鉆頭應(yīng)用的前瞻預(yù)測的制作方法
【專利說明】
[00011 本申請是申請?zhí)枮?01180074874.6、國際申請日為2011年11月15日、發(fā)明名稱為 "鉆頭應(yīng)用的前瞻預(yù)測"的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般涉及具有測井(well logging)能力的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 在用于油和氣體探測的鉆井中，應(yīng)當(dāng)理解，井眼周圍的地質(zhì)地層(formation)的結(jié) 構(gòu)和性質(zhì)提供了有助于這種探測的信息。然而，鉆探鉆具操作的環(huán)境在地面下相當(dāng)遠(yuǎn)的距 離處，并且在這些位置進(jìn)行測量以管理這種裝備的操作。測井是經(jīng)由位于井下的傳感器做 出測量的過程，可提供有關(guān)于地層特性的有價值的信息。測量技術(shù)可利用可作出深測量和 淺測量的電磁信號，該深測量較少受到井眼和受到鉆探侵襲的區(qū)域的效果的影響，且該淺 測量在提供試探信號的工具附近。最常規(guī)的工具定位于鉆桿上的鉆探電機(jī)上，且從已經(jīng)由 鉆頭刺穿的地層中做出測量。此外，這種測量的實(shí)用性可相關(guān)于從這種測量推導(dǎo)出的信息 的精度或質(zhì)量。
[0004] 附圖簡述
[0005] 圖1示出根據(jù)各種實(shí)施例的具有在鉆頭之前進(jìn)行測量的工具的示例性裝置的框 圖。
[0006] 圖2示出根據(jù)各種實(shí)施例的在鉆探操作中用于鉆頭應(yīng)用的前瞻預(yù)測的示例性方法 的特征。
[0007] 圖3A和3B示出根據(jù)各種實(shí)施例的前瞻預(yù)測信號計算。
[0008] 圖4A和4B示出根據(jù)各種實(shí)施例的層信號相消效果。
[0009]圖5A和5B示出根據(jù)各種實(shí)施例的工具的綜合幾何因數(shù)。
[0010] 圖6示出根據(jù)各種實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)不同傾角的層信號相消效果的傾斜角度組合，其 中傾角的走向與偶極對齊。
[0011] 圖7示出根據(jù)各種實(shí)施例的高電導(dǎo)率介質(zhì)的綜合幾何因數(shù)。
[0012] 圖8示出根據(jù)各種實(shí)施例的與兩個不同間隔相關(guān)聯(lián)的幾何因數(shù)。
[0013] 圖9A-9C示出根據(jù)各種實(shí)施例的層信號相消配置和相關(guān)聯(lián)的靈敏度區(qū)域的三個示 例。
[0014] 圖IOA和IOB示出根據(jù)各種實(shí)施例的深測量和淺測量的基本配置的示例。
[0015] 圖11示出根據(jù)各種實(shí)施例的時間推移差分測量相對層信號相消測量的比較。
[0016] 圖12示出根據(jù)各種實(shí)施例的示例性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0017] 圖13示出根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)由淺反演和深反演(deep inversion)的前瞻預(yù)測 信號計算的示例性方法的特征。
[0018] 圖14示出根據(jù)各種實(shí)施例的僅使用淺信號的前瞻預(yù)測信號計算的示例性方法的 特征。
[0019] 圖15示出根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)由去卷積的前瞻預(yù)測信號的示例性計算。
[0020] 圖16示出根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)由全反演的深層性質(zhì)的示例性計算。
[0021] 圖17示出根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)由簡單反演的深層性質(zhì)的示例性計算。
[0022] 圖18示出根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)由反演的深層性質(zhì)的計算的示例。
[0023 ]圖19示出根據(jù)各種實(shí)施例的地質(zhì)導(dǎo)向決策表的示例。
[0024] 圖20示出根據(jù)各種實(shí)施例的與發(fā)射器和接收器之間的兩個不同間隔相關(guān)聯(lián)的幾 何因數(shù)。
[0025] 圖21示出根據(jù)各個實(shí)施例的非因果去卷積濾波器。
[0026] 圖22示出根據(jù)各個實(shí)施例的因果去卷積濾波器。
[0027]圖23和24分別示出根據(jù)各種實(shí)施例的在反演過程中具有零傾角和四層的合成測 井曲線(log)。
