[发明专利]使用旋转和不旋转的钻井设备产生定向测量值

说明书

技术领域

本发明涉及油井开发。更具体而言，本发明涉及一种用于在设备不旋转时，确定用于钻井设备的定向测量值的系统和方法。

背景技术

在油井开发领域中，产生定向测量值以确定例如地层边界和钻井设备之间的距离，地层边界相对于钻井设备的方向，并且便于主动的井定位和地层评估。通常由通过被设置在钻井设备中的电磁LWD(随钻测井)工具收集的信息产生定向测量值，所述电磁LWD工具可以使用天线。这些设备随着时间的过去并且在不同的频率下运行而提供多间隔和多频率的测量值。接收的信号取决于多个变量，包括发射器与接收器的间隔、频率、一个或多个接收器的方位角以及地层相对于接收器的定向角。

当钻井设备旋转，因此被设置在钻柱中的工具旋转时，所测量的轴向发射器和倾斜的接收器的信号表示为：其中V是接收的电压，a₀是零阶谐波系数，a₁是一阶谐波系数，φ是所述接收器的方位角，并且是地层相对于接收器的定向角。对于接收器的给定位置，定向角是在地层的法线和在垂直工具轴的平面中的参考线之间的角度。可以使用一阶和零阶谐波系数的比率估算测井仪和地层边界之间的距离。这是定向测量值的基础。在本领域中已知，在拟合算法中使用在不同的接收器方位角测量的信号确定零阶和一阶谐波系数以及地层的定向角。这是可以的，因为在旋转过程中产生的多个测量值提供使用拟合算法的足够数据。然而，当钻柱不旋转时，测量值对于使用拟合算法是不足的。根据已知的技术，在这种情况下，不能确定系数和地层的定向角，因此不能确定定向测量值。结果，只能在钻井设备旋转时产生定向测量值。

根据已知的技术，使用由定向测量值获得的信息操纵钻井设备。例如，因为系统连续旋转，使用定向测量值引导旋转的可操纵系统。如此，可以在整个钻井过程中连续产生定向测量值。然而，当使用泥浆马达或类似的机械装置钻井时，通过将设备在不同的方向上推动或滑动改变钻井设备的方向。在这种情况下，与钻头不同，当在新方向上将钻柱推动时，钻柱不旋转。因此，在此期间中不能获得定向测量值。理想的是，即使在钻井设备不旋转时，也能够确定用于构建定向测量值的系数。

存在用于在钻井设备不旋转时获得定向测量值的已知方法。这种方法包括产生通常称作三轴向测量值的测量值。然而，使用三轴向测量值是繁重的，特别是考虑到本发明。例如，产生三轴向测量值需要在钻井设备上安置另外的传感器；而且，传感器必须相互同步以获得足够精确的测量值。如此，使用三轴向测量值增加机械的复杂性，并且需要用于获得定向测量值的另外步骤。

考虑到上述，存在即使在钻井设备不旋转时，也以有效和直接计算的方式确定构建定向测量值所必需的系数的需要。

发明内容

根据具体实施方案，一种确定用于有时旋转而在其它时候不旋转的钻具的定向测量值的系统和方法。所述方法包括在设备旋转时产生第一组测量值；在设备不旋转时产生第二组测量值；以及将第一和第二组测量值组合以获得定向测量值。所述系统包含发射器-接收器对，其中所述发射器具有与设备的纵轴平行的磁偶极矩，并且所述接收器具有相对于设备的纵轴是倾斜的磁偶极矩；电子模块，其激发发射器并且检测接收器信号以在设备旋转时产生第一组测量值，并且在设备不旋转时产生第二组测量值；以及处理器，其将第一和第二组测量值组合以获得定向测量值。

附图说明

为了更完全理解本发明，现在结合附图参考下列描述。

图1是根据本发明的一个实施方案的操作的流程图。

图2是根据本发明构建的定向钻井测量设备的一个实施方案的示意图。

图3A是显示图2的实施方案的发射器-接收器对的磁偶极矩的示意图。

图3B是显示两个发射器-接收器对的磁偶极矩的示意图。

图3C是显示两个协同定位(co-located)的发射器-接收器对的磁偶极矩的示意图。

具体实施方式

根据本发明的实施方案，提供一种用于产生定向测量值的系统和方法。这是通过将在工具旋转时获得的一些参数与在工具不旋转时获得的测量值一起使用而进行的。参考图1，显示了根据一个优选实施方案的步骤。在步骤101，根据本领域中已知的方法对于旋转的钻井设备产生定向测量值。在步骤103，使用该数据获得零阶谐波系数，一阶谐波系数和定位参数。在步骤105，在工具不旋转时产生测量值。在具体实施方案中，将在步骤103中获得的一些值与在步骤105中获得的数据一起使用以在工具不旋转时估算定向测量值。