CN101932955A - 先行测井系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先行测井系统。技术使用通过测井系统从期望的地下区域进行数据获取。测井系统被构造成在井眼中使用并且使用具有发射器天线的发射器模块。另外，测井系统使用接收器模块，所述接收器模块与发射器模块间隔开并且具有接收器天线。发射器天线和接收器天线被定向为能够在诸如测井系统的前面的期望的方向上具有灵敏度。

Description

先行测井系统

背景技术

在与井有关的各种操作中，执行测井以获得与其中形成井眼的地下环境有关的信息。测井仪在井下部署在具有各种传感器的井眼内以获得有助于了解和使用井的数据。在一些应用中，随钻测井技术用于获得钻井眼时的数据。然而，现有的测井系统从地下环境的一些区域(例如，测井系统的前方或前面的区域)获得信息的能力可能受到限制。

发明内容

总之，本发明提供一种用于通过测井系统从期望的地下区域获取数据的系统和方法。测井系统被构造成在井眼中使用并且使用具有发射器天线的发射器模块。另外，测井系统包括具有接收器天线的接收器模块，并且接收器模块与发射器模块间隔开。发射器天线和接收器天线被定向为能够在诸如测井系统的前面的期望的方向上具有灵敏度。

附图说明

以下参照附图说明本发明的一些实施例，其中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1显示根据本发明的实施例的电阻率阵列；

图2显示根据本发明的另一个实施例的电阻率阵列；

图3显示根据本发明的实施例的、对于在各种发射器-接收器距离的情况下获得的10kHz振幅测量值的探测深度的示例；

图4显示根据本发明的实施例的电阻率阵列；

图5显示根据本发明的实施例的电阻率阵列；

图6A和图6B显示传统的现有技术电阻率阵列的振幅响应；

图6C和图6D显示根据本发明的实施例的电阻率阵列的振幅响应；

图7显示根据本发明的实施例的序列方法；

图8显示根据本发明的实施例的电阻率阵列；

图9显示根据本发明的实施例的天线模块；

图10A-10F显示根据本发明的实施例的对于具有电阻率对比的二维边界的各种测量值；

图11是根据本发明的实施例的、用于获得与地下环境有关的数据的测井系统的示意图；

图12是根据本发明的实施例的类似于图11的测井系统但显示了所述测井系统的另一个示例的示意图；

图13是根据本发明的实施例的类似于图11的测井系统但显示了所述测井系统的另一个示例的示意图；

图14是根据本发明的实施例的类似于图11的测井系统但显示了所述测井系统的另一个示例的示意图；

图15是根据本发明的实施例的类似于图11的测井系统但显示了所述测井系统的另一个示例的示意图；

图16是根据本发明的实施例的、限定电磁耦合张量并说明所述电磁耦合张量与天线方位的关系的图；

图17是根据本发明的实施例的、在大致垂直井中使用的测井系统的模型图；

图18是根据本发明的实施例的、在大致水平井中使用的测井系统的模型图；

图19是根据本发明的实施例的、有在大致垂直井中的测井系统的一个示例输出的结果的图示；

图20是根据本发明的实施例的、有在大致水平井中的测井系统的一个示例输出的结果的图示；

图21是根据本发明的可选实施例的、使用三个发射器和接收器系统的测井系统示例的示意图；

图22是显示根据本发明的实施例的、使用倾斜定向TX和RCV天线的图示；

图23是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于给定一组参数示出了与阶梯式(step down)下降的电阻率剖面(或电阻率分布)有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图24是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式下降的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图25是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式下降的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图26是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式下降的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图27是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于给定一组参数示出了与阶梯式升高(step up)的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图28是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式升高的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图29是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式升高的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图30是根据本发明的实施例的、由测井系统的一个示例输出的、对于另一组参数示出了与阶梯式升高的电阻率剖面有关的测井仪灵敏度的结果的图示；

图31A-31B是根据本发明的实施例的、相对于阶梯式升高和阶梯式降低的电阻率剖面对于衰减和相移来说先行(look-head)范围与TX RCV间隔的图示；

图32是根据本发明的实施例的、在两个不同的发射频率下对于阶梯式降低的地层电阻率剖面来说相对于电阻率水平和电阻率对比与关于衰减范灵敏度的测井系统有关的图示。

图33是根据本发明的实施例的、显示在两个电阻率对比下的检测范围和阶梯式降低的电阻率剖面的图示；

图34是根据本发明的实施例的、提供与使用测井系统的一个示例有关的阶梯式降低的剖面及其它信息的示例的图解；

图35是根据本发明的实施例的、显示可以使用测井系统获得与地层的各向异性和相对倾角有关的结果的示例的图示；

图36是根据本发明的实施例的、显示作为四个不同构造倾角的函数的测量值的示例的图示；

图37是根据本发明的实施例的、显示由测井系统输出的表示确定诸如粘土沙位置的接近性和存在的地下特征的测量值的示例；

图38是根据本发明的实施例的、显示由测井系统输出的表示层间厚度的估计的测量值的示例的图示；

图39是根据本发明的实施例的、表示用于利用测井系统获取数据的、其中使用直接反演的过程的一个示例的流程图；

图40是根据本发明的实施例的、表示用于利用测井系统获取数据的、其中使用直接反演的过程的一个示例的另一个流程图；

图41是根据本发明的实施例的、其中由测井系统使用先行反演以确定与地下环境有关的信息的示例的示意图

图42是根据本发明的可选实施例的、其中由测井系统使用先行反演以确定与地下环境有关的信息的另一个示例的示意图；和

图43是根据本发明的可选实施例的、其中由测井系统使用先行反演以确定与地下环境有关的信息的另一个示例的示意图。

具体实施方式

在以下说明中，说明许多细节以提供对本发明的理解。然而，本领域的普通技术人员要理解的是在不需要这些细节的情况下可以实施本发明，并且可以由所述实施例进行多种变化和修改。

