專利名稱：非導(dǎo)電液中鉆探時(shí)的地層成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及采用電阻率測(cè)井具精確地測(cè)井，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及在用非導(dǎo)電泥漿鉆探的井中鉆探時(shí)的電阻率測(cè)井。
背景技術(shù)：
一般地說(shuō)，為了探查碳?xì)浠衔锏膬?chǔ)量，最好是精確地了解鉆孔在不同深度的地質(zhì)地層的特征。在結(jié)構(gòu)上，這些特征之中，許多是非常精細(xì)的，例如層理、不均勻元素、孔隙特征和斷裂等。舉例來(lái)說(shuō)，斷裂的取向、密度及長(zhǎng)度在儲(chǔ)存巖層(reservoir rock)的動(dòng)態(tài)特征中起到主要的作用。
多年來(lái)，只能通過(guò)分析鉆孔時(shí)所取得的鉆探巖芯來(lái)確定這一類精細(xì)的特征。但是獲取這樣的巖芯是一種極其昂貴的技術(shù)。這種技術(shù)的采用依然是較為非同尋常的。
授予Ekstrom等人的專利(專利序號(hào)EP-0110750)或相應(yīng)的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)4,567,759)描述了一種產(chǎn)生鉆孔壁圖像的技術(shù)。該技術(shù)的要點(diǎn)在于在固定的時(shí)間間隔里產(chǎn)生特征信號(hào)，該特征信號(hào)代表鉆孔壁的某一特征的一個(gè)具有高空間分辨率的測(cè)量值；測(cè)量鉆孔的深度，特征信號(hào)以與特征信號(hào)的空間分辨率為同一數(shù)量級(jí)的精度與該深度相關(guān)聯(lián)；以及將代表特征的信號(hào)轉(zhuǎn)換成鉆孔深度的線性函數(shù)，同時(shí)將色標(biāo)與被轉(zhuǎn)換的信號(hào)的數(shù)值相聯(lián)系以便形成可視圖像。
更具體地說(shuō)，該成像技術(shù)可用例如授予Gianzero等人的專利(專利申請(qǐng)?zhí)朎P-0071540)或其相應(yīng)的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)4,468,623)中所述的用于調(diào)查地層電阻率的測(cè)井具來(lái)實(shí)施。這種測(cè)井具能探測(cè)特征，具有毫米級(jí)分辨率。該類型的測(cè)井具有一系列控制電極(也稱為“電鈕”)位于壓著鉆孔壁的導(dǎo)電基座(conductivepad)上。一個(gè)恒流源向每個(gè)電鈕和基座的導(dǎo)電表面施加電壓，如此，測(cè)量電流垂直于鉆孔壁地注入到地層里。通過(guò)緊靠該表面的電極，或在該測(cè)井具的其它部件上的電極，為電流提供回程。該基座沿著鉆孔移動(dòng)，而與每個(gè)電鈕相關(guān)的離散電流(discrete current)與面對(duì)這些電鈕的材料的導(dǎo)電率成正比。
在EKstrom等人的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)4,567,759)的應(yīng)用中，通過(guò)排除諸如測(cè)井具速度變化和由于測(cè)井具的環(huán)境變化而造成的干擾這一類影響，信號(hào)被改進(jìn)并加以放大和顯示，使之接近于產(chǎn)生鉆孔內(nèi)部的可見(jiàn)圖像。
在過(guò)去幾年里，該成像技術(shù)應(yīng)用在采用導(dǎo)電鉆探泥漿(如水基泥漿(water-base mud)或水中含油的乳化泥漿(oil-in-wateremulsion type))鉆孔方面時(shí)，取得了極大的成功。但是，在諸如油基泥漿(oil-base mud)或油中含水的乳化(water-in-oil emulsiontype)這一類泥漿具有連續(xù)的非導(dǎo)電相的情況下，所得到的圖像質(zhì)量非常差。這些較差的結(jié)果一般歸因于，非導(dǎo)電泥漿層的存在或者電鈕與被測(cè)地層之間夾有泥漿層和泥漿餅所造成的干擾。由于泥漿層的厚度特別與鉆孔壁的粗糙度成函數(shù)關(guān)系地變化，結(jié)果產(chǎn)生的電流變化能夠完全遮蓋因被測(cè)地層帶來(lái)的任何電流變化。
其它技術(shù)描述了在非導(dǎo)電泥漿中的測(cè)量，其中，美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,191,588)公開(kāi)的一種探測(cè)地層導(dǎo)電率的測(cè)井具采用了一個(gè)非導(dǎo)電基座和多個(gè)電鈕。該電鈕形成電壓電極以代替美國(guó)專利(專利申請(qǐng)?zhí)?,468,623)中所述的電流電極。電流注入電極設(shè)置在基座之外，或者在一種優(yōu)選變形例中直接設(shè)在基座的端頭。不管怎樣，兩個(gè)注入電極設(shè)置成使電流與基座基本平行地流過(guò)地層，從而最好相互基本垂直地流向巖層邊界。在這樣的條件下，兩個(gè)電鈕間的電位差與面對(duì)電鈕的材料的電阻率成正比。
上述美國(guó)專利(專利申請(qǐng)?zhí)?,191,588)建議采用直流電(DC)或很低頻率的交流電(AC)，以使基座的電阻率比鉆探的泥漿的電阻率要大得更多。但是，在實(shí)踐中，存在因使用直流電(DC)而引起(特別是由于地層中所形成的自發(fā)電壓)噪音的問(wèn)題。另外，泥漿的電阻率限制了注入電流量。因而，在兩對(duì)電鈕間測(cè)得的電位差是非常小的，所以很難測(cè)量。
最好能以較高的頻率(例如幾千赫茲數(shù)量級(jí))的交流電(AC)工作。遺憾的是，在這樣的頻率下，基座的性能象電介質(zhì)，其有效導(dǎo)電率與泥漿的導(dǎo)電率相似。這就造成基座兩端的阻抗與泥漿層兩端的阻抗為同一數(shù)量級(jí)。在這樣的條件下，電鈕對(duì)之間的電位差與其說(shuō)表征了面對(duì)電鈕的地層的電阻率，還不如說(shuō)表征了電流電極間所加的電壓差。因此，測(cè)井具不能使用。
PCT專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)WO 01/77710)描述了對(duì)美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,191,588)所公開(kāi)的測(cè)井具的改進(jìn)，以使其能夠在高于1000Hz的頻率的交流電(AC)下使用。因此，本專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环N探測(cè)地質(zhì)地層中鉆孔壁的測(cè)井具。該測(cè)井具有一個(gè)非導(dǎo)電基座，在靠近該基座的端頭裝有一個(gè)交流(AC)源電極和一個(gè)電流返回電極，而在該基座的中部有一個(gè)電壓差測(cè)量電極對(duì)(dV)的陣列。與每對(duì)dV電極相對(duì)的地層的電阻率可用以下公式計(jì)算ρ＝k·dV/I式中ρ為電阻率；k為幾何因數(shù)；dV為一對(duì)電極間的電壓差；I為地層中電流。
