一種鑽具以及井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法

2023-05-26 14:18:21

專利名稱：一種鑽具以及井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法
技術領域：
本發明屬於地質勘探領域，具體涉及一種鑽具以及井下隨鑽探測煤層和油氣儲層界面和厚度的方法。
背景技術：
當前，在石油、天然氣及煤層氣的開發中為了獲得更大的產能，往往通過水平井鑽井技術，使鑽機鑽出的井筒軌跡保持在油氣層和煤層中，但在實際的施工中井筒軌跡無法完全保持在油氣層和煤層中，其原因是目前還沒有能定量測出在油氣層和煤層界面以及厚度的方法與技術，雖然採用伽瑪和電阻率的方法能測出油氣層、煤層與其上下蓋層的差別，但這僅僅是定性的判斷而無法定量或相對準確地測出井筒軌跡距上下邊界面的距離，因此就導致鑽具在出了儲層後再入儲層，井筒軌跡形成多處「狗腿」，井筒越深鑽具就越難向前鑽進，因此，水平井的深度受到限制，同時井筒軌跡也不能保持在高產層的位置單井產能受到極大的影響。·

發明內容
為了克服上述問題，本發明的目的是提供一種鑽具以及井下隨鑽探測煤層和油氣儲層界面和厚度，定量測出在油氣層和煤層界面以及厚度的方法與技術，使井筒軌跡保持在產層的最佳位置。為了實現上述發明目的，本發明提供了如下技術方案:為了在煤層氣和油氣水平井的鑽井中保持鑽具在煤層和油氣層的鑽進過程中不出邊界，本發明提出一種在隨鑽施工中，通過發射超高頻電磁波和微波並接收其反射波的方法，來探測在煤層和油氣層中水平鑽進的鑽具的位置以及距上下邊界面的距離。這一方法是基於電磁波在不同煤質分界面產生反射以及高頻電磁波具有方向性這一特點，並通過測量發射波及反射波的時間計算出鑽具距上下邊界面的距離一種鑽具，主要包括依次相連的鑽杆、螺杆馬達和鑽鋌，還包括安裝在所述鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭、安裝在所述鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器、安裝在所述鑽鋌上下兩側的電磁波發射源和接收天線。其中，所述的安裝在鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭是安裝在所述鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器用於判斷和識別所述鑽具所在地層的巖性。其中，安裝有超高頻電磁波和微波發射源及接收天線、伽馬傳感器、介電常數測量探頭的鑽鋌設置於螺杆馬達之前的近鑽頭位置。一種井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法，包括使用所述的鑽具，其特徵在於高頻電磁波或微波測量所述鑽具到邊界面的計算方法為I1=Ct1/^ I2 = c (tx+ At) /2
^ = ^2-112其中，I1是電磁波發射源T與接收天線R間中線的距離，電磁波發射源與接收天線的距離就為; At是電磁波發射源到邊界面直達波與反射波的時間差；12是電磁波發射源到邊界面反射點即在電磁波發射源與接收天線間中線上的距離；d是鑽鋌到邊界面距離A1是電磁波由T直接傳到R的時間；c是電磁波在煤層和油氣層中的傳播速度。其中，所述方法用於識別煤層、油氣層及其他礦儲層與上下蓋層邊界，並測量出水平鑽進的鑽具與上下蓋層邊界的距離，探測出水平井筒軌跡上下方的障礙物，並測量出水平井筒與障礙物間的距離，探測河床底面或建築物的底面與河床或建築物下面井筒的距離，並在隨鑽過程中使鑽具與河床底面建築物的底面保持平行或在預設距離內。其中，當所述鑽具在煤層或油氣層中以滑動方式水平鑽進時，將鑽具的工具面高邊調整到零度使電磁波發射源及接收天線8分別朝上和向下；而當所述鑽具以複合鑽進方式水平鑽進時，安裝有電磁波發射源及接收天線8的鑽鋌隨鑽具旋轉，此時通過裝在電磁波發射源的角度傳感器來判斷出電磁波發射源及接收天線8是否朝上和向下，每當電磁波發射源及接收天線8轉到朝上和向下的位置時通過發射高頻電磁波12以及接收反射波13，來識別上、下蓋層2並計算出鑽鋌5到上、下蓋層2的距離。其中，安裝在鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭6是安裝在鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器7用於判斷和識別鑽具所在地層的巖性。其中，在煤層氣鑽井中，通過介電常數測量探頭6通過測量鑽鋌近區的電場10和自然伽馬傳感器7測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在煤層中還是在蓋層中。其中，在油氣鑽井中，通過介電常數測量探頭6測量鑽鋌近區的電場10和自然伽馬傳感器7測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在油氣層中還是在蓋層中。有益效果: 在煤層氣、油氣及其他礦儲層的水平鑽井中，應用超高頻電磁波和微波反射的探層測距方法來識別煤層、油氣層及其他礦儲層與其上下蓋層的邊界，並測量出水平鑽進的鑽具與上下蓋層邊界距離。基於上述方法在地面非開挖施工的水平井鑽井作業中，可探測出水平井筒軌跡上下方的障礙物，並測量出水平井筒與障礙物間的距離；基於上述方法在穿越河流或建築物的水平井鑽井作業中，探測河床底面或建築物的底面與河床或建築物下面井筒的距離，並在隨鑽過程中使鑽具與河床底面建築物的底面保持平行或在預設距離內。


