專利名稱：用于井配置和儲集層特性的設(shè)備以及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下勘探領(lǐng)域，更具體地說是涉及用來限定地下參數(shù)和井方位的技術(shù)。本發(fā)明一般應(yīng)用于測井技術(shù)，但是本發(fā)明在隨鉆錄井(LWD)、隨鉆測量(MWD)和定向鉆井(大地操縱法)應(yīng)用場合中特別有用。
背景技術(shù)：
多種電磁(EM)測井工具已在地下勘探領(lǐng)域中使用多年。這些測井工具或者儀器各自具有一個(gè)裝備著多根天線的細(xì)長支承物，所述天線可起到源(發(fā)射器)或傳感器(接收器)作用。在這些工具上的多根天線通常被形成為導(dǎo)線的環(huán)或者線圈。在工作中，發(fā)射器天線由交流電供能以便通過鉆探孔液體(“泥漿”)并進(jìn)入周圍巖層地發(fā)射EM能量。發(fā)射出的能量與鉆探孔和巖層相互作用而產(chǎn)生信號，所述信號由或更多接收器天線探測出和測量。探測出的信號反映出與該泥漿和巖層的相互作用。測量結(jié)果還受泥漿滲漏侵入影響， 該滲漏侵入改變井眼附近巖石的性能。通過處理探測出的信號數(shù)據(jù)，就能限定一個(gè)記錄或者巖層輪廓和/或鉆探孔性能。測量所得地下參數(shù)的處理通過一種通常稱之為倒置技術(shù)的方法來進(jìn)行。倒置處理通常包括對在測井儀器周圍的地上巖層的幾何形狀以及巖層性能做出一個(gè)最初評定或者模型。該最初模型參數(shù)可出自此項(xiàng)技術(shù)中已知的多種方法。根據(jù)該最初模型計(jì)算出一個(gè)預(yù)期的測井儀器響應(yīng)。然后將算出的響應(yīng)與該測井儀器量出的響應(yīng)進(jìn)行比較。使用該算出響應(yīng)和量出響應(yīng)之間的差別來調(diào)整該原始模型的參數(shù)。調(diào)整后的模型被用來再次計(jì)算該測井儀器的預(yù)期響應(yīng)。將用于該調(diào)整后模型的預(yù)期響應(yīng)與量出的儀器響應(yīng)進(jìn)行比較，并使用它們之間的任何差別來再次調(diào)整該模型。這個(gè)過程通常被重復(fù)到該預(yù)期響應(yīng)和量出響應(yīng)之間的差別降落到一個(gè)預(yù)先選定閥值之下為止。美國專利No. 6，594，584描述多種現(xiàn)代倒置技術(shù)，因此將其整個(gè)收復(fù)編于此作為參考。由于LWD和MWD工具的有效性，使用電阻率測量結(jié)果的實(shí)時(shí)井布置已被該產(chǎn)業(yè)使用。這種應(yīng)用通常被稱之為大地操縱法。在大地操縱法中，實(shí)時(shí)鉆探孔位置相對于已知地質(zhì)標(biāo)記的評定通過多項(xiàng)電阻率記錄性能的相互關(guān)系來執(zhí)行。由于通常沿著鉆環(huán)緊靠安置一個(gè) LMD工具的電阻率傳感器，只能獲得受限制的徑向電阻率，從而限制了巖層地質(zhì)模型知識和評定的程度。只有在引入具有幾十米發(fā)射器接收器距離的傳感器情況下，才能獲得一個(gè)較深的徑向電阻率。具有幾十米發(fā)射器接收器大間距的Schlumberger超深電阻率(UDR)感應(yīng)工具已成功地進(jìn)行試驗(yàn)。該工具的一個(gè)應(yīng)用場合是限定一個(gè)遠(yuǎn)離井道7-11米的油-水接觸 (OWC)位置。標(biāo)題為“Method and Apparatus for Measuring Resistivity of a Earth Formation”并授予Seydoux等人的美國專利No. 6，188，222以及Seydoux等人的標(biāo)題為 "Systems for Deep Resistivity While Drilling for Proactive Geosteering，，的美國專利申請系列號10/707，985提供這些工具及其使用的進(jìn)一步描述。該‘222專利和‘985 申請被指派給本發(fā)明代理人并整個(gè)收編于此作為參考。
該LWD超深電阻率基本工具結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)獨(dú)立的鉆探替代物(一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器)，它們布置在其它鉆探工具中間的一個(gè)BHA中，從而提供大的發(fā)射器-接收器間距。 用這個(gè)工具獲得的基本測量結(jié)果由不同頻率處的感應(yīng)振幅組成，以便允許用具有寬廣范圍電阻率的電阻率對照物來限定不同巖層邊界。該測量結(jié)果被用于對于一個(gè)最佳參數(shù)化巖層模型的倒置，從而在實(shí)際工具測量結(jié)果和該工具在這種巖層模型內(nèi)預(yù)期測量結(jié)果之間給出最好的吻合。圖1表示在使用中的MWD工具實(shí)例。在圖1結(jié)構(gòu)中，鉆桿柱10通常包括如圖所示懸掛在鉆過地上巖層9的鉆探孔13內(nèi)的傳動鉆桿8、多種長度的鉆管11以及鉆環(huán)12。