CN1707289A - 采用三维景象的自适应钻孔组件显象 - Google Patents

Abstract

一种用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的方法，包括在显示窗口中显示钻孔轨迹；以及在该显示窗口中显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应。

Description

采用三维景象的自适应钻孔组件显象

技术领域

本发明一般涉及用于分析油田勘探中产生的数据的方法和系统。更具体地，本发明涉及简化孔底数据或底孔组件数据的分析的方法和系统。

背景技术

井通常是钻入地下以发现在地质构造中自然沉积的油和气。一口井通过地面上的钻探设备钻入地下并指向目标地层。在钻井过程中或在钻好以后，钻探者经常使用各种传感器来勘测该地层及其成分，例如电阻率传感器，核磁感测器，中子探测器，伽马射线探测器等等。在井钻好后，这些敏感元件可以置在测井电缆上放入井下进行测量。另外，可以在钻探时进行测量或测井(MWD或LWD)。通过MWD或LWD，这些敏感元件包括在底孔组件(BHA)中。典型的BHA包括钻头和容纳各种感测元件的多个子组件(sub)。关于钻孔及钻孔中钻井液的性质或地层及地层流体性质的数据于是被获得。这些数据通常作为孔底的参考数据。

由于地层中沉积层的不同性质，在钻孔不同区域的构造应力和地层流体压力也不同，造成某些区域冲蚀。这些组合因素导致开采出的钻孔形状和尺寸不规则。这些不规则的形状和尺寸会导致BHA产生无规律的动作，例如不同的旋转速度，颤动或振动。BHA的这些无规律的动作将对BHA或孔底数据的精密度产生不利影响。

因此，人们期望能够在三维(3D)钻孔轨迹旁直观显象(visualize)(或再现)BHA和相关数据，以便在3D钻孔轨迹旁，BHA数据能与其它数据，例如测井数据(3D图像)、井径仪数据(3D钻孔形状)等相互关联起来。尤其是，期望能让BHA中的任何异常与其它数据相关联。

钻孔轨迹的显象存在唯一性的问题。瘦长的井孔3D结构(典型地有1英尺或更少的直径和几英里的长度)使得用户很难看到钻孔全图以及同时看到钻孔的详细结构。已公开的由Fleury申请的美国专利申请2003/0043170Al和Terentyev等人申请的美国专利2003/0234782A1，披露了尤其适用于显示3D钻孔轨迹以简化数据分析的方法。由Fleury等人于2003年11月4日申请，共同待审的申请号为10/604,062和10/250,049的美国专利申请，披露了在3D钻孔轨迹旁方便地显示多组地层测量数据的方法。

这些方便的方法和系统还需要准许用户观察3D的BHA数据以及将BHA数据或BHA动作与沿3D钻孔轨迹显示的其它数据关联。

发明内容

本发明的一方面涉及用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括在显示窗口里显示钻孔轨迹；以及在该显示窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应。

本发明的一方面涉及用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括在第一窗口里显示钻孔轨迹；在该第一窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应；以及在第二窗口里显示第一窗口的展开图，其中展开图包括该钻孔轨迹的一部分和底孔组件的相应区段。

本发明的一方面涉及用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的系统。根据本发明的一个实施例的系统包括处理器和存储具有执行下述操作的指令程序的存储器：在显示窗口里显示钻孔轨迹；在该显示窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应。

本发明的一方面涉及用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的系统。根据本发明的一个实施例的系统包括处理器和存储具有执行下述操作的指令程序的存储器：在第一窗口里显示钻孔轨迹；在该第一窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应；以及在第二窗口里显示第一窗口的展开图，其中展开图包括该钻孔轨迹的一部分和底孔组件的相应区段。

本发明的其它方面和优点通过下面的叙述和所附的权利要求书变得显而易见。

附图说明

附图1描绘了能与本发明实施例一起使用的现有技术的计算机。

附图2展示按照本发明的一个实施例的显示系统。

附图3展示按照本发明的一个实施例的钻孔轨迹和BHA的一种显示。

附图4A-4C展示按照本发明的一个实施例确定BHA的显示宽度和透明度的方法。

附图5展示按照本发明的一个实施例的BHA构件的显示。

附图6展示按照本发明的一个实施例的钻孔轨迹和BHA的另一种显示。

附图7展示按照本发明的一个实施例的用于将BHA显示到钻孔轨迹旁边的方法。

附图8展示按照本发明的一个实施例的在钻孔轨迹里面的BHA的显示。

附图9展示按照本发明的一个实施例的用于在不同显示窗口之间同步的系统。

具体实施方式

本发明的实施例涉及在3D钻孔轨迹旁显示底孔组件(BHA)以便BHA数据易于与钻孔结构和/或地层性质测量相关联的方法。根据本发明的方法包括在一个或多个显示窗中显示BHA和3D钻孔轨迹，每个窗口显示不同分析的不同景象(scene)。同步系统用于各窗口的同步显示，以便在所有窗口上显示的是所勘测的钻孔区段上的相同关注点(POI)。

