CN100363758C - 用于感应-球形聚焦侧向测井的测井仪器和方法 - Google Patents

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CN100363758C CNB2004101002585A CN200410100258A CN100363758C CN 100363758 C CN100363758 C CN 100363758C CN B2004101002585 A CNB2004101002585 A CN B2004101002585A CN 200410100258 A CN200410100258 A CN 200410100258A CN 100363758 C CN100363758 C CN 100363758C
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Abstract

一种测井仪器，包括：设置在工作筒上的感应阵列组；沿着测井仪器的纵向轴线与感应阵列组相邻设置的电子模块组；以及布置在围绕电子模块组设置的壳体上的浅层电极阵列，其中所述感应阵列组包括沿着测井仪器纵向轴线相互间隔开的发射器天线、第一接收器天线和第二接收器天线，所述第二接收器天线设置在发射器天线与第一接收器天线之间。

Description

用于感应-球形聚焦侧向测井的测井仪器和方法
技术领域
本发明涉及用于测定地下井筒所穿透的各种地下岩层的性质和特征的电测井仪器和方法。
背景技术
各种电阻率测井技术已经用于测定地下岩层的电学性质。一种常用的技术为感应-SFL(球形聚焦侧向测井)测井。感应-SFL测井的感应部件通过响应交流(AC)发射器信号在岩层内感应出涡流来测量岩层的电阻率。所述的涡流感应出第二磁场，该磁场反过来在接收器天线内感应出电压。因为涡流的大小取决于岩层电导率，所以所接收信号的大小反映出岩层电导率。感应-SFL工具的SFL部件通过向岩层内发出电流来测量电阻率并测量通过一对测量电极的电流或者电压降。
为了获得真实的岩层电阻率，需要根据各种影响测试的影响因素对测井数据进行校正。比如，电阻率测量值可能具有来自流经所探测层的上方或者下方的沉积层(地层)内的电流的不希望有的影响。这指的是围岩影响，如果所要探测层比相邻层的导电性差，所述的围岩影响尤其成问题。
为了校正围岩影响，探头响应函数可用于利用真实岩层电导率来校正电压测量值。这一探头响应函数也被称为感应工具的垂向灵敏度曲线。对于均质岩层，探头响应函数可最好被描述为响应曲线，其具有有限宽度的主瓣和一个或多个位于主瓣(main lobe)每侧的副瓣。这些副瓣是形成围岩影响的原因。
已经提出了许多种方法来使这些副瓣(从而，围岩影响)最小。比如，授权给Doll的美国专利US2,582,314和授权给Tanguy的美国专利US3,067,383披露了具有多个发射器和接收器线圈的感应装置，发射器和接收器线圈以特定的关系设置，从而通过缩短主瓣的宽度和减少副瓣来“聚焦”探头响应函数。在另一可选择的方法中，授权给Poupon的美国专利US2,790,138披露了一种具有两个分离的感应线圈装置的感应测井仪器，两个线圈具有相同的几何中心以便两个线圈装置的感应可用于消除来自副瓣的影响。
除了上面所描述围岩影响外，趋肤效应也限制了感应测井仪器精确测量岩层的真实电导率的能力。趋肤效应的特征在于作为岩层电导率函数的探头响应函数的非线性响应。该趋肤效应主要是由岩层内相邻回路内流动的不同涡流之间的相互影响产生的。现有技术已表明趋肤效应的大小是由线圈系统的工作频率、线圈系统的有效长度、相邻岩层的电导率值以及其它因素的复杂函数决定的。
为了使围岩影响和趋肤效应最小并设计出更好的感应装置，需要考虑各种因素。这些因素包括探测深度(DOI)、分辨率、井筒效应、工作频率、以及互感。DOI表示所述的仪器能够从井壁处“看”到岩层多深。理想的是感应装置能够具有深的DOI，以便所测的岩层电阻率不受泥侵的影响。泥侵半径一般为0到4英尺，但是能够达到8英尺或者更大。为了获得较深的DOI，发射器-接收器间距要大。然而，大的发射器-接收器间距增大了趋肤效应产生的非线性响应的比例。大的发射器-接收器间距还增大了仪器长度和成本。
