CN110709581A - 用于井下随钻测井应用的声波耦合器 - Google Patents

Abstract

通过定位于钻柱的井下端部处的旋转钻头，在具有多相流体的地质地层中钻偏斜井筒或水平井筒，所述多相流体包括气体。所述气体的部分在钻井期间被释放到井筒中。在钻井期间，通过附接到钻柱的一组声波发射器208将声音波从井筒内发射到地质地层中。接收到的反射声音波由一组固体声波耦合器202被传送到接触固体声波耦合器202的一组声波传感器206。反射声音波由声波传感器206接收。

Description

用于井下随钻测井应用的声波耦合器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月31日提交的美国专利申请No.62/512,902的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本说明书涉及井眼测井领域。

背景技术

在烃开采中，井眼被钻入到含烃地质地层中。有时在钻井过程期间会进行测井。某些类型的随钻测井技术包括伽马测井、核磁共振测井和声波测井。为了进行测井，测井仪被结合到钻柱组件中。可选地，在已经对井眼完井之后，可以使用测井电缆或挠性输送管进行测井。

发明内容

本说明书描述了与用于井下测井应用的声波耦合器相关的技术。

在本公开中描述的主题的示例性实施方式是具有以下特征的方法。通过定位于钻柱的井下端部处的旋转钻头，在具有多相流体的地质地层中钻偏斜井筒或水平井筒，所述多相流体包括气体。所述气体的部分在钻井期间被释放到井筒中。在钻井期间，通过附接到钻柱的一组声波发射器将声音波从井筒内发射到地质地层中。通过附接到钻柱的一组固体声波耦合器接收来自地质地层的反射声音波。反射声音波至少部分地通过在钻井期间释放到井筒中的气体的部分从地质地层被携带到所述一组固体声波耦合器。接收到的反射声音波由所述一组固体声波耦合器传送到接触固体声波耦合器的一组声波传感器。与在钻井期间通过释放到井筒中的气体的部分传送的反射声波相比，由固体声波耦合器传送的反射声波被衰减得较少。由固体声波耦合器传送的反射声音波被声波传感器接收。基于由固体声波耦合器传送到声波传感器的被衰减得较少的反射声音波，确定地质地层的岩石性质。基于所确定的岩石性质来调整所述井筒的钻进方向。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。钻井筒包括：在欠平衡条件下钻所述井筒。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。井筒的直径小于3.75英寸。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。钻柱包括挠性油管。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。一组固体声波耦合器是第一组固体声波耦合器。该方法还包括：通过接触所述一组声波传送器的第二组固体声波耦合器将由所述一组声波传送器发射的声音波发射到地质地层。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。第一组固体声波耦合器与第二组固体声波耦合器相比具有不同的刚度。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。第一组固体声波耦合器与第二组固体声波耦合器相比具有较小的刚度。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。通过固体声波耦合器使钻柱在井筒中居中。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。固体声波耦合器接触井筒的内壁以将接收到的反射声音波传送到声波传感器。

可以单独地或组合地与示例性方法组合的示例性方法的方面包括以下内容。基于所确定的地质地层的岩石性质来实时调整井筒的钻进方向。

在本公开中描述的主题的示例性实施方式是具有以下特征的底部钻具组合。钻柱被配置成放置在井筒中。钻柱包括挠性油管。钻头定位在钻柱的井下端部处。钻头被配置成在地质地层内形成井筒。钻井马达定位在钻头的沿井身向上端。钻井马达被配置成独立于钻柱旋转钻头。声波子组件在钻井马达的沿井身向上端附接到钻柱。声波子组件包括一组声波发射器。所述一组声波发射器被配置成从井筒内将发射的声音波发射到地质地层中。一组声波耦合器被配置成在井筒内接收来自地质地层的反射声音波。反射声音波是所发射的声音波的反射。一组声波传感器被配置成放置在井筒中并且附接到声波耦合器。所述一组声波耦合器被配置成与在反射声音波从地质地层到声波传感器的直接传送相比以较少的信号衰减将所接收的反射声波从地质地层传送到声波传感器。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。所述一组声波耦合器的尺寸被设计成接触声波传感器并且伸入到由井筒的内壁和声波子组件的外表面形成的环空中。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。一组声波耦合器的尺寸被设计成接触井筒的内壁。

