自導(dǎo)式地質(zhì)導(dǎo)向組件和優(yōu)化井位和質(zhì)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般性地涉及地質(zhì)導(dǎo)向，并且更具體地涉及一種自導(dǎo)式地質(zhì)導(dǎo)向組件，以 優(yōu)化鉆井口（wellbore)的位置和質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 在北美，在當(dāng)前的商業(yè)環(huán)境下，大部分鉆機已經(jīng)從垂直鉆井轉(zhuǎn)移到水平鉆井，以便 更有效地利用低品質(zhì)的頁巖儲藏。這樣的儲藏有極端的垂直非均質(zhì)性，個別垂直層厚度范 圍從十分之幾英寸到幾英寸，而在水平方向上，儲藏趨向于保持相當(dāng)一致。在這種環(huán)境下， 在儲藏內(nèi)的鉆井口的放置可在成功的井和經(jīng)濟失敗之間會存在差別。因此，這些儲藏的成 功增產(chǎn)（stimulation)是非常重要的，以實現(xiàn)經(jīng)濟的生產(chǎn)率。
[0003] 然而，成功的增產(chǎn)首先需要優(yōu)化沿垂直地層的鉆井口的位置。由于生產(chǎn)條件下高 壓裂初始壓力和壓裂導(dǎo)流的損失，將鉆井口定位在軟的、延展性好的、因此是非生產(chǎn)性的區(qū) 域中可以使增產(chǎn)和長期的生產(chǎn)非常困難。另外，應(yīng)力過渡區(qū)域可以對壓裂生長有顯著影響， 從而使得難以接觸適當(dāng)量的儲藏。因此，目標(biāo)是將鉆井口定位在將最大化增產(chǎn)處理的效果 的頁巖部分中。這樣的理想部分將靠近儲存的油氣、含有可用壓裂來容易地增產(chǎn)的脆性巖 石、包括允許足夠壓裂生長的簡單的應(yīng)力狀態(tài)、以及具有較高的天然壓裂密度。
[0004] 出于多種原因，現(xiàn)有的地質(zhì)導(dǎo)向方法將鉆井口定位在儲藏的理想的高產(chǎn)部分內(nèi)的 成功率很有限。首先，鉆具組件基本上是被盲目驅(qū)動的，這是因為地面上的工程師和地質(zhì)學(xué) 家依靠井下傳感器和遙測來提供有關(guān)鉆頭周圍的巖石質(zhì)量的數(shù)據(jù)。一旦在地面接收數(shù)據(jù)， 鉆井隊必須接著解釋數(shù)據(jù)，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)組件一這是非常耗時的過程。第二，考慮到當(dāng)前遙 測方法的大約100KB的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，利用現(xiàn)有的遙測方法可以被發(fā)送回到地面的井 下數(shù)據(jù)的數(shù)量受到嚴(yán)重的限制。除了從地面到鉆頭的剪切距離以外，這經(jīng)常導(dǎo)致地質(zhì)導(dǎo)向 響應(yīng)的顯著滯后時間。
[0005] 第三，考慮到較低的數(shù)據(jù)傳輸速率，在采取校正動作之前，鉆井隊常常被迫等待， 直到鉆頭實際接觸地面。由這些滯后誘發(fā)因素所導(dǎo)致的結(jié)果，鉆井口往往是曲折的并不能 保持在儲藏的最佳部分。第四，在分層嚴(yán)重的儲藏中，目前的地質(zhì)導(dǎo)向方法實在是缺乏實現(xiàn) 優(yōu)化鉆井口位置必需的準(zhǔn)確度所要求的精度。最后，傳統(tǒng)的地質(zhì)導(dǎo)向組件不是前瞻性的；相 反，它們僅簡單地對接收到的井下數(shù)據(jù)進行反應(yīng)。
[0006] 因此，鑒于這些缺點，本領(lǐng)域需要高度敏感的、前瞻性的和精確的地質(zhì)導(dǎo)向組件， 從而得到鉆井口的最佳位置和質(zhì)量。
【附圖說明】
[0007] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的自導(dǎo)式地質(zhì)導(dǎo)向組件；以及
[0008] 圖2是示出本發(fā)明的一個示例性地質(zhì)導(dǎo)向方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009] 本發(fā)明的說明性實施例和相關(guān)方法描述如下，因為它們可用于自導(dǎo)式地質(zhì)導(dǎo)向組 件和方法以優(yōu)化鉆井口的位置和質(zhì)量。為了清楚起見，在本說明書中不描述實際實施方式 或方法的所有特征。此外，本文所描述的"示例性"實施例是指所公開的發(fā)明的示例。當(dāng)然 應(yīng)當(dāng)理解，在任何這種實際實施例的開發(fā)中，必須進行許多特定實施的決策，以實現(xiàn)開發(fā)者 的特定目標(biāo)，例如符合與系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的限制，這依不同的實施方式而改變。此外， 應(yīng)當(dāng)理解，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜和費時的，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言仍然是 受益于本公開的常規(guī)做法。通過考慮下面的描述和附圖，本發(fā)明的各種實施例和相關(guān)方法 的進一步的方面和優(yōu)點將變得顯而易見。
[0010] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的自導(dǎo)式地質(zhì)導(dǎo)向（"SGG"）組件10。如本文 所述，SGG組件10是一種智能井底組件，其利用板上（on-board)電路、計算機算法和組件 以除了發(fā)送數(shù)據(jù)返回到地面位置之外，還實時地對SGG組件10進行地質(zhì)導(dǎo)向。為了實現(xiàn)這 一目標(biāo)，SGG組件10利用沿詳細的大地模型所繪制的程序化的井軌跡（即，井路徑）以將 儲藏的特定地層部分定為目標(biāo)。隨著SGG組件10沿期望的井路徑前進，與周圍儲藏特性和 組件位置相關(guān)的實時數(shù)據(jù)由板上計算機引導(dǎo)系統(tǒng)分析，板上計算機導(dǎo)向系統(tǒng)進而指示方向 控制器以相應(yīng)調(diào)節(jié)SGG組件10的方向。這樣，SGG組件10通過使用大地模型和來自組件 部件的實時反饋來對其本身進行自導(dǎo)，從而確保SGG組件10沿儲藏的期望的地層部分保持 正確的井軌跡。