除了能够较深地“看”入岩层之外，感应装置还具有较高的分辨率，从而探测层的表观电阻率很少受相邻层的影响。然而，为了获得高的分辨率，发射器-接收器间距必须要小；这又降低了仪器的DOI。因此，折中是必要的。一种获得高分辨率仪器的可能方案是利用信号处理来增强仪器的垂向分辨率。例如，用于增强感应测井仪器的垂向分辨率的方法在授权给Barber并转让给本发明受让人的美国专利US4,818,946和US4,837,517中已披露。这些专利被整体引入作为参考。
一种理想的仪器还应该在各种直径的井筒比如8到16英寸的井筒中几乎不存在井筒效应。可选择的是，如果井筒效应是不可忽略的，就应该提供用于井筒校正的方法，并且校正的步骤应该简单。例如，通过引入传感器来进行井筒校正，所述传感器如斯伦贝谢技术公司(Houston，TX)的以商品名称AITTM出售的阵列感应装置上的Rm传感器，其能够测量井筒效应。
仪器的工作频率对DOI和信噪比(SNR)具有影响。高频产生低噪声(即较好的SNR)。然而，高频更易受趋肤效应的影响(从而具有较浅的DOI)。通常现有技术的感应装置在几十KHz到几个MHz的频率范围内工作。
发射器与接收器线圈之间的互感严重地影响了测试信号的强度。因而，互感应该保持在尽可能低的水平，以便其不会使来自岩层的电导率信号变得模糊。通过在发射器和接收器线圈之间引入一个补偿线圈，互感可被消除或者被降到最小。感应装置内互感线圈的使用在本领域中是公知的。
考虑到这些因素，已经研发出常规的感应装置，比如美国专利US3,179,879所披露的感应装置，以使用聚焦多线圈阵列来测量多个DOI处的电阻率。这些仪器的最小结构具有两个线圈阵列以在两个不同的DOI处进行测量：深层阵列(ILD)和中等深度阵列(ILM)。具有不同DOI的多线圈阵列能够进行探测并对诸如井筒效应和泥侵等环境影响进行校正。例如，ILD阵列用于探测泥浆滤液侵入带之外的区域。
除了近几十年在仪器设计方面的改进之外，还发展了各种用于校正围岩影响的信号处理方法。这些方法的实例包括授权给Barber的美国专利US4,513,376和授权给Schaefer等的美国专利US4,471,436所披露的相量处理。这些专利转让给本发明的受让人，并且它们整体引入作为参考。
此外，授权给Barber的美国专利US4,818,946和US4,513,376还披露了处理感应测井测量值的方法以通过使探头响应函数内的副瓣最小来减少测井测量值内不希望有的分量，所述的探头响应函数用于将岩层电导率转化成所处理的测量值。
通过努力提高仪器精度已经生产出具有许多部件和电路的仪器。因此，测井仪器逐渐变长。比如，一种授权给Chandler等的美国专利US5,157,605所描述的感应装置具有近40英尺的长度(如图1A)。增加的长度需要更多的组装和将测井仪器下入井筒的装配时间，并增加了钻更多的鼠洞(在所要探测区域的最下方所钻的附加长度，以使测井仪器传感器设置在足够深的地方从而在所要探测区的下部获取数据)的需要。此外，长的仪器在井况较差的井筒内还易于被卡住，并且还不能下入具有多个折线形的井筒或具有短的造斜半径的水平井中。
因此，需要具有较短长度的电阻率测井仪器。一种缩短测井仪器长度的方法为使用折叠天线阵列，如授权给Orban等的美国专利US5,905,379中所披露的方法(如图1B所示)。在所述的被折叠的天线阵列中，接收器天线和补偿线圈都设置在发射器天线的一侧，而不是发射器天线的两侧(如图1A所示)。折叠天线显著地缩短了仪器的长度，即包括附属电子仪器在内至大约为60英尺。天线部分的长度约为8英尺。
感应阵列仪器具有良好的性能，但是它们使用浅层读数感应天线而不是使用电流电极来测量井筒附近的电阻率。在“较差井筒”环境(即冲蚀或者不规则的井筒)中，电极装置(如SFL)能够比浅层读数感应天线进行更好的电阻率测量。此外，在高电阻率情况下，电极装置能够比感应装置进行更好的电阻率测量。由于这些原因，SFL或者其它浅层电极装置更加坚固。因而，电极装置优选使用在高电阻率和井况差的情况下，其通常会在低成本的井中发现。
对具有SFL或者电极装置的较好的感应装置的另一兴趣来源于这样一个事实，即许多老的电阻率测井是通过感应-SFL型仪器获得的，这些仪器测量ILD，ILM，和SFL。因为近来对那些由于油层薄而未开发的老油田再次开发投入兴趣，对不仅能够进行精确测量还能够提供与“老”的感应-SFL测量值井到井(well-to-well)相关的可能性的设备和方法具有新的需求。
