專利名稱：一種鉆具以及井下隨鉆探測(cè)儲(chǔ)層界面和厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，具體涉及一種鉆具以及井下隨鉆探測(cè)煤層和油氣儲(chǔ)層界面和厚度的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在石油、天然氣及煤層氣的開發(fā)中為了獲得更大的產(chǎn)能，往往通過(guò)水平井鉆井技術(shù)，使鉆機(jī)鉆出的井筒軌跡保持在油氣層和煤層中，但在實(shí)際的施工中井筒軌跡無(wú)法完全保持在油氣層和煤層中，其原因是目前還沒(méi)有能定量測(cè)出在油氣層和煤層界面以及厚度的方法與技術(shù)，雖然采用伽瑪和電阻率的方法能測(cè)出油氣層、煤層與其上下蓋層的差別，但這僅僅是定性的判斷而無(wú)法定量或相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)出井筒軌跡距上下邊界面的距離，因此就導(dǎo)致鉆具在出了儲(chǔ)層后再入儲(chǔ)層，井筒軌跡形成多處“狗腿”，井筒越深鉆具就越難向前鉆進(jìn)，因此，水平井的深度受到限制，同時(shí)井筒軌跡也不能保持在高產(chǎn)層的位置單井產(chǎn)能受到極大的影響。·

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種鉆具以及井下隨鉆探測(cè)煤層和油氣儲(chǔ)層界面和厚度，定量測(cè)出在油氣層和煤層界面以及厚度的方法與技術(shù)，使井筒軌跡保持在產(chǎn)層的最佳位置。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:為了在煤層氣和油氣水平井的鉆井中保持鉆具在煤層和油氣層的鉆進(jìn)過(guò)程中不出邊界，本發(fā)明提出一種在隨鉆施工中，通過(guò)發(fā)射超高頻電磁波和微波并接收其反射波的方法，來(lái)探測(cè)在煤層和油氣層中水平鉆進(jìn)的鉆具的位置以及距上下邊界面的距離。這一方法是基于電磁波在不同煤質(zhì)分界面產(chǎn)生反射以及高頻電磁波具有方向性這一特點(diǎn)，并通過(guò)測(cè)量發(fā)射波及反射波的時(shí)間計(jì)算出鉆具距上下邊界面的距離一種鉆具，主要包括依次相連的鉆桿、螺桿馬達(dá)和鉆鋌，還包括安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭、安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器、安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的電磁波發(fā)射源和接收天線。其中，所述的安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭是安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器用于判斷和識(shí)別所述鉆具所在地層的巖性。其中，安裝有超高頻電磁波和微波發(fā)射源及接收天線、伽馬傳感器、介電常數(shù)測(cè)量探頭的鉆鋌設(shè)置于螺桿馬達(dá)之前的近鉆頭位置。一種井下隨鉆探測(cè)儲(chǔ)層界面和厚度的方法，包括使用所述的鉆具，其特征在于高頻電磁波或微波測(cè)量所述鉆具到邊界面的計(jì)算方法為I1=Ct1/^ I2 = c (tx+ At) /2
^ = ^2-112其中，I1是電磁波發(fā)射源T與接收天線R間中線的距離，電磁波發(fā)射源與接收天線的距離就為; At是電磁波發(fā)射源到邊界面直達(dá)波與反射波的時(shí)間差；12是電磁波發(fā)射源到邊界面反射點(diǎn)即在電磁波發(fā)射源與接收天線間中線上的距離；d是鉆鋌到邊界面距離A1是電磁波由T直接傳到R的時(shí)間；c是電磁波在煤層和油氣層中的傳播速度。其中，所述方法用于識(shí)別煤層、油氣層及其他礦儲(chǔ)層與上下蓋層邊界，并測(cè)量出水平鉆進(jìn)的鉆具與上下蓋層邊界的距離，探測(cè)出水平井筒軌跡上下方的障礙物，并測(cè)量出水平井筒與障礙物間的距離，探測(cè)河床底面或建筑物的底面與河床或建筑物下面井筒的距離，并在隨鉆過(guò)程中使鉆具與河床底面建筑物的底面保持平行或在預(yù)設(shè)距離內(nèi)。其中，當(dāng)所述鉆具在煤層或油氣層中以滑動(dòng)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，將鉆具的工具面高邊調(diào)整到零度使電磁波發(fā)射源及接收天線8分別朝上和向下；而當(dāng)所述鉆具以復(fù)合鉆進(jìn)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，安裝有電磁波發(fā)射源及接收天線8的鉆鋌隨鉆具旋轉(zhuǎn)，此時(shí)通過(guò)裝在電磁波發(fā)射源的角度傳感器來(lái)判斷出電磁波發(fā)射源及接收天線8是否朝上和向下，每當(dāng)電磁波發(fā)射源及接收天線8轉(zhuǎn)到朝上和向下的位置時(shí)通過(guò)發(fā)射高頻電磁波12以及接收反射波13，來(lái)識(shí)別上、下蓋層2并計(jì)算出鉆鋌5到上、下蓋層2的距離。其中，安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭6是安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器7用于判斷和識(shí)別鉆具所在地層的巖性。