專利名稱：地層電導率的測定的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由不同地層組成的地球巖層電導率的方法，其中一個包含鉆井流體的鉆井伸入巖層之中。這種方法又可稱作測井法。更具體地說來，本發(fā)明涉及對地球巖層中若干選定層的電導率之測定。這樣測得的電導率可以用來測定各個獨立的地層的組成以及測定這些地層中是否存在象油、水和氣這些流體。
通常、在由頁巖及沙交替組成的多層碎片型儲層中，用傳統(tǒng)感應測井工具，要檢出含烴區(qū)是不容易的。如果由于工具的垂直分辨率太低使得感應測井工具對一些太薄的地層不能單獨檢測出來，則工具的讀數(shù)是巖層的平均電導率。在一個垂直的井眼中，普通的感應測井工具的磁偶極矩在垂直方向上時，其讀數(shù)是沙與頁巖綜合起來的一個平均導電率，可是這個電導率是由頁巖層較高的電導率所主導的。一個橫向感應測井工具的磁偶極矩是在水平方向上時，其讀數(shù)是由含烴沙層的較低電導率主導的平均電導率。
如果巖層中頁巖與沙的含量已經(jīng)弄清，例如用γ-線工具或核工具經(jīng)過測量后得到的，那么把傳統(tǒng)的感應測井工具與橫向測井工具綜合起來應用就可以測定各個頁巖與沙層的電導率，其前提為同類型的地層之電導率相同。但是，橫向感應測井工具的響應很難判讀清楚，因為其響應受井眼效應和鉆井流體侵入效應的很大的影響。
一種降低井眼效應對橫向感應測井工具響應影響的已知方法公開在泰白勞夫斯基等人1979年的論文“在各向異性介質中帶橫向檢測器的感應聚焦探頭的徑向特性，”蘇聯(lián)地質學及地球物理學，20，81-90頁。在此公開的方法中，使用了一種感應測井工具，它包含一個磁場發(fā)生裝置，它適宜于在巖層中誘導出一個磁場來，還包括一個適宜于在離磁場發(fā)生裝置不同間距上接收響應磁場并提供代表每個響應磁場的信號之磁場接收裝置?？墒?，用這個工具的測量結果很不規(guī)則，固而很難判讀。當這個工具在一系列的地層中運作時，這個問題甚至會變得更明顯。
所以，本發(fā)明的目的是提供測定多層巖層中一個地層特性的方法，用這個方法得到的測井響應很容易判讀清楚，同時本方法可以在即使各個地層相對很薄時對上述特性有一個準確的顯示。
本發(fā)明進一步的目的是提供一個實施本方法用的系統(tǒng)。
本發(fā)明另一個目的就是提供一個在本發(fā)明的方法與系統(tǒng)中應用的感應測井工具。
按照本發(fā)明，提供一種測定由不同地層形成的巖層之電導的方法，其巖層中延伸著一個包含著鉆井流體的鉆井。本方法由以下各項組成-把一個感應測井工具下放到鉆井中，并定位于四周即為一個選定地層的地點；此工具包含有磁場發(fā)射裝置，它適宜于在巖層中誘導出不同頻率的磁場；還包含一個適宜于在離發(fā)射裝置有不同間距的地方接收響應磁場并提供代表每一響應磁場的信號之磁場接收裝置；-選擇二個以上的上述不同頻率和二個以上的上述間距；-發(fā)射裝置的操作要使每個所選頻率與每個所選間距有不同的組合，并在所述地層中誘導出所選頻率的磁場來；這個磁場在工具附近誘導出一個相應的響應磁場；在離發(fā)射裝置所選間距上，我們操作接收裝置以便得到一個代表響應磁場的信號；-對信號進行組合，以產(chǎn)生一個組合信號；它對鉆井區(qū)的電導率及所選地層附近地層的電導率之相關性有所降低。
