基于到油-水接触面的距离的自动地质导向的制作方法

基于到油-水接触面的距离的自动地质导向
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年3月13日提交的美国申请序列号62/989,020的权益，该美国申请的全部公开内容以引用方式并入。


背景技术：

3.本文描述的实施方案整体涉及资源采收行业中的井下勘探和开采工作，并且更具体地涉及用于基于到地层边界的距离的自动地质导向的技术。
4.井下勘探和开采工作涉及多种传感器和工具的部署。传感器例如通过收集关于温度、密度、饱和度和电阻率的数据以及许多其他参数来提供关于井下环境的信息。该信息可用于控制位于井底组件中、沿钻柱或在地表上钻井和工具或系统的各方面。


技术实现要素：

5.本发明的实施方案涉及基于到油-水接触面的距离执行自动地质导向。
6.用于执行自动地质导向的非限制性示例方法包括由处理系统从设置在井筒中的井底组件接收地层评估数据。所述方法还包括由所述处理系统根据所述地层评估数据确定地层边界的位置数据。所述方法还包括由所述处理系统外推所述位置数据以生成所述地层边界的外推位置数据。所述方法还包括至少部分地基于所述地层边界的所述外推位置数据来调整所述井筒的轨迹。
7.用于执行井筒的自动地质导向的非限制性示例系统包括设置在所述井筒中的井底组件，以及用于执行计算机可读指令的处理系统，所述计算机可读指令控制所述处理系统以执行操作。所述操作包括由所述处理系统从设置在所述井筒中的所述井底组件接收地层评估数据。所述操作还包括由所述处理系统根据所述地层评估数据确定地层边界的位置数据。所述操作还包括由所述处理系统外推所述位置数据以生成所述地层边界的外推位置数据。所述操作还包括至少部分地基于所述地层边界的所述外推位置数据来调整所述井筒的轨迹。
8.本发明的其他实施方案在计算机系统和计算机程序产品中实现上述方法的特征。
9.附加的技术特征和益处通过本发明的技术实现。本发明的实施方案和方面在本文详细描述并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考具体实施方式和附图。
附图说明
10.现在参见附图，其中在若干附图中类似的元件具有类似的编号：
11.图1描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的井筒操作系统的横截面视图；
12.图2描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的图1的处理系统的框图，该处理系统可用于在本文实现本技术；
13.图3a描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的井筒操作系统的横截面视图；
14.图3b描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的井筒操作系统的另一个横截面视图；并且
15.图4描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的用于执行自动地质导向的方法的流程图。
具体实施方式
16.现代井底组件(bha)由若干分布式部件诸如传感器和工具构成，其中每个部件执行数据采集和/或特殊目的的处理。所采集的一种类型的数据的示例可包括电磁数据。
17.将井筒钻到地表下以开采烃并用于其他目的。具体地，图1描绘了根据本公开的各方面的井筒操作系统100的横截面视图。在传统的井筒操作中，在钻井操作期间进行随钻测井(lwd)测量以确定地层4的地层岩石和流体特性。然后将那些特性用于各种目的，诸如根据饱和度测井估计储量、定义完成设置等，如本文所述。
18.图1中所示的系统和布置是示出井下环境的一个示例。虽然该系统可在任何地表下环境中操作，但是图1示出了设置在穿透地层4的钻孔2中的支架5。支架5设置在钻孔2中，位于钻孔2的远侧端部处，如图1所示。
19.如图1所示，支架5是包括井底组件(bha)13的钻柱。bha 13是操作系统100的一部分并且包括钻铤、稳定器、扩孔钻等以及钻头7。在示例中，钻头7设置在bha 13的前端。bha 13还包括传感器(例如，测量工具11)和电子部件(例如，井下电子部件9)。由测量工具11收集的测量结果可包括例如与钻柱操作相关的测量结果。bha 13还包括被配置为将bha 13和钻头7导向到期望方向的导向工具。导向工具可接收导向指令，基于这些导向指令，导向工具产生导向力以将钻头7推向或指向期望方向。操作系统100被配置为进行钻井操作，诸如旋转钻柱，从而旋转钻头7。钻机8还将钻井液泵送通过钻柱5，以便润滑钻头7并从钻孔2冲洗切屑。根据本文所述的一个或多个实施方案，测量工具11和井下电子部件9被配置为在被称为随钻测井(lwd)或随钻测量(mwd)的实施方案中执行一种或多种类型的测量。
