CN105899749B - 偏斜井眼和水平井眼的地层和结构解释 - Google Patents

Abstract

本发明公开了偏斜井眼和水平井眼的地层和结构解释。用于井眼的地层和结构建模的方法包括：从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；确定参考表面；使用所述参考表面与沿着通过岩层测量值描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；以及使用计算出的三维真实地层厚度生成帷幕区段以及三维地层和结构模型。

Description

偏斜井眼和水平井眼的地层和结构解释

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年11月8日提交的第61/901,761号美国临时专利申请的优先权，该申请的整个公开内容特此以引用的方式明确并入本文中。

技术领域

本发明涉及偏斜井眼和水平井眼的地层和结构解释。

背景技术

在钻井操作中，为了包含从地下储层中提取资源在内的目的，会在地表下的岩层中生成井眼。钻探技术在一些环境中可以改变，以形成偏斜井眼，从而将井眼置于岩层内的特定区域内或地层与岩层内存在的其它特征之间。在定向钻井中，例如，井眼可能起初会呈现垂直轨迹，并且在稍后的深度，可以使用一或多种类型的定向钻井工具和方法使井眼轨迹偏斜。

定向钻井产生的偏斜井和水平井可以用于一些应用，以增强对非传统的储层的开发，尤其是在配合例如水力压裂等增强型采油技术的时候。然而，偏斜井和水平井的结构性解释可能在异质的岩层中是个难题，异质的岩层包括变化的地层组合物、分层和矿层朝向，这是因为井眼可能会多次穿过同一个地层，从而在对准和关联从岩层中采集到的数据中的测量特性方面造成困难。

使用从各种井下工具生成的数据适当地表征岩层，是引导将井置于所关注的给定区域中的一项重要因素。在一些情况下，可以在开始钻井操作之前，基于地下岩层的地层分层的3D几何特征的解释来预先确定定向钻井用的所选的井眼路径。在例如随钻测井(LWD)和地质导向等其它钻探方法中，在挖掘井眼的过程中或在这不久以后，可以通过使用集成到井底组件中或沿着钻柱集成的工具进行岩层表征。在一些场景中，具体来说当存在井眼流体的侵入将改变岩层属性或者可能难以使用有线工具的顾虑时， LWD可能有一些优点。

发明内容

提供此发明内容是为了介绍一系列概念，所述概念在以下具体实施方式中进一步加以描述。此发明内容并不意欲确定所要求的主题的关键或基本特征，也不意欲被用作对限制所要求的主题的范围的辅助。

在一个实施例中，公开了一种用于井眼的地层和结构建模的方法。所述方法包括：从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；确定参考表面；使用所述参考表面与沿着通过岩层测量值描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；以及使用计算出的三维真实地层厚度生成帷幕区段以及三维地层和结构模型。

在其它实施例中，公开了一种方法，包括：从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；在地下岩层内确定参考表面；使用所述参考表面与沿着通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；使用计算出的三维真实地层厚度生成三维地层和结构模型；确定生成的三维模型是否与通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径匹配；如果匹配不能满意，则确定新参考表面并且重复步骤(c) 和(d)，以生成后续三维地层和结构模型。

在其它实施例中，公开了一种方法，包括：从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；获得至少一个岩层测量值；使用所述至少一个岩层测量值确定参考表面。所述方法还包括：使用所述参考表面与沿着通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；使用计算出的三维真实地层厚度生成三维地层和结构模型；以及确定生成的三维模型是否与通过至少一个单通道测井记录测量值描述的井眼路径匹配。

通过以下描述和所附权利要求书将容易明白本发明的其它方面和优点。

附图说明

下文参照借助于本发明的非限制性实例提出的多个图的详细描述中进一步描述本发明，其中在图的几个视图中相同的附图标记表示相似的部分。

图1是井眼的一段的图示，其说明测量到的深度(MD)和真实垂直深度(TVD)；

图2说明向下倾斜穿过倾斜地层的斜井中的横截面厚度测量值；

图3说明向上倾斜穿过倾斜地层的斜井中的厚度测量值的横截面图；

图4说明根据本文所公开的实施例的3D坐标系的参数；

图5说明根据本文所公开的实施例的穿过多层岩层的垂直井眼和偏斜井眼中的测量值的比较；

图6说明根据本文所公开的实施例的垂直井眼和偏斜井眼之间的地层剖面和井眼测井图案的比较；

图7说明根据本文所公开的实施例的在倾斜矿层中钻探的水平井中的 TVD中所显示的GR测井记录；

图8说明根据本文所公开的实施例的导致测井区段遗失的正向断层的横截面图；

图9说明根据本文所公开的实施例的导致测井区段重复的反向断层的横截面图；

图10说明根据本文所公开的实施例的使垂直井与斜井相关以定位垂直井中的断层的深度并确定断层的遗失区段量的横截面图；

图11说明根据本文所公开的实施例的通过与参考表面的比较来计算 TST3D的方法；

图12说明根据本文所公开的实施例的应用于穿过正向断层的井眼的横截面图的TST3D计算的实施例；

图13说明根据本文所公开的实施例的沿着穿过反向断层的井眼的 TST3D计算的实施例；

图14是说明根据本发明的TST3D计算的实施例的流程图；

图15说明根据本文所公开的实施例的使用垂直井的井口生成的波状参考表面；

图16说明根据本文所公开的实施例的在TVD对THL和TST3D对THL 中所显示的井轨迹；

图17说明根据本文所公开的实施例的GR帷幕区段；

图18说明根据本文所公开的实施例的从帷幕区段提取的地层控制点的选择；

图19说明根据本文所公开的实施例的根据TST3D的GR测井记录的显示。特别参照图19，黑色曲线表示下行GR，点线曲线表示上行GR测井记录。将这个图与图7比较，图7是使用TVD深度参考的类似测井记录；

图20说明根据本文所公开的实施例的根据来自斜井的TST3D的GR 测井记录分格。箭头表示井区段相对于可信地层分层是上行还是下行；

图21说明根据本文所公开的实施例从使用TST3的GR测井记录分格中识别的遗失地层区段；

图22说明根据本文所公开的实施例的通过比较TVD对THL和TST3D 对THL对于井眼切断的断层位置的确定；

图23说明根据本文所公开的实施例的具有使用GR测井记录分格从 TST3D识别的断层的地层剖面；

图24说明根据本文所公开的实施例的通过方位角工具探究的水平井的横截面；

图25描绘根据本文所公开的实施例的井眼图像测量值；

图26和图26A是说明根据本文所公开的实施例的穿过地层区段的井眼中的朝上的GR测井记录和朝下的GR测井记录之间的表观正相移的示意图；

图27和图27A是根据本文所公开的实施例的穿过地层区段的井眼中的朝上的GR测井记录和朝下的GR测井记录之间的表观负相移的示意图；

图28和图28A是根据本文中所公开的实施例的朝上的GR测井记录和朝下的GR测井记录之间的同时基线位移的示意图；

图29是根据本文所公开的实施例的用断层形成的改进3D结构性表面的图示；

图30.1和图30.2说明根据本文中所公开的实施例的用于GR测井记录的经过更新的结构性模型和重新计算的TST3D分格；

图31.1-图31.3是根据本文中所公开的实施例的使用TST3D确定井眼的自动过程的一个阶段的图示；

图32是根据本文所公开的实施例的来自TST3D井眼测量值的GR测井记录分格的比较的图示；

图33.1和图33.2描绘根据本文中所公开的实施例的具有平方GR测井记录的表面标记的选择；

图34是根据本文所公开的实施例的使用垂直试验井的平方GR测井记录产生初始γ射线模型的图示；

图35是说明根据本文所公开的实施例的合成井轨迹和初始倾斜参考表面的透视图；

图36是说明根据本文所公开的实施例的沿着任意垂直区段的真实层理倾角和表观层理倾角之间的关系的透视图；

图37.1-图37.3描绘根据本文所公开的实施例的自动解释过程的第一迭代产生的一系列曲线图；

图38说明根据本文所公开的实施例的由GR测井测量值和正向测井数据产生的TST3D拆分分格的显示；

图39.1-图39.3描绘一系列曲线图，这些曲线图示出了根据本文中所公开的实施例使用从正向建模的GR测井记录导出的数据匹配所选择的GR帷幕区段中的中间步骤的结果；

图40说明根据本文所公开的实施例的自动解释过程的后续迭代产生的 TST3D拆分分格的显示；

图41是说明根据本文所公开的实施例的在参考表面上的弯曲操作的透视图；

图42.1-图42.3描绘一系列曲线图，这些曲线图描述根据本文所公开的实施例的自动解释过程的一次迭代之后的经过更新的GR帷幕区段模型；

图43说明根据本文所公开的实施例的自动解释过程的后续迭代产生的 TST3D拆分分格的显示；

图44.1-图44.3描绘一系列曲线图，这些曲线图描述根据本文所公开的实施例的自动解释过程的后续迭代之后的经过更新的GR帷幕区段模型；

图45说明根据本文所公开的实施例的自动解释过程的后续迭代产生的 TST3D拆分分格的显示；

图46是根据本文所公开的实施例的用于在自动解释过程期间存储最优操作信息的操作树的示意图；

图47是根据实施例的基于斜井轨迹和给定参考表面使用TST3D形成垂直伪试验井的图示；

图48.1-48.3描绘一系列曲线图，这些曲线图描述根据本文所公开的实施例的自动解释过程的迭代之后的经过更新的GR帷幕区段模型；

图49.1-图49.3描绘一系列曲线图，这些曲线图描述根据本文所公开的实施例的自动解释过程的迭代之后的最终的经过更新的GR帷幕区段模型；

图50是根据本文所公开的实施例的自动TST3D过程的流程图；以及

图51是根据本文所公开的实施例的用于多个斜井的结构性内插。

具体实施方式

本文中示出的细节只是作为举例并且仅仅出于对本发明的实例进行说明性论述的目的，并且呈现的理由是为了提供被认为是对本发明的原理和概念性方面最有用的并且容易理解的说明的内容。在这点上，并不打算用超过必需的详细程度来展示结构细节，所述说明是参照附图做出的，从而使得所属领域的技术人员明白在实践中可以如何具体实施本发明的几种形式。此外，各种图中的相同参考标号及名称均指示类似元件。

虽然所属领域的技术人员将能认出这里使用的大多数术语，但是下面将界定定义以帮助理解本发明。然而，应理解，当未明确定义时，术语应当解释为采用所属领域的技术人员当前公认的含义。

本文所使用的真实垂直厚度(true vertical thickness，TVT)是在垂直方向上(即，朝向地心)测量到的成层的岩层的层理层的区间的厚度。在垂直井中，从井下工具测井记录测量到的实际厚度是TVT。

真实地层厚度(true stratigraphic thickness，TST)是在校正了地层的结构性倾斜和穿透井相对于层理的偏斜之后的层体或岩体的厚度。在水平储层(具有零地层倾斜的储层)中，TST等于TVT。

