專利名稱：井下閉路地質(zhì)導(dǎo)向方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上關(guān)于鉆井地下鉆孔的方法。更特定來說，本發(fā)明關(guān)于用于地質(zhì)導(dǎo)向的井下閉路方法。
背景技術(shù)：
在井下鉆井領(lǐng)域中已熟知現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程地質(zhì)導(dǎo)向方法的使用。在這類地質(zhì)導(dǎo)向操作期間，鉆井一般是根據(jù)預(yù)定井身方案(例如，利用幾何計(jì)算結(jié)合地下地層的三位模型導(dǎo)出)進(jìn)行。在鉆井的同時(shí)實(shí)施實(shí)時(shí)地質(zhì)測(cè)量，例如，隨鉆測(cè)定(MWD)、隨鉆測(cè)井(LWD)和/或泥漿測(cè)井測(cè)量。隨后將從這些測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)用于對(duì)鉆井方向?qū)嵤白鳂I(yè)中”調(diào)整，例如，將鉆頭維持在儲(chǔ)層中的所需位置。在現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)導(dǎo)向操作中，導(dǎo)向決定是在地表(例如，在鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程位置)作出。在鉆井同時(shí)，LWD數(shù)據(jù)(或其它井下數(shù)據(jù))在井下被壓縮且隨后發(fā)送到地表(例如，通過習(xí)用遙測(cè)技術(shù))。隨后在地表處理被發(fā)送的數(shù)據(jù)并結(jié)合地下地層模型以確定后續(xù)鉆井方向(或?qū)Ξ?dāng)前鉆井方向的校正)。隨后將對(duì)預(yù)定(預(yù)計(jì)劃)鉆井方向的改變(例如，以校正井身路徑的形式)從地表發(fā)送到井下導(dǎo)向工具(例如，通過習(xí)用下行鏈路技術(shù))。雖然這種地質(zhì)導(dǎo)向方法已應(yīng)用在商業(yè)中，但是仍有改進(jìn)的空間。例如，現(xiàn)有技術(shù)的地質(zhì)導(dǎo)向方法的可行性經(jīng)常受底部鉆具組合件(BHA)與地表之間的通信通道的帶寬和準(zhǔn)確性限制。這個(gè)限制可導(dǎo)致地質(zhì)導(dǎo)向方法遲緩和一定程度的不響應(yīng)(例如，由于將LWD測(cè)量值發(fā)送到地表且隨后將導(dǎo)向指令或校正井身方案從地表發(fā)送到BHA所引起的時(shí)間延遲)。此外，由數(shù)據(jù)壓縮所引起的遙測(cè)誤差和/或降低的準(zhǔn)確性在計(jì)算校正井身路徑時(shí)可導(dǎo)致其它誤差?，F(xiàn)有技術(shù)的這些和其它限制導(dǎo)致需要改進(jìn)的地質(zhì)導(dǎo)向方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方面意欲解決上述對(duì)改進(jìn)地質(zhì)導(dǎo)向方法的需求。本發(fā)明的方面包括一種用于地質(zhì)導(dǎo)向的閉路方法。閉路意指地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算和對(duì)導(dǎo)向方向的后續(xù)調(diào)整是自動(dòng)在井下實(shí)施而不需要任何井上(地表)處理或決定。這種自主井下決定是基于從各個(gè)LWD測(cè)量所獲得的反饋。這些LWD測(cè)量是在鉆井同時(shí)在井下被處理以獲得地質(zhì)導(dǎo)向校正(基于LWD測(cè)量對(duì)鉆井方向的校正)。還在井下處理所述地質(zhì)導(dǎo)向校正以獲得新導(dǎo)向工具設(shè)置，隨后將所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到導(dǎo)向工具以改變鉆井方向。一般將這些步驟重復(fù)多次而不需要井上處理或地表干預(yù)。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可有利地提供幾個(gè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，由于提供閉路方法，本發(fā)明將有利地改進(jìn)地質(zhì)導(dǎo)向操作的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明還將改進(jìn)在地下地質(zhì)中(例如，在預(yù)定儲(chǔ)層中)的鉆孔布局，同時(shí)還降低鉆孔的曲折。在一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法。所述方法包括使底部鉆具組合件鉆井地下鉆孔。所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、隨鉆測(cè)井工具和井下處理器。所述方法還包括使所述隨鉆測(cè)井工具在鉆井同時(shí)獲取隨鉆測(cè)井測(cè)量值和使所述井下處理器利用所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正。所述方法還包括使井下處理器利用經(jīng)計(jì)算的地質(zhì)導(dǎo)向校正來計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置和在鉆井同時(shí)將所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到導(dǎo)向工具。