一种井眼定位的声导向系统的制作方法

本发明涉及蒸汽辅助重力泄油技术领域，特别是一种井眼定位的声导向系统。

背景技术：

众所周知，注水井相对于生产井的放置精度可以提高重力泄油技术的效率。因此，当产生注水井时，精确地确定其与形成空间内的一个或多个现有生产井的空间关系是很有帮助的。现有技术中已经开发了蒸汽辅助重力泄油和类似技术来降低重油的粘度，从而增加地质构造中的储量。在一些情况下，可以构造一系列水平间隔的注水井，以便位于一系列水平间隔的生产井之上，其中注水井眼和生产井眼仅相隔约五米。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种井眼定位的声导向系统。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种井眼定位的声导向系统，包括：

一个或多个声源，所述一个或多个声源位于地质构造中的新钻注水井眼和/或一个或多个现有生产井眼中；新钻注水井眼内设有包含有钻杆、钻柱、导向模块和钻头的底部钻具组合，钻柱中设有随钻测井工具LWD和随钻测量工具MWD；

一个或多个声波接收器，所述一个或多个声波接收器位于地质构造中的一个或多个现有生产井眼中；

安装在地面计算机中的数据采集系统，用于获取与地质构造相关的速度场信息，并向声波处理模块提供速度场信息；

声波处理模块，设置于现有生产井眼和/或新钻注水井眼中，用于定位钻头位置，声波处理模块与地面计算机连接，地面计算机用于处理声波处理模块和数据采集系统采集信息，计算机还用于向导向模块提供手动输入和自动输入导向信号来引导底部钻具组合的导向模块，计算机还连接有以图形形式呈现井眼位置的显示器。

进一步，所述声源为钻头或者等离子脉冲声源，或钻头与等离子脉冲声源的组合。

进一步，所述声波接收器包括一个或多个标量传感器或者一个或多个矢量传感器，或者一个或多个标量传感器和一个或多个矢量传感器的组合，其中多个声波接收器形成一个或多个线性阵列、一个平面阵列或多个平面阵列。

进一步，所述新钻注水井眼内设置一个或多个声波接收器。

进一步，所述新钻注水井眼内设有用于同步多个声源中的至少一个声波信号与多个声波接收器接收的声波信号的同步时钟。

与现有技术相比，本发明可以使用声波阵列接收器来定位钻头移动的位置，以此来定位井眼，声波接收器阵列可以位于一个或多个现有的井眼中，可以接收地层内钻头产生的声波信号，而且可以在地面电脑的显示器直接精确地确定钻头移动的位置，便于进行后续钻取注水井。

附图说明

图1是使用声波接收器的系统的示意图。

图2是使用位于钻柱中的声传感器的系统的示意图。

图3是使用位于钻柱中的一个或多个声源的系统的示意图。

图4是实际应用系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本实施例的一种井眼定位的声导向系统，包括：位于地质构造001中的新钻注水井眼136中的声源；新钻注水井眼136内设有包含有钻杆101、钻柱102、导向模块103和钻头104的底部钻具组合，钻柱102中设有随钻测井工具LWD和随钻测量工具MWD254；钻头104在钻进时作为声源；两个声波接收器114，位于地质构造001中的两个现有生产井眼120中，新钻注水井眼136和两个现有生产井眼120中都有用于定位钻头位置的声波处理模块300；还包括安装在地面计算机中的数据采集系统，用于获取与地质构造相关的速度场信息，并向声波处理模块300提供速度场信息；声波处理模块与地面计算机连接，地面计算机用于处理声波处理模块300和数据采集系统采集信息，计算机还用于向导向模块提供手动输入和自动输入导向信号来引导底部钻具组合的导向模块，计算机还连接有以图形形式呈现井眼位置的显示器。

声波接收器114包括一个或多个标量传感器(例如，应变计或压力传感器)或者一个或多个矢量传感器(例如三轴加速度计)，以及它们的组合，声波接收器可以放置在一个或多个观察位置，例如在现有生产井眼120内，可能形成一个或多个线性阵列124，一个或多个平面阵列128。声波接收器114可以分布在其内部的两个或三个维度中，单个现有生产井眼120或跨多个现有生产井眼120中，以改善相对于接收信号138的定向精度。

因此，一系列声波接收器114可以放置在一个或多个现有的现有生产井眼120中，以跟踪钻头产生的声波信号(即，发射波140)，钻头104连接到钻柱102上，钻柱102旋转带动钻头产生新钻注水井眼136。通过处理由传输波140产生的接收信号138来提取测距数据，其可以用于调整井眼方向Z，其中Z是形成空间中的向量。

