CN101688923A

CN101688923A - 高分辨率电压感测阵列

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Publication number: CN101688923A
Application number: CN200780053046A
Authority: CN
Inventors: L·E·圣马丁; E·L·戴维斯
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2027-05-21
Also published as: EP2167994A4; US8299796B2; EP3185047B1; EP3185047A3; BRPI0721679A2; EP2167994A1; EP3185047A2; MX2009012584A; CA2687554A1; CA2687554C; BRPI0721679B1; WO2008143616A1; EP2167994B1; CN101688923B; US20100148788A1

Abstract

一种在用于确定井眼壁的毗邻部分的电阻率的井下测井仪中执行高横向分辨率电压测量的装置和方法。两个电流电极由激发源供电，以在井眼壁中建立振荡电场。测量来自横向隔开的电压电极行中的每个电压电极相对于与该电极行纵向隔开的共用电压电极的电压降。与测得电流组合使用该差分电压以确定井眼的电阻率值。包括了具有与第一行电极横向偏移的电极的第二行横向隔开的电压电极，以提供高横向分辨率。测量共用电压电极处的公共模式电压，并使用它来使电阻率测量误差最小化。

Description

高分辨率电压感测阵列

背景

现代油田运作需要大量有关井下遇到的参数和工况的大量信息。这样的信息通常包括井眼穿过的地层的特性和与井眼本身的大小和配置有关的数据。可通过包括电缆测井和“钻井同时测井”(LWD)的若干种方法进行与井下工况有关的信息的收集(一般称为“测井”)。

在电缆测井中，在钻了井的一部分或全部之后，可将探头或“下井仪”放入井眼中。下井仪悬吊在长电缆或“测井电缆”的末端，长电缆或“测井电缆”为下井仪提供机械支承，还在下井仪与位于地面的电气设备之间提供电连接。根据现有的测井技术，当沿井眼向上拉下井仪时，测量地层的多个参数并将这些参数与下井仪在井中的位置关联。

在LWD中，钻井组件包括当地层被穿透时测量多个参数的感测仪器。虽然LWD技术允许更多同时进行的地层测量，但钻井操作产生对电子设备和传感器工作通常不利的环境。

在这些和其它测井环境中，期望构建井眼壁的图像。这样的图像揭示被穿透的地层的精细尺度结构等。该精细尺度结构包括诸如页岩/砂岩层序、断面以及由不规则粘结引起的不同质和孔隙大小变化之类的层理。还可识别断面和地层的取向，从而实现更精确的储油层流建模。

可按照多种方式实现井眼壁成像，但已经证实微电阻率测井仪对此有效。微电阻率测井仪以精细尺度测量井眼表面电阻率。可将此电阻率测量结果转换成像素强度值，以获得井眼壁图像。然而，因为包围测井仪的油基泥浆中的阻抗变化性，所以油基泥浆会妨碍此类测量。美国专利No.6,191,588(Chen)公开了用于油基泥浆的成像测井仪。Chen的电阻率测井仪采用了定位于电流源电极与电流返回电极之间的不导电表面上的至少两对电压电极。至少在理论上，电压和电流电极的分离消除了油基泥浆对电压电极测量的影响，从而至少实现了基于注入电流激发信号并随后测量地层的电压降来对地层电阻率的定性测量。将电压电极之间感测到的电压降放大、调节、采集以及与测得电流一起使用，以计算衬垫前的地层电阻率的估计值。

因为钻井和生产决策至少部分基于测井数据提供的井眼图像，所以那些图像必须精确地分辨井眼特征。测井仪产生的微电阻率数据的空间分辨率是对包含在井眼图像中的细节水平的一个限制。该测井仪的电压电极的大小和间距支配该测井仪所提供的测量值的空间分辨率。现有的微电阻率电压电极阵列采用相互平行排列的相似形状电极的集合。此排列中的任何两个电极之间的距离绝对受限于电极的直径。实际上，电极间距被限制于大于电极直径的距离，以减少电极间的电容性耦合，当电极间距减小时该电容性耦合增大。因此，现有的微电阻率测井仪的空间分辨率是有限的。