因此，需要具有更好的但更简单的电阻率测井仪器和方法以获得感应-SFL测量值。
发明内容
一方面，本发明的实施例涉及一种测井仪器。根据本发明一个实施例的测井仪器包括设置在工作筒上的感应阵列组；沿着测井仪器的纵向轴线与感应阵列组相邻设置的电子模块组；以及布置在围绕电子模块组设置的壳体上的浅层电极阵列，其中感应阵列组包括沿着测井仪器纵向轴线相互间隔开的发射器天线、第一接收器天线和第二接收器天线，第二接收器天线设置在发射器天线与第一接收器天线之间。
另一方面，本发明的实施例涉及测井方法，根据本发明一个实施例的测井方法使用一种测井仪器，该测井仪器包括设置在工作筒上的感应阵列组；沿着测井仪器的纵向轴线与感应阵列组相邻设置的电子模块组；以及布置在围绕电子模块组设置的壳体上的浅层电极阵列，其中所述感应阵列组包括沿着测井仪器纵向轴线相互间隔开的发射器天线、第一接收器天线和第二接收器天线，所述第二接收器天线设置在发射器天线与第一接收器天线之间，并且其中感应阵列组不超过8英尺长。所述的方法包括在井筒内设置所述的仪器；使用第一接收器天线采集第一电阻率测量值和使用第二接收器天线采集第二电阻率测量值；采集浅层电阻率测量值，并且处理第一电阻率测量值、第二电阻率测量值和浅层电阻率测量值以提供岩层电阻率。
附图说明
图1A示出了具有长天线阵列组的现有技术的感应装置；
图1B示出了具有折叠天线阵列的现有技术的感应装置；
图2示出了根据本发明一个实施例的测井仪器；
图3示出了根据本发明一个实施例的感应阵列的径向响应型面图；
图4为示出了实施感应相量处理方法的方框图；
图5A-5C示出了使用现有技术的测井仪器和使用根据本发明一个实施例的测井仪器所获得的测量值的比较测井曲线；
图6A-6D示出了使用现有技术的测井仪器和使用根据本发明一个实施例的测井仪器所获得的测量值的比较测井曲线；
图7A-7C示出了使用现有技术的测井仪器和使用根据本发明一个实施例的测井仪器所获得的测量值的比较测井曲线；和
图8示出了根据本发明的一个实施例的测井方法的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种测量岩层电阻率的设备和方法。根据本发明实施例的测井仪器具有简单的构成，然而能够提供可与更先进的仪器相比的测量值。此外，根据本发明实施例的测井仪器能够提供可与现有技术的仪器相比的探测深度，以便由本发明的仪器所得的测量值能够与由其它仪器所得的测量值相比。因此，本发明的实施例使用简单的方法来满足工业上对具有效率和成本效率的装置和方法的需要，同时还提出了对测量值精度和与老的测井相关的可能性的要求。
如上所述，在设计感应装置时应该考虑多种因素。这些因素包括探测深度(DOI)、分辨率、井筒效应、工作频率、以及互感。本发明的实施例充分地考虑了这些因素，但是使用了简单的结构来获得所需结果。
图2示出了一种基于现有技术的根据本发明的实施例的感应-SFL仪器，所述仪器如为斯伦贝谢技术公司(Houston，TX)研制的以商品名称DITTM出售的仪器。如图所示，感应-SFL仪器400包括感应阵列组402和浅层电极阵列401。尽管浅层电极阵列401类似于现有技术的SFL仪器提供了井筒附近的电阻率，感应阵列组402提供类似于现有技术的感应装置的深层读数和中等深度读数的测量值。
在所示的实施例中，感应阵列组402设置在工作筒41上，该工作筒可以是授权给Barber等并转让给本发明受让人的美国专利US4,651,101和US4,873,488中所披露的导电性工作筒。感应阵列组402可包括发射器天线42和多个接收器天线44，46，48和补偿天线43，45，47。如现有技术的折叠阵列感应装置，根据本发明的实施例的感应阵列组402具有相对于发射器天线42设置在仪器一侧的接收器天线44，46，48和补偿天线43，45，47。为了简明的描述，这里所用的“天线”既指单线圈天线也指多线圈天线系统(比如聚焦线圈系统)。