在該鉆桿柱下端的鉆頭14通過驅(qū)動軸15轉(zhuǎn)動，所述驅(qū)動軸連接在鉆探馬達(dá)組件16上。這臺馬達(dá)由鉆探泥漿提供動力，該泥漿循環(huán)流動，向下通過鉆桿柱10的孔并經(jīng)過鉆探孔環(huán)狀空間13a向上回到地面。馬達(dá)組件16包括驅(qū)動鉆頭14和折曲外殼17的動力部分(定子/ 轉(zhuǎn)子或者渦輪)，所述外殼在其彎曲位置形成小的折曲角度，從而使鉆探孔13在該折曲角度平面內(nèi)折曲并逐漸形成新的鉆探孔斜度。該折曲外殼可以是具固定角度裝置，或者可以是地面可調(diào)節(jié)組件。該折曲外殼還可以是如同美國專利No. 5，117，927中披露的向下鉆探可調(diào)組件，該專利被收編于此作為參考。作為替代，馬達(dá)組件16可包括筆直的外殼并能與折曲替代物結(jié)合使用，所述折曲替代物是在本領(lǐng)域中眾所周知的并布置在馬達(dá)組件16上方的鉆桿柱內(nèi)以便提供該折曲角度。在這個(gè)鉆桿柱馬達(dá)組件16上方是傳統(tǒng)的MWD工具18，它具有測量種種向下鉆探參數(shù)的傳感器。鉆探、鉆頭和地上巖層參數(shù)是由該MWD系統(tǒng)測量的參數(shù)類型。鉆探參數(shù)包括該BHA的方向和斜度。鉆頭參數(shù)包括多種測量結(jié)果例如鉆頭上重量(WOB)、鉆頭上扭矩和驅(qū)動軸速度。而巖層參數(shù)包括多種測量結(jié)果例如天然伽馬射線發(fā)射物、該巖層的電阻率以及表征該巖層的其它參數(shù)。由該MWD系統(tǒng)取得并表示這些向下鉆井參數(shù)和特征的測量信號由發(fā)射器以實(shí)時(shí)方式遙控傳送到地面，或者記錄在存儲器中以便在該BHA回到地面時(shí)使用。盡管多種現(xiàn)有技術(shù)的深度讀出電阻率工具(例如UDR)在大地操縱應(yīng)用中被證明是非常寶貴的，其中仍留下一種需要進(jìn)一步改進(jìn)能用于大地操縱和/或其它應(yīng)用場合的深度讀出電阻率工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種具有模塊化結(jié)構(gòu)的電阻率陣列。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的 電阻率陣列包括具有至少一天線的發(fā)射器模塊，其中該發(fā)射器模塊具有位于兩端并適于與其它井下工具連接的連接器；以及具有至少一天線的接收器模塊，其中該接收器模塊具有位于兩端并適于與其它井下工具連接的連接器；并且在其中該發(fā)射器模塊和該接收器模塊在鉆桿柱上隔開并被至少一井下工具分離。每個(gè)發(fā)射器和接收器模塊可包括至少一具有磁矩取向不局限于該工具縱向的天線線圈。在多于天線的情況下，所有天線取向向量可以是線性獨(dú)立的。如果和只有當(dāng)水平連結(jié)該向量的組分構(gòu)成的矩陣具有等于該向量數(shù)量的秩時(shí)，一組向量才是線性獨(dú)立的。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及電阻率工具。根據(jù)一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率工具包括適于在鉆探孔內(nèi)運(yùn)動的工具本體；以及安置在該工具本體上的至少三個(gè)模塊(替代物)，其中該至少三個(gè)模塊不是沿著該工具本體的縱向軸線相等地隔開，使得該至少三個(gè)模塊的組合體包括不同間距的電阻率陣列。本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及電阻率工具。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率工具包括適于在鉆探孔內(nèi)運(yùn)動的工具本體；電阻率傳感器，它安置在該工具本體上并包括形成至少一陣列的多個(gè)模塊；以及附加天線，它安置在該工具本體上并與該電阻率傳感器沿著該工具本體的縱向軸線隔開，其中該附加模塊和該電阻率傳感器內(nèi)的該多個(gè)模塊之一形成具有大于大約90英尺間距的陣列。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及多種記錄同時(shí)鉆井的工具。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的記錄同時(shí)鉆井的工具包括安置在鉆桿柱一端的鉆頭；第一模塊，它安置在該鉆桿柱上并貼近該鉆頭或在該鉆頭內(nèi)；以及至少一安置在該鉆桿柱上并且與該第一模塊隔開的附加模塊；其中該第一模塊具有至少一磁矩取向不局限于該縱向的天線，而且該至少一附加模塊包括磁矩取向線性獨(dú)立的三個(gè)天線。本發(fā)明的又一個(gè)方面涉及用于巖層電阻率測量的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種用于巖層電阻率測量的方法包括使用在電阻率陣列內(nèi)的發(fā)射器天線將電磁能量發(fā)射到一個(gè)巖層內(nèi)部，其中該發(fā)射用根據(jù)選定脈沖圖表的多個(gè)頻率來執(zhí)行；以及用該多個(gè)頻率中的每個(gè)頻率探測出信號，該信號在與該電阻率陣列內(nèi)的該發(fā)射器天線隔開的接收器天線內(nèi)感