附图说明

在以下详细描述中将参考附图，其中：

图1示出一种示例性的钻井同时测井(LWD)环境；

图2示出一种示例性的电缆测井环境；

图3示出示例性的第一测井仪构造；

图4示出示例性的第二测井仪构造；

图5示出具有常规电压电极排列的示例性传感器衬垫的前视图。

图6A示出以高横向分辨率电压电极阵列为特征的示例性传感器衬垫的前视图。

图6B示出以采用多个共用电压电极的高横向分辨率电压电极阵列为特征的示例性传感器衬垫的前视图。

图7示出以采用分段的共用电压电极的高横向分辨率电压电极阵列为特征的示例性传感器衬垫的前视图。

图8示出以采用分段的共用电压电极的第二实施例的高横向分辨率电压传感器阵列为特征的示例性传感器衬垫的前视图。

图9示出以高横向分辨率电压传感器阵列为特征的示例性传感器衬垫的截面。

图10示出示例性的电流传感器构造；

图11示出示例性的传感器衬垫电路系统构造；

图12示出用于示例性的高横向分辨率传感器衬垫的示例性电路模型；以及

图13示出具有高横向分辨率电阻率测量和公共模式电压最小化的示例性的成像方法。

附图示出了将详细描述的示例性的发明实施例。不过，描述和附图不旨在将本发明限制为这些示例性实施例，相反，本发明公开和保护落入所附权利要求的精神和范围的所有修改、等价方案以及替代方案。

详细描述

本文中公开了在诸如油基泥浆之类的不导电流体中的多种电阻率成像方法和具有高横向空间分辨率的系统。在某些实施例中，所公开的测井系统包括测井仪，该测井仪与诸如个人计算机、服务器或数字信号处理板或某些其它形式的计算电路之类的地面计算设备通信。该测井仪设置有传感器阵列，该传感器阵列具有定位于至少两个电流电极之间的电压电极，这些电流电极向井眼壁地层中注入激发信号。电子放大器电路测量各电压电极相对于一共用的电压电极的差分电压。电压电极的排列导致高横向分辨率，同时降低了当电极间距离减小时出现的电极间的电容性耦合的影响。

图1示出了一种示例性的钻井同时测井(LWD)环境。钻井平台2支承塔架4，塔架4具有用于提升和降低钻具组8的活动块6。当钻具组8通过回转台12下降时，方钻杆10支承钻具组8。通过井下电机和/或钻具组8的旋转驱动钻头14。当钻头14旋转时，它产生通过多个地层18的井眼16。泵20将钻井液通过到方钻杆10的给液管22在井下通过钻具组8的内部、通过钻头14中的孔、经由钻具组8周围的环形套筒循环回地面并使之进入保存池24中。钻井液将切屑从井眼转移至池24中，并帮助保持井眼完整性。

LWD电阻率成像测井仪26被集成到钻头14附近的底孔组件中。当钻头通过地层延伸井眼时，测井仪26收集与多个地层性质有关的测量结果以及钻头位置和多个其它钻井工况。测井仪26可采取钻颈圈的形式，即提供重量和刚性来辅助钻井过程的厚壁管。可包括遥测装置28以将测井仪测量结果转移至地面接收器30且从地面接收器接收命令。

在钻井过程的多个时刻，可从井眼移去钻具组8。一旦移去钻具组，就可使用电缆测井仪34——即通过电缆42悬吊的具有用于向测井仪输电的导体和从测井仪到地面的遥测的感测仪器下井仪——进行测井操作。测井仪34的电阻率成像部分可具有感测衬垫36，当沿井眼向上拉测井仪时，感测衬垫36沿井眼壁滑动。测井设备44收集来自测井仪34的测量结果，且包括用于处理和储存测井仪收集到的测量结果的计算设备。