20.原始数据由测量工具11收集并传输到井下电子部件9以进行处理。该数据可通过电缆6(诸如线材(例如电力线)或无线链路)在测量工具11与井下电子部件9之间传输，该电缆在测量工具11与井下电子部件9之间传输电力和/或数据。通过涡轮生成组合(未示出)在井下生成电力，并且与地表3(例如，与处理系统12)的通信是无电缆的(例如，使用泥浆脉冲遥测装置、电磁遥测装置等)和/或电缆绑定的(例如，使用到处理系统12的电缆，例如通过有线管道)。由井下电子部件9处理的数据然后可遥测传送到地表3以供处理系统12进行附加处理或显示。
21.根据本公开的实施方案，钻井控制信号可由处理系统12(例如，基于由测量工具11收集的原始数据)生成并在井下传送，或者可在井下电子部件9内生成或者通过这两者的组合生成。井下电子部件9和处理系统12可各自包括一个或多个处理器和一个或多个存储器装置。在另选的实施方案中，计算资源诸如井下电子部件9、传感器和其他工具可沿着支架5定位，而不是位于例如bha 13中。钻孔2可如图所示是垂直的，或者可处于其他取向/布置(参见例如图3a、图3b)。
22.应当理解，本公开的实施方案能够结合现在已知或以后开发的任何其他合适类型的计算环境来实现。例如，图2描绘了图1的处理系统12的框图，该处理系统可用于实现本文
所述的技术。在示例中，处理系统12具有一个或多个中央处理单元21a、21b、21c等(共称或统称为处理器21和/或处理装置21)。在本公开的各方面，每个处理器21可包括精简指令集计算机(risc)微处理器。处理器21经由系统总线33耦接到系统存储器(例如，随机存取存储器(ram)24)和各种其他部件。只读存储器(rom)22耦接到系统总线33，并且可包括控制处理系统12的某些基本功能的基本输入/输出系统(bios)。
23.还示出了输入/输出(i/o)适配器27和耦接到系统总线33的网络适配器26。i/o适配器27可以是与存储器(诸如硬盘23和/或磁带存储驱动器25或任何其他类似部件)通信的小型计算机系统接口(scsi)适配器。i/o适配器27、存储器(诸如硬盘23和磁带存储装置25)在本文中统称为海量存储装置34。用于在处理系统12上执行的操作系统40可存储在海量存储装置34中。网络适配器26将系统总线33与外部网络36互连，使得处理系统12能够与其他系统通信。
24.显示器(例如，显示监视器)35通过显示器适配器32连接到系统总线33，该显示器适配器可包括用于改善图形密集应用程序的性能的图形适配器和视频控制器。在本公开的一个方面，适配器26、27和/或32可连接到一条或多条i/o总线，该一条或多条i/o总线经由中间总线桥(未示出)连接到系统总线33。用于连接外围装置诸如硬盘控制器、网络适配器和图形适配器的合适的i/o总线通常包括公共协议，诸如外围部件互连(pci)。附加的输入/输出装置被示出为经由用户界面适配器28和显示器适配器32连接到系统总线33。键盘29、鼠标30和扬声器31可经由用户界面适配器28互连到系统总线33，该用户界面适配器可包括例如将多个装置适配器集成到单个集成电路中的超级i/o芯片。
25.在本公开的一些方面，处理系统12包括图形处理单元37。图形处理单元37是专门的电子电路，其被设计成能够操纵和改变存储器以加速帧缓冲器中的图像的创建，该帧缓冲器旨在用于输出到显示器。一般来讲，图形处理单元37在操纵计算机图形和图像处理方面非常有效，并且具有高度并行结构，使得其对于并行完成大数据块处理的算法而言比通用cpu更有效。
26.因此，如本文所配置的，处理系统12包括处理器21形式的处理能力、包括系统存储器(例如，ram 24和海量存储装置34)的存储能力、输入构件(诸如键盘29和鼠标30)以及包括扬声器31和显示器35的输出能力。在本公开的一些方面，系统存储器(例如，ram 24和海量存储装置34)的一部分共同存储操作系统以协调处理系统12中所示的各种部件的功能。
27.根据本文所述的示例，提供了用于自动地质导向的技术。在地质导向期间，可能期望在bha与不同地层特征(诸如地层4内的地层边界，例如地层内的两个不同地层(例如砂岩与页岩)之间的边界、油-水接触面或流体-气体接触面)之间保持一定距离。两个不同地层(例如砂岩与页岩)之间的边界是地层4中两个地层接触的表面。类似地，油-水接触面或流体-气体接触面是地层4中油和水或流体和气体在地层中接触或者油饱和度、水饱和度和/或气体饱和度具有不同的值(诸如预定值)的表面。通常，油-水接触面表示油在上面而水在下面的表面，并且流体-气体接触面表示气体在上面而流体在下面的表面。地层特征如地层边界(例如，两个不同地层之间的边界、油-水接触面或流体-气体接触面)可在空间上有所不同并且可不是平坦区域。
28.为了实现从烃储层最佳采收烃，可能期望在距地层边界的期望距离处钻出井筒。因此，本文所述的用于自动地质导向的技术提供了基于对井下测量结果(数据)运行反演来
对井底组件导向，以在bha的至少一部分(例如钻头)与预测的地层边界之间实现并保持期望/最佳距离。可基于井下测量结果连续地更新期望的井轨迹。