應(yīng)產(chǎn)生。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及用來設(shè)計(jì)電阻率陣列的方法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用來設(shè)計(jì)電阻率陣列的方法包括估計(jì)儲集層的厚度；以及在鉆桿柱上安置發(fā)射器和接收器， 使得在該發(fā)射器和該接收器之間的間距不小于估定的該儲集層厚度。閱讀下面的說明書和所附權(quán)利要求會使本發(fā)明的其它方面更加明白。


圖1表示能與本發(fā)明實(shí)施例一起使用的現(xiàn)有技術(shù)鉆探設(shè)備和鉆桿柱。圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率陣列。圖3表示根據(jù)另一本發(fā)明實(shí)施例的電阻率陣列。圖4表示用于IOkHz振幅測量結(jié)果的勘測深度實(shí)例，該測量結(jié)果是用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的不同發(fā)射器_接收器距離獲得的。圖5表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率陣列。圖6也表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率陣列。圖7A和7B表示傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)振幅響應(yīng)。圖7C和7D表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的振幅響應(yīng)。圖8表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的定序方法。圖9表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電阻率陣列。圖10表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的天線模塊。而圖1IA-IIF表示帶有本發(fā)明實(shí)施例電阻率對照物的平邊界用不同測量結(jié)果。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有改進(jìn)性能的電阻率陣列。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及在巖層測定中使用這些工具的方法。本發(fā)明實(shí)施例可允許用于更復(fù)雜巖層模型(即具有參數(shù)的巖層模型)的倒置和/或可能改 進(jìn)電阻率測量結(jié)果倒置的強(qiáng)度(不限定性減少)。某些本發(fā)明實(shí)施例可增加巖層電阻率評定的適應(yīng)性，其方法為，提供更多測量結(jié)果，而且每個(gè)測量結(jié)果對于不同巖層模型可具有不同的響應(yīng)。某些本發(fā)明實(shí)施例提供具有模塊化結(jié)構(gòu)的電阻率陣列。該模塊化結(jié)構(gòu)促進(jìn)形成用于不同測量需要的不同工具結(jié)構(gòu)形式。例如，用增大發(fā)射器、接收器組合體數(shù)目的方法(例如具有四個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器從而形成四發(fā)射器_接收器陣列的實(shí)例)，能達(dá)到更大的勘測深度。某些本發(fā)明實(shí)施例可包括天線，它們能起到收發(fā)機(jī)(即如同發(fā)射器加上接收器) 的作用。這進(jìn)一步提供工具結(jié)構(gòu)形式的適應(yīng)性。在這個(gè)器械中，對于同樣數(shù)量的模塊來說能獲得更大數(shù)量的發(fā)射器、接收器組合體。還能以類似于由Minerbo等人發(fā)布的美國專利申請No. 2003/0085707 Al的方式在不增大工具長度的情況下獲得定向測量結(jié)果的對稱性。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及在離開接收器較大距離(例如大于90英尺)處具有發(fā)射器替代物的多種工具，從而提供對于儲集層復(fù)雜性的有選擇靈敏度。這樣一種實(shí)施例可具有放置在(遠(yuǎn)離)傳統(tǒng)底孔組件外側(cè)的單獨(dú)提供動力的發(fā)射器替代物。為了提供預(yù)測能力，某些本發(fā)明實(shí)施例涉及在鉆頭處或者其內(nèi)側(cè)，或者緊靠鉆頭布置發(fā)射器。這種實(shí)施例可能具有單獨(dú)提供動力的系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳遞能力。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有至少一放置在分離井或者鉆探孔內(nèi)的模塊。