其中，在煤層氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭6通過(guò)測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)10和自然伽馬傳感器7測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在煤層中還是在蓋層中。其中，在油氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭6測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)10和自然伽馬傳感器7測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在油氣層中還是在蓋層中。有益效果: 在煤層氣、油氣及其他礦儲(chǔ)層的水平鉆井中，應(yīng)用超高頻電磁波和微波反射的探層測(cè)距方法來(lái)識(shí)別煤層、油氣層及其他礦儲(chǔ)層與其上下蓋層的邊界，并測(cè)量出水平鉆進(jìn)的鉆具與上下蓋層邊界距離?；谏鲜龇椒ㄔ诘孛娣情_挖施工的水平井鉆井作業(yè)中，可探測(cè)出水平井筒軌跡上下方的障礙物，并測(cè)量出水平井筒與障礙物間的距離；基于上述方法在穿越河流或建筑物的水平井鉆井作業(yè)中，探測(cè)河床底面或建筑物的底面與河床或建筑物下面井筒的距離，并在隨鉆過(guò)程中使鉆具與河床底面建筑物的底面保持平行或在預(yù)設(shè)距離內(nèi)。


圖1在煤層和油氣層中實(shí)現(xiàn)隨鉆探層測(cè)距示意圖；圖2采用高頻電磁波或微波測(cè)量水平鉆具到邊界面的計(jì)算方法示意圖。其中，I是鉆桿、2是煤層或油氣層的上下蓋層、3是煤層或油氣層、4是螺桿馬達(dá)、5是鉆鋌、6是介電常數(shù)測(cè)量探頭、7是自然伽馬傳感器、8是電磁波發(fā)射源和接收天線、9是鉆頭、10是測(cè)試電場(chǎng)、11是自然伽馬射線、12是超高頻電磁波、13是反射波。
具體實(shí)施例方式一種鉆具，主要包括依次相連的鉆桿、螺桿馬達(dá)和鉆鋌，還包括安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭、安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器、安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的電磁波發(fā)射源和接收天線。其中，所述的安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭是安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器用于判斷和識(shí)別所述鉆具所在地層的巖性。其中，安裝有超高頻電磁波和微波發(fā)射源及接收天線、伽馬傳感器、介電常數(shù)測(cè)量探頭的鉆鋌設(shè)置于螺桿馬達(dá)之前的近鉆頭位置。—種井下隨鉆探測(cè)儲(chǔ)層界面和厚度的方法，包括使用所述的鉆具，其特征在于高頻電磁波或微波測(cè)量所述鉆具到邊界面的計(jì)算方法為I1 = cti/2I2 = c(t!+At)/2其中，I1是電磁波發(fā)射源T與接收天線R間中線的距離，電磁波發(fā)射源與接收天線的距離就為; At是電磁波發(fā)射源到邊界面直達(dá)波與反射波的時(shí)間差；12是電磁波發(fā)射源到邊界面反射點(diǎn)即在電磁波發(fā)射源與接收天線間中線上的距離；d是鉆鋌到邊界面距離A1是電磁波由T直接傳到R的時(shí)間；c是電磁波在煤層和油氣層中的傳播速度。其中，所述方法用于識(shí)別煤層、油氣層及其他礦儲(chǔ)層與上下蓋層邊界，并測(cè)量出水平鉆進(jìn)的鉆具與上下蓋層邊界的距離，探測(cè)出水平井筒軌跡上下方的障礙物，并測(cè)量出水平井筒與障礙物間的距離，探測(cè)河床底面或建筑物的底面與河床或建筑物下面井筒的距離，并在隨鉆過(guò)程中使鉆具與河床底面建筑物的底面保持平行或在預(yù)設(shè)距離內(nèi)。

其中，當(dāng)所述鉆具在煤層或油氣層中以滑動(dòng)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，將鉆具的工具面高邊調(diào)整到零度使電磁波發(fā)射源及接收天線8分別朝上和向下；而當(dāng)所述鉆具以復(fù)合鉆進(jìn)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，安裝有電磁波發(fā)射源及接收天線8的鉆鋌隨鉆具旋轉(zhuǎn)，此時(shí)通過(guò)裝在電磁波發(fā)射源的角度傳感器來(lái)判斷出電磁波發(fā)射源及接收天線8是否朝上和向下，每當(dāng)電磁波發(fā)射源及接收天線8轉(zhuǎn)到朝上和向下的位置時(shí)通過(guò)發(fā)射高頻電磁波12以及接收反射波13，來(lái)識(shí)別上、下蓋層2并計(jì)算出鉆鋌5到上、下蓋層2的距離。其中，安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭6是安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器7用于判斷和識(shí)別鉆具所在地層的巖性。其中，在煤層氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭6通過(guò)測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)10和自然伽馬傳感器7測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在煤層中還是在蓋層中。