图3示出井眼16中的测井电缆或LWD电阻率成像测井仪300的截面图。偏移机构302使测井仪300偏离中心，以最小化测井仪的传感器与井眼壁之间的间隙。测井仪的传感器可位于偏移机构302上的衬垫中，或者这些传感器可位于与偏移机构相对的测井仪的主体中。当测井仪300旋转并沿井眼行进时，传感器将沿井眼壁上的螺旋状路径前进。可使用测井仪内的若干个定向传感器将电阻率测量结果与传感器在井眼壁上的位置关联。地面计算设备可收集电阻率测量结果、定向(方位)测量结果以及测井仪位置测量结果，而且可处理收集到的测量结果以建立井眼壁的电阻率图像。

图4示出井眼16中的测井电缆或LWD电阻率成像测井仪400的替代实施例的截面图。抵靠着井眼壁部署感测衬垫402以最小化间隙。可使用多个衬垫来获得井眼周边的更大部分上的测量结果。在某些实施例中，按照轴向偏移的分组来设置这些衬垫，以增大周边覆盖范围，而不会引起未部署构造中的不适当的拥挤。

在以上参照图1和2描述的测井场景中，井眼中存在的钻井液是诸如油基泥浆之类的不导电液体。这种液体中的某些会与来自井眼壁的钻屑或材料混合，从而在井眼壁上形成粘滞的半固态层。此层在术语上称为“泥饼(mudcake)”，而且它阻止测井传感器与未受污染的地层材料之间的紧密接触。此外，测井仪器的移动会产生液流层，该液流层进一步将测井传感器与未受污染的地层材料分离。

泥饼和液流层具有非常低的电导率，这导致对井眼壁电阻率的高分辨率测量存在某些困难。穿过低电导率层的测量例如可通过以下手段得到改善：(1)使用交流电；(2)增大电压电极之间的距离以提高信号电平；以及(3)使用具有较高工作频率的源电流来加强与地层之间的电容性耦合。

图5示出示例性的传感器衬垫502的表面，其具有定位于电流电极506与508之间的六对电压电极504。实际上，传感器衬垫可设置有附加的电压和电流电极，而且实际上可在多轴上工作。在诸如衬垫502之类的单轴传感器衬垫的情况下，保持传感器衬垫的长度与测井仪34的长轴平行。电流电极506、508之间的距离控制探查的深度，更大的距离提供更大深度的探查。电压电极504之间的距离控制该测井仪的空间分辨率，较小的距离提供较高的分辨率。

传感器衬垫502的横向分辨率受限于电压电极504的横向间距510。减小电压电极504的横向间距可提高从衬垫502得到的测量结果的横向分辨率，从而提高衬垫502分辨井眼地层中的精细结构的能力。不幸的是，当以平行的行排列时，与电压电极504一样，单个电极的间距受限于单个电极的直径。已经发现电压电极因为在较小电极尺寸的情况下出现的信噪比损耗而具有最小的实用尺寸。实际上，这些电极的间距甚至必须大于单个电极的直径，以限制当电极之间的距离太小而出现的电极间的电容性耦合。

图6A示出示例性传感器衬垫602的表面，该传感器衬垫602具有改进的电极排列，其中两个电压电极行604、608被共用的电极606分开。在此实施例中，电压电极604、606以及608的排列被配置成提高横向分辨率。衬垫602的电压电极阵列包括共用的电极606、设置于共用电极606一侧的第一行电压电极604、以及设置于共用电极606另一侧的第二行电压电极608。共用电极606用作电压电极604与608形成的每个电压电极对的一个电压电极。如图所示，电极604和608被横向偏移，从而可能实现比图5中的电压电极504的平行排列的横向分辨率更高的测量。虽然将电压电极604和608分别示为四个和五个电极，但不旨在限制电极的数量，而且实际上，衬垫602可采用任意数量的电压电极。

此外，衬垫602可包括多个共用的电压电极和多行电压电极。图6B示出示例性传感器衬垫602，其中电压电极行604、608被共用电极606分开，而且还包括将电压电极行608、612分开的共用电极610。在此排列中，电压电极行604、608以及612被横向偏移，以获得比图6A中所示的电压电极604、606以及608的构造所提供的横向分辨率更高得多的横向分辨率。