29.具体地，本技术利用井下测量结果(数据)(例如地层评估测量结果(数据)，诸如电磁、声学或核数据/测量结果(数据))来量化bha与地层边界之间的实际距离。然后使用该数据将bha和相关的钻头导向到相对于地层边界的最佳位置(例如以用于采油)。这是通过确定目标倾角以实现bha的最佳真实垂直深度(tvd)和倾角放置来执行的，该bha的tvd和倾角放置基于使用回归技术确定的预测倾斜度(基于先前测量的数据点)、急转弯严重度和最佳tvd放置。
30.图3a描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的地表下300的横截面视图。地表下300包括bha 13行进穿过地层4的实际路径306。期望bha 13距地层边界(在该示例中，地层边界是油-水接触区域302(在图3a的横截面视图中，油-水接触区域302表现为油-水接触线))保持期望距离308，例如以提高烃采收率。因此，期望bha 13沿着期望的井轨迹或预期的路径304行进，该期望的井轨迹或预期的路径在距油-水接触区域302的期望距离308处。bha 13到油-水接触区域302的距离可例如使用由bha 13或由另一种合适装置收集的电磁、声学或核数据来确定。
31.如图3a所示，bha 13包括收集/测量数据的测量点310。作为一个这样的示例，测量点310与测量工具的位置(例如，测量工具11中的一个或多个、测量工具11中的一个或多个上的传感器、测量工具11中的一个或多个上相对于测量工具11中的一个或多个中包括的接收器和发射器的接收器和/或发射器的位置)重合。测量工具在测量点310处收集关于油-水接触区域302(例如，关于油-水接触区域相对于测量点310的位置的定位或距离)在测量工具的当前位置之前的点处的数据(例如电磁、声学或核数据)。例如，测量工具11在测量点310处收集数据点(即，空间中收集数据的点或位置)处的数据，以识别或确定到位置点312a、312b、312c、312d、312e的距离，其中位置点312a是空间中收集最新数据(即，来自最近收集的数据点的数据)的油-水接触区域的位置点或位置，并且位置点312e是空间中收集最旧数据的油-水接触区域的位置点或位置。
32.位置点312a、312b、312c、312d、312e包括数据，基于该数据可确定在获取位置点312a-312e中的每一个时bha 13到油-水接触区域302的距离。为了确定在获取位置点312a-312e中的每一个时bha 13到油-水接触区域302的距离，可使用简单的变换。在另一个实施方案中，为了确定在获取位置点312a-312e中的每一个时bha 13到油-水接触区域302的距离，可执行反演。在反演中，可在计算机模型中模拟地层。模拟地层可由两个或更多个子区域来表征，这些子区域可由诸如电阻率、电导率、介电常数(对于em测量)或阻抗、密度(对于声学测量)或油饱和度、水饱和度、岩性的参数来表征。模拟地层中的两个或更多个子区域可在它们之间创建地层边界，该地层边界由相邻子区域的参数和地层边界的位置(诸如到测量工具或地层中的另一个不同点(例如钻机8的位置)的距离等)来表征。最后，在计算机模型中模拟在一个或多个测量期间假想测量工具的一个或多个位置。利用这些假定，可使用本领域已知的方法来计算一个或多个模拟测量结果。然后可将一个或多个模拟测量结果与bha 13的一个或多个实际测量结果进行比较，并且可改变参数，包括在一个或多个测量期间地层边界相对于假想测量工具的一个或多个位置的位置，直到模拟测量结果和实际测量结果足够接近(诸如模拟测量结果与实际测量结果之间的差值或比值在预定范围内或低
于预定值)。当模拟测量结果和实际测量结果足够接近时，假定用于创建模拟测量结果的参数被确定。
33.作为一个示例，使用对数据进行反演的结果来执行bha 13的导向，并且在钻头的前面预测该信息，以确定什么导向指令是有用的，以便使bha 13行进的实际路径306(即井路径(wellpath))平行于油-水接触区域302并与其相距期望距离。
34.使用倾角数据和/或方位角在钻头位置的前面预测当前井路径。作为一个这样的示例，加载地层评估数据，并且获取方向勘测数据，诸如倾角数据和/或方位角数据。可通过将过滤器(诸如变化率过滤器)应用于勘测数据来过滤勘测数据(例如，近钻头倾角日志)以去除任何界外点。变化率过滤器可从近钻头倾角日志中过滤掉落在钻头的倾斜角的预定变化率之外的界外点。假定方位角/倾角(例如，计算或建模的方位角/倾角或者在一个或多个先前勘测站上测量或取得的方位角/倾角)，并且对于来自方位角/倾角(例如，近钻头倾角)或地层评估数据的一个或多个样本，可通过使用公式(诸如最小曲率公式)基于假定的方位角/倾角来计算勘测。最小曲率方法假定空间中两个点的坐标差(诸如水平坐标(例如相对于东和北的水平坐标)和垂直坐标(例如tvd)的差)与空间中这两个点处的勘测数据(诸如方位角、倾角和测量深度)之间的关系。例如，如果勘测点i和ii处的方位角、倾角和测量深度分别为a1、i1、md1和a2、i2、md2，则勘测点i和ii处的坐标差可通过以下公式来计算
35.n2
–
n1＝(md2
–
md1)/2x[sini1 cosa1+sini2 cosa2]x rf
[0036]
e2
–
e1＝(md2
–
md1)/2x[sini1 sina1+sini2 sina2]x rf