测量到的深度(measured depth，MD)是沿着井眼的长度记录的深度。除了垂直井之外，所有井的这个测量值都不同于TVT。

测量到的测井厚度(measured log thickness，MET)是从井下工具输出的测井记录，其中，测井记录可以从根据井眼长度而变的一些测量值获得，这些测量值包括电特性(各种频率下的电阻率和导电率)、声速特性、主动和被动核测量值(例如γ射线测井记录)、井眼尺寸测量值、岩层流体采样、岩层压力测量值、电缆传送的侧壁取芯工具、切屑分析等等。在定向钻探的井的情况下，MLT厚度可以大于或小于TVT，因为井眼的偏斜会增加或减小穿过层理层的路径的长度。

真实垂直深度厚度(true vertical depth thickness，TVDT)是沿着井眼的MLT点之间的总垂直距离(total vertical distance，TVD)。

真实水平长度(true horizontal length，THL)是井眼在指定区间上的总水平位移。

在涉及海上操作的一些实施例中，可使用真实垂直水下深度(true verticaldepth subsea，TVDSS)来定义井深度，其中TVDSS被定义为从井中的一个点到地表上的平均海平面的一个点的垂直距离。在此类情况下， TVD可以计算成TVDSS加上从海平面到方钻杆补心(kelly bushing，KB) 的距离。

“层理层”、“层理”、“层”、“地层”和这些短语的变型形式是沉降层或沉积岩层，本领域中也称为岩层(单层为stratum，多层为strata)。层理层是最小地层单元，它的厚度可以是一厘米或更大，并且可以与邻近层区分开。

本文中使用层理倾角(θ，西塔)描述相对于例如岩石或沉积层、本体和层以及水平面等平面特征的角度。

本文中使用井眼偏斜角(phi)描述井眼相对于所定义的垂直平面的倾角。

本文所使用的“参考表面”描述用于根据本文中所描述的方法计算真实地层厚度的三维参考表面。在一个或多个实施例中，参考表面可以包含例如曲线或断层等地层特征。

在井眼建造和完井作业过程中，测井解释可以用于确定在岩层的分层矿层内的地层位置和横向方位。此外，在例如地质导向等实时钻探技术中，接收到的关于岩层和深度表征的信息可以将人工或自动控制信号的选择导引到井底组件以导引井下钻头轨迹。此外，根据本发明的方法还可包含在提交验证井眼在维持正确的或预期的轨迹的导向命令之后观察和测量井底组件的响应。

根据本发明的方法可以用于水平和定向钻井操作，并且可以利用各种地质、岩石物理和地震数据，包含γ射线测井记录。本文中论述的钻井操作可以包含油井或天然气井、水井的钻探或任何另一类型的地表下钻井。

在一个或多个实施例中，根据本发明的方法可以利用岩层表征技术，该技术可以包括根据从测井记录获得的数据和垂直钻探、水平钻探或倾斜钻探期间采集到的其它结构性信息确定三维真实地层厚度(true stratigraphic thickness in three dimensions，TST3D)，以产生三维地层和结构性模型。在一些实施例中，可以根据可能断层或者可能没有断层的确定的参考表面计算TST3D。所提出的TST3D计算在一些实施例中可以用作类似于总垂直深度(TVD)和测量到的深度(MD)的深度参考系以便使水平井中的测井记录相关。举例来说，在一些实施例中，TST3D可以允许通过比较来自TST3D 的测井测量值与MD或THL来识别被偏斜井眼或水平井眼切断的断层。

井深

井深是在采集井内测井记录时可以确定的多项测量值中的一项测量值。特别参照图1，测量到的深度(MD)是沿着井眼长度记录的深度。真实垂直深度(TVD)是从井中的一个点到地表上的一个点，例如钻台上的方钻杆补心的标高的垂直距离。这个图示还展示了偏斜井眼MD可能不同于TVD，因为井眼偏斜可能相对于TVD增加MD。

厚度

根据本发明可以通过多种方式测量岩石层厚度，这些方式包含(但不限于)：真实地层厚度(TST)，这是垂直于岩层分层测量到的岩石层的厚度；真实垂直厚度(TVT)，其定义是在一个点垂直地测量到的厚度；测量到的测井记录厚度(MLT)，其定义是沿着井轨迹本身测量到的给定区间的厚度；真实垂直深度厚度(TVDT)，其定义是在TVD中测量到的斜井中的两个特定点之间的MLT。

图2和图3中对于具有不同朝向的斜井说明这些概念。特别参照图2，示出了一个斜井，该斜井穿过地层，其中TVDT大于TVT，并且其中井眼与具有倾角θ和井眼偏斜角的层相交。图3中示出了另一个可能的场景，其中TVDT小于TVT。然而，存在其它场景，例如对于穿过水平层的垂直井TST等于TVT的情况。如这些实例中所示，TST通常小于或等于TVT 和MLT。

计算真实地层厚度

TVD和MLT可能会受到井轨迹和层理平面朝向的影响，不同于TVD 和MLT的是，TST可用来测量固有的岩层厚度，不管井如何穿过岩层。在一些实施例中可以通过等式(1)描述MLT和TVT之间的关系：

其中，MLT是测量到的测井记录厚度，TVT是真实垂直厚度，θ是矿层倾角，α是井方位角和矿层倾斜方位角之间的差，是井眼偏斜角。

特别参照图4，等式(1)中使用的参数是在通过轴X、Y及Z表示的正交3D坐标系中说明的。突出显示的矿层是通过暗灰色矿层边界定界并且相对于水平面具有倾角θ的长方体40。井眼42表示为在位置A进入岩层并且在位置B出来的粗的黑色虚线。井眼(黑色)以3D穿过倾斜矿层(灰色)。由测量到的测井记录厚度(MLT)确定TVT。三个角θ、和α如等式(1)中所示的使用以计算真实垂直厚度。应注意，图4中的MLT取决于井路径，与层理平面朝向无关。为了将MLT转换成TVT，需要校正因子，在一些实施例中可以通过例如等式1的等式提供校正因子。在使用等式1 的一些实施例中，几个场景可以简化等式。例如，在水平矿层中(θ＝0)，或在平行于矿层走向的井眼中(α＝0)，其中MDT是测量到的深度厚度；因此，校正因子与井眼偏斜有关。对于垂直井 TVT等于MLT，与矿层取向无关。一旦计算了TVT，在一些实施例中就可以使用下文展示的等式2推导出真实地层厚度。

TST＝TVT cos(θ) (2)

TST是通过矿层厚度确定的固有量，与矿层取向和井路径无关。但是，根据井眼测量值计算地表下地质层的TST，可能需要考虑井路径和地层之间的空间几何关系。另一个考虑是等式1和TST公式2假设是平面层理表面。对于非平面表面，使用任一等式可能会引入误差，并且可能需要更多的空间信息，这可能包括计算三维真实地层厚度(TST3D)。

测井记录相关

在一些实施例中，可以使用测井记录曲线来划定地表下岩石层的边界以准备地表下地图、三维模型和横截面。这可能包括测井记录相关，这是一种形式的模式识别。相关的定义是时间、年代或地层位置相当的结构或地层单元的映射。特别参照图5，图中示出了一个实施例，其中在垂直井 52和斜井54中使用γ射线(GR)测井记录识别三个岩石层。斜井54中的 GR测井记录特性与垂直井52中的测井记录相比经过伸展(存在于更长的区间)。

虽然图5中所示的实施例中展示的是GR测井记录，但是原则上可以使用从所属领域中已知的一些井眼技术收集的任何测量值，这些井眼技术测量可以解释为岩性或沉积相的固有岩层属性。例如，其它适合于测量岩层属性的技术包含电缆测井、随钻测量、随钻测井等等。

除了确定不同的层之外，还可使用测井记录图案来确定地层的特征或组成，例如地层柱中存在砂石层序或页岩层序。例如，在一些实施例中，可以使用测井记录中的垂直连续地层来识别相关的地层单元。还应注意，来自斜井54的GR测井记录图案是伸展的，因为与垂直井相比，MFT大于 MD。但是，在不同的井之间，TST和层的倾角可能是不同的或相同的。

水平井中的随钻测井解释(LWD)

水平井中的LWD应用可以考虑多个因素，包含：井的布局、实时岩层评估、地层和结构解释、井眼轮廓计算、地质力学分析和完井优化。此外，在一些实施例中，可配合偏斜勘测使用通过LWD或其它测井技术获得的井眼测井记录和岩层测量值来创建地层和结构模型。但是，在偏斜井眼多次穿过同一个层理平面的情况下，例如当井眼的偏斜相对于岩层倾斜发生变化时，可能难以执行测井记录解释。

特别参照图6，图中示出了来自垂直井62和斜井64的假设GR测井记录特性的比较。MD中示出了通过括号表示的对应的GR测井记录显示62 和64。应注意，沙岩层(浅灰色)中的点Q处的GR特性是点P处的GR 特性的拉伸镜像。垂直井眼62穿过受到两个页岩层(暗灰色)限界的目标储层(浅灰色)。水平井眼64穿过第一页岩层、目标储层，几乎到达第二页岩层的底部，接着沿着矿层延伸很短一段距离，然后向上行进回去，切穿沙石层，最后从第一页岩层的顶部出去。应注意，GR 2中看到的目标Q 周围的测井记录图案是当井眼穿越垂直井眼中的目标P时在GR 1中观察到的特性的拉伸镜像。

当储层地层轮廓未知并且只有GR测井记录和偏斜勘测可供使用时，通常使用真实垂直深度(TVD)中的GR的显示使井中的层边界相关是不明确的。例如，同一种测井记录图案可能是来自其它地层，或者井眼可能多次切断同一层。唯一的解可能难以实现，尤其是在非独特的层间粉砂岩、致密碳酸盐(tight carbonate)和页岩中。

特别参照图7，图中显示了测井数据，其中显示在来自斜井的倾斜矿层中采集到的TVD，该斜井相对于真实垂直深度向下穿过且随后向上穿过。在TVD术语中，在这种情况下井路径具有下行区段(点线曲线)和上行区段(黑色曲线)。因为井向下切断地层区段，且随后向上穿过所述地层区段，所以会观察到GR测井记录特性的交叠，因为TVD不表示TST。点线曲线表示下行GR，黑色曲线表示上行GR测井记录。

由于矿层倾斜，井的下行(点线)部分中的测井记录特性不与井的上行(黑色)部分中的测井记录特性匹配。这两个曲线可能很少会极佳地重叠，除非所研究的地表下储层具有零倾斜和厚度恒定的平面表面。TVD显示可以消除图6中看到的一些拉伸，但是由于层理倾斜，所以测井记录峰值存在移位。

在一个或多个实施例中，如果使用TST而非TVD显示GR测井记录，则可以实现改进的对准。通过校正GR测井记录使其对应于TST，使井眼中的点对准在同一地层位置中。例如，如图6中所说明，将在点P和Q发生几乎相同的GR读数。在一些实施例中，TST中的测井记录显示还可消除拉伸和失真，从而产生更紧密匹配的向上和向下测井记录，而不是当根据TVD显示时表现为镜像。

断层所导致的遗失和重复区段

在一个或多个实施例中，如果一个井中看见的测井记录图案在其它井中也被观察到，则可执行测井记录相关。测井记录相关可以提供关于地表下地层和结构地质的有用信息。例如，通过在测井记录之间匹配特征，可以对于中间地表下区域进行准确的内插。在可以跨越几个井使各个层相关的情形中，还可推导关于地表下区域的沉积环境和/或地层层序的信息，包含烃资源的位置或可接近性。

