快速地层倾角估计系统和方法技术方案

用于快速地层倾角估计的工具、系统和方法，其中至少一些包括测井工具，所述测井工具包括至少一个发射天线、至少一个接收天线和控制器。所述控制器测量所述发射和接收天线之间的耦接参数，其中所述耦接参数中的至少一个根据深度和方位角来测量。所述控制器还至少部分基于所述耦接参数中的至少一个来确定周围地层是否是各向异性和异质的，且如果是这样，则从相对于所述耦接参数的深度和人工倾角的偏导数导出倾角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
现代石油钻井和生产经营需要有关井下参数和条件的大量信息。这样的信息通常包括钻孔和钻井组件的位置和定向、地层特性，和井下钻井环境的参数。有关地层特性和井下条件的信息的收集通常被称为“测井”且可在钻井过程本身期间进行(因此术语“随钻测井”或“LWD”经常与术语“随钻测量”或“MWD”互换使用)。存在用于LWD的各种测量工具。一种这样的工具是电阻率测井工具，其包括用于将电磁信号发射到地层的一个或多个天线和用于接收地层响应的一个或多个天线。当在低频率下操作时，电阻率测井工具可被称为“感应”工具，且在高频率下操作时它可被称为电磁波传播工具。虽然支配测量的物理现象可能随频率变化，但是工具的操作原理是一致的。在一些情况下，将接收信号的振幅和/或相位与发射信号的振幅和/或相位进行比较以测量地层电阻率。在其它情况下，将多个接收信号的振幅和/或相位彼此比较以测量地层电阻率。当根据钻孔中的深度或工具位置来绘制时，测井工具测量被称为“测井曲线(logs)”。这样的测井曲线可提供对于钻工和完井工程师有用的碳氢化合物浓度和其它信息的指示。具体来说，方位敏感的测井曲线可提供可用于为钻井组件导向的信息，因为它们可通知钻工钻头相对于当前基床和附近基床边界的定向的方向，从而能够对钻井方案进行修改，这将提供比仅使用地震数据的情况更多的价值和更高的成功。然而，如果这样的信息不可以迅速的方式用于钻工，则这样的信息的效用是有限的。>附图简述当结合附图考虑下面的具体实施方式时，可获得对各种公开的实施方案的更好理解，在所述附图中：图1示出说明性随钻测井(LWD)环境。图2示出沿钻柱安装的说明性LWD工具。图3示出两个测井工具模块和表面系统的框图。图4示出用于快速地层倾角估计的说明性方法。应理解，附图和相应的具体实施方式不限制本公开，但与此相反，它们提供用于理解落入所附权利要求书的范围内的所有修改、等效物和替代方案的基础。具体实施方式下面的段落描述用于快速地层倾角估计的说明性装置、系统和方法。首先描述适于使用这种装置、系统和方法的说明性钻井环境，随后描述说明性钻柱与随钻测井(LWD)工具。容纳在LWD工具模块内的天线之间的位置关系也被描述和数学表达，如传播通过周围地层的接收信号上的这些关系的效果那样。然后描述几个说明性快速地层倾角计算，以及产生指示快速地层倾角计算的适用性的参数的公式。计算和公式都在说明性系统和由系统实现的基于软件的方法的情况中表现，所述系统与操作以决定哪些计算用于估计地层倾角的决策树一起进行所描述的计算。所公开的装置、系统和方法在它们操作于其中的较大系统的情况中被最好地理解。因此，图1示出说明性LWD环境。钻井平台2支撑具有用于升高和降低钻柱8的移动块6的井架4。顶部驱动器10在其降低通过井口12时支撑和旋转钻柱8。钻头14由井下电机和/或钻柱8的旋转来驱动。在钻头14转动时，它会建立穿过各种地层的钻孔16。泵18使钻井液20循环通过供给管22、通过钻柱8的内部到达钻头14。钻井液离开钻头14中的孔并向上流过钻柱8周围的环形物以将钻屑输送到地面(其中钻井液被过滤并再循环)。钻头14仅仅是井底组件24中的一件，所述井底组件24包括泥浆电机和一个或多个“钻铤”(厚壁钢管)，其提供重量和刚度以辅助钻井过程。这些钻铤中的一些包括内置测井仪器，其用于收集各种钻井参数(诸如位置、定向、钻压、钻孔直径等)的测量。可在工具面角度(旋转定向)、倾斜角(斜率)和罗盘方向的方面指定工具定向，其中每个方面都可从由磁力计、倾斜计，和/或加速度计的测量导出，然而也可使用其它类型的传感器(诸如陀螺仪)。在一个具体实施方案中，工具包括3轴磁通门磁力计和3轴加速度计。如本领域已知的，这两个传感器系统的组合可实现工具面角、倾斜角和罗盘方向的测量。这种定向测量可与陀螺或惯性测量组合以准确地跟踪工具位置。还包括在井底组件24中的是保持与地面的通信链接的遥测接头。泥浆脉冲遥测是用于将工具测量转移到地面接收器并从地面接收命令的一种常见遥测技术，但也可以使用其它遥测技术。对于某些技术(例如，穿墙声信号传送)，钻柱8包括用以检测、放大和重传信号的一个或多个转发器30。在地面上，换能器28在机械和电形式之间转换信号，从而使网络接口模块36从遥测接头接收上行链路信号和(至少在一些实施方案中)将下行链路信号发射到遥测接头。数据处理系统50接收数字遥测信号、解调该信号，并将工具数据或测井曲线显示给用户。软件(在图1中表示为非暂时性信息存储介质52)支配系统50的操作。用户经由一个或多个输入装置54和55以及一个或多个输出装置56与系统50及其软件52交互。在一些系统实施方案中，钻工采用系统来作出地质导向决策并将适当命令传送到井底组件24。井底组件24可仍进一步包括导向机构，钻工可采用所述导向机构以响应于它们的测井测量的分析来改变钻孔的轨迹。