可以单独地或组合地与示例性实施方式组合的示例性实施方式的方面包括以下内容。声波耦合器中的每一个都以90度的间隔彼此径向地分隔开。

在附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节。根据描述、附图和权利要求，本主题的其其它特征、方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了具有定位在井筒内的随钻测井仪的示例性井场的示意图；

图2A-2D示出了具有声波耦合器的第一声波随钻测井仪的多个示意图；

图3A-3D示出了具有声波耦合器的第二声波随钻测井仪的多个示意图；

图4A-4D示出了具有声波耦合器的第三声波随钻测井仪的多个示意图；以及

图5是可与本公开的各方面一起使用的示例性方法的流程图。

在各个附图中，相同的附图标记和名称表示相同的元件。

具体实施方式

在烃类钻井和开采中，通常进行声波测井。声波测井可以提供关于井筒的重要信息，包括井筒段的孔隙度、气体饱和度、地质地层中的地层边界、井筒或完井水泥中的裂缝以及许多其它条信息。如果在钻井操作(随钻测井或LWD)期间获取这样的信息，则该信息可以用于对钻井操作进行实时调整。这种调整可以包括机械钻速、钻井方向、改变泥浆比重及其它。

声波测井涉及从声波测井仪所包括的声波发射器发射声音波、音波或超声波。反射声音波从地层返回并被安装在同一声波测井仪上的声波传感器接收。反射声音波被分析以确定井筒、地质地层或两者的性质。

在井筒的环状填充有多相或气态井液的情况下(例如，当井筒处于欠平衡状态时)，声音波难以从声波测井仪传播到地层中，反之亦然。声音波不像其通过固体或液体那样容易地通过气体传播。在欠平衡条件下将井筒钻进含气地质地层中可能会经历具有这种现象的问题。在欠平衡条件下钻井筒意味着在钻井操作期间正在开采井筒。也就是说，流体正在从储层流入井筒中。换句话说，钻井液的重量使得井筒内的压力低于井筒的压力。操作通常在欠平衡条件下进行以防止对地层的损害，所述损害可能由流入地层中的钻井液引起。在一些情况下，低压气体储层在欠平衡条件下被钻进。在一些情况下，回流系统位于顶侧设施处以处理储层流体并再循环钻井液。在一些情况下，回流系统限制流出井筒的流量，并且因此提供了对井筒中的压力的下限。在这种情况下，高气体含量可以衰减声波信号。这种衰减会导致丢失数据或有噪点的数据。丢失数据或有噪点的数据可能对依赖于数据的连续馈送的系统(例如，定向钻井系统)具有显著的影响。

本说明书描述了位于声波LWD仪上的声波传感器和声波发射器。用一片声波材料(例如，声波合成材料)来增强声波传感器或声波发射器的性能，或者增强所述声波传感器和声波发射器两者的性能，以便更好地在声波上将传感器与岩层耦合。所添加的材料通过有效地减小声波发射器、声波传感器或两者与岩层之间的距离来改善与岩层的波波耦合。所减小的距离至少部分地减轻了环空中的多相或气态流体的负面影响。这种工具可以用于小直径井筒中，例如直径为3.75英寸和更小的井筒。更小直径的井筒提高了声波耦合器的有效性，这是因为声波耦合器所跨越的必要距离被减小。

声波耦合器也可以以挠性油管构造添加到声波测井仪。在这种实施方式中，存在连续的挠性油管，该连续的挠性油管输送钻井系统并利用电动涡轮机、测井仪或两者推动底部钻具组合。与传统旋转钻井的主要区别之一在于，在挠性油管钻井中，挠性油管不旋转(与钻柱不同)，因此测井仪将不会旋转，而是测井仪在井筒内滑动且没有任何明显的旋转。没有旋转有助于使用本发明的配置对象将声波仪与岩层耦合。本说明书中描述的仪器允许在具有高气体含量的欠平衡条件下利用挠性油管进行随钻声波测井的可能性。在挠性油管实施方式中，随钻测井仪不会旋转，并且环空尺寸小(例如，大约几毫米)。此外，在挠性油管钻井中，声波耦合器可被实施以解决地质导向的问题。在这样的示例中，声波耦合器可以减小声波LWD仪上的衰减，这是因为所述声波耦合器固体。通常，与气体介质相比，声波更容易且以更少的衰减通过固体介质行进。衰减的减小允许更大的信噪比，这是因为固体耦合器引起更少的声音衰减，从而允许挠性油管钻井系统更快速且更准确地确定钻头附近的岩石性质，并因此允许可用于地质导向和瞄准的更准确的信息。更高的信噪比减少了可能需要由钻井操作者或控制者进行的任何猜测。这种猜测的去除允许进行地质导向调整以更容易地在地质地层内从点A到达点B。在一些情况下，钻头在特定的含烃低硫点地质层中行进，其中该含烃低硫点地质层的特征在于一定的孔隙度和气体饱和度，并且具有一定范围的声速。如果所述性质正在改变，则这可能意味着钻头正在移出目标储层。在这种情况下，钻头的轨迹可能需要重新调整。