在不包括断层的储层中，地层可能在真实地层厚度方面按比例变化，并且使测井记录相关的操作可能相对直接。但是，在包括一或多个断层的储层中，测井记录区间可能包括从其它井获得的测井记录中不存在的层和其它特征，这样可能导致切出地层区段中的一些或全部(通常被称为遗失区段)和被测井记录的岩层的不完整表征。图8和图9中示出了这个概念的示例。在图8中，水平井80(虚线)穿过正向(延伸)断层。当页岩层在下落块82中偏移时，上升块84中对应于页岩层的测井记录区段(A和B 点之间)消失。

在图9中所示的反向(收缩)断层中说明的另一实例中，如同当井眼 90(虚线)两次穿过一个断层地层时观察到的，测井记录区段可以在更深的TVD重复：一次是在92中从A到达B，随后在下落块94中再次从C 到D。点A和B之间的砂石层在点C和D之间第二次遇到。在点E再次遇到层的底部。

特别参照图10，图中示出了一个实例，其中MD中对于垂直井100和斜井102的测井记录相关被解释为代表存在断层。如图所示，在斜井102 中识别出区间106、107和108。但是，由于垂直井穿过指示的测井记录区段切断的断层(虚线)的缘故，所以斜井中的区间107在垂直井100中遗失。因此，砂石层的一部分和其底下的大部分区间从垂直井100中断层出去，这在井中通过遮蔽说明。在一个或多个实施例中，可以使用根据本发明的详细的测井记录相关来识别这样的遗失和号称的区段、解释断层和改进测井记录相关。

3D概念的真实地层厚度和计算

在一个或多个实施例中，可以使用测井数据计算3D真实地层厚度 (TST3D)。真实地层厚度表示垂直于层表面边界测量到的并且校正了倾斜和井眼偏斜(轨迹)的层的厚度。

在一个或多个实施例中，可以通过确定参考表面和沿着井眼路径的一个点之间的最短距离来计算TST3D。可以使用平行参考表面计算TST3D测量值，因为此逼近与其中传输、沉积并且在重力影响下挤压沉积颗粒的岩层内的平行层理层的自然岩层一致。这些沉积颗粒倾向于沉积在基本上平行于上覆或下覆标记水平面的岩石层中。

在一个或多个实施例中，参考表面可以是给定区域中的任何一致的地层(例如测井记录顶部或其它地质测量值)。例如，在一些实施例中，具有带有良好的井到井相关的最大洪泛面的所识别出的页岩层可以充当对于 TST3D计算有用的参考表面。在一些实施例中，当不存在参考表面时，可以使用任意水平或倾斜平面。参考表面可以在井眼的路径上方或下方，并且可具有任何量的可变倾斜或者通过断层偏移。一旦确定了参考表面，在一些实施例中可以沿着井眼路径计算作为任何MD位置和参考表面之间的在3D空间中的最短距离的TST3D，MD位置通常是用预定义的深度增量(例如0.5英尺(0.15m))测量到的。

在一个或多个实施例中，可以使用多个分析测量值绘制参考表面，所述分析测量值包含地震数据、测井记录、井眼成像测井记录等等。在一些实施例中，岩层测量值可以包含从井眼工具导出的数据，所述井眼工具能够测量电特性(各种频率下的电阻率和导电率)、声速或声学特性、密度、孔隙度、主动和被动核测量值(例如γ射线或中子孔隙度)、井眼的尺寸测量值、岩层流体取样、岩层压力测量值、电缆传送的侧壁取芯工具、岩芯取样、切屑分析和所属领域中已知的任何其它用以确定关于给定岩层的地层和结构信息(例如沉积层之间的岩层特性变化)的技术。在一个或多个实施例中，上述任何井眼测量值可以从使用静态或动态技术的井眼工具获得，所述技术包含随钻测井、随钻测量、工具推送技术(例如导管传送或困难测井条件(tough logging condition，TLC)或来自井眼的切屑的收集。

在一些实施例中，岩层建模技术还可包含使用例如用于可购自 Schlumberger有限公司的ThruBit^TM测井服务的那些井眼工具导出的岩层信息，所述井眼工具可以包含能作为单个构件运行或以三构件式配置或四构件式配置工作的服务工具。在一些实施例中，井眼测量可以包含遥测、γ射线、阵列感应、中子工具测量、密度、波形声速测量、频谱γ射线等等。

特别参照图11，图中示出了TST3D的实施例。井眼1100往下切到具有参考表面1102的岩层，水平地行进，向上回退通过参考表面，并且稍后从岩层出去。参考表面1102示出为具有朝南-东南的倾斜。偏斜井眼路径 1100表示为实心黑线。对于沿着井眼路径的3个任意点(A、B和C)示出 TST3D投影。离参考表面1102的距离最短的线在点A'、B'和C'处与所述平面相交。这些线与参考表面1102的接触点处的正方形(例如，A-A'、B-B' 和C-C')是在点A'、B'和C'处与参考表面相切的切面。

沿着井眼，可以作为跨越给定的MD(例如A、B和C)处的井眼位置和参考表面之间的距离的线段长度计算TST3D，其中从井眼1100到参考表面1102的切线的线段在交叉点处垂直于参考表面。在图11中，TST3D是从所选MD到与参考表面相切的平面上的一个点(例如，A'、B'和C')所计算的距离；例如示出为A和A'之间的线1104。

TST3D计算为井眼路径上的每个点和参考表面之间的最短距离。根据井眼和参考表面的取向，最短距离可能不在井眼路径的垂直平面中。另外，应注意，这些点不需要处于沿着斜井的井眼方位角的平面中。根据井眼偏斜和参考表面的倾斜，TST3D点可能处在垂直平面与井眼本身的交叉点之外。如图11中所示，TST3D值在参考表面下方被定义为正值(TST3D> 0)，在参考表面上方被定义为负值(TST3D<0)，并且在井眼与参考表面相交的位置被定义为零(TST3D＝0)。

在一个或多个实施例中，可以调整从相关井眼测量值导出的TST3D计算结果，以考虑存在可能切穿所选的参考表面和其它地层表面并且使其偏移的断层。在一实例中，可以在包括正向断层的地层中确定和计算TST3D。特别参照图12，井眼1200在上升块中穿透参考层1202的顶表面，穿过断层1203，并且在下落块1206中进入岩层。点A、B、C、D、E和F表示沿着井轨迹的MD样本位置。

对于处于上升块中的点C和D，TST3D的计算使用假设投影的“复原顶部”1204以考虑下落块沿着断层的偏移。可以通过沿着断层平面使下落块1206的表面向上数学地移位，直到该表面跨越断层1203与上升块中的顶表面1202连接为止，借此形成投影的复原顶部(1204)。在井眼穿过断层之后，接着用下落块中的顶表面作为TST3D计算的参考。例如，在沿着井眼1200的点X之前(在断层1203与参考表面1202的交叉点之前)，TST3D 被计算为从井眼到参考表面1202(在这个实例中是点A和B)的距离。接下来，对于点X(参考表面1202与断层1203相交处的井眼1200的位置) 和Y(井眼1200与断层1203相交处的点)之间的井眼片段中的位置，在这个实例中是点C和D，TST3D被计算为从井眼到复原顶部1204的距离，该复原顶部1204是通过从上升块1202投影表面创建的。最后，对于沿着井眼超过断层1203和井眼1200的交叉点(处在大于点Y处的MD值)的位置，TST3D被计算为从井眼到下落参考表面1206的距离。

特别参照图13，可以类似地为反向断层建模。井眼1301穿越具有表面 1302的岩层块，在穿过断层1303之后，井眼进入下落块1304。这里，使用与参看图12论述的原理类似的原理，对于井眼中的具有小于点X(井眼 1301与反向断层1303的交叉点)的MD的点，TST3D被计算为从井眼到参考表面1302的距离。对于点X和Y(对应于下落参考表面1304和反向断层1303的交叉点的井眼1301的位置)之间的井眼片段中的位置，例如点D，TST3D被计算为从井眼1301到从下落块投影的表面(从而创建复原顶部1304)的距离。对于井眼1301中的大于点Y的位置，TST3D被计算为井眼和参考表面1304之间的距离。

TST3D工作流的实例

在一个或多个实施例中，当断层的偏移方向和量不确定时，可能需要用迭代过程来确定井眼穿越的岩层的正确的TST3D模型。对于区域和局部地质的了解可以用来为局部地层和结构性几何特征提供起始值。此外，对于井眼轮廓的交互式解释配合对MD、TVD和TST3D的了解，可以减少确定偏移所必需的迭代次数。

在一个或多个实施例中，可以人工地执行或通过一或多个步骤的自动化来执行使用TST3D在偏斜井眼中的结构性解释的方法。在初始步骤中，可以在斜井附近钻垂直试验井，以便可以从例如GR测量值的测井记录数据创建测井记录测量值的初始模型。

在一些实施例中，可以简化初始模型(或“夹心蛋糕”)，其中将初始测井记录测量值解释为具有恒定平均值的一系列层；其中所述层中的每一个可以假设成厚度恒定并且平行于参考表面。在一些实施例中可以通过分段和离散化过程来创建层。例如，层创建技术可以包含“测井记录求平方”，其中将测井记录在一或多个拐点处分段并且相对于原始的连续测井记录测量值简化，成为可以用于在平方测井记录内确定层理边界的逐步离散测井记录值。

接下来，可以沿着一系列沿着帷幕区段(curtain section)的垂直铰线，使具有恒定模型层厚度的帷幕区段(简化的属性模型的垂直切片)弯曲，从最浅测量到的深度到最深测量到的深度，从左向右，以作为斜井中的测量到的深度(MD)。

在插入一或多个折叠铰链和模型沿着帷幕区段的铰链式旋转之后，可以从井路径与新变形的模型的交叉点计算新模型测井记录响应。接着可沿着井眼将新模型测井记录响应与实际测量值比较，并且重复铰链插入和模型沿着帷幕区段的弯曲的过程，直到达到用户判断的或通过可接受匹配的数学量度判断的可接受的匹配等级为止。

特别参照图14，图中示出了TST3D工作流程的实施例。在过程1400 中，通过可获得的数据定义参考表面，所述可获得的数据例如是使用地层井口、映射地震层位数据或任意水平或倾斜平面生成的区域结构地图。在一个或多个实施例中，可以通过井口、地震勘探导出表面或用于产生关于岩层的信息的技术的任何组合生成参考表面。在一些实施例中，可以由任意选择的平面或参数表面或与任何前述技术组合构造参考表面。图15中呈现了参考表面的实例，示出了使用从井与地层表面的交叉点拾取的测井记录顶部生成的参考表面。

在图14的过程1402中，沿着偏斜或水平井眼计算TST3D。例如，如参看图11所论述，可以使用所选择的参考表面沿着井眼计算TST3D，计算的方法是通过确定参考表面和沿着井眼路径的MD的每个点之间的最短距离。接着可使每个TST3D值与其对应的MD和TVD值相关联。