当测井仪34在井眼36中行进时，衬垫602抵靠着井眼壁部署，并执行指示地层电阻率的电压测量。与电压电极604和共用电极606形成的电压电极对相关联的测量结果从与电压电极608和共用电极606形成的电压电极对相关联的测量结果纵向偏移了。为实现高横向分辨率，应当将与两组电极相关联的测量结果对齐或矫正。可通过将从共用电极一侧上的电压电极测得的测量结果与从共用电极另一侧上的电压电极的同一纵向井眼位置处测得的测量结果相关联来实现两个测量结果的对齐。替代地，可将从共用电极一侧或两侧上的电压电极测得的测量结果内插以估计任何纵向井眼位置处的电阻率值。

图7示出了示出替代的电压电极排列的传感器衬垫702的表面。在此排列中，共用的电压电极706包括两个分段。当对电流电极506和508通电以在井眼壁中产生振荡电场时，电流一般通过井眼壁地层在电流电极506与508之间纵向地流动。然而，井眼壁地层的局部不同质会引发相对于衬垫502横向的电流。在这样的情况下，共用电压电极606提供相对于衬垫602横向的低电阻率电流路径。因为电压电极604、606以及608测得的电压差是由纵向电流而不是横向电流产生的，所以可归因于共用电压电极606的任何电流干扰应当对电压测量结果仅有微小影响。然而，通过包括分段的共用电压电极706来打断横向电流路径，能减轻共用电压电极606对电压测量结果的任何微小影响。

图8示出了示出第二替代的电压电极排列的传感器衬垫802的表面。在此排列中，共用的电压电极806包括三个分段。将共用电压电极806设置为三个分段进一步减轻了横向电流的干扰，同时允许高横向分辨率电压测量结果。注意虽然示出了三个分段，但可设想采用甚至更多数量分段的多种构造。例如，如电压电极604、806以及608之间的虚线所示，共用电压电极806的三个分段中的每一个为三个电压电极604或608服务。共用电压电极806的替代实施例包括四个分段，其中三个分段为两个电极604或608服务，而一个分段为三个电压电极604或608服务。共用电压电极806的另一替代实施例包括五个分段，其中四个分段为两个电压电极604或608服务，而一个分段为一个电压电极604或608服务。用于获得横向分辨率改善的电压测量结果的共用电压电极806的多种排列都是可能的。

图9中示出了示例性传感器衬垫802的截面。传感器衬垫802包括用来为该衬垫提供所需刚性和强度的金属基板902。该金属基板902可包括用来保持传感器电路系统的腔904。为了示例性目的，示出电极馈电线通过传感器衬垫902，但这些电极馈电线可替代地连接至腔904或中央腔(未示出)中的传感器电路系统。在某些实施例中，金属基板902由钢构成。金属基板902的表面被绝缘层906覆盖，在某些实施例中，该绝缘层906包括聚醚醚酮(PEEK)材料。电流电极506和508被嵌入绝缘层906的表面上。

在本发明的某些实施例中，可测量流入电流电极506、508的电流，并使用它们来确定毗邻地层的电阻率。参考图10，示出了电流传感器1002、1004。在本发明的示例性实施例中，电流传感器1002、1004包括用于辅助测量与电流电极506、508相关联的电流的电流互感器1006、1008。此外，在本实施例中，源电流途经功率放大器1010、1012。在本示例性实施例中，电流互感器1006耦合在功率放大器1010与左电流电极506之间，从而电流测量结果仅包括流入电流电极506的电流。类似地，电流互感器1008耦合在功率放大器1012与右电流电极508之间，从而电流测量结果仅包括流入电流电极508的电流。因为来自源的总电流已知，而且测得流入电流电极506、508的电流，所以流入地层中的激发电流的精确测量结果已知且不会导致地层电阻率的失真计算。

