多分量测量在深水沉积的地质描绘中的使用的制作方法

专利名称：多分量测量在深水沉积的地质描绘中的使用的制作方法
技术领域：
发明 一 般涉及使用电阻率测量来评估包括深水沉积物
(sediment)的地层。
背景技术：
电磁感应和电磁波传播测井(logging)工具通常用于确定钻孔 (borehole)周围的地层(formation)的电特性。这些测井工具给出 地层的视电阻率(或电导率)的测量结果，此时可以将其恰当地解释 为地层的岩石物理(petrophysical)特性和地层中的流体的诊断。
特别重要的一个问题是评估地下的深水沉积物(deposit)。图3 中示出深水河道层序(channel sequence )的才黄截面。该层序的特征在 于具有相对厚度的互层砂泥岩(interbedded sand and shale)取决于 层序中的相对位置(水平和垂直)。现有技术的方法使用高分辨率图 像测井工具(例如电阻率图像测井工具)来识别河道，使用倾斜(dip) 趋势和砂体的净/毛砂体比值(N/G)的变化来识别河道和滑塌 (slump)。具体地，在复合河道中心附近的诸如201的位置处的比 值N/G大，而在诸如202的位置较小，在河道边缘附近的诸如203的 位置就更小了 。现有技术的方法还使用伽马射线测井工具来帮助定义 更大尺度上的趋势。
图像测井的缺点是它们基本上受限于钻孔壁的观察并因此不能 "看，，穿地层。这使得很难评估远离钻孔的砂体层(sand layer)内的薄 泥岩层的重要性。此外，数据的质量可能很差，这导致很难评估图像 中看到的层面(bed)的倾斜度。图像测井技术受沖刷和差钻孔条件的 影响。如果能评估表示更大尺度(2米或大于2米的数量级)的趋势 的倾斜，将会大大改进地层的评估。测量净/毛比值(N/G)和评估层面厚度趋势的能力也很重要。
Baker Atlas的3DEXTM工具在地层中的勘测深度典型地有几米 深并对应于大尺度的倾斜和方位。相反，根据成像装置的倾斜度和方 位是从地层层面或叠层的特性(例如电阻率)边界导出的。当层面或 叠层在成像装置的分辨率范围内时，可以可靠地确定倾斜度和方位。 相反，3DEX测量对地层电导率张量的取向敏感。倘若存在可测量的 地层的各向异性，则该测量允许在没有层面边界的情况下准确地确定 倾斜度和方位。因此，在许多情况下，成像导出的倾斜和方位可能不 同于3DEX导出的倾斜度和方位。
『朋g等人的序列号为11/740,376的美国专利申请具有与本申请 相同的受让人并且其内容通过引用并入本文，其中详细讨论了使用诸 如3DEXTM测量的多分量电阻率测量来确定远离钻孔的地层倾斜以及 使用多分量测量来识别和描绘不整合。此处应注意，多分量电阻率测 量方式以及传统钻孔测井工具的不同的勘测深度(DOI)和不同的垂 直分辨率在某些情况下会导致不同的倾斜和方位。钻孔成像工具通常 具有小于几厘米的DOI,而多分量电阻率测量工具读取地层内几米的 深度。因此，如果距离钻孔的角度不发生显著地变化，则这两种测量 方式将读取相同的角度。当地层角度横向变化时，『朋g的上述专利 申请中讨论了测量值"平均，，如何影响从3DEX工具测量结果导出的角 度数据。