如图2所示，本发明的感应阵列组402包括用于深层电阻率测量的天线。深层读数天线48测量远离井筒处的电阻率。深层读数测量较少受泥侵的影响，并且所测电阻率在必要的校正之后能够提供真实的岩层电阻率(Rt)。如上所述，深层DOI能够利用较长的发射器-接收器间距来获得。然而，较长的间距必定使仪器变长。根据本发明优选实施例的仪器具有设置在感应阵列组402上距发射器天线42约45英寸处的深层读数天线48。大约45英寸的间距提供充足的深层DOI，而不需使仪器太长。补偿天线47设置在发射器天线42与深层读数天线48之间合适的位置处(比如距发射器天线42约27英寸处)，以使发射器天线42与深层读数天线48之间的直接耦合(互感)最小或者得到减轻。
发射器42与深层读数天线48之间的45英寸的间距类似于AITTM上的间距。通过使用与现有仪器的构成相似的结构，本发明的仪器的成本可最小化。此外，发射器42与深层读数天线48之间的45英寸的间距能够提供可与老的测井仪器(如DITTM)的深层读数(ILD)相比的DOI。如果需要进行更深的探测，本发明的45英寸的测量可与其它测量(如使用后面描述的使用22英寸的阵列所获得的测量)(反)组合，根据现有技术中已公知的方法。对于组合不同的DOI测量以获得更深的测量的方法可参见如授权给Chandler等并转让给本发明的受让人的美国专利US5,157,605。这一专利整体引入作为参考。因而，本发明的仪器能够提供与现有技术的仪器进入岩层一样深的测量深度，且具有更短长度。
此外，本发明的仪器还包括设置在阵列组402上距发射器天线42约22英寸的中等深度读数的天线46。补偿天线45设置在发射器天线42与中等深度读数天线46之间合适的位置处(例如距发射器天线约16英寸处)，以使这两个天线之间的直接耦合最小或者得到减轻。另外，22英寸的间距基于现有的AITTM以使仪器的成本最低，尽管保持了可与通过使用现有技术的仪器(如斯伦贝谢技术公司(Houston，TX)研制的以商品名称DITTM出售的双感应-SFL仪器)获得中等深度的DOI测量值(ILM)相比的测量值的能力。利用DITTM所获得的ILM一般具有约30英寸的DOI，其等同于由图2所示的仪器的中等深度读数的天线46所提供的DOI。
如图2所示，本发明的仪器可选择地包括浅层读数天线44，其设置在阵列组上距发射器42约12英寸处。浅层读数天线44以很可能在泥浆侵入带的浅的DOI(如约18英寸)处测量电阻率。浅层读数天线44可以任选，这是由于在导电性的泥浆内SFL仪器(后面要进行描述)可用于测量井筒附近的电阻率。然而，如果使用非导电性的泥浆(即油基泥浆，OBM)，浅层读数天线44更适于测量井筒附近的电阻率。测量侵入带的电阻率是重要的，其原因在于两个方面：其提供了泥侵的证据，泥侵表明了岩层具有渗透性；并且其提供了在对侵入带内未涌出的油进行校正之后可用于计算电阻率孔隙的数值。补偿天线43设置在发射器42与浅层读数天线44之间的合适位置处(如距发射器天线42约9英寸)，以使这两个天线之间的直接耦合最小或者得到减轻。
图3示出了图2所示感应装置的径向响应。如图所示，在几何因子(GF)为0.5时，浅层读数天线44、中等读数天线46和深层读数天线48分别具有约18英寸、30英寸和61英寸的DOI。因此，这三个天线44，46和48可分别用于模拟现有技术的DITTM的SFL响应、ILM响应和ILD响应。
上面对本发明优选实施例的描述表明接收器天线以距发射器天线一定的间距设置。这些特定的间距被选定为与现有仪器(如AITTM)的间距相同，以使仪器的成本最低，同时保留仪器所需性能。本领域的普通技术人员可以理解，感应阵列组402内的天线还可以以其它间距进行间隔，以提供所需测量特性。因此本发明并不局限于图2所示的特定的间距。
由于与现有的仪器具有相同的发射器-接收器间距，根据本发明的仪器可使用现有的电子元件以使成本最低。例如，图2所示的实施例可使用与应用在AITTM中相同的电子模块。通常，这些电子模块布置在设置在天线阵列组上方的组内。此外，如果使用玻璃纤维间隔筒(或筒管)代替陶瓷间隔筒(或筒管)，感应阵列组402的成本还可进一步的降低。当使用玻璃纤维间隔筒时，玻璃纤维布优选以一定的方式取向以使纵向热膨胀系数尽可能的低。
