预测预先地层评价工具制造技术

一种预测预先地层评价的设备、工具和方法，所述设备、工具和方法在所关心的地层或地层特征已被穿透或横穿之前在钻头前面勘测地层或地层特征。一种闭环实时预测地层评价工具利用新颖的角度传感器取向来提供超过钻头的声学和/或电磁的地层数据，该角度传感器取向还允许根据轴平面和竖直深度来最优化信号传播以及信号返回。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及随钻预测(look-ahead)或预先地层评价设备或工具，该设备或工具能够评价在钻头、定向控制系统或管前面的钻井和地层特征，该设备或工具尤其用于油气工业中的井眼。该设备和工具尤其用于主要利用超声波装置来表征地层及其地球物理和石油物理特征，但是也能构造成具有电磁传感器以提供其它类型的井下表征。平均起来，65%的烃留在地下，这折合35%的回收率。预测测井工具将潜在地有助于提高回收率。应理解的是，如本文所用的术语“预测”是指本专利技术根据预定的角度取向评价地层并因此将地层或地层特征限定在勘测的3D锥内的能力，该锥以确定角度从工具延伸并且在钻头前面到达给定的轴向且真垂线深度。相反，现有技术的测井工具如在钻头之后进行区分。本专利技术的主要目的在于具有“预测”能力以在钻头前面勘测地层，这不同于现有技术。工具本身也能构造成具有稳定性或定向控制特征(诸如旋转操纵构件)而不必影响 勘测装置。本专利技术的其它方面包括操作预测设备或工具以在钻头前面或在地层被穿透之前测定地层由此通过最优布置井眼提高烃回收率的方法；在钻头前面成角度地、轴向地、竖直地调焦信号取向的方法；在钻头前面成角度地、轴向地、竖直地调焦信号定位的方法；最优的感测区域以及收纳在钻头中的附加源、接收器或换能器连同该设备或工具的使用。在其他方面，本专利技术涉及用于实时控制测井和井眼布置的设备。尽管声速勘测是表征某些地层及其特征的主要路线，但是本专利技术不限于声学手段。设想另一实施方式，其具有类似地与工具的预测能力结合的附加的勘测手段。这些附加手段能包括合适地结合声学测量的电磁波，用于最优化井眼布置。这种结合将允许油、气和水带识别的声学或孔隙率测量与电阻或电导率测量有关。当确定勘探或生产井的最优轨迹和布置时，实施大量的井下活动以确保最高的烃回收并且使在井的使用寿命内水的产生减到最少。已知操纵井到其最优位置需要地球物理数据，诸如地层孔隙度，渗透性，油、水、气接触带，地层床和地层倾角。各种随钻测井技术(诸如，中子密度、Y射线、电阻率和声学勘测工具)通常用于识别地层并评价地层特征(图I)。本专利技术详述了基于声音的地层评价工具的实施方式，该地层评价工具可以构造为单个工具、壳体或模块或若干工具、壳体或模块，其用作沿着钻柱最优定位的设备，以在钻头前面的被反射回接收器的基于声学或电磁信号的发射的改进的测井测量，由此实现本专利技术的在地层已被穿透之前评价该地层的目的。存在若干类型的基于声音的勘测工具，诸如记录天然地震波的无源地震，产生并记录来自人为源的声波的有源地震，那些声波被称为声学(20，OOOHz以下)并且那些声波称为超声波(20，OOOHz以上)。要理解的是，术语“声学的”可以涵盖超声波或其它频率。地震工具提供大规模的地质资料，然而，这些地层细节的差的分辨率并且钻井本身是地球物理学的地层特征的真实试验。因此，需要并依靠实时随钻声学工具。这些工具使用换能器或源来产生高频声波，该高频声波作为剪切波或压力波分别在固体和流体中传播。声波进一步被分类为在井眼内行进的那些(斯通莱波)，近地层的那些(弯曲波)以及远地层的(体波)。通过对回波脉冲、其最大值和最小值(通过传感器/接收器回收)及其求导的评价，能关于信号传输之间的时间间隔进行计算并且记录回波以确定距目标或地层特征的距离。此外，使用算法，各种特征(诸如地层密度、空隙空间、流体饱和度、流体捕获和地层定向变化(诸如床或倾角))都具有与它们的反射能力对应的明确的速度特性。在所有这些应用中，现有技术经受两个主要限制(图2，90、100)。