[发明专利]钻探方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及地表下或地下钻探用的方法和设备。本发明特别但不排他地应用于碳氢化合物的勘探和抽采领域，并且也应用于减压井钻探。

背景技术

通常使用多种地球物理学的探测技术来定位碳氢化合物聚集或储藏。这些探测识别可能具有有价值的石油和天然气储量的岩石信息。

所采用的传统方式的探测是发送穿透岩石的地震波并测量在位于地表或海底的一个或多个间隔开的接收器(分别为地震检波器或水诊器)所接收的反射波。这通常从位于海面上的探测船来进行或者使用基于陆基的发射器和接收器来进行。不同的岩层和岩石构成例如通过使波反射或衰减而干扰波的传播。反射波数据可由地球物理学家来解读以建立被探测区域的地质模型。一旦探测数据被分析到所感兴趣的潜在构成，便钻探测试钻孔或井以期找到碳氢化合物储量。

抽采碳氢化合物分两阶段来进行。首先，根据探测数据来钻探勘探或测试井。将结构穿透以确定是否存在碳氢化合物。如果存在碳氢化合物，则钻探第二生产井并铺设管线以允许从地下储藏中抽采碳氢化合物。在各井钻过程(勘探或生产)中，由于一些原因，在钻头伸向所感兴趣的地质特征时确定钻头的位置是很关键的。例如，确保在合适的位置将该地质特征穿透是很重要的。这可使钻探时间最短。另一个重要考虑是避开能够损害钻探设备或打断钻探过程的地质灾害。

减压井钻探是另一个特别有挑战的过程，在该过程中，需要将钻探设备精确定位以快速安全地压住泄漏井(在下面将详细讨论)。

由于井的总直径，很难精确测量钻头的位置。通常，井的直径在井的顶部为90-100nm，但在井的底部减小到仅20cm，且井可在地表之下延伸数千米并且经常从井穿透海底之处开始水平延伸数千米(以海下钻探为例)。

在本领域中使用多种技术来指示钻头及钻柱的位置和路径。一个常用方法是使用随钻测井(LWD)测量技术来监视钻探操作。此处，数据从井内装置沿钻柱发送到地面，在地面，可将数据进行解读以确定钻头的位置。例如，全程地结合钻柱的长度来测量钻头的方向(倾斜度和方位角)就可以预测钻头和钻柱的路径。在钻头穿过岩石结构时，登记数据并预测路径。

井内装置可配备有多个传感器，该传感器可进行测量并沿钻柱发回数据。将从井内装置接收的数据与最初探测所测量的期望结构进行比较，为钻探操作者提供了位置数据，该位置数据允许钻探操作者在距离钻机或船非常远的距离处接近所感兴趣的结构。

发明内容

虽然本领域中可使用的系统是精确的且广泛应用于石油勘探工业，但是本发明的发明人们确信能实现钻探技术的显著进步。特别地，发明人们建立了一种方式来通过地质特征实时测量钻井孔的位置和路径并使其可视化，与之相对地，现有方法仅估计或预测钻头位置。

本发明的目的是带来钻探精确度的巨大和显著的进步，其提高了安全性和效率，且具有很多应用。

在此处所描述的本发明的第一方面，提供一种在地下区域定位钻探设备和/或钻孔的方法，该方法包括以下步骤：在地下钻探操作中发送地震波到地下区域，该地震波从远离所述钻探设备的位置发送；检测来自所述钻探设备或钻孔的地震响应；和将所述检测到的响应与所述地下区域的预定的地震探测数据比较以确定所述设备或钻孔的位置。

该方面的钻孔可以是正在进行的钻探所产生的钻孔，或者，也可以是第二钻孔，其例如为现有钻孔，所述现有钻孔期望连通到由所述钻探设备所产生的新钻孔。例如在发生漏油且需要将新钻孔导向漏油井时，能够进行上述操作是特别有利的。在这种情况下，现有的和/或新钻孔的位置的实时数据当然是很有益的。

如上所述，评估钻探操作过程的传统方式是通过钻柱接收数据(例如方向/角度)，并将该数据与钻柱的长度(已知的钻柱将进入井中的距离)和来自以前的勘探钻井探测的转变为深度数据的地震探测数据进行比较。这些已知的技术迄今为止已提供了监视钻探操作过程的最好、最准确的方式。

然而，这些可用的系统仍然具有其局限性。主要的不确定性是，地震数据用地震波的双程传播时间(地震信号向下传播然后返回)来测量到达(例如)储藏目标的深度。在将井打钻至同一目标时，对距离必须要知晓到以米为单位的程度。因此，该深度必须由岩石的声速和地震波的双程传播时间来计算。由于岩石的准确速度是不确定的，因此所测量的以米为单位的深度也将变得不确定。

基于该原因，在很多情况下难以精确地命中目标。特别地，经常会算错到目标的深度。钻探的成本非常高，因此该问题会增加开支，且会增加风险。