為了保護(hù)dV電極不受絕緣基座中和非導(dǎo)電液體中形成的電場(chǎng)的影響，絕緣基座后面設(shè)有一塊導(dǎo)電的后擋板。該擋板與正面(frontface)平行并覆蓋電流電極之間的大部分區(qū)域。在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的變形例中，該基座的導(dǎo)電部分接地，或更確切地說(shuō)，該基座的導(dǎo)電部分放置在與地質(zhì)地層相同的電位上。在這樣的條件下，測(cè)量電極確實(shí)在測(cè)量面對(duì)它們的地層的電位，即使在基座傾斜時(shí)，也就是說(shuō)，在地層與源電極之間的“擋開(kāi)”距離和地層與返回電極之間的擋開(kāi)距離不同時(shí)。
該測(cè)量的主要的限制在于，基座必須靠近鉆孔壁，特別是在低電阻率地層中。否則，電壓差(dV)測(cè)量值對(duì)鉆孔液體中和基座中所產(chǎn)生的電場(chǎng)敏感而不是對(duì)地層中所產(chǎn)生的電場(chǎng)敏感。例如在電阻率為0.1Ω·m地層中，最大擋開(kāi)距離約為5mm，而在電阻率為100Ω·m地層中，最大擋開(kāi)距離約為15mm。結(jié)果，當(dāng)鉆孔粗糙時(shí)，圖像會(huì)因讀出值不正確而受到破壞，變得不可解釋。
為了克服這個(gè)問(wèn)題，提出了一種屏蔽電壓測(cè)量電極使之不受基座中由電流注入電極所產(chǎn)生的電場(chǎng)影響的改進(jìn)方法。屏蔽層與基座的外表面同平面或幾乎同平面。
由于這些具體的特點(diǎn)，依據(jù)上述方法的裝置使得在非導(dǎo)電泥漿鉆井中精確電阻率測(cè)量成為可能，甚至在因厚泥餅或地層壁粗糙不平而使基座不能緊緊地壓住地層壁時(shí)。由于屏蔽層的作用，基座中的電場(chǎng)被消除或幾乎被消除。在基座與鉆孔壁之間的泥漿中，同樣在靠近測(cè)量電極處電場(chǎng)急劇減小。這樣，泥漿中等電位曲線幾乎仍然垂直于地層壁。因此，這些測(cè)量電極的電壓仍然接近地層中的電壓。
在一實(shí)施例中，基座本身就是屏蔽層，所述基座由導(dǎo)電材料制成。這種情況下，基座中的電絕緣嵌入物在各源電極、返回電極和測(cè)量電極周?chē)帕小?br> 在第兩個(gè)實(shí)施例中，基座由非導(dǎo)電材料制成，而屏蔽層包含一些排列在該基座的內(nèi)側(cè)面的導(dǎo)電薄層。這樣，所述導(dǎo)電薄層與所述基座的外側(cè)面幾乎齊平。
雖然上述測(cè)井具能夠提供用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔圖像，但是，它們是鋼繩測(cè)井具，不適于一邊鉆探一邊測(cè)井的應(yīng)用。因此，存在對(duì)用非導(dǎo)電泥漿鉆孔時(shí)鉆孔成像測(cè)井具及其方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及探測(cè)采用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔壁的電阻率測(cè)井具。該電阻率測(cè)井具包括一個(gè)適于裝在邊鉆邊測(cè)的測(cè)井具總成內(nèi)的測(cè)井具本體；一個(gè)設(shè)置在測(cè)井具本體上的電阻率傳感器，其中包括一個(gè)傳感器基座，用來(lái)支撐一個(gè)電流注入電極、一個(gè)電流返回電極以及一組測(cè)量電極；以及一個(gè)用來(lái)控制電流注入電極的電流注入和測(cè)量該組測(cè)量電極中各電極之間的電壓差的電路，其中，測(cè)量電極的陣列設(shè)置在電流注入電極和電流返回電極之間，傳感器基座由一種絕緣材料構(gòu)成并包含一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及探測(cè)采用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔壁的電阻率測(cè)井具。該電阻率測(cè)井具包括一個(gè)適于裝在邊鉆邊測(cè)的測(cè)井具總成內(nèi)的測(cè)井具本體；一個(gè)設(shè)置在測(cè)井具本體上的電阻率傳感器，其中包括一個(gè)傳感器基座，用來(lái)支撐一個(gè)電流注入電極、一個(gè)電流返回電極以及一組測(cè)量電極；以及一個(gè)用來(lái)控制電流注入電極的電流注入和測(cè)量該組測(cè)量電極中各電極之間的電壓差的電路，其中，測(cè)量電極的陣列設(shè)置在電流注入電極和電流返回電極之間，傳感器基座由一種絕緣材料構(gòu)成并包含一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將由以下的說(shuō)明和所附的權(quán)利要求書(shū)明顯給出。


圖1是表示地層微電子測(cè)量被偏置的原理的示意圖。
圖2表示用于模擬地質(zhì)地層中電場(chǎng)的地質(zhì)模型。
圖3包括兩個(gè)曲線圖(圖3A和圖3B)，其中繪出了基座測(cè)量電極間電壓差作為圖2模型的函數(shù)的計(jì)算值的曲線，圖3A是基座平行于鉆孔壁時(shí)的曲線，圖3B是基座略微傾斜于鉆孔壁時(shí)的曲線。
圖4表示本發(fā)明的一變形例，其中有一塊導(dǎo)電板將基座再細(xì)分成隔間。
圖5表示一種現(xiàn)有技術(shù)的鉆孔系統(tǒng)。
圖6表示電阻率傳感器，該傳感器有一個(gè)設(shè)在本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)測(cè)井具本體上的絕緣基座中的導(dǎo)電構(gòu)件。
圖7表示電阻率傳感器，該傳感器有一個(gè)設(shè)在本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)測(cè)井具本體上的導(dǎo)電基座。
圖8表示電阻率傳感器，該傳感器有一個(gè)設(shè)在本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)測(cè)井具的本體上的導(dǎo)電基座。
圖9表示用本發(fā)明的一個(gè)電阻率傳感器注入電流到地層的兩個(gè)電流通路。
圖10A和圖10B表示使用本發(fā)明一實(shí)施例的測(cè)井具時(shí)防止測(cè)量電流通路短路的方法。
圖11a-11e表示本發(fā)明一些實(shí)施例的測(cè)量電極的配置。
圖12A和圖12B表示設(shè)有可與本發(fā)明傳感器一起使用的可展開(kāi)(deployable)基座的Power DriveTM測(cè)井具。