在另一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法。所述方法使底部鉆具組合件在地下鉆孔中旋轉(zhuǎn)，所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具和井下處理器。所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具在旋轉(zhuǎn)同時(shí)獲取方向阻抗力測(cè)量值且所述井下處理器從井下查找表選擇最密切匹配所述方向阻抗力測(cè)量值的方向阻抗力值。井下處理器從井下查找表選擇與從查找表選擇的方向阻抗力隨鉆測(cè)井值對(duì)應(yīng)的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位。井下處理器還利用所選擇的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正和利用經(jīng)計(jì)算的地質(zhì)導(dǎo)向校正計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置。在鉆井同時(shí)將所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到導(dǎo)向工具。上文已十分廣義地給出本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以使以下本發(fā)明詳細(xì)敘述得以更好地理解。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下文描述，這些描述構(gòu)成本發(fā)明權(quán)利要求的主要內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白所公開的概念和具體實(shí)施方案可輕易作為基礎(chǔ)用于修改或設(shè)計(jì)供實(shí)施本發(fā)明的相同目的用的其它結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)明白，這些等效內(nèi)容不脫離在隨附權(quán)利要求中所述的本發(fā)明精神和范圍。


為了更完整地理解本發(fā)明和其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)參考以下敘述并結(jié)合附圖，其中:圖1描繪可使用本發(fā)明示例性方法實(shí)施方案的習(xí)用鉆井工具。圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性閉路地質(zhì)導(dǎo)向方法實(shí)施方案的流程圖。圖3描繪適合用于本發(fā)明的示例性方法實(shí)施方案中的底部鉆具組合件的一個(gè)示例性實(shí)施方案的一部分。圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性閉路地質(zhì)導(dǎo)向方法實(shí)施方案的流程圖。圖5描繪適合用于圖2和圖4所描繪的方法實(shí)施方案中的示例性三層地層模型。圖6描繪用于在鉆井同時(shí)計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向井身定位的優(yōu)選方法的流程圖。圖7描繪適合用于本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中的井下計(jì)算模塊。圖8描繪在圖7中所描繪的混合信號(hào)處理前端的一個(gè)示例性實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式圖1描繪用在海上石油或天然氣鉆井組合件(大體上以10指代)中的底部鉆具組合件(BHA)IOO的一個(gè)示例性實(shí)施方案。在圖1中，將半潛式鉆井平臺(tái)12定位在分布于海床16下的石油或天然氣地層(未示出)上方。海底導(dǎo)管18從平臺(tái)12的甲板20延伸到井口設(shè)施22。所述平臺(tái)可包括鐵架臺(tái)和用于升高和降低鉆柱30的起重設(shè)備，如圖示，所述鉆柱30延伸到鉆孔40中且包括BHA100。BHA100還包括鉆頭32、隨鉆測(cè)井工具120和導(dǎo)向工具150。鉆柱30還可任選包括其它已知井下工具和傳感器，例如，包括遙測(cè)系統(tǒng)、隨鉆測(cè)量傳感器、流體取樣工具和類似工具。本發(fā)明不限制于這些任選工具部署。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將明白，在圖1中所描繪的部署只以示例方式用于描繪在本文中所述的本發(fā)明的目的。還將明白，根據(jù)本發(fā)明的方法實(shí)施方案不限制于供圖1所示出的半潛式平臺(tái)12使用。本發(fā)明同樣十分適合供任何類型地下鉆井操作(不論海上或陸地)使用。圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性方法實(shí)施方案200的流程圖。如圖所示，方法200是一種用于地質(zhì)導(dǎo)向的閉路方法。閉路意指地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算和對(duì)導(dǎo)向方向的后續(xù)調(diào)整是在井下自動(dòng)實(shí)施而不需要任何井上(地表)處理或決定。