图1示出了钻井系统100的示例的示意图。钻井系统100包括支撑钻柱108的钻井井架118。钻柱108延伸到填充有多相流体112的井筒106中。钻头110被定位在钻柱108的井下端部处。钻头110通过将地质地层104的部分粉碎成称为钻屑的小块而形成井筒106。钻屑可以通过钻井液被带出井筒106。钻井系统100还包括LWD子组件102，LWD子组件102在井筒106内附接到钻柱108。另外，钻井系统100可包括钻井马达109，所述钻井马达109在钻头的沿井身向上端的正上方连接到钻柱。钻井马达109可包括井下电动马达、液压泥浆马达、气动马达或任何其它井下马达。在一些实施方式中，钻柱可以包括挠性油管。在一些实施方式中，钻柱的大部分在钻井操作期间不旋转。在这种情况下，钻井马达109使钻头110旋转以允许继续钻井。

由LWD子组件102内的声波发射器或声波传感器在地质地层104内生成的振荡运动产生声音波，也被称为声波。波理论预测声波信号如何传播通过井筒106和地质地层104。地质地层104的弹性性质(即，使地质地层104抵抗体积或形状变形的物质的性质)允许波传播。声波从LWD子组件102一定距离处被发射通过地质地层104。地质地层104内的粒子不随波行进，而是仅围绕所述粒子的平均中心位置振动。声波根据相对于波传播方向的粒子位移的方向而被分类。压缩波表示平行于波传播方向的粒子位移，而剪切波表示垂直于传播方向的粒子位移。这些声波的速度可以提供关于地质地层104和井筒106的特性的信息，例如岩性(矿物学)、胶结作用、粘土含量、纹理、孔隙度、孔隙流体组成和饱和度、上覆岩层和孔隙流体压力(应力)、温度和许多其它特性。

声波通过气体比通过固体或液体更难行进。也就是说，声波在行进通过气体时会经历更大的衰减。在一些情况下，例如当井筒106欠平衡(即，没有足够的泥浆比重来防止井筒106产生流体)时，在井筒106中可能存在高气体含量。由于声信号的衰减增加，这种情况可以使声波LWD数据偏斜。在声波LWD数据用于地质导向的情况下，由于不准确的数据，这种衰减可能会导致不正确的方向改变。例如，在欠平衡条件下利用挠性油管的地质导向钻井可能会导致井筒环空中足够高的气体含量以衰减声波信号。

为了补救由井筒106中的气态流体引起的过度衰减，图2A-2D中所示的第一增强声波子组件200a可以用作LWD仪102。图2A示出了声波子组件200a的示意性侧视图，而图2B示出了井筒声波子组件200a的示意性侧视横截面图。图2C示出了声波子组件200a的沿第一线210的示意性顶部横截面视图，而图2D示出了井筒声波子组件200a的沿第二线212的示意性底部横截面视图。

井筒声波子组件200a类似于LWD仪102附接到钻柱108。井筒声波子组件200a包括具有大致圆筒形横截面的管状子组件或细长圆筒形构件204，所述管状子组件或细长圆筒形构件204可以定位在井筒106中。井筒声波子组件200a还包括附接到细长管状构件204的多个声波发射器208。多个声波发射器208共同形成声波发射器子组件203a。多个声波发射器208中的每一个都可以从井筒106内将声音波(声波)发射到地质地层104中。在一些实施方式中，声波发射器208中的每一个都可以包括多个发射器的阵列。井筒声波子组件200a还包括附接到细长管状构件204的多个声波传感器206。声波传感器206可以接收反射的声音波，该反射的声音波是在井筒106内从地质地层104发射的声音波的反射。声波传感器206中的每一个都可以包括多个传感器的阵列。声波发射器208和声波传感器206可以是单极或双极的。井筒声波子组件200a还可以包括与声波耦合器202分隔开的单独的扶正器(未示出)，该扶正器被设计成保持声波子组件200a在井筒106内居中。

