自導式地質導向組件和優(yōu)化井位和質量的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明一般性地涉及地質導向，并且更具體地涉及一種自導式地質導向組件，以 優(yōu)化鉆井口（wellbore)的位置和質量。
【背景技術】
[0002] 在北美，在當前的商業(yè)環(huán)境下，大部分鉆機已經從垂直鉆井轉移到水平鉆井，以便 更有效地利用低品質的頁巖儲藏。這樣的儲藏有極端的垂直非均質性，個別垂直層厚度范 圍從十分之幾英寸到幾英寸，而在水平方向上，儲藏趨向于保持相當一致。在這種環(huán)境下， 在儲藏內的鉆井口的放置可在成功的井和經濟失敗之間會存在差別。因此，這些儲藏的成 功增產（stimulation)是非常重要的，以實現(xiàn)經濟的生產率。
[0003] 然而，成功的增產首先需要優(yōu)化沿垂直地層的鉆井口的位置。由于生產條件下高 壓裂初始壓力和壓裂導流的損失，將鉆井口定位在軟的、延展性好的、因此是非生產性的區(qū) 域中可以使增產和長期的生產非常困難。另外，應力過渡區(qū)域可以對壓裂生長有顯著影響， 從而使得難以接觸適當量的儲藏。因此，目標是將鉆井口定位在將最大化增產處理的效果 的頁巖部分中。這樣的理想部分將靠近儲存的油氣、含有可用壓裂來容易地增產的脆性巖 石、包括允許足夠壓裂生長的簡單的應力狀態(tài)、以及具有較高的天然壓裂密度。
[0004] 出于多種原因，現(xiàn)有的地質導向方法將鉆井口定位在儲藏的理想的高產部分內的 成功率很有限。首先，鉆具組件基本上是被盲目驅動的，這是因為地面上的工程師和地質學 家依靠井下傳感器和遙測來提供有關鉆頭周圍的巖石質量的數(shù)據(jù)。一旦在地面接收數(shù)據(jù)， 鉆井隊必須接著解釋數(shù)據(jù)，并相應地調節(jié)組件一這是非常耗時的過程。第二，考慮到當前遙 測方法的大約100KB的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，利用現(xiàn)有的遙測方法可以被發(fā)送回到地面的井 下數(shù)據(jù)的數(shù)量受到嚴重的限制。除了從地面到鉆頭的剪切距離以外，這經常導致地質導向 響應的顯著滯后時間。
[0005] 第三，考慮到較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，在采取校正動作之前，鉆井隊常常被迫等待， 直到鉆頭實際接觸地面。由這些滯后誘發(fā)因素所導致的結果，鉆井口往往是曲折的并不能 保持在儲藏的最佳部分。第四，在分層嚴重的儲藏中，目前的地質導向方法實在是缺乏實現(xiàn) 優(yōu)化鉆井口位置必需的準確度所要求的精度。最后，傳統(tǒng)的地質導向組件不是前瞻性的；相 反，它們僅簡單地對接收到的井下數(shù)據(jù)進行反應。
[0006] 因此，鑒于這些缺點，本領域需要高度敏感的、前瞻性的和精確的地質導向組件， 從而得到鉆井口的最佳位置和質量。
【附圖說明】
[0007] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的自導式地質導向組件；以及
[0008] 圖2是示出本發(fā)明的一個示例性地質導向方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009] 本發(fā)明的說明性實施例和相關方法描述如下，因為它們可用于自導式地質導向組 件和方法以優(yōu)化鉆井口的位置和質量。為了清楚起見，在本說明書中不描述實際實施方式 或方法的所有特征。此外，本文所描述的"示例性"實施例是指所公開的發(fā)明的示例。當然 應當理解，在任何這種實際實施例的開發(fā)中，必須進行許多特定實施的決策，以實現(xiàn)開發(fā)者 的特定目標，例如符合與系統(tǒng)相關和商業(yè)相關的限制，這依不同的實施方式而改變。此外， 應當理解，這種開發(fā)努力可能是復雜和費時的，但是對于本領域普通技術人員而言仍然是 受益于本公開的常規(guī)做法。通過考慮下面的描述和附圖，本發(fā)明的各種實施例和相關方法 的進一步的方面和優(yōu)點將變得顯而易見。
[0010] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的自導式地質導向（"SGG"）組件10。如本文 所述，SGG組件10是一種智能井底組件，其利用板上（on-board)電路、計算機算法和組件 以除了發(fā)送數(shù)據(jù)返回到地面位置之外，還實時地對SGG組件10進行地質導向。為了實現(xiàn)這 一目標，SGG組件10利用沿詳細的大地模型所繪制的程序化的井軌跡（即，井路徑）以將 儲藏的特定地層部分定為目標。隨著SGG組件10沿期望的井路徑前進，與周圍儲藏特性和 組件位置相關的實時數(shù)據(jù)由板上計算機引導系統(tǒng)分析，板上計算機導向系統(tǒng)進而指示方向 控制器以相應調節(jié)SGG組件10的方向。這樣，SGG組件10通過使用大地模型和來自組件 部件的實時反饋來對其本身進行自導，從而確保SGG組件10沿儲藏的期望的地層部分保持 正確的井軌跡。