圖13表示一例與本發(fā)明一實(shí)施例的一傳感器一起使用的一個(gè)非轉(zhuǎn)動(dòng)套筒。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及在采用非導(dǎo)電液體鉆探的鉆孔中應(yīng)用電阻率測(cè)井的地層成像的裝置和方法。本發(fā)明的一些實(shí)施例的測(cè)井具可以包括在隨鉆桿柱(drill string)一起旋轉(zhuǎn)的底孔(bottom-hole)總成上的傳感器。另外，本發(fā)明一些實(shí)施例的測(cè)井具也可以包括鉆探時(shí)保持與鉆孔壁接觸的在非旋轉(zhuǎn)套筒上或在基座上的傳感器。在本說(shuō)明書(shū)中，油基泥漿(OBM)一般用來(lái)指非導(dǎo)電泥漿，包括油基泥漿(oil-base muds)或油中含水乳化泥漿(water-in-oil emulsiontype)。
電阻率測(cè)井具能夠以電偶極子(通常采用金屬電極)或磁偶極子(通常使用感應(yīng)線圈或甚高頻諧振腔)為基礎(chǔ)。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及采用金屬電極的傳感器或測(cè)井具。Tabanou等人的并已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的同時(shí)待審的美國(guó)專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)60/511467，題目“采用油基泥漿鉆井的成像測(cè)井具與方法”)公開(kāi)了基于用油基泥漿鉆探的鉆井中鉆孔成像用的電偶極子的測(cè)井具和方法。Homan等人的并已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的另一同時(shí)待審的美國(guó)專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)10/812369，題目“油基泥漿電阻率成像器(imager)、磁傾角測(cè)量?jī)x(dip meter)和斷層成像”)公開(kāi)了基于用油基泥漿鉆探鉆井中鉆孔成像的電磁感應(yīng)用的測(cè)井具和方法。
圖5所示的是一個(gè)邊鉆邊測(cè)系統(tǒng)(LWD)。該系統(tǒng)可以和本發(fā)明各實(shí)施例一起使用。如圖所示，一個(gè)典型的LWD系統(tǒng)包括井架10，放置在井身11的上方。一個(gè)鉆具總成包括一個(gè)鉆桿柱12和鉆頭15，設(shè)置在井身11的上方。鉆桿17與鉆桿柱12的上端相接，鉆桿17的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鉆桿柱12和鉆頭15的轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆桿17通過(guò)與轉(zhuǎn)臺(tái)16或鉆架10的類似結(jié)構(gòu)部件嚙合而轉(zhuǎn)動(dòng)。吊鉤18通過(guò)旋轉(zhuǎn)接頭19與鉆桿17相連。
鉆探液體存儲(chǔ)在液槽27里。泥漿泵29泵壓鉆探液體經(jīng)鉆桿柱12的中心向下流動(dòng)。在環(huán)流過(guò)鉆頭15之后，鉆探液體向上環(huán)流過(guò)井身11和鉆桿柱12外側(cè)之間的環(huán)形間隙。鉆探液體的流動(dòng)，不僅能潤(rùn)滑并冷卻鉆頭15，還將鉆頭15所切割下來(lái)的巖屑提到表面以便收集和處理。
如圖所示，一個(gè)測(cè)井具14接到鉆桿柱12上，該測(cè)井具14測(cè)得的信號(hào)可以被傳送到表面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)13或存儲(chǔ)在測(cè)井具14機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)器里(圖中沒(méi)有顯示出)。測(cè)井具14可以包括一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)井成像的本發(fā)明的電阻率傳感器。
另外，本發(fā)明的傳感器也可以包括在一個(gè)或多個(gè)基座、葉片或穩(wěn)定器(或定心器)28上面，它們與為減少作業(yè)時(shí)測(cè)井具的擺動(dòng)而使用的那些裝置類似?；蚍€(wěn)定器可以隨著或不隨著測(cè)井具轉(zhuǎn)動(dòng)。如果基座或定心器隨著測(cè)井具轉(zhuǎn)動(dòng)，一套傳感器就能足夠地產(chǎn)生整個(gè)鉆井圖像。如果基座或定心器不隨著測(cè)井具轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，定心器(或其上的肋條)上就需要多套傳感器才能對(duì)鉆孔有更大的覆蓋。
不論是裝在BHA的旋轉(zhuǎn)子部件上，還是裝在非旋轉(zhuǎn)套筒上，本發(fā)明的傳感器基于與授予Chen的國(guó)際專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)PCT/US99/14420)或美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,191,588B1)中公開(kāi)的傳感器相同的原理。圖1所示即為這樣的一個(gè)實(shí)施例。
圖1是表示國(guó)際專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)PCT/US99/14420)中所述的成像技術(shù)方面的電氣測(cè)量所依據(jù)原理的示意圖。那種測(cè)井具特別適合于探測(cè)采用非導(dǎo)電鉆探泥漿(例如一種鉆探液體，其液相在本質(zhì)上是由油(柴油或合成油)或由油中含水乳化液構(gòu)成)鉆探的鉆孔壁。以下所用的名稱“油基泥漿”是指上述類型中的一種鉆探液體。鉆探泥漿沿著鉆孔壁2形成泥餅1。
探測(cè)鉆孔壁的測(cè)井具有一個(gè)由絕緣材料構(gòu)成的基座3，該絕緣材料例如是一種強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高的陶瓷或聚合物，特別是聚亞芳香乙醚甲酮型(聚醚乙醚甲酮，即PEEK)。
基座的作用是支撐兩個(gè)電流注入電極源電極4和返回電極5。如基座的正視圖中所清楚地看到的那樣，這兩個(gè)電極設(shè)置在基座的相對(duì)的兩端，并占據(jù)基座的整個(gè)寬度，或至少這兩個(gè)電極占據(jù)大部分基座寬度，以使得這些電流注入電極的表面區(qū)域最大。基座的中心部分有二行測(cè)量電極6。在圖示的情況中，基座有5對(duì)測(cè)量電極?；哂心苁箿y(cè)量電極6稍微向后設(shè)置的形狀。這樣，在基座壓著鉆孔壁時(shí)測(cè)量電極不會(huì)直接與地層接觸。應(yīng)該看到，在巖石多孔時(shí)，這種優(yōu)選形狀是不必要的。因?yàn)樵谶@樣的情況下，采用油基泥漿鉆孔會(huì)產(chǎn)生泥餅，而該泥餅的電阻率大于地質(zhì)地層的電阻率，同時(shí)這種泥餅總是介于測(cè)量電極和地質(zhì)地層之間，從而避免了測(cè)量電鈕與巖石接觸而發(fā)生短路。