当测井仪34在非常低的源电流激发频率(即约小于2-5kHz)下工作时，与传感器衬垫802的金属主体的电容性耦合可忽略，这意味着电流电极506、508与传感器衬垫802的金属主体之间的漏电流非常小，而且从电流电极506、508流入的激发电流的测量结果相对准确。不过，当测量井眼壁电阻率时，由于电压电极604、806、608之间产生的电压差低，测井仪34在低电流频率下的操作导致糟糕的准确性。使用较高频率(例如超过5kHz，而且通常在10kHz到100kHz范围内)可提供毗邻井眼壁电阻率的更准确的测量结果，而且对于低电阻率地层(例如低于5欧姆-米)的测量是优选的。源电流激发频率的提高会产生相应的不合需要的从电流电极506、508到传感器衬垫802的金属主体的漏电流增大。通过使用在题为“具有受保护的电极电流测量的OBMI测井仪(OBMI Tool with GuardedElectrode Current Measurement)”的序列号为相关申请中说明的保护电极及其方法可减小由此漏电流引入的测量误差。

现参考图11，示出了油基泥浆槽成像仪(OMRI)测井仪的第一示例性构造。电路1100给出了激发电流源1102和差分电压放大器1104、1108的简图。在具有此构造的OMRI测井仪的使用期间，地层电阻率测量中的重大误差源来自测井仪34的电压测量结果的不准确，该不准确是由耦合在共用电极806与行604、608中的电压电极之间的差分电压放大器1104、1108的有限输入阻抗引起的。差分电压放大器1104、1108的虽大但非无限的输入阻抗允许电流1112少量经由电压电极604、806以及608流入放大器电子电路中。此电流在电压电极604、806以及608前面的泥浆层21中引起电压降。因为在电压电极604、806以及608中的每一个的前面的泥浆层21不是均匀的，所以每个电压降的具体值不同。

因此，错误和不合要求的电压差在电压电极604、806以及608之间产生，而且被添加到平行于衬垫802表面流动的电流1110产生的与地层18的电阻率成比例的电压差中。归因于放大器1104、1108的有限输入阻抗的此错误和不合要求的电压差在一阶近似下与公共模式电压成比例。公共模式电压是放大器1104、1108的基准地电位与电压电极604、806以及608前面的地层的平均电位之间的电位差。虽然放大器1104、1108的基准地电位通常连接至传感器衬垫802的金属主体，但其中将基准地电位偏移或驱动至不同电位的其它实现也是可能的。

此测量误差的影响在使用如上所述的电流注入方法测量具有低电阻率(即小于5欧姆-米)的地层期间可能是显著的，其中可能需要电压电极604、806以及608之间的低电压差的测量结果。为减少由共同模式电压对差分电压的影响引起的测量误差，在优选实施例中将电压电极604、806以及608处的公共模式电压最小化。

图12示出衬垫802的用于测量地层电阻率的示例性的电路模型。衬垫802包括耦合至电压电极和电流电极的测量电路系统1202。多个电极次第耦合至该测量环境，该测量环境被建模为等效电路1204。电流或电压源1205驱动电流电极(“右电极”和“左电极”)之间的振荡激发电流。源1205还耦合在屏蔽/保护电极(“右屏蔽”和“左屏蔽”)之间，以保持这些屏蔽电极与它们相应的电流电极处于约同一电位。等效电路1204是井眼壁的电气特性的简化近似，而且在此处作为理解测量电路系统1202的辅助。

检测器1244用于测量共用电压电极806处的公共模式电压。如图8中所例证地，共用电压电极806包括多个分段。当共用电压电极806包括三个分段时，检测器1244包括三个检测器，每个检测器耦合至共用电压电极806的一个分段，而且电压信号V_CMV包括每个检测器的输出。使用模数转换器对每个检测器(即V_CMV1、V_CMV2、V_CMV3)的输出进行采样，然后对这些数字信号取平均以找出公共模式电压V_C(即V_C＝(V_CMV1+V_CMV2+V_CMV3)/3)。注意这里每个共用电极分段的公共模式电压应当是相似的，因为等势场线垂直于两个电流电极之间的电流。