這種自主井下決定是基于從各個(gè)LWD測(cè)量所獲得的反饋。LWD數(shù)據(jù)中的一部分可任選發(fā)送到井上用于閉路地質(zhì)導(dǎo)向過程的地表監(jiān)測(cè)。在方法200的202，利用習(xí)用方向鉆井技術(shù)(例如，通過使BHA100在鉆孔中旋轉(zhuǎn))鉆井地下鉆孔(或其一區(qū)段)。在204獲取隨鉆測(cè)井測(cè)量值(優(yōu)選方向阻抗力測(cè)量值)。在206在鉆井同時(shí)在井下處理這些LWD測(cè)量值以獲得地質(zhì)導(dǎo)向校正。在208在井下進(jìn)一步處理所述地質(zhì)導(dǎo)向校正以獲得新導(dǎo)向工具設(shè)置。隨后在210應(yīng)用這些設(shè)置以改變鉆井方向。在鉆井同時(shí)可將方法步驟204、206、208和210重復(fù)實(shí)質(zhì)上任何次而不需要井上處理或地表干預(yù)。圖3更詳細(xì)地描繪BHA100 (圖1)的一部分。在所描繪的示例性實(shí)施方案中，LWD工具120包括方向阻抗力LWD工具，其包括部署在工具主體上的一個(gè)或多個(gè)并列天線130。并列天線130中的每個(gè)天線包括被構(gòu)造以發(fā)送和/或接收X-模(橫模)電磁波的鞍形線圈132。并列天線130還包括被構(gòu)造以發(fā)送和/或接收Z-模(軸向模)電磁波的習(xí)用軸向線圈134。將明白本發(fā)明不限制于如圖3所描繪的包括并列天線或鞍形線圈的LWD工具實(shí)施方案?？墒褂脤?shí)質(zhì)上任何合適方向阻抗力LWD工具構(gòu)造。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員已知其它工具構(gòu)造。例如，屬Hagiwara的美國專利6，181，138傳授一種采用軸向發(fā)送天線和三個(gè)聯(lián)位圓周偏離傾斜接收天線的方法。屬M(fèi)inerbo等人的美國專利6，969，994、屬Omeragic等人的7，202，670和屬Li等人的7，382，135傳授一種采用軸向發(fā)送天線和兩個(gè)軸向間隔傾斜接收天線的方法。接收天線還以180度角相互圓周偏離。屬Bittar的美國專利 6，476，609,6, 911，824,7, 019，528,7, 138，803 和 7，265，552 傳授一種采用軸向發(fā)送天線和兩個(gè)軸向間隔傾斜接收天線的方法，其中所述傾斜天線是沿同一方向傾斜。屬Wang等人的美國專利7，057，392和7，414，407傳授一種采用軸向發(fā)送天線和兩個(gè)縱向間隔橫向接收天線的方法。還將明白，本發(fā)明甚至不限制于利用方向阻抗力測(cè)量值的實(shí)施方案。還可使用其它LWD測(cè)量值(例如，方位Y測(cè)量值)。圖3中所描繪的BHA100的示例性實(shí)施方案還包括旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向?qū)蚬ぞ?50。在所描繪的示例性實(shí)施方案中，導(dǎo)向工具150包括多個(gè)被構(gòu)造以嚙合鉆孔壁的葉片152。為了導(dǎo)向(例如，為了改變鉆井方向)，伸展葉片152中的一個(gè)或多個(gè)以對(duì)鉆孔壁施力。通過這個(gè)操作將導(dǎo)向工具150從鉆孔中心移開，從而改變鉆井路徑。將明白，如果工具100已偏心，那么也可將工具100向鉆孔軸回移。熟知鉆孔的方向控制在地下石油和天然氣井的鉆井中已變得越來越重要，其中大部分現(xiàn)有鉆井活動(dòng)牽涉斜鉆孔的鉆井。這種斜鉆孔通常具有復(fù)雜輪廓，包括多個(gè)轉(zhuǎn)向和可被引導(dǎo)通過薄承重?cái)鄬拥乃絽^(qū)段，且一般被用于更充分開采烴藏層(例如，在地質(zhì)導(dǎo)向操作中)。經(jīng)常利用井下導(dǎo)向工具(諸如圖3中所描繪的旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向工具150)鉆井斜鉆孔。在這種工具實(shí)施方案中，可(例如)通過控制施加到鉆孔壁的力的大小和方向及位移的大小和方向來控制鉆井方向。在一些旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向工具中，將葉片外殼部署在可旋轉(zhuǎn)軸桿周圍。將所述軸桿耦接到鉆柱并布置以將重量和扭矩從地表(或從井下動(dòng)力鉆具)經(jīng)由導(dǎo)向工具傳遞到鉆頭組合件。已知利用內(nèi)部導(dǎo)向機(jī)制并因此不需要葉片的其它旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向工具(例如,Schlumberger PowerDrive旋轉(zhuǎn)可導(dǎo)向工具)。本發(fā)明不限制于任何特定導(dǎo)向工具實(shí)施方案。圖4描繪根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性方法實(shí)施方案250的流程圖。在所描繪的示例性實(shí)施方案中，并行地使用第一和第二幾何260和地質(zhì)導(dǎo)向270算法以實(shí)現(xiàn)最佳井身布局。幾何算法260是基于(例如)從油田開發(fā)方案推導(dǎo)出的預(yù)定幾何井身方案262。正如本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員已知，一般油田開發(fā)方案通常被設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)最大排水且經(jīng)常是基于從地震剖面、偏離井和在所述區(qū)域鉆井的先有鉆井所獲得的油田結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)。