本发明的实施例可以在任何计算机上完成。附图1示出了能与本发明实施例一起使用的普通计算机。如图所示，计算机包括显示屏110、主单元100以及诸如键盘106和鼠标108的输入装置。该主单元100包括中央处理器102和存储器104。存储器104可存储具有实现本发明方法的指令的程序。

可通过使用一个或多个由计算机处理器可读的程序存储装置以及编码一个或多个计算机可执行的指令程序来实现该编程。程序存储装置可采用这种形式：例如，一个或多个软磁盘；CD ROM或其它光盘；磁带；只读存储器芯片(ROM)；以及其他现有技术或后来开发的公知形式。指令程序可以是目标代码或源代码。在这里程序存储装置和指令编码的精确形式是不重要的。

附图2描绘了按照本发明的一个实施例的用于显示BHA和钻孔轨迹的示范性系统。如图所示在本范例中，系统200包括两个窗口：大视图窗口220和小视图窗口240。本领域技术人员知道本发明的实施例可使用任何数量的窗口用于显示，在本说明书范例中采用的窗口数目并不旨在限定本发明。大视图窗口220可包括一个单一窗口，用于与BHA一起显示钻孔轨迹的长区段或整个钻孔轨迹以便给用户一个良好的整井透视图。在某些实施例中，大视图窗口220包括更多的子窗口，例如两个子窗口221和223。在这种情况下，子窗口221用来显示BHA和3D钻孔轨迹，而子窗口223用来显示与子窗口221中显示的钻孔区段相对应的常规测井记录。子窗口221和223中的显示可以同步，以便改变一个子窗口中钻孔轨迹的显示区段时，另一子窗口也相应改变。

小视图窗口240可包括一个单一窗口，用于更详细地显示钻孔轨迹和BHA的小区段，以便允许用户分析BHA或钻孔的相关数据。在某些实施例中，小视图窗口240包括不止一个子窗口，例如两个子窗口241和243。在这种情况下，子窗口241用于显示BHA和3D钻孔轨迹，而子窗口243用于显示与子窗口241中显示的图像相对应的常规2D线图(测井纪录)。在某些实施例中，子窗口241和243中的显示可以同步，以便改变一个子窗口中钻孔轨迹的显示区段时，另一子窗口也相应改变。

同步系统也允许大视图窗口220和小视图窗口240中的显示同步。例如，3D轨迹可被转换，以便关注点(POI)移动到第一视图中3D轨迹上的新位置。然后，同步系统保证其它视图与更新过的第一视图同步，以便反映第一视图中的变化。因此，用于显示BHA数据的本发明的实施例，包括利用大视图窗口、小视图窗口、和它们之间的相互作用来显象BHA数据的方法。

大视图中的BHA

以最普通的方式，BHA在钻孔内部显示，如图8所示，稍后将相对于小视图窗口更详细地描述。然而，由于人们通常只对沿着钻孔的BHA的轴向位置感兴趣，所以BHA也可显示在钻孔轨迹外侧。为了在钻孔轨迹外侧显示BHA同时允许钻孔轨迹仍保持可见，BHA可以以半透明(或透明)颜色的形式与钻孔同心显示，或者在钻孔轨迹旁边显示。应该注意本说明书中通用的“半透明”包括半透明和透明。

根据本发明的实施例，BHA结构和位置通过一系列的设置在井轨迹周围的半透明圆柱来显象，如附图3所示。每一圆柱的透明度可以以多种方式限定。例如，BHA圆柱以类似的透明度显示。可选地，依据一个或多个诸如摄像机位置和放大因素等选择参数，每一BHA圆柱的透明度可以不同。如附图3所示，BHA圆柱301邻近摄像机，所以它就以较透明的形式显示以便用户能轻易地看到3D钻孔轨迹。BHA圆柱302离摄像机较远，在这种情况下，它就以比较不透明的形式绘制，用户不能观察到详细图像，只是希望能看到BHA部件沿钻孔轨迹的位置。