[0011] 在本發(fā)明的某些示例性實施例中，SGG組件10與鉆柱一起使用。在如在下面更詳 細地描述的，SGG組件10包括CPU引導系統(tǒng)12、地層感測系統(tǒng)16、大地定位器18、成像工具 20、定向控制部22和鉆頭24,所有這些都經由系統(tǒng)總線彼此電耦接。這樣，SGG組件10收 集并分析關于物理鉆井口位置、地層井位置、組件位置和地層特性的數(shù)據(jù)，以實時控制井路 徑和/或將數(shù)據(jù)通信返回到地面。如本領域理解的，物理鉆井口位置是指基于位置參數(shù)（例 如諸如，真實豎直深度、水平位移等）的大地模型內的位置，而地層井位置是指與沿巖層的 特定層或標記有關的在大地模型內的位置。
[0012] 仍參照圖1的示例性實施例，SGG組件10被示出沿著巖層11的側部前進。巖層 11包括一系列地層lla-f，其在垂直方向上顯示帶有顯著水平均一連續(xù)性的極端異質性。 如將在下面更詳細地描述的，地層lie已被識別為目標層。盡管如此，SGG組件10包括CPU 引導系統(tǒng)12,它包括一個或多個處理器和相關電路以如本文所述控制SGG組件10的地質導 向操作。CPU引導系統(tǒng)12還包括計算機可讀存儲器（未示出）以存儲實現(xiàn)本發(fā)明的功能所 必需的數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)本文所描述的示例性實施例的用于實現(xiàn)地質導向功能的處理器可 執(zhí)行軟件指令可以被存儲在計算機可讀存儲器中或位于SGG組件10內的一些其他計算機 可讀介質中。CPU引導系統(tǒng)12還包括通信模塊，使得能夠進行CPU引導系統(tǒng)12和其他板上 部件以及地面系統(tǒng)之間經由鏈路14的雙向通信。實現(xiàn)本發(fā)明示例性特征所必需的CPU引 導系統(tǒng)12的計算機體系結構的這些和其他方面對受益于本公開的本領域普通技術人員可 以容易地理解。
[0013] CPU引導系統(tǒng)12包括大地建模模塊（未示出），其使得CPU引導系統(tǒng)12能夠限定 和分析地層特性、儲藏目標和標記、工具位置和井規(guī)劃，從而使得SGG組件10能夠進行地質 導向。大地建模模塊還結合大量的數(shù)據(jù)，例如包括地震、測井、取芯和盆地（basin)數(shù)據(jù)以 構造綜合的地質細胞（geo cellular)大地模型，其足夠詳細地描述目標儲藏以建立詳細井 規(guī)劃。在本示例性實施例中，大地模型在部署之前被預先編程到CPU引導系統(tǒng)12中，從而 使得SGG組件10能夠在鉆井過程中調節(jié)井軌跡，以便保持在期望的地層內。然而，在替代 實施例中，大地模型可以從地面經由鏈路14傳送到CPU引導系統(tǒng)12,或在鉆井或其他井下 作業(yè)過程中基于從SGG組件10板上傳感器接收的儲藏和位置數(shù)據(jù)來實時更新
[0014] 通過利用大地建模模塊，CPU引導系統(tǒng)12從而提供井規(guī)劃和地下地層的可視 化，例如包括，地理科學解讀、石油系統(tǒng)建模、地質化學分析、地層網格化、相（facies) 以及巖石物理特性建模。另外，CPU引導系統(tǒng)12基于由井下測井儀確定的相和孔隙度 數(shù)據(jù)對井路徑以及橫斷面路徑建模。CPU引導系統(tǒng)12使用的示例性大地建模平臺例 如包括DecisionSpace?，其可通過本發(fā)明的受讓人德克薩斯州休斯頓的landmark Graphics(蘭德馬克繪圖）公司商購。然而，受益于本公開的本領域普通技術人員理解可以 在大地建模模塊內使用的各種其他大地建模平臺。
[0015] SGG組件10還包括地層感測系統(tǒng)16,其利用各種傳感器來確定SGG組件10在巖層 11內的地層位置和SGG組件10周圍的巖層的特性，以便沿著儲藏中正確的地層點維持井路 徑。要做到這一點，地層感測系統(tǒng)16通過地層的特性來識別地層，地層的特性可以包括礦 物學、強度、脆性、流體飽和度、孔隙度、密度等。地層感測系統(tǒng)16所用的傳感器被設計為將 井保持在已被識別為從完井和開采方面看最佳的鉆井口目標的期望地層內（即，在CPU引 導系統(tǒng)12板上大地建模模塊內建模的目標井路徑）。
[0016] 如受益于本公開的本領域普通技術人員將理解的，地層感測系統(tǒng)16可以采用多 種傳感器。例如，這種感測設備可以包括光學、聲學、聲波、電阻率、磁共振或基于核的傳感 器。在確定地層和/或位置數(shù)據(jù)后，地層感測系統(tǒng)16將數(shù)據(jù)發(fā)送返回給CPU引導系統(tǒng)12， 以向CP