在264獲取習(xí)用勘測(cè)。這些勘測(cè)一般包括鉆孔方位和鉆孔傾斜測(cè)量且通常沿測(cè)定深度每隔約30尺處(例如，當(dāng)將新鉆井管區(qū)段添加到鉆柱時(shí))獲得。在266利用在264中所獲取的勘測(cè)測(cè)量值(例如，利用最小曲率假設(shè))計(jì)算幾何井身定位。用于實(shí)施這種計(jì)算的技術(shù)在本領(lǐng)域熟知。在268，例如通過將266中所計(jì)算的幾何井身定位與井身方案比較來計(jì)算幾何校正。地質(zhì)導(dǎo)向算法270是基于預(yù)定地質(zhì)導(dǎo)向準(zhǔn)則272。這些準(zhǔn)則一般是基于各種地層性質(zhì)和鉆孔與明確邊界之間的所需布局距離和/或方向。例如，在某些操作中，需要將鉆孔維持在儲(chǔ)層內(nèi)或高出或低于特定邊界層某一預(yù)定距離(例如，低于上邊界層5尺)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算是基于例如在274所獲取的方向阻抗力測(cè)量值。隨后在276可將所述方向阻抗力測(cè)量值用于計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向井身定位(例如，相對(duì)于特定邊界層的相對(duì)井身定位)。如下文更詳細(xì)描述，這些計(jì)算是在鉆井同時(shí)在井下實(shí)施。在278，例如通過將在276中所計(jì)算的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位與地質(zhì)導(dǎo)向準(zhǔn)則比較來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正。繼續(xù)參考圖4，在282，例如，通過比較、平均化或以其它方式協(xié)同處理在268中所計(jì)算的幾何校正和在278中所計(jì)算的地質(zhì)導(dǎo)向校正以在井下計(jì)算組合校正。在284可將所述組合校正與原井身方案比較以確定所需的轉(zhuǎn)向程度(DLS)。在286，如果所需的DLS大于或等于預(yù)定最大DLS，那么在288降低所述組合校正并重新計(jì)算DLS。在286，當(dāng)所述DLS小于預(yù)定最大值時(shí)，那么在290計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置和隨后在292應(yīng)用到導(dǎo)向工具以控制鉆井方向。所述方法隨后回路并在274獲取其它方向阻抗力數(shù)據(jù)和在鉆井同時(shí)實(shí)質(zhì)上連續(xù)地重復(fù)所述地質(zhì)導(dǎo)向算法270。將明白在274的后續(xù)方向阻抗力數(shù)據(jù)的獲取可發(fā)生在步驟292的完成之前。方法250還在294等待在264的其它勘測(cè)數(shù)據(jù)的獲取(例如，直至將下一個(gè)鉆井管區(qū)段添加到鉆柱)。圖5描繪可用于圖2的206和圖4的276所描繪的地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算中的三層地層模型的一個(gè)示例性實(shí)施方案。在圖5中，將隨鉆測(cè)井工具120(例如，方向阻抗力工具或方位Y工具)描繪成沿著附近床體304實(shí)質(zhì)上垂直地被部署在上層床體306與下層床體308之間。在所描繪的示例性實(shí)施方案中，可通過五個(gè)測(cè)量參數(shù)來將所述三層模型特征化。這些參數(shù)可包括，例如，附近床體304的阻抗力(Rn)、上層床體306的阻抗力(Ru)和下層床體308的阻抗力(Rl)。所述參數(shù)還可包括方向阻抗力工具302與上層床體306之間的距離(Du)和方向阻抗力工具302與下層床體308之間的距離(Dl)。
雖然本發(fā)明不限制于這個(gè)方面，但是圖4中所描繪的示例性閉路地質(zhì)導(dǎo)向方法利用從274所獲取的方向阻抗力測(cè)量值而獲得的井下反饋。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將輕易明白，方向阻抗力測(cè)量值的各個(gè)分量高度敏感且可用于計(jì)算圖5中所描繪的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)。這些分量可包括，例如，測(cè)量值的軸向分量(例如，Hzz分量)、測(cè)量值的交叉分量(例如，Hzx分量)和/或測(cè)量值的橫向分量(例如，Hxx分量)。優(yōu)選在274還獲取方位(工具面)測(cè)量值。隨后優(yōu)選將方向阻抗力測(cè)量值與方位測(cè)量值關(guān)聯(lián)以對(duì)每個(gè)方向阻抗力測(cè)量值指派對(duì)應(yīng)方位角(工具面角)。方位測(cè)量值可用于，例如，將方向阻抗力數(shù)據(jù)分配到多個(gè)方位扇區(qū)(例如，16個(gè)扇區(qū)或32個(gè)扇區(qū))中。用于“扇區(qū)化”LWD數(shù)據(jù)的技術(shù)在本領(lǐng)域已知。本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將輕易明白，如本文中所使用的術(shù)語“方位”和“工具面”指的是圍繞工具100圓周的角測(cè)量。