CN103174413A - 一种钻具以及井下随钻探测储层界面和厚度的方法 - Google Patents

Abstract

一种钻具以及井下随钻探测储层界面和厚度的方法，在煤层气、油气及其他矿储层的水平钻井中，应用超高频电磁波和微波反射的探层测距方法来识别煤层、油气层及其他矿储层与其上下盖层的边界，并测量出水平钻进的钻具与上下盖层边界距离。基于上述方法在地面非开挖施工的水平井钻井作业中，可探测出水平井筒轨迹上下方的障碍物，并测量出水平井筒与障碍物间的距离；基于上述方法在穿越河流或建筑物的水平井钻井作业中，探测河床底面或建筑物的底面与河床或建筑物下面井筒的距离，并在随钻过程中使钻具与河床底面建筑物的底面保持平行或在预设距离内。

Description

一种钻具以及井下随钻探测储层界面和厚度的方法

技术领域

本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种钻具以及井下随钻探测煤层和油气储层界面和厚度的方法。

背景技术

当前，在石油、天然气及煤层气的开发中为了获得更大的产能，往往通过水平井钻井技术，使钻机钻出的井筒轨迹保持在油气层和煤层中，但在实际的施工中井筒轨迹无法完全保持在油气层和煤层中，其原因是目前还没有能定量测出在油气层和煤层界面以及厚度的方法与技术，虽然采用伽玛和电阻率的方法能测出油气层、煤层与其上下盖层的差别，但这仅仅是定性的判断而无法定量或相对准确地测出井筒轨迹距上下边界面的距离，因此就导致钻具在出了储层后再入储层，井筒轨迹形成多处“狗腿”，井筒越深钻具就越难向前钻进，因此，水平井的深度受到限制，同时井筒轨迹也不能保持在高产层的位置单井产能受到极大的影响。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种钻具以及井下随钻探测煤层和油气储层界面和厚度，定量测出在油气层和煤层界面以及厚度的方法与技术，使井筒轨迹保持在产层的最佳位置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

为了在煤层气和油气水平井的钻井中保持钻具在煤层和油气层的钻进过程中不出边界，本发明提出一种在随钻施工中，通过发射超高频电磁波和微波并接收其反射波的方法，来探测在煤层和油气层中水平钻进的钻具的位置以及距上下边界面的距离。这一方法是基于电磁波在不同煤质分界面产生反射以及高频电磁波具有方向性这一特点，并通过测量发射波及反射波的时间计算出钻具距上下边界面的距离

一种钻具，主要包括依次相连的钻杆、螺杆马达和钻铤，还包括安装在所述钻铤上下两侧的介电常数测量探头、安装在所述钻铤上下两侧的自然伽马传感器、安装在所述钻铤上下两侧的电磁波发射源和接收天线。

其中，所述的安装在钻铤上下两侧的介电常数测量探头是安装在所述钻铤上下两侧的自然伽马传感器用于判断和识别所述钻具所在地层的岩性。

其中，安装有超高频电磁波和微波发射源及接收天线、伽马传感器、介电常数测量探头的钻铤设置于螺杆马达之前的近钻头位置。

一种井下随钻探测储层界面和厚度的方法，包括使用所述的钻具，其特征在于高频电磁波或微波测量所述钻具到边界面的计算方法为

l₁=Ct_l/2

l₂＝c(t_l+Δt)/2

$d=\sqrt{{l_2}^2-{l_1}^2}$

其中，l₁是电磁波发射源T与接收天线R间中线的距离，电磁波发射源与接收天线的距离就为2l₁；Δt是电磁波发射源到边界面直达波与反射波的时间差；l₂是电磁波发射源到边界面反射点即在电磁波发射源与接收天线间中线上的距离；d是钻铤到边界面距离；t₁是电磁波由T直接传到R的时间；c是电磁波在煤层和油气层中的传播速度。

其中，所述方法用于识别煤层、油气层及其他矿储层与上下盖层边界，并测量出水平钻进的钻具与上下盖层边界的距离，探测出水平井筒轨迹上下方的障碍物，并测量出水平井筒与障碍物间的距离，探测河床底面或建筑物的底面与河床或建筑物下面井筒的距离，并在随钻过程中使钻具与河床底面建筑物的底面保持平行或在预设距离内。