[0037]
tvd2
–
tvd1＝[cosi1+cosi2]x rf
[0038]
其中：rf＝2tan(β/2)/β
[0039]
并且β＝acos(cos(i2
–
i1)
–
sini1 x sini2 x(1
–
cos(a2
–
a1)。
[0040]
n2、e2、tvd2和n1、e1、tvd1分别是相对于北的水平坐标、相对于东的水平坐标以及测量点ii和i处的tvd。这些公式允许根据空间中两个点处的测量数据计算空间中这两个点的坐标差，反之亦然。
[0041]
在一些情况下，可将两个或更多个样本的平均值用作方位角/倾角/地层评估数据。这种方法在数据质量较差的情况下更加稳健。在示例中，这种方法可随着bha 13沿着实际路径306前进而迭代地执行。每次迭代都可从先前进行的勘测开始，因此井方位角假定的距离被最小化。
[0042]
在一些情况下，当确定如何调整bha 13的轨迹时，可能发生异常。当遇到意外事件时(诸如当值超出可接受范围时)，发生异常。当发生异常时，可设置异常标志(即错误标志)。当地层边界(即，油-水接触面)的斜率(例如，地层边界在某点处相对于水平的角度)的变化率落在预期范围之外时，发生这种意外事件的异常的一个示例。例如，如果在先前位置(例如，位置点312b)处计算的位置、tvd或到地层边界的实际路径306的距离与在当前位置(例如，测量点310的当前位置)处计算的位置、tvd或到地层边界的实际路径306的距离的差值除以先前位置与当前位置的距离(例如，测量深度的差值)大于阈值(例如，预定阈值)，则发生异常。类似地，如果在先前位置(例如，位置点312b)处计算的地层边界的斜率与在当前位置(例如，测量点310的当前位置)处计算的地层边界的斜率之间的差值除以先前位置与当前位置的距离(例如，测量深度的差值)大于阈值(例如，预定阈值)，则可能发生异常。在此类情况下，可忽略反演结果。当曲线与地层边界不匹配时(即，当与地层边界匹配的曲线
在可接受阈值(诸如预定阈值)之外时)，发生另一种这样的异常。当伽马射线值(其可由bha 13的测量工具11测量)高于阈值(诸如预定阈值)时，发生另一种异常。在检测到异常的情况下，可设置错误标志。错误标志可用作向操作者指示已经发生异常的指示符。当bha 13的穿透速率下降并且钻头上的重量上升时，发生另一种这样的异常。在此类情况下，井可能钻探硬地层，诸如方解石纵梁，其具有低孔隙度，因此其中的流体很少，使得测量的电阻率高。在发生这些(或其他)异常中的一种或多种时，可忽略相应的测量、计算或反演结果。当预测的井路径比限定的地层边界浅时，发生异常的另一个示例。在这种情况下，可将预测的井路径向下调整为可接受/可允许的最小总垂直深度。当在标准尺度上绘制时，当密度曲线与中子孔隙度曲线之间的间隔大于预定限度时，发生异常的另一个示例。在这种情况下，可将估计的地层边界接触的tvd调整为实际井路径的tvd。
[0043]
预测在钻头前面的预测井路径以包括预测点316，该预测点是bha 13将被导向的目标(例如，用于手动、自动或半自动控制过程以对bha 13导向(例如用以对bha 13导向的受控闭环系统)的目标点或设定点)。在一个或多个示例中，如本文所述计算最后“n”个位置点(例如，位置点312a-312e)的平均方位角/倾角/地层评估数据值。
[0044]
利用预测的油-水接触区域302，确定与预测的油-水接触区域具有期望距离的预测点(即，目标点或设定点)316。为此，考虑最近的位置点(例如，位置点312a)。然而，在一些示例中，例如通过在时间上从最近的位置点往回工作，也考虑了先前位置点312b-312d中的一个或多个。通过确定位置点312a-312e中的一个或多个，可通过任何已知的外推技术(诸如线性回归技术)外推油-水接触区域302的位置以生成外推位置数据。这种外推技术能够确定预测的油-水接触区域的曲线参数，诸如斜率和偏移。
[0045]
然后，诸如通过朝向预测点316调整bha 13的轨迹来对该bha导向。在一些示例中，类似地确定中间点314，并且在钻头7的当前位置与预测点316之间可存在多个中间点。这些点中的任何两个之间(例如，在钻头7与中间点314之间、两个中间点之间、中间点314与预测点316之间)的路径可具有与bha 13的路径的其他区域不同的倾角。这使得bha 13能够被导向到预期路径304上而不会使其过冲。
[0046]
