用于地质导向的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及用于进行与油和气体勘探相关的测量的装置和方法。
[0002] 发明背景
[0003] 在用于油和气体勘探的钻井中，应当理解，相关联的地质地层的结构和特性提供 了有助于这种勘探的信息。此外，采集最优井眼位置对于增加最大化的油开采可能是至关 重要的。方位角定向电磁（EM)电阻率钻具已被实施来主动地调节钻孔位置，使得可实现最 优井计划。这种钻具的相关应用是地质导向，地质导向是对调节钻探方向的有意控制。地质 信号是可用于地质导向的信号或表示。方位角地质信号响应可用于实时引导井路径取向， 以及将所述井导向期望的地层区域。众所周知，在测录钻具位于具有对称电阻率剖面的层 状地层介质的钻探条件下，用于地质导向的现有方位角EM钻具遭遇"盲点"问题。在这种情 况下，目前（常规）定向EM钻具的地质信号响应对这种层状地层效应非常敏感，使得岩石 物理学家可能基于常规的地质信号而曲解地层地质。极其困难的地层情况的实例包括：钻 具位于对称的3层地层电阻率剖面的中间层中，其中中间层比上层和下层两者具有更高的 电阻率值。在该钻探条件下，地质信号非常弱，且岩石物理学家可能会留下以下错误印象： 钻具在均匀的地层介质中进行钻探。
[0004] WO2011/129828A1讨论了包括用于相对于测井进行处理和地质导向的装置和方 法的各种实施方案。方法和相关联的装置可包括采集从操作在井的钻孔中旋转的钻具而生 成的信号，其中钻具包括相对于钻具的纵轴倾斜的接收器天线和两个传输器天线。可相对 于钻具的旋转方向而处理所采集的信号，以确定与地层相关联的特性和/或确定用于对钻 探操作进行地质导向的地质信号。WO2011/129828A1包括讨论将所采集的信号转换成耦合 分量。
[0005] 美国专利公开号2008/0078580涉及用于使用单个钻具执行矿床边界（bed boundary)检测和方位角电阻率测录的系统和方法。一些方法实施方案包括：使用方位角 敏感的电阻率测录钻具来测录钻孔；从所述钻具提供的测量得到电阻率测录和边界检测信 号两者；以及显示边界检测信号和电阻率测录中的至少一个。电阻率测录测量可以是补偿 测录，即从一个或多个对称的传输器-接收器布置进行的测量导出测录。虽然对称布置还 可用作边界检测信号的基础，但是可使用非对称布置获得更大探测深度。因此，边界检测信 号可以是未经补偿的。
[0006] 附图简述
[0007] 图1示出根据各种实施方案的具有可在钻孔中操作以确定地层特性的钻具结构 的实例装置的实施方案的框图。
[0008] 图2示出根据各种实施方案的多分量电磁测录钻具的实例天线配置的表示。
[0009] 图3示出根据各种实施方案的可操作为方位角深电阻率传感器的钻具。
[0010] 图4A至图4B示出根据各种实施方案的三层地层，其具有沿三层地层中的路径进 行操作的图2的钻具配置的对称电阻率结构和地质信号相位响应。
[0011] 图5A至图5B示出根据各种实施方案的不具有沿三层地层中的路径进行操作的图 2的钻具配置的对称电阻率结构和地质信号相位响应的三层地层。
[0012] 图6A至图6C示出根据各种实施方案的与图3A的地层模型中图3的钻具配置中 的传输器T6和接收器R1相关联的磁场响应。
[0013] 图7A至图7C示出根据各种实施方案的与图4A中的地层模型中的XX分量和YY 分量相关联的磁场响应。
[0014] 图8示出根据各种实施方案的配备有倾斜接收器和倾斜传输器的天线系统的配 置。
[0015] 图9示出根据各种实施方案的钻具面元位置及对应方位角的配置。
[0016] 图10示出根据各种实施方案的配备有倾斜传输器和倾斜接收器两者的电磁钻具 的配置。
[0017] 图11A至图11B示出根据各种实施方案的图6A的地层模型中的图10中的第一种 钻具配置的地质信号响应。
[0018] 图12A至图12B示出根据各种实施方案的图6A的地层模型中的图10中的第二种 钻具配置的地质信号响应。