一种优选的根据本发明的仪器包括一个发射器天线和两个或三个接收器天线(发射器和接收器形成了天线阵列)。虽然可包括其他感应阵列，但是它们增加了仪器的复杂程度和成本。此外，附加天线需要使用共同缠绕的接收器/补偿线圈。例如，图1B所示的现有技术的仪器使用了更加复杂的共同缠绕的接收器/补偿线圈。复杂性是因为必须同时满足两个标准：特定的接收器线圈匝数(N)与相应的补偿线圈匝数(N)之间的匝数比必须仔细选择以便平衡或者消除发射器与接收器阵列之间的直接互感；当仔细选择前述匝数比时，接收器线圈(N-1)和与另一接收器线圈(N)相关的补偿线圈(N)必须以距发射器相同的距离共同缠绕在相同的陶瓷筒管上。相比之下，本发明的实施例具有简单的天线阵列，不需要使用共同缠绕的天线，也就是，在本发明的实施例中共同缠绕是可选的。
用于控制的电子元件和发射器天线42和接收器天线44，46，48可布置在电子模块组403上并与感应天线阵列组402(上方或下方)相邻设置。在图2所示的实施例中，电子模块组403沿着仪器轴线设置在感应阵列天线组402的上方。如上所述，用于图2所示仪器的电子元件可使用与现有仪器，如AITTM，相似的电子模块。在优选实施例中，电子模块组403的直径较小，以便支承浅层电极阵列401的壳体(衬套)可设置在电子模块组403的周围而不会使仪器直径太大。此外，电子模块组403的长度优选短，以使仪器的整体长度可保持尽可能的短。
除了感应阵列组402之外，根据本发明的仪器还包括浅层电极阵列401。浅层电极阵列401适于测量井筒附近的电阻率，比如，在约18英寸的DOI处。本领域的普通技术人员可以理解其它电极阵列结构也可能获得所需的测量值。
根据本发明的一个实施例，浅层电极阵列401可基于由反馈所控制的球形聚焦侧向测井(SFL)仪器。浅层电极阵列401包括返回电流电极A1和A’1，检测电极M0和M’0，以及测量电极对M1，M2和M’1，M’2，全部对称设置在中心电流电极A0两侧，如图2所示。在优选实施例中，所有的这些电极都设置在绝缘壳体40上，绝缘壳体40设置在电子模块组403的上方，电子模块组403也是整块隔离和绝缘的。
图2所示的浅层电极阵列401类似于现有技术的SFL仪器。然而浅层电极阵列401的总长度(如约6英尺)小于通常的SFL仪器(约10英尺)。此外，为了使仪器的尺寸减到最小，浅层电极阵列401可与感应阵列组402共用同一电子模块组403。例如，中心电流电极A0可连接到感应发射器42上，并且用于其它电极的电极测量电路可被用于接收器天线44，46，48的电路所共用。利用共用电路，一种类似于使用在由斯伦贝谢技术公司(Houston，TX)研制以商品名称为HALSTM出售的高分辨率的方位侧向测井探头的恒定功率设备，可用于限制电压测量的动态范围。如果必要，恒定功率设备可断开感应发射器。高分辨率的方位侧向探测技术在如授权给Smits等的专利US5,754,050、授权给Smits的专利US5,852,363、授权给Eisenmann等的专利US6,046,593和授权给Eisenmann等的专利US6,369,575中已经披露。这些专利转让给本发明的受让人并引入作为参考。
虽然上述描述基于SFL基电极阵列，但是本领域的普通技术人员可以理解，根据本发明实施例的仪器还可基于其它电极阵列结构，比如由斯伦贝谢技术公司(Houston，TX)研制以商品名称为HALSTM出售的高分辨率的侧向测井阵列仪器。
如现有技术的SFL，图2所示的浅层电极阵列401使用两种电流模式进行操作：从中心电极A0到返回电流电极A1，A’1的辅助电流；从中心电极A0到距浅层电极阵列401一定距离的电流回路的观测(探测)电流。在现有技术的SFL(如DITTM上的SFL仪器)中，观测电流返回到仪器上方的仪器本体。然而，利用根据本发明实施例的仪器内整体隔离并绝缘的电子套，电极(其可以为整体隔离的)可用在管柱内最上端的仪器内以提供返回电流。
在测井期间，辅助电流从中心电流电极A0发出并返回到返回电流电极A1和A’1。辅助电流使观测电流进入岩层从而在岩层内等位面上形成近似球形的形状。当M1和M2上的读数相等时，就获得了聚焦条件。本领域的普通技术人员可以理解，检测并维持聚焦状态可使用软件进行控制以使对硬件的要求(由此对仪器的尺寸的要求)最低。然而，如果有需要可以使用硬件。
根据本发明实施例的仪器可选择包括仪器末端的电极51以测量泥浆电阻率。这一电极51类似于AITTM仪器的RM传感器。已经示出，传感器设置在仪器底部很少受井壁的邻近效应的影响。因而根据已知的现有技术，如使用查阅表，电极51所采集的测量值可用于校正井筒和泥浆的影响。