接下来，用户可以根据目标而定执行过程1404和1406或1410和1412。在一些实施例中，如果给定区域中不存在断层现象，则可以使用过程1404 和1406加快TST3D的计算。

在过程1404中，生成TST3D对THL的井轨迹。特别参照图16，示出了同一个井轨迹在TVD对THL(1602)和TST3D对THL(1604)中的两个显示的实例。在1604中，TST3D中的井轨迹的显示示出了地层方面的井眼穿透。y轴是计算出的TST3D值，对应于相对于所选择的参考表面的3D 真实地层厚度。在这个实例中，TST3D计算在井眼切开参考表面的位置 (TST3D＝0)开始。90英尺的最大TST3D值发生在位置B，位置B对应于比顶部显示中的位置A'处的最大TVD所建议的THL更大的THL。在井眼底部，负TST3D值表示在参考表面上方完成的钻探区。

图16中指出了几个关注点。第一，1602指示偏斜井眼在位置A'达到最大TVD，接着平行于岩层从点B'到C'到D'移动并且超出这些点。另外， 1602中的TVD在点A'和B'之间增加，而TST3D在等效的点A和B之间减小。如果矿层是水平的，则TVD曲线图1602可以解释为井眼向上从点 A'到B'穿过地层区段移动。但是，TST3D曲线图1604示出了井在从点A 到B的等效区间中往下移动通过地层区段。在第二假影中，TVD曲线图1602 表示井眼基本上平行于地层从点C'到D'移动，而TST3D曲线图1604示出了井眼在等效区间C到D中向上移动穿过地层区段。

在图14的过程1406中，受到TST3D的引导，沿着每个偏斜井眼创建地层纵断面。TST3D对THL的显示(例如图16中提出的一个显示)可以用于辅助基于LWDγ射线(GR)测量值解释斜井中的地层纵断面。

图17说明可以如何创建沿着偏斜井眼1704的GR横截面。y轴是TVD，并且x轴是井眼的真实水平长度，被定义为投影到XY平面上的井眼的长度。为了生成GR横截面(其可以等效地描述成帷幕区段)，解释器可以使用附近的垂直井或试验井以提供完整的GR垂直序列。

在一些实施例中，接着可以使用垂直GR测井记录作为执行正向建模的模板，方法是通过渐进地弯曲夹心蛋糕GR模型，使得建模的GR曲线(1702 中的逐步断开的轨迹)与实际GR测量值(1702中的黑色曲线)匹配。此外，帷幕区段还可合并层理倾斜信息以指导地层的弯曲。在一个或多个实施例中，可以从通过井眼成像技术和/或另外的试验井数据生成的测井记录获得层理倾斜信息。

特别参照图17，图中示出了测量到的GR(黑线，1702)对正向建模 GR(点线，1702)的比较。阴影条示出了如图例1706中确定的API单位的GR特性的相对强度。水平井的接近垂直的部分的阴影区域1708用于构建正向GR模型。在一些实施例中，可以从一或多个试验井(例如在本实例中提出的一个试验井)导出垂直井信息。地层低点的位置靠近井的跟部。应注意，在这个帷幕区段中垂直夸大比例是28:1。

在偏斜井眼的接近垂直的部分中，可以基于与MD相关的GR测量值选择表面顶部。接着可以一倾斜来起始夹心蛋糕GR模型，以确保表面边界线(图17中的黑色短划线)是平行的，并且随着MD的增加而遵照正确的顺序。接下来，通过TST3D显示(例如图16中提供的显示)的引导，使夹心蛋糕GR表面在1702和1704中从递减的THL到递增的THL行进的同时弯曲，以实现GR测量值(黑色曲线，1702)和GR测井记录的正向模型 (点线曲线，1702)之间的更好的匹配。1704的帷幕区段中的颜色渐变表示不同层中的GR量值。但是，在一些实施例中，GR值可能会在层内变化。

在一个或多个实施例中，可以使用TST3D方法创建帷幕区段，而无需预先存在的试验井或从井眼图像的所解释的层理平面倾斜。例如，垂直试验井可以替换成水平井的垂直和偏斜部分，水平井可以从表面延伸到具有最大TST3D的MD位置，如图17中的1708所表示。

在一些实施例中，可以在指定区域中对于其它横向井重复图14的步骤 1404和1406，以生成其它GR帷幕区段。每个帷幕区段可以包括关于横截面图中的地层表面的取样信息，这是通过对应的井轨迹和GR建模确定的。稍后，可以作为点组导出每个帷幕区段中的建模表面，以进一步限制靠近建模井眼的3D结构性表面的局部优化。如图18中所示，可以将从图17中的帷幕区段的顶表面提取的控制点(对于每个拾取的地层层位可以获得的控制点)导入到结构性建模软件中，以改进模型的准确度。

断层解释步骤

在含有一或多个断层的井眼区间中，可使用图14中的TST3D流程图的过程1410和1412。在步骤1410中，在计算TST3D(如参看图11所论述)之后，在一些实施例中，可以使用TST3D作为深度参考系显示GR测井记录，这可以补充常规TVD和MD显示并与其形成对照。

特别参照图19，在斜井中，使用TST3D深度参考显示GR测井记录。 y轴是计算出的TST3D，x轴是GR值。点线曲线表示随着地层厚度增加到 95英尺的最大TST3D的下行(深度增加)的GR。超过这个点，井眼顺着地层区段攀爬，得出上行(厚度减小)的TST3D曲线图(黑色曲线)。对于上行的GR曲线图，存在与TST3D的局部增加和减小相关联的井眼区间，得出GR交叠。总的来说，下行GR测井记录和上行GR测井记录之间的匹配是良好的，因为现在是在地层深度参考中显示这些GR测井记录。这里， TST3D中所显示的测井记录之间的强相关度证明了解析的局部数据和结构性模型之间的良好匹配。

倘若不存在断层或削蚀(例如通过不一致性或尖灭)，并且地层厚度没有明显变化，则向上的GR曲线和向下的GR曲线应当一致，即使这些GR 曲线可能不是精确地重叠也是如此。GR值的横向变化、矿层厚度略微变化和不一致的测井记录测量值都可能导致信号不匹配。鉴于偏斜井眼的长度一般小于5,000英尺这个事实，这些假设是合理的。应注意，与下行GR(点线曲线)相比，上行GR(黑色曲线)不太平滑，这可能表示在井眼的横向部分中呈现的是密集样本，在井眼的横向部分中，岩层和井眼之间的相对倾斜较低。

在图14的过程1412中，TST3D测井记录可以被拆分成顺序TST3D分格。为了在偏斜井眼中执行具体测井记录相关，可以将图19中的显示替换成使用分格的一系列GR显示，这些分格是对于计算出的TST3D的单调增加或减小的区间创建的。特别参照图20，使用从图19中使用的TST3D测井记录导出的信息准备GR测井记录的TST3D分格。在顺序分格GR1-GR6中，每个分格表示单调地往下或往上穿过给定地层区间移动的井眼的区间。这个顺序显示便于测井记录相关，例如页岩层2002和2004的识别，因为同一个GR特性应当在相同的TST3D值下水平地对准。

使用TST3D分格生成的测井记录显示可以允许识别可能的断层并且估计其深度和偏移量。图21说明用于识别遗失区段和确定井眼切断的断层位置的方法。下行GR1与图20中所示的相同，但是，相应水平轨迹中的GR 特性是不同的。通过TST3D的具体测井记录相关表示，第一分格中的垂直 (或偏斜井眼)中的GR区段的一部分在偏斜井眼中遗失。这可以解释为存在与井眼相交的断层。交叉点位于在点P4开始并且在P5结束的井眼区间中，这是GR测量值的最后MD区间。另外，可以观察到，图20中的页岩层2004遗失并且解释为在图21中已经断层出去，而页岩层2102(对应于图20中的2002)仍然是可见的。

TST3D分格中的GR显示示出了清晰的基于TST3D的深度不匹配，这是因为TST3D是基于初始非断层参考结构性表面(例如图11中所示的表面)计算的。这个不匹配还表示可能存在断层，并且不匹配量与断层的垂直偏移量值有关。

为了准确地估计井眼中的断层交叉点，在一些实施例中可以组合TVD 对THL和TST3D对THL的显示。图22说明用于确定井眼切断的断层位置的方法的实施例。作为一实例，假设来自图21中的TST3D分格显示的断层2104(阴影区域)的TST3D值发生在大约70英尺的TST3D。图22的 2204中的对应值与第二上行GR特性相关，图21的最后分格中也示出了第二上行GR特性。接着将对应值2206映射到TVD对THL的显示2202中的交叉点的THL上，以获得相应TVD。

一旦断层交叉点位置已知，地区构造知识可建议它更可能是正向(延伸)还是反向(压缩)断层。在一些实施例中，可能是使用类似于图17中描述的方法生成具有断层的GR帷幕区段。差别在于，在存在断层的情况下，夹心饼干模型的弯曲可能限于每个断层块，或者在每个断层块内独立完成。另外，图21中执行的相关可以用于限制断层帷幕区段。图23示出了基于图21和图22中的信息生成的断层帷幕区段。应注意，井眼穿过页岩层理 (灰色)层两次，一次是在上升块层2302中，第二次是在下落块层2306中。相比之下，另一页岩层理层靠近井的趾部断层出去，被看到是在上升块层 2304中一次，但是下落块层2308不与井相交。

在图14的过程1408中，可以使用上述的任何岩层测量值和技术将定向GR或LWD井眼图像结合到岩层模型中。

特别参照图24，例如2402和2404的方位角工具在BHA围绕井眼旋转时(在一些实施例中提供360°覆盖)，用方向传感器在方位角上测量岩层特性，借此生成LWD井眼图像。例如2402的稳定的定心工具可与岩层保持最小间隙，而滑溜工具(如通过2404所展示)直接接触井眼的表面。在一个或多个实施例中，方位角测量值可以辅助辨别岩层类型和层接触部(如2402中所示)并且有助于例如地质导向的应用。

从井眼图像中可以实时地识别地质结构，例如矿层边界、断层和裂缝。特别参照图25，可以使用来自16区段密度RHOB测量值的井眼图像在钻探的同时识别结构性信息和孔隙度信息。不同于侧向测井电阻率测量，核测量和图像可以在导电和非导电泥浆系统中进行。向遇到的一定范围的测量值指派分级式色阶。参照孔顶部或正北标绘通过工具磁力计和加速计定向的井眼图像。在图25中，比例是以英尺为单位，并且缩写如下：U＝上， R＝右，B＝下，并且F＝左。真实倾斜在2506中示为灰色蝌蚪形。

如图25中所示，图像指示钻头是在有结构不确定性的区域中在地层区段内向上还是向下移动。这样可以有利于导向井以遵循并钻探指定目标，例如多孔层或渗透层。对于TST3D工作流程，这样的图像可以用于增加地层和结构解释的置信度。当可以获得井眼图像时，可以将井眼图像结合到最终模型中。

在一些实施例中，由于操作成本的约束，定向GR测井记录可能比其它 LWD井眼图像更广泛地可以获得。图26到图28示出了这样的测井记录可以用于确定井眼是在沿地层向上还是向下移动通过所述区段的可能的方式。在一些实施例中，左GR测井记录和右GR测井记录可以用于评估测量值中的噪声量。