声波子组件200a还包括多个声波耦合器202。声波耦合器202安装在细长管状构件204的外表面上。可以使用一组声波耦合器201b。每组声波耦合器202都可以包括数量等于声波子组件200a中所含有的声波传感器206的数量的耦合器202。例如，如果声波子组件200a包括四个声波传感器206，则可以使用一组四个声波耦合器202，即，每个传感器206一个耦合器202。该组声波耦合器201b附接到细长管状构件204和声波传感器206。更具体地，该组声波耦合器201b放置在声波传感器206与井筒106的壁之间以形成声波传感器子组件203b。声波耦合器202可以利用任何形式的紧固件或粘合剂被拧到、胶合到、嵌入到或以其它方式附接到细长圆筒形构件204。可以在不对声波传感器206造成损坏的情况下更换声波耦合器202。换句话说，在声波耦合器202已经被移除之后，声波传感器206可以如预期的那样起作用。

图3A-3D中所示的增强声波子组件200b的一些实施方式可以类似于LWD仪102被使用。图3A示出了声波子组件200b的示意性侧视图，而图3B示出了井筒声波子组件200b的示意性侧视横截面图。图3C示出了声波子组件200b的沿第一线210的示意性顶部横截面图，而图3D示出了井筒声波子组件200b的沿第二线212的示意性底部横截面图。

井筒声波子组件200b类似于LWD仪102附接到钻柱108。井筒声波子组件200b包括具有大致圆筒形横截面的管状子组件或细长圆筒形构件204，所述管状子组件或细长圆筒形构件204可以定位在井筒106中。井筒声波子组件200b还包括附接到细长管状构件204的多个声波发射器208。多个声波发射器208共同形成声波发射器子组件303a。多个声波发射器208中的每一个都可以从井筒106内将声音波(声波)发射到地质地层104中。声波发射器中的每一个都可以包括多个发射器的阵列。井筒声波子组件200b还包括附接到细长管状构件204的多个声波传感器206。声波传感器206可以接收反射声音波，该反射声音波是在井筒106内从地质地层104发射的声音波的反射。声波传感器206中的每一个都可以包括多个传感器的阵列。声波发射器208和声波传感器206可以是单极或双极的。井筒声波子组件200b还可以包括与声波耦合器202分隔开的单独的扶正器，该扶正器被设计成保持声波子组件200b在井筒106内居中。

声波子组件200b还包括多个声波耦合器202。声波耦合器202安装在细长管状构件204的外表面上。可以使用两组声波耦合器202(例如，第一组301a和第二组201b)。每组声波耦合器202都包括数量等于声波子组件200b中所包括的声波发射器208的数量或声波传感器206的数量的耦合器202。例如，如果声波子组件200b包括四个声波传感器206，则可以使用一组四个声波耦合器202，即，每个传感器206一个耦合器202。第一组声波耦合器201a附接到细长管状构件204和声波发射器208。更具体地，第一组声波耦合器201a被放置在声波发射器208与井筒106的壁之间以形成声波发射器子组件303a。第二组声波耦合器201b附接到细长管状构件204和声波传感器206。更具体地，第二组声波耦合器201b放置在声波传感器206与井筒106的壁之间以形成声波传感器子组件203b。声波耦合器202可以利用任何形式的紧固件或粘合剂被拧到、胶合到、嵌入到或以其它方式附接到细长圆筒形构件204。可以在不对声波发射器208或声波传感器206造成损坏的情况下更换声波耦合器202。换句话说，在声波耦合器202已经被移除之后，声波发射器208或声波传感器206可以如预期地那样起作用。

图4A-4D中所示的增强声波子组件200c的一些实施方式可以类似于LWD仪102被使用。图4A示出了声波子组件200c的示意性侧视图，而图4B示出了井筒声波子组件200c的示意性侧视横截面图。图4C示出了声波子组件200C的沿第一线210的示意性顶部横截面图，而图4D示出了井筒声波子组件200c的沿第二线212的示意性底部横截面图。