[0028]圖25示出根據(jù)各種實(shí)施例的在去卷積過程中具有四層的合成測井曲線。
[0029]圖26和27根據(jù)各種實(shí)施例，對于具有電阻率變化的很多層的情況，比較標(biāo)準(zhǔn)和層 信號相消配置。
[0030]圖28A-C示出根據(jù)各種實(shí)施例的示例性階躍響應(yīng)模型和示例性差分信號模型。 [0031]圖29示出根據(jù)各種實(shí)施例的對于示例性情況的趨膚效應(yīng)修正后的信號。
[0032]圖30A-B示出根據(jù)各種實(shí)施例的對于示例性情況的對于邊界的反演的距離和電阻 率對比。
[0033] 圖31示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于控制天線排布的激活，并處理所接收到的信號以 用于鉆頭應(yīng)用的前瞻預(yù)測的示例性系統(tǒng)的特征的框圖。
[0034] 圖32示出根據(jù)各個實(shí)施例的在鉆探部位的系統(tǒng)的一個實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下詳細(xì)描述引用示出作為說明而非限制的可實(shí)踐本發(fā)明的各個實(shí)施例的附圖。 詳細(xì)地描述這些實(shí)施例，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`這些以及其他實(shí)施例?？墒褂闷渌?實(shí)施例，并且可對這些實(shí)施例進(jìn)行結(jié)構(gòu)、邏輯和電氣方面的改變。各個實(shí)施例不一定相互排 斥，因?yàn)橐恍?shí)施例可與形成新實(shí)施例的一個或多個其他實(shí)施例組合。因此，以下詳細(xì)描述 不應(yīng)具有限制的意義。
[0036]圖1示出裝置100的實(shí)施例的框圖，裝置100具有工具105用來在鉆頭之前做出測 量，該測量可被用于確定前瞻預(yù)測信號以及確定井102中的井下性質(zhì)。工具105可具有相對 于工具105的縱軸107結(jié)構(gòu)化的發(fā)射器和接收器110-1、110-2、IlO-(N-I) UlO-N的排布 (arrangement)?？刹僮鬟@些發(fā)射器和接收器來捕捉位于工具105后的區(qū)域內(nèi)和與工具105 的側(cè)邊相鄰的區(qū)域內(nèi)靠近工具105的信號。這些相對較短范圍的信號可被稱為淺信號。還可 操作這些發(fā)射器和接收器來捕捉位于工具105前方的區(qū)域內(nèi)的信號，且使用設(shè)置在鉆探結(jié) 構(gòu)上的工具105,從工具105前方捕捉到的信號可包括在鉆頭前面的區(qū)域。這些相對長范圍 的信號，比淺信號更深，可被稱為深信號。可通過選擇發(fā)射器-接收器對來操作發(fā)射器和接 收器110-1，110-2... IlO-(N-I)，110-N的排布，所述發(fā)射器-接收器對由每一對中的發(fā)射器 和接收器之間的間隔所定義?？墒褂幂^大的間隔來探查鉆頭之前的情況并獲取深信號?？?使用較小的間隔來探查工具105周圍的底層區(qū)域內(nèi)的情況。深信號和淺信號可相關(guān)于發(fā)射 器-接收器間隔，該間隔可繼而由位于鉆頭后的發(fā)射器和接收器的定位所設(shè)置。例如，淺測 量可包括來自從距離工具約一英寸到約十英尺的區(qū)域內(nèi)的貢獻(xiàn)，且深測量可包括來自從距 離工具約5英尺到約200英尺的區(qū)域內(nèi)的貢獻(xiàn)。在作出淺和深測量時，深測量包括來自相比 淺測量而言距離工具更遠(yuǎn)的區(qū)域的貢獻(xiàn)。例如，深測量可提供來自離工具為(但不限于此） 相比在淺測量中提供貢獻(xiàn)的距離而言至少多出25%的距離的貢獻(xiàn)。貢獻(xiàn)距離之間的差異可 小于或大于多出25%。
[0037] 可沿工具105的縱軸107來結(jié)構(gòu)化發(fā)射器天線和接收器天線的排布，該縱軸基本垂 直于工具截面，該工具截面對應(yīng)于鉆桿中鉆環(huán)的截面。該排布可包括數(shù)個發(fā)射器和接收器， 所述數(shù)個發(fā)射器和接收器彼此間隔，以使發(fā)射器或接收器中的一個定位于最靠近鉆頭處且 布置中發(fā)射器或接收器中的最后一個距離鉆頭最遠(yuǎn)。最靠近鉆頭的那一個發(fā)射器或接收器 可定位為盡可能靠近鉆頭。排布開始時越是接近鉆頭，可確定越是遠(yuǎn)離鉆頭的地層性質(zhì)。第 一個天線可放置在鉆探電機(jī)后的鉆環(huán)上?？蛇x地，第一個天線可放置在鉆探電機(jī)上，而非放 在鉆探電機(jī)后的鉆環(huán)上。
