探測使得可停止鉆井和施加減輕措施，例如泵送化學(xué)物質(zhì)以使焦油變硬。鉆井危險(xiǎn)——包括成本——于是減小了。圖12C示出涉及填充有焦油的斷層的探測的模型或情況。當(dāng)焦油穿過斷層出現(xiàn)時(shí)，斷層于是是阻性的并且也可包含油或被礦物化。在垂直或水平應(yīng)用中的鉆頭前面的探測將再次允許應(yīng)用減輕措施，例如泵送化學(xué)物質(zhì)以使焦油變硬。鉆井危險(xiǎn)于是減小了。另一方面，斷層也可包含水，且是非常有傳導(dǎo)性的。圖13A示出涉及在河床砂區(qū)域之間的跳變的模型或情況。當(dāng)橫穿河床砂時(shí)，應(yīng)用是估計(jì)河床砂的側(cè)向尺寸并探測在鉆頭前面的下一河床砂的方向。圖13B示出涉及河床砂描繪和導(dǎo)向的模型或情況。當(dāng)在河床砂內(nèi)部時(shí)，與河床砂邊界的接近度的確定允許在這個(gè)河床內(nèi)的導(dǎo)向和停留。圖13C示出涉及在鉆頭前面的河床砂導(dǎo)向的模型或情況。當(dāng)在河床砂內(nèi)部時(shí)，與在鉆頭前面的河床砂邊界的接近度的確定允許在這個(gè)河床內(nèi)的導(dǎo)向和停留，并且可預(yù)先通知軌跡改變。 圖14A示出涉及當(dāng)穿過上部頁巖部分鉆探時(shí)的深的體電阻率的測量的模型或情況。圖14B示出涉及在低滲透性儲層中的深入侵描繪的模型或情況。在這里，長的間距的使用允許為低滲透性儲層描繪非常深的入侵(直徑> 20英尺)。圖14C示出涉及裂縫特征化的模型或情況。對于某些類型的裂縫并有足夠的橫向?qū)挾?，可使用環(huán)視能力來執(zhí)行裂縫密度的估計(jì)。圖14D示出涉及鉆頭前面或井底組件周圍的流體損失的探測和監(jiān)測的模型或情況。當(dāng)鉆探時(shí)并當(dāng)遇到泥漿損失時(shí)，在鉆頭前面和在井底組件周圍的地層電阻率的監(jiān)測可給出在哪里發(fā)生流體損失的指示。圖14E示出涉及在鉆頭前面的孔隙壓力預(yù)測和壓力區(qū)探測的模型或情況。當(dāng)電阻率緩慢地增加且增加的原因從聲學(xué)工具或現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)被識別為潛在的過壓力區(qū)(孔隙壓力預(yù)測)時(shí)，前視能力可用于在早期探測這個(gè)進(jìn)入?yún)^(qū)并使得可采用減輕措施來最小化鉆井危險(xiǎn)。圖14F示出涉及在鉆頭前面的巖性的探測的模型或情況。圖14G示出涉及套管探測和攔截的模型或情況。這通常用于空缺區(qū)。從前述描述中將理解，在本發(fā)明的優(yōu)選和可選的實(shí)施方式中可進(jìn)行各種修改和改變，而不偏離其真實(shí)精神。該描述僅用于說明的目的，而不應(yīng)在限制的意義上解釋。本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由接下來的權(quán)利要求確定。在權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”旨在意指“包括至少”，使得在權(quán)利要求中所陳述的一列元件是開放的組。“單數(shù)術(shù)語旨在包括其復(fù)數(shù)形式，除非明確地指出不包括。
權(quán)利要求
1.一種用于引導(dǎo)目標(biāo)地層中的井眼鉆探的方法，所述方法包括下列步驟 提供具有井底組件的鉆井設(shè)備，所述井底組件包括可控的定向鉆井子系統(tǒng)以及具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向測量工具； 確定所述目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在；以及 使用所述鉆井設(shè)備在所述目標(biāo)地層中對鉆井路徑進(jìn)行導(dǎo)航，包括從所述定向測量工具接收測量信號，從接收到的測量信號獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的代表物，以及控制所述定向鉆井子系統(tǒng)，以便沿根據(jù)獲得的地層參數(shù)的代表物確定的方向鉆井。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，提供隨鉆測井定向測量工具的步驟包括提供具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，提供具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具的步驟包括提供具有高達(dá)大約100英尺的環(huán)視能力和高達(dá)大約60英尺的前視能力的所述工具。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定所述目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在的所述步驟包括 在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫； 提供所述目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)；以及 比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述知識庫中的模型，以便選擇地層特征模型，所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類型的地層特征從選定的地層特征模型導(dǎo)出。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫的步驟包括存儲包括多組地層幾何結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)的模型。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括反演所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)，以及比較所述反演的結(jié)果與所述模型。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括正演模擬所述地層特征模型，以及比較所述正演模擬的結(jié)果與所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，從接收到的測量信號獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的代表物的所述步驟包括反演所述接收到的測量信號，以獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的所述代表物。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的空間關(guān)系。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的空間關(guān)系。
11.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的選定邊界的空間關(guān)系。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的選定邊界的空間關(guān)系。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括電阻率張量。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述預(yù)定類型的地層特征包括從下面的組中選擇的多個(gè)典型特征地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述預(yù)定類型的地層特征包括從下面的組中選擇的多個(gè)典型特征地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。
16.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)從所述定向電阻率測量工具接收的測量結(jié)果修改選定的地層特征模型。