圖1在煤層和油氣層中實現隨鑽探層測距示意圖；圖2採用高頻電磁波或微波測量水平鑽具到邊界面的計算方法示意圖。其中，I是鑽杆、2是煤層或油氣層的上下蓋層、3是煤層或油氣層、4是螺杆馬達、5是鑽鋌、6是介電常數測量探頭、7是自然伽馬傳感器、8是電磁波發射源和接收天線、9是鑽頭、10是測試電場、11是自然伽馬射線、12是超高頻電磁波、13是反射波。
具體實施例方式一種鑽具，主要包括依次相連的鑽杆、螺杆馬達和鑽鋌，還包括安裝在所述鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭、安裝在所述鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器、安裝在所述鑽鋌上下兩側的電磁波發射源和接收天線。其中，所述的安裝在鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭是安裝在所述鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器用於判斷和識別所述鑽具所在地層的巖性。其中，安裝有超高頻電磁波和微波發射源及接收天線、伽馬傳感器、介電常數測量探頭的鑽鋌設置於螺杆馬達之前的近鑽頭位置。—種井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法，包括使用所述的鑽具，其特徵在於高頻電磁波或微波測量所述鑽具到邊界面的計算方法為I1 = cti/2I2 = c(t!+At)/2其中，I1是電磁波發射源T與接收天線R間中線的距離，電磁波發射源與接收天線的距離就為; At是電磁波發射源到邊界面直達波與反射波的時間差；12是電磁波發射源到邊界面反射點即在電磁波發射源與接收天線間中線上的距離；d是鑽鋌到邊界面距離A1是電磁波由T直接傳到R的時間；c是電磁波在煤層和油氣層中的傳播速度。其中，所述方法用於識別煤層、油氣層及其他礦儲層與上下蓋層邊界，並測量出水平鑽進的鑽具與上下蓋層邊界的距離，探測出水平井筒軌跡上下方的障礙物，並測量出水平井筒與障礙物間的距離，探測河床底面或建築物的底面與河床或建築物下面井筒的距離，並在隨鑽過程中使鑽具與河床底面建築物的底面保持平行或在預設距離內。

