利用多分量天線優(yōu)化深電阻率測量的方法和裝置的制造方法
【專利說明】利用多分量天線優(yōu)化深電阻率測量的方法和裝置
[0001]背景
[0002]本公開一般涉及鉆井操作并且尤其涉及用于利用多分量天線優(yōu)化深電阻率測量的方法和裝置。
[0003]鉆井操作通常需要勘測和測量以確定形成層邊界條件。這些勘測和測量對于把特定形成層地層作為目標來說可能是必不可少的。在某些實例中，勘測或測量可使用近鉆頭傳感器來“先行于(look-ahead) ”該鉆頭以確定形成層電阻率，該形成層電阻率可通過使用反演技術(shù)被用于確定形成層邊界。電阻率測量的準確度，以及因此邊界確定的準確度在很大程度上依賴于形成層各向異性。形成層各向異性可與層壓的沉積物相關(guān)聯(lián)，該層壓的沉積物產(chǎn)生在平行于形成層平面的方向中的水平電阻率(Rh)，該水平電阻率(Rh)不同于且通常低于在垂直于形成層平面的方向中的垂直電阻率(Rv)。形成層各向異性的存在可改變“先行(look-ahead)”信號，從而導(dǎo)致形成層地質(zhì)學(xué)的誤釋，除非計算密集且昂貴的反演技術(shù)和模型被用于解釋各向異性效應(yīng)。
[0004]附圖
[0005]通過部分地參考以下描述和所附的附圖可理解本公開的某些具體的示例性實施例。
[0006]圖1示出了根據(jù)本公開的各方面的多分量電磁測井工具的示例天線布置。
[0007]圖2示出了根據(jù)本公開的各方面的示例鉆探系統(tǒng)。
[0008]圖3示出了根據(jù)本公開的各方面的示例信息處理系統(tǒng)。
[0009]圖4示出了根據(jù)本公開的各方面的示例測量裝置。
[0010]圖5示出了根據(jù)本公開的各方面的示例測量裝置。
[0011]圖6示出了根據(jù)本公開的各方面的示例優(yōu)化方法。
[0012]圖7示出了根據(jù)本公開的各方面的示例優(yōu)化方法。
[0013]圖8示出了根據(jù)本公開的各方面的示例各向同性形成層模型。
[0014]雖然已經(jīng)參考本公開的示例性實施例描繪、描述并限定了本公開內(nèi)容的實施例，但這樣的參考不意味著對本公開的限制，且不推斷這樣的限制。所公開的主題在形式和功能上存在相當多的修改、變更和等價方案，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在獲知本公開的益處后所能想到。所描繪和描述的本公開的諸實施例僅僅是示例，且不是對本公開范圍的窮舉。
[0015]詳細描述
[0016]本公開一般涉及鉆井操作并且尤其涉及用于利用多分量天線優(yōu)化深電阻率測量的方法和裝置。
[0017]在本文中詳細地描述了本公開的說明性實施例。為清楚起見，可能未在此說明書中描述實際實現(xiàn)方式的所有特征。當然將理解，在任一此類實際實施例的開發(fā)中，必須作出許多實現(xiàn)專屬的決定以實現(xiàn)特定的實現(xiàn)目標，這些特定的實現(xiàn)目標將對于各實現(xiàn)而彼此不同。此外，將理解，此類開發(fā)努力可能是復(fù)雜而且耗時的，但對于獲得本公開內(nèi)容的益處的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言仍會是例行任務(wù)。
[0018]為便于更好地理解本公開，給出了某些實施例的以下示例。以下示例絕不應(yīng)理解為限制或限定本公開的范圍。本公開的實施例可適用于任意類型的地層中的水平的、垂直的、偏離的、多邊的、U形管連接、交叉、旁路(在中間深度的被卡的落物(stuck fish)周圍鉆探并返回到下面的井中)或在其它方面的非線性井眼。實施例可適用于注入井以及生產(chǎn)井，包括自然資源生產(chǎn)井(諸如硫化氫、碳氫化合物或地熱井)；以及用于河流交叉隧穿的鉆孔施工和出于近表面施工目的的其它此類隧穿鉆孔或用于諸如碳氫化合物之類的流體的運輸?shù)你@孔U形管管道。下面相對于一種實現(xiàn)方式進行描述的實施例不旨在是限制性的。
[0019]根據(jù)本公開的各方面，本文中描述了用于優(yōu)化深電阻率測量的系統(tǒng)和方法。該方法可包括從被設(shè)置在鉆孔中的井下工具獲得第一多分量感應(yīng)測量。如以下將描述的，井下工具可包括多分量天線。在一個實施例中，如圖1中可見，多分量工具可包括三個相互正交的發(fā)射器(Tx、Ty和Tz)和三個相互正交的接收器(Rx、Ry和Rz)的組合，從中可進行九種獨立的測量。在其它實施例中，如以下將詳細地進行描述的，可利用具有這些分量中的兩個分量的最小值的工具。例如，如將參照圖5進行討論的，在井下旋轉(zhuǎn)的傾斜的天線可被用于基于每次旋轉(zhuǎn)的工具的方位信號來獲得多分量測量，其中方位信號被解耦以計算各個耦合分量。因此，在本公開的范圍內(nèi)，傾斜的發(fā)射器或傾斜的接收器可以是多分量天線。
