基于来自井筒中的多个工具深度测量值检测地层边界位置的制作方法
【专利说明】基于来自井筒中的多个工具深度测量值检测地层边界位置
[0001] 背景
[0002] 本说明书涉及例如基于来自井筒中的多个工具深度的电阻率测量值检测地层边 界位置。
[0003] 在电缆测井和随钻测井的领域中，电磁电阻率测井工具已经被用来基于岩层的电 阻率（或其倒数，导电率）对地表下进行勘探。一些电阻率测井工具包括用于发送电磁信 号至地层中的多个天线以及用于接收地层响应的多个接收器天线。地层中的地表下层的性 质可从由接收器检测出的地层响应识别出。
[0004] 附图描述
[0005] 图1A为示例性布井系统的示图。
[0006] 图1B为包括电缆测井环境下的电阻率测井工具的示例性布井系统的示图。
[0007] 图1C为包括随钻测井（LWD)环境下的电阻率测井工具的示例性布井系统的示图。
[0008] 图2为示例性计算系统的示图。
[0009] 图3为示例性电阻率测井工具的示图。
[0010] 图4为用于数值模拟的地下地层模型400的示图。
[0011] 图5为通过数值模拟生成的示例性电阻率测井测量值的曲线图。
[0012] 图6A和图6B为通过数值模拟生成的示例性电阻率测井数据的曲线图。
[0013] 图7为示出用于识别地下层边界的示例性技术的流程图。
[0014] 各种附图中的相同参考符号指示相同元素。
[0015] 详细描述
[0016] 本说明书的一些方面描述稳健的反演技术。在一些实施方式中，反演技术可用于 例如根据来自定向随钻测井（LWD)测量值有效地计算至地层边界（DTBB)的距离。例如，地 表下层边界位置可在钻井期间或其它类型的操作期间实时识别。边界位置信息可根据通过 在井筒中的不同位置处操作电阻率测井工具生成的测量值之间的差进行确定。
[0017] 在一些情况下，此处所描述的技术对于许多类型的条件或现象具有稳健性。例如， 边界位置可根据给定工具深度处的单个测量值进行确定，即使该测量值接近零。边界位置 信息可用于许多目的，诸如像地质导向决策（控制钻井方向等）及其它。此处所描述的技 术可由各种类型的计算系统和设备实施。例如，在一些情况下，操作中的一些或全部可由嵌 入在测井工具中的处理器执行。此外，此处所描述的技术可被实施，以便实现井筒中或别处 的实时地层边界检测。
[0018] 图1A为示例性布井系统100的示图。示例性布井系统100包括电阻率测井系统 108和地表面106下方的地下区域120。布井系统可包括图1A中未示出的额外特征或不同 特征。例如，布井系统100可包括额外布井系统组分、电缆测井系统组分等。
[0019] 地下区域120可包括一个或多个地下层或地下区域中的全部或部分。图1A中示 出的示例性地下区域120包括多个地表下层122和穿透所述地表下层122的井筒104。地 表下层122可包括沉积层、岩石层、砂层或这些其它类型的地表下层的组合。地表下层中的 一个或多个可包含流体，诸如盐水、油、气体等。虽然图1A中示出的示例性井筒104为垂直 井筒，但是电阻率测井系统108可在其它井筒取向上实施。例如，电阻率测井系统108可被 适应用于水平井筒、倾斜井筒、曲线井筒、垂直井筒或这些的组合。
[0020] 示例性电阻率测井系统108包括测井工具102、地面设备112和计算子系统110。 在图1A中示出的实例中，测井工具102为井下测井工具，其当设置在井筒104中时操作。 图1A中示出的示例性地面设备112在表面106处或其上方操作，例如靠近井口 105,以便控 制测井工具102以及布井系统100的可能的其它井下设备或其它组分。示例性计算子系统 110可接收并分析来自测井工具102的测井数据。电阻率测井系统可包括额外特征或不同 特征，且电阻率测井系统的特征可按照图1A中所呈现的方式或另一方式进行布置和操作。
[0021] 在一些情况下，计算子系统110的全部或部分可实施为地面设备112、测井工具 102或二者的组分，或可与地面设备112、测井工具102或二者的一个或多个组分成一体。在 一些情况下，计算子系统110可实施为与地面设备112和测井工具102分开的一个或多个 离散计算系统结构。计算子系统110可为或可包括图2中示出的示例性计算系统200、其它 类型的计算设备或其组合。
[0022] 在一些实施方式中，计算子系统110嵌入在测井工具102中，且计算子系统110和 测井工具102可当设置在井筒104中时同时操作。例如，虽然在图1A中示出的实例中计算 子系统110被示出位于表面106的上方，但是计算子系统110的全部或部分可存在于表面 106的下方，例如位于或靠近测井工具102的位置处。
[0023] 布井系统100可包括通信或遥测设备，该通信或遥测设备允许计算子系统110、测 井工具102与电阻率测井系统108的其它组分之间的通信。例如，电阻率测井系统108的组 分可分别包括用于各种组分之间的有线或无线数据通信的一个或多个收发器或类似设备。 例如，电阻率测井系统108可包括用于电缆遥测、有线管道遥测、泥浆脉冲遥测、声学遥测、 电磁遥测或这些其它类型的遥测的组合的系统和设备。在一些情况下，测井工具102从计 算子系统110或其它源接收命令、状态信号或其它类型的信息。在一些情况下，计算子系统 110从测井工具102或另一源接收测井数据、状态信号或其它类型的信息。