特定來說，這些數(shù)據(jù)指的是從關(guān)注點(diǎn)(例如，LWD傳感器)到參考點(diǎn)(例如，鉆孔的高側(cè))的角分離。圖6描繪可在276 (圖4)用于在井下計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向井身定位的一個(gè)示例性方法實(shí)施方案的流程圖。在所描繪的示例性實(shí)施方案中，在322可將測(cè)量值的軸向分量用于計(jì)算附近床體的阻抗力Rn。在324，可選擇至少一次方向阻抗力測(cè)量值中的一個(gè)或多個(gè)分量用于確定Ru、Rl> Du和(圖5)。例如，在324中可選擇一個(gè)或多個(gè)交叉分量和/或橫向分量的測(cè)量值(但基本上優(yōu)選交叉分量)。還可選擇近場(chǎng)和/或遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量值。隨后可將324中所選擇的方向阻抗力測(cè)量值與存儲(chǔ)在查找表中的值比較以找出最密切匹配(例如，通過增量搜索LUT)。在328基于在326所獲取的最密切方向阻抗力值從對(duì)應(yīng)LUT選擇Rl, Du和Dl的相應(yīng)參數(shù)值。隨后可將在322和/或328中所獲得的參數(shù)值用于計(jì)算278 (圖4)的地質(zhì)導(dǎo)向校正。例如，在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可將Du值與預(yù)定值比較。如果Du小于預(yù)定值，那么可降低鉆孔傾斜程度以增大到上邊界的距離。如果Du大于預(yù)定值，那么可增大鉆孔傾斜程度以減小到上邊界的距離。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，在328可選擇其它參數(shù)。例如，LUT還可包括關(guān)于上層床體和/或下層床體位置的方向信息。這些方向信息可包括，例如，相對(duì)BHA高側(cè)的方位(工具面)角。LUT還可包括上層床體和/或下層床體相對(duì)井身軌跡的傾角。這些參數(shù)還可用于計(jì)算278的地質(zhì)導(dǎo)向校正。如上所述，本發(fā)明的方面包括一種用于地質(zhì)導(dǎo)向的閉路方法。閉路意指地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算和對(duì)導(dǎo)向方向的后續(xù)調(diào)整是在井下自動(dòng)實(shí)施而不需要任何井上(地表)處理或決定。這種自主井下決定是基于從各個(gè)LWD測(cè)量(優(yōu)選如上針對(duì)圖4和圖6所描述的方向阻抗力測(cè)量)獲得的反饋。為了實(shí)現(xiàn)完全閉路系統(tǒng)，在實(shí)踐時(shí)需要快速井下數(shù)據(jù)處理和決定。這種系統(tǒng)可包括新的硬件和處理算法，以及高效軟件執(zhí)行。圖7描繪用于實(shí)施在方法250 (圖4)的276和278中的井下地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算的優(yōu)選計(jì)算模塊350的一個(gè)示例性實(shí)施方案的最高階視圖。所描繪的示例性計(jì)算模塊350包括四個(gè)主組件:混合信號(hào)處理前端352、邏輯集成電路354(例如，包括場(chǎng)可編程閘陣列(FPGA)或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC))、低功率數(shù)字處理器356 (例如，低功率DSP)和低功率查找表(LUT)存儲(chǔ)(例如，部署在井下的外部閃存芯片上)。從實(shí)時(shí)傳感和處理角度來說，可將這四個(gè)組件視為硬件資源。將明白組件354、356和358不必為離散組件，因?yàn)榭蓪⑵浼傻揭粋€(gè)或多個(gè)模塊中。還將明白一般(但非必然)將計(jì)算模塊350部署在多個(gè)數(shù)字電路板上。本發(fā)明不限制于這些方面。
圖8描繪圖7中所描繪的混合信號(hào)處理前端352的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。前端352包括至少一個(gè)發(fā)送電路362 (例如，X-?；騔-模發(fā)送器)和至少一個(gè)接收電路364 (例如，X-?；騔-模接收器)。將明白，可將多個(gè)發(fā)送362和接收364電路板用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)RF頻率和/或激發(fā)間隔的使用。本發(fā)明不限制于這些方面。將接收電路364與系統(tǒng)處理板366耦接。還可將同步方位(工具面)測(cè)量值輸入到接收電路364或系統(tǒng)處理板366中以提供方向阻抗力成像。前端352還可包括通過啟始信標(biāo)而與處理板366通信的發(fā)信電路368。計(jì)算模塊350被部署在井下(例如，與LWD和/或?qū)蚬ぞ呖刂破麟娮油ㄐ?且被構(gòu)造以在鉆井同時(shí)實(shí)質(zhì)上實(shí)時(shí)地實(shí)施地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算和校正。通常將方向阻抗力地質(zhì)導(dǎo)向計(jì)算建模成非線性系統(tǒng)擬合問題(在現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明中)。