如圖1所示，地層中測(cè)量電極所測(cè)量的各個(gè)區(qū)域取決于二行測(cè)量電極之間的間隔(spacing)。因此，由這種測(cè)井具產(chǎn)生的鉆孔圖像的分辨率取決于電極間隔。本發(fā)明各實(shí)施例可以具有的測(cè)量電極間隔約為1英寸，電極間隔范圍約為0.2英寸到2英寸。
在直流電(DC)或頻率低于約100kHz的交流電(AC)條件下，地質(zhì)地層的電阻率范圍一般為0.1Ω·m到10,000Ω·m，而油基泥漿的電阻率范圍約為0.1MΩ·m到10MΩ·m。在這樣的條件下，如果通過(guò)電流注入電極4和5將電流注入到地層，同時(shí)測(cè)量電極被非導(dǎo)電基座絕緣，那么，應(yīng)用歐姆定律可以看到，位于一對(duì)測(cè)量電極之下的地層的電阻率p等于這兩個(gè)電極之間的電壓差δV與電流密度J的比率。換句話說(shuō)，地層的電阻率可以由以下等式求出p＝δV/J＝k·δV/I式中k為幾何因數(shù)。
如果注入電流是頻率足夠高的交流電(頻率大于約1KHz)，基座就不能被看作是最佳的絕緣體了，相反地必須看作是浸在介質(zhì)媒體(即油基泥漿)中的電介質(zhì)。例如在電流的頻率約為10KHz條件下，在基座的相對(duì)介電常數(shù)大于2時(shí)，基座能足夠使其兩端的阻抗與泥漿兩端的阻抗為同一數(shù)量級(jí)。聚亞芳香乙醚甲酮型聚合物的相對(duì)介電常數(shù)約為3，與其它普通材料相比，這個(gè)數(shù)值是非常小的。因此，改變材料不是解決的辦法。
為了更好地了解這種電介質(zhì)性能的作用，與地層接觸的基座已被模型化。圖2示出了所用的模型。該模型包括一層淀積在長(zhǎng)2m厚1m的巖石上的厚度為5mm的泥漿?；胖迷谠撃Ｐ偷闹行牟糠?，其本身被模型化為長(zhǎng)300mm厚12.5mm的矩形體，帶有長(zhǎng)40mm、厚5mm的電流注入電極和各自長(zhǎng)5mm厚、2.5mm的一對(duì)測(cè)量電極?；媒饘俦圻B接到測(cè)井具的剩余部分(remainder)。該模型特別忽略了將基座與處理信號(hào)的電子裝置相連接的那捆電線。
基座也可配有一塊由金屬制成的導(dǎo)電背板，具有“浮動(dòng)”或者與巖石(接地)相同的電位。
在電流頻率為10KHz時(shí)，上述材料的導(dǎo)電率表示如下

研究中的油基泥漿是水油比率為10∶90的油中含水的乳化液，油是n-烯族烴型合成油。
圖3中繪出了根據(jù)這一模型算出的兩個(gè)測(cè)量電極之間電位差的一些值，兩個(gè)測(cè)量電極之間電位差與巖石的電阻率Rt成函數(shù)關(guān)系。圖3A的假設(shè)條件是，基座恰好與巖石平行并且離開(kāi)巖石的均勻“擋開(kāi)”距離為5mm；圖3B的假設(shè)條件是，基座稍微傾斜并且基座與巖石之間的擋開(kāi)距離在2mm-5mm范圍內(nèi)變化。
在沒(méi)有背板的情況下(各數(shù)值用三角形表示)，只要地層的電阻率小于約100Ω·m，信號(hào)就幾乎恒定不變，所以注入電極的交流頻率為10KHz時(shí)測(cè)井具就不可用。
在背板的電位是左浮動(dòng)(各數(shù)值用平方表示)的情況下，在基座與巖石平行時(shí)，測(cè)量電極之間電位差顯示出與電阻率成正比。但是，當(dāng)基座相對(duì)于巖石傾斜時(shí)，就如不帶背板的基座的情況，對(duì)于電阻率小于100Ω·m的地層，信號(hào)幾乎恒定不變。在背板接地(即背板的電位與巖石的電位相同)的情況下，對(duì)應(yīng)于的用圓圈表示的各點(diǎn)，信號(hào)確實(shí)顯示了地層的電阻率的特性，即使基座稍微傾斜，就如經(jīng)常在鉆孔中發(fā)生的那樣。
因此，可用各種方法將背板接地。舉例來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的方法是將背板接到測(cè)井具上，該測(cè)井具本身通過(guò)其所懸掛的那根電纜接地。該電纜可能穿過(guò)數(shù)千米的地層。
另一種解決辦法是，使用一種電子電路求出全部的測(cè)量電極對(duì)所測(cè)得的電位值的平均值，根據(jù)該平均值估算地層的電位。
也可以直接測(cè)量該地層電位，例如通過(guò)另外增加的電極(大的電極更好)圍住該組測(cè)量電極對(duì)，然后，通過(guò)一個(gè)合適的電子電路將背板維持在所述電位上。
如圖4所示，在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的變形例中，導(dǎo)電的背板上有附加件，將測(cè)量電極區(qū)域與包含注入電極的兩端區(qū)域隔開(kāi)。采用這樣的設(shè)計(jì)，在保持與地質(zhì)地層的電阻率成正比的信號(hào)同時(shí)，兩個(gè)注入電極之間的最小距離可減小大約20％。
為了改進(jìn)對(duì)測(cè)量電極的屏蔽使其不受電流電極的影響，一種方法需要在注入電極和測(cè)量電極之間區(qū)域中將屏蔽層設(shè)置在更靠近基座外側(cè)面的位置。因此，該屏蔽層被設(shè)成與基座外側(cè)面齊平或幾乎齊平。這樣做時(shí)，基座中產(chǎn)生的電場(chǎng)被消除(參見(jiàn)具有導(dǎo)電基座的實(shí)施例)或者幾乎被消除(參見(jiàn)具有非導(dǎo)電基座的實(shí)施例)。而且，在基座外側(cè)面和測(cè)量電極附近的地層壁之間，電場(chǎng)幾乎被消除。所以，泥漿中的等電位曲線在測(cè)量電極附近幾乎垂直于鉆孔壁(進(jìn)而垂直于基座外側(cè)面)，這就確保所述電極處的電位依然保持接近于地層中的電位。
第一實(shí)施例包括一個(gè)導(dǎo)電金屬基座結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在源電極、返回電極和測(cè)量電極周?chē)薪^緣嵌入物。因此，在本發(fā)明裝置的本實(shí)施例中，正是導(dǎo)電基座本身將測(cè)量電極屏蔽。
導(dǎo)電基座90被保持在接近測(cè)量電極前的地層的電位上。例如在一個(gè)優(yōu)選的做法中，基座被加到測(cè)量電極6前的地層的被測(cè)電位上。如國(guó)際專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)PCT/EP01/03718 A1)中所述，由一電子電路(未圖示)求出全部測(cè)量電極所測(cè)得的全部電位值的平均值。
第二實(shí)施例包括一個(gè)由絕緣材料制成的基座和由導(dǎo)電薄層(如金屬片)構(gòu)成的屏蔽層。為了不減弱，可將屏蔽薄層的外側(cè)部分模塑在基座內(nèi)?；蛘?，導(dǎo)電薄層可同時(shí)設(shè)置在基座的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面。