一旦共用电压电极806处的公共模式电压已知，则可通过使用题为“具有公共模式电压补偿的油基泥浆成像测井仪(Oil Based Mud Imaging Toolwith Common Mode Voltage Compensation)”的相关申请S/NPCT/US2006/034959中说明的技术使共用电极806处的公共模式电压最小化。通过使共用电极806处测得的公共模式电压最小化，使得所有电极604、806以及608的公共模式电压最小化，从而提高了毗邻地层的电阻率的测量结果的准确度。

电流传感器——包括电流互感器1208、1212和放大器1210、1214——耦合至右电极和左电极以测量从两个电流电极的同时电流。可修正测得的电流以补偿基线电流(即如果将测井仪隔离在真空或空气中时将会测得的电流)。在某些实施例中，测量每个电流电极的电压(相对于测井仪主体)并将该电压乘以真空校准常数以确定来自该电流电极的基线电流。注意电流电极可处于不同的电压，从而导致为每个电流电极确定不同的基线电流。通过从相应的电流电极测得的电流中减去每个基线电流来确定经过修正的电流值。

除用于电流测量的电流感测放大器1210、1214之外，测量电路系统1202还包括用于各个电压电极的检测器1216、1217，用于测量地层激发电流产生的电位差。检测器1216、1217可采取差分电压放大器的形式，而在替代实施例中，可采取用于每个电压电极的单独的感测放大器的形式。在这两种情况下，电路系统1202可包括用来实现对测得电位差进行数字处理的模数转换器。这些电位差与井眼壁上的位置相关联，且被处理以估计该位置处的地层电阻率。

等效电路1204包括接近电流电极之间的理论电流路径的部件1218-1242。电容器1221表示左电流电极与衬垫主体之间的剩余电容性耦合，而电容器1222表示左电极与井眼壁之间的电容性耦合。电阻器1224、1226、1240以及1228表示井眼壁的电阻性部分。电容器1229表示右电流电极与衬垫主体之间的剩余电容性耦合，而电容器1230表示井眼壁与右电极之间的电容性耦合。电容器1232、1242以及1234表示电压电极与井眼壁的受测部分之间的电容性耦合。假定电容性耦合1218和1220存在，则屏蔽电极使电流电极与衬垫主体之间的直接电容性耦合最小化。存在由电容器1236和1238表示的间接耦合。标记为I_CFL和I_CFR的电流分别流过电阻器1226和1240，而且这些是确定地层电阻率所关心的电流。给定测得电极电流且假定电压电极电流被最小化，就可估计所关心的电流I_CFL和I_CFR，从而估计毗邻井眼壁地层的电阻率。

可将处理器设置为测量电路系统1202的一部分用于计算电阻率值。替代地，可将电流和电压测量结果传送至地面计算设备以计算电阻率值。电阻率估计值可表示为函数：

R＝f(δV，I_LE，I_RE) (4)

其中I_LE是左电流电极处存在的电流，而I_RE是右电流电极处存在的电流。根据实验上测得的传感器衬垫特性，该函数可采取多种形式。在某些实施例中，电阻率估计值是测得电压差除以经过修正的测得的电极电流的加权和，该加权和已经通过屏蔽漏电流的补偿得以修正：

R＝kδV/(c₀ I_MAX+c₁ I_MIN)， (5)

其中k是基于传感器衬垫几何形状的校准常数，I_MAX是经过修正的电极电流的较大者，I_MIN是经过修正的电极电流的较小者，以及c₀和c₁是和为1的加权因子。在一个实施例中，该加权因子等于1/2，而在其它实施例中，c₁＝2/3。可按照使多个校准曲线中的均方差最小化的方式确定该加权因子。在另外一些其它实施例中，电阻率估计值是为分别测得的电流而确定的电阻率的加权和。