其中，当所述钻具在煤层或油气层中以滑动方式水平钻进时，将钻具的工具面高边调整到零度使电磁波发射源及接收天线8分别朝上和向下；而当所述钻具以复合钻进方式水平钻进时，安装有电磁波发射源及接收天线8的钻铤随钻具旋转，此时通过装在电磁波发射源的角度传感器来判断出电磁波发射源及接收天线8是否朝上和向下，每当电磁波发射源及接收天线8转到朝上和向下的位置时通过发射高频电磁波12以及接收反射波13，来识别上、下盖层2并计算出钻铤5到上、下盖层2的距离。

其中，安装在钻铤上下两侧的介电常数测量探头6是安装在钻铤上下两侧的自然伽马传感器7用于判断和识别钻具所在地层的岩性。

其中，在煤层气钻井中，通过介电常数测量探头6通过测量钻铤近区的电场10和自然伽马传感器7测量钻铤所在地层的自然伽马射线辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在煤层中还是在盖层中。

其中，在油气钻井中，通过介电常数测量探头6测量钻铤近区的电场10和自然伽马传感器7测量钻铤所在地层的自然伽马射线，辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在油气层中还是在盖层中。

有益效果：

在煤层气、油气及其他矿储层的水平钻井中，应用超高频电磁波和微波反射的探层测距方法来识别煤层、油气层及其他矿储层与其上下盖层的边界，并测量出水平钻进的钻具与上下盖层边界距离。基于上述方法在地面非开挖施工的水平井钻井作业中，可探测出水平井筒轨迹上下方的障碍物，并测量出水平井筒与障碍物间的距离；基于上述方法在穿越河流或建筑物的水平井钻井作业中，探测河床底面或建筑物的底面与河床或建筑物下面井筒的距离，并在随钻过程中使钻具与河床底面建筑物的底面保持平行或在预设距离内。

附图说明

图1在煤层和油气层中实现随钻探层测距示意图；

图2采用高频电磁波或微波测量水平钻具到边界面的计算方法示意图。

其中，1是钻杆、2是煤层或油气层的上下盖层、3是煤层或油气层、4是螺杆马达、5是钻铤、6是介电常数测量探头、7是自然伽马传感器、8是电磁波发射源和接收天线、9是钻头、10是测试电场、11是自然伽马射线、12是超高频电磁波、13是反射波。

具体实施方式

一种钻具，主要包括依次相连的钻杆、螺杆马达和钻铤，还包括安装在所述钻铤上下两侧的介电常数测量探头、安装在所述钻铤上下两侧的自然伽马传感器、安装在所述钻铤上下两侧的电磁波发射源和接收天线。

其中，所述的安装在钻铤上下两侧的介电常数测量探头是安装在所述钻铤上下两侧的自然伽马传感器用于判断和识别所述钻具所在地层的岩性。

其中，安装有超高频电磁波和微波发射源及接收天线、伽马传感器、介电常数测量探头的钻铤设置于螺杆马达之前的近钻头位置。

一种井下随钻探测储层界面和厚度的方法，包括使用所述的钻具，其特征在于高频电磁波或微波测量所述钻具到边界面的计算方法为

l₁＝ct₁/2

l₂＝c(t_l+Δt)/2

$d=\sqrt{{l_2}^2-{l_1}^2}$

其中，l₁是电磁波发射源T与接收天线R间中线的距离，电磁波发射源与接收天线的距离就为2l₁；Δt是电磁波发射源到边界面直达波与反射波的时间差；l₂是电磁波发射源到边界面反射点即在电磁波发射源与接收天线间中线上的距离；d是钻铤到边界面距离；t₁是电磁波由T直接传到R的时间；c是电磁波在煤层和油气层中的传播速度。