根据图2所示的实施例，感应阵列组402的长度约为45英寸。这一长度与阵列组402任一侧的12英寸一起使所述的仪器为63英寸(约5.3英尺)长。这一长度远远小于AITTM的长度(约8英尺)或者DITTM的长度(约13英尺)。本发明的浅层电极阵列401约6英尺长，其与两端部一起使所述仪器约为8英尺长。这一长度小于通常的现有技术的SFL仪器的长度(约10英尺长)。因而，根据本发明一个实施例的仪器400的总长度可与13英尺一样短，其远远小于大多数现有技术的感应-SFL仪器的长度(一般为15英尺或更长)。
在采集完成之后，可用常规的处理方法，对各种环境影响校正电导率测量值。例如，通过单独的阵列测量值的相量处理可减小趋肤效应。相量处理在授权给Barber并转让给本发明的受让人的专利US4,513,376中被批露。这一专利整体引入作为参考。简单的说，在相量处理中，过滤函数用于每一测井测量值的正交相X分量，以获得代表作为岩层电导率的探头响应函数内变化的校正因子。然后，校正因子与同相R分量相加以提供趋肤效应补偿测井。
与之相似，授权给Shaefer等的美国专利US4,471,436公开了使用相量处理来校正围岩影响和趋肤效应的方法。这一专利转让给本发明的受让人并整体引入作为参考。围岩影响通过产生空间反卷积过滤得到降低，当与探头响应函数卷积时，空间反卷积过滤削尖了主瓣并将副瓣减小到接近零。用于提高感应测井仪器分辨率的其它方法在授权给Barber并转让给本发明的受让人的美国专利US4,818,946和US4,837,517中被批露。这些专利整体引入作为参考。此外，井筒校正还可通过使用本领域已公知的方法，如通过使用查阅表来进行校正。
图4示出了一种典型的感应测井系统，其在根据本发明实施例的仪器内实施。如图4所示，感应测井仪器30通过一些输送装置28(所述的装置涉及任意电缆测井、随钻测井或者随钻测量技术)而悬挂在井眼26内。该工具30由电源10进行供电，并包括具有三个线圈的感应阵列的探头31，所述的感应阵列包括发射器T和两个接收器R1和R2。探头31具有探头响应函数g(z，σF)，其将岩层电导率σF(z)映射成测井测量值。仪器30还包括相敏检波器32，其响应于来自发射振荡器34的信号和接收器R1和R2的所接收的信号以产生同相σR(z，σF)和正交相位移σX(z，σF)，用于每一测井测量值的分量。
处理单元12可以为普通用途的程序控制计算机，其包括多路编解器16，其分离由仪器30所接收的每一测井测量值的两个分量。同相分量用于反卷积过滤器18和暂时用于求和装置24。正交相位移分量可用于线性过滤装置20，如授权给Barber的美国专利US4,513,376中所描述的。反卷积过滤器18实施基于几何因子响应函数gGF(z)的过滤器响应函数h(z)。过滤器18的输出值为反卷积电导率测量值σD(j)并表示处理过的测量值。过滤器18的输出值用于求和装置24和记录器14以可能记录作为处理过的测井值。暂时用于求和装置24的为来自多路编解器16的同相分量测量值。当与正交相位移分量σP(j)的相量处理一起使用时，改进的感应测井可通过将σP(j)和σD(j)相加或者直接与σR(z，σF)相加而获得。
本领域的普通技术人员可以理解，任何本领域公知的其它合适的处理方法都可用于代替或添加在这里所述的方法。此外，在导电性(水基)或非导电性(油基)泥浆中利用三个探测深度，通过使用合适的运算，在这一阶段可获得阶梯形型面侵入反转。另外，可在这一点完成需要将少量的22英寸阵列与45英寸阵列反(negatively)组合以模拟ILD的处理。最后，其它基本的处理可用于进行常规的环境校正，例如温度、井筒尺寸、泥浆电阻率等。
工业中已经发展了大量的岩层模型来测试测井仪器和处理方法。这些模型中的三个模型为Oklahoma岩层模型、墨西哥湾岩层模型和Conoco的试井模型，这三个模型都用于证明本发明仪器的性能。图2所示的仪器的响应起源于利用AITTM 12，21和39英寸阵列并利用AITTM恢复算法所处理的测量值。这些响应可与AITTM和现有技术的DITTM的响应相比。AITTM测量电导率阵列，其包括10英寸、20英寸、30英寸、60英寸和90英寸的探测深度。DITTM在约18英寸的DOI处测量SFL，在约30英寸的DOI处测量ILM，以及在约61英寸的DOI处测量ILD。