首先，可以以任何 构造限定为源和接收器或换能器的传感器太远地定位在钻头之后而不能用于及时地层评价(100)。传感器和钻头之间的距离(100英尺(30米)或以上)限制地层评价到最接近传感器的区域，该传感器始终位于已经被穿透和钻通的区域，这是因为该传感器在钻头后面。其次，这种传感器的取向和它们的声学脉冲的传播是横向的(90)。这严格地限制信号聚焦以仅允许正交勘测(2)。即使信号传播由于多个传感器接收器阵列或者由于较深的读数而增加的情况下，这种阵列和钻头之间的距离仍保持基本不变，使得地层一旦已被钻通就仅评价该地层。因此，现有技术能仅在钻井之后提供地层评价。这是令人不满意的，因为它阻止井眼的最优布置，这是由于已经发生了在井眼布置之后地层数据的延迟到达。测量可以包括获得并通信各种类型井眼的表面数据，诸如电阻率、孔隙率、渗透性、方位角、倾角和钻井直径或粗糙度、地层倾角或层面角。测量本身以两个模式出现，即电缆测井或随钻测井。电缆作为钻井的分离且连续行为被执行，包括在线或线缆上输送测量工具。电缆测井工具通常不能旋转并且由此不被用于随钻应用。随钻测井工具从井眼获得各种数据。声学或超声波工具可以并入测井工具内。因为它们能旋转，所以这种工具能随钻使用以获得声音测量数据。然而，这种工具在布置和勘测深度方面受到限制(图2)。由于定向控制系统(诸如旋转操纵构件或可操纵马达)的要求而使得布置受到限制，该定向控制系统需要在钻头附近构造以便向钻头提供偏转或取向力。因此，声学工具的位置在定向控制系统上方的BHA (井底组件)内(图3)。此外，声学工具可以放置在大量的其它测井工具后面。这些测井工具包括中子密度、电阻率、Y射线。这种测井工具的累计距离可以在钻头后面超过100’ (30m)并且这种工具仅能在部段已被钻井之后给出读数。常常声学工具单独的长度是36’(10m)。声学工具利用渡越时间(time-of-flight)回波脉冲以识别给定地层或声波时差(以dt )表不。每个地层均具有为地层的传输声波的能力的量度的声速或特性。地层岩性、抗压强度和岩石类型(显著地，岩石骨架内的孔隙率或空隙空间)对声速具有主要影响。在多孔岩石中存在包含流体的更大百分比的空隙空间，与不具有空隙空间的岩石相比该多孔岩石改变声音传播时间。因此声学工具测量传播时间并且能利用传播时间的导数和关系式来求解许多公式。这些公式包括时间平均公式，该公式具有总传播时间，该总传播时间取决于声波传播过岩石的固体部分(称为岩石骨架)所花费的时间以及穿过岩石的中空部(称为孔隙)中的流体所花费的时间。声学或超声波地层测量严重地依赖于声学传感器的横向取向。通常，为了增加勘测深度以及产生较宽的勘测区域，对于现有技术来说常规方式是将声学传感器和接收器设置成连续的阵列。不考虑阵列的数量，该方法不能解决在钻头之前是什么的问题，因为测量在距钻头后面相当大的距离进行或者在钻井已经完成井眼的轨迹之后进行。如果已经绕过或离开多产的载烃区域，那么在示出烃所处位置的数据接收和随后的井眼布置的校正之间存在回顾的时间间隔。常常，时间间隔导致不确定的、额外的费用并且能伴随有生产的损失，因为烃被绕过或者丧失低渗透性区内的最优从跟部到趾部构造。在多产区域的情况下，表征仅发生在钻井并且区域已被横穿之后，这意味着可以避开储集层中的产油气带，并且必须进一步矫正钻井以将井眼布置在期望的产油气带中。借助本专利技术能够消除这种延时地层数据到达和随后校正的循环。
技术介绍
地质绘图和地球物理测量允许石油公司表征它们获得的包含在其中的岩层的英亩数和龄期以及沉积模式。该表征过程能被重构为可视地球模型，该地球模型描绘了包括断层-地层学上的背斜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.30 GB 0922667.11.一种预测设备(50)，该预测设备具有用于将工具主体直接或间接附接到钻头或支撑件的装置，由此所述预测设备能旋转并且沿着通道(20)轴向移动，所述预测设备包括至少一个工具主体，所述至少一个工具主体的特征在于包括 i.