[0038] 通過使用發(fā)射器傾斜角和接收器傾斜角的特定組合，諸如通過相對于工具105的 縱軸107的在工具105上的取向，來設(shè)置發(fā)射器-接收器對，以使可使得來自該對的相應(yīng)發(fā)射 器和接收器之間的層的信號相消。發(fā)射器傾斜角可與接收器傾斜角相同或與接收器傾斜角 不同。例如，接收器可具有零傾斜角而發(fā)射器可具有非零傾斜角。在工具105上的這種發(fā)射 器和接收器的排布可使得工具105對于工具側(cè)邊的區(qū)域的性質(zhì)不敏感。對于響應(yīng)于該對的 發(fā)射器所發(fā)射的探查信號而由該對的接收器所獲取的信號，可實(shí)施處理來消除工具周圍效 應(yīng)并聚焦到鉆頭前方。對于給定傾角，可實(shí)現(xiàn)按照特定層信號相消取向來構(gòu)造發(fā)射器以及 其它們相應(yīng)的接收器。例如，對于按照針對零度傾角的特定層信號相消取向而構(gòu)造的發(fā)射 器和它們相應(yīng)的接收器，在不同傾角的操作可導(dǎo)致小于完整的層信號相消。然而，可能存在 傾角的范圍，其不同于發(fā)射器和接收器被構(gòu)造為基本完整相消來自層的信號的傾角，在所 述的傾角的范圍內(nèi)，來自層的信號是基本相消的?；鞠嘞砂ㄏ鄬τ谧顑?yōu)相消的90% 的相消。工具105的發(fā)射器和接收器110-1,110-2. ..IlO-(N-I)，110-N可具有足夠數(shù)量以允 許不同取向的發(fā)射器-接收器對以使對于多個不同傾角可由工具105來實(shí)現(xiàn)層信號的最優(yōu) 相消。
[0039] 通過工具105可做出前瞻預(yù)測測量來提供前瞻預(yù)測信號或確定鉆頭前的地層性 質(zhì)，而不需使用取向成使得發(fā)射器-接收器對的操作不提供層信號相消的發(fā)射器-接收器 對?？蓪碜砸粋€或多個淺測量的數(shù)據(jù)從深測量中減去從而提供前瞻預(yù)測測量?？商幚韥?自前瞻預(yù)測的數(shù)據(jù)從而提供前瞻預(yù)測信號且確定鉆頭前的地層性質(zhì)。
[0040] 工具105可具有成對設(shè)置的多個天線。第一發(fā)射器-接收器天線對可具有在該天線 對的第一發(fā)射器和接收器之間兩英尺到二十英尺范圍內(nèi)的間距，從而做出淺測量，以使在 第一發(fā)射器-接收器天線對的發(fā)射器和接收器之間，層信號基本相消。第二發(fā)射器-接收器 天線對可具有在該天線對的第二發(fā)射器和接收器之間從二十英尺到一百英尺范圍內(nèi)的間 距，從而做出深測量，以使在第二發(fā)射器-接收器天線對的發(fā)射器和接收器之間，層信號基 本相消。第一發(fā)射器-接收器天線對的發(fā)射器天線設(shè)置為第二發(fā)射器-接收器天線對的發(fā)射 器天線，或第一發(fā)射器-接收器天線對的接收器天線設(shè)置為第二發(fā)射器-接收器天線對的接 收器天線。
[0041]裝置100可包括控制單元120來控制工具105的發(fā)射器的激活和在工具105的接收 器處對信號的接收。當(dāng)裝置在井中被井下操作時，控制單元105可被構(gòu)建為能在一個或多個 發(fā)射器-接收器對中的多個天線中選擇天線，所述天線被設(shè)置為執(zhí)行一個或多個深測量以 及一個或多個淺測量。當(dāng)工具在井中被井下操作時，控制單元120可被設(shè)置為能用來在一個 或多個發(fā)射器-接收器對中的多個中選擇天線，所述天線被設(shè)置為使得該相應(yīng)發(fā)射器-接收 器對的發(fā)射器和接收器天線之間的層信號基本相消。控制單元120可設(shè)置為，除了其他操作 外，使用發(fā)射器天線和對應(yīng)接收器天線進(jìn)行絕對深測量、使用附加接收器的比深（ratio deep)測量、或使用附加接收器和附加發(fā)射器的補(bǔ)償?shù)纳顪y量，以使相應(yīng)測量中來自發(fā)射器 和接收器天線對之間的層信號被基本相消?？刂茊卧?20可操作工具105,工具105具有四個 天線，該四個天線設(shè)置為做出淺測量和深測量并且使得源自四個天線的操作的層信號基本 相消?？刂茊卧?20可操作工具105,工具105具有少于四個天線，該少于四個天線設(shè)置為做 出淺測量和深測量并且使得源自四個天線的操作的層信號基本相消?？刂茊卧?20可與數(shù) 據(jù)處理單元126結(jié)合操作來處理從工具105的接收器處接收的信號。
[0042] 數(shù)據(jù)處理單元126可被構(gòu)建為處理來自一個或多個深測量以及一個或多個淺測量 的數(shù)據(jù)，從而在沒有或基本沒有來自于工具的側(cè)邊相鄰的區(qū)域的貢獻(xiàn)的情況下，生成前瞻 預(yù)測信號。數(shù)據(jù)處理單元126可包括儀器來執(zhí)行一個或多個技術(shù)從而處理來自淺測量的信 號以及來自深測量的信號從而生成前瞻預(yù)測信號。前瞻預(yù)測（look-ahead)信號被定義為位 于與鉆探操作關(guān)聯(lián)的鉆頭前面的區(qū)域相關(guān)的信號。數(shù)據(jù)處理單元126還可使用所生成的前 瞻預(yù)測信號