井筒声波子组件200c代替LWD仪102附接到钻柱108。井筒声波子组件200c包括具有大致圆筒形横截面的管状子组件或细长圆筒形构件204，该管状子组件或细长圆筒形构件204可以定位在井筒106中。井筒声波子组件200c还包括附接到细长管状构件204的多个声波发射器208。多个声波发射器208中的每一个都可以从井筒106内将声音波(声波)发射到地质地层104中。声波发射器中的每一个都可以包括多个发射器的阵列。井筒声波子组件200c还包括附接到细长管状构件204的多个声波传感器206。声波传感器206可以接收反射声音波，该反射声音波是在井筒106内从地质地层104发射的声音波的反射。声波传感器206中的每一个都可以包括多个传感器的阵列。声波发射器208和声波传感器206可以是单极或双极的。井筒声波子组件200c还可以包括与声波耦合器202分隔开的单独的扶正器，该扶正器被设计成保持声波子组件200c在井筒106内居中。

声波子组件200c还包括多个声波耦合器202。声波耦合器202安装在细长管状构件204的外表面上。可以使用一组声波耦合器201a。每组声波耦合器202可以包括数量等于声波子组件200c中所包括的声波传感器206的数量的耦合器202。例如，如果声波子组件200c包括四个声波发射器208，则可以使用一组四个声波耦合器202，即，每个发射器208一个耦合器202。该组声波耦合器201a附接到细长管状构件204和声波发射器208。更具体地，该组声波耦合器201a被放置在声波发射器208与井筒106的壁之间以形成声波发射器子组件303a。声波传感器206中的每一个都可以包括多个传感器的阵列。在所示的实施方式中，声波传感器组件403b没有任何声波耦合器202。声波耦合器202可以利用任何形式的紧固件或粘合剂被拧到、胶合到、嵌入到或以其它方式附接到细长圆筒形构件204。可以在不对任何一个声波发射器208造成损坏的情况下更换声波耦合器202。换句话说，在声波耦合器202已经被移除之后，声波发射器208可以如预期地那样起作用。

在之前描述的任何实施方式中，声波耦合器202中的每一个都沿圆周方向彼此等距地分隔开，并且被定位成附接到每个耦合器的相应的声波发射器208或声波传感器206，所述声波发生器或所述声波传感器也沿圆周方向彼此等距地分隔开。例如，如果声波子组件200a包括四个声波发射器208和四个声波传感器206，则四个声波发射器208中的每一个和四个声波传感器206中的每一个都距离彼此以90°定位。由于每个声波耦合器202都被附接到其相应的声波发射器208或声波传感器206，因此每个声波耦合器202也都距离彼此以90°定位。可选地，例如，如果在声波发射器或声波传感器之间沿圆周方向的距离变化，则声波耦合器之间沿圆周方向的距离可以变化。

声波耦合器202通过减小井筒106的壁与细长管状构件204的表面之间的有效距离来减小由声波子组件200b发射的声波和由声波子组件200b接收到的声波两者的衰减。在本公开的上下文中，“附接”和“接触”可互换使用。在本公开的上下文中，两个术语都包含例如在发射器/耦合器或传感器/耦合器之间的直接连接。也就是说，声波耦合器202的尺寸可以被设计成接触(例如，直接、物理接触)声波传感器206(或声波发射器208)并且向外延伸到由井筒106的内壁和管状子组件204的外表面形成的环空中。换句话说，声波耦合器202从细长圆筒形构件204的表面朝向井筒106的壁径向延伸。在一些实施方式中，声波耦合器202可以延伸细长圆筒形构件204的外表面与井筒106的壁之间的距离的至少80％。在一些实施方式中，声波耦合器202可以延伸小于该距离的80％。通过此，声波耦合器202用作声音波可以传播通过的固体介质。在一些实施方式中，声波耦合器202的尺寸可以被设计成接触井筒106的内壁。在这样的实施方式中，不管环空中的流体的相如何，声音波可以几乎完全在固体介质中传播，从而几乎遭受很少的衰减或不遭受衰减。