现在转到图3b，更详细地示出了所公开的方法的各方面。类似于图3a，图3b描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的地表下300的横截面视图。由包括钻头360的bha 13沿着实际路径(或实际井轨迹)350将钻孔钻入地表下300。沿着实际路径350，bha 13接近地层边界340，该地层边界可至少部分地是平坦区域或者可以是弯曲表面。设定点370a限定在空间中，以沿着预期路径(或计划的井轨迹)350a导向bha 13。bha 13包括收集/测量数据的测量点310。作为一个这样的示例，测量点310与测量工具在bha 13中的位置(例如，测量工具中的一个或多个、测量工具中的一个或多个上的传感器、测量工具中的一个或多个上相对于测量工具中的一个或多个中包括的接收器和发射器的接收器和/或发射器的位置)重合。测量工具在测量点310处收集关于地层边界在测量工具的当前位置之前的点处的数据(例如电磁、声学或核数据)(例如，关于地层边界相对于测量点310的位置的定位或距离的数据)。例如，测量工具在测量点310处收集数据点331、332、333和334(即空间中收集数据的点或位置)处的数据，其中数据点331是空间中收集最新数据的点或位置(即最近收集的数据点)，并且数据点334是空间中收集最旧数据的点或位置。在各方面，测量工具测量或收集可用于确定从相应数据点331、332、333和334到相应位置点i、ii、iii和iv的距离d
331
、d
332
、d333
和d
334
的数据，如图3b所示。
[0047]
数据点331、332、333和334与相应测量时间t
331
、t
332
、t
333
和t
334
(未示出)相关联，这些测量时间指示收集数据点处的数据的时间。类似地，数据点331、332、333和334与收集数据的相应测量深度d
331
、d
332
、d
333
和d
334
(未示出)相关联(“测量深度”是沿着实际井轨迹350距参考点(诸如地表)的距离的工业术语)。另外，数据点331、332、333和334可与bha 13的方向数据(诸如bha 13的方位角或倾角)相关联。例如，数据点331可与bha 13在数据点331的位置处的方位角和倾角相关联，数据点332可与bha 13在数据点332的位置处的方位角和倾角相关联，等等。bha 13的方向数据可由bha 13中的方向传感器(诸如磁力计、重力计、加速度计和/或陀螺仪)收集。与数据点331、332、333和334相关联的方向数据可在数据点331、332、333和334的位置处测量，或者可从在不同于数据点331、332、333和334的位置处测量的方向数据导出(例如，从在不同于数据点331、332、333和334的位置处测量的方向数据取得、内插或外推)。根据测量深度d
331
、d
332
、d
333
和d
334
以及相关联的方向数据，可如本领域中已知的那样导出相应数据点331、332、333和334的坐标(例如，相对于原点(诸如钻机8)的三维坐标，或者相对于原点的如图3a、图3b所示的横截面中的二维坐标)和/或真实垂直深度(tvd)。利用数据点331、332、333和334的坐标/tvd以及距离d
331-d
334
和/或在数据点331、332、333和334处收集的数据，可导出地层边界的位置点i、ii、iii和iv的坐标/tvd，如本文进一步公开的。
[0048]
图3b表明距离d
331-d
334
单独不足以构造地层边界340的位置点i-iv的位置，因为对于每个数据点331-334存在检测到相对于bha 13地层边界340的方向的不确定性。这由球体k1-k4表示，其中相应数据点331-334作为中心点和相应距离d
331-d
334
作为半径。例如，k1具有数据点331作为中心点和距离d
331
作为半径，k2具有数据点332作为中心点和距离d
332
作为半径，等等。如果仅已知距离d
332
，则地层边界340的位置点ii可在球体k2的任何点处。换句话讲，数据点332到地层边界340的距离是沿着不垂直于实际井轨迹350的线测量的。然而，在构造地层边界340的位置点ii时考虑两个或更多个数据点可有助于显著降低不确定性。例如，如果已知d
331
、d
332
、d
333
和d
334
，则可得出结论，地层边界的位置不可在球体k2的任何点处，而是可仅落在球体段k2'和k2”上，这些球体段不落入其他数据点的一个或多个对应球体(例如，相应数据点331、333和/或334的球体k1、k3和/或k4)中。这有助于确定地层边界340的位置点ii必须位于何处。换句话讲，空间中根据数据点被识别为地层边界340的位置点的点不能比其他数据点到地层边界340的相应距离更接近任何其他数据点。因此，地层边界340以距数据点的测量距离并且同时不低于距另一个数据点的测量距离的方式从数据点构造。
[0049]
另选地或除此之外，可使用其他信息或标准来根据一个或多个数据点331
……
334构造地层边界340。例如，可通过将最小曲率标准应用于所构造的地层边界340来构造地层边界340。例如，在球体段k2'和k2”之外，可仅选择那些点来构造地层边界340，使得所构造的地层边界340的曲率最小。另外，在数据点331
……
334处收集的数据可包括指示相对于bha 13的地层边界340所位于的方向(例如，工具面方向)的方向数据。包括方向数据的这种数据的一个示例是图像(例如，测量工具周围的图像或平行于测量工具的图像)。例如，如果位置点ii位于球体段k2'或k2”处，则可使用方向数据来确定这些球体段中的任一个可被消除(例如，通过指示地层边界位于bha 13“之下”而不是bha 13“之上”)。
[0050]
在一个实施方案中，可通过与关于图3a描述的反演类似的反演来确定位置数据(诸如距离d
