揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法以及实现其的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法并且 涉及实现其的系统。
【背景技术】
[0002] 为了避免烃从采集井中不受控地释放的危险事件，也称为井喷，重要的是关于在 油井的钻探操作中仍然必须被钻头钻探的地质地层的孔隙压力预测在钻探过程中钻头将 遇到什么。
[0003] 识别孔隙压力的异常不连续性界面的位置的可能性事实上使得有可能采取一系 列预防措施，从而防止井喷条件被触发。
[0004] 在地层具有低渗透性（10-100微达西（microDarcy))，诸如不允许直接在孔隙处 测量压力的场景中，这种预测特别有用。
[0005]目前所使用的解决办法是通过反射地震法关于钻探操作抢先估计压力，从而以大 约几十米的分辨率识别这种压力的趋势。
[0006] 随后，利用在钻探过程中执行的井中的局部测量（声速、电阻率、伽玛射线、密度 等），所估计的趋势有可能按照井深度被重新校准。以这样一种方式，还获得压力趋势的横 向分辨率的改进。
[0007] 现如今用于处理测量结果以及地层的孔隙压力趋势的定义的数学模型是不可 以预测异常压力的估计模型，这种异常压力有可能在仍然要被钻探的地层中存在，尤其 是如果这种地层的岩性关于钻头旁边的地层具有快速变化和/或如果异常高地层压力 (geopressure)由不能归因于欠压实的现象造成的话。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是避免以上提到的缺陷，并且尤其是设计用于识别未钻探的地质地 层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法，该方法使得有可能预测在仍然要在钻头前面被 钻探的地层中几米的深度处的异常压力。
[0009] 本发明的另一个目的是提供用于揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连 续性界面的方法，该方法提供以米为量级的压力的预测分辨率。
[0010] 本发明的另一个目的是产生用于揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连 续性界面的系统，该系统能够在钻头前面直接执行测量。
[0011] 根据本发明的这些和其它目的是通过产生如在权利要求1中概述的、揭示未钻探 的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法来实现的。
[0012] 该方法的更多特征是从属权利要求2-10的目标。
[0013] 这些以及还有其它目的是利用如在权利要求11中概述的、揭示未钻探的地质地 层中孔隙压力的异常不连续性界面的系统获得的。
[0014] 该系统的更多特征在从属权利要求12-20中指示。
【附图说明】
[0015] 参考所附示意图，根据作为例子并且不用于限制目的的以下描述，根据本发明的 用于识别未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法的特征和优点将变得 更加清晰，在附图中：
[0016] 图Ia和Ib分别是根据本发明的用于识别未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不 连续性界面的系统的一种优选但非限制性实施例的透视图和平面图；
[0017] 图2是在根据本发明的系统中所使用的电声发送器的一种优选但非限制性实施 例的不意图；
[0018] 图3是在根据本发明的系统中所使用的电声接收器的一种优选但非限制性实施 例的不意图；
[0019] 图4a和4b是用于识别未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法 的第一测量阶段的示意性表示；
[0020] 图5是声音接收器中所包括的处理装置的示意性表示；
[0021] 图6a和6b是用于识别未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法 的第二测量阶段的示意性表示。
【具体实施方式】
[0022] 参考附图，示出了用于揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的 系统，该系统总体上用标号100指示。
[0023] 用于揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的系统100包括用 于钻探地层的钻头10,根据本发明，在钻头10中集成了电声换能器20。
[0024] 电声换能器20连接到适合用作电源的电子处理单元30,电子处理单元30生成导 频信号并且处理由换能器20揭示的数据。
