CN110088647A - 改进的结构建模 - Google Patents
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Abstract
一种计算地壳某一区域中结构的可能位置的方法包括:定义所述地壳中的所述区域;根据具有不确定性和相关性的地震数据创建所述区域的第一结构模型;根据具有不确定性和相关性的井筒中的测量结果创建所述区域的第二结构模型;根据从所述井筒测量的所述井筒周围体积中的具有不确定性和相关性的测量结果创建所述区域的第三结构模型;定义所述第一、第二和第三结构模型的约束方程;以及使用所述约束方程,计算所述区域中的结构的可能位置,以及与所述位置相关的可能不确定性和相关性。
Description
技术领域
本发明涉及计算地壳中结构的可能位置的方法。
本发明可以包括通过使用统计估计方式,将来自井筒周围的井内深方位角电阻率测量结果或其他井内测量结果的已解释结构信息与具有不确定性的已解释地震和井数据组合来更新结构模型。
背景技术
英国专利GB 2,467,687B描述了一种形成地球某一区域地质模型的方法,该方法涉及提供包括地震传播时间不确定性的地震数据;提供包括速度不确定性的该区域的地震速度模型;使用该速度模型对地震数据进行图像射线追踪,以确定该区域多个点的三维位置;根据传播时间不确定性、速度不确定性和射线传播方向不确定性来计算至少一些点的三维位置不确定性;以及将所确定的位置和计算的不确定性进行组合以形成地质模型。
英国专利GB 2,486,877A描述了一种评估地下位置数据和井筒位置数据质量的方法,包括:提供地球某区域的地下位置模型,其包括地下位置数据;提供井筒位置模型,其包括从来自该区域中井的井分层(well-pick)获得的井筒位置数据,每种井分层对应于井内进行的测量所确定的地质特征;识别公共点,其每个包括地下位置模型中对应于井筒位置数据的井分层的点;通过调整地下位置数据和井筒位置数据中的至少一个,使得每个公共点在地下位置模型和井筒位置数据中具有最可能的位置并具有代表位置不确定性的局部测试值,从而导出该区域的更新模型;选择一些而非全部公共点,并从所选公共点的局部测试值导出第一测试值;为所选公共点提供第一位置误差测试限制;以及将第一测试值与第一测试限制对比以提供数据质量的第一评估。
发明内容
本发明提供了如所附权利要求中所述的一种计算地壳体积中的结构的可能位置的方法、一种进行勘测的方法、一种从地球地下区域提取碳氢化合物的方法、以及一种在地球的地下区域中钻井的方法、一种计算机可读介质和一种编程的计算机。
附图说明
图1描绘了根据本发明的方法总体工作流程;
图2示出了从侧面看具有EM传感器的底部钻具组合(BHA);
图3示出了与图2所示相同的情况,但其中BHA是从水平/横向平面(从垂直轴线)的上方看的;
图4示出了EM传感器测量距地质特征的垂直距离的示例;
图5示出了井分层和地层结构的定义;
图6示出了情况1,且是已经钻出了由白色实线表示的井路径的地震数据部分;
图7示出了情况2,且是已经钻出了由白色实线表示的井路径的地震数据部分;
图8示出了两个不确定性地图,代表碳氢化合物储层顶部的深度不确定性;
图9示出了两个点、即井分层和地震点的协方差矩阵的示例;以及
图10示出了两个统计独立点的协方差矩阵的示例。
具体实施方式
现在将参考附图,仅以举例的方式描述优选实施例。
本说明书中公开或示出的每个特征可以单独地或以与这里公开或示出的任何其它特征的任何适当组合的方式结合到本发明中。
所述实施例的起点在于,通过沿井筒中底部钻具组合(BHA)放置的不同类型的仪器测量井筒周围地下体积中的至少一个点的位置。这种测量的示例是比特电阻率测量之前的深方位角电阻率测量、声学测量和中子密度测量。这些仪器能够测量例如电阻率的对比,其可以对应于例如油-水接触、碳氢化合物储层顶部和不同岩石类型之间的界面。此外,通过地震勘测来测量覆盖井筒的地下区域中地层结构的位置。测量并解释被井筒穿透的地层结构,并且还可以针对地下区域中的其他井筒测量该地层结构。这些测量被称为“井分层”。
因此,可以使用至少三种测量,即井筒周围的井内测量、井外地震测量和井分层。