其中，所述方法用于识别煤层、油气层及其他矿储层与上下盖层边界，并测量出水平钻进的钻具与上下盖层边界的距离，探测出水平井筒轨迹上下方的障碍物，并测量出水平井筒与障碍物间的距离，探测河床底面或建筑物的底面与河床或建筑物下面井筒的距离，并在随钻过程中使钻具与河床底面建筑物的底面保持平行或在预设距离内。

其中，当所述钻具在煤层或油气层中以滑动方式水平钻进时，将钻具的工具面高边调整到零度使电磁波发射源及接收天线8分别朝上和向下；而当所述钻具以复合钻进方式水平钻进时，安装有电磁波发射源及接收天线8的钻铤随钻具旋转，此时通过装在电磁波发射源的角度传感器来判断出电磁波发射源及接收天线8是否朝上和向下，每当电磁波发射源及接收天线8转到朝上和向下的位置时通过发射高频电磁波12以及接收反射波13，来识别上、下盖层2并计算出钻铤5到上、下盖层2的距离。

其中，安装在钻铤上下两侧的介电常数测量探头6是安装在钻铤上下两侧的自然伽马传感器7用于判断和识别钻具所在地层的岩性。

其中，在煤层气钻井中，通过介电常数测量探头6通过测量钻铤近区的电场10和自然伽马传感器7测量钻铤所在地层的自然伽马射线辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在煤层中还是在盖层中。

其中，在油气钻井中，通过介电常数测量探头6测量钻铤近区的电场10和自然伽马传感器7测量钻铤所在地层的自然伽马射线，辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在煤层中还是在盖层中。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种钻具，其特征在于：主要包括依次相连的钻杆、螺杆马达和钻铤，还包括安装在所述钻铤上下两侧的介电常数测量探头、自然伽马传感器、电磁波发射源和接收天线。

2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于：所述的安装在钻铤上下两侧的介电常数测量探头是安装在所述钻铤上下两侧的自然伽马传感器用于判断和识别所述钻具所在地层的岩性。

3.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于：所述钻铤设置于螺杆马达之前的近钻头位置。

4.一种井下随钻探测储层界面和厚度的方法，包括使用权利要求1所述的钻具，其特征在于：高频电磁波或微波测量所述钻具到边界面的计算方法为

l₁＝ct₁/2

l₂＝c(t₁+Δt)/2

$d=\sqrt{{l_2}^2-{l_1}^2}$

其中，l₁是电磁波发射源T与接收天线R间中线的距离，电磁波发射源与接收天线的距离就为2l₁；Δt是电磁波发射源到边界面直达波与反射波的时间差；l₂是电磁波发射源到边界面反射点即在电磁波发射源与接收天线间中线上的距离；d是钻铤到边界面距离；t₁是电磁波由T直接传到R的时间；c是电磁波在煤层和油气层中的传播速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法用于识别煤层、油气层及其他矿储层与上下盖层边界，并测量出水平钻进的钻具与上下盖层边界的距离，探测出水平井筒轨迹上下方的障碍物，并测量出水平井筒与障碍物间的距离，探测河床底面或建筑物的底面与河床或建筑物下面井筒的距离，并在随钻过程中使钻具与河床底面建筑物的底面保持平行或在预设距离内。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：当所述钻具在煤层或油气层中以滑动方式水平钻进时，将钻具的工具面高边调整到零度使电磁波发射源及接收天线分别朝上和向下；而当所述钻具以复合钻进方式水平钻进时，安装有电磁波发射源及接收天线的钻铤随钻具旋转，此时通过装在电磁波发射源的角度传感器来判断出电磁波发射源及接收天线是否朝上和向下，每当电磁波发射源及接收天线转到朝上和向下的位置时通过发射高频电磁波以及接收反射波，来识别上、下盖层并计算出钻铤到上、下盖层的距离。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在煤层气钻井中，通过介电常数测量探头通过测量钻铤近区的电场和自然伽马传感器测量钻铤所在地层的自然伽马射线辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在煤层中还是在盖层中。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在油气钻井中，通过介电常数测量探头测量钻铤近区的电场和自然伽马传感器测量钻铤所在地层的自然伽马射线，辅助“高频电磁波探层测距”识别钻具是在油气层中还是在盖层中。

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