[0019] 图13A至图13B示出根据各种实施方案的图6A的地层模型中的图10中的第一种 钻具配置的地质信号图像。
[0020] 图14A至图14B示出根据各种实施方案的图6A的地层模型中的图10中的第二种 钻具配置的地质信号图像。
[0021] 图15A至图lf5D示出根据各种实施方案的可操作以采集补偿地质信号响应的天线 配置。
[0022] 图16示出根据各种实施方案的用于相对于地质信号进行钻探相关的活动的实例 方法的特征。
[0023] 图17描绘了根据各种实施方案的可操作以在钻孔中进行测量并处理测量信号以 相对于地质信号进行钻探相关的活动的实例系统的特征的框图。
[0024] 图18描绘了根据各种实施方案的在钻探位置处的系统的实施方案，其中系统包 括可操作以相对于地质信号进行钻探相关的活动的测量钻具和处理单元。
【具体实施方式】
[0025] 以下详述涉及通过举例而非限制的方式示出可实践本发明的各种实施方案的附 图。用充分的细节描述这些实施方案，以使得本领域的技术人员能够实践这些和其它实施 方案。可利用其它实施方案，且可对这些实施方案做出结构、逻辑和电气变化。各种实施方 案不一定相互排斥，因为一些实施方案可与一个或多个其它实施方案组合以形成新的实施 方案。因此，以下详述不应当视为具有限制意义。
[0026] 对地质导向的控制可基于井下测录测量以增加钻孔对含碳氢化合物地层（"产油 带"）的暴露。这种地质导向可用于将井眼维持在提供作为具有经济价值的来源的材料的 区域内。地质信号的能力在进行地质导向以优化井位以便于最大油回收方面是有用的。指 示井下钻探钻具的方向的地质信号能够检测边界。此外，地质信号可用于计算到矿床边界 的距离。如本文中所讨论的装置和处理方案允许地质信号的生成。
[0027] 图1示出具有可在钻孔中操作以确定地层特性的钻具结构105的装置100的实施 方案的框图。钻具结构105包括沿钻具105的纵轴107的传感器110-1、110-2*" 110-(N-l)、 110，的布置。每个传感器110-1、110-2*"110-(^1)、110，可相对于纵轴107倾斜。倾 斜传感器是以选定角度被放置在钻具结构105上的一个传感器，所述选定角度大于与附接 地放置成平行于或垂直于纵轴107的传感器相关联的公差角度。术语"倾斜"指示传感器 的平面不垂直于纵轴107。倾斜角度可以从纵轴107到传感器平面法线进行测量，并且可被 称为小于90°的正角或负角。通常，倾斜角度的范围在5°到85°的绝对值内。传感器的 布置可包括具有倾斜角度的传输传感器和接收传感器中的一个或多个组合。传输传感器和 接收传感器的配置可形成对称的传感器钻具。
[0028] 钻具结构105可包括对称布置的一组或多组传输传感器和接收传感器以及不对 称布置的一组或多组传输传感器和接收传感器。对称和非对称布置可通过选择性地控制 用于传输的传感器110-1、110-2*"110-(N-1)、110-N中的选定一个和用于接收的传感器 110-1、110-2…110- (N-l)、110-N中的选定一个而实现。对称的传感器钻具的操作允许结 构补偿以生成可被处理以确定地层参数的补偿信号。处理与生成选择信号相关而接收的选 择信号可产生地质信号，该地质信号可用于在线缆应用和随钻测量（MWD)应用（诸如随钻 测录（LWD)应用）二者中为地层的各向异性测量和精确估算提供精确读数。
[0029] 在各种实施方案中，如本文教导的传感器的布置可包括使用各种传感器。例如，传 输传感器和接收传感器两者可以是天线。传感器可被实现为线圈、螺线管、磁力计或其它类 似传感器中的一个。在线圈传感器的情况下，倾斜角度可通过成角度缠绕线圈而产生。在 螺线管的情况下，核心的仰角可被调节用于期望的倾斜角度。在磁力计的情况下，设备可以 期望的倾斜角度安装在钻具结构105上或钻具结构105中。
[0030] 装置100可包括控制单元120,其管理传输信号的生成和与传输信号对应的接收 信号的收集。控制单元120可被结构化成可操作以选择传感器110-1、110-2…110-(N-1)、 110-N中的特定一个作为传输传感器和接收传