图5中定义了井分层、地下特征和附近井筒体积测量。在BHA穿透该层时,可以通过测井记录来识别井分层。井眼的绝对位置(由随钻测量(MWD)定向勘测仪器测量)被分配给井分层。地下特征是一种结构,可以是例如地质构造、断层、结构表面或流体接触或两个连续地震层之间的任何界面或线,在井筒中的BHA周围的有限体积之内被识别。可以根据BHA中的各传感器进行的近体积测量来计算从BHA到地下特征的方向和距离。
声学速度模型描述了地震波在地下传播的速度,可被用作缩放因子,以便获取从地震数据导出的时间数据并将其缩放成深度。
假设具有可用于地下区域中的地层结构的声学速度模型。可以使用时间和深度之间的关系获得速度(V=D/T),深度(D)为地质井观测值,时间(T)为地震解释。假设具有可用的地震深度模型。深度模型描述使用声学速度模型将时间导出的地下地震数据转换成地下地震数据的估计深度之后的最终结果。深度模型是地下结构的坐标和对应不确定性的集合。假设还可获得井筒周围体积中的测量结果,连同这些测量结果的不确定性,以及具有三个空间维度中的不确定性的井分层。深度模型中每个空间点的不确定性(统计特性)由协方差矩阵表示。协方差矩阵由对角元素上的方差和非对角元素上的协方差构成。协方差描述了坐标之间的统计相关性。类似地,空间点(即地震点、井分层或在井筒周围的体积中测量的点)的坐标之间的统计相关性以联合协方差矩阵的协方差来表示。图9示出了用于两个空间点(在这种情况下为井分层和地震点)的这种联合协方差矩阵的示例。
首先对井筒的定向勘测做出一些评述。基本测量是沿井筒从地表的参考点开始的长度,以及称为倾角和方位角的两个方向分量。倾角被定义为井筒轴相对于重力场矢量的偏离,而方位角是水平平面中相对于北的方向。测量井筒方向的常用方法是使用磁性MWD勘测仪器。这样的仪器由加速度计和磁力计构成,分别测量地球重力场和地球磁场的分量。加速度计测量结果用于确定井筒的倾角,而方位角是从磁力计的测量结果确定的。井筒的位置是倾角、方位角和钻杆柱距离地表参考点的长度的函数。
实施例的新颖方面是利用解释的结构信息,直到井筒周围近体积中的3D方向和距离测量结果(和对应统计特性),例如电阻率测量结果,来更新深度模型和对应的完整协方差矩阵。图5中示出了利用BHA中的传感器测量井筒周围近体积中的点。可以在钻探之前,基于传感器特定误差模型来规定近体积测量的不确定性,或者将其估计为最小二乘法估计方式的副产物。
通过识别在井筒周围近体积中的对应于深度模型中的一个或多个地下特征的测量结果的一个或多个点来开始。这些点例如可以根据反映围绕探查装置的体积的电阻率的图像而被解释。这些点可以被分配以多达三维的空间坐标。使用井筒勘测作为参考,结合电阻率模型来估计这样点的坐标,以找到从井参考点(根据上述井筒勘测确定的)到解释点(对应于地下特征)的相对距离和方向。每个这样的点必须要分配以点协方差矩阵中反映的统计特性。可以通过对三种可用类型的位置信息(井筒的勘测、电阻率模型和根据电阻率模型对地下特征的解释)应用协方差传播定律来获得这种协方差矩阵。井筒周围体积中的测量结果可以是类似于线或表面的点的集合。在这样的点集合中,每个点可能与所有其他点相关。可以通过针对近井筒体积中所有连续点的联合协方差矩阵来对点之间的相关性建模。可以通过对上述三种可用类型的位置信息应用协方差传播定律来获得这一联合协方差矩阵。
所有可用的位置信息(例如井分层的坐标、地震点的坐标、井筒参考点的坐标和近井筒体积测量结果)可以相互统计相关。这种类型的相关可以由联合协方差矩阵中的协方差分量表达。可以通过对可用类型的位置信息应用协方差传播定律来获得这一联合先验协方差矩阵。
可以将井筒周围近体积中的被测点和井分层通过约束方程关联到地震深度模型。约束方程在数学上表达了点坐标是如何相关的,例如,从井筒测量的点坐标(是井分层或近体积测量)等于地震深度模型中的对应点或不同而距地震深度模型中的对应点某一限定距离。基于这一冗余测量信息(例如,使用最小二乘估计方法,例如Torgeir Torkildsen的欧洲专利EP1306694中描述的那种方法),计算深度模型中具有对应统计特性(可以由协方差矩阵表达)的所有点的最可能位置。可以为此目的应用最小二乘估计方法。通过这样的方式,基于其在先位置统计特性,正确地调整在先位置信息。
可以通过以下步骤概括将从井筒测量的点与地震深度模型结合的过程。
1.收集包括在先协方差矩阵的在先位置信息。
2.定义约束方程以将位置信息联系到一起。
3.基于引入约束方程和最小二乘方法调整位置信息和联合协方差矩阵。