圖6是傳感器的一實(shí)施例的示意圖。該傳感器有一個(gè)絕緣面和一個(gè)導(dǎo)電背板。該導(dǎo)電背板設(shè)置在LWD測(cè)井具上。如圖所示，本發(fā)明的一實(shí)施例的傳感器300設(shè)置在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)井具總成310上。該傳感器300包括一個(gè)電流注入電極301、一個(gè)電流返回電極302和一個(gè)測(cè)量電極陣列303。所有這些電極都設(shè)置在一個(gè)絕緣基座304上。此外，一導(dǎo)電屏蔽層(或?qū)щ姳嘲?305設(shè)置在這些電極的后面，但是用一絕緣層或腔體307與該導(dǎo)電的測(cè)井具總成310隔離。傳感器300可以任選地在電流注入電極301和測(cè)量電極303之間和/或在電流返回電極302和測(cè)量電極303之間包括屏蔽層306。如圖3A和圖3B所示，這些導(dǎo)電屏蔽層305和306能夠減少絕緣基座304中感應(yīng)的電位，使得測(cè)量電極的測(cè)量值與地層的電阻率更加有關(guān)。
此外，該導(dǎo)電屏蔽層(或?qū)щ姳嘲?305可以通過(guò)導(dǎo)電連接件308“接地到”地層的電位。正如以上參照?qǐng)D3A所指出的，將導(dǎo)電屏蔽層(背板)保持在與地層相同的電位上，會(huì)減少由于傳感器兩端擋開(kāi)距離不等而產(chǎn)生的不良影響。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知道，可以用各種方法將該導(dǎo)電背板的電位保持為接近或等于地層的電位。如以上所指出，背板可以通過(guò)鉆桿柱接地。在另一方法中，可以估計(jì)或者確定地層電位，主動(dòng)地將背板的電位保持得與地層的電位基本相同。另外，也可以用一導(dǎo)電連接件讓導(dǎo)電背板直接與地層“接觸”，即被動(dòng)地使導(dǎo)電背板接地。在這種情況下，最好該地層“接觸”點(diǎn)靠近測(cè)量點(diǎn)，這樣，導(dǎo)電背板的接地電位就與測(cè)量電極前的地層的電位基本相同。就鋼繩測(cè)井具來(lái)說(shuō)，該被動(dòng)接地方法是不可行的，因?yàn)殂@孔壁往往有將該地層絕緣的泥餅。但是，在LWD應(yīng)用中鉆孔是剛剛鉆探的，在鉆孔壁上很少或沒(méi)有泥餅。所以，僅僅接觸鉆孔壁就能取得有效的接地，而這種接觸的力在鉆探時(shí)可比鋼繩測(cè)井時(shí)用得大些。
就LWD環(huán)境中機(jī)械阻力來(lái)說(shuō)，最好的做法是使用金屬基座。圖7是本發(fā)明另一實(shí)施例的傳感器示意圖，該傳感器設(shè)置在金屬基座上，但是與該金屬基座絕緣。該金屬基座除了提供機(jī)械強(qiáng)度之外，還起著上述導(dǎo)電背板的作用。這種配置消除了對(duì)單獨(dú)導(dǎo)電背板的需求。如圖所示，傳感器400包括一個(gè)電流注入電極401、一個(gè)返回電極402和一個(gè)測(cè)量電極陣列403，所有這些電極都設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)電基座405上。但是，所有這些電極通過(guò)其周?chē)慕^緣嵌入物404與導(dǎo)電基座405絕緣。
傳感器400及其導(dǎo)電基座405一起設(shè)置在測(cè)井具總成410的腔體中。導(dǎo)電基座405通過(guò)一絕緣薄層(或一層絕緣材料)407與測(cè)井具總成其剩余部分分絕緣。導(dǎo)電基座405可通過(guò)一導(dǎo)電連接件408“接地”或保持在與地層相同的電位上，該導(dǎo)電連接件408可被連接到一個(gè)電路上，該電路能在導(dǎo)電基座405上保持選定的電位或被動(dòng)地將導(dǎo)電基座405接地到地層上。
圖8表示圖7所示的傳感器的一個(gè)變形例。如圖所示，傳感器500包括一個(gè)電流注入電極501、一個(gè)返回電極502和一個(gè)測(cè)量電極陣列503，所有這些電極都設(shè)置在一個(gè)導(dǎo)電基座505上，但通過(guò)絕緣嵌入物504與導(dǎo)電基座505絕緣。傳感器500設(shè)置在鉆探部件501的一個(gè)腔體中，沒(méi)有設(shè)絕緣薄層。所以，導(dǎo)電基座505與測(cè)井具總成510電連接，無(wú)需導(dǎo)電連接件將導(dǎo)電基座505接地。
以上各例用圖說(shuō)明了本發(fā)明各實(shí)施例的傳感器。這些傳感器與測(cè)井具本體或鉆桿柱絕緣。但是，這些傳感器的背面包括導(dǎo)電構(gòu)件，它們可以是一個(gè)絕緣基座中的導(dǎo)電背板或者是該導(dǎo)電基座本身。導(dǎo)電構(gòu)件最好保持在與測(cè)量電極前的地層基本相同的電位上，或者接地到測(cè)量電極附近的地層上。
影響測(cè)量電極效率的另一因數(shù)與電流通路有關(guān)。注入地層的電流在測(cè)量電極前流過(guò)，而不是流過(guò)導(dǎo)電鉆桿柱或測(cè)井具本體。圖9表示注入電流流回返回電極的兩條傳導(dǎo)通路。如圖所示，測(cè)井具總成601有一個(gè)本發(fā)明傳感器600，壓向地層620。從電流注入電極601注入的電流能夠通過(guò)通路A流回到電流返回電極602，或者通過(guò)通路B流回到返回電極602。應(yīng)當(dāng)指出，這兩個(gè)通路A和B僅用于說(shuō)明，無(wú)意用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
如圖9所示，電流經(jīng)由通過(guò)測(cè)量電極603前的通路A流回來(lái)，使測(cè)量電極603能取得有關(guān)其前面的地層電阻率的信號(hào)?？墒?，通過(guò)通路B流回來(lái)的電流沒(méi)有在測(cè)量電極603前面流過(guò)。所以，通過(guò)通路B流回來(lái)的電流不在測(cè)量電極603上產(chǎn)生地層信號(hào)。因而，必須設(shè)法減少或消除由通路B造成的短路。
圖10A表示本發(fā)明的一個(gè)可防止導(dǎo)電測(cè)井具本體或?qū)щ娀鶎⒄５碾娏魍稟短路的實(shí)施例。同時(shí)，測(cè)井具本體和導(dǎo)電基座被允許在靠近測(cè)量電極的部位接地到地層電位。如圖所示，導(dǎo)電測(cè)井具本體(或鉆桿柱)710和導(dǎo)電基座704(如果使用的話)，不接觸地層。代之以擋開(kāi)箍(stand-off bands)711和712接觸鉆孔壁。擋開(kāi)箍711和712中至少有一個(gè)最好由導(dǎo)電材料制成以提供導(dǎo)電連接，從而使導(dǎo)電基座704(或背板)能夠保持基本與地層相同的電位。如果兩個(gè)擋開(kāi)箍711和712都是導(dǎo)電的，觸點(diǎn)將使電流能流過(guò)通路B。本例中，最好擋開(kāi)箍711和712之間的距離至少為導(dǎo)電基座長(zhǎng)度的二倍，如此，流過(guò)通路B的電流可能會(huì)顯著小于流過(guò)通路A的電流。