331
、d
332
、d
333
和d
334
)和/或位置点i-iv的坐标/位置/tvd)。可单独针对每个数据点331
……
334进行反演(单点反演)。另选地，反演可包括多于一个数据点，以针对每个数据点确定位置点的坐标/位置/tvd和/或到位置点的距离(多点反演)。例如，为了确定位置点ii的坐标/位置/tvd或数据点332与位置点ii之间的距离d
332
，可将在数据点332处测量的数据以及在数据点333和/或331处测量的数据用于反演。通常，随着将更多输入数据用于反演，多点反演会使得反演结果的置信度更高。反演还可包括在一个数据点处测量的各种数据。例如，bha 13可包括一个或多个用于电磁测量的测量工具，这些测量工具利用各种操作频率和/或各种发射器-接收器间距。类似地，bha 13可包括一个或多个用于声学测量的测量工具，这些测量工具利用各种操作频率、各种发射器-接收器间距和各种激励模式中的至少一种。并且bha 13还可包括用于多于一个物理特性的测量工具。例如，bha 13可包括用于电磁测量的测量工具和用于声学测量的测量工具。可将不同物理特性、操作频率、发射器-接收器间距和/或激励模式的各种组合用作反演(单点反演或多点反演)的输入数据。
[0051]
如本文所讨论的，可从数据点331
……
334处的测量结果导出位置点i-iv在空间中的坐标/位置/tvd或到位置点i-iv的距离。然后可外推位置点i-iv的坐标/位置/tvd或到位置点i-iv的距离，例如在一定方向上(诸如在平行于计划的井轨迹350a的方向上)外推，以创建外推地层边界340。可使用预定数量的位置点来创建外推地层边界340。例如，可使用5、10或20个位置点或者在某个时间间隔内(诸如在最后20秒、最后60秒或最后180秒内)确定坐标/位置/tvd或距离的所有位置点来创建外推地层边界340。可应用用于2d曲线或3d表面的外推方法，诸如拟合。例如，可将拟合(诸如多项式拟合或回归)应用于位置点i-iv，这会产生允许以精确或近似的方式计算位置点i-iv的坐标/位置/tvd或到位置点i-iv的距离的分析等式或公式(例如多项式)或算法(例如计算机算法)。然后，等式或公式的参数(诸如多项式中的常数)是拟合的结果，可使用它们来计算地层边界340在不同于位置点i-iv的坐标/位置/tvd的坐标/位置/tvd处的位置数据。另选地或另外，可通过使用该拟合来确定从任何点(例如，计划的井轨迹350a或钻头上的点)到地层边界340的距离(例如，距设定点370a的距离d
370a
)。可将距计划的井轨迹350a的点的距离与期望距离d
370b
(诸如预定距离阈值)进行比较。因此，可将井轨迹350a调整为经调整的井轨迹(例如，通过将设定点370a调整为经调整的设定点370b)，以确保从经调整的井轨迹350b的一个或多个点到地层边界340的距离在期望范围内，例如大于预定距离阈值或在第一预定距离阈值与第二预定距离阈值之间。以类似的方式，通过使用地层边界340的拟合，可从该拟合导出地层边界340的方向信息，诸如关于地层边界340的倾角和/或方位角(例如，沿着或平行于计划的井轨迹350a的倾角/方位角或者沿着地层边界340的梯度的倾角/方位角)的信息。可使用该信息将计划的井轨迹350a的倾角/方位角调整为经调整的井轨迹350b，其中倾角/方位角确保经调整的井轨迹350b到地层边界340的距离在期望范围内。经调整的井轨迹350b可考虑约束，例如急转弯严重度约束。例如，可应用最小曲率方案来限定经调整的井轨迹350b。另外，可检查计算出的经调整的井轨迹350b是否满足约束，诸如急转弯严重度约束。如果不是这种情况，则可例如通过在距钻头360的距离大于设定点370b的位置处选择另选设定点来重新调整经调整的井轨迹350b和/或经调整的设定点370b。一旦获取或接收到一个或多个新的数据点，该过程就可重新开始以重新调整井轨迹350b和/或井轨迹350b的倾角/方位角。根据经调整的井轨
迹350b或经调整的井轨迹350b的倾角/方位角，可导出导向命令，这些导向命令被传输到导向工具以将包括钻头7的bha 13导向到经调整的井轨迹350b的方向。该过程可在不与人操作员交互的情况下全自动运行或半自动运行(例如，具有来自人操作员的一些监督)。图4描绘了根据本文所述的一个或多个实施方案的用于执行地质导向(诸如自动地质导向)的方法400的流程图。方法400可由井下或表面上的任何合适的处理系统(例如，处理系统12或井下电子组件9)、任何合适的处理装置(例如，处理器21中的一个)和/或它们的组合或另一种合适的系统或装置来执行。
[0052]
在框402处，处理系统12和/或井下电子部件9从设置在井筒中的井下部件接收数据，诸如电磁(em)数据。在一些示例中，过滤所接收的数据，以去除不正确的数据点。例如，此类不正确的数据点可能表示噪声或其他不准确的干扰。在一些示例中，去除落在范围之外(例如，高于高阈值或低于低阈值)的数据。
[0053]
