方位角脆性測(cè)井系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于收集、導(dǎo)出和顯示井眼的方位角脆性指數(shù)的方法和系統(tǒng)。至少一些實(shí)施例包括實(shí)時(shí)地計(jì)算和顯示用于地質(zhì)導(dǎo)向和鉆井操作的井眼測(cè)量的多種方法。用于計(jì)算和顯示方位角脆性的至少一個(gè)公開的方法實(shí)施例包括測(cè)量作為自井眼內(nèi)部的位置和取向的函數(shù)的壓縮和剪切波速度。通過方位角聲波工具進(jìn)行這些速度測(cè)量。隨后至少部分地基于壓縮波速度和剪切波速率來導(dǎo)出方位角脆性。
【專利說明】方位角脆性測(cè)井系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]知曉井眼的某些特性對(duì)于鉆井操作而言是有用的。為了收集關(guān)于井眼的信息，鉆探人員經(jīng)常使用電纜或隨鉆測(cè)井(LWD)工具，其可檢索數(shù)據(jù)并產(chǎn)生表示由井眼穿透的巖層的特性的記錄或者甚至圖像。一種這樣的工具的示例是聲波測(cè)井工具，其通過生成聲脈沖和測(cè)量此類脈沖沿井眼傳播所花費(fèi)的時(shí)間來操作。利用此類測(cè)量，鉆探人員能夠測(cè)量多種地質(zhì)特性，包括巖層密度和孔隙度。
[0002]鉆探人員可能認(rèn)為重要的性質(zhì)之一是對(duì)巖層脆性的某種測(cè)量。可以預(yù)期，適度脆弱的巖層容易斷裂因而對(duì)流體流而言更加可滲透。理想地，鉆探人員愿意將井眼位置于其中這種滲透性提供到烴類儲(chǔ)層的通道的區(qū)域中。另一方面，高度脆弱的巖層可被預(yù)期為不穩(wěn)定且傾向于井眼塌落和塌陷，這種情形可造成經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失以及甚至需要放棄該井?？雌饋聿淮嬖诳捎糜谠阢@井過程期間向鉆探人員提供合適的方位角巖層脆性測(cè)量的任何測(cè)井系統(tǒng)和方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]當(dāng)結(jié)合以下附圖而考慮以下詳細(xì)描述時(shí)，可獲得對(duì)各公開實(shí)施例的更好的理解，附圖中:
[0004]圖1示出其中采用地質(zhì)導(dǎo)向的例示性鉆井環(huán)境；
[0005]圖2示出例示性的電纜鉆井環(huán)境；
[0006]圖3是例示性聲波測(cè)井工具；
[0007]圖4示出井眼的楊氏模量和泊松比的例示性交會(huì)圖；
[0008]圖5是方位角脆性指數(shù)的例示性井眼圖像；以及
[0009]圖6是用于計(jì)算和顯示方位角脆性的例示性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]【背景技術(shù)】中標(biāo)識(shí)的問題通過所公開的用于收集、導(dǎo)出和顯示井眼的方位角脆性指數(shù)的方法和系統(tǒng)至少部分地得以解決。至少一些實(shí)施例包括實(shí)時(shí)地計(jì)算和顯示用于地質(zhì)導(dǎo)向和鉆井操作的井眼測(cè)量的多種方法。用于計(jì)算和顯示方位角脆性的至少一個(gè)公開的方法實(shí)施例包括測(cè)量作為自井眼內(nèi)部的位置和取向的函數(shù)的壓縮波速度和剪切波速度。通過聲波工具進(jìn)行這些速度測(cè)量。方位角脆性隨后至少部分地基于壓縮波速度和剪切波速度來導(dǎo)出，且向鉆探人員顯示，鉆探人員隨后可基于方位角脆性信息來調(diào)整鉆井方向。用于實(shí)現(xiàn)上述方法的測(cè)井系統(tǒng)包括方位角聲波工具和處理器，該處理器從聲波工具檢索測(cè)量結(jié)果以生成脆性圖像記錄并且在地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用中至少部分地基于脆性圖像記錄來任選地引導(dǎo)鉆柱。
[0011]為進(jìn)一步幫助讀者理解所公開的系統(tǒng)和方法，描述了適用于它們使用和操作的環(huán)境。圖1示出了例示性地質(zhì)導(dǎo)向環(huán)境。鉆井平臺(tái)2支承塔架4，塔架4具有用于提升和降低鉆柱8的活動(dòng)塊6。當(dāng)鉆柱8被降低穿過井頭12時(shí)上驅(qū)動(dòng)10支承和旋轉(zhuǎn)鉆柱8。通過井下電機(jī)和/或鉆柱8的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鉆頭14。當(dāng)鉆頭14旋轉(zhuǎn)時(shí)，它產(chǎn)生通過多個(gè)巖層的井眼16。鉆頭14僅僅是底部鉆具組件中的一件，底部鉆具組件通常包括一個(gè)或多個(gè)鉆鋌(厚壁鋼管)以提供重量和剛性來幫助鉆井過程。這些鉆鋌中的一些可包括測(cè)井儀，用于收集諸如位置、取向、鉆壓、井眼直徑等等之類的各種鉆井參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。工具取向可按照工具面角(旋轉(zhuǎn)取向)、傾角(斜率)和羅盤方向來規(guī)定，工具面角(旋轉(zhuǎn)取向)、傾角(斜率)和羅盤方向中的每一個(gè)可從磁力計(jì)、測(cè)傾計(jì)和/或加速度計(jì)的測(cè)量結(jié)果中導(dǎo)出，但是可替換地使用諸如陀螺儀之類的其它傳感器類型。