可以在向上和向下GR值中确定测井记录峰值中的表观“相移”，以帮助相对于地层确定井眼路径。例如，正相移(图26和图26A)表示井眼向上移动穿过所述区段。特别参照图26A，来自井眼2602的顶部的GR测井记录在井眼2604的底部的GR测井记录之前检测上覆的低GR岩层。这种信息可以用于补充TST3D确定以研发更精确的地层模型和结构模型。

另一方面，负相移表示井眼向下移动穿过所述区段。特别参照图27和图27A，来自井眼2704的底部的GR测井记录在来自井眼2702的顶部的 GR测井记录之前检测下方放射性元素支承层。这种信息可以用于补充 TST3D确定以研发更精确的地层模型和结构模型。

向上GR值和向下GR值的突然基线位移并且没有表观相移，可能表示存在断层(图28和图28A)。图28A是根据本文所公开的实施例的跨越平行于地层区段的岩石层中的断层移动的井眼中的朝上GR测井记录和朝下 GR测井记录之间的同时基线位移并且没有表观“相移”的示意图。特别参照图28A，来自井眼顶部和井眼底部的GR测井记录在2802和2804同时检测跨越断层的放射性碳酸盐。这种信息可以用于补充TST3D确定以研发更精确的地层模型和结构模型。

在图14的过程1414中，可以使用由先前论述的技术导出的信息创建 3D结构模型。在将帷幕区段中的建模表面转换成控制点(例如如图18中所描述)之后，可以生成利用了所有控制点的3D结构模型。特别参照图29，这是具有断层2906的3D结构表面的图示，该3D结构表面是使用提取点作为来自两个所解释的偏斜井眼的帷幕区段的局部约束或锚点生成的，这些提取点从上升块与该表面相交，穿过断层，并且移动到下落块中。如图29中所示，模型是根据从帷幕区段(2908和2910)提取的控制点(圆点)导出的，这些帷幕区段是从偏斜井眼2904和2902获得的。

在图14的过程1416中，在一些实施例中可以使用经过更新的结构模型重新计算TST3D。在一个或多个实施例中，可以通过由初始参考表面计算TST3D且随后利用从帷幕区段提取的控制点来创建经过更新的结构模型。在一些实施例中，原始参考表面可以替换成经过更新的表面。在一些情况下，这样的更新可能是期望的，其中经过更新的表面可以校正地层倾斜和断层的存在，从而使得可以重新计算新TST3D深度参考，并且检验新 TST3D深度参考以确定经过更新的地层和结构模型是否比原始模型更合理地精确。

特别参照图30.1，通过使用经过更新的(带断层的)结构性表面作为参考在重新计算的TST3D分格中示出了GR测井记录的显示。使用这种技术对曲线图的比较可以充当一种验证形式，以确定所解释的地层模型和结构模型是否合理并且令人满意。图12和图13中说明基于带断层的表面的 TST3D计算。与图22相比，图30.2中的新TST3D模型展现了带有垂直偏移的断层。另外，图30.1中的重新计算的TST3D分格中的GR测井记录的显示还表示，测井记录相关已经得到改进，这是因为GR图案现在在相同的 TST3D处水平地对准。

如图14的过程1418中所示，在一些实施例中，可以迭代地执行TST3D 工作流程过程，直到实现合理并且令人满意的地层模型和结构模型。一旦建构了模型，接着就可以分配例如孔隙度、渗透率、岩性、总有机碳和地质力学特性等属性以用于井间和全场规模的甜点映射。在一个或多个实施例中，可以通过重新计算参考表面(过程1420)并且重复图14的过程 1402-1416来改进不满意的结果。

自动匹配过程

在一个或多个实施例中，可以从TST3D测量值生成用于生成高度偏斜的井或水平井的结构模型的方法。在一些实施例中，结构解释可以包括三个输入：(1)水平井的一或多个偏差勘探，(2)一或多个测井记录测量值，例如LWDγ射线测井记录或其它岩层测量值，和(3)3D参考结构表面。所述过程可以通过由一个或多个位置(确定铰链轴)使初始表面弯曲以增强匹配来使3D参考表面的数据优化。在每个铰链轴和弯曲角，测井记录响应模型的沿着井路径(帷幕区段)的垂直平面经过更新，并且将建模的平均(或平方)γ射线测井记录与一系列顺序TST3D分格中的实际测量值比较，所述TST3D分格在TST投影中显示建模和实际响应。调整弯曲位置和弯曲角，直到每个显示分格内的建模测井记录响应和实际测井记录响应之间的差异低于某一定量阈值为止。

虽然实例和相关的论述在沿着二维平面改变倾斜方面论述了弯曲操作，但是还可以预想的是，还可旋转表面或改变表面的方位角以增强与从一或多个测量值获得的信息的匹配，借此来修改3D参考表面。另外，在一些实施例中，可以使用弯曲和旋转的组合来修改参考表面。

在一个或多个实施例中，所述过程可以从井眼中的最小测量到的深度进行到最大测量到的深度(从井的根部到井的趾部)。当前分格中的表面弯曲的变化可能会让先前匹配的分格不变，或者可能会影响邻近的先前匹配的分格，但是通常是在有限的MD区间中。在一些实施例中，令人满意的结构性解释可以被看作是在所有指定顺序TST3D分格中所有测井记录测量值和建模测井记录模型都匹配的时候。

在铰链轴处的向上弯曲还是向下弯曲将得到更好的模型方面可能存在不确定性的情况下，可以应用另外的约束以指导结构性弯曲过程，而并不脱离本发明的范围。在一个或多个实施例中，可以创建动态操作树状结构以存储在自动过程中生成的操作步骤和相应信息。树的每个节点对应于表面的一次弯曲，并且包括铰链轴和最佳弯曲角度信息。或者，可以通过穿越树的不同分支来生成、存储和跟踪解释结果。

在一个或多个实施例中，如果无法获得试验井，则可以使用计算出的 TST3D将测量值投影到等效垂直试验孔上，借此创建垂直伪试验井，其中该等效的垂直试验孔与水平井共用同一个井口位置。在优化过程中的每次弯曲操作之后，更新伪试验井中的测井记录特性。

特别参照图31.1-图31.3，图中示出了自动过程的开始的图示。图31.1 示出了在钻探井中遇到的γ射线测量值(黑色虚线曲线)和建模的γ射线响应(黑色曲线)，建模的γ射线响应是从图31.2中所示的γ射线帷幕生成的 (从上到下)。图31.2中的帷幕区段表示沿着井路径的垂直分格，其中y轴是真实垂直深度(TVD)并且x轴是真实水平长度(THL)。图31.3中的曲线图表示图31.2的帷幕区段在特定参考表面基准面上展平后的情况，其中这个投影中的y轴是真实地层厚度(TST)。

特别参照图32，在第一弯曲操作之后，前三个拆分分格S1-S3中的γ射线测井记录已经令人满意地匹配，但是在分格S4-S8中观察到迹线之间的不匹配。可以从获得令人满意的匹配的位置往井下更深处(在更大的测量到的深度处)添加模型中的另外的弯曲。在一些实施例中，最佳弯曲真实倾角可以变更以便使不匹配误差最小化。帷幕区段(图31.2中的3102) 中指示的角度β(贝塔)是帷幕区段的平面中的3D参考表面的表观倾斜。在一个或多个实施例中，所述过程朝向井眼的趾部进展，直到测量到的响应和建模响应之间的不匹配处在用户确定的可接受的定量阈值以下为止。

在一些实施例中，可以应用自动方法以使用从多个水平井导出的数据创建结构模型，创建的方法是通过使用来自给定井的每个所解释的结构剖面的交叉点作为控制点，或者扰动共用结构表面。另外，与一些人工解释过程相比，基于来自偏斜井和水平井的例如LWDγ射线测量值的基本测井记录响应的自动结构解释工作流程可能更快并且更精确。

在一个或多个实施例中，可以使用在TST参考系中投影的TST3D分格比较测量值和正向建模测井记录响应，并且使用优化算法使实际测井记录响应和建模测井记录响应之间的不匹配最小化，借此执行自动过程。在一些实施例中，测量值和正向建模测井记录之间的匹配可以增强相同真实地层厚度处的测井记录测量值特性的正确空间对准。

如上文关于增加例如平方测井记录的正向测井记录模型与测量到的数据之间的匹配的正向建模方法(例如参照关于图17的论述)所介绍(其中关于是铰链轴处的向上弯曲还是向下弯曲将得到更好的模型存在不确定性)，可以应用另外的约束以引导结构性弯曲过程。这些约束可以包含(例如)地区倾斜约束、最小或最大弯曲极限或图案匹配方法，以基于试验井测井记录或最近遇到的测量值找到类似的测井记录特性响应。

在无法获得来自垂直试验井的参考测井记录的实施例中，可以在自动解释过程期间动态地创建伪试验井参考测井记录，创建的方法是通过使用计算出的TST将水平井的测量值投影到等效垂直井眼上。另外，在一些实施例中，可以每当将新弯曲引入到模型中就更新这个参考测井记录响应。

在一个或多个实施例中，可以使用动态树状结构存储所有操作步骤和相应信息。例如，可以使用树状结构存储所有可能的解释结构性模型，并且信息检索可以包括遵循适当的有效树枝。这样的方法可以允许用户或自动匹配方法高效地产生替代的合理的解释，而不是单个唯一的解。

在一些实施例中，可以应用根据本发明的自动过程以创建多个水平井的结构模型，创建的方法是通过使用每个单独的所解释的结构剖面的交叉点作为控制点，或者扰动初始共用的3D结构表面。另外，除了γ射线之外，还可以对于其它测井记录和测量值使用水平井的结构性解释的自动方法。例如，通过筛选通过其它测量值的正向建模由自动方法产生的许多可能的解释，可以使误差最小化，方法是通过减少对于低质量或低信息内容的未通过另外的信息证实的数据的依赖性。

自动工作步骤

包含以下实例以说明用于使用TST3D方法执行井眼表征的自动过程中的实施例。虽然实例中使用的测井记录测量值是从GR测井记录导出的，但是可设想在本发明的一些实施例中，可以调适能够根据深度描述岩层特性的任何井眼测井记录或测量方法以供使用。

在一个或多个实施例中，结构性解释的自动化工作步骤可以包含以下步骤：

(1)上载来自试验井的测量值并且执行测井记录数据的测井记录求平方值(例如分段和平均化)

在一些实施例中，井眼表征可以如下开始：从试验井眼或伪试验井眼获得地层信息，以便确定例如表面层边界和层理层倾斜的岩层特性。本文所使用的，“测井记录求平方值”是平均化过程，该平均化过程基于分段方案(例如，识别曲线反曲点)将测井记录分成多个区段，且随后为分段点之间的所有测量值计算平均值或代表值。在一些实施例中，可以使用测井记录求平方值以便于地层区间中的测量到的测井记录值与建模测井记录值之间的数值比较。