其中，在油氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭6測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)10和自然伽馬傳感器7測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在煤層中還是在蓋層中。最后應(yīng)說(shuō)明的是:顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本申請(qǐng)型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種鉆具，其特征在于:主要包括依次相連的鉆桿、螺桿馬達(dá)和鉆鋌，還包括安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭、自然伽馬傳感器、電磁波發(fā)射源和接收天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其特征在于:所述的安裝在鉆鋌上下兩側(cè)的介電常數(shù)測(cè)量探頭是安裝在所述鉆鋌上下兩側(cè)的自然伽馬傳感器用于判斷和識(shí)別所述鉆具所在地層的巖性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆具，其特征在于:所述鉆鋌設(shè)置于螺桿馬達(dá)之前的近鉆頭位置。
4.一種井下隨鉆探測(cè)儲(chǔ)層界面和厚度的方法，包括使用權(quán)利要求1所述的鉆具，其特征在于:高頻電磁波或微波測(cè)量所述鉆具到邊界面的計(jì)算方法為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述方法用于識(shí)別煤層、油氣層及其他礦儲(chǔ)層與上下蓋層邊界，并測(cè)量出水平鉆進(jìn)的鉆具與上下蓋層邊界的距離，探測(cè)出水平井筒軌跡上下方的障礙物，并測(cè)量出水平井筒與障礙物間的距離，探測(cè)河床底面或建筑物的底面與河床或建筑物下面井筒的距離，并在隨鉆過(guò)程中使鉆具與河床底面建筑物的底面保持平行或在預(yù)設(shè)距離內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:當(dāng)所述鉆具在煤層或油氣層中以滑動(dòng)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，將鉆具的工具面高邊調(diào)整到零度使電磁波發(fā)射源及接收天線分別朝上和向下；而當(dāng)所述鉆具以復(fù)合鉆進(jìn)方式水平鉆進(jìn)時(shí)，安裝有電磁波發(fā)射源及接收天線的鉆鋌隨鉆具旋轉(zhuǎn)，此時(shí)通過(guò)裝在電磁波發(fā)射源的角度傳感器來(lái)判斷出電磁波發(fā)射源及接收天線是否朝上和向下，每當(dāng)電磁波發(fā)射源及接收天線轉(zhuǎn)到朝上和向下的位置時(shí)通過(guò)發(fā)射高頻電磁波以及接收反射波，來(lái)識(shí)別上、下蓋層并計(jì)算出鉆鋌到上、下蓋層的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:在煤層氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭通過(guò)測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)和自然伽馬傳感器測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在煤層中還是在蓋層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:在油氣鉆井中，通過(guò)介電常數(shù)測(cè)量探頭測(cè)量鉆鋌近區(qū)的電場(chǎng)和自然伽馬傳感器測(cè)量鉆鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助“高頻電磁波探層測(cè)距”識(shí)別鉆具是在油氣層中還是在蓋層中。
全文摘要
一種鉆具以及井下隨鉆探測(cè)儲(chǔ)層界面和厚度的方法，在煤層氣、油氣及其他礦儲(chǔ)層的水平鉆井中，應(yīng)用超高頻電磁波和微波反射的探層測(cè)距方法來(lái)識(shí)別煤層、油氣層及其他礦儲(chǔ)層與其上下蓋層的邊界，并測(cè)量出水平鉆進(jìn)的鉆具與上下蓋層邊界距離。基于上述方法在地面非開挖施工的水平井鉆井作業(yè)中，可探測(cè)出水平井筒軌跡上下方的障礙物，并測(cè)量出水平井筒與障礙物間的距離；基于上述方法在穿越河流或建筑物的水平井鉆井作業(yè)中，探測(cè)河床底面或建筑物的底面與河床或建筑物下面井筒的距離，并在隨鉆過(guò)程中使鉆具與河床底面建筑物的底面保持平行或在預(yù)設(shè)距離內(nèi)。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103174413SQ20131013914
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者鄒來(lái)方, 盛利民, 李林, 竇修榮, 張明寶, 滕鑫淼, 石榮 申請(qǐng)人:中國(guó)石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院