17.一種用于動(dòng)態(tài)地特征化目標(biāo)地層的方法，所述方法包括下列步驟 提供具有井底組件的鉆井設(shè)備，所述井底組件包括可控的定向鉆井子系統(tǒng)和具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向測量工具； 確定目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在；以及 使用所述鉆井設(shè)備在所述目標(biāo)地層中鉆井，從所述定向測量工具接收測量信號，以及基于接收到的測量信號進(jìn)一步特征化所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類型的地層特征。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，提供隨鉆測井定向測量工具的步驟包括提供具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述進(jìn)一步特征化所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類 型的地層特征的步驟包括進(jìn)一步特征化所述目標(biāo)地層中的地層幾何結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，提供具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向電阻率測量工具的步驟包括提供具有高達(dá)大約100英尺的環(huán)視能力和高達(dá)大約60英尺的前視能力的所述工具。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，確定所述目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在的所述步驟包括 在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫； 提供所述目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)；以及 比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述知識庫中的模型，以便選擇地層特征模型，所述目標(biāo)地層中的所述預(yù)定類型的地層特征從選定的地層特征模型導(dǎo)出。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，在存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫的步驟包括存儲包括多組地層幾何結(jié)構(gòu)和地層物理參數(shù)的模型。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括反演所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)，以及比較所述反演的結(jié)果與所述模型。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括正演模擬所述地層特征模型，以及比較所述正演模擬的結(jié)果與所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，從接收到的測量信號獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的代表物的所述步驟包括反演所述接收到的測量信號，以獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的所述代表物。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的空間關(guān)系。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的空間關(guān)系。
28.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的選定邊界的空間關(guān)系。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括鉆頭相對于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的選定邊界的空間關(guān)系。
30.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述地層參數(shù)包括電阻率張量。
31.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述預(yù)定類型的地層特征包括從下面的組中選擇的多個(gè)典型特征地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。
32.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述預(yù)定類型的地層特征包括從下面的組中選擇的多個(gè)典型特征地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。
33.一種用于在目標(biāo)地層中產(chǎn)生井眼鉆探計(jì)劃的方法，所述方法包括下列步驟 提供存儲器； 在所述存儲器中存儲包括多個(gè)示例性地層特征模型的多個(gè)表示的知識庫； 提供所述目標(biāo)地層的初始參數(shù)數(shù)據(jù)； 比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述知識庫中的模型，且基于所述比較選擇模型；以及 根據(jù)選定的模型導(dǎo)出井眼鉆探計(jì)劃。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述示例性地層特征模型包括從下面的組中選擇的多個(gè)典型特征地層斷層；連同頁巖邊界、脊、砂體、鹽丘和地層油/水接觸面的地層儲層。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，導(dǎo)出井眼鉆探計(jì)劃的所述步驟包括根據(jù)選定的模型和所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出繪圖。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)所述導(dǎo)出的鉆井繪圖在所述目標(biāo)地層中開始井眼鉆探。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述示例性地層模型包括多組地層參數(shù)。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括反演所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)，以及比較所述反演的結(jié)果與所述模型。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，比較所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)與所述模型的步驟包括正演模擬所述多組地層參數(shù)，以及比較所述正演模擬的結(jié)果與所述初始參數(shù)數(shù)據(jù)。
40.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述方法還包括配置井底組件以包括定向鉆井子系統(tǒng)和隨鉆測井子系統(tǒng)，以及使用具有所述配置的井底組件的鉆柱在所述目標(biāo)地層中鉆井。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述方法還包括根據(jù)所述導(dǎo)出的鉆井計(jì)劃以及還根據(jù)從LWD測量結(jié)果確定的參數(shù)來控制所述目標(biāo)地層中的鉆井。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述隨鉆測井子系統(tǒng)包括具有環(huán)視和前視能力的定向電阻率測量工具。
43.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述存儲、比較和導(dǎo)出步驟使用機(jī)器處理器來執(zhí)行。
44.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述存儲、比較和導(dǎo)出步驟使用計(jì)算機(jī)處理器來執(zhí)行。
全文摘要
一種用于引導(dǎo)目標(biāo)地層中的井眼鉆探的方法包括下列步驟提供具有井底組件的鉆井設(shè)備，所述井底組件包括可控的定向鉆井子系統(tǒng)以及具有環(huán)視和前視能力的隨鉆測井定向測量工具；確定所述目標(biāo)地層中的預(yù)定類型的地層特征的存在；以及使用所述鉆井設(shè)備在所述目標(biāo)地層中對鉆井路徑進(jìn)行導(dǎo)航，包括從所述定向測量工具接收測量信號，從接收到的測量信號獲得關(guān)于所述目標(biāo)地層中的所述地層特征的地層參數(shù)的代表物，以及控制所述定向鉆井子系統(tǒng)，以便沿根據(jù)獲得的地層參數(shù)的代表物確定的方向鉆井。
文檔編號E21B47/02GK102725479SQ201080058477
公開日2012年10月10日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者J·賽都, Y·H·周 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司