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及使用對于預(yù)期巖層來說特定的測量頻率的巖層電阻率評定方法。該頻率范圍例如可高達(dá)200k Hz0某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有現(xiàn)有LWD電阻率陣列的本發(fā)明組合模塊。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及多種線圈結(jié)構(gòu)，它們具有多個(gè)繞組以便允許同一天線用于寬廣的頻率范圍。所述多個(gè)繞組可呈串聯(lián)或并聯(lián)連接。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及增強(qiáng)對于相位、相對相位和振幅以及相位改變和衰減(傳播)的振幅測量結(jié)果，它需要一個(gè)替代物以便包括兩根具有在十英尺范圍相對較大間距的接收器天線。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有或不具有金屬屏蔽件的定向天線(共同安置或十分接近)的器械。工具模塊性某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有模塊化結(jié)構(gòu)的電阻率陣列。其中使用的“電阻率陣列” 是一種結(jié)構(gòu)形式，它包括至少一接收器模塊以及至少一安裝在鉆桿柱不同位置處的發(fā)射器模塊。該模塊化結(jié)構(gòu)允許發(fā)射器和接收器天線被布置在BHA內(nèi)的不同位置，或者在BHA上方鉆桿柱內(nèi)的位置。例如，圖2表示電阻率陣列，它包括布置在BHA內(nèi)的其它LWD或MWD工具27、28、29、30之間的四個(gè)發(fā)射器模塊21、22、23、24以及一個(gè)接收器模塊25。借助于將發(fā)射器和/或接收器模塊插在標(biāo)準(zhǔn)BHA上的不同位置，如圖2所示，或者插在鉆桿柱上，就能施行專門深度的勘測，從而最佳化使用這種深電阻率測量結(jié)果的巖層模型倒置過程。例如， 在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器模塊21可離開接收器模塊25大約90至100英尺。此外，可將一個(gè)或多個(gè)模塊放置在近處的鉆探孔中以便提供大間距陣列。上文提及的‘985申請披露一種可包括發(fā)射器和接收器模塊的超深電阻率陣列。 該‘985申請討論勘測深度(“DCT”)以及一個(gè)發(fā)射器和相應(yīng)接收器天線的間距之間的關(guān)系，其結(jié)果是該關(guān)系為較大間距導(dǎo)致DCT的相應(yīng)增加。本發(fā)明已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該關(guān)系保持正確，然而增大該間距使一個(gè)接收器探出和耦合來自一個(gè)發(fā)射器的信號的能力復(fù)雜化。本發(fā)明實(shí)施例可在一個(gè)發(fā)射器或接收器模塊內(nèi)使用一種三軸向天線，其中該三軸向天線模塊具有三個(gè)天線，它們具有沿著三個(gè)不同方向的磁矩。該三軸向天線模塊會確保該三軸向天線的至少某些橫向元件能與一個(gè)相應(yīng)發(fā)射器或接收器的橫向元件基本上耦合。使用一個(gè)三軸向天線收發(fā)機(jī)(或接收器)是有利的，這是因?yàn)樵诮M成鉆桿柱時(shí)，確保一個(gè)單獨(dú)的天線發(fā)射器將與一個(gè)單獨(dú)的天線接收器對準(zhǔn)是困難的，而且該困難隨著間距加大而增加。相反，該三軸向天線收發(fā)機(jī)(或接收器)會總是具有一個(gè)元件基本上與該電阻率陣列中一個(gè)相應(yīng)接收器(或發(fā)射器)的磁矩對準(zhǔn)。此外，該三軸向天線允許限定巖層特征例如傾斜角、各向異性和肩床效應(yīng)。 圖4表示用于IOkH2振幅測量的勘測深度實(shí)例，所述測量是在存在帶有1至10歐姆電阻率對照物的邊界情況下用10，30，60和90英尺的發(fā)射器-接收器距離獲得的。假定鉆桿柱(因而電阻率陣列)平行于該邊界并位于離開該邊界不同距離處。如圖4所示，10 英尺陣列對于該邊界不很敏感，它只在該邊界附近表示一個(gè)輕微大小的改變。30英尺陣列比較敏感，它在該邊界邊表示一個(gè)明顯轉(zhuǎn)變。60英尺陣列更加敏感，它在該邊界周圍表示非常顯著的電阻率轉(zhuǎn)變。在這個(gè)發(fā)射器-接收器間距處，信號大小在離開該邊界大約20-40 英尺處開始改變。而在90英尺情況下，該信號大小改變甚至更為極度。顯而易見，不同勘測深度的結(jié)合提供不同輻射距離處的地質(zhì)巖層區(qū)別。該模塊化結(jié)構(gòu)易于成形用于不同陣列間距的工具。還有，使用或更多三軸向天線作為發(fā)射器和/或接收器加大可達(dá)到的間距，于是提供DOI的相應(yīng)增加。