在一些实施方式中，声波耦合器202还可以被设计和制造为用作扶正器，该扶正器保持钻柱108、诸如声波子组件200b的声波子组件或两者在井筒106内居中。声波耦合器202有助于减少压缩波和剪切波二者的衰减。声波耦合器202的横截面形状被构造成最小化在声波频率和超声波频率两者处的声波衰减。可以使用宽范围的声波频率。例如，为了获得地质地层104中的不同的勘测深度，较高的频率(大约几百千赫)可以用于较浅的深度，而较低频率(大约几百至几千赫兹)可以用于较深地扫描到地质地层104中。此外，以使环空中对泥浆和钻屑流的液压阻碍最小化的方式选择耦合器的形状。在一些实施方式中，耦合器还可以在位于井筒内时用作测井仪的机械扶正器。扶正允许测井仪在井筒内居中并且不仅在挠性油管滑动的底部与岩层耦合。这种扶正还保持测井仪在水平或倾斜井筒内居中。在一些实施方式中，耦合器的形状、位置和定向可以被设计成避免环空的完全堵塞，从而允许泥浆和钻屑的流动。

声波耦合器202可以由对井液和钻井液在化学上惰性并且抗磨损同时还具有声学传导性的任何材料(例如，弹性体或其它材料)制成。这种材料可以是单体或聚合物。合适的材料可包括Teflon^TM、Viton^TM、Plexiglas^TM或任何其它弹性的弹性体。弹性体用于防止与金属细长金属管204共振。在一些实施方式中，耦合到声波发射器的声波耦合器可以由较硬的第一弹性体制成，而耦合到声波传感器的所述一组声波耦合器可以由较软的第二弹性体制成，反之亦然。换句话说，用于声波发射器的所述一组声波耦合器可以由与用于声波传感器的所述一组声波耦合器不同的弹性体制成。在一些实施方式中，耦合到声波发射器的所述一组声波耦合器可以由与耦合到声波传感器的所述一组声波耦合器相同的材料制成。可以选择材料以最小化在各种频带上的声波衰减。不同的材料影响信噪比，这是因为材料能够影响声波的衰减。该材料还需要具有足够的强度和弹性以应对在钻井期间经受的机械、压力和温度以及磨损应力。所选材料可以允许剪切波和压缩波传播通过声波耦合器。

本说明书内描述的任何实施方式可以用于确定地质地层104的机械特性，例如弹性动力和密度。声波速度可以通过比例、弹性模量和泊松比这三个常量与岩石弹性性质相关。这些用作通过声波测井进行机械性能评估的基础。实际上，地质地层104包含不同的孔径、孔隙填充(例如粘土)、裂缝以及其它。因此，地质地层104既不是真正各向同性的也不是均匀的。此外，在流体饱和的岩石中，声波特性还可取决于地质地层104和井筒106二者内存在的流体的类型和体积。这种数据可以有助于在钻井操作期间对主动钻柱进行地质导向。在一些实施方式中，声波子组件，例如子组件200b，可以在钻柱旋转时稳定旋转。也就是说，声波子组件在钻井操作期间可以是径向固定的。虽然在本说明书中在LWD的上下文中已经描述了声波测井，但是类似的原理适用于在钻井已经完成之后利用挠性油管进行测井。

图5是可以与本公开的各方面一起使用的地质导向方法500的流程图。在502处，通过定位在钻柱的井下端部处的旋转钻头，在具有包括气体的多相流体的地质地层中钻偏斜井筒或水平井筒。当在欠平衡条件下进行钻井时，在钻井操作期间，气体的部分被释放到井筒中。

方法500的多个步骤在钻井操作期间发生。在504处，通过附接到钻柱的多个声波发射器将声波从井筒内发射到地质地层中。在506处，来自地质地层的反射声音波通过附接到钻柱的一组固体声波耦合器接收。反射声音波至少部分地通过在钻井期间释放到井筒中的气体的部分从地质地层被携带到固体声波耦合器。在508处，接收到的反射声音波通过固体声波耦合器被传送到一组声波传感器。传感器与固体声波耦合器物理接触。与在钻井期间通过释放到井筒中的气体的部分传送的反射声音波相比，由固体声波耦合器传送的反射声音波被衰减较少。在510处，由多个固体声波耦合器传送的反射声音波被声波传感器接收。在512处，基于通过固体声波耦合器传送到声波传感器的被衰减得较少的反射声音波来确定地质地层的岩石性质。在一些实施方式中，被衰减得较少的反射声音波可被转换成包括声音波被接收的时间、声音波的衰减、声音波的相移、声音波的频率、或任何其它相关数据的数据。然后，数据可以通过软件或操作者被解释以确定岩石性质。