图5A-5C、图6A-6D和图7A-7C示出了使用三种岩层模型的不同仪器所产生的比较测井曲线。每一条测井曲线描述了各种由指定仪器所得到的曲线：DITTM、AITTM和本发明的仪器。这些测井曲线所代表的曲线包括电阻率(欧姆-米)，真实电阻率Rt、井筒直径(英寸)、测井井段(英尺)、侵入半径r1(英寸)。此外，图6A-6D和图7A-7C所示的测井曲线还表示了侵入(或者过渡)带电阻率曲线RXO。
图5A-5C为使用Oklahoma岩层模型所产生的测井曲线。图5A为DITTM标准测井曲线。从这一测井曲线可清楚地知道，这一仪器不能产生精确的真实电阻率(Rt)。这在110英尺与130英尺之间的20英尺的测井井段内最为明显。在这一高电阻率区域内，甚至当岩层分辨率不成问题时，ILM和ILD测量的不精确性也是明显的。相比之下，图5B中的AITTM测井曲线示出了响应整个范围电阻率的近乎完美的测井曲线，包括110英尺与130英尺之间的20英尺的测井井段。此外，其示出了在AITTM测井曲线相对于DITTM测井曲线所示的平滑曲线所示的阶梯形型面。由于所测电阻率存在大的差异，不同的曲线特征使新的AITTM测井曲线与老的DITTM测井曲线之间的井到井的相互关联很困难。
在图5C中，本发明的仪器提供一种测井曲线，该曲线接近于更加复杂的AITTM的测井曲线，其中示出，本发明的仪器仅利用两个感应阵列和一个SFL仪器就获得了这一结果，而AITTM却使用了5个感应阵列。从图5C中可明显看出，使用本发明的仪器所获得的测井曲线中的围岩影响已经被完全校正。因此，从使用本发明的仪器所获得的测井曲线所估算出的岩层电阻率应该比来自DITTM测井曲线的岩层电阻率更加精确。
图6A-6D示出了使用墨西哥湾岩层模型所产生的比较测井曲线，其具有RXO＜RR的侵入带的油层(40-60英尺)、过渡带(60-90英尺)以及水区(90-110英尺)。图6A-6C分别示出了DITTM标准测井曲线、AITTM测井曲线、以及使用本发明的仪器所获得的测井曲线。所有三种测井曲线提供了相似的电阻率型面图。然而，在具有泥侵的水区(90-110英尺)，DITTM的SFL仪器和本发明的仪器提供了更加精确的侵入带电阻率(RXO)。如果本发明的仪器配有浅层读数天线，其可不使用SFL仪器而在OBM井中使用，如图6D所示。
图7A-7C示出了使用Conoco试井所产生的测井曲线，该井形状不规则并且以具有侵入带电阻率与泥浆电阻率相等，即RXO＝Rm的“侵入”带为模型。图7A-7C分别示出了DITTM典型测井曲线，AITTM测井曲线、以及使用本发明的仪器所获得的测井曲线。除了45英尺和70英尺之间的井段内的近井筒测量之外，在该井段会出现低电阻率侵入，在大部分井段内，所有这三种仪器似乎产生可比较的测井曲线。有意思的是，DITTM与本发明的仪器的SFL读数产生相似的结果，虽然10英寸的AITTM的感应阵列产生不同的读数。因此，在新的测井曲线与老的DITTM测井曲线之间的井到井的相互关联中，本发明的仪器比AITTM更加有用。
图8为示出了根据本发明的一个实施例的测井方法80的流程图。步骤开始(步骤82)于通过在井筒中设置一个根据本发明的一个实施例的测井仪器。该测井仪器包括感应阵列组和浅层电极阵列。接下来，进行一系列的感应测量和电流电极测量(步骤84)。之后，对所采集的数据进行处理，以便提供可与本领域技术的状态可比的精度的电阻率测量值并同时提供具有可同老的感应-SFL测井曲线可比的特性的岩层电阻率的型面图(步骤86)。
本发明的优点包括降低了仪器的长度而产生高效的设备和方法。根据本发明的仪器可使所要钻的井具有较少的鼠洞，反过来这又减少了钻井时间。较短的仪器具有较低的卡钻风险。此外，较短的仪器管柱可提高到达井底的几率，尤其是当井内具有折线形或弯曲时。结果是较快的作业并由此节省了大量的钻井时间。根据本发明的仪器还需要较低频率的采样间隔，其使得测井速度为可比仪器如AITTM的测井速度的两倍。
此外，本发明的实施例能够提供允许井到井相互关联的测量值以便分析老的油气田保持的剩余油气量。
虽然结合有限数量的实施例对本发明作了描述，受益于这一公开的本领域技术人员可以理解，可以设计出其它实施例而不偏离在此所公开的本发明的范围。因此，本发明的范围应该仅由所附的技术方案进行限定。