说明性导向机构包括可控翼板、钻犁，或弯曲接头。旋转可导向系统(RSS)可耦接到这样的导向机构以甚至在钻柱继续旋转时也实现地质导向。钻工做出地质导向决策的受关注的一个地层参数是地层的真倾角。如本领域中已知的，倾角是相对水平面的倾斜基床的下降的最大角度或其它地层特征。真倾角是垂直于地层的走向线(即标记基床或特征与水平面的交点的线)所测量的倾角。(它也可被表达为垂直轴和垂直于地层基床面的矢量之间的角度。)相关的参数是相对倾角，其是钻孔轴和垂直于地层基床面的矢量之间所测量的角度。例如，钻工可测量地层的相对倾角并采用该信息来尽可能将钻孔的轨迹保持在地层基床内(相对倾角接近90°)，或尽快退出基床(相对倾角角度接近0°或180°)。如下面更详细地示出，真倾角和/或相对倾角可基于多分量/三轴电阻率测量来估计。在至少一些说明性实施方案中，使用包含三轴发射和接收线圈和/或发射和接收信号可被分解成并建模为正交分量的方位灵敏的发送和接收天线的LWD工具来获得这样的测量。一般来说，这样的LWD工具的发射和接收天线之间的耦接可被表达为以下形式的张量：其中每个分量TiRj表示响应于具有i-轴定向(x,y或z)的发射天线的信号的具有j-轴定向(也是x,y or z)的接收天线上的理论信号。在至少一些说明性实施方案中，上述x、y和z定向由与钻柱的轴和其它地层特征(例如地层的走向和倾角)对准的坐标系轴限定。图2示出说明性LWD工具的钻柱连同对应于每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测井工具，其包括：至少一个发射天线；至少一个接收天线；控制器，其耦接到所述至少一个发射天线和所述至少一个接收天线，所述控制器：测量所述至少一个发射天线和所述至少一个接收天线之间的多个耦接参数，所述耦接参数中的至少一个根据深度和方位角来测量；和至少部分基于所述耦接参数中的所述至少一个来确定周围地层是否是各向异性和异质的，且如果是这样，则从相对于所述耦接参数中的至少一个的深度和人工倾角的偏导数导出倾角。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种测井工具，其包括：
至少一个发射天线；
至少一个接收天线；
控制器，其耦接到所述至少一个发射天线和所述至少一个接收天线，所
述控制器：
测量所述至少一个发射天线和所述至少一个接收天线之间的多个耦接
参数，所述耦接参数中的至少一个根据深度和方位角来测量；和
至少部分基于所述耦接参数中的所述至少一个来确定周围地层是否是
各向异性和异质的，且如果是这样，则从相对于所述耦接参数中的至少一个
的深度和人工倾角的偏导数导出倾角。
2.根据权利要求1所述的测井工具，其中所述耦接参数中的所述至少一
个是具有相对于方位角φ的导数的TxRx，其中围绕所述测井工具的圆周被细
分为N个方位角分区(本文编号i＝0至N-1)，且其中如果基本上
不等于零，则确定存在各向异性。
3.根据权利要求2所述的测井工具，其中所述耦接参数中的所述至少一
个是具有相对于深度z的导数的TxRx，且其中如果基本上不等
于零，则确定存在异质性。
4.根据权利要求1所述的测井工具，其中，作为导出所述倾角的一部分，
所述控制器：
将所述多个耦接参数表达为其是深度的函数的走向对准张量；
通过多个人工倾角旋转所述走向对准张量以产生其是所述钻孔深度z
和所述人工倾角α的函数的经旋转耦接张量；
计算相对于所述经旋转耦接张量中的一个或多个耦接参数的深度和人
工倾角的偏导数；和
找出所述倾角是最小化所述偏导数的绝对值的倾角。
5.根据权利要求4所述的测井工具，其中所述一个或多个耦接参数包括
TxRx(α,z)和TzRz(α,z)。
6.根据权利要求4所述的测井工具，其中所述一个或多个耦接参数包括

\tTxRz(α,z)和TzRx(α,z)。
7.根据权利要求1所述的测井工具，其中所述控制器还至少部分基于所
估计的倾角来自动调节包括所述测井工具的钻柱的钻井方向。
8.一种随钻测井(LWD)系统，其包括：
地面系统；
钻柱；和
LWD工具，其沿所述钻柱定位并耦接到所述地面系统，所述LWD工具
包括：
至少一个发射天线；
至少一个接收天线；和
控制器，其耦接到所述发射天线和所述接收天线，其测量所述至少一个
发射天线和所述至少一个接收天线之间的多个耦接参数，所述耦接参数中的
至少一个根据深度和方位角来测量；
其中所述LWD系统至少部分基于所述耦接参数中的所述至少一个来确
定周围地层是否是各向异性和异质的，且如果是这样，则从相对于所述耦接
参数中的至少一个的深度和人工倾角的偏导数导出倾角。
9.根据权利要求8所述的LWD系统，其中所述耦接参数中的所述至少
一个是具有相对于方位角φ的导数的TxRx，其中围绕所述测井工具的圆周被
细分为N个方位角分区(本文编号i＝0至N-1)，且其中如果基本
上不等于零，则确定存在各向异性。
10.根据权利要求9所述的LWD系统，其中所述耦接参数中的所述至
少一个是具有相对于深度z的导数的TxRx，且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴大刚，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US