[发明专利]用于地层的特征化、导航钻探路径以及在地下钻井中布置井的方法

说明书

优先权要求

从通过引用并入本文的于2009年10月20日提交的美国临时专利申请号61/253,248要求优先权。

技术领域

本发明涉及在地下井眼中钻探和测量的领域，更具体地涉及用于特征化目标地层和用于例如在定向钻井期间准确地布置井的方法。

背景技术

定向钻井以及随钻测井(LWD)和随钻测量(MWD)的出现大大地改进了用于生产碳氢化合物资源的井的定位和布置。定向钻井涉及为了各种目的沿着偏离的路线钻井，包括在特定的目标区域中降至最低点。定向钻井用于例如在产油地层床(或“产油区”)中获得适当的井眼轨迹，并接着基本上在产油区内钻探。水平地钻出的井可极大地增加在产油区中的井眼体积，伴随着油产量的增加。

LWD通常是指使用位于钻头紧邻上方的钻铤中的仪器来测量地层性能。在孔被切削出之后不久、在它被连续钻井或取岩心操作不利地影响之前进行测量。由于钻井和测量之间的较短时间，向井眼壁中的流体入侵相对于电缆测井也减小了。LWD和MWD有时区别在于：LWD数据被记录在存储器中并在工具到达地面时被下载，而MWD数据被发送到地面(例如，通过泥浆脉冲或有线钻杆)并被实时地监测。然而，术语“LWD”也更一般地用于涵盖LWD和MWD，并将在这里以这种方式使用，除非另外指出。

在定向钻井计划作出之前，钻井队常常有本地地层的地质属性的相当多的先验知识。最初的知识可例如从本地中的勘测井和/或生产井得到。地震勘测由于其能够很远地探测到地层中的能力而在定位地层中的井路径时被普遍使用。然而，地震勘测通常不能够提供期望的分辨率和精确度以充分特征化目标地层并预测有利地布置井的位置。

常常使用电磁(EM)工具进行其它测量例如电阻率测量。一些EM测井工具使用传播技术来测量地层的电阻率。传播工具测量地层中的EM信号的幅度、相移和衰减以确定地层的电阻率，这些可能是地层特征化的重要方面。

在转让给本发明的受让人的美国专利6,188,222中公开了提供相对深的读数的电阻率工具。可以是LWD工具阵列的一部分的这个工具包括在发射机和接收机之间的相对长的间隔，并可用于确定地层电阻率和获得用于在定向钻井过程中确定井位置的地层边界的表示。在LWD工具——其中一些在下文中被概述——中的随后发展提高了受控的定向钻井的精确度并便于井布置。然而，仍然存在改进这些功能和目标地层及它们的储层的特征化的很大余地，目标正是实现这种改进。

发明内容

根据本发明的一种形式，公开了一种用于引导目标地层中的井眼钻探的方法，所述方法包括下列步骤：提供具有井底组件的钻井设备，所述井底组件包括可控的定向钻井子系统以及具有环视和前视能力的随钻测井定向测量工具；确定所述目标地层中的预定类型的地层特征的存在；以及使用所述钻井设备在所述目标地层中对钻井路径进行导航，包括：从所述定向测量工具接收测量信号，从接收到的测量信号获得关于所述目标地层中的所述地层特征的地层参数的代表物，以及控制所述定向钻井子系统，以便沿根据获得的地层参数的代表物确定的方向钻井。在本发明的这个形式的一个实施例中，提供随钻测井定向测量工具的步骤包括：提供具有环视和前视能力的随钻测井定向电阻率测量工具。在该实施例中，环视能力高达大约100英尺，而前视能力高达大约60英尺。

在本发明的所述形式的一个实施例中，确定目标地层中的预定类型的地层特征的存在的步骤包括：在存储器中存储包括多个示例性地层特征模型的多个表示的知识库；提供所述目标地层的初始参数数据；以及比较所述初始参数数据与所述知识库中的模型，以便选择地层特征模型，所述目标地层中的所述预定类型的地层特征从选定的地层特征模型导出。在本实施例中，在存储器中存储包括多个示例性地层特征模型的多个表示的知识库的步骤包括：存储包括多组地层几何结构和地层物理参数的模型。此外，在本实施例中，地层参数包括钻头相对于目标地层中的所述地层特征的空间关系，或包括钻头相对于目标地层中的所述地层特征的选定边界的空间关系。预定类型的地层特征包括从一组中选择的多个典型特征，该组包括但不限于：地层断层；连同页岩边界、脊、砂体、盐丘和地层油/水接触面的地层储层。