在某些实施例中，圆柱半径也由摄像机位置和放大因素确定。本领域普通技术人员知道实现这一目的的多种方法。例如，BHA圆柱的透明度和半径根据下述方法确定。

钻孔中BHA的形状(或钻孔中BHA横断的轨迹)可描绘为一系列圆柱区段。BHA圆柱的每一区段的长度可以选择得便于显示(例如10英尺或20英尺的区段)或者由作为轨迹总长度的函数来确定。可选地，BHA圆柱长度可选择为与钻井时使用的BHA部件的实际长度相对应。

通过将BHA描绘成一系列圆柱区段，BHA区段的透明度可按照它们沿轨迹的相关位置简单地确定。可选地，BHA特殊区段的透明度可根据其与摄像机的距离来确定。

附图4A-4C展示一种将BHA区段半径和透明度确定为其与摄像机的距离的函数的方法。如图4A所示，根据摄像机的位置计算作为屏幕上透视投影的圆柱的屏幕宽度(或者显示宽度)。例如，屏幕宽度41可确定为BHA区段43与摄像机44之间的距离42的倒数和BHA圆柱的实际宽度45的函数。附图4C描绘了这样一个函数的图像。如图所示，垂直轴显示BHA区段的圆柱宽度(以像素方式)和水平轴显示投影圆柱宽度(以像素方式)。所示的圆柱宽度线性地取决于投影宽度，反之亦然。描绘这种关系的线46有一个斜率，它是摄像机(如附图4A中44所示)与BHA圆柱(如附图4A中43所示)之间的距离(如附图4A中42所示)的函数。

一旦确定了特殊区段的屏幕宽度，该屏幕宽度可用来确定圆柱的透明度。本领域普通技术人员应该理解可以使用各种函数(如线性、双曲线等)来根据区段半径确定透明度。附图4B描绘了一个范例，其中BHA区段的透明度按照显示的圆柱半径的双曲线函数47来确定。

在某些实施例中，如果钻孔中的BHA的深度是主要要素时，BHA可以描绘成简单的圆柱。在某些实施例中，BHA可用与各种BHA部件(如稳定器等)的形状相应的3D形状描绘，以便使各种部件容易识别。在某些实施例中，BHA中的不同部件除了不同透明度外还可以以不同颜色显示。例如，允许用户对BHA的不同部件定制不同颜色。本领域普通技术人员可以理解，根据本发明的实施例，3D形状、颜色以及透明度可任意组合地用来描绘BHA。此外，显示动画(animation)(例如闪烁或动作)，如下文所叙述，可用来强化BHA显象。

附图5展示以不同颜色显示BHA的各部件的一个实施例。这样在摄像机拉远缩小时用户仍能容易辨别这些部件。此外，这样促进了BHA数据和相应的BHA部件间的相关性，使得分析更加容易。

本发明的实施例尤其适于BHA相关数据的显象，例如旋转、冲击等。某些BHA相关数据可以显示为动画。例如，所显示的BHA的旋转或摆动可用来展示在钻井操作中产生的BHA的旋转或摆动。例如，如附图5所示，用户能在3D显示中通过采用鼠标点击选择或其它任何输入装置(如键盘)来选择BHA部件51。然后，显示出与所选部件51相关的信息52(例如，名称、特性、操作参数、旋转以及冲击)。也允许用户对所选部件执行各种操作，例如将该部件的旋转或冲击做成动画。除了BHA部件的“显象”和BHA相关数据外，也可单独采用或与“显象”组合采用可听信息来提供BHA相关数据。例如，当用户选择BHA部件时，其名称(及其相关参数)可以向用户播发出来。类似地，在钻井操作中BHA经历的旋转和冲击可采用声音效果模拟。

上述范例将BHA显示为在钻孔轨迹外侧但是与之同心的一系列圆柱。将BHA显示为一系列透明圆柱为用户提供沿钻孔方向的BHA位置的感性认识，以及允许用户同时观察3D钻孔轨迹。

如上所述，BHA可在钻孔轨迹旁边显示。在这种情况下，不必将BHA显示为透明圆柱。相反，BHA可着色呈现(render)为表面形状(指“形状模式”)，如附图6所示。本领域公知的任何表面着色算法都可用于这一目的。这一“形状模式”为用户提供关于BHA部件的类型和直径的视觉信息。在该形状模式中，如果钻孔轨迹以透明颜色显示，BHA可设置在钻孔轨迹图像里面，例如参见附图8。可选地，BHA形状可在钻孔旁(外侧)显示，如附图6所示。

