[发明专利]基于撞击法评价井眼底部附近地层界面性质的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气勘探领域，具体地涉及一种基于撞击法评价井眼底部附近地层界面性质的方法和装置。

背景技术

石油测井被誉为“石油工业的眼睛”，传统的电缆测井是利用声、电、核、力、光等物理场并结合微电子和计算机技术在井下高温、高压、狭窄空间及复杂地质条件等恶劣环境下对地层进行各种测试的高科技工程技术，是人们精确了解地下结构和性质的唯一手段。石油钻井是地下油气资源勘探开发工程中必不可少的重要工序，是一项耗资巨大、技术复杂、风险性很高的系统技术工程。目前，石油勘探、开采的难度越来越大，迫切需要了解低孔、低渗、非均质、各向异性等复杂地层中的油气藏分布规律和剩余油分布规律，因而，必须探索新的勘探方法和技术。

电缆声波测井技术在探测井外地层性质时，使用多个发射和接收探头。尽管电缆声波测井技术可以作为地层评价的有效手段，但也存在很大的缺点。比如，要进行电缆测井必须从井眼中提取出钻具，这将导致相当可观的时间和财力浪费。另外，也存在因测井过程需要花费时间，从而不能在钻井过程中对钻井进行实时指导等问题。鉴于电缆测井技术存在的问题，随钻测井技术引起了广泛地重视和应用。

井下钻柱(也称为钻具)是指钻井水龙头以下到钻头以上钻具的总称。它主要由一根四方方钻杆(或六方方钻杆)、若干圆形的钻杆、加重钻杆、钻铤、稳定器、减震器和一系列配合接头组成。在随钻条件下对地层的各种测量仪器都是安装在钻头附近的钻铤上。随钻测井技术是一种集钻井、测井、自动控制、新材料、计算机、大规模可编程集成电路等多学科为一体的高新技术，是随着大斜度井、水平井以及海上钻井的发展而逐步发展起来的，在钻井工程及储层评价等领域中有越来越多的应用需求^[6～11]。随钻测井技术的应用主要包括：定向测斜/地质导向功能可以提供精确的井眼轨迹测量，实现对井身的实时控制，以便更好地钻遇地质勘探和油藏开发的目标；地层评价功能可以在地层未受到污染的情况下提供实时和时间推移的地层物性测量和油气藏分析，显著增强地层评价能力；地质导向功能则强化前导模拟技术在现场的应用，使钻头长上“眼睛”，提高钻井成功率，对油田的整体开发具有积极意义；通过随钻测井可以提高钻井效率，降低钻井风险，提高钻井安全，避免钻井事故的发生，提升井的经济价值。

在钻井过程中及时探测到井眼底部附近的地层界面对于钻井过程具有重要的工程意义。如果在钻井过程中实时了解到井眼底部周围的地层界面分布情况，就有可能有效地预防钻遇超压地层所造成的井喷、井涌等一系列事故，降低钻井的风险；另一方面，井眼底部旁边的地层界面的探测也有利于井眼轨迹控制，使井眼轨迹始终处于人们所期望的地层之中。已有利用随钻地震勘探方法来评价井眼底部旁边的地层界面的方法存在^[12～13]分辨率很低、可靠性差的缺点，而利用随钻声波测井方法评价地层界面的方法^[14～16]则需要在钻铤上安装大功率声源等复杂的声学测量系统，这在实际工程中很难实现。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于撞击法评价井眼底部附近地层界面性质的方法和装置，为钻井过程中的井眼轨迹控制和安全钻井提供技术保障。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种基于撞击法评价井眼底部附近地层界面性质的方法，所述方法包括：

在停钻期间，利用钻具撞击钻开的井眼底部以产生脉冲弹性波，所述钻具包括钻柱和钻铤，所述脉冲弹性波在井眼底部附近的地层中传播时遇到声阻抗不连续的地层界面被反射而产生反射波；

利用安装在钻铤上的接收换能器阵接收所述反射波；

通过井下以内嵌CPU为核心的可编程数字电子电路处理和分析所述反射波，评价井眼底部附近的地层界面的距离、方位和倾角。

另一方面，本发明实施例提供了一种基于撞击法评价井眼底部附近地层界面性质的装置，所述装置包括：

钻具，所述钻具包括钻柱和钻铤，所述钻铤上安装有接收换能器阵，所述钻具用于在停钻期间，撞击钻开的井眼底部以产生脉冲弹性波，所述脉冲弹性波在井眼底部附近的地层中传播时遇到声阻抗不连续的地层界面被反射而产生反射波；所述安装在钻铤上的接收换能器阵用于接收所述反射波；

分析处理设备，用于通过处理和分析所述反射波，评价井眼底部附近的地层界面的距离、方位和倾角。