R＝c₀ R_MIN+c₁ R_MAX＝c₀(kδV/I_MAX)+c₁(kδV/I_MIN)， (6)

同样，其中k是基于传感器衬垫几何形状的校准常数，I_MAX是经过修正的电极电流的较大者，I_MIN是经过修正的电极电流的较小者，以及c₀和c₁是和为1的加权因子。

图13示出电阻率成像方法的流程图。在块1302，将电阻率成像测井仪放置在井眼中。对于LWD，该测井仪是当执行钻井操作时执行测井的井底组件的一部分。对于电缆测井，该测井仪是放入感兴趣区域的底部的下井仪的一部分，当以稳定速率沿井眼向上拉测井仪，该下井仪用于执行测井。

在块1304，将该测井仪置于测井模式。对于LWD，此操作可以(也可不)涉及部署偏离器，该偏离器迫使测井仪主体中的传感器抵靠着井眼壁。替代地，LWD电阻率成像测井仪可具有抵靠着井眼壁部署的一个或多个传感器衬垫。对于电缆测井，抵靠着井眼壁部署多个传感器衬垫。

块1306-1326表示在测井过程期间进行的操作。虽然按照顺序方式示出和描述，但这多个操作可并发地进行，而且它们可对多个电压电极和多个传感器衬垫同时进行。

在块1306，该测井仪测量地层与差分电压放大器基准地之间的电位差，该电位差称为公共模式电压信号。在块1308，执行公共模式电压测量的检查，以确定该公共模式电压信号是否在对收集来自地层的准确差分电压测量结果而言可接受的界限内。如果公共模式电压信号不在可接受的界限内，则调节诸如激发电流值和/或相位之类的测井仪工作参数，以将该公共模式电压信号调节至地层电阻率成像可接受的界限内。

一旦确定公共模式电压在可接受的界限内，在块1314，该测井仪测量通过两个电流电极的电流，并在此步骤中进一步测量多个电压电极对之间的电压差。在块1316，该测井仪根据方程(4)、(5)或(6)中的一个为每个电压电极对确定经过补偿的电阻率测量结果。

在块1320，当执行电压测量时，将与共用电极任一侧上的电极相关联的电阻率测量结果偏移调节，以补偿电极的不同纵向位置。例如，可通过将从共用电极一侧上的电压电极测得的测量结果与从共用电极另一侧上的电压电极的同一纵向井眼位置处测得的测量结果相关联来实现偏移调节。替代地，可将从共用电极一侧或两侧上的电压电极测得的测量结果内插以估计任何纵向井眼位置处的电阻率值。

在块1322，该测井仪，更可能是耦合至该测井仪的地面测井设备将经过补偿和去偏移的电阻率测量结果与测井仪位置和定向测量结果相关联，从而实现井眼壁图像像素值的确定。至少在某些实施例中，当测井过程在进行时，实时显示井眼壁图像。

在块1324，该测井仪沿井眼移动，而在块1326，执行检查以确定测井操作是否应当继续(例如测井仪是否已经到达感兴趣区域的终点)。对于连续的测井操作，重复块1306-1326。一旦测井操作完成，在块1328，地面测井设备可处理电阻率和位置测量结果以产生和显示井眼壁的精细的电阻率图像。

多种电压电极形状都是可能的和可以使用的。更多的电压电极在提高处理成本的代价下可提供更高分辨率。在这样的安排下，可构想要被最小化的公共模式电压将是来自共用电压电极的所有分段的电压信号的平均。在保持适用于本文中所描述的测井操作的情况下，工作电压和电流可以有很大的不同。已经发现，需要高于约5kHz、以及可能高达100kHz或更高的源电流频率，因为它们降低了泥浆层阻抗，并提高了电压电极之间可测量的电压差。在某些测井仪实施例中，对于测量不同电阻率的地层，源电流频率可在低频(例如10kHz)和高频(例如80kHz)之间切换。对于具有一般较低电阻率的地层，优选较高的频率，反之亦然。