系統(tǒng)還包括用于收集巖層性質(zhì)的測(cè)量結(jié)果的工具26，根據(jù)這些測(cè)量結(jié)果可標(biāo)識(shí)巖層邊界，如以下進(jìn)一步討論的。結(jié)合工具取向測(cè)量結(jié)果使用這些測(cè)量結(jié)果，鉆探人員可使用多種合適的定向鉆井系統(tǒng)(包括操縱葉片、“彎接頭”和旋轉(zhuǎn)可操縱系統(tǒng))中的任何一種來操縱鉆頭14沿著期望路徑18。泵20將鉆井液通過給液管22到上驅(qū)動(dòng)10、在井下通過鉆柱8的內(nèi)部、通過鉆頭14中的孔、經(jīng)由鉆柱8周圍的環(huán)形套筒循環(huán)回地面并使之進(jìn)入保存池24中。鉆井液將切屑從井眼轉(zhuǎn)移至池24中，并幫助保持井眼完整性。而且，耦合到井下工具26的遙測(cè)裝置28可經(jīng)由泥漿脈沖遙測(cè)將遙測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到地表。遙測(cè)裝置28中的發(fā)射器調(diào)整鉆井液流動(dòng)的阻力，由此產(chǎn)生以聲速沿液體流傳播至地表的壓力脈沖。一個(gè)或多個(gè)壓力換能器30、32將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成用于信號(hào)數(shù)字化器34的電信號(hào)。注意，存在其它形式的遙測(cè)且可用于將信號(hào)從井下傳達(dá)到數(shù)字化器。這種遙測(cè)可采用聲學(xué)遙測(cè)、電磁遙測(cè)或經(jīng)由有線鉆桿的遙測(cè)。
[0012]數(shù)字化器34將壓力信號(hào)的數(shù)字形式經(jīng)由通信鏈路36提供給計(jì)算機(jī)38或一些其它形式的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。計(jì)算機(jī)38根據(jù)軟件(其可被存儲(chǔ)在信息存儲(chǔ)介質(zhì)40上)和經(jīng)由輸入設(shè)備42的用戶輸入來操作以處理和解碼所接收的信號(hào)。所得的遙測(cè)數(shù)據(jù)可被計(jì)算機(jī)38進(jìn)一步分析和處理以在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器44或某種其它形式的顯示器設(shè)備上生成有用信息的顯示。例如，鉆探人員可采用該系統(tǒng)來獲取和監(jiān)視鉆井參數(shù)、包括方位角脆性記錄的巖層性質(zhì)以及相對(duì)于檢測(cè)到的巖層邊界46和48的井眼路徑。
[0013]圖2示出例示性電纜測(cè)井環(huán)境。在鉆井過程期間的多個(gè)時(shí)刻，從井眼移除鉆柱8以允許使用電纜測(cè)井工具134。電纜測(cè)井工具是由電纜142懸吊的感測(cè)儀器探測(cè)器，電纜142具有用于將功率傳輸?shù)焦ぞ卟⑦b測(cè)從工具傳輸?shù)降乇淼膶?dǎo)體。電纜測(cè)井工具134可具有臂136，該臂136以井眼內(nèi)的工具為中心或者如果需要?jiǎng)t向井眼壁按壓該工具。井眼穿透多個(gè)巖層121。測(cè)井設(shè)備144收集來自測(cè)井工具134的測(cè)量結(jié)果，且包括用于處理和存儲(chǔ)測(cè)井工具收集到的測(cè)量結(jié)果的計(jì)算設(shè)備。
[0014]圖3示出用于隨鉆測(cè)井環(huán)境中的例示性聲波測(cè)井工具。類似的工具配置可用于電纜測(cè)井環(huán)境中。所示的測(cè)井工具具有四個(gè)方位角發(fā)射器303，方位角發(fā)射器303可作為單極、雙極、交叉雙極或四極源來操作。測(cè)井工具還具有聲測(cè)徑規(guī)304以及方位角敏感的接收器陣列306。聲測(cè)徑規(guī)304與接收器陣列306對(duì)準(zhǔn)用于準(zhǔn)確測(cè)量井眼大小、形狀和工具位置。隨著測(cè)井工具在井眼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，它通過測(cè)量壓縮波速度和剪切波速度來收集信息。每個(gè)發(fā)射器302能夠發(fā)射正波或負(fù)波且協(xié)同地操作以產(chǎn)生在單極、雙極、四極和交叉雙極模式中傳播的聲波。所例示的工具具有四個(gè)方位角間隔的接收器陣列306，其中每個(gè)陣列中有六個(gè)接收器。每個(gè)陣列使其最近的接收器距離發(fā)射器5英尺，每個(gè)連續(xù)的接收器之間為6英寸。每個(gè)接收器在寬范圍的頻率上是敏感的且以消除鉆頭噪聲和泥漿循環(huán)噪聲的方式與鉆鋌隔離。處理器從每個(gè)接收器對(duì)發(fā)射器發(fā)射的響應(yīng)收集測(cè)量結(jié)果，以測(cè)量各種波型的傳播速度且提取壓縮波和剪切波傳播速度的方向角敏感測(cè)量結(jié)果。[0015]當(dāng)分析聲波數(shù)據(jù)時(shí)，井眼大小和形狀以及井眼中的工具位置的準(zhǔn)確獲知可用于增加測(cè)量準(zhǔn)確性且增強(qiáng)方位角圖像的分辨率。在電纜環(huán)境中，多臂機(jī)械測(cè)徑規(guī)通常與聲波工具結(jié)合運(yùn)行以獲取該信息，而所例示的工具采用四個(gè)超聲波測(cè)徑規(guī)(每個(gè)與一個(gè)接收器陣列對(duì)準(zhǔn))。每當(dāng)聲波數(shù)據(jù)被收集時(shí)，四個(gè)超聲波測(cè)徑規(guī)對(duì)與井眼壁的距離進(jìn)行幾乎同時(shí)測(cè)量。這四個(gè)測(cè)徑規(guī)測(cè)量結(jié)果可用于確定井眼大小以及井眼中的工具位置。工具可被編程以按照1-、2-、4-、8_或16-扇區(qū)分辨率或者(如果需要)更高的分辨率來獲取圖像數(shù)據(jù)。實(shí)踐中，經(jīng)常利用16扇區(qū)方位角分辨率來獲取數(shù)據(jù)。