结果是具有统计特性的深度模型,基于具有对应统计特性的所有可用位置信息正确地调整这些统计特性。可以应用此结果以相应地调整电阻率模型,并准备在近井筒体积中进行新测量。图1中示出了描述该优选实施例的总体工作流程。在以下附图中描述了包括根据从所述井筒测量的来自所述井筒周围体积的具有相对应不确定性和相关性的测量结果(以深方位角电阻率测量作为示例)的新颖原理。
图2示出了从侧面看具有EM传感器4的底部钻具组合(BHA)2。在沿井路径从几个离散的点(勘测点)测量距离时,可以使用例如三边测量技术来计算地质特征6的位置。在除距离之外还有方向测量可用时,可以应用3D三角测量调整技术。该图示出了示例,其中,EM传感器封装4测量到特定地质特征6(地层表面等)的3D距离和3D方向。从这些测量结果确定地质特征6的3D位置。可以相对于基于局部BHA的坐标系来计算地质特征6的3D位置,或者通过北、东和真实垂直深度(TVD)坐标来表示地质特征6的3D位置。
基于随钻测量(MWD)勘测包中的加速度计和磁力计传感器,可以确定BHA(包括EM传感器包)相对于地球的北、东和TVD坐标系的取向。然后将能够在基于局部BHA的坐标系中的坐标和全球北、东和TVD坐标系中的坐标之间进行变换。
图3示出了与图2所示相同的情况,但其中BHA 2是在水平/横向平面中(从垂直轴线)看到的。
图4示出了示例,其中EM传感器4测量到地质特征6的垂直距离。还仅基于地震数据8确定同一地质特征(由虚线8表示)。由于相对差的地震精确度,这个表面具有高的不确定性。测量的距离(D)将BHA 2的垂直位置与地质特征6的垂直位置联系在一起。测量的距离的精确度定义了这一约束的严格性。因为BHA 2的位置比地质特征8的初始位置(通过使用输入到该模型的在先时间和速度确定的)具有显著更好的精确度,所以经调整的表面的垂直位置(实线10)将最终更接近最初由EM工具4测量的地质特征6的初始垂直位置。结果是具有改善的TVD精确度的经调整的地质表面。
本申请的相关软件
·用于处理电阻率数据并呈现电阻率图像以供解释的软件。示例为来自BakerHughes的允许进行地理导向的AziTrakTM深方位角电阻率测量工具以及由Schlumbergerand Statoil开发的用于电磁超前EMLA的软件。
·地理建模软件,例如来自Schlumberger的Petrel和Landmark DecisionSpaceDesktop(地标判定空间桌面)。
·地震深度转换工具,例如Paradigm Explorer、来自Roxar的COHIBA和EasyDC。
·用于井路径位置不确定性估计的地标罗盘软件工具。
·PinPoint(Statoil internal)。
现在将描述所述方法的应用
更新的结构模型可以被应用于在随钻情况下优化钻头在产油带(即,产生碳氢化合物的区域)中的位置。可以使用钻井期间收集的新数据实时更新这个模型。例如可以通过递归(例如,通过最小二乘法)估计来更新该模型,以节省计算时间。如果通过递归估计来更新该模型,则例如使用卡尔曼滤波或类似递归估计方式来计算新测量结果对结构的在先位置的贡献。此外,更新的模型可以在用于区域中的新井的井规划阶段中应用,以提供用于这些新井的更优化的井路径布置。最后,可以在钻井后应用更新的模型,以用于生成对井周围储层状况的更好理解,从而优化生产阶段的生产。
图5示出了井分层12、地下特征14和近井筒体积测量的定义。在BHA2穿透某一层时,可以通过测井记录来识别井分层12。井筒16的绝对位置(通过MWD定向勘测仪器而测量的)被分配给井分层12。在井筒16中BHA 2周围的有限体积18之内识别地下特征14。可以从BHA 2中的各传感器,例如沿BHA 2分布的一个或多个电阻率传感器,执行的近体积测量来计算从BHA 2到地下特征14的方向和距离。
图6示出了情况1,即已经钻出了由白色实线表示的井路径20的地震数据部分。黑线是地震层位22,其代表碳氢化合物储层顶部的地震解释。在这种状况下未利用任何电阻率测量结果,但已经校准了地震层位到以黑色标记24代表的所钻的井分层。在本示例中,关于井分层标记24之间的碳氢化合物储层顶部(黑线)的几何形状和地形有很大不确定性。储层顶部的深度是不确定的,如果需要侧钻(钻到井路径的侧面)或在该区域中钻探另一口井,可能会有潜在体积缺失的风险。