這些信號可以寫成頻率的一個級數(shù)展開式，此展開式包含一個與頻率成線性關系的項，它主要由鉆井區(qū)電導率決定的。此展開式還包含一個與頻率成非線性關系的項，它主要由附近地層的電導率決定的。把描繪這些級數(shù)展開式的公式組合起來以使其與頻率成線性關系的各項從公式中消除掉，這樣得到的新公式實質上已消除了鉆井區(qū)電導率的影響。然后，把這樣得到的公式再組合在一起，以消除與頻率或非線性關系的主導項；這樣，形成的公式已實質上消除了鉆井區(qū)的影響以及附近地層的影響。其次，我們發(fā)現(xiàn)接收裝置的信號只是微弱地與其離發(fā)射裝置的間距相關；此間距此后就稱作工具間距。因此，信號的級數(shù)展開式與工具間距沒有明顯的依賴關系。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個把發(fā)射測井工具下放到鉆井之中并到達四周是所選地層的地點的裝置；此工具包含磁場發(fā)射裝置，它適宜于在巖層中誘導出不同頻率的磁場來；此工具還包含一個適合于接收在離發(fā)射裝置不同間距處的響應磁場并提供代表各個響應磁場信號的磁場接收裝置；-一個選擇二個以上所述不同頻率以及二個以上所述不同間距的裝置；-一個能對各所選頻率及各所選間距進行組合的裝置，它能操作發(fā)射裝置以使在所述地層中誘導出所述頻率的磁場來，此磁場在工具附近誘導出一個相應的響應磁場。上述裝置還能操作接收裝置在離發(fā)射裝置所選間距外工作以得到代表響應磁場的信號；-一個能對信號進行組合以產(chǎn)生一個與鉆井區(qū)電導率及附近地層電導率的相關性有所降低的組合信號。
按本發(fā)明的方法和系統(tǒng)中應用的感應測井儀包含一個把工具下放進入鉆井并定位在被選定地層包圍著的地點的裝置、一個適宜于在所述地層中誘導出不同頻率磁場來的磁場發(fā)射裝置、一個適宜于在不同的離發(fā)射裝置間距處接收響應磁場并提供代表每個響應磁場的信號的磁場接收裝置、一個選擇二個以上不同頻率以及二個以上不同間距的裝置、一個對信號進行組合以產(chǎn)生一個與鉆井區(qū)電導率及都近地層電導率的相關性有所降低的組合信號。
所選頻率及所選間距的不同組合包括第一頻率與第一間距的組合、第二頻率與第一間距的組合、第一頻率與第二間距的組合以及第二頻率與第二間距的組合。
組合信號可以用以下的實用方式來取得每個信號包含了一個成為響應磁場頻率線性函數(shù)的線性成分，此成分實質上依賴于鉆井區(qū)電導率；上述信號還包括成為響應磁場頻率非線性函數(shù)并與附近地層的電導率有實質性依賴關系的主導的非線性成分；在從組合信號中消除主導的非線性成分之前，就把線性成分從組合信號中消除掉。
在按本發(fā)明方法的一個實用的實施例中，工具由第一對感應線圈和第二對感應線圈組成；每一對感應線圈包含一個發(fā)射線圈和一個接收線圈；發(fā)射線圈限定了上述的發(fā)射裝置而接收線圈限定了上述的接收裝置。
上述信號的組合可用以下方式來有效地實現(xiàn)，這就是上述線圈的排列使得至少發(fā)射線圈與接收線圈中有一個的磁偶極矩與其他線圈的磁偶極矩相反。
用以下方式可以進一步減少發(fā)射線圈及接收線圈的不同間距對所產(chǎn)生信號的影響；這就是每對線圈都有一個中點，這個中點位于連接這些線圈的直線上并與各線圈距離相等。
為了使流過各地層并流過地層邊界的電流達到一個最佳的流道，比較適宜的方法是每個線圈排列得使其產(chǎn)生的磁偶極矩大體上與上述地層的延伸方向并行。在鉆井大體上垂直地延伸而地層水乎地延伸時，較適宜的方法是讓每個線圈排列得使其磁偶極矩大體上為水平方向。
在巖層中要誘導出來的磁場，其頻率適宜于選為40-200KHz，最好是50-150Khz之間。
下面參照附圖通過實例來詳細地說明本發(fā)明，附圖中

圖1示意地示出一個伸入多層巖層內的一個鉆井，本發(fā)明的方法中使用的感應測井工具已下降到此鉆井這中。