Mo/toow等人的美国专利US6，470，274和等人的美国专 利US6，493，632具有与本申请相同的受让人并且其内容通过引用并入 本文，其中公开了使用多分量测井工具(包含Baker Hughes的3DEX 工具)来确定叠层的储油层(reservoir)的各向异性的电阻率参数。 如本领域技术人员已知，即使层本身是各向同性的，这种具有多层不 同电阻率的叠层的储油层也展示了横断面的各向同性。这种多分量测 井工具具有方位敏感性。这两个厘0///^"专利公开了一种方法，其分 析来自多分量测井工具的数据以确定储油层的砂体含水饱和度和页岩 比例(fraction ) 。 Afo/toow中使用的模型假设各向异性轴与层面垂直。相似的模型也在其它专利中假设过，例如等人的专利 US6643589、 Sc/^ew等人的专利US6686736,所述专利具有与本申请 相同的受让人并且其内容通过引用并入本文，其中教导了使用从核、 NMR和多分量感应数据中导出的垂直电导率和水平电导率，来确定 包括叠层泥质砂岩(shaly-sand)的储油层中的页岩、砂体和水的分 布。多分量数据被转换并将根据该转换得到的叠层页岩体积的估计值 与稂据核测井得到的叠层页岩的体积的估计值相比较。将通过该转换 确定的总(bulk)的水体积与通过NMR测量得到的总的不可少 (irreducible)的水的体积相比较。然后使用NMR数据得到储油层 中的砂体分布并在多分量数据的第二转换中使用该砂体分布。可选地， 使用体渗透率测量作为在转换储油层的各向异性砂体成分的特性的限 制。根据砂体薄层的电阻率，使用实验性关系来预测储油层的各向异 性的储油层特性。
本发明是针对使用3DEX测量来表征远离钻孔的地理地层和/或 将该表征的结果与钻孔成像测井的结果相比较。

发明内容
本发明的 一个实施例是一种评估地层的方法。该方法包括利用多 分量电阻率测井工具在地层的钻孔中的多个深度处进行测量，并且根 据测量结果来估计地层的第 一 区间中的第 一 累积砂体厚度，根据测量 结果来估计地层的第二区间中的第二累积砂体厚度，其中该第二区间 包括该第 一 区间。该方法还包括使用估计的第 一 累积砂体厚度和估计 的第二累计砂体厚度来确定该第二区间内未包含在该第 一 区间中的部 分的最大砂体厚度。使用从多分量测井工具所作的测量结果导出的水 平电阻率和垂直电阻率对该第一累积砂体厚度和该第二累积砂体厚度 进行估计。使用多分量测井工具所作的测量结果来估计该地层的倾斜 度和/或该地层的方位角。使用多分量测井工具所作的测量结果来估计 地层中的不整合(unconformity)的倾斜角和/或地层中的不整合的方 位角。可以使用诸如线缆(wireline )、钢丝(slickline )或钻管(drilling
7tubular)的传送装置将测井工具传送到钻孔中。确定的最大砂体厚度 可大于未重叠部分的长度，并且该方法还可以对包含该第一区间的另 一个区间估计最大砂体厚度。
另 一个实施例是用于评估地层的设备。该设备包括多分量电阻率 测井工具，该多分量电阻率测井工具配置成在地层的钻孔中的多个深 度处进行测量；以及处理器，该处理器配置成用于根据测量结果来估 计地层的第 一 区间中的第 一 累积砂体厚度，根据测量结果来估计地层 的第二区间中的第二累积砂体厚度，其中该第二区间包含该第一区间； 使用估计的第 一 累积砂体厚度和估计的第二累计砂体厚度来确定该第 二区间内未包含在该第 一 区间中的部分的最大砂体厚度，并在适当的 介质上记录该最大砂体厚度。该处理器还配置成使用从多分量测井工 具所作的测量结果导出的水平电阻率和垂直电阻率来估计该第一 累积 砂体厚度和该第二累积砂体厚度。该处理器还配置成使用多分量测井 工具所作的测量结果来估计该地层的倾斜度和/或该地层的方位角。该 处理器还配置成用于使用多分量测井工具所作的测量结果来估计地层 中的不整合的倾斜角和/或地层中的不整合的方位角。该设备还包括传 送装置，该传送装置配置成将测井工具传送到钻孔中，该传送装置选 自线缆、钢丝或钻管。确定的砂体厚度可大于未重叠部分的长度。
本发明的另一个实施例是与多分量感应测井工具一起使用的计 算机可读介质。该介质包括指令，该指令使处理器能够根据测井工具 所作的测量结果来估计地层中的区间内的砂体层面的最大厚度。该介 质可以是ROM、 EPROM、 EEPROM、闪存、和/或光盘。