图7示出了情况2,即已经钻出了由白色实线表示的井路径26和由黑线示出的地震解释28的地震数据部分。白色虚线30代表EM深电阻率测量的理论穿透深度范围(±10m)。白色标记32代表根据深电阻率测量结果对顶部储层的检测。黑色标记34代表钻出的井分层。已经将地震层位28校准到白色标记32和黑色标记34。标记、解释和井勘测全部具有关联的不确定性,它们被以代数方式组合以给出顶部储层表面的最新的总体位置和不确定性。在本示例中,具有更新的顶部储层深度表面,其可被使用以优化钻井状况下井规划的位置,并还可以在钻井后被使用,以便约束体积并优化生产。
图8示出了两个不确定性地图,代表碳氢化合物储层顶部的深度不确定性。由白色虚线36代表钻出的井。黑色标记38代表针对碳氢化合物储层的顶部的地质井观测,而白色标记40代表碳氢化合物储层的顶部的深电阻率井观测。左侧的图可以直接与图6中所示的未使用深电阻率读数的状况相比。想象我们必须在黑色星42代表的储层目标处钻探新井。在不使用任何深电阻率观测的情况下,将在2个标准偏差处具有±20m的不确定性。右侧的图现在综合了已钻的地质井观测和深电阻率井观测两者。这对应于图7中所示的情况。现在有了优化的表面,这将在黑色星目标位置42处的2个标准偏差处的不确定性降低到12m。
图9以3D方式示出了两个点,即井分层(由矩阵中的WP1代表)和地震点(由矩阵中的SP1代表)的联合协方差矩阵44的示例。分别由右上角和左下角的3乘3矩阵描述井分层的坐标和地震点的坐标之间的统计相关性。左上角和右下角的3乘3矩阵分别是井分层和地震点的协方差矩阵。联合协方差矩阵的对角元素是井分层和地震点的坐标的方差。
图10示出了井分层和地震点是统计独立的示例。这是通过井分层的坐标和地震点的坐标之间的零协方差表达的。
图11示出了计算装置60,例如可以是个人计算机(PC),可以在其上执行本文描述的方法。计算装置60包括用于显示信息的显示器62、处理器64、存储器68和用于允许将信息输入到计算装置的输入装置70。输入装置70例如可以包括通往其他计算机或计算机可读介质的连接,并且还可以包括允许用户输入信息的鼠标或键盘。这些元件通过总线72连接,经由总线在这些部件之间交换信息。
应当理解,本文描述的任何方法还可以包括采集数据,包括地震和/或电磁数据的步骤,然后可以根据该方法处理数据。
可以在进行勘测的方法中,在从地球的地下区域提取碳氢化合物的方法中,在地球的地下区域中钻井的方法中使用本文描述的计算地壳的一区域中结构的可能位置的方法。用于执行本文描述的所述方法的指令可以存储于计算机可读介质上,并可以在编程的计算机上执行所述方法。
Claims (31)
1.一种计算地壳的某一区域中结构的可能位置的方法,所述方法包括:
定义所述地壳中的所述区域;
根据具有不确定性和相关性的地震数据创建所述区域的第一结构模型;
根据至少一个井筒中的具有不确定性和相关性的测量结果创建所述区域的第二结构模型;
根据从所述井筒测量的所述井筒周围体积中的具有不确定性和相关性的测量结果创建所述区域的第三结构模型;
定义所述第一结构模型、所述第二结构模型和所述第三结构模型的约束方程;以及
使用所述约束方程,计算所述区域中的结构的可能位置、以及与所述位置相关的可能不确定性和相关性。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述井筒周围的所述体积中的所述测量结果包括深方位角电阻率测量结果。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述井筒周围所述体积中的所述测量结果包括钻头前方电阻率测量结果。
4.根据任一前述权利要求所述的方法,其中,所述井筒周围的所述体积中的所述测量结果包括井内声学测量结果。
5.根据任一前述权利要求所述的方法,其中,所述井筒周围的所述体积中的所述测量结果包括中子密度测量结果。
6.根据任一前述权利要求所述的方法,所述方法包括执行与所述区域重叠的地下区域的地震勘测。
7.根据权利要求6所述的方法,所述方法包括在所述地震勘测和所述井筒周围所述体积中的所述测量结果中识别至少一些所述结构,以及使用所述结构来定义所述约束方程。
8.根据权利要求6或7所述的方法,所述方法还包括为所述地下区域创建声学速度模型。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,通过比较地震测量结果与来自所述地下区域中所钻井的位置测量结果来获得所述声学速度模型。