特别参照图33.1，图中示出了在来自垂直试验井的TVD中显示的GR 测井记录的实例，其中在数据上叠加平方测井记录曲线(更细的实线)以辅助识别表面层边界。

(2)通过挑选井口来确定表面标记

在一些实施例中，可以从平方测井记录数据中选择表面标记以确定相异的地层之间的边界。特别参照图33.2，基于图33.1中的平方测井记录选择五个表面标记(水平短划线)以供在工作实例中使用。在一个或多个实施例中，可以用算法或由用户人工地进行标记选择。

(3)基于平方GR测井记录创建GR数据的夹心蛋糕模型

在一些实施例中，可以生成夹心蛋糕模型以用图形方式表示所获得的地层信息。本文所使用的，“夹心蛋糕”可以指跨越确定的空间域在建模的层内具有恒定厚度或恒定层特性的模型。

特别参照图34，该图是根据从垂直试验井获得的GR平方测井记录3402 创建的GR响应3404的初始夹心蛋糕模型的图示。通过粗虚线3406指示的水平井轨迹确定垂直井区段。在初始γ射线区段模型中，阴影指示从低(浅灰色)到高(暗灰色)的γ射线值的量值，并且水平短划线是从试验井识别和延伸的表面标记。在创建γ射线区段模型时，假设给定层内的恒定的层厚度和恒定的层特性。

其余的程序可以用迭代方式执行，执行的方法是通过弯曲参考表面，从而产生可以用于与正向建模的GR响应测量值比较的经过更新的GR测井记录区段。

(4)上载3D参考表面

在一个或多个实施例中，3D参考表面被输入到工作模型中，并且可以例如从根据井数据或地震数据建模的地层表面导出。在无法获得表面数据的一些实施例中，可以生成具有指定倾斜方位角(α＝α₀)的简单倾斜平面 (β＝β₀)并且将其输入到模型中。

特别参照图35，图中示出了具有N-S走向和水平井路径的初始倾斜平面。当井眼穿过参考表面时，MD被定义为零，当井眼朝向井路径的TD(总深度)移动时，MD增加。XY平面中的点线Z形线3500表示井轨迹的水平(地图视图)投影。在图35中所示的实施例中，垂直平面3502表示具有方位角α的井眼轨迹的最佳匹配平面。但是，在一些实施例中，可能排除使用最佳匹配平面。参考表面3506向东倾斜(090方位角)；垂直平面 3504垂直于倾斜平面的走向(N-S方向)。可以通过虚线3508和虚线3510 之间的角测量真实倾角和表观倾角，虚线3508和虚线3510分别是垂直平面和水平面的交线。

在一些实施例中，参考平面的真实倾角和其在偏斜或水平井区段中的表观倾角之间的关系可以写成：

tanβ₂＝cos(α)tanβ₁ (3)

其中β₁是真实倾斜，β₂是表观倾斜；α是井区段的方位角；这个图示中的倾斜平面的方位角是90(平面面朝南向)。

特别参照图36，这个示意图说明在根据本发明的一些实施例中，沿着任意垂直区段的真实倾角β₁ 3602和表观倾角β₂ 3604之间的关系。Y轴指向北，3606是垂直区段的方位角(α)。参考平面向南倾斜180度。

如等式(3)中所示，表观倾斜不能超出真实倾斜。当方位角(α)从0 度增加到90度时，表观倾角从真实倾角减小成零，零对应于垂直交叉平面垂直于层理平面的倾斜方向或平行于层理平面的走向的情况。

(5)基于参考表面和井勘探结果计算沿着井眼的TST3D

在接下来的过程中，在参考表面和井测探数据之间计算TST3D。在一些实施例中，可以靠近斜井路径的井口形成垂直引导，并且可以提取测井记录曲线，例如根据γ射线测井记录。在这个实例中，合成3Dγ射线模型是试验孔的平方测井记录的形式的夹心蛋糕模型，并且可以直接用于生成初始帷幕区段。

如图37.1-图37.3中所示，构造具有顶部层表面的3D夹心蛋糕γ射线模型，所述顶部层表面的创建是通过使水平面在三个不同位置中弯曲3个真实倾角：分别是3度、2度和1度。接着可生成水平井轨迹(例如图35 中所示)，并且可以提取水平井轨迹与3Dγ射线模型相交的每个MD位置的γ射线值以用作真实测量值。

特别参照图37.1-图37.3，图中示出了自动解释过程的第一迭代的实施例的图示。在图37.1中，黑色曲线是测量值，并且虚线阶梯曲线是在井眼与帷幕区段模型中的每个γ射线模型层相交时沿着井眼的正向建模的γ射线测井记录。图37.2表示沿着井路径的垂直分格，其中y轴是真实垂直深度 (TVD)并且x轴是真实水平长度(THL)。图37.3是TST3D方面的γ射线区段，示出了当假设层厚度恒定时产生的展平的夹心蛋糕γ射线分布。接着可根据当前计算的TST3D值的单调变化将井眼划分成一系列片段。

在以上实例中，层理真实倾角(β₁)是1度，且可以使用等式(3)计算帷幕区段中指示的表观倾角(β₂)。x轴表示THL(真实水平长度)，THL 被定义为XY平面中的投影Z形线从当前MD点到初始MD位置(MD＝0) 的总长度。

在图37.1-图37.3中，测量值(图37.1中的虚线)和正向建模的响应测井记录(图37.1中的黑线)之间显示出不匹配的证据。这可以通过如下事实解释：初始倾角(1度)偏离了参考表面的第一段是具有3度的真实倾角 (β₁)的平面的真相。

(6)通过顺序TST3D拆分分格显示测量值和正向模型之间的误差

在接下来的步骤中，比较顺序TST3D分格并且对其进行调整以校正分格之间的观察到的不匹配。特别参照图38，在一系列TST3D拆分分格中显示在图37.1-图37.3中获得的GR测井记录数据。每个分格对应于一旦指定参考表面后在整个MD区间中向下钻或向上钻的井眼片段。图37.1-图37.3 中使用真实倾角(β₁)是1度的初始参考表面。

特别地，在分格进展中观察到GR模型数据(虚线曲线)与测量到的 GR数据(黑色)相比的未对准，这可能表示在模型数据中的这个位置使用了错误的参考表面倾斜。在一个或多个实施例中，自动算法的一个目标可以是将测量值与正向建模的测井记录模型逐个分格地(图38中所示为从左向右)匹配，匹配的方法是通过在一系列铰链轴使初始参考表面弯曲最佳真实倾角，借此逐渐更新参考表面。

(7)比较TST3D分格以使匹配优化

在接下来的步骤中，可通过匹配第一几个相继的TST3D拆分分格来优化γ射线帷幕区段(例如参见图38的S1-S8)，方法是通过弯曲参考表面平面(参见图35和图41的图示)以校正最佳匹配真实倾角，这样会使可能弯曲倾角之间的不匹配误差减小到预定义阈值以下。在一些实施例中，可以将不匹配误差计算为所研究的TS3D拆分分格区间中的每一个中的平均相对误差，该平均相对误差例如通过下式计算：

其中，E_K(β_i)是GR测量值和其在第k个拆分分格中的平方测井记录值之间的平均相对不匹配误差，其中k＝1,2,...,K₁(其中K₁是总分格数)是连续的令人满意地匹配的分格；函数N(k)是第k个分格的总样本数；H(β_i) 是用于弯曲(表面的)真实倾角β_i(i＝1,2,...,m)的跨越匹配的K₁个分格的平均误差。通过得到最小H(β_i)的结果确定参考表面的最佳弯曲真实倾角。

在一些实施例中，表平面的方位角(α₀)可以在根据本发明的优化过程期间保持不变，并且参考表面的扰动仅仅关联到其真实倾角的改变。在一些实施例中，可以使用等式(3)计算井眼区段的相应表观倾斜，并且通过循环通过中心在当前值的角度区间内的所有可能角度来执行参考表面的最优真实倾角β₁，循环的时候使用固定的预定义增量，并且对于从一个片段到另一个片段的弯曲角度存在合理极限。

图39.1-图39.3示出了γ射线帷幕区段模型，并且图40示出了通过使参考表面最优地弯曲3度的真实倾角β₁而得到TST3D拆分分格。应注意，在图40中已经校正图38的第一分格中的γ射线测量值和正向建模的测井记录响应之间的不匹配。另外，还存在S2和S3分格中的令人满意的匹配。在这个实例中，如上面的等式(4)中所定义，参数K₁>＝3。

特别参照图39.1-图39.3，弯曲GR测井记录模型以实现最佳初始弯曲角度，其中，对此特定实例，具有3度的真实倾角的平面得到正向建模γ射线模型与前三个拆分分格中的测量值相比的最佳匹配(参见图38)。图 39.1-图39.3示出了所得的对应γ射线帷幕区段和测量值以及匹配的正向模型。

特别参照图40，在图39.1-图39.3中描述的调整之后，示出对应的 TST3D拆分分格。在使初始平面弯曲3度的真实倾角之后，重新计算井路径上的每个测量点的TST3D，并且如图所示更新拆分分格。这里，在分格 S1-S3中实现了γ射线测量值(黑色曲线)和正向测井记录(虚线曲线)之间的令人满意的一致。在S4中在大约TST3D＝25英尺位置发生第一不匹配 (假设其具有大于预定义阈值的不匹配的误差)，该位置对应于600英尺的大概真实水平长度(THL)。接下来，在S4中弯曲位置正向移动以使误差最小化，弯曲位置处于起始THL(485英尺)与发生误差的位置(大致 THL＝600英尺)之间的区间的三分之一中。但是，在其它实施例中，区间的三分之一内的误差可以是(0,1)区间之间的用户定义的参数。

(8)找到表平面的下一个弯曲铰链轴位置并且搜索最优真实倾角

一旦确定了弯曲铰链轴，就可确定最优弯曲真实倾角。参看图41，图中示出了参考表面上的弯曲操作的图示。如通过参考表面4100所示，首先估计沿着井眼的弯曲位置。绘制垂直于参考表面层理倾斜并且与井眼的估计THL或对应的MD位置相交的垂直平面4102，并且将这个垂直平面与先前经过更新的参考表面之间的交叉线用作铰链旋转轴以将所述表面弯曲到位置4104。这里，通过使经过更新的TST3D拆分分格中的γ射线误差最小化来确定井的新弯曲的区段的最佳真实倾角，借此来选择表面弯角。

图42.1-42.3和图43说明在参考表面上的第二优化弯曲操作(真实倾角β₁＝2度)之后的γ射线帷幕区段模型和拆分分格的结果。这里，已经校正了图40的分格S4中的不匹配以在图43的分格S4和S5中都产生令人满意的匹配。

特别参照图42.1-图42.3，这是在第二轮自动弯曲(弯曲成2度的真实倾角)之后的经过更新的γ射线帷幕区段模型。与图39.1-图39.3相比，已经在THL区间(600-1150)中校正了测量值和正向γ射线模型之间的不匹配。

特别参照图43。这个TST3D显示是在图42.1-图42.3中第二次最佳地弯曲表面之后由经过更新的参考表面得到的。对应于图40中的拆分分格 S4和S5的THL区间中的模型和测量到的测井记录现在是匹配的。