如果BHA形状设置在钻孔轨迹旁侧时，最好具有这样一种绘制BHA形状的算法，即当摄像机(用户视点)移动时它不会被钻孔轨迹遮挡。这一算法自动以这样一种方式计算这些BHA部件的形状离开钻孔轴线的偏移，即BHA形状总是位于轨迹前面(在轨迹和摄像机之间)或在轨迹旁边，如附图7所示。

附图7展示一种能保证BHA形状的显示不被钻孔轨迹遮挡的方法。例如，可沿钻孔轨迹73里的井轴线72首先计算BHA形状71。这个步骤将BHA部件与其各自的测量深度对准。接着，BHA形状被平移到钻孔轨迹73外面并显示为BHA形状71a，其在钻孔轨迹的侧边，或投影在摄像机与钻孔轨迹之间的距离处。

此外，也允许用户相对钻孔轨迹移动BHA形状(手动移动模式)，最好仅仅围绕钻孔轨迹移动(即与钻孔轴线正交)，以便BHA形状的测量深度(MD)(它是从轨迹开始的钻孔长度)，保持与钻孔轨迹的MD对准。此外，在手动移动模式里，允许用户将BHA形状完全、部分地放在钻孔轨迹的里面或者完全放在钻孔轨迹外面。这种手动移动可以根据例如附图7所示的方法，通过允许用户确定BHA形状71a相对于钻孔轴线72的偏移来实现。手动调整BHA偏移使得用户能以最佳方式显示BHA数据以便将其与其它3D轨迹或地层测量数据相关联。

如上所述，BHA中不同部件以不同形状和/或颜色显示(参见附图5)。这样使得用户在摄像机拉远缩小时仍能轻易地辨别这些部件。此外，这样促进了BHA数据与相应的BHA部件间的关联，使得分析更加容易。

此外，将BHA和3D钻孔轨迹一起显示为一组3D半透明的或成形的圆柱体，虑及了用图表表示BHA部件附加信息的显象。例如，通过改变颜色、闪烁、或改变圆柱形状，能够显示BHA动作(例如冲击和振动)以及其它BHA数据，以便高亮或对比BHA动作或数据。

小视图中的BHA

当为用户提供BHA相对于3D钻孔轨迹的位置透视图的大视图时，还在同一大视图窗口上提供关于BHA数据、钻孔数据或地层测量数据的详细信息，是不太实际的。因此，本发明的一些实施例还包括在大视图窗口旁边的小视图窗口。

根据本发明的某些实施例，小视图窗口中的BHA最好显示为一组部件形状。与大视图窗口中的一样，小视图窗口中的BHA形状可在钻孔里面、部分在钻孔外、或完全在钻孔外显示。如果BHA形状显示在钻孔里面，如图8所示，钻孔以半透明形状显示，以便不遮挡到BHA部件。此外，为易于辨别以及与BHA数据关联，BHA部件可以用不同颜色显示。此外，当显示BHA形状时，这些部件最好与其各自的尺寸和形状成比例显示，以便用户能将它们的位置与钻孔形状(井径仪数据)相关联。

在某些实施例中，BHA部件可以被做成动画。做成动画的动作可仅仅是与钻井过程中BHA的实际动作无关的说明性的动作。在某些实施例中，这些动画可以与钻井过程中BHA的实际动作相关，即，建立实际的钻井和测量操作的模型(建模模式)。在建模模式中，BHA的旋转速率和穿透速率(ROP)可根据操作纪录重建。这样促进了BHA数据与钻孔几何结构之间关联。此外，建模模式也使得由BHA的异常动作(振动或摇动)产生的在BHA数据或地层测量数据中的任何异常容易辨别。

在小视图中，BHA部件也可与部件的相关信息一起显示：部件类型、旋转速率、应力或振动、以及其它信息。用户可通过用鼠标(或任何输入装置)拾取所感兴趣的部件与BHA相互作用。用户然后可在所选部件上执行所期望的动作，例如移动或旋转井中的部件。

在某些实施例中，大视图窗口(附图4中420)中的显示可与小视图窗口(附图4中440)中的显示同步。类似地，大视图窗口或小视图窗口中的子窗口里的显示可以同步。在同步模式下，在其中一个窗口中的任何操作也更新其它窗口中的相应显示。

附图9显示了描绘按照本发明的一个实施例的示范性的同步系统的图。如附图9所示，根据本发明的同步系统900，例如，可支持下面的同步模式：大视图到小视图(BS)同步模式902，子窗口到子窗口(SW)同步模式904，和非同步模式(906)。应该注意到BS同步模式902和SW同步模式904可以单独或一起采用。当一起采用时，它们提供大视图，小视图，以及子窗口之间的同步。