圖1中的鉆井延伸入一個巖層中，這個巖層包括一個含烴沙層3，它位于上頁巖層5及下頁巖層7之間，頁巖層5、7的電導率比含烴沙層3要高些。按本發(fā)明的感應測井工具9已經(jīng)用穿過防噴裝置13(圖中示意地畫出)的鋼絲繩11放入鉆井1，防噴裝置13位于鉆井1頂端的地面15上。測井工具9設有二個發(fā)射線圈17、18及二個接收線圈19、20。17、18、19、20中每個線圈都用一套沿鋼絲繩11延伸著的導線與地面設備22相連接，地面設備22包括一個電源，用來向發(fā)射線圈17、18提供功率；還包括一個信號處理器以接收并處理從接收線圈19、20來的電信號。
線圈17、18、19、20形成橫向線圈，也就是線圈的取向使其磁偶極矩24、26、28、30與鉆井軸相垂直，而其中磁偶極矩28的方向與磁偶極矩24、26、30相反。其次，線圈17、18、19、20大體上是沿測井工具9的縱軸線相互對準著的。同時，它們的排列使線圈副17、20以及線圈副18、19都具有一個共同的中點32，這個中點的限定為位于每對線圈之間的距離之一半的那個點。每一對線圈的間距下面均稱為工具間距。線圈副17、20的間距為L1，而線圈副18、19的間距則為L2，因此L1＞L2。
在正常操作中，地面設備22中的電源將一個頻率為f1的交流電供給發(fā)射線圈17，從而使巖層中誘導出一個磁偶極矩24的磁場。這個磁場向沙層3延伸，并在沙層3中誘導出一個電流，這個電流由一組局部渦流組成。這種渦流的大小決定于其離發(fā)生線圈17的距離以及這個點上巖層的電導率和發(fā)射線圈17工作的頻率。原則上，局部渦流又起到新的電流的誘導源的作用。新的電流又誘導出更新的電流，等等。在沙層3中誘導出來的電流誘導出一個響應磁場，它與感應磁場不同相并在接收線圈20中誘導出一個響應電流。由于在沙層3中的感應電流之大小決定于沙層3的電導率，接收線圈20中響應電流的大小也決定于這個電導率，從而提供了一個沙層3電導率的指示?？墒牵l(fā)射線圈17產(chǎn)生的磁場不但向沙層3延伸而且也在鉆井流體中以及沙層5、7中延伸，以致在鉆井流體及沙層5、7中誘導出電流來，它們導致在接收線圈20的響應電流中出現(xiàn)附加的成分來。這些附加的成分可以與發(fā)射線圈17工作的頻率成線性關系，或者與頻率的高次項成正比。通常，如果鉆井1的容量相對較大，則高次項就成為主導；如果頻率或電導率相對較高，結果也會這樣。如果不是這種情況，鉆井流體對接收線圈17總響應的主導作用會形成一個與頻率成線性關系的成分。
接收線圈20收到的響應磁場h(f1)可以寫成頻率的級數(shù)展開式h(f1)＝f1h1+f13/2h2+f12h3+…… (1)式中，h1，h2，h3是響應磁場h(f)的級數(shù)展開項。
f1h1成分大體上依賴鉆井區(qū)的電導率，就是說，這一項依賴鉆井流體的電導率。
隨后，一個頻率為f2的交流電被地區(qū)設備22之電源送入發(fā)生線圈17從而使巖層里誘導出一個頻率為f2的磁場。交流電頻率f2要適當?shù)剡x擇使它與向線圈17提供過的交流電的頻率f1有所不同。與頻率為f1的磁場相似，頻率為f2的磁場在地層3、5、7中誘導出一個電流；此電流在巖層中誘導出一個響應磁場，后者又在接收線圈20中誘導出一個響應電流。接收線圈20收到的響應磁場可以用頻率的級數(shù)展開式寫出來h(f2)＝f2h1+f23/2h2+f22h3+……(2)(2)式中之成分f2h1主要地依賴鉆井區(qū)的電導率。
用一個恰當?shù)姆绞桨压?1)及(2)組合起來，f1h1及f2h1這二個成分就可以消除掉。形成的式子為h(f1，f2)＝h(f1)-(f1/f2)h(f2) (3)用這個方式，與頻率或線性關系的各項就被消除掉了，從而鉆井區(qū)對公式(3)的影響大體上得到消除?？墒牵粋€缺點是附近地層(稱作肩床層)的影響顯著地增加起來，從而垂直分辨率降低了。這是由于這樣一個事實形成的，這就是與f3/2成正比的各項之垂直分辨率很低。