[0016]對(duì)于井眼周圍的每個(gè)扇區(qū)，在給定深度，對(duì)壓縮波速度和剪切波速度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)這些原始測(cè)量結(jié)果，在從另一測(cè)井工具或?qū)Ρ染涗泴?duì)密度進(jìn)行合理估計(jì)的情況下，可導(dǎo)出楊氏模量和泊松比?；蛘撸筛鶕?jù)M.0raby于2011年I月11日提交的共同待決美國(guó)申請(qǐng) 13/003，609 “Systems and Methods for Acoustically Measuring Bulk Density (用于聲學(xué)測(cè)量體密度的系統(tǒng)和方法)”中公開的方法從聲波測(cè)井工具測(cè)量結(jié)果中導(dǎo)出密度估計(jì)。泊松比可如下以壓縮波速度(Vp)和剪切波速度(Vs)來表達(dá):
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種脆性測(cè)井方法，包括: 對(duì)作為自井眼內(nèi)部的位置和取向的函數(shù)的壓縮波速度進(jìn)行測(cè)量； 對(duì)作為自所述井眼內(nèi)部的位置和取向的函數(shù)的剪切波速度進(jìn)行測(cè)量； 至少部分地從所述壓縮波速度和所述剪切波速度導(dǎo)出方位角脆性；以及 將方位角脆性顯示為圖像記錄。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述方位角脆性用于在地質(zhì)導(dǎo)向期間的指導(dǎo)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出包括確定方位角相關(guān)的泊松比值。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出還包括確定方位角相關(guān)的楊氏模量值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出包括將所述楊氏模量值與所述泊松比值進(jìn)行加權(quán)平均。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過電纜聲測(cè)井工具來獲取所述測(cè)量結(jié)果。
7.—種地質(zhì)導(dǎo)向方法,包括: 確定井眼的方位角脆性；以及 至少部分地基于所述確定來調(diào)整鉆井方向。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述確定方位角脆性包括從所述井眼獲得對(duì)壓縮波速度和剪切波速度的測(cè)量結(jié)果。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包括將方位角脆性顯示為來自所述井眼的圖像記錄。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述調(diào)整鉆井方向包括向鉆探人員提供方位角脆性圖像記錄的顯示。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，至少部分地基于所述方位角測(cè)量結(jié)果來自動(dòng)執(zhí)彳丁所述調(diào)整鉆井方向。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出包括確定方位角相關(guān)的泊松比值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)出還包括確定方位角相關(guān)的楊氏模量值。
14.一種測(cè)井系統(tǒng)，包括: 方位角聲波工具；以及 處理器，其至少部分地基于從所述聲波工具檢索的測(cè)量結(jié)果來確定方位角脆性記錄。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括地質(zhì)導(dǎo)向組件。
16.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方位角聲波工具在電纜測(cè)井期間使用。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方位角聲波工具在隨鉆測(cè)井(LWD)期間使用。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，作為確定所述方位角脆性的一部分，所述處理器導(dǎo)出方位角相關(guān)泊松比值。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，作為確定所述方位角脆性的一部分，所述處理器導(dǎo)出方位角相關(guān)楊氏模量值。
【文檔編號(hào)】G01V1/34GK103649781SQ201180071293
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】J·L·皮徹, J·A·馬凱特 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司