在514处，基于所确定的岩石性质调整钻井方向。在一些实施方式中，可以实时地调整钻井操作，例如钻井方向。实时意味着在确定岩石性质与调整钻井操作之间的持续时间很短，例如，在微秒或纳秒的量级。这种实时的实施方式通过计算机系统(未示出)成为可能，该计算机系统接收表示声波信号的数值作为输入，并提供钻井操作指令作为输出。

因此，已经描述了本主题的特定实施方式。应当理解，尽管在LWD的上下文中讨论了本说明书的各方面，但是类似的实施方式可以用于与挠性油管一起部署的声波测井仪。其它实施方式在所附权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种方法，包括：

通过定位在钻柱的井下端部处的旋转钻头在地质地层中钻偏斜井筒或水平井筒，所述地质地层包括多相流体，所述多相流体包括气体，其中所述气体的部分在钻井期间被释放到井筒中；以及

在所述钻井期间：

通过附接到所述钻柱的多个声波发射器，将声音波从所述井筒内发射到所述地质地层中，

通过附接到所述钻柱的多个固体声波耦合器接收来自所述地质地层的反射声音波，所述反射声音波至少部分地通过在所述钻井期间释放到所述井筒中的所述气体的所述部分而被从所述地质地层携带到所述多个固体声波耦合器，

通过所述多个固体声波耦合器将接收到的所述反射声音波传送到接触所述多个固体声波耦合器的多个声波传感器，其中，与通过在所述钻井期间释放到所述井筒中的所述气体的所述部分传送的所述反射声音波相比，通过所述多个固体声波耦合器传送的所述反射声音波被衰减得较少，

由所述多个声波传感器接收由所述多个固体声波耦合器传送的所述反射声音波，

基于由所述多个固体声波耦合器传送到所述多个声波传感器的被衰减得较少的所述反射声音波来确定所述地质地层的岩石性质，以及

基于所确定的岩石性质来调整所述井筒的钻进方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，钻所述井筒包括：

在欠平衡条件下钻所述井筒。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述井筒的直径小于3.75英寸。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钻柱包括挠性油管。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个固体声波耦合器是多个第一固体声波耦合器，其中所述方法还包括：

通过接触所述多个声波传送器的多个第二固体声波耦合器将由所述多个声波传送器发射的所述声音波传送到所述地质地层。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个第一固体声波耦合器与所述多个第二固体声波耦合器相比具有不同的刚度。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个第一固体声波耦合器与所述多个第二固体声波耦合器相比具有较小的刚度。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

通过所述多个固体声波耦合器使所述钻柱在所述井筒中居中。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个固体声波耦合器接触所述井筒的内壁以将接收到的所述反射声音波传送到所述多个声波传感器。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述井筒的钻进方向基于所确定的所述地质地层的岩石性质被实时地调整。

11.一种底部钻具组合，包括：

钻柱，所述钻柱被配置成放置在井筒中，所述钻柱包括挠性油管；

钻头，所述钻头定位在所述钻柱的井下端部处，所述钻头被配置成在地质地层内形成所述井筒；

钻井马达，所述钻井马达被定位在所述钻头的沿井身向上端，所述钻井马达被配置成使所述钻头独立于所述钻柱旋转；以及

声波子组件，所述声波子组件在所述钻井马达的沿井身向上端附接到所述钻柱，所述声波子组件包括：

多个声波发射器，所述多个声波发射器被配置成从所述井筒内将所发射的声音波发射到所述地质地层中；

多个声波耦合器，所述多个声波耦合器被配置成接收在所述井筒内来自所述地质地层的反射声音波，所述反射声音波是所发射的所述声音波的反射；以及

多个声波传感器，所述多个声波传感器被配置成放置在所述井筒中并附接到所述多个声波耦合器，所述多个声波耦合器被配置成与所述反射声音波从所述地质地层到所述多个声波传感器的直接传送相比以较少的信号衰减将接收到的所述反射声音波从所述地质地层传送到所述多个声波传感器。

12.根据权利要求11所述的底部钻具组合，其中，所述多个声波耦合器的尺寸被设计成接触所述声波传感器并伸入到由所述井筒的内壁和所述声波子组件的外表面形成的环空中。

13.根据权利要求11所述的底部钻具组合，其中，所述多个声波耦合器的尺寸被设计成接触所述井筒的内壁。

14.根据权利要求11所述的底部钻具组合，其中，所述多个声波耦合器中的每一个都以90度的间隔彼此径向地分隔开。

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