(9)继续优化

在接下来的步骤中，分析移动到接下来的位置，其中期望通过重复在步骤(8)中概述的过程进行弯曲和倾角校正。所述过程一直继续到相继更新的TST3D拆分分格中的不匹配已经得到校正，并且误差已经下降到用户指定的阈值以下为止。

图44.1-图44.3和图45示出了通过对参考表面连续施加最优操作的最终结果。特别参照图44.1-图44.3，示出了参考平面的四次连续自动铰接线旋转之后的最终结果。随着MD的增加，弯曲真实倾角序列分别是3度、2 度、0.4度和1.8度。如通过图44.1中的建模GR测井记录数据和测量到的 GR测井记录数据的完整重叠所示，获得γ射线测量值和正向模型之间的令人满意的匹配。

特别参照图45，实现了测量到的GR测量值和正向建模的GR测量值的最终TST3D拆分显示比较，其呈现出跨越拆分分格的令人满意的匹配，这表示GR测量值特性在相同TST3D良好地相关和对准。

(10)确定数据质量并且重复步骤(l)-(9)以得到令人满意的结果

使用步骤(l)-(9)生成的水平井的结构剖面是给定结构数据和井数据的集合的一种解释。应注意，即使通过四个连续弯曲角(即，3、2、0.4、 1.8和3.4)获得图44.1-图44.3中的最终结果；具有弯曲角3、2和1的替代解也是可容许的解，这是因为对于这个实例，模型和测量值之间的计算出的不匹配在设定的阈值以下。另外，弯曲位置不同于来自真实模型的弯曲位置。然后可以使用多种解释来描述给定区域的结构。

(11)根据需要，在操作树中存储多个结果

在一些实施例中，可以使用操作树(OT)存储多个解。特别参照图46，在自动过程期间生成OT，以便存储弯曲信息(例如，弯曲位置和真实倾角)。特别参照图46，图中示出了操作树(OT)结构的实施例，其中在自动匹配过程期间，可以存储铰链旋转轴位置和真实倾角的最优操作信息。树的根被称作虚拟节点，其指示初始参考表面的弯曲的初始状态。当操作进行到开始弯曲表面时，存储两个可选最优解，作为其2个子节点，其中节点1_1 表示最佳解，节点1_2指示次佳解。在图中，实心圆圈指示计算中使用的有效节点，而虚线圆用于指示如果当前最佳解未能提供令人满意的全局匹配则可以重新激活的节点。如图所示，匹配沿着线路4600继续通过有效节点，自顶向下穿越树到达最终步骤节点N_l，其中N是操作的总数。在一些实施例中，当无效节点受到激活以实现可选解释时，OT可以是可扩展的。

在所呈现的实例中，参考表面平面上的弯曲操作开始于树根或虚拟节点处，并且第一表面的唯一解存储为子节点(例如节点1_1和节点1_2)。在图46中，节点1_1被视为最佳解，节点12被视为次佳解。在一些实施例中，在最佳解失败的例子中，可以激活例如节点1_2的无效节点，并且所述过程接着默认到无效节点描述的次佳解。在自动过程期间，可以保留这个第二节点，以在使用来自序列中的一个以上弯曲位置的信息时容许更好的局部匹配。

在第一分支之后，对所述表面执行次优弯曲操作并且次优弯曲操作产生两个新节点。以此方式，树继续增大，直到在结构模型和跨越所计算的 TST3D拆分分格所获得的井眼数据测量值之间获得令人满意的匹配为止。在一些实施例中，这样可能得到一个得出一种可能的解释的二进制树，同时还在叶节点中存储多个可选解。在其它实施例中，可以用类似方式通过保持多个评级过的最优结果生成具有多个子节点的OT。

在树中的任何无效节点都可能变得激活并且可以用于另一可选解的意义上，操作树是可扩展的。这样可以容许生成更大量的可能解释，所有解释都可以得到合理的最终模型。通过使树节点回到任何等级并且从这里到 TD的结尾开始表面的扰动，可以获得不同的解释。在一些实施例中，OT 不仅可以提供存储可能的弯曲操作的有用的工具，并且是用于描述结构解释的不确定性的定量方法。

在不存在垂直试验井的情况下计算TST3D

如果不存在靠近水平井的可以获得的垂直试验孔，则可以由可用的GR 测井记录数据创建伪(或虚拟)垂直试验井，所述GR测井记录数据来自测井记录的初始向下轨迹，并且经过更新以在使用所计算的TST3D的每个迭代步骤替换真实垂直引号信号。但是，应注意，当不能获得真实的引导信号时，GR测井记录数据可能会限于与井眼相交的岩层区间；如果水平井或斜井行进的深度大于伪试验井眼中可供使用的深度，则可能不在伪试验孔中表示更低深度处存在的特征。

特别参照图47，这是通过使用TST3D遵循参考表面平面4702以将可用水平GR测井记录投影到竖直方向上，借此创建伪试验孔4700的实施例。在一些实施例中，如果在MD增加时，沿着井眼的γ射线样本对应于所计算的TST3D的单调增加，则将所述γ射线样本投影到伪垂直试验孔上-也就是说，如果TST3D大于所有先前MD样本的TST3D值，则将沿着井眼的GR值添加到伪试验测井记录特性中。

在这个图示中，当MD沿着井眼从A增加到B时，GR值被投影到垂直伪试验孔上，这是因为TST3D值连续地增加。类似地，从C到D的值被添加到伪试验测井记录特性中(投影到伪试验测井记录特性上)，因为 TST3D值大于B处的TST3D值并且在增加。但是，从B到C忽略测量值，因为TST3D值小于B处的TST。

因为在投影之后取样密度可能会根据井眼和倾斜地层之间的相对角度变化，所以在一些实施例中，可以使用内插配合再取样以获得均匀间隔开的GR样本，以便于后续操作中对测井记录求平方值。

特别参照图48.1-图48.3，图中示出了使用没有预先存在的真实垂直试验井眼的数据集生成的帷幕区段模型。在这个实例中，将4800中的GR测井记录数据用作伪试验井眼以构建初始γ射线模型，构建的方式是通过如图47中所示提取沿着井眼计算的TST3D。在这个模型中，最大TST处于 1100英尺的MD处，并且THL大约是1090英尺。图48.2中的帷幕区段是在表平面上的两次连续自动弯曲操作之后获得的，两次自动弯曲操作的真实倾角分别是1.6度和3.2度。

特别参照图49.1-图49.3，图中示出了由用于计算TST3D的对参考表面的七次连续自动弯曲操作产生的最终帷幕区段模型。在这个实例中，用于调整参考表面的真实倾角依次分别是1.6、3.2、1.8、1、1.8、3.4度。4900 处示出了用于最后弯曲操作的伪试验井。应注意，这个伪试验井中的γ射线特性看起来稍微不同于图48.1-图48.3中的伪试验井4800，并且比伪试验井4800更厚，对此的解释是如下事实：最终结构模型暗示，图49.1-图49.3 中的井眼与更厚的总地层区段相交。在这个模型中，最大TST处于MD＝1820 英尺之处，并且THL大约是1775英尺。

TST3D过程概述

特别参照图50，图中示出了上述自动TST3D工作步骤的流程图。从流程图中的过程(1)开始，收集井路径和GR数据，并且(2)确定参考表面。在过程(3)中，在(1)中获得的井眼数据中选择表面标记，并且用所述表面标记在过程(4)中生成标记表面。在过程(5)中，计算TST3D，并且将其与来自(6)垂直试验井或(7)从水平井的区段导出的伪试验井的信息比较。在过程(8)中，将来自井眼数据的帷幕区段与正向建模的井眼数据比较，并且使用所述帷幕区段在过程(9)中生成TST3D 拆分分格序列。在过程(10)中计算不匹配误差；另外，在过程(11)中确定其它“次佳”匹配。接着使用来自过程(10)和(11)的信息确定在 TST3D拆分分格数据中发生对应的误差的位置。

此时，确定是否已经测试了倾角(例如，β1,β2,...βM)。如果未测试，则视需要重复过程(4)-(12)，否则操作继续到下一个步骤。在过程(13) 中，为平均不匹配误差H(βi)评级，其中误差H(βi)是沿着被认为是令人满意地匹配的连续拆分分格S1,S2,...SK1的不匹配的误差的平均值。此时，决定是否获得至少一个最优弯曲角度。如果未获得的话，则操作进行到过程(15)，其中在最后步骤中使用OT找到次佳弯曲角，寻找的方法是通过跟踪向后通过无效树节点的步骤以找到最优解。接着通过过程(4)- (13)反馈次佳弯曲角度解。

当在过程(13)之后实现至少一个最优弯曲操作时，操作进行到过程 (14)，其中选择最优弯曲角并且将其存储到OT中。如果已跨越整个井路径实现令人满意的匹配，则生成含有对应于最优不匹配误差H(βi)的地层剖面的输出。如果未跨越整个井路径实现令人满意的匹配，则操作进行到过程(16)以在新位置继续弯曲操作，该新位置在过程(14)中指出的不符合要求的匹配之前，但是在最后的匹配TST3D分格之后。接着根据过程(4) -(14)概述的操作分析新位置。

使用另外的约束优化结构性解释

在一个或多个实施例中，自动结构性解释过程可以包括仅仅基于用户选择的匹配良好度标准的不同弯曲选择(位置和量)所得到的多个等效解，所述标准例如是上面提供的实例中使用的平均相对误差。

在一些实施例中，所选择的解的子集虽然在局部规模上是最优的，但是可能会导致全局不可接受的或结构上不正确的解释。误差源可包含，例如(1)试验或伪试验测井记录响应由于岩层性质和层厚度的横向变化而与局部值在多大程度上匹配，(2)井路径和局部结构性倾斜(这会产生具有微小的测井记录变化的长井区间)之间的低相对角度，或(3)断层的存在。另外，虽然一些方法可以假设井偏差勘测结果没有误差，但是在一些实施例中，随钻测量(MWD)方向勘测可能有0.2度的井倾斜准确度规范和1 度或更大的方位角准确度。

在铰链轴处的向上弯曲还是向下弯曲将得到更好的模型方面存在不确定性的情况下，可以应用另外的约束以引导结构性弯曲过程。这些约束可以包含(例如)区域倾斜约束、最小或最大弯曲极限或图案匹配方法，以基于试验井测井记录或最近遇到的测量值找到类似的测井记录特性响应。

局部倾斜约束

在有足够密集的局部井覆盖的区域中，或在区域深度转换3D地震勘测结果与井数据相关联的情况下，可存在对结构性倾斜的非常好的局部逼近。附近的井眼图像数据可能会约束对局部倾斜的估计。如果是这样的情况，则用户可以规定近似平均倾斜。在一些实施例中，这样可以允许创建加权或惩罚函数以偏重接近区域值的那些解。当所述解释继续进行时，帷幕区段中的平均倾斜还可以提供局部平均倾斜约束。

弯曲极限约束

类似于局部倾斜约束，关于可从一个区段向另一个区域引入多少弯曲方面可存在结构上合理的极限。例如，实际上区段之间的超过3-5度的倾斜变化不太常见。因而，大于5度的倾斜可能表明存在断层。在一些实施例中，可以对于TST3D测量值中的分格到分格约束并且全局地对于整个帷幕区段使用弯曲极限约束。在一些实施例中，对于整个帷幕区段选择的约束可以规定可能遇到的最小倾斜和最大倾斜。