圖10B表示圖10A所示的實(shí)施例的另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例。如圖10B所示，測(cè)井具本體710中設(shè)有凹座750。這樣，基座704與各電極均不直接與鉆孔接觸。當(dāng)該測(cè)井具壓上鉆孔壁時(shí)，基座704和鉆孔壁之間仍然有一層非導(dǎo)電泥漿。所以，只有凹座以上和以下的部分才與鉆孔壁接觸而形成接地。值得注意的是，相對(duì)于基座704的長(zhǎng)度，凹座750的頂緣751和底緣752應(yīng)該很大，以使所需電流(如圖10A中通路A所示)的短路減少到最低的程度。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知，可能存在圖10A和圖10B所示實(shí)施例的變形。例如圖10B所示實(shí)施例的另一可供選擇的實(shí)施例，可以是在圖10B所示凹座中包括一種絕緣材料。
Cheung等人的與此有關(guān)的美國(guó)專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)2003/0173968A1)公開(kāi)了在傳感器和鉆孔壁之間設(shè)置一層非導(dǎo)電泥漿時(shí)精確地獲得地層電阻率的各種方法。該申請(qǐng)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，本通過(guò)全面參照而包含其內(nèi)容。
本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在測(cè)井具總成的旋轉(zhuǎn)部件上設(shè)傳感器。如果傳感器隨著測(cè)井具旋轉(zhuǎn)，那么鉆孔圖像用單個(gè)傳感器就可以取得。該傳感器包括一對(duì)(或多對(duì))測(cè)量電極(如圖1中6所示)。本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在測(cè)井具總成的非旋轉(zhuǎn)基座上設(shè)傳感器。如果傳感器設(shè)置在非旋轉(zhuǎn)基座(或肋條)上，那么幾個(gè)傳感器應(yīng)設(shè)置在測(cè)井具本體四周所排列的基座上。為了作出鉆孔圖像，可以用已知的常規(guī)方法確定傳感器的取向(方位角方向)和測(cè)量深度。
不論是設(shè)置在測(cè)井具可旋轉(zhuǎn)部件上還是不可旋轉(zhuǎn)部件上，本發(fā)明的傳感器上可以按不同方式來(lái)配置測(cè)量電極。圖11a-11e表示可以與本發(fā)明的傳感器一起使用的測(cè)量電極的五種不同配置方式。圖11a所示是簡(jiǎn)單的雙電鈕配置，其中包括電鈕a1和a2。這種配置只能測(cè)量“明顯”垂直的電場(chǎng)，不能提供足夠的可從中得到電場(chǎng)的實(shí)際方向和大小的信息。
為了探測(cè)電場(chǎng)的大小和方向，需要兩個(gè)以上的電鈕電極。最好經(jīng)排列，這些電極提供如授予Chen的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,191,588 B1)所公開(kāi)的基本相互垂直方向上的測(cè)量值。圖11b是包括四個(gè)電極的配置圖。一對(duì)電極b1和b2用來(lái)測(cè)量垂直方向上的電場(chǎng)(δVV)，而另一對(duì)電極b3和b4用來(lái)測(cè)量水平方向上的電場(chǎng)(δVH)。應(yīng)注意，這里所用的垂直和水平方向僅用于圖示說(shuō)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知道，這些方向可與實(shí)際的垂直方向和水平方向不一致。相對(duì)值δVV和δVH是實(shí)際電場(chǎng)方向和大小的函數(shù)。因此，電場(chǎng)的方向和大小可從δVV和δVH的測(cè)量值導(dǎo)出。
圖11c表示三個(gè)電極c1、c2和c3布置成用來(lái)提供δVV和δVH的測(cè)量值的配置方式。應(yīng)注意，由圖11c所示的傳感器所取得的δVV和δVH測(cè)量值的平均值位置是不同的。垂直測(cè)量值δVV在水平方向上移過(guò)一半電鈕間距的位置上取得，而水平測(cè)量值δVH在垂直方向上移過(guò)一半電鈕間距的位置上取得。因而，在各優(yōu)選實(shí)施例中，需要將用來(lái)重構(gòu)鉆孔圖像的各δV/I值在測(cè)量深度和方位角上偏移。因此，與圖11b所示的傳感器相比，圖11c的傳感器較少被選用。但是，因?yàn)殡姌O間距小于或等于一英寸時(shí)，測(cè)量值還是可以使用而無(wú)需糾正位置偏移，所以，在某些應(yīng)用中位置偏移可加以忽略。
圖11d表示其中四個(gè)電極d1、d2、d3和d4提供垂直方向上的兩個(gè)測(cè)量值δVV1和δVV2和水平方向上兩個(gè)測(cè)量值δVH1和δVH2的配置方式。測(cè)量值δVV1和δVV2可用來(lái)計(jì)算垂直方向的平均測(cè)量值δVV＝1/2(δVV1+δVV2)。同樣，測(cè)量值δVH1和δVH2可以用來(lái)計(jì)算水平方向的平均測(cè)量值δVH＝1/2(δVH1+δVH2)。如圖11d所示，計(jì)算得到的δVV和δVH的平均值位置位于四個(gè)電極所組成的矩形的中心。因此，這種傳感器配置提供與圖11b的傳感器配置相同的結(jié)果。
圖11e是另一種傳感器配置。在該配置中，三個(gè)電極排列成一個(gè)三角形(最好是一個(gè)等邊三角形)。就這種配置來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)角電極對(duì)e1和e2和對(duì)角電極對(duì)e3和e2分別求得測(cè)量值δVV1和δVV2，再求這兩個(gè)測(cè)量值δVV1和δVV2的平均值，從而求得垂直測(cè)量值δVV，即δVV＝1/2(δVV1+δVV2)。水平測(cè)量值δVH可以由電極e1和e3求得，或根據(jù)由對(duì)角電極對(duì)所求得的兩個(gè)測(cè)量值(δVV1和δVV2)的差值求得，即δVH＝δVV2-δVV1。值得注意的是，δVV和δVH的平均值位置不相重疊，水平測(cè)量值δVH在垂直方向上移過(guò)一半電鈕間距的位置上求得。因此，需要將重構(gòu)鉆孔圖像所用的各δV/I值在測(cè)量深度上偏移。但是，在某些應(yīng)用中，位置偏移可被忽略。