[0024] 电阻率测井操作可连同各种类型的井下操作在布井系统的使用寿命的各种阶段 执行。地面设备112和测井工具102的结构属性和组分中的许多将取决于电阻率测井操作 的情境。例如，电阻率测井可在钻井操作期间、电缆测井操作期间或其它情境下执行。为此， 地面设备112和测井工具102可包括或可连同钻井设备、电缆测井设备或用于其它类型的 操作的其它设备一起操作。
[0025] 在一些实例中，电阻率测井操作在电缆测井操作期间执行。图1B示出包括电缆测 井环境下的电阻率测井工具102的示例性布井系统100b。在一些示例性电缆测井操作中， 地面设备112包括位于表面106上方的配备起重机132的平台，该起重机132支撑延伸至 井筒104中的有线电缆134。电缆测井操作可例如在钻柱从井筒104移除之后执行，以便允 许电缆测井工具102可被有线电缆或测井电缆降至井筒104中。
[0026] 在一些实例中，电阻率测井操作在钻井操作期间执行。图1C示出包括随钻测井 (LWD)环境下的电阻率测井工具102的示例性布井系统100c。钻井通常使用被连接在一起 以便形成钻柱140的一串钻管执行，该钻柱140借助于旋转台被降至井筒104中。在一些 情况下，随着钻柱140被操作来钻出穿透地下区域120的井筒，表面106处的钻机142对钻 柱140进行支撑。钻柱可包括例如钻杆、钻管、底孔组件和其它组分。钻柱上的底孔组件可 包括钻环、钻头、测井工具102和其它组分。测井工具可包括随钻测量（MWD)工具、LWD工 具及其它。
[0027] 在一些示例性实施方式中，测井工具102包括用于从地下区域120获得电阻率测 量值的地层电阻率工具。如图所示，例如在图1B中，测井工具102可由将工具连接至表面控 制单元或地面设备112的其它组分的有线电缆、挠性管或另一结构悬挂在井筒104中。在一 些示例性实施方式中，测井工具102被降至相关区域的底部，且随后被向上牵引（例如，以 大致上恒定的速度）通过该相关区域。如图所示，例如在图1C中，测井工具102可部署在 井筒104中，位于接缝式钻管、硬接线钻管或其它部署硬件上。在一些示例性实施方式中， 在钻井操作期间，测井工具102随着钻井操作向下移动通过相关区域来收集数据。
[0028] 在一些示例性实施方式中，测井工具102在井筒104中的离散测井点处收集数据。 例如，测井工具102可递增地向上或向下移动至井筒104中的一系列深度处的每个测井点。 在每个测井点处，测井工具102中的仪器（例如，图3中示出的发送器和接收器）在地下区 域120上执行测量。测量数据可传达给计算子系统110以便进行存储、处理和分析。这些 地层评估数据可在钻井操作期间（例如，随钻测井（LWD)操作期间）、电缆测井操作期间或 其它类型的作业期间收集和分析。
[0029] 计算子系统110可从测井工具102接收和分析测量数据以便检测地表下层122。 例如，计算子系统110可基于由井筒104中的测井工具102获得的电阻率测量值识别地表 下层122的边界位置和其它性质。例如，在一些情况下，电阻率越高指示油气聚集的可能性 越尚。
[0030] 在一些情况下，地表下层122的边界位置基于至地层边界的距离（DTBB)分析检测 出。例如，电阻率测井系统108可根据测井工具102上的参考点确定至每个地表下层122 的边界的距离。测井工具102上的参考点可表示例如位于或靠近测井工具102中的发送器 和接收器阵列的轴向中心的井筒深度或另一位置处的井筒深度。每个地表下层122的边界 可表示例如地表下层122与井筒104相交处的井筒深度。
[0031] 在一些实施方式中，测井工具102包括多个天线，所述多个天线分别作为发送器 或接收器操作。发送器天线可采用交流电来生成电磁场，该电磁场可在周围区域中感生涡 电流。涡电流可生成磁场，该磁场可由测井工具102中的接收器天线检测出。
[0032] 一些示例性测井工具包括多个发送器和多个接收器，其中每个发送器和每个接收 器位于沿测井工具的纵向轴的不同位置处。多个接收器可基于来自单个发送器的信号检测 响应。由两个分隔开的接收器接收到的信号可具有相位差和振幅差。
[0033] 在一些情况下，单个测井工具中的发送器和接收器中的一些或全部可以多种电磁 频率操作。由在多种频率和多种间隔下操作的发送器和接收器获得的测量值可为地层检测 提供多面性和其它优点。灵敏度范围可受到地层、工具的结构或其它考虑因素的影响。
[0034] 地下区域120的各种方面可影响由测井工具102生成的电阻率测量值。例如，地 层各向异性、地层俯角、至边界的距离和其它因素可对电阻率测井测量值具有重大影响，且 电阻率测井系统108可依赖这些参数来获得准确的地层电阻率和位置估计。
[0035] 在一些情况下，示例性计算子系统110基于由测井工具102生成的电阻率测量数 据使用反演技术来获得关于地层参数的信息。一些示例性反演技术通过在模拟数据与测量 值之间查找最佳或其它可接受的匹配来操作。模拟数据可利用地层参数假设生成，所述地 层参数包括水平电阻率、垂直电阻率、俯角、边界位置等。
[0036] 在一些情况下，示例性电阻率测井系统108可生成快速、实时的至边界距离计算。 例如，在钻井情境下，当前测井点的位置对于做出现场钻井决策可能是重要的。当地层电阻 率已知时，一维（1D)反演代码可利用定向LWD测量值获得至地层边界距离（DTBB)，且可当 有足够的测量值可用时给出反演结果。
[0037] 对于一些示例性反演技术，两个未知的距离（例如，至上部边界和下部边界的距 离）可根据来自