地质构造001内的相对波形到达时间取决于声源到接收器的距离以及沿着钻头的发射波140射线路径的平均速度。因此，使用地面计算机中的数据采集系统采集地质构造001的速度场信息，可以从声波接收器114的已知位置处的到达时间148来确定声波接收器114到钻头104(或其他声波信号源)的测距信息。地质构造001的速度场可以是已知的独立源(例如，从现有现有生产井眼120的声波测井测量得出，与地震剖面信息相结合)。或者，如果地震源(例如，钻头)的位置是已知的，则计算时间失调参数可推导地层内的速度场。在每种情况下，钻头的位置包括确定钻头的方向和相对于声波接收器的距离。如本领域技术人员所熟知的那样，可以使用互相关处理来压缩由发射波140产生的接收信号138，以获得不同声波接收器之间的时间和幅度关系。此外，互相关能够隔离不同的波形，并且改善接收信号的信噪比。

互相关过程可以由位于声波处理模块300中的一个或多个电子模块或处理器来实现，以在钻头104沿着路径Z转向时来定位它，当钻头104切入地层来形成新钻注水井眼136时，导向模块103可以接收地面计算机的手动或自动输入导向信号来使钻头104转向。

在大多数情况下，使用线性阵列124或平面阵列128比使用单个声波接收器114效果更好。同时对不同的声波传播模式(例如，压力波对横波)的处理技术也可以提高测量精度。另外，尽管在图1中未示出，但是应当理解的是，可以使用其他声波信号源来增强钻头104所提供的声波信号。如图2和3所讨论得，使用辅助源可以提高钻头的定位的精度。

图2是本发明另一种实施例的示意图，与上述实施例的区别是：在钻柱102中设有声传感器252，声传感器252与图1的声波接收器114的功能相似或相同。

在本实施例中，如图2所示，钻柱102中包括随钻测井工具LWD、随钻测量工具MWD254，用来记录井下钻机的导频信号256，钻头104与发射波140的接收互相关，压缩接收到的信号(参见图1的元件138)来提高分辨率。因此，在本实施例中，线性阵列124或平面阵列128可以位于新钻注水井眼136中，或者与钻柱102分开或与钻柱102一体，也可成为声波工具的一部分。

除了上述互相关处理的替代方案之外，如图2中，还可以向两个现有生产井眼120添加等离子脉冲声源210，这些等离子脉冲声源210的激励和接收到的传输波258可与高精度时钟286同步。

图3是本发明另一种实施例，在钻柱102中使用一个或多个等离子脉冲声源210。

在图3中，随钻测量工具MWD254在钻柱102中产生和记录声源生成的波364，目的是通过反射地震学得到相邻井眼或井眼周围的阻抗对比度386。例如，可以通过现有生产井眼120中的流体372来获得地层内的阻抗对比度，在一些情况下，阻抗对比度是由现有生产井眼120中的特殊结构而产生的。在本实施例中，声波364也可以由离新钻注水井眼136较远的声波接收器114接收，也可能由在现有生产井眼120中的声波接收器114接收。从这种双重获取得到的数据比单独使用声波工具或声波传感器有更好的结果。因此，与图2的情况一样，一个或多个等离子脉冲声源210可以添加到钻柱中作为辅助声源。这里可以看出，辅助声源(具有增强由主源或钻头提供的声波信号)可以位于与钻头104相同的新钻注水井眼136中，可能附接到声波工具或成为它的一部分。以类似的方式，声源的激励和所接收的发射波364可以与高精度时钟286同步。

因此，参考图1-3，可以实现许多实施例。例如，本发明中可以包括一个或多个声波接收器114，然后放置在一个或多个现有生产井眼120中，其中一个或多个声源(例如，钻头和/或声源)在新钻注水井眼136以及现有生产井眼120中。更正式地，在地质构造001中的现有生产井眼120内的第一组多个声波接收器114中可以放置用于定位声源的声波处理模块300。声波接收器114的第一层接收来自新钻注水井眼136的声波信号(例如，发射波140)，因为使用钻头104在地质构造001中形成新钻注水井眼136，钻头104会沿着地质构造001中的路径转向。

如上所述，第一组多个声波接收器114可布置为基本上线性的系列(例如线性阵列)或基本上平面的阵列。例如，平面阵列可以由三个接收器组成，三个接收器形成三角形，或多于三个接收器，形成弧形或其它一些平面形状。在某些情况下，弧可形成大部分圆。因此，声波接收器可以位于一个，两个或多个现有生产井眼120中。在一些情况中下，还可以包括在新钻注水井眼136中钻柱上的一个或多个声波接收器114(例如，声传感器252)。声传感器252可以用于接收由第一组多个声波接收器114(以发射波140的形式)接收的钻头104的导频信号256。声波工具的井下工具可以容纳感测装置。