具体实施例
参考下面的附图可以更好地理解本发明，其中相同的附图标记表
示相同的部件，其中
图l例示了设置在穿透地层的井筒中的感应仪器；
图2 (现有技术)例示了以3DEXTM名称进行市场推广的多分量
感应测井工具中的发射机和接收机线圏的布置；图3是包括多个主要砂体单元的示例性深水河道层序的示意性
横截面图4是示出随钻孔深度逐渐倾斜式增加的模型； 图5例示了页岩层中的河道砂体的不整合边界； 图6a示出示例性泥质砂岩的层序；
图6b-6d示出如何通过多个重叠的3DEX测量对图6a的层序取
样；
图7a - 7c示出根据重叠的体积估计累积砂体体积的结果； 图8是示出沉积柱中的最大可能的砂体厚度的测井结果； 图9是例示了本发明的步骤的可能顺序的流程图。
具体实施例方式
参考

图1，示出一个电磁感应测井仪器10，其设置在钻穿地层的 井筒2内。 一般用附图标记4表示地层。通过使用铠装电缆6或本领 域中相似的传送工具，使仪器IO下降到井筒2中并从井筒2缩回。仪 器IO可以由三个子部分装配而成设置在仪器10的一端的辅助电子 单元14;与该辅助电子单元14相连的线圏心轴单元8;和与该线圏心 轴单元8的另一端相连的接收机/信号处理/遥感勘测电子单元12，该 单元12典型地与电缆6相连。
线圏心轴单元8包括感应发射机线圈和感应接收机线圏，如下所 述，该感应发射机线圏和感应接收机线圏因为在地层4中所感应的电 /磁场而用于感应地层4中的电磁场和接收地层4中流动的涡流所感应 的电压信号。
辅助电子单元14包括信号产生器和功率放大器(未示出)以使 所选频率的交流电流过线圏心轴单元8中的发射机线圈。控制工具的 操作和处理所需的数据的处理器可以是电子单元的一部分。可选地， 可由表面处理器来完成处理和控制过程中的一些或全部。
接收机/信号处理/遥测电子单元12包括用于检测线圏心轴单元8 的接收机线圏中感应的电压的接收机电路(未示出)，和将这些接收到的电压(未示出)处理成表示如地层4的4A-4F所示的不同层的 电导率(conductivity)的信号的电路。为方便起见，接收机/信号处 理/遥测电子单元12可包括信号遥测装置以将电导率相关信号沿电缆 6发送至地表面以进行进一步处理；或可选地，可将电导率相关信号 存储在适当的记录装置(未示出)中以用于在仪器IO从井筒2中缩回 之后进行处理。
参考图2,示出Baker Hughes的3DEXTM多分量感应测井仪器 中的发射机线圏和感应接收机线圏的配置。示出被称为Tx、 Tz和Ty 发射机的三个正交发射机101、 103和105 (z轴是工具的纵轴)。被 称为Rx、 Rz和Ry的相关联的接收机107、 109和111对应于发射机 101、 103和105并用于测量对应的磁场。在工具的一种操作模式下，
测量了分量E^C、Hyy、FZZ、Fxy和J7xz，当然还可以使用其它分量。
应该进一 步注意到使用公知的坐标旋转原理的用其它线圈倾度所作的 测量也可以用于本发明的方法。
诸如河道的许多地质地层的特征是逐渐倾斜式变化。这在图4所 示的模型中进行了示意性的例示，其中以每100英尺增加20。 (6.6。/10m)进行倾斜。地层是各向异性的，其中Rh和Rv分别等于 lft-m和4Q-m。根据局部倾斜角度使电导率张量倾斜。与具有平行层 面的各向异性的地层不同，逐渐倾斜式变化将使层面不平行。因此，
测量较大体积所得的Rh和Ry不同于测量较小体积所得的Rh和Rv。 换言之，电阻率各向异性将依赖于尺度(scale)。另一方面，对于具 有平行层面的地层的电阻率各向异性将不依赖于尺度。如『""g等人 所讨论的，3DEX测量可准确地确定远离钻孔的地层倾斜度。因而， 在本发明的一个实施例中，根据多分量测量结果估计的倾斜度可用于 识别河道层序内的钻孔的位置。