作為收發(fā)機(jī)的樽塊化替代物某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有收發(fā)機(jī)天線的電阻率陣列結(jié)構(gòu)。在這些工具中天線不是設(shè)計(jì)成分離的發(fā)射器或接收器。而是同一天線起到發(fā)射器或者接收器的作用。除了具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢之外，這種增強(qiáng)用相同數(shù)量的替代物提供更大的勘測深度，如圖3所述。圖3表示具有三個(gè)替代物41、42、43的工具組件40，這些替代物形成帶有D和DX2 間距的兩個(gè)陣列。由于天線41和43能起到一個(gè)發(fā)射器或接收器作用，具有間距DX3的第三陣列也可由這個(gè)工具結(jié)構(gòu)形式提供。然而，由于該收發(fā)機(jī)天線，在不必具有屬于一個(gè)共用向下鉆探工具的發(fā)射器和接收器兩者的情況下也能執(zhí)行定向測量。例如，一組對稱測量結(jié)果可首先用作為發(fā)射器的天線41和作為接收器的天線43來獲得，然后用作為發(fā)射器的天線43和作為接收器的天線41來獲得。作為發(fā)射器/收發(fā)機(jī)的遙控替代物某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有天線替代物的多種工具，所述替代物遠(yuǎn)離其它BHA工具(例如接收器或發(fā)射器)布置。井通常具有限制BHA實(shí)際長度的彎處和折曲。因此，傳統(tǒng)的電阻率工具不能具有比該BHA實(shí)際長度限制(大約150英尺)隔開更遠(yuǎn)的發(fā)射器和接收器。當(dāng)在儲集層內(nèi)布置井通道而且該儲集層具有超過標(biāo)準(zhǔn)鉆探工具組件最大實(shí)際長度的厚度時(shí)這類工具不能提供可能需要的勘測深度。圖5表示結(jié)合本發(fā)明遙控替代物的電阻率陣列。如圖所示，該電阻率陣列包括在該BHA內(nèi)的傳統(tǒng)UDR51。該UDR包括三個(gè)天線(發(fā)射器、接收器或收發(fā)機(jī))52、53、54。還有， 在該鉆桿柱上，該電阻率陣列還包括遙控模塊55，它包括發(fā)射器、接收器或者收發(fā)機(jī)。在遙控模塊55內(nèi)的該天線可與任一天線52、53、54—起使用從而形成具有大間距的陣列。借助于與該BHA內(nèi)的其它傳統(tǒng)電阻率工具一起使用遙控模塊55，發(fā)射器-接收器距離(即陣列間距)能被設(shè)定為任何符合需要的距離。遙控模塊55可獨(dú)立地被提供動力。此外，遙控模塊55可用例如無線遙測裝置進(jìn)行操縱。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)鉆環(huán)63可布置在遙控模塊55和一個(gè)或多個(gè)天線52、53、54之間。遙控模塊55的位置可被選定以便相當(dāng)于(或大于)儲集層厚度。具有相當(dāng)于(或大于)儲集層厚度的陣列間距能提供明顯優(yōu)點(diǎn)，換句話說這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)電阻率工具不可能得到的。例如，圖7C和7D表示，該長陣列(其間距相當(dāng)于該層厚130英尺)的響應(yīng)十分簡單并明顯地表明該層邊界在何處。這個(gè)超長陣列的響應(yīng)(特別是在低頻率時(shí))是對該儲集層內(nèi)部復(fù)雜性不敏感的。相反，如圖7A和7B所示，傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)電阻率陣列(其間距小于該層厚130英尺)的振幅響應(yīng)對該層內(nèi)部的電阻率變化比較敏感，但對層邊界卻較較少敏感。來自圖7A-7D的結(jié)果表示，傳感器距離(陣列間距)和工作頻率可根據(jù)正在鉆探的層的性能，例如預(yù)期層厚或者最低儲集層電阻率和儲集層頂蓋、底面電阻率之比，有利地選定。鉆頭處具有替代物的預(yù)測實(shí)例某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有預(yù)測能力的電阻率工具。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，替代物能以一種方式安置在貼近鉆頭處，所述方式類似于授予Schaff等人并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No. 6，057，784內(nèi)描述的方式。該專利被整體結(jié)合于此作為參考。此外，還能把天線放置在可控制旋轉(zhuǎn)的工具上或者直接放置在鉆頭內(nèi)側(cè)。借助于在該鉆頭處放置收發(fā)機(jī)，在每個(gè)發(fā)射器/接收器對之間的中間距離處取得的電阻率測量點(diǎn)移動得更靠近該鉆頭，因而在鉆探的同時(shí)提供較快的反應(yīng)時(shí)間。這種能力可以更早地實(shí)時(shí)作用以便根據(jù)地質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行井配置。