可以使用附加的声波接收器组。因此，在地质构造001中的现有生产井眼120中的第二组多个声波接收器114也可以包括在现有生产井眼120中，其中第一和第二组多个声波接收器114，114形成基本上平面的阵列。包括可能作为声波处理模块的互相关模块来处理与声源的发射相关联的接收信号138波形(例如，钻头和/或等离子脉冲声源210)。因此，本发明可以包括一个或多个声源以提供声波信号(例如，发射波140，258，364)。

在一些实施例中，一对线性阵列124可以作为本发明的一部分设置在两个单独的现有生产井眼120中，也可以设置在现有生产井眼120之一和新钻注水井眼136中。

也可以实现其他实施例。例如，本发明可以包括一个现有生产井眼120中的一个或多个声源，其中声波接收器在形成的新钻注水井眼136中。也就是说，本发明可以包括声源，用来在地质构造001内的第一现有生产井眼120内提供声波信号(例如，发射波258)，其中多个声波接收器114，声波接收器114也可以位于新钻注水井眼136，新钻注水井眼136由钻头在地质构造中形成。声波接收器114用于接收声源产生的声波信号(例如，发射波258)。本发明包括一个或多个声波处理模块300，以在钻头沿着路径Z转向时定位它。

在一些实施例中，本发明包括同步时钟286，以同步由声源提供的声波信号(例如，发射波258)，同时接收多个声波接收器114的声波信号。因此，本发明可以包括声波工具的多个声波接收器114。在一些实施例中，声波工具还可容纳声源。

图4是使用本发明的一种具体实际应用示意图，图中可以看出，本发明可以是钻机501的一部分。钻机501为钻柱102提供支撑。操作钻柱102穿过旋转台502，通过地层钻探新钻注水井眼136。钻柱包括方钻杆503、钻铤504、钻杆101、钻柱102、导向模块103和钻头104。操作钻头104穿过地层表面和地下构造产生新钻注水井眼136。钻柱102中设有随钻测井工具LWD和随钻测量工具MWD254。

在井眼操作期间，钻柱102由旋转台502旋转，可以替代地，钻柱102还可以由井下的电机(例如，泥浆马达505)驱动旋转。钻铤504可用于向钻头104增加重量，还可以使底部钻具组合变硬，然后将底部钻具组合增加的重量传递到钻头104，进而帮助钻头104穿透地层表面和地下构造。

在钻井操作期间，泥浆泵505可以将钻井流体(技术人员熟知的“钻井泥浆”)从泥浆坑506通过软管507送到钻杆101中并且向下送到钻头104。钻井泥浆可以从钻头104流出并通过钻杆101与新钻注水井眼136的侧面之间的环形区域508返回到地表表面，然后钻井泥浆返回到泥浆坑506。在一些实施例中，钻井泥浆可用于冷却钻头104，以及在钻井操作期间为钻头104提供润滑。此外，钻井泥浆可用于去除通过操作钻头104而产生的地下地层切屑。

因此，在参考图1-4，可以看出，在一些实施例中，本发明可以包括一个现有生产井眼120中的多个声波接收器114和在新钻注水井眼136中形成的一个或多个声源(例如，钻头104和/或等离子脉冲声源210)。

因此，本发明可以包括多个声波接收器114，其位于地质构造内的第一现有生产井眼120内，并且在形成新钻注水井眼136时，接收在使用钻头时的发出的声波信号(例如，声波接收器和钻头，声源的位置可以是如图4所示或反向，使得接收器位于新钻注水井眼136中，并且钻头和/或声源位于现有生产井眼120中)。虽然在图4中未示出，但是应当注意，可以存在多个现有生产井眼120，每个包括多个声波接收器，如图1-3所示。

在一些实施例中，用于引导钻头转向的导向模块103，可以由地面计算机509的操作者对导向模块103提供手动输入，会以图形的形式呈现在显示器510上。也可由计算机509编程来完成自动输入的功能。

在一些实施例中，地面计算机509包括声波处理模块300，或者声波处理模块300可在表面安装和井下安装之间，以便更有效地处理声波数据。本发明系统包括数据采集系统511，以获取与地质构造相关联的速度场信息，并将速度场信息提供给声波处理模块300。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。