10.根据权利要求8或9所述的方法,所述方法还包括将所述结构在时域中的地震结构解释与所述声学速度模型、所述井筒周围所述体积中的所述测量结果、以及所述井筒中的所述测量结果相组合。
11.根据权利要求10所述的方法,所述方法还包括使用所述组合步骤来估计在三维空间中具有完全协方差矩阵的所述结构的深度模型。
12.根据权利要求11所述的方法,其中:
所述深度模型中的空间点均由所述协方差矩阵中的三个变量表示;
所述声学速度模型中的声学速度均由所述协方差矩阵中的变量表示;并且
所述协方差矩阵描述所述变量之间的不确定性和所述变量之间的相关性。
13.根据权利要求11或12所述的方法,其中,通过约束方程将与所述结构对应的解释点、以及来自所述井筒中的所述测量结果的“井分层”、以及来自所述井筒外部的所述测量结果相联系,以找到所述深度模型中的最可能的位置和对应的统计特性。
14.根据任一前述权利要求所述的方法,所述方法还包括:
提供地震深度模型;以及
通过协方差矩阵的元素来表示所述深度模型中的每个空间点的统计特性。
15.根据权利要求14所述的方法,所述方法还包括:
利用联合协方差矩阵中的协方差分量表示至少以下坐标之间的统计相关性:
至少一个井分层的坐标;
至少一个地震点的坐标;以及
所述井筒周围所述体积中测量的至少一个点的坐标。
16.根据权利要求14或15所述的方法,其中,通过将声学速度模型与在时域中解释的地震数据相组合来获得所述深度模型。
17.根据权利要求14、15或16所述的方法,所述方法还包括利用来自所述井筒周围所述体积中的所述测量结果的解释的结构信息来更新所述深度模型和所述协方差矩阵。
18.根据权利要求14到17中的任一项所述的方法,其中,所述空间点是从所述第一结构模型、所述第二结构模型和所述第三结构模型获得的。
19.根据权利要求14到18中的任一项所述的方法,所述方法还包括:创建所述地壳的所述区域中的所述电阻率的电阻率模型;以及
使用所述深度模型来调整所述电阻率模型。
20.根据任一前述权利要求所述的方法,其中,所述井筒周围体积中的所述测量结果是所述至少一个井筒外部的地壳的测量结果。
21.根据任一前述权利要求所述的方法,其中,所述约束方程表示所述第一结构模型、所述第二结构模型或所述第三结构模型中的一个中的点的坐标如何与所述第一结构模型、所述第二结构模型或所述第三结构模型中的另一个中的对应点不同。
22.一种执行勘测的方法,包括:
执行地震勘测以获得具有不确定性和相关性的地震数据;
在井筒中获取具有不确定性和相关性的测量结果;
获取所述井筒周围体积中的从所述井筒测量的具有不确定性和相关性的测量结果;以及
使用所述地震数据和测量结果,执行根据任一前述权利要求所述的计算所述地壳的某一体积中的结构的可能位置的方法。
23.根据权利要求22所述的执行勘测的方法,其中,获取所述井筒周围某一体积中测量结果的所述步骤包括使用位于所述井筒内的一个或多个测量仪器。
24.一种从地球的地下区域提取碳氢化合物的方法,所述方法包括:
钻井筒,
执行根据权利要求22或23所述的勘测,
使用所述勘测的结果来定位地球的所述地下区域中碳氢化合物的存在,以及
经由所述井筒提取所述碳氢化合物。
25.一种在地球的地下区域中钻井筒的方法,所述方法包括:
开始钻井筒,
执行根据权利要求22或23所述的勘测,
使用所述勘测的结果来确定所述井筒在地球的所述地下区域中的期望位置,以及
根据所述期望位置继续钻所述井筒。
26.根据权利要求25所述的钻井筒的方法,其中,使用钻期间收集的新数据实时更新结构在所述区域中的所述可能位置。
27.根据权利要求26所述的钻井筒的方法,其中,通过递归估计来更新结构在所述区域中的所述可能位置。
28.根据权利要求27所述的钻井筒的方法,其中,使用递归估计方法计算新测量结果对所述结构的先前位置的贡献。
29.根据权利要求28所述的钻井筒的方法,其中,使用卡尔曼滤波来计算新测量结果对所述结构的所述先前位置的贡献。
30.一种计算机可读介质,携带用于执行根据权利要求1到21中的任一项所述的方法的指令。
31.一种计算机程序,被编程以执行根据权利要求1到21中的任一项所述的方法。
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