[0025] 为了这个目的，电子处理单元30包括导频信号发生器31、用作电源的装置32以及 用于获得并处理数据的装置33。
[0026] 因此，用于获得并处理数据的装置33包括软件装置（未说明），用于实现根据本发 明的用于揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面的方法200。
[0027] 电声换能器20包括发送器21和接收器22,每个具有特定压电换能器29、35,分别 连接到用于生成声波的压电换能器35的驱动装置34(也称为发送换能器），以及从用于接 收声波的压电换能器29接收的信号的类比（analogical)调节装置27(也称为接收换能 器）。
[0028] 所接收信号的类比调节装置27优选地包括级联连接的第一自动增益控制电路 27a、减法电路27b、第二自动增益控制电路27c、乘法电路27d以及低通滤波器27e。
[0029] 特别地，钻头10包括至少一个钻探侧12,电声换能器20从这一侧延伸，因此电声 换能器20具有其基本上与钻探侧12正交的轴A。
[0030] 优选地，钻头10是F*DC(聚晶金刚石合成物，PolycrystallineDiamond Composite)类型，包括至少一个钻探侧12、其上布置有优选地是金刚石类型的切割装置14 的多个脊13。
[0031] 在钻头10的钻探侧12的中心部分，还提供多个注入器15,也称为过滤（duse)注 入器，用作钻探泥浆的通道。
[0032] 电声换能器20优选地位于钻头10中，使得从钻探侧12延伸，利用脊13之间的空 间并且避开面12的中心部分，在中心部分存在注入器15。
[0033] 钻头10中的电声换能器20的外壳对换能器20的维度强加约束，尤其约束其辐射 和接收表面的维度，其辐射和接收表面必须具有大约几厘米的直径。
[0034] 根据在图Ia和Ib中所说明的优选实施例，发送器21和接收器22分离地位于脊 13的中间，优选地以不大于6-7cm的距离分离，从而允许钻探泥浆在两个元件21、22之间通 过。
[0035] 在一种未说明的备选实施例中，发送器21和接收器22位于圆柱形外壳中，圆柱形 外壳优选地具有不大于6-7cm的直径。
[0036] 为了揭示未钻探的地质地层中孔隙压力的异常不连续性界面，电声换能器20必 须满足一些先决条件，包括：
[0037] _在几百Hz和几kHz之间的频带内操作；
[0038]-辐射必要的功率，以便穿透地层大约IOm的深度；
[0039] -最小化发送器21和接收器22之间的串扰。
[0040] 除了由特定应用指示的具体外壳需求强加到电声换能器20的尺寸约束，同时满 足此类先决条件的必要性使得可用作发送器21和接收器22的压电换能器29、30的选择相 当重要。
[0041] 在从发送换能器35,或者源，的辐射表面向地层传输机械功率的过程中，电声换能 器20所工作的相对低的频率造成极其低效。
[0042] 关于这一点，值得指出的是所谓的"辐射阻抗"ZMd，S卩，由发送换能器35施加的力 与其振荡的速率之比，依赖于源35与地层之间的交互。
[0043] 更精确地可以表述为
[0044]Zrad=A(ZAzrad+B)
[0045] 其中
[0046] -Za是在缺少源的情况下（平面波传播）被看作波压力与其粒子速度之比的标量， 仅仅依赖于地层的声学和几何属性；
[0047] -A是辐射表面的面积；
[0048] -Zrad(规格化的辐射阻抗）是关于地层中的波长A(与工作频率成反比）考虑源 的维度（直径D)的校正项，等于
[0050] -B是代表源和地层之间的弹性耦合效果的阻抗并且可以表述为：
[0052]其中：
[0053] -JlO是第一类贝塞尔（Bessel)函数；
[0054]-Kl()是斯特鲁夫（Struve)函数；
[0055] -V是地层中的声音速度；
[0056] -k= 2Ji/入=co/v是地层中的波数；
[0057] -E是地层的弹性模数；
[0058] -V是地层的泊松（Poisson)系数；
[0059] _a是源的圆形表面的半径。对于可用于特定应用的维度和频带，其中波长是发送 换能器35的辐射表面的直径的大约100倍，从而导致ka~0. 03,从换能器20看到的电阻 性阻抗rMd的部分关于电抗性阻抗Xrad的部分其量值小大约2个数量级。
[0060] 因此，辐射阻抗ZMd主要是电抗性的，或者更加确切地说，注入源35的功率当中只 有一小部分作为辐射的声学功率被耗散。
[0061] 辐射的声学功率等于
[0063] 其中A是辐射表面的面积，Rrad是Zrad的实部，X是源在轴向方向的移位的真实矢 量，定义为I(t) =Xsin(Ot)，U是辐射表面的粒子速度的矢量，具有模数|U| =c〇X，而F 是由源在地层上施加的力的矢量，具有模数|f| = |uzMd| = ?x|zrad|。
[0064] 由于不可能增加辐射表面，这是由于以上概述的尺寸约束，因此必需增加源35的 最大移位X。