在本領(lǐng)域中熟知，這類數(shù)學(xué)問題具有需要大量計(jì)算資源(遠(yuǎn)超出適合用于井下部署的任何技術(shù)發(fā)展水平低功率DSP或集成電路)的尺寸和復(fù)雜性。計(jì)算模塊350被構(gòu)造以在鉆井同時(shí)實(shí)質(zhì)上實(shí)時(shí)地實(shí)施這種計(jì)算，例如，通過在井下將一組計(jì)算參數(shù)實(shí)時(shí)地與巨型離線表中的項(xiàng)匹配。在圖7所描述的示例性實(shí)施方案中，邏輯集成電路354的使用和低功率LUT存儲(chǔ)芯片358的使用使得井下處理的速率大大增強(qiáng)。低功率LUT的使用還極大地節(jié)省井下能耗。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，LUT358包括非揮發(fā)性低功率閃存存儲(chǔ)(例如，I千兆芯片)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，LUT存儲(chǔ)不一定需要專用芯片。LUT被構(gòu)造以促進(jìn)地下地層的反演建模和隨鉆測(cè)井測(cè)量。在一個(gè)示例性實(shí)施方案中，可將大量地層參數(shù)存儲(chǔ)在LUT中。這些參數(shù)可包括，例如，如圖5所描繪的上層床體阻抗力Ru和下層床體阻抗力&及到上層床體的距離Du和下層床體的距離1\。所述參數(shù)還可包括，例如，到上邊界的工具面角(方向)和上邊界的傾角。在一個(gè)優(yōu)選示例性實(shí)施方案中，LUT包括一個(gè)4參數(shù)式OVRpDu和Dl) 16階陣列(共164-65，536個(gè)項(xiàng))。每個(gè)項(xiàng)還包括對(duì)應(yīng)四個(gè)參數(shù)值的方向阻抗力值。這些方向阻抗力值可包括，例如，多次方向阻抗力分量測(cè)量值的衰減和相位。所述方向阻抗力值是在地表利用反演模型計(jì)算并被加載到查找表中。將明白本發(fā)明的方面和特征可體現(xiàn)為可通過(例如)計(jì)算機(jī)、微處理器、硬件、固件、可編程電路系統(tǒng)、或本領(lǐng)域已知的任何其它處理裝置處理的邏輯。類似地，也正如本領(lǐng)域所熟知，所述邏輯可在適合通過處理器執(zhí)行的軟件上體現(xiàn)。本發(fā)明不限制于這個(gè)方面。軟件、固件和/或處理裝置可包括在，例如，呈電路板形式的井下組合件、板上傳感器sub或MWD/LWD sub上。可將電子信息(諸如邏輯、軟、或經(jīng)測(cè)定或經(jīng)處理數(shù)據(jù))存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(揮發(fā)性或非揮發(fā)性)中，或在習(xí)用電子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(諸如本領(lǐng)域所熟知的裝置)上。雖然已詳細(xì)描述本發(fā)明和其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離由隨附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍下，可在本文中實(shí)施各種變化、替代和交換。
權(quán)利要求
1.一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法，所述方法包括: (a)使底部鉆具組合件鉆井地下鉆孔，所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、隨鉆測(cè)井工具和井下處理器； (b)使所述隨鉆測(cè)井工具在(a)中鉆井的同時(shí)獲取隨鉆測(cè)井測(cè)量值； (c)使所述井下處理器利用在(b)中所獲取的所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正； (d)使所述井下處理器利用在(C)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向校正來計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置；和 (e)在(a)中鉆井的同時(shí)將在(d)中所計(jì)算的所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到所述導(dǎo)向工具。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括: (f)在(a)中鉆井的同時(shí)重復(fù)(b)、(C)、⑷和(e)多次。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述隨鉆測(cè)井工具包括方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具且所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值包括方向阻抗力隨鉆測(cè)井測(cè)量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(c)還包括: (i)使所述井下處理器利用在(b)中所獲取的所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向井身定位；` (ii)使所述井下處理器利用在(i)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算所述地質(zhì)導(dǎo)向校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(c)還包括: (i)使所述井下處理器從井下查找表選擇最密切匹配在(b)中所獲取的所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值的隨鉆測(cè)井值； (ii)使所述井下處理器從所述井下查找表選擇與在(i)中所選擇的所述隨鉆測(cè)井值對(duì)應(yīng)的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位； (iii)使所述井下處理器利用在(ii)中所選擇的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算所述地質(zhì)導(dǎo)向校正。
6.一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法，所述方法包括: (a)使底部鉆具組合件在地下鉆孔中旋轉(zhuǎn)，所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具和井下處理器； (b)使所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具在(a)中旋轉(zhuǎn)的同時(shí)獲取方向阻抗力測(cè)量值； (c)使所述井下處理器利用在(b)中所獲取的所述方向阻抗力測(cè)量值來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正； (d)使所述井下處理器利用在(C)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向校正來計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置；和 (e)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部鉆具組合件的同時(shí)將在(d)中所計(jì)算的所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到所述導(dǎo)向工具。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其還包括: (f)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部鉆具組合件的同時(shí)重復(fù)(b)、(C)、⑷和(e)多次。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中(C)還包括:(i)使所述井下處理器利用在(b)中所獲取的所述方向阻抗力測(cè)量值來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向井身定位； (ii)使所述井下處理器利用在(i)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算所述地質(zhì)導(dǎo)向校正。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位包括所述方向阻抗力工具與預(yù)定地層邊界層之間的至少一段距離。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中(c)還包括: (i)使所述井下處理器從井下查找表選擇最密切匹配在(b)中所獲取的所述方向阻抗力測(cè)量值的方向阻抗力值； (ii)使所述井下處理器從所述井下查找表選擇與在(i)中所選擇的所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井值對(duì)應(yīng)的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位； (iii)使所述井下處理器利用在(ii)中所選擇的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算所述地質(zhì)導(dǎo)向校正。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位包括所述方向阻抗力工具與預(yù)定地層邊界層之間的距離。
12.一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法，所述方法包括: (a)使底部鉆具組合件在地下鉆孔中旋轉(zhuǎn)，所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具和井下處理器； (b)使所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具在(a)中旋轉(zhuǎn)的同時(shí)獲取方向阻抗力測(cè)量值； (c)使所述井下處理器從井下查找表中選擇方向阻抗力值，使得所選擇的所述方向阻抗力值最密切匹配在(b)中所獲取的所述方向阻抗力測(cè)量值； (d)使所述井下處理器從所述井下查找表中選擇與在(c)中所選擇的所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井值對(duì)應(yīng)的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位； (e)使所述井下處理器利用在(d)中所選擇的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正； (f)使所述井下處理器利用在(e)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向校正來計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置；和 (g)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部鉆具組合件的同時(shí)將在(f)中所計(jì)算的所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到所述導(dǎo)向工具。