然而，鉆頭預(yù)測也可能借助于使用延伸超過電阻率傳感器對的工具響應(yīng)尾部來獲得。圖6表示本發(fā)明電阻率陣列實(shí)例。如圖所示，電阻率工具70包括位于鉆桿柱一端的鉆頭14。天線73 (它可能是發(fā)射器或接收器天線)被安置在該鉆桿柱的貼近鉆頭14處。 此外，該電阻率陣列包括具有三個(gè)收發(fā)機(jī)模塊52、53、54的UDR 51，這些模塊能起到接收器或發(fā)射器的作用。在這個(gè)實(shí)例中表示三個(gè)收發(fā)機(jī)模塊的同時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員容易看出，這種工具可具有更多或更少收發(fā)機(jī)模塊。此外，接收器或發(fā)射器模塊可更替一個(gè)或多個(gè)收發(fā)機(jī)模塊。在一個(gè)實(shí)施例中，天線73可以是鉆頭14的一個(gè)元件。根據(jù)某些本發(fā)明實(shí)施例，靠近鉆頭的天線73具有非縱向磁矩，也就是說，天線73 的磁矩不是沿著與鉆桿柱軸線平行的方向。天線73的非縱向磁矩確保天線73具有沿著橫切方向(即垂直于該鉆桿柱軸線的方向)的磁矩元件。此外，至少一收發(fā)機(jī)模塊(例如52， 53,54)包括三軸向天線，而且其中這三個(gè)天線具有沿著三個(gè)不同取向的磁矩。在某些情況下，該三軸向天線可具有沿著三個(gè)直角取向的磁矩。該三軸向天線模塊會確保該三軸向天線的至少某些橫向元件能與靠近鉆頭的天線73的橫向元件基本上形成耦合。該靠近鉆頭的天線73可以是發(fā)射器、接收器或者收發(fā)機(jī)。通常，靠近鉆頭的天線73最好是發(fā)射器，這是因?yàn)榻邮掌魈炀€可能發(fā)出較高的電噪聲，該噪聲來自增大的震動和沖擊或者來自可能出現(xiàn)的高功率旋轉(zhuǎn)可控工具。其結(jié)果是，可能包括有動力控制元件的馬達(dá)組件16能毀壞接收器天線。 多頻率測量某些本發(fā)明實(shí)施例涉及使用多頻率的多種工具和方法，所述多頻率用于電阻率測量。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，頻率可以選擇以便更加有效地覆蓋該頻譜，從而改善倒置精度和深電阻率測量的適應(yīng)性。例如根據(jù)某些本發(fā)明實(shí)施例，測量結(jié)果可用每十位3個(gè)或更多頻率的分布區(qū)域取得。這些頻率可以在鉆探之前或在鉆探同時(shí)認(rèn)定或者自動選擇，以便提供最佳的巖層倒置。在限定帶有復(fù)雜內(nèi)層的儲集層外邊界情況下，發(fā)射器、接收器距離與頻率的結(jié)合是不可缺少的。天線間距與頻率的結(jié)合最好被選定為遵守下面的最大靈敏度用等式。讓我們將傳播系數(shù)k限定為k2 = ε μ co2+i σ μ ω，其中ε為電磁介電常數(shù)；μ 為電磁透磁率；σ為導(dǎo)電率；而ω為角頻率。如果L表示發(fā)射器-接收器間距，那么我們需要|k|.Le
。最好選擇頻率以便滿足這個(gè)準(zhǔn)則。該多頻率測量可使用在本領(lǐng)域中為人知曉的任何施行圖表來有效地執(zhí)行。例如， 圖8表示一個(gè)用于多頻率測量的電阻率測量順序?qū)嵗Ｔ趫D8所示圖表中，所有TX脈沖被假定具有一個(gè)可控振幅。此外，在該技術(shù)中的一般技能人員會看出，在該圖8所示脈沖圖表中，一個(gè)單獨(dú)脈沖可被實(shí)現(xiàn)以便攜帶兩個(gè)或多個(gè)頻率。信號測量可用測量被該接收器感知的真實(shí)電壓的方法執(zhí)行。作為替代，該信號還可被測量為在一對不同頻率的脈沖之間的有差別信號。替代物與現(xiàn)存LTO工具的結(jié)合某些本發(fā)明實(shí)施例涉及具有與其它傳統(tǒng)電阻率工具在一起的如上所述遙控替代物的電阻率陣列。例如，圖9表示一個(gè)工具，它包括兩個(gè)遙控替代物發(fā)射器55A和55B，以及一個(gè)對于該遙控發(fā)射器模塊可能起到接收器作用的傳統(tǒng)LWD電阻率工具，以便提供陣列， 所述陣列具有比傳統(tǒng)陣列可能間距長得多的間距。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會懂得，具有用來接收電阻率信號的或更多天線的任何傳統(tǒng)電阻率工具均可協(xié)同其中描述的遙控替代物發(fā)射器使用。運(yùn)行協(xié)同現(xiàn)存“淺”LWD工具的發(fā)射器模塊(使用它們的多根電阻率天線作為深電阻率接收器)的選擇權(quán)提供貴重器材合理化和綜合測量能力。多繞組天線某些本發(fā)明實(shí)施例涉及可有效地用于寬廣頻率范圍的多種天線。當(dāng)天線用來發(fā)射在某一頻率處的電阻率信號時(shí)，該天線在該頻率低于該天線自諧振頻率時(shí)最為有效。因此， 當(dāng)特殊天線被用于寬廣頻率范圍時(shí)，該天線在某些頻率范圍內(nèi)可能不是有效的。例如，為了在最高頻率處傳送，該天線內(nèi)的匝數(shù)應(yīng)降低到足以低于該線圈自諧振。反之，為了在較低頻率處的發(fā)射最佳化，該匝數(shù)必需增加。