[0020]該方法可進一步包括確定井下工具的相對結(jié)構(gòu)傾角Φ。如以下將更詳細地描述的，可例如通過使用附加的井下工具或者在計算上使用第一多分量測量來確定該傾角。該相對結(jié)構(gòu)傾角可從工具坐標中進行確定并且可以是相對于工具軸，其中與形成層邊界傾角相反，結(jié)構(gòu)傾斜與垂直電阻率軸的角度相關(guān)聯(lián)。在未呈現(xiàn)交錯層的形成層中，相對結(jié)構(gòu)傾角可等于形成層邊界的相對傾角。在某些實施例中，相對結(jié)構(gòu)傾角測量可通過使用幾何操縱被轉(zhuǎn)換至相對于固定坐標(諸如地球重力或磁軸)的絕對測量，這將由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員鑒于本公開而理解。
[0021]該方法可進一步包括調(diào)節(jié)多分量天線中的至少一個的傾斜角，其中經(jīng)調(diào)節(jié)的傾斜角是基于相對結(jié)構(gòu)傾角。該方法可進一步包括獲得與經(jīng)調(diào)節(jié)的傾斜角相關(guān)聯(lián)的第二多分量感應(yīng)測量。如以下將進行描述的，獲得與經(jīng)調(diào)節(jié)的傾斜角相關(guān)聯(lián)的第二多分量感應(yīng)測量可包括在計算上改變第一多分量測量以解釋經(jīng)調(diào)節(jié)的傾斜角。隨后可至少部分地基于第二多分量感應(yīng)測量來確定形成層特性。例如，形成層特性可包括經(jīng)由反演和/或任何電阻率轉(zhuǎn)換方案使用多分量測量進行確定的深電阻率測量或到形成層邊界的距離。有利地，如以下將描述的，可在沒有包括或考慮各向異性效應(yīng)的情況下確定形成層特性，這可降低該確定過程的計算強度。
[0022]圖2示出了根據(jù)本公開的各方面的示例鉆探系統(tǒng)200。鉆探系統(tǒng)200包括被安裝在表面216處并且被置于地層206內(nèi)的鉆孔204上方的鉆機202。鉆機202可被連接至被設(shè)置在鉆孔204中的鉆柱214。鉆柱214可包括多個鉆柱段和井底組件(BHA) 208。BHA 208可包括例如鉆頭210以及包含多個測量或測井設(shè)備的測量和/或測井部分212。測量或測井設(shè)備可包括各種天線和傳感器以在鉆探操作期間測量或記錄形成層206。在某些實施例中，測量或測井部分可包括用于獲得多分量測量的多分量天線。
[0023]在某些實施例中，包括測量或測井部分212的井下電子設(shè)備可與在表面處的控制系統(tǒng)224進行通信?？刂葡到y(tǒng)224可包括信息處理系統(tǒng)，該信息處理系統(tǒng)包括用于接收和處理在井下所接收的測量的至少一個處理器。在特定實施例中，測量或測井部分212還可包括一些處理能力。圖3中所示的是示例信息處理系統(tǒng)300的框圖。信息處理系統(tǒng)300的處理器或CPU 301可被通信地耦合至存儲器控制器中樞或北橋302。存儲器控制器中樞302可被耦合至RAM 303和圖形處理單元304。存儲器控制器中樞302還可被耦合至I/O控制器中樞或南橋305。I/O中樞305可被耦合至計算機系統(tǒng)的存儲元件，包括存儲元件306，該存儲元件可包括包含計算機系統(tǒng)的B1S的閃存ROM。I/O中樞305還被耦合至計算機系統(tǒng)的硬盤驅(qū)動器307。硬盤驅(qū)動器307可被表征為有形計算機可讀介質(zhì)，該有形計算機可讀介質(zhì)包含當由處理器301執(zhí)行時，使處理器301執(zhí)行預(yù)先確定的一組操作的一組指令。例如，根據(jù)本公開的特定實施例并且如下面將進行討論的，硬盤驅(qū)動器307可包含指令，當被執(zhí)行時，該指令使CPU 301從井下多分量天線中獲得多分量測量并對多分量測量執(zhí)行復(fù)雜計算，包括在計算上改變與不同的天線取向相關(guān)聯(lián)的測量。這些指令可進一步使CPU 301基于經(jīng)改變的測量來確定形成層特性。
[0024]在某些實施例中，I/O中樞305還可被耦合至超級I/O芯片308，該超級I/O芯片308自身被耦合至計算機系統(tǒng)的I/O端口中的幾個，包括鍵盤309、鼠標310以及一個或多個并行端口。超級I/o芯片308可進一步被耦合至網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC) 311。信息處理系統(tǒng)300可在NIC 311上從測井工具212接收測量或鉆井記錄(log)以用于在本地存儲設(shè)備(諸如硬盤驅(qū)動器307)上的處理或存儲。在某些實施例中，來自測井工具的測量和測井數(shù)據(jù)可首先被發(fā)送并被保存在專用的大容量存儲設(shè)備(未示出)處。這可增加可存儲由測井工具212生成的數(shù)據(jù)的速度。該信息處理系統(tǒng)隨后可從專用的存儲設(shè)備中檢索測量數(shù)據(jù)，并且使用本地存儲在硬盤驅(qū)動器307內(nèi)的算法來對數(shù)據(jù)執(zhí)行計算。
[0025]返回到圖2，鉆孔204可穿透形成層206，該形成層206可包括地層250、252和254。地層250、252和254中的每一個可具有取決于形成層