本發(fā)明應用了以下一種見解，那就是與f3/2正比的各項實質上與工具間距無關，從而以頻率聚焦響應之垂直分辨率可以用以下的方法來加以改善，這就是把二個工具間距不同的頻率聚焦發(fā)射/接收線圈對之各個響應組合在一起。這樣一來，與f3/2正比的各項可以消除掉。如果所用的頻率選得使二個發(fā)射/接收線圈對的都相等，那么只要讓發(fā)射線圈17、18的磁偶極矩相同但是又讓接收線圈19、20的磁偶極矩與之相反，就能適當?shù)貙崿F(xiàn)上述的消除。另一種方法是發(fā)射/接收線圈對使用不同的頻率對。
因此，下一步，發(fā)射線圈18用來在巖層中誘導出一個磁場和其相應的電流場，而接收線圈19用來提供能表示響應磁場的信號。向發(fā)射線圈18提供的交流電流之頻率為f1，也就是與先前向發(fā)射線圈17提供的電流頻率相同。響應磁場h1可以用一個與公式(1)相似的級數(shù)展開式寫出來；這個級數(shù)展開式包含一個主要與鉆井區(qū)電導率有關的f1h11成分以及一個主要與頁巖層5、7電導率有關的成分f13/2h12。下一步，一個頻率為f2的交流電流被提供給發(fā)射線圈18，也就是其頻率與先前向發(fā)射線圈17提供的電流頻率相同。響應磁場h1可以用一個與公式(2)相似的級數(shù)展開式寫出來；此級數(shù)展開式包含了一個主要與鉆井區(qū)電導率有關的f2h11成分，以及一個主要與頁巖層5、7電導率有關的成分f23/2h12。把這些級數(shù)展開式按照參照公式(1)及(2)說明過的相似方式來組合起來，與頻率成線性關系的各項可以消除掉，從而最終形成以下的式子h1(f11f2)＝h1(f1)-(f1/f2)h1(f2) (4)把公式(3)及(4)組合在一起，帶f13/2及f23/2各項的成分即可消除，以致最終形成的式子中鉆井區(qū)及頁巖層5、7電導率的影響實質上已消除掉。最終的公式是由地面設備22以一個組合信號的形式提供的。
從上所述，我們可以得出這樣一個結論，就是如果對不同頻率和不同工具間距進行組合，我們就可以得到一個代表某一選定地層地導率的信號，而把鉆井區(qū)及鄰近地層的影響實質上消除掉。
權利要求
1.一種測定由不同地層組成的地巖層之電導率的方法，其中一個包含著鉆井流體的鉆井伸進所述巖層，本方法包括-把一個感應測井工具下降到鉆井之中、四周是所選地層的地點，這個工具由以下各項組成磁場發(fā)射裝置，它適合于在所述地巖層中誘導出不同頻率的磁場，磁場接收裝置，它適合于在離感應裝置不同間距的地方接收響應磁場并且提供代表每個響應磁場的信號，本方法包括-選擇二個以上的頻率和二個以上的上述不同間距；-為了對每個所選頻率及所選間距作不同組合，操作發(fā)射裝置以使地巖層中誘導出一個所選頻率的磁場來；這個磁場誘導出一個相應的響應磁場，操作接收裝置在離發(fā)射裝置的所選間距上工作以提供一個代表響應磁場的信號來；-以一定的方式把這些信號組合起來從而使產(chǎn)生出來的組合信號對鉆區(qū)電導率以及所選地層的鄰近地層之電導率之相關性有所降低。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于所述所選頻率及所選間距的不同組合包括-第一頻率與第一間距之組合；-第二頻率與第一間距之組合；-第一頻率與第二間距之組合；-第二頻率與第二間距之組合。
3.按照權利要求1或2中的方法，其特征在于每個信號包含了一個成為響應磁場頻率之線性函數(shù)的成分并且此成分實質上與鉆井區(qū)電導率有關，每個信號還包括成為響應磁場之非線性函數(shù)的成分，此成分實質上與鄰近地層電導率有關，上述線性成分在把非線性成分從組合信號中消除之前就已從組合信號中消除掉。