其結(jié)果是，傳統(tǒng)天線通常具有繞組，它們呈現(xiàn)出一種對于預(yù)定工作頻率范圍的折衷辦法。根據(jù)某些本發(fā)明實(shí)施例，天線可能具有幾層繞組，每層或者能以用于高頻率的并聯(lián)方式布線，或者能以用于低頻率的串聯(lián)方式布線，從而有效地平衡該天線在用恒定電壓驅(qū)動時(shí)的阻抗載荷。在串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式之間的轉(zhuǎn)換可用電子線路控制。圖10表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示范性天線。在這個(gè)實(shí)例中，線圈層101A-101C或者串聯(lián)連接從而在低頻率(例如大約IkHz范圍)發(fā)射情況下使圈數(shù)最大化，或者并聯(lián)連接用于較高頻率范圍(例如100kHz)。線圈層101A-101C纏繞在一個(gè)鐵心102周圍。在本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員會懂得，幾層線圈可用于天線中從而提供該天線性能更加精細(xì)的調(diào)諧。推廣到其它電阻率測量技術(shù) 傳統(tǒng)的多種深電阻率測量例如美國專利No. 6，188，222中披露的測量是建立在感應(yīng)機(jī)構(gòu)和測量信號振幅基礎(chǔ)上的。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及建立在傳播機(jī)構(gòu)以及測量相位移動和衰減(即差異測量)基礎(chǔ)上的深電阻率測量，其方法是引入超接收器天線，該天線具有相當(dāng)于5至10英尺的接收器對之間間距，這是明顯長于傳統(tǒng)傳播工具內(nèi)的接收器對間距 (通常被限定為小于一英尺)。由于深EM測量使用較低頻率(l-200kHz)，在該接收器對之間的較長間距是符合需要的。在該接收器對之間的相當(dāng)于5-10英尺的間距可保證能被測量的最小相位移動保持在 0. 1°范圍內(nèi)。除了使用接收器對之外，相位和振幅的差異測量(即相位移動和衰減)也可用例如為圖8所示的脈沖圖表來執(zhí)行。圖8所示測量圖表可使用一個(gè)(或更多)在一個(gè)專門頻率處的被發(fā)射脈沖作為時(shí)間基準(zhǔn)。假定固定相位基準(zhǔn)(或時(shí)間差)位于該脈沖系列的脈沖之間(這個(gè)時(shí)間差也能被測量和經(jīng)過無線遙感設(shè)備傳遞到接收器上)，用于該被接收脈沖系列的相位基準(zhǔn)(或時(shí)間差)能相對于該基準(zhǔn)相位進(jìn)行限定。同樣的技術(shù)(使用基準(zhǔn)相位的振幅來比較)也能應(yīng)用于在該脈沖系列內(nèi)的每個(gè)脈沖和該基準(zhǔn)脈沖之間的振幅比。在這種情況下，在該發(fā)射器處的振幅比可保持不變或者被測量。該脈沖到達(dá)時(shí)間和振幅比差異技術(shù)減少了對于振幅測量所需的精確空氣校定的測量依賴。作為一個(gè)實(shí)例，圖11A-11F表示使用具有70英尺發(fā)射器-接收器間距的工具，對于帶有1和100歐姆電阻率明顯差別的平邊界的不同測量結(jié)果。這個(gè)工具具有多根發(fā)射器和接收器天線，所述天線具有縱向磁矩(也就是說，沿著與該工具縱向軸線平行方向的磁矩)。圖IlA和圖IlB分別表示在不同頻率處的振幅測量結(jié)果和相對振幅測量結(jié)果。在圖IlB中，該相對振幅測量結(jié)果是相對于2kHz處的振幅測量結(jié)果。圖IlC和圖IlD分別表示在不同頻率處的相位測量結(jié)果和相對相位測量結(jié)果。在圖IlD中，相對相位測量結(jié)果是相對于2kHz處的相位測量結(jié)果。圖IlE和圖IlF分別表示在用一對具有8英尺間距的接收器進(jìn)行測量時(shí)，在不同頻率處的相位移動測量結(jié)果和衰減。由于這樣一種間距，相位移動和衰減的明顯變化能被容易地觀察出來。兩種測量結(jié)果提供具有不同靈敏度的另一組測量結(jié)果，從而提供要在倒置過程期間使用的更加獨(dú)立的測量結(jié)果。某些本發(fā)明實(shí)施例涉及大地控制法。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大地控制方法可使用上文描述的任何電阻率陣列和/或使用一種上文描述的測量方法(例如使用一個(gè)脈沖圖表的多頻率測量等等)。使用上文所述本發(fā)明實(shí)施例的所有測量能被推廣到定向測量。定向測量提供對于邊界的進(jìn)一步靈敏度因而會改進(jìn)倒置過程。在某些實(shí)施例中，或更多天線會具有與正?！拜S向”天線結(jié)合的橫向磁偶極，從而從同一天線提供兩個(gè)測量結(jié)果。在三軸向天線中，如同上文所述，一個(gè)部分可能與該BHA軸線對準(zhǔn)，在此同時(shí)另外兩個(gè)部分處于與該處相關(guān)的角度。 在需要時(shí)，多種傳統(tǒng)保護(hù)物也能與本發(fā)明實(shí)施例一起實(shí)現(xiàn)。應(yīng)該懂得，本發(fā)明實(shí)施例的多根天線(以及相關(guān)電子線路)可以利用多個(gè)眾所周知的天線結(jié)構(gòu)和打包圖表之一來實(shí)現(xiàn)。