测井记录特性匹配约束

在一个或多个实施例中，井眼测井记录图案可以含有关于井相对于给定地层区段的移动方向的线索。例如，如果井路径首先往下钻探，接着向上穿过先前遇到的地层区段，则如果存在充分的测井记录特点，就可以看到先前测井记录区段的镜面图像反射。因而，测井记录特性的长度的变化可以表示当前区段的相对倾斜差异。可以使用图案匹配算法基于测井记录特性(测井记录特性是图案(地层上相同方向的钻探)或镜像(地层上倒转方向))识别潜在的匹配，并且使用按比例调整信息对所述区段中的倾斜进行初始估计。另外，在弯曲操作之后，可存在测量到的测井记录响应对建模测井记录响应中的显而易见的不匹配，这强烈地暗示接下来的弯曲操作的最佳选择。例如，在图43中，分格S6-8中的测井记录不匹配展示了测井记录标记水平的位置(例如，TST3D中的大约55-65英尺)的垂直(在 TST3D中)偏移。这个图案偏移暗示了需要更浅的弯曲使S6-8与测量到的测井记录响应对准。这样的测井记录图案匹配在潜在地不明确的弯曲的情况下能加速解释。

人工表面交叉点约束

在一个或多个实施例中，可存在在井中在特定位置处遇到特定地层标记的独立证据或用户解释。在此些情况下，用户可以在所定义的位置人工地插入局部标记交叉点。这样可能会使跨越帷幕区段的平均倾斜改变并且应当被考虑在内。标记交叉点约束可能必需让解释采用特定的弯曲方向。

将多个测量值结合到结构性模型的创建中。

可以首先生成使用上文相对于图46描述的OT树状结构的许多可能的结构性解释，且随后应用其它岩层测量值(包含LWD和电缆测井测量值，例如电阻率和密度属性，或本文所述的任何岩层测量值)的正向建模，以研究正向建模值是否与实际测量值匹配。

为多个水平井创建结构性模型

在一些实施例中，可以预想至少两种方法以从由所研究区域中的多个水平井导出的信息生成3D结构性解释。但是，还预想本领域的技术人员可以应用本文所述的一般原理以实现这些方法的其它变化形式，而并不脱离本发明的范围。

方法1

对于每个水平井，可以使用上述自动工作步骤通过真实试验井或伪试验井的辅助创建帷幕区段模型。在一些实施例中，各个水平井的起始参考可能是不同的。每个最终帷幕区段得到经过更新的表面和井眼区段之间的交叉线，这个交叉线可以被提取和导出，以作为锚点来约束给定研究区域中的岩层结构的3D建模。在一些实施例中，可以利用从其它井拾取的例如邻近井口等其它可用数据和来自地震勘测结果的趋势图，以提供关于3D结构的另外的约束。

特别参照图51，图中示出了使用所解释的帷幕区段线作为受约束点的基于两个水平井构造3D结构模型。单独地处理两个水平井5102和5104以使用上述自动工作步骤生成与γ射线测量值匹配的帷幕区段。导出帷幕区段参考表面和标记以作为锚点，并且在所研究区域中约束3D结构的内插。参考表面5106是所得的3D模型。

方法2

根据本发明的其它方法在为每个水平井创建帷幕区段时可以使用共用参考表面。当在优化期间弯曲参考表面平面时，向其余的水平井帷幕区段的所有或子组施加表面弯曲。在一些实施例中，利用这种方法，可以改进帷幕区段之间的一致性，这接着可产生在逼近偏斜井眼轨迹方面更精确的 3D结构性模型。但是，这样的方法可能会在时间和准确度之间作出取舍，因为当优化满足所有水平井的约束条件的参考表面上的操作时，计算时间可能会增加。

在一个或多个实施例中，可以通过根据本发明的自动方法执行偏斜井的结构性解释。与人工方法相比，根据本发明的自动方案可能更高效和准确。这种自动方案允许生成与测量值合理地匹配的替代解释。输入量极少：水平井勘测值，γ射线测量值，以及可以用于帮助创建TDT3D计算用的初始参考表面的可能的区域结构性倾斜和表面信息。通过TST3D拆分分格显示γ射线测量值和其正向测井记录，提供了能实现自动过程的非常有用的工具。

在一些实施例中，可以使用本文所述的方法和工作步骤为多个水平井创建3D结构性模型并且用高效的方式匹配多个测量值。虽然在本文中提出的实例中使用γ射线测量值论证工作流，但是可以使用通过所属领域中已知的岩层评估工具采集到的其它测量值来通过以下类似程序执行岩层解释以及偏斜井和水平井的表征。另外，本文中论述的方法除了研究后期钻探的井眼之外，还可以用于实时钻探。在一个或多个实施例中，方法可以包含在钻井操作期间在收集数据(随着MD的增加)时为帷幕区段建模，例如随钻测井和地质导向应用。

可以通过处理器执行上述一些方法和过程，包含上文所列的过程。“处理器”这个术语不应当理解为将本文中所公开的实施例限制于任何特定装置类型或系统。处理器可以包含计算机系统。计算机系统还可包含计算机处理器(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器或通用计算机)，用于执行上述任何方法和过程。计算机系统可进一步包含存储器，例如半导体存储器装置(例如RAM、ROM、PROM、EEPROM或快闪可编程RAM)、磁性存储器装置(例如磁盘或固定磁盘)、光学存储器装置(例如CD-ROM)、 PC卡(例如，PCMCIA卡)或其它存储器装置。

在一些实施例中，过程可以实施为适用于计算机处理器的计算机程序逻辑。计算机程序逻辑可以具体实施成各种形式，包含源代码形式或计算机可执行形式。源代码可以包含多种编程语言(例如目标代码、汇编语言或例如C、C++或JAVA等高级程序语言)编写的一系列计算机程序指令。这样的计算机指令可以存储于非暂时性计算机可读媒体(例如，存储器) 中并且通过计算机处理器执行。计算机指令可以用任何形式作为具有伴随的印刷或电子资料(例如现成软件)的可装卸式存储媒体分配、用计算机系统预载(例如在系统ROM或固定磁盘上)，或者经由通信系统(例如因特网或万维网)从服务器或电子布告牌分配。

或者或另外，处理器可以包含耦合到印刷电路板的分立的电子组件、集成电路(例如，专用集成电路(ASIC))和/或可编程逻辑装置(例如现场可编程门阵列(FPGA))。上述任何方法和过程可以使用这样的逻辑装置实施。

尽管上文仅详细描述了几个实例，但本领域的技术人员将容易了解，在没有本质上脱离本公开的情况下，在所述实例中许多修改是可能的。因此，所有这样的修改意图包括在如所附权利要求中确定的本发明的范围内。在权利要求书中，装置加功能条款(means-plus-function clause)意欲涵盖在本文中描述为执行所列举的功能的结构，且不仅涵盖结构等效物而且涵盖等效结构。因此，尽管因为钉子采用圆柱形表面以将木制部件固定在一起而螺钉采用螺旋表面，钉子和螺钉可能不是结构等效物，但是在紧固木制部件的环境中，钉子和螺钉可以为等效结构。申请人的表达意图为不调用35U.S.C.§112(f)，以对本文中的任何权利要求进行任何极限，除了明确地将“用于……的装置”这些词语与相关联功能一起使用的权利要求。

Claims (20)

1.一种用于井眼的地层和结构建模的方法，包括：

从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；

确定参考表面；

使用所述参考表面与沿着通过岩层测量值描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；以及

使用计算出的三维真实地层厚度生成帷幕区段以及三维地层和结构模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定参考表面包括：

利用选自以下组中的数据：来自多个井口或标记的结构图，映射的地震层位数据，任意水平面和任意倾斜平面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，用于计算所述三维真实地层厚度的岩层测量值是选自以下组中的一种或多种岩层测量值：电阻率，导电率，声波，声学，密度，γ射线，中子孔隙度，压力测量值，岩层流体取样，岩芯取样，和切屑分析。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使一个或多个钻探计算基于计算出的三维真实地层厚度。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于生成的三维地层和结构模型提供导向命令到井底组件。

6.一种用于井眼的地层和结构建模的方法，包括以下步骤：

a.从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；

b.在地下岩层内确定参考表面；

c.使用所述参考表面与沿着通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；

d.使用计算出的三维真实地层厚度生成三维地层和结构模型；

e.确定生成的三维模型是否与通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径匹配；如果匹配不能满意，则

f.确定新参考表面并且重复步骤c和d，以生成后续三维地层和结构模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，生成三维地层和结构模型包括：

获得选自以下组中的一种或多种岩层测量值：电阻率，导电率，声波，声学，密度，γ射线，中子孔隙度，压力测量值，岩层流体取样，岩芯取样，和切屑分析。

8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：使一个或多个钻探计算基于计算出的三维真实地层厚度。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，确定生成的三维模型是否与通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径匹配的步骤进一步包括识别一个或多个断层。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，计算三维真实地层厚度包括：

使用计算出的三维真实地层厚度拆分分格从通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径创建伪试验井。

11.根据权利要求6所述的方法，其中，确定新参考表面包括：

对所述参考表面执行弯曲操作，以改进随后生成的三维模型与通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的匹配。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：形成操作树以存储参考表面弯曲角的可选解。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，改进随后生成的三维模型与通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的匹配包括：

获得处于选自以下组中的一或多个用户定义的约束内的用于来自随后生成的三维模型的数据与来自所述至少一个偏斜勘测结果的数据之间的匹配的值，以找到类似测井记录特性响应：区域倾斜约束，最小弯曲极限，最大弯曲极限和图案匹配方法。

14.一种用于井眼的地层和结构建模的方法，包括以下步骤：

从井眼获得至少一个偏斜勘测结果；

获得至少一个岩层测量值；

使用所述至少一个岩层测量值确定参考表面；以及

执行以下步骤：

a.使用所述参考表面与沿着通过所述至少一个偏斜勘测结果描述的井眼路径的任一点之间的最短三维距离计算三维真实地层厚度；

b.使用计算出的三维真实地层厚度生成三维地层和结构模型；以及

c.确定生成的三维模型是否与通过至少一个单通道测井记录测量值描述的井眼路径匹配。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个单通道测井记录测量值是电缆测井记录和井眼成像测井记录中的一项或多项。

16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

基于生成的三维地层和结构模型提供导向命令到井底组件。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，确定生成的三维模型是否与通过所述至少一个单通道测井记录测量值描述的井眼路径匹配进一步包括：

计算三维真实地层厚度测井记录，显示计算出的三维真实地层厚度测井记录，

将计算出的三维真实地层厚度测井记录拆分成顺序分格，以及

使所述顺序分格相关以识别可能的断层。

18.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

重新确定参考表面并且重复步骤a-c，其中，确定新参考表面包括对所述参考表面执行弯曲操作，以改进随后生成的三维模型与通过所述至少一个单通道测井记录测量值描述的井眼路径的匹配。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：

创建操作树以存储参考表面弯曲角的可选解。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，确定生成的三维模型是否与通过岩层测量值描述的井眼路径匹配进一步：包括识别一个或多个断层。