如上指出，本發(fā)明的傳感器可以設(shè)在測(cè)井具總成的旋轉(zhuǎn)部件上，最好設(shè)置在孔底總成的活節(jié)基座(articulated pads)上。這些活節(jié)基座能將傳感器壓向鉆孔壁，以使測(cè)量更為方便并使測(cè)井具的擋開(kāi)影響降到最低程度或被消除?？烧归_(kāi)基座(deployable pads)已廣泛地用在鋼繩測(cè)井具中，以使測(cè)井具的擋開(kāi)程度最低，并最大程度地保持傳感器與鉆孔壁接觸。由于在鉆孔中遇到了苛刻的條件，在LWD或MWD測(cè)井具中很少使用可展開(kāi)基座。最近，在LWD測(cè)井具中所應(yīng)用的可展開(kāi)基座方面已取得某些進(jìn)展。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)知，本發(fā)明的傳感器可與任何可展開(kāi)基座(不論是目前已知道的，還是還沒(méi)有開(kāi)發(fā)的)一起使用。
位于得克薩斯州休斯敦的Schlumberge技術(shù)公司(SchlumbergerTechnology Corporation(Houston TX))最近推出的PowerDriveTM測(cè)井具上可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)可展開(kāi)基座的例子。PowerDriveTM測(cè)井具包括一些液壓控制基座。通過(guò)推進(jìn)鉆頭的機(jī)構(gòu)，該基座可用來(lái)控制鉆頭。圖12A是裝有三個(gè)PowerDriveTM基座91的套管(collar)的剖面圖。這三個(gè)PowerDriveTM基座91設(shè)置在正在對(duì)鉆孔95進(jìn)行鉆探的PowerDriveTM測(cè)井具上。該P(yáng)owerDriveTM測(cè)井具上的可展開(kāi)基座用來(lái)包容測(cè)量地層性質(zhì)的傳感器。例如圖12B表示設(shè)在一個(gè)PowerDriveTM基座上的本發(fā)明一實(shí)施例的傳感器。
Homan等人的與此有關(guān)的美國(guó)專利申請(qǐng)(專利申請(qǐng)序號(hào)10/605200)公開(kāi)了可展開(kāi)基座的另一個(gè)例子。該專利申請(qǐng)公開(kāi)了LWD或MWD的測(cè)井具中所使用的壓力補(bǔ)償基座(類似活塞的機(jī)構(gòu))。這些可擴(kuò)展的基座還可以與本發(fā)明各實(shí)施例一起使用。應(yīng)指出，本發(fā)明各實(shí)施例不受可展開(kāi)基座之類型的限制。
如上指出，本發(fā)明的一些實(shí)施例包括上述的設(shè)在測(cè)井具總成上的一個(gè)非旋轉(zhuǎn)套筒(基座)上的傳感器。例如授予Ciglence等人的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,230,557 B1)公開(kāi)了把壓力測(cè)量傳感器包括在非旋轉(zhuǎn)套筒上的裝置和方法。該專利轉(zhuǎn)讓給了本發(fā)明的受讓人，本申請(qǐng)通過(guò)全面參照而包含該專利。
圖13表示一例包括本發(fā)明傳感器的非旋轉(zhuǎn)套筒。如圖所示，非旋轉(zhuǎn)套筒1000包括許多穩(wěn)定器葉片1016和一片或多片肋條1014。本發(fā)明的傳感器可設(shè)在肋條1014上。如該例所示，絕緣基座1004設(shè)置在該肋條1014上。電流注入電極1001、電流返回電極1002和一部分測(cè)量電極1003設(shè)置在該絕緣基座上。肋條1014可以包括活節(jié)機(jī)構(gòu)(圖中沒(méi)有示出)以使肋條壓著鉆孔壁。該活節(jié)機(jī)構(gòu)可基于液壓力、彈簧力等起作用。其它非旋轉(zhuǎn)套筒/基座的例子可以在授予Fredericks等人的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,564,883)、授予Evans等人的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,600,321 B2)和授予Thompson等人的美國(guó)專利(專利申請(qǐng)序號(hào)6,173,793)中找到。
本專利技術(shù)方面任何已知的機(jī)構(gòu)可以使非旋轉(zhuǎn)基座或套筒基本不旋轉(zhuǎn)。例如以機(jī)械力(如彈簧力)或液壓力為作用力的一個(gè)活節(jié)機(jī)構(gòu)可以使基座頂向鉆孔壁?；c鉆孔壁之間的摩擦力使基座不旋轉(zhuǎn)(或能基本上減少旋轉(zhuǎn))。另一種方法是，給予基座一個(gè)速率與測(cè)井具旋轉(zhuǎn)速率大體上相同而方向與測(cè)井具旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)，就能使該基座基本上不旋轉(zhuǎn)。例如可用泥漿電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)這種“反向旋轉(zhuǎn)”。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可包括以下的一項(xiàng)或多項(xiàng)。本發(fā)明各實(shí)施例可用來(lái)在采用非導(dǎo)電泥漿鉆探時(shí)進(jìn)行測(cè)井成像。本發(fā)明的電阻率傳感器包括導(dǎo)電背板或屏蔽層或?qū)щ娀?，以減少使用較高頻率時(shí)來(lái)自注入電極的干擾。而且，導(dǎo)電背板或屏蔽層或?qū)щ娀詈帽３衷谝粋€(gè)基本與測(cè)量電極前的地層相同的電位上，以使因擋開(kāi)距離不均勻而造成的不良影響降低到最小程度。本發(fā)明的傳感器可用在測(cè)井具總成的旋轉(zhuǎn)件上或非旋轉(zhuǎn)件上。
雖然用數(shù)量有限的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，得益于本公開(kāi)能夠設(shè)想出其它實(shí)施例而不超出本說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的范圍只受后附的權(quán)利要求書(shū)的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于探測(cè)用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔壁的電阻率測(cè)井具，其中包括一個(gè)適于裝在邊鉆邊測(cè)的測(cè)井具總成內(nèi)的測(cè)井具本體；一個(gè)設(shè)置在測(cè)井具本體上的電阻率傳感器，其中，所述電阻率傳感器包括一個(gè)用來(lái)固定電流注入電極、電流返回電極以及測(cè)量電極陣列的傳感器基座；以及一個(gè)用來(lái)控制來(lái)自所述電流注入電極的電流注入和測(cè)量所述測(cè)量電極陣列中各電極間電壓差的電路，其中，所述測(cè)量電極陣列設(shè)置在所述電流注入電極和所述電流返回電極之間，所述傳感器基座由絕緣材料構(gòu)成并包括一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述傳感器基座中的所述導(dǎo)電構(gòu)件設(shè)置成具有與所述