其中，當所述鑽具在煤層或油氣層中以滑動方式水平鑽進時，將鑽具的工具面高邊調整到零度使電磁波發射源及接收天線8分別朝上和向下；而當所述鑽具以複合鑽進方式水平鑽進時，安裝有電磁波發射源及接收天線8的鑽鋌隨鑽具旋轉，此時通過裝在電磁波發射源的角度傳感器來判斷出電磁波發射源及接收天線8是否朝上和向下，每當電磁波發射源及接收天線8轉到朝上和向下的位置時通過發射高頻電磁波12以及接收反射波13，來識別上、下蓋層2並計算出鑽鋌5到上、下蓋層2的距離。其中，安裝在鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭6是安裝在鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器7用於判斷和識別鑽具所在地層的巖性。其中，在煤層氣鑽井中，通過介電常數測量探頭6通過測量鑽鋌近區的電場10和自然伽馬傳感器7測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在煤層中還是在蓋層中。其中，在油氣鑽井中，通過介電常數測量探頭6測量鑽鋌近區的電場10和自然伽馬傳感器7測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在煤層中還是在蓋層中。最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本申請所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本申請型的保護範圍之中。
權利要求
1.一種鑽具，其特徵在於:主要包括依次相連的鑽杆、螺杆馬達和鑽鋌，還包括安裝在所述鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭、自然伽馬傳感器、電磁波發射源和接收天線。
2.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於:所述的安裝在鑽鋌上下兩側的介電常數測量探頭是安裝在所述鑽鋌上下兩側的自然伽馬傳感器用於判斷和識別所述鑽具所在地層的巖性。
3.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於:所述鑽鋌設置於螺杆馬達之前的近鑽頭位置。
4.一種井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法，包括使用權利要求1所述的鑽具，其特徵在於:高頻電磁波或微波測量所述鑽具到邊界面的計算方法為
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於:所述方法用於識別煤層、油氣層及其他礦儲層與上下蓋層邊界，並測量出水平鑽進的鑽具與上下蓋層邊界的距離，探測出水平井筒軌跡上下方的障礙物，並測量出水平井筒與障礙物間的距離，探測河床底面或建築物的底面與河床或建築物下面井筒的距離，並在隨鑽過程中使鑽具與河床底面建築物的底面保持平行或在預設距離內。
6.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於:當所述鑽具在煤層或油氣層中以滑動方式水平鑽進時，將鑽具的工具面高邊調整到零度使電磁波發射源及接收天線分別朝上和向下；而當所述鑽具以複合鑽進方式水平鑽進時，安裝有電磁波發射源及接收天線的鑽鋌隨鑽具旋轉，此時通過裝在電磁波發射源的角度傳感器來判斷出電磁波發射源及接收天線是否朝上和向下，每當電磁波發射源及接收天線轉到朝上和向下的位置時通過發射高頻電磁波以及接收反射波，來識別上、下蓋層並計算出鑽鋌到上、下蓋層的距離。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:在煤層氣鑽井中，通過介電常數測量探頭通過測量鑽鋌近區的電場和自然伽馬傳感器測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在煤層中還是在蓋層中。
8.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於:在油氣鑽井中，通過介電常數測量探頭測量鑽鋌近區的電場和自然伽馬傳感器測量鑽鋌所在地層的自然伽馬射線，輔助「高頻電磁波探層測距」識別鑽具是在油氣層中還是在蓋層中。
全文摘要
一種鑽具以及井下隨鑽探測儲層界面和厚度的方法，在煤層氣、油氣及其他礦儲層的水平鑽井中，應用超高頻電磁波和微波反射的探層測距方法來識別煤層、油氣層及其他礦儲層與其上下蓋層的邊界，並測量出水平鑽進的鑽具與上下蓋層邊界距離。基於上述方法在地面非開挖施工的水平井鑽井作業中，可探測出水平井筒軌跡上下方的障礙物，並測量出水平井筒與障礙物間的距離；基於上述方法在穿越河流或建築物的水平井鑽井作業中，探測河床底面或建築物的底面與河床或建築物下面井筒的距離，並在隨鑽過程中使鑽具與河床底面建築物的底面保持平行或在預設距離內。
文檔編號E21B49/00GK103174413SQ20131013914
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者鄒來方, 盛利民, 李林, 竇修榮, 張明寶, 滕鑫淼, 石榮 申請人:中國石油集團鑽井工程技術研究院