例如，在美國專利No. 6，188，222中描述的測井設(shè)備可用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在上述說明書使用記錄同時(shí)鉆井的工具來描述各種本發(fā)明實(shí)施例的同時(shí)，一個(gè)本發(fā)明工具不受任何特殊傳播模式的限制。所以，本發(fā)明工具可被用于例如記錄同時(shí)鉆井的、 隨裝卸鉆井管測井、旋管鉆探，通過刀片測井、襯套鉆探和套管鉆探作業(yè)。在本發(fā)明已經(jīng)相對于有限數(shù)量實(shí)施例進(jìn)行描述的同時(shí)，具有這一披露利益的熟悉本領(lǐng)域的人員會懂得，在不超越其中所描述本發(fā)明范圍的情況下可產(chǎn)生其它實(shí)施例。因此， 本發(fā)明的范圍僅應(yīng)受所附權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種確定巖層性能的模塊化井下裝置，所述模塊化井下裝置結(jié)合到鉆桿柱中，鉆桿柱包括一個(gè)或多個(gè)井下工具和鉆管，鉆管具有相同或不同的長度，該模塊化井下裝置包括具有一個(gè)或多個(gè)天線的第一模塊，所述第一模塊具有位于兩端的連接器并可拆卸地連接到鉆桿柱上；以及具有一個(gè)或多個(gè)天線的第二模塊，所述第二模塊具有位于兩端的連接器并可拆卸地連接到鉆桿柱上；以及其中，所述第一模塊和所述第二模塊在鉆桿柱上隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊至少有一個(gè)包括傳統(tǒng)的電阻率工具。
3.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一的所述一個(gè)或多個(gè)天線中的一個(gè)或多個(gè)天線發(fā)射信號，而另一模塊的所述一個(gè)或多個(gè)天線中的一個(gè)或多個(gè)天線接收信號。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一或兩者的所述一個(gè)或多個(gè)天線包括發(fā)射器天線和接收器天線。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一是隨鉆錄井電阻率工具部分。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，還包括一個(gè)或多個(gè)附加模塊，每個(gè)附加模塊具有一個(gè)或多個(gè)天線，其中，每個(gè)附加模塊具有位于兩端的連接器并可拆卸地連接到鉆桿柱上。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一或兩者的所述一個(gè)或多個(gè)天線包括至少一個(gè)發(fā)射器天線。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一或兩者的所述一個(gè)或多個(gè)天線包括至少一個(gè)接收器天線。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之間的間距與期望的勘測深度成比例。
10.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一被安置貼近鉆頭。
11.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一包括鉆頭。
12.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一或兩者的所述一個(gè)或多個(gè)天線中的一個(gè)或多個(gè)天線包括具有多個(gè)繞組的線圈，所述多個(gè)繞組可以在并聯(lián)和串聯(lián)之間進(jìn)行選擇。
13.如權(quán)利要求1所述的模塊化井下裝置，其特征在于，所述模塊之一或兩者的所述一個(gè)或多個(gè)天線中的一個(gè)或多個(gè)天線包括可在多頻率下操作的線圈。
全文摘要
一種具有模塊化結(jié)構(gòu)的電阻率陣列包括具有至少一天線的發(fā)射器模塊，其中該發(fā)射器模塊具有位于兩端并適于與其它井下工具連接的連接器；以及具有至少一天線的接收器模塊，其中該接收器模塊具有位于兩端并適于與其它井下工具連接的連接器；并且在其中該發(fā)射器模塊和該接收器模塊在鉆桿柱上隔開并被至少一井下工具分離。每個(gè)發(fā)射器和接收器模塊可包括至少一磁矩取向不局限于該工具縱向的天線線圈。在該發(fā)射器和接收器模塊之間的間距可根據(jù)預(yù)期的儲集層厚度進(jìn)行選擇。
文檔編號E21BGK102213772SQ20111006480
公開日2011年10月12日 申請日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者E·勒讓德爾, J·塞杜, R·塔赫里安 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司