4.按照權利要求1-3中之任何一項中的方法，其特征在于所述的工具由第一對線圈及第二對線圈組成，每一對線圈包括一發(fā)射線圈與接收線圈，第一對線圈之發(fā)射線圈與接收線圈間的間距較第二對要大些，發(fā)射線圈限定了一發(fā)射裝置，接收線圈限定了一接收裝置。
5.按照權利要求4的方法，其特征在于所述線圈排列成至少發(fā)射線圈及接收線圈中的一個，其磁偶極矩與其他線圈的磁偶極矩相反。
6.按照權利要求4或5的方法，其特征在于所述的幾對線圈擁有一個共同的中點，這個中點就是在連接這對線圈的直線上并與這對線圈等距離。
7.按照權利要求4-6中任何一項的方法，其特征在于每個線圈安排成使它們產(chǎn)生的磁偶極矩大體上與上述地層延伸的方向并行。
8.按照權利要求7的方法，其中鉆井延伸的方向大體上是垂直的，所述地層延伸方向大體上是水平的；其中每個線圈排列得使其磁偶極矩大體上為水平的。
9.按照權利要求1-8中之任何一項的方法，其特征在于要在巖層中誘導出來的磁場頻率宜選為40-200Khz之間。
10.一種測定位于一個以上地層附近的地層電導率用的系統(tǒng)，其包含有鉆井流體的鉆井伸進上述地巖層，本系統(tǒng)包括-把一個感應測井工具下放到鉆井中去并定位在一個由所選地層包圍的地點，此工具包括適宜于在所述地層誘導出不同頻率磁場來的磁場發(fā)射裝置以及適宜于在離發(fā)射裝置不同間距處接收響應磁場并提供代表每個響應磁場的信號的磁場接收裝置；-選擇二個以上的不同頻率以及選擇二個以上不同間距的裝置；-對每個所選頻率及所選間距進行不同組合用的操作發(fā)射裝置的裝置，它可以使得在所述地層中誘導出一個所選頻率的磁場；此磁場在工具附近誘導出一個相應的響應磁場。還有操作接收裝置使其在離發(fā)射裝置不同間距處工作的裝置，其用意是提供一個代表響應磁場的信號；-一個把信號進行組合的裝置，其組合的方式使產(chǎn)生一個與鉆井區(qū)電導率及所選地層之鄰近地層電導率的相關性有所降低的組合信號。
11.一個測定由不同地層形成的巖層電導率的感應測井工具，其中包含鉆井流體的鉆井伸進上述巖層之中；本工具包括-把工具下放到鉆井之中并定位在由一個選定地層包圍著的地點的裝置；-適宜于在所述地層誘導出不同頻率磁場的磁場發(fā)射裝置；-適宜于在所述地層誘導示出不同頻率磁場的磁場發(fā)射裝置；-適宜于在離發(fā)射裝置不同間距的地方接收響應磁場并提供代表每個響應磁場的磁場接收裝置；-用于選擇二個以上不同頻率及二個以上不同間距的裝置；-用于將信號進行組合從而產(chǎn)生一個組合信號的裝置；此組合信號與鉆井區(qū)電導率及所選地層的鄰近地層電導率的相關性已有所降低。
12.參照附圖所述的方法。
13.參照附圖所述的系統(tǒng)。
14.參照附圖所述的感應測井工具。
全文摘要
一種測定由不同地層組成的地巖層電導率的方法，其中包含有鉆井流體的鉆井伸進上述巖層。本方法包括把感應測井工具下降到鉆井中去并定位于由所選地層包圍的地點。本工具包括適宜于在所述地層中誘導出不同頻率磁場的磁場發(fā)射裝置以及適宜于在離發(fā)射裝置不同間距處接收響應磁場的并提供一個代表每一響應磁場信號的磁場接收裝置，至少要選擇二個不同的頻率和二個不同的間距。為了每一所選頻率及所選間距的不同組合，發(fā)射裝置操作時要使在所述地層中能誘導出所選頻率的磁場來，這個磁場在工具附近誘導出一個相應的響應磁場。操作接收裝置時要使它在所選離發(fā)射裝置間距處工作從而提供一個代表響應磁場的信號。把這些信號進行組合以產(chǎn)生一個組合信號，此組合信號與鉆井區(qū)電導率及所選地層附近地層之電導率的相關性已有所降低。
文檔編號G01N27/72GK1168722SQ95196622
公開日1997年12月24日 申請日期1995年12月4日 優(yōu)先權日1994年12月5日
發(fā)明者梅利斯·范·德·霍斯特 申請人:國際殼牌研究有限公司