在框404处，处理系统12和/或井下电子部件9执行计算，诸如数据(其可以是例如经过滤的数据)的反演，以确定从测量点310的各个位置到油-水接触面的一个或多个距离。虽然关于沿着油-水接触面导向讨论了图4，但是应当理解，相同的方法也可应用于沿着不同的地层边界(诸如砂岩层与页岩层之间的边界或流体-气体接触面)导向。该计算可包括定义一个或多个层(例如水层)的一个或多个层参数(例如电阻率)和/或将一个或多个层的一个或多个层参数限制为预定阈值，诸如预定阈值电阻率。
[0054]
在框406处，一旦油-水接触面距测量点310的各个位置的一个或多个距离已被量化，则处理系统12和/或井下电子部件9就确定预测的油-水接触面(例如，图3a中的油-水接触区域302、图3b中的地层边界340)。根据预测的油-水接触面，可基于到油-水接触面的期望距离来确定预期或期望的井轨迹(例如，图3a中的期望的井轨迹304或图3b中的经调整的井轨迹350b)。使用期望或经调整的井轨迹，可定义可与期望的井轨迹相关(例如，接近或在其上)的目标点(例如，图3a中的预测点316或图3b中的经调整的设定点370b)。预测的油-水接触区域302的确定可至少部分地基于到油-水接触面的一个或多个距离。例如，可沿着限定的间隔长度来计算一个或多个油-水接触位置的外推，诸如具有多项式系数的多项式(例如具有斜率和偏移值的线性回归)。用于外推的位置点(例如，图3a中的位置点312a-312e或图3b中的位置点i-iv)可从所检测到的油-水接触面的最近(最新)位置点(例如，图3a中的位置点312a或图3b中的位置点i)开始，并且可向后工作限定数量的位置点，诸如3个位置点、5个位置点、多于10个位置点、多于20个位置点等(例如，图3a中的位置点312b、312c、312d、312e中的一个或多个或者图3b中的位置点ii、ii、iv中的一个或多个)。这使得能够考虑最近的位置点，同时考虑限定数量的位置点的差异。使用外推参数，诸如多项式系数(例如斜率和偏移)，预测点可被确定为：预测点＝(预测点的预测位置)*(回归斜率)+(偏移值)。
[0055]
在框408处，处理系统12和/或井下电子部件9至少部分地基于预测的油-水接触面和期望的井轨迹来调整设置在井筒中的井底组件(例如，bha 13)的轨迹。例如，当计算油-水接触面预测倾斜度和距钻头的距离时，发送一个或多个下行链路命令。这些命令是导向指令，这些导向指令经过计算并将井与期望的tvd和倾斜度量对准。在示例中，从方向勘测中已知bha 13的当前位置；类似地，从测量点310到钻头7的向前计算距离也是已知的。从bha 13的当前位置开始的期望(即目标)倾角和期望(即目标)垂直变化也是已知的。使用该
已知信息，可确定为了达到在给定的急转弯约束内实现期望垂直变化的目标倾角所需的距离和中间倾角。
[0056]
这通过使用增加的中间点(即，中间点314)迭代地实现，并且可实现倾角变化，并且可计算到中间点的垂直变化以增加垂直位移。如果总垂直变化等于期望垂直变化，则报告中间点和最终点数据；如果不是，则随着中间倾角变化的增加而重复计算。
[0057]
然后，处理系统12和/或井下电子部件9可发送下行链路命令以调整bha 13的轨迹，从而可钻出井筒以在bha 13与油-水接触区域或线302之间保持期望距离308。期望距离308可基于油-水接触面以及真实垂直深度勘测数据。
[0058]
还可包括另外的过程，并且应当理解，图4中描绘的过程表示说明，并且在不脱离本公开的范围的情况下可添加其他过程或者可移除、修改或重新布置现有过程。
[0059]
本公开的示例性实施方案包括或产生各种技术特征、技术效果和/或对技术的改进。本公开的示例性实施方案提供了用于基于到地层边界的距离的自动地质导向的技术解决方案。这些技术解决方案收集并分析由设置在井底组件中的测量装置在井筒中收集的大量电磁数据，然后实时或接近实时地对这样的数据进行反演，以基于到地层边界的一个或多个基于反演的距离来确定导向bha的预测点。大量数据、执行反演和确定预测点的复杂性以及调整井底组件的轨迹的实时或接近实时的性质实际上不能在人脑中执行。因此，本文所述的技术代表对地质导向技术的改进。因此，可更精确和更快地作出钻井决定，从而提高钻井效率、减少非开采时间、提高烃采收率等。具体地，通过在钻井期间获得并保持井底组件与地层边界区域或线之间的期望距离来改善地质导向。与常规技术相比，这增加了烃储层的烃采收率。
[0060]
下面示出了前述公开的一些实施方案：
[0061]
实施方案1：一种用于执行自动地质导向的方法，所述方法包括：由处理系统从设置在井筒中的井底组件接收地层评估数据；由所述处理系统根据所述地层评估数据确定地层边界的位置数据；由所述处理系统外推所述位置数据以生成所述地层边界的外推位置数据；以及至少部分地基于所述地层边界的所述外推位置数据来调整所述井筒的轨迹。
[0062]
实施方案2：根据任一前述实施方案所述的方法，其中用多项式确定所述外推位置数据。
[0063]
实施方案3：根据任一前述实施方案所述的方法，其中至少部分地基于方向数据来确定所述地层边界的所述位置数据。
[0064]