可以看出，地质地层包括河道砂体，该河道砂体通常穿入并穿过 先前存在的沉积物，导致岩石性和典型地导致层面角偏置。在河道砂 体和先前存在的沉积物之间的河道边界大体不平行，因此基于3DEX 的倾斜的解释比对于一组分层的平面层面要更难。在图5中，河道砂
10体451及其下面的地层461都是各向异性的并且具有不同的倾斜角。 在所示的实例中，河道砂体以20。向右倾斜。下面的地层假设是水平 的。石少体和下面的地层之间的边界以30。向右倾斜。W^ig讨论了这种 不整合的四种情况。其中讨论了，不仅可以使用多分量电阻率测量来 确定不整合之上和之下的层面角度，还可以确定倾斜角度和不整合自 身的方位。在本发明的情况下，这意味着可以使用多分量测量来识别 由穿入早先沉积物的后来的河道交叉而成的不整合。
一旦确定了交叉层面的电阻率参数，就可以完成进一步的处理以 使用已知方法来确定表征交叉层面的岩石物理参数。在例如具有与本 发明相同受让人的等人的美国专利US6711502、 US6493632 和US6470274中，讨论了含水饱和度、妙、体和页岩成分的体积比例 (fractional volume )的确定。
3fo〃/^m的美国专利US6470274教导了地层中总孔隙度、页岩的 体积比例、叠层储油层中的含水饱和度和页岩的电阻率的确定，该叠 层储油层包含其中可能分散有页岩的砂体。张量岩石物理模型根据从 多分量感应测井数据导出的垂直电导率和水平电导率来确定层状页岩 的体积和层状砂体的电导率。NMR数据用于获得地层中的粘土束缚
的水和地层页岩中的粘土束縳的水的总量的测量。Afo/too"的美国专 利US6711502教导了地层中总孔隙度、页岩的体积比例、叠层储油层 中的含水饱和度和页岩的电阻率的确定，该叠层储油层中包含其中可 能分散有页岩的砂体。张量岩石物理模型根据从多分量感应测井数据
电导率。分散的页岩的体积以及层状砂体部分的总的^有效的孔隙度 是通过4吏用Thomas - Stiber - Juhasz方法来确定的。层状页岩的电导 率和孔隙度效应的去除将叠层的泥质砂岩问题降低至可对其应用 Waxman-Smits等式的单个分散的泥质砂岩模型。
在本发明的一个实施例中，使用了 等人的US6686736
中所教导的方法，该专利具有与本申请相同的受让人并且其内容通过 引用并入本文。其中教导了 一种用于确定叠层层序的粗颗粒和细颗粒的比例以及对粗颗粒和细颗粒组分的渗透性的估计。
在本发明的一个实施例中，以重叠的方式使用了多分量测量以得
到区间之内的最大可能的砂体厚度的估计值。图6a示出包括砂体和页岩的示例性沉积柱。为了进行解释，通常的实施是以地层柱状图示出较硬的区间(本申请中是砂体)，比相对较软且容易被腐蚀的区间(本申请中是页岩)延伸得更远。砂体由点状区间表示而页岩以黑色表示。图6b、 6c和6d示出3DEX工具取样的示例性深度区间。连续的深度区间重叠并具有长度为L且不被相邻取样的区间共有的区间。例如，长度L可以是10cm。这不旨在限制本发明的方法。
再看图7a-7c，我们例示了本发明的方法。首先参考图7c，我们用体积l表示勘测的体积并且用Si表示该体积中的累积砂体厚度。通过对在体积1内的每个点测量而确定的砂体厚度取平均值来估计Sj。图7b中的体积2包括图7c的体积1加上由工具在对应于图6c的位置所取样的附加体积。体积2的累积砂体厚度是S2并且可以通过对在体积2内的每个点测量而确定的砂体厚度取平均值来估计S2。同样，可以限定对于任何体积n的累积砂体厚度Sn。
由Sn-S^来给出长度为L的区间中的净砂体厚度并且由以下
公式给出长度为L的区间中的砂体百分比