Claims (20)

1.一种测井仪器，其包括：
设置在工作筒上的感应阵列组；
沿着测井仪器的纵向轴线与感应阵列组相邻设置的电子模块组；以及
布置在围绕电极模块组设置的壳体上的浅层电极阵列，
其中，所述感应阵列组包括沿着测井仪器纵向轴线相互间隔开的发射器天线、第一接收器天线和第二接收器天线，所述第二接收器天线设置在所述发射器天线与所述第一接收器天线之间，
所述感应阵列组不超过8英尺长，
所述浅层电极阵列布置在围绕电子模块组设置的壳体上，
第一补偿线圈设置在发射器天线与第一接收器天线之间选定位置处。
2.如权利要求1所述的测井仪器，其中第一接收器天线与发射器天线间隔开45英寸。
3.如权利要求1所述的测井仪器，其中所述的选定位置距发射器天线27英寸。
4.如权利要求1所述的测井仪器，其中第二接收器天线与发射器天线间隔开22英寸。
5.如权利要求4所述的测井仪器，其还包括设置在发射器天线与第二接收器天线之间选定位置处的第二补偿线圈。
6.如权利要求5所述的测井仪器，其中所述的选定位置距发射器天线16英寸。
7.如权利要求1所述的测井仪器，其还包括在感应阵列组内的第三接收器天线，其中所述第三接收器天线设置在所述发射器天线和第二接收器天线之间，距离所述发射器天线12英尺处。
8.如权利要求7所述的测井仪器，其还包括设置在发射器天线与第三接收器天线之间选定位置处的第三补偿线圈。
9.如权利要求8所述的测井仪器，其中所述的选定位置距发射器天线9英寸。
10.如权利要求1所述的测井仪器，其中所述的工作筒是导电性的。
11.如权利要求1所述的测井仪器，其中所述的浅层电极阵列包括：
中心电极；
沿着测井仪器的纵向轴线以基本相等的距离设置在中心电极两侧的第一对测量电极；
沿着测井仪器的纵向轴线以基本相等的距离设置在中心电极两侧的第二对测量电极，其中每一个第二对测量电极设置在中心电极与第一对测量电极中的一个电极之间；
沿着测井仪器的纵向轴线以基本相等的距离设置在中心电极两侧的一对返回电流电极，其中该对返回电流电极中每一个设置在中心电极与第二对测量电极中的一个电极之间；
沿着测井仪器的纵向轴线以基本相等的距离设置在中心电极两侧的一对检测电极，其中该对检测电极中每一个设置在中心电极与该对返回电流电极中的一个电极之间。
12.如权利要求1所述的测井仪器，其中测井仪器的总长度不超过15英尺长。
13.如权利要求1所述的测井仪器，其中测井仪器的总长度不超过13英尺长。
14.如权利要求1所述的测井仪器，其中所述的浅层电极阵列与感应阵列组共用电子模块组。
15.如权利要求1所述的测井仪器，其还包括设置在测井仪器端部的电极。
16.一种测井的方法，所述方法包括：
提供一仪器，该仪器包括设置在工作筒上的感应阵列组；沿着所述测井的仪器的纵向轴线与感应阵列组相邻设置的电子模块组；以及布置在围绕电子模块组设置的壳体上的浅层电极阵列，其中，所述感应阵列组包括沿着测井仪器纵向轴线相互间隔开的发射器天线、第一接收器天线和第二接收器天线，所述第二接收器天线设置在发射器天线与第一接收器天线之间，
其中，所述感应阵列组不超过8英尺长，通过在发射器天线与第一接收器天线之间设置补偿天线来减小在发射器天线与第一接收器天线之间的直接耦合，
在井筒内设置所述的仪器；
使用第一接收器天线采集第一电阻率测量值和使用第二接收器天线采集第二电阻率测量值；
采集浅层电阻率测量值；以及
处理第一电阻率测量值、第二电阻率测量值和浅层电阻率测量值以提供岩层电阻率。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述的浅层电阻率测量值使用浅层电极阵列采集。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述的浅层电阻率测量值使用设置在感应阵列组内的第三接收器天线采集。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述处理包括对围岩影响和趋肤效应进行校正。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述处理包括提高分辨率。
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