鉆孔壁基本相同的電位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述傳感器基座中的所述導(dǎo)電構(gòu)件被接地到所述鉆孔壁的電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在所述測(cè)井具本體的一個(gè)凹座內(nèi)，使得在所述測(cè)井具本體壓著所述鉆孔壁時(shí)所述電阻率傳感器不與所述鉆孔壁接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)井具，其中，所述凹座沿所述測(cè)井具本體縱軸的長(zhǎng)度至少是所述傳感器基座長(zhǎng)度的兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述測(cè)井具本體包括兩個(gè)擋開(kāi)箍，使得在所述測(cè)井具本體壓著所述鉆孔壁時(shí)所述電阻率傳感器不與所述鉆孔壁接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)井具，其中，所述兩個(gè)擋開(kāi)箍中至少一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成，為所述傳感器基座中的所述導(dǎo)電構(gòu)件接地到地層電位提供導(dǎo)電連接件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)在測(cè)井具本體的可展開(kāi)基座上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在一個(gè)鉆井作業(yè)時(shí)不隨鉆桿柱旋轉(zhuǎn)的所述測(cè)井具本體的部件上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在一個(gè)鉆井作業(yè)時(shí)隨鉆桿柱旋轉(zhuǎn)的所述測(cè)井具本體的部件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)井具，其中，所述測(cè)量電極陣列配置成在基本相互垂直的兩個(gè)方向上產(chǎn)生地層電壓測(cè)量值。
12.一種用于探測(cè)用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔壁的電阻率測(cè)井具，其中包括一個(gè)適于裝在邊鉆邊測(cè)的測(cè)井具總成內(nèi)的測(cè)井具本體；一個(gè)設(shè)置在測(cè)井具本體上的電阻率傳感器，其中，所述電阻率傳感器包括一個(gè)用來(lái)固定電流注入電極、電流返回電極以及測(cè)量電極陣列的導(dǎo)電傳感器基座，所述電流注入電極、所述電流返回電極和所述測(cè)量電極陣列與所述導(dǎo)電傳感器基座絕緣；一個(gè)用來(lái)控制來(lái)自所述電流注入電極的電流注入和測(cè)量所述測(cè)量電極陣列中各電極間電壓差的電路，其中，所述測(cè)量電極陣列設(shè)置在所述電流注入電極和所述電流返回電極之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述導(dǎo)電傳感器基座設(shè)置成具有與所述鉆孔壁基本相同的電位。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述導(dǎo)電傳感器基座被接地到所述鉆孔壁的電位。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)在所述測(cè)井具本體上的凹座內(nèi)，使得在所述測(cè)井具本體壓著所述鉆孔壁時(shí)所述電阻率傳感器不與所述鉆孔壁接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的測(cè)井具，其中，所述凹座沿所述測(cè)井具本體的縱軸的長(zhǎng)度至少是所述傳感器基座長(zhǎng)度的兩倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述測(cè)井具本體包括兩個(gè)擋開(kāi)箍，使得所述測(cè)井具本體壓著所述鉆孔壁時(shí)所述電阻率傳感器不與所述鉆孔壁接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的測(cè)井具，其中，所述兩個(gè)擋開(kāi)箍中至少一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成，為所述傳感器中的所述導(dǎo)電構(gòu)件接地到地層電位提供導(dǎo)電連接件。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在測(cè)井具本體上的可展開(kāi)基座上。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在一個(gè)鉆井作業(yè)時(shí)不隨鉆桿柱旋轉(zhuǎn)的所述測(cè)井具本體的部件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述電阻率傳感器設(shè)置在一個(gè)鉆井作業(yè)時(shí)隨鉆桿柱旋轉(zhuǎn)的所述測(cè)井具本體的部件上。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述測(cè)量電極陣列配置成在基本相互垂直的兩個(gè)方向上產(chǎn)生地層電壓測(cè)量值。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的測(cè)井具，其中，所述導(dǎo)電傳感器基座與所述測(cè)井具本體絕緣。
全文摘要
一種用于探測(cè)采用非導(dǎo)電泥漿鉆探的鉆孔壁的電阻率測(cè)并儀，其中包括一個(gè)適于裝在一邊鉆探一測(cè)井的測(cè)井儀組件內(nèi)的測(cè)井儀本體；一個(gè)設(shè)置在測(cè)井儀本體上的電阻率傳感器，其中，電阻率傳感器包括用來(lái)固定電流注入電極、電流返回電極以及測(cè)量電極陣列的傳感器基座；以及一個(gè)用來(lái)控制電流注入電極的電流注入和測(cè)量該組測(cè)量電極中各電極之間電壓差的電路。在該測(cè)井儀中，電流注入電極和電流返回電極設(shè)置在靠近傳感器基座上相對(duì)的端頭位置，而測(cè)量電極陣列設(shè)置在電流注入電極和電流返回電極之間，其中，傳感器基座由絕緣材料構(gòu)成并包括一個(gè)導(dǎo)電構(gòu)件，或者傳感器基座由導(dǎo)電材料構(gòu)成并包括電極周?chē)慕^緣部分。
文檔編號(hào)G01V3/24GK1696473SQ200510071468
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者A·J·海曼, P·張 申請(qǐng)人:施盧默格海外有限公司