至少一个成型元件(58)，所述成型元件收纳至少一个声源和接收器或集成换能器(51、52、53)，所述至少一个声源和接收器或者所述集成换能器朝向所述工具主体的井下端向外设置并且相对于所述工具的水平轴线以至少0.25°或高达89. 75°的角度(？)向前突出，所述至少一个声源和接收器或者所述集成换能器适于传输声音并接收来自地层或来自地层特征的声速特性； ii至少一个微处理器，所述微处理器利用所述源、所述接收器和所述换能器处理所述声速特性，以在钻井操作发生之前、在钻井操作发生期间或在钻井操作发生之后但是始终在地层或地层特征已被钻头穿透之前，通过基于由所述声源和所述接收器或所述换能器获得的地层数据最优化井眼轨迹来增加烃回收。2.根据权利要求I所述的工具，其中，所述声源和所述接收器或所述集成换能器在具有开口的壳体(53)内被收纳在所述工具主体上的所述成型元件内并且在所述壳体内被合适地保护。3.根据权利要求2所述的工具，其中，所述壳体能包括保护罩或保护层，所述保护罩或保护层由适合用于井下井眼的硬化材料制成。4.根据权利要求3所述的工具，其中，所述保护能耐受从井眼的内部对其作用的温度、压力、流量或其它力。5.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述源、所述接收器或所述换能器能设置有表面，所述表面是凹面(52a)、或凸面(52b)或平面(52c)。6.根据权利要求I所述的工具，其中，电磁源和接收器或集成换能器设置有这样的装置，该装置用于将电磁数据发送到钻头前面的地层并且接收来自该地层的电磁数据，并且这些电磁数据由所述微处理器处理。7.根据权利要求I至6所述的工具，其中，所述工具主体构造成具有可旋转操纵系统(图5，62)，该可旋转操纵系统具有位于后井口端或前井下端处的壁接触构件(69)。8.根据权利要求I至6所述的工具，其中，所述工具主体构造成具有井下壁接触构件，以形成辊扩孔器、可膨胀扩孔器、压力抑制装置、测量装置。9.根据权利要求I至8所述的工具，该工具包括在沿着所述工具主体的纵向分开的多个位置处收纳所述源和所述接收器或所述换能器的所述成型元件中的至少一个成型元件；适于勘测钻头前面的地层的第一所述工具主体；以及适于在钻井期间稳定所述工具的第二所述工具主体。10.根据权利要求I至8所述的工具，该工具包括在沿着所述工具主体的纵向分开的多个位置处收纳所述源和所述接收器或所述换能器的所述成型元件中的至少一个成型元件；适于在钻井期间稳定所述工具的第一所述工具主体；以及适于勘测钻头前面的地层的第二所述工具主体。11.根据前述权利要求中任一项所述的工具，该工具包括微处理器控制装置(55)，该微处理器控制装置适于接收基于由所述接收器(52)或所述换能器辨别的声速特性的关于地层或地层特征的数据，检测地层或地层特征，并且响应于所获得声学数据来控制定向工具，以便使在多产储集层区域中钻出的井眼长度最大。12.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述工具主体设置有内键槽(56)，该内键槽通向所述工具内部或外部的动力源或通信装置，并且能够发送警告信号给用户。13.根据前述权利要求中任一项所述的工具，其中，所述成型元件布置在钻管上并且用于预测地层或观察地层特征。14.根据权利要求I所述的设备，该设备布置有指向所述工具主体外或在分开的工具主体中沿着所述钻柱分别收纳和布置的多个所述源、所述接收器或所述换能器以形成感测区域，从而捕获声速特性，所述分开的工具主体具有纵向BHA或井眼间隔。15.根据权利要求I所述的设备，其中，另一声源或接收器或换能器装置(52)被收纳在钻头表面中或与钻头结合使用，以预测和评价尚未被钻探的地层。16.根据前述权利要求中任一项所述的工具或设备，该工具或设备还包括通信装置(56)，该通信装置用于在所述工具和所述设备与表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：瓦伊德·拉希德，
申请(专利权)人：瓦伊德·拉希德，
类型：发明
国别省市：