AW-ioo(H)
很清楚如果J5Wh/WM,则层面厚度大于梯级大小L。在这种情况下，对于连续的重叠体积进行迭代处理直到^SWn/</M。然后砂体层面厚度由以下公式给出
T = " 丄
其中r是层面厚度，w是迭代的数量，/是最后一次迭代结果中
妙、体的百分比。另一方面，如果J5^m/心卯，则区间之内的砂体的最大可能的厚度是^SVim/x丄。应该注意，区间Sn包括区间Sn —"并且砂体层面厚度是对区间Sn内未包含在区间S^中的部分进行估计的。
图8是示出沉积区间中的最大可能的砂体厚度的测井图。上部区间601包括具有低N/G比值的薄层面砂体。下部区间603包括具有高N/G比值的厚层面砂体并可能比上部区间多产。
图9概述了可以在本发明中使用的步骤的某些可能顺序。在步骤 701中获得多分量测量。在一个实施例中，在步骤703中，可以实施 『fl"g中所讨论的步骤以给出Rh和Rv。在步骤707中，根据Rh和Rv 的估计值来估计砂体和/或页岩比例和/或厚度。在步骤707中，可以 基于诸如伽马射线测量和/或NMR测量的其它测量。根据砂体和/或页 岩比例和/或厚度，可以产生最大砂体厚度的测井值。作为步骤703的 替换，可在步骤705中根据的教导将3DEX测量结果直接进 行转换以得到Rh和Rv。可在步骤707中使用Rh和Ry的确定值获得 砂体比例以及最大砂体厚度的测井值。
已经参考在电缆上传送进入钻孔的装置对本发明进行了描述。本 发明的方法还可以使用在诸如钻柱(drillstring)的管上传送进入钻孔 的多分量感应测井装置。可以在适当的位置使用井下处理器在井下完 成数据的处理。还可以在井下将至少一部分数据以压缩形式(如果必 要)存储在适当的存储装置中。 一在钻柱脱扣期间随后取回存储装置 时，就可以从存储装置中取回数据并在井上进行处理。
应该注意，尽管已经参考3DEXTM测井工具对本发明进行了描 述，但是3DEXTM测井工具不应被理解为一种限制。例如，『朋g等 人的序列号为11/489875的美国专利申请公开了一种配置，其中使用 仅具有两个轴向取向的发射机和两个横向接收机的配置来获得地层电 阻率测量(即zx-测量)。术语"多分量"旨在包括其中发射机线圏和 感应接收机线圈在不同方向上取向的所有配置。
数据的控制和处理暗示了在适当的机器可读介质上使用的计算 机程序，该程序可使处理器执行控制和处理。机器可读介质可包括 ROM、 EPROM、 EEPROM、闪存和光盘。
尽管上述内容是针对本发明的优选实施例，但是对于本领域技术 人员而言各种修改都是显而易见的。所附权利要求的范围和精神内的 所有变化都打算包含在上述内容中。
权利要求
1. 一种评估地层的方法，该方法包括(a)利用多分量电阻率测井工具在所述地层的钻孔中的多个深度处进行测量的步骤；(b)根据测量结果来估计所述地层的第一区间中的第一累积砂体厚度的步骤；(c)根据测量结果来估计所述地层的第二区间中的第二累积砂体厚度的步骤，所述第二区间包含所述第一区间；(d)使用估计的第一累积砂体厚度和估计的第二累计砂体厚度来确定所述第二区间内未包含在所述第一区间中的部分的最大砂体厚度的步骤；(e)在适当的介质上记录所述最大砂体厚度的步骤。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中估计所述第一累积砂体厚度和所述第二累积砂体厚度的步骤还包括使用从所述多分量测井工具所作的测量结果导出的水平电阻率和垂直电阻率。
3. 根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述多分量电阻率测井工具所作的测量结果来估计以下至少一个(i)所述地层的倾斜度和(ii)所述地层的方位角。