虽然已经示出和描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员可对本发明作出修改，而不会背离本发明的精神或示教。本文中所描述的实施例是示例性的而不是限制性的。本系统和装置的许多变化和修改是可能的，而且在本发明的范围内。例如，虽然本公开和权利要求使用术语“电阻率”，但广泛认为电导率(电阻率的倒数)与电阻率具有一一对应关系，从而通常用于与电阻率等价的功能。因此，保护范围不受限于本文中所公开的实施例，而仅受限于所附权利要求，所附权利要求的范围应当包括权利要求的主题的所有等价物。

Claims

1.一种油基泥浆成像测井仪，包括：

用来在井眼壁中产生电流的至少两个纵向隔开的电流电极；

第一行横向隔开的电压电极；以及

与所述行纵向隔开的共用电压电极，其中对于所述行中的每个电压电极，所述测井仪测量相对于所述共用电压电极的电压，其中所述电压由所述电流产生。

2.如权利要求1所述的测井仪，其特征在于：

所述共用电压电极具有比所述第一行中的所述电压电极更大的横向尺寸。

3.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于，还包括：

第二行横向隔开的电压电极，其中所述第二行中的所述电极与所述第一行中的电极横向偏移，而且其中对于所述第二行中的每个电压电极，所述测井仪测量相对于所述共用电压电极的电压。

4.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于：

所述共用电压电极将所述第一行电极与所述第二行电极纵向分隔开。

5.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于：

所述共用电压电极包括多个电压电极。

6.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于：

所述至少两个电流电极由激发源供电，以在井眼壁中建立振荡电场。

7.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于，还包括：

耦合至所述共用电压电极和所述行中的每个电压电极的电压检测器，所述电压检测器用于测量所述行中的每个电压电极相对于所述共用电压电极的电压。

8.如权利要求7所述的测井仪，其特征在于：

所述电压检测器是差分电压放大器。

9.如权利要求7所述的测井仪，其特征在于，还包括：

耦合在所述至少两个电流电极之间用于测量电流的至少两个电流传感器。

10.如权利要求9所述的测井仪，其特征在于，还包括：

与所述第一电流传感器、所述第二电流传感器和所述电压检测器连通的电路，用于根据所述第一电流、所述第二电流以及所述电压确定电阻率值。

11.如权利要求2所述的测井仪，其特征在于，还包括：

耦合至所述共用电压电极用于测量公共模式电压的至少一个电压检测器；以及

耦合至所述至少一个电压检测器以使所述公共模式电压最小化的电路。

12.如权利要求11所述的测井仪，其特征在于：

所述电压检测器是差分电压放大器。

13.一种测井方法，包括：

使用由激发源驱动的至少两个电流电极在井眼壁中产生振荡电场；以及

测量共用电极与第一行电压电极中的每一个之间的第一差分电压。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

测量所述共用电极与第二行电压电极中的每一个之间的第二差分电压。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

所述第一行电压电极与所述第二行电压电极被所述共用电极分隔开。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：

所述第一行电压电极与所述第二行电压电极横向偏移。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：

测量流向所述至少两个电流电极中的第一个的电流；以及

使用所述测得的电流和所述测得的差分电压确定电阻率值。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述电阻率值与所述井眼壁上的位置相关联，并显示井眼壁图像，所述井眼壁图像至少表示与所述电阻率值相关联的所述井眼壁上的位置。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述电阻率值与所述井眼壁上的位置相关联的所述步骤包括：

将根据所述第一差分电压确定的所述电阻率值与根据所述第二差分电压确定的所述电阻率值对齐以产生高横向分辨率的电阻率值。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，对齐所述电阻率值的步骤包括：

从存储设备检索对应于井眼壁位置的所述电阻率值。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，对齐所述电阻率值的步骤包括：

通过内插所述电阻率值确定对应于井眼壁位置的电阻率值。

22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括：

测量所述共用电极相对于衬垫地电位的公共模式电压。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括：

使测得的所述共用电极的公共模式电压最小化。