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其還包括: (f)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部鉆具組合件的同時(shí)重復(fù)(b)、(C)、⑷和(e)多次。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位包括所述方向阻抗力工具與預(yù)定地層邊界層之間的至少一段距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位包括所述方向阻抗力工具與第一預(yù)定地層邊界層之間的第一距離和所述方向阻抗力工具與第二預(yù)定地層邊界層之間的第二距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位還包括附近床體的阻抗力、上層床體的阻抗力和下層床體的阻抗力。
17.一種用于地質(zhì)導(dǎo)向地下鉆孔的閉路方法，所述方法包括:(a)使底部鉆具組合件在地下鉆孔中旋轉(zhuǎn)，所述底部鉆具組合件包括鉆頭、導(dǎo)向工具、方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具和井下處理器； (b)使所述井下處理器從鉆孔勘測(cè)計(jì)算幾何井身定位； (C)使所述井下處理器從在(b)中所計(jì)算的所述幾何井身定位計(jì)算幾何校正； (d)使所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井工具在(a)中旋轉(zhuǎn)的同時(shí)獲取方向阻抗力測(cè)量值； (e)使所述井下處理器利用在(d)中所獲取的所述隨鉆測(cè)井測(cè)量值計(jì)算地質(zhì)導(dǎo)向校正； (f)使所述井下處理器利用在(C)中所計(jì)算的所述幾何校正和在(d)中所計(jì)算的所述地質(zhì)導(dǎo)向校正來計(jì)算組合校正； (g)使所述井下處理器利用在(f)中所計(jì)算的所述組合校正來計(jì)算新導(dǎo)向工具設(shè)置；和 (h)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部鉆具組合件的同時(shí)將在(d)中所計(jì)算的所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到所述導(dǎo)向工具。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其還包括: (f)在(a)中旋轉(zhuǎn)所述底部 鉆具組合件的同時(shí)重復(fù)(d)、(e)、(f)、(g)和(h)多次。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中(e)還包括: (i)使所述井下處理器從井下查找表中選擇最密切匹配在(d)中所獲取的所述方向阻抗力測(cè)量值的方向阻抗力值； (ii)使所述井下處理器從所述井下查找表中選擇與在(i)中所選擇的所述方向阻抗力隨鉆測(cè)井值對(duì)應(yīng)的地質(zhì)導(dǎo)向井身定位；和 (iii)使所述井下處理器利用在(ii)中所選擇的所述地質(zhì)導(dǎo)向井身定位來計(jì)算所述地質(zhì)導(dǎo)向校正。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中(f)包括: (i)使所述井下處理器從所述組合校正計(jì)算所需的轉(zhuǎn)向程度； (ii)將在(i)中所計(jì)算的所述轉(zhuǎn)向程度與預(yù)定最大轉(zhuǎn)向程度比較； (iii)當(dāng)在Q)中所計(jì)算的所述轉(zhuǎn)向程度大于所述最大轉(zhuǎn)向程度時(shí)減小所述組合校正。
全文摘要
一種用于地質(zhì)導(dǎo)向的閉路方法包括獲取隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和在鉆井的同時(shí)在井下處理所述隨鉆測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以獲得地質(zhì)導(dǎo)向校正(基于LWD測(cè)量值對(duì)鉆井方向的校正)。還在井下處理所述地質(zhì)導(dǎo)向校正以獲得新導(dǎo)向工具設(shè)置，隨后將所述新導(dǎo)向工具設(shè)置應(yīng)用到導(dǎo)向工具以改變鉆井方向。一般將這些步驟重復(fù)多次而不需要井上處理或地表干預(yù)。
文檔編號(hào)E21B47/022GK103119244SQ201180044533
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者布瑞斯拉夫·J·徹卡魯夫, 王清麗, 魯?shù)履帷·古恩塞爾, 曹清H, 唐才牧 申請(qǐng)人:史密斯運(yùn)輸股份有限公司