在BS同步模式902下，大视图或小视图窗口中产生的变化都会影响两个窗口。例如，用户在大视图窗口中沿钻孔轨迹移动BHA时，小视图窗口中的相应显示也更新到相同的MD区段，反之亦然。在某些实施例中，大视图窗口和小视图窗口中的导航可以同步。例如，如果用户在小视图窗口中旋转钻孔轨迹，大视图窗口中的相应显示随之更新以与小视图窗口中所示的视图匹配。

在SW同步模式904下，一个子窗口中的显示与另一子窗口中的相应显示同步。因此，在其中一个子窗口中产生的变化会更新另一子窗口中的显示，反之亦然。在本发明的某些实施例中，BS同步模式902和SW同步模式904可一起使用。

在非同步模式906下，没有窗口互相同步。因此，任何窗口中产生的变化不会影响到其它窗口。

本发明的优点包括下面叙述的一个或多个。根据本发明的方法允许便利地将BHA形状和数据与3D钻孔轨迹一起显示，使BHA数据分析简易。BHA形状可以在钻孔轨迹里面、部分在钻孔轨迹里面或完全在其外面显示。不同的透明度、颜色和形状可用来展示不同的BHA部件。

根据本发明的某些实施例，BHA和钻孔轨迹在大视图窗口中显示，以便用户获知BHA在轨迹中的相关位置。同时，BHA可与钻孔轨迹一起在小视图窗口中显示，以包括BHA数据和/或钻孔或地层数据的细节。小视图窗口中的显示使得详细的数据分析简易化了。

在某些实施例中，BHA可以做成动画以再现钻井操作中BHA的动作。能使BHA数据与钻孔几何形状以及其它的地层测量数据相关联，使得能够辨别和校正BHA数据中任何异常。

虽然本发明按照有限数量的实施例描述，本领域技术人员得益于该公开可以理解也可以设计不脱离如本文披露的本发明的范围的其它实施方式。因此本发明的范围通过所附的权利要求书限定。

Claims (17)

1、一种用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的方法，包括：

在显示窗口中显示钻孔轨迹；和

在该显示窗口中显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应。

2、根据权利要求1所述的方法，其中底孔组件可在钻孔轨迹里面按照表面形状着色呈现，并且钻孔轨迹以半透明颜色显示。

3、根据权利要求1所述的方法，其中底孔组件在钻孔轨迹外面显示，并且其中底孔组件以半透明颜色显示。

4、根据权利要求3所述的方法，其中底孔组件采用具有不同透明度的区段显示。

5、根据权利要求4所述的方法，进一步包括与底孔组件的区段相关的显示信息。

6、根据权利要求1所述的方法，进一步包括将显示的底孔组件做成动画。

7、根据权利要求6所述的方法，其中动画与钻井操作中底孔组件的动作相对应。

8、一种用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的方法，包括：

在第一窗口显示钻孔轨迹；

在该第一窗口显示底孔组件，以便钻孔轨迹和底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应；以及

在第二窗口里显示第一窗口的展开图，其中展开图包括该钻孔轨迹的一部分和底孔组件的相应区段。

9、根据权利要求8所述的方法，其中底孔组件在钻孔轨迹里面按照表面形状着色呈现，并且钻孔轨迹以半透明颜色显示。

10、根据权利要求8所述的方法，其中底孔组件在钻孔轨迹外面显示，并且其中底孔组件以半透明颜色显示。

11、根据权利要求10所述的方法，其中底孔组件采用具有不同透明度的区段显示。

12、根据权利要求11所述的方法，进一步包括与底孔组件的区段相关的显示信息。

13、根据权利要求8所述的方法，进一步包括将显示的底孔组件做成动画。

14、根据权利要求13所述的方法，其中动画与钻井操作中底孔组件的动作相对应。

15、根据权利要求8所述的方法，其中第一窗口和第二窗口同步，以便其中一个窗口中的关注点上的变化会导致另一窗口中关注点的变化。

16、一种用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的系统，该系统包括处理器和存储具有执行下述操作的指令程序的存储器：

在显示窗口里显示钻孔轨迹；和

在该显示窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应。

17、一种用于将底孔组件与钻孔轨迹一起显示的系统，该系统包括处理器和存储具有执行下述操作的指令程序的存储器：

在第一窗口里显示钻孔轨迹；

在该第一窗口里显示底孔组件，以便钻孔轨迹与底孔组件平行并且底孔组件的测量深度与钻孔轨迹的测量深度相对应；以及

在第二窗口里显示第一窗口的展开图，其中展开图包括该钻孔轨迹的一部分和底孔组件的相应区段。

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