实施方案4：根据任一前述实施方案所述的方法，其中所述方向数据是所述井底组件的一部分的倾角、所述井底组件的一部分的方位角和所述地层边界所位于的方向的工具面角中的至少一种。
[0065]
实施方案5：根据任一前述实施方案所述的方法，其中至少部分地基于经调整的轨迹与所述地层边界之间的距离的预定阈值来调整所述轨迹。
[0066]
实施方案6：根据任一前述实施方案所述的方法，所述方法还包括：由所述处理系统过滤所述地层评估数据以生成经过滤的地层评估数据；以及由所述处理系统根据所述经过滤的地层评估数据确定所述地层边界的所述位置数据。
[0067]
实施方案7：根据任一前述实施方案所述的方法，其中在井筒内的两个或更多个位置处生成所述地层评估数据。
[0068]
实施方案8：根据任一前述实施方案所述的方法，其中调整所述轨迹包括调整控制过程的设定点以对所述井底组件导向。
[0069]
实施方案9：根据任一前述实施方案所述的方法，其中所述位置数据是从所述地层边界到所述井底组件的距离和所述地层边界的真实垂直深度中的至少一种。
[0070]
实施方案10：根据任一前述实施方案所述的方法，其中基于测量深度来确定所述外推位置数据。
[0071]
实施方案11.一种用于执行井筒的自动地质导向的系统，所述系统包括：设置在所述井筒中的井底组件；以及用于执行计算机可读指令的处理系统，所述计算机可读指令控制所述处理系统以执行操作，所述操作包括：由所述处理系统从设置在所述井筒中的所述井底组件接收地层评估数据；由所述处理系统根据所述地层评估数据确定地层边界的位置数据；由所述处理系统外推所述位置数据以生成所述地层边界的外推位置数据；以及至少部分地基于所述地层边界的所述外推位置数据来调整所述井筒的轨迹。
[0072]
实施方案12：根据任一前述实施方案所述的系统，其中用多项式确定所述外推位置数据。
[0073]
实施方案13：根据任一前述实施方案所述的系统，其中至少部分地基于方向数据来确定所述地层边界的所述位置数据。
[0074]
实施方案14：根据任一前述实施方案所述的系统，其中所述方向数据是所述井底组件的一部分的倾角、所述井底组件的一部分的方位角和所述地层边界所位于的方向的工具面角中的至少一种。
[0075]
实施方案15：根据任一前述实施方案所述的系统，其中至少部分地基于经调整的轨迹与所述地层边界之间的距离的预定阈值来调整所述轨迹。
[0076]
实施方案16：根据任一前述实施方案所述的系统，其中所述处理系统被进一步配置为执行操作，所述操作包括：由所述处理系统过滤所述地层评估数据以生成经过滤的地层评估数据；以及由所述处理系统根据所述经过滤的地层评估数据确定所述地层边界的所述位置数据。
[0077]
实施方案17：根据任一前述实施方案所述的系统，其中在井筒内的两个或更多个位置处生成所述地层评估数据。
[0078]
实施方案18：根据任一前述实施方案所述的系统，其中调整所述轨迹包括调整控制过程的设定点以对所述井底组件导向。
[0079]
实施方案19：根据任一前述实施方案所述的系统，其中所述位置数据是从所述地层边界到所述井底组件的距离和所述地层边界的真实垂直深度中的至少一种。
[0080]
实施方案20：根据任一前述实施方案所述的系统，其中基于测量深度来确定所述外推位置数据。
[0081]
在描述本公开的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)，术语“一个”、“一种”和“该”以及类似指代的使用应被解释为涵盖单数和复数，除非在本文另外指明或与上下文明显地矛盾。此外，还应当指出的是，本文的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而是用来将一个元素与另一个元素区分开。与数量结合使用的修饰语“约”包含所陈述的值并且具有由上下文决定的含义(例如，其包括与特定数量的测量相关联的误差度)。
[0082]
本公开的教导内容可用于多种井操作。这些操作可涉及使用一种或多种处理剂来处理地层、地层中驻留的流体、井筒、和/或井筒中的设备，诸如生产管材。处理剂可以是液体、气体、固体、半固体、以及它们的混合物的形式。例示性的处理剂包括但不限于压裂液、酸、蒸汽、水、盐水、防腐剂、粘固剂、渗透性调节剂、钻井泥浆、乳化剂、破乳剂、示踪剂、流动性改进剂等。例示性的井操作包括但不限于水力压裂、增产、示踪剂注入、清洁、酸化、蒸汽注入、注水、固井等。
[0083]
虽然已参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可作出各种改变并且可用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的基本范围的情况下，可作出许多修改以使特定情形或材料适应本公开的教导内容。因此，预期的是，本公开不限于作为设想用于实现本公开的最佳模式而公开的特定实施方案，而是本公开将包括落入权利要求书的范围内的所有实施方案。另外，在附图和具体实施方式中，已公开了本公开的示例性实施方案，并且尽管已采用了特定术语，但除非另外指明，否则它们仅以一般性和描述性意义使用，而非出于限制的目的，本公开的范围因此并不限于此。