[0011] 在本發(fā)明的某些示例性實施例中，SGG組件10與鉆柱一起使用。在如在下面更詳 細地描述的，SGG組件10包括CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12、地層感測系統(tǒng)16、大地定位器18、成像工具 20、定向控制部22和鉆頭24,所有這些都經(jīng)由系統(tǒng)總線彼此電耦接。這樣，SGG組件10收 集并分析關(guān)于物理鉆井口位置、地層井位置、組件位置和地層特性的數(shù)據(jù)，以實時控制井路 徑和/或?qū)?shù)據(jù)通信返回到地面。如本領(lǐng)域理解的，物理鉆井口位置是指基于位置參數(shù)（例 如諸如，真實豎直深度、水平位移等）的大地模型內(nèi)的位置，而地層井位置是指與沿巖層的 特定層或標(biāo)記有關(guān)的在大地模型內(nèi)的位置。
[0012] 仍參照圖1的示例性實施例，SGG組件10被示出沿著巖層11的側(cè)部前進。巖層 11包括一系列地層lla-f，其在垂直方向上顯示帶有顯著水平均一連續(xù)性的極端異質(zhì)性。 如將在下面更詳細地描述的，地層lie已被識別為目標(biāo)層。盡管如此，SGG組件10包括CPU 引導(dǎo)系統(tǒng)12,它包括一個或多個處理器和相關(guān)電路以如本文所述控制SGG組件10的地質(zhì)導(dǎo) 向操作。CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12還包括計算機可讀存儲器（未示出）以存儲實現(xiàn)本發(fā)明的功能所 必需的數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)本文所描述的示例性實施例的用于實現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向功能的處理器可 執(zhí)行軟件指令可以被存儲在計算機可讀存儲器中或位于SGG組件10內(nèi)的一些其他計算機 可讀介質(zhì)中。CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12還包括通信模塊，使得能夠進行CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12和其他板上 部件以及地面系統(tǒng)之間經(jīng)由鏈路14的雙向通信。實現(xiàn)本發(fā)明示例性特征所必需的CPU引 導(dǎo)系統(tǒng)12的計算機體系結(jié)構(gòu)的這些和其他方面對受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可 以容易地理解。
[0013] CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12包括大地建模模塊（未示出），其使得CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12能夠限定 和分析地層特性、儲藏目標(biāo)和標(biāo)記、工具位置和井規(guī)劃，從而使得SGG組件10能夠進行地質(zhì) 導(dǎo)向。大地建模模塊還結(jié)合大量的數(shù)據(jù)，例如包括地震、測井、取芯和盆地（basin)數(shù)據(jù)以 構(gòu)造綜合的地質(zhì)細胞（geo cellular)大地模型，其足夠詳細地描述目標(biāo)儲藏以建立詳細井 規(guī)劃。在本示例性實施例中，大地模型在部署之前被預(yù)先編程到CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12中，從而 使得SGG組件10能夠在鉆井過程中調(diào)節(jié)井軌跡，以便保持在期望的地層內(nèi)。然而，在替代 實施例中，大地模型可以從地面經(jīng)由鏈路14傳送到CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12,或在鉆井或其他井下 作業(yè)過程中基于從SGG組件10板上傳感器接收的儲藏和位置數(shù)據(jù)來實時更新
[0014] 通過利用大地建模模塊，CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12從而提供井規(guī)劃和地下地層的可視 化，例如包括，地理科學(xué)解讀、石油系統(tǒng)建模、地質(zhì)化學(xué)分析、地層網(wǎng)格化、相（facies) 以及巖石物理特性建模。另外，CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12基于由井下測井儀確定的相和孔隙度 數(shù)據(jù)對井路徑以及橫斷面路徑建模。CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12使用的示例性大地建模平臺例 如包括DecisionSpace?，其可通過本發(fā)明的受讓人德克薩斯州休斯頓的landmark Graphics(蘭德馬克繪圖）公司商購。然而，受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解可以 在大地建模模塊內(nèi)使用的各種其他大地建模平臺。
[0015] SGG組件10還包括地層感測系統(tǒng)16,其利用各種傳感器來確定SGG組件10在巖層 11內(nèi)的地層位置和SGG組件10周圍的巖層的特性，以便沿著儲藏中正確的地層點維持井路 徑。要做到這一點，地層感測系統(tǒng)16通過地層的特性來識別地層，地層的特性可以包括礦 物學(xué)、強度、脆性、流體飽和度、孔隙度、密度等。地層感測系統(tǒng)16所用的傳感器被設(shè)計為將 井保持在已被識別為從完井和開采方面看最佳的鉆井口目標(biāo)的期望地層內(nèi)（即，在CPU引 導(dǎo)系統(tǒng)12板上大地建模模塊內(nèi)建模的目標(biāo)井路徑）。
[0016] 如受益于本公開的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的，地層感測系統(tǒng)16可以采用多 種傳感器。例如，這種感測設(shè)備可以包括光學(xué)、聲學(xué)、聲波、電阻率、磁共振或基于核的傳感 器。在確定地層和/或位置數(shù)據(jù)后，地層感測系統(tǒng)16將數(shù)據(jù)發(fā)送返回給CPU引導(dǎo)系統(tǒng)12， 以向CP