4. 根据权利要求1所述的方法，还包括使用所述多分量电阻率测井工具所作的测量结果来估计以下至少一个(i)所述地层中的不整合的倾斜角和(ii)所述地层中的不整合的方位角。
5. 根据权利要求1所述的方法，还包括使用传送装置将所述测井工具传送到所述钻孔中，所述传送装置选自(i)线缆、(ii)钢丝和(ii)钻管。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中确定的所述最大砂体厚度大于所述部分的长度，所述方法还包括对于包含所述第一区间的另一个区间重复步骤(c)。
7. —种用于评估地层的设备，该设备包括(a) 多分量电阻率测井工具，其配置成在所述地层的钻孔中的多个深度处进行测量；以及(b) 处理器，所述处理器配置成(A)根据测量结果来估计所述地层的第 一 区间中的第 一 累积砂体厚度；(B )根据测量结果来估计所述地层的第二区间中的第二累积砂体厚度，所述第二区间包含所述第一区间；(C) 使用估计的第 一 累积砂体厚度和估计的第二累计砂体厚度来确定所述第二区间内未包含在所述第 一 区间中的部分的最大砂体厚度；以及(D) 在适当的介质上记录所述最大砂体厚度。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器还配置成通过进一步使用从所述多分量测井工具所作的测量结果导出的水平电阻率和垂直电阻率来估计所述第 一 累积砂体厚度和所述第二累积砂体厚度。
9. 根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器还配置成进一步使用所述多分量电阻率测井工具所作的测量结果来估计以下至少一个(i)所述地层的倾斜度和(ii)所述地层的方位角。
10. 根据权利要求7所述的设备，其中所述处理器还进一步配置成使用所述多分量电阻率测井工具所作的测量结果来估计以下至少一个(i)所述地层中的不整合的倾斜角和(ii)所述地层中的不整合的方位角。
11. 根据权利要求7所述的设备，还包括传送装置，其配置成用于将所述测井工具传送到所述钻孔内，所述传送装置选自(i)线缆、(ii)钢丝和(ii)钻管。
12. 根据权利要求7所述的设备，其中确定的所述最大砂体厚度大于所述部分的长度，并且其中所述处理器还配置成对于包含所述第一区间的另一个区间重复步骤(B)。
13. —种与用于评估地层的设备一起使用的计算机可读介质，该i殳备包括(a) 多分量电阻率测井工具，其配置成在所述地层的钻孔中的多个深度处进行测量；所述介质包括指令，该指令使处理器能够执行以下步骤(b) 根据测量结果来估计所述地层的第 一 区间中的第 一 累积砂体厚度；(c )根据测量结果来估计所述地层的第二区间中的第二累积砂体厚度，所述第二区间包含所述第一区间；(d) 使用估计的第 一 累积砂体厚度和估计的第二累计砂体厚度来确定所述第二区间内未包含在所述第一区间中的部分的最大砂体厚度；以及(e) 在适当的介质上记录所述最大砂体厚度。
14.根据权利要求13所述的介质，还包括以下至少一个(i)ROM、 (ii) EPROM、 ( iii) EEPROM、 ( iv )闪存和(v)光盘。
全文摘要
本发明公开了使用多分量感应测量结果来估计地层的水平电阻率和垂直电阻率。根据这些电阻率估计值，可以估计净/毛砂体厚度。这些可表明井在深水河道层序中的位置。
文档编号G06F19/00GK101479732SQ200780023498
公开日2009年7月8日 申请日期2007年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者A·A·巴尔, D·J·普罗瑟, 王思丽 申请人:贝克休斯公司