本发明的实施例涉及具有改进特性的电阻率阵列。本发明的一些实施例涉及在地层评价中使用这些测井仪的方法。本发明的实施例可以允许对更加复杂的地层模型(即，具有更多参数的地层模型)做反演和/或可以提高电阻测量值反演的稳健性(减少不确定性)。本发明的一些实施例可以通过提供更多测量值而增加地层电阻率评价的灵活性，所述更多测量值中的每一个都可以具有对不同地层模型的不同的响应。

本发明的一些实施例提供具有模块化设计的电阻率阵列。模块化设计有助于对不同的测量需求安装不同的测井仪结构。例如，通过扩展发射器、接收器组合的数量(例如，具有四个发射器和一个接收器、从而形成4发射器-接收器阵列的一个实施例)，可以获得更多的探测深度。

本发明的一些实施例可以包括可以用作收发器(即，用作发射器和接收器)的天线。这还提供了测井仪结构灵活度。在本实施例中，对于相同的数量的模块来说，可以获得更多数量的发射器、接收器组合。此外，在不需要以类似于授予Minerbo等人公开的美国专利申请No.2003/0085707A1中的方式延长测井仪的长度的情况下，可以实现定向测量的对称化。

本发明的一些实施例涉及在距离接收器的远距离处(例如，＞90英尺)具有发射器接头(sub)以允许对储层的复杂性具有选择性的灵敏度的测井仪。这样一个实施例可以具有放置在传统的底部钻具组合的外侧(远离所述传统的底部钻具组合)的独立供给动力的发射器接头。

本发明的一些实施例涉及将发射器放置在钻头处或所述钻头内部、或非常靠近钻头，以便具有先行能力。这样一个实施例可以具有独立供给动力的系统和数据通信能力。

本发明的一些实施例涉及使至少一个模块位于分开的井或井眼内。

本发明的一些实施例涉及使用适应预期地层的测量频率对地层电阻率进行估计的方法。频率范围例如可以达到200KHz。

本发明的一些实施例涉及组合本发明的模块与现有LWD电阻率阵列。

本发明的一些实施例涉及线圈设计，所述线圈设计具有多个绕组以允许对于宽范围的频率来说可使用相同的天线。多个绕组可以串联或并联连接。

本发明的一些实施例涉及振幅测量值到相位、相对相位和振幅、以及相移和衰减(传播)的延伸，这需要接头以包括在十英尺的范围内的具有相对较长间隔的两个接收器天线。

本发明的一些实施例涉及在有或没有金属屏蔽的情况下定向天线(共同定位或紧密靠近定位)的实施。

测井仪模块化

本发明的一些实施例涉及具有模块化设计的电阻率阵列。如这里所使用的，“电阻率阵列”是包括在钻柱上的不同位置处连接的至少一个接收器模块和至少一个发射器模块的结构。模块化设计允许发射器和接收器天线放置在BHA内的不同位置处，或者放置在BHA上方的钻柱内的位置处。例如，图1显示了电阻率阵列，所述电阻率阵列包括与其它LWD或MWD测井仪27、28、29、30一起放置在BHA内的4个发射器模块21、22、23、24和一个接收器模块25。通过将发射器和/或接收器模块插入在标准BHA上的不同位置处(如图2中所示)，或者将所述发射器和/或接收器模块插入在钻柱上的不同位置处，可以实现具体的探测深度以优化使用这种深电阻率测量的地层模型反演过程。例如，在一个实施例中，发射器模块21可以距离接收器模块25大约90-100英尺。此外，一个或多个模块可以放置在附近的井眼内以提供大的间隔阵列。

发明人已经发现过度增加发射器天线与相对应的接收器天线之间的间隔会使接收器拾取和耦合来自发射器的信号的能力变得复杂。本发明的实施例可以在发射器模块或接收器模块中使用三轴向天线，其中，三轴向天线模块具有三个天线，所述三个天线具有沿三个不同方向的磁矩。三轴向天线模块将确保三轴向天线的横向分量中的至少一些可以形成与相对应的发射器或接收器的横向分量的大致耦合。因为当装配钻柱时，难以确保单个天线发射器与单个天线接收器对齐，从而当间隔增加时增加了难度，因此使用三轴向天线收发器(或接收器)是有利的。相反，三轴向天线收发器(或接收器)将总是具有与电阻率阵列中相对应的接收器(或收发器)的磁矩大致对齐的分量。此外，三轴向天线收发器允许确定诸如倾角、各向异性、邻层影响的地层特性。

图3显示对于存在具有电阻率对比为1-10ohm的边界时在发射器-接收器距离为10英尺、30英尺、60英尺和90英尺的情况下获得的10kHz振幅测量值的探测深度的示例。假设钻柱(因此电阻率阵列)平行于边界并且位于远离边界的各种距离处。如图4中所示，10英尺阵列对边界不是非常敏感；10英尺阵列显示仅在边界附近的细微大小变化。30英尺阵列比较敏感，从而显示在边界处的不同过渡(transition)。60英尺更加敏感；60英尺显示边界周围显著的电阻率过渡。在此发射器-接收器间隔处，信号大小在远离边界大约20-40英尺处开始变化。在90英尺阵列的情况下，信号大小变化得更加显著。要认识的是不同探测深度的组合允许不同径向距离处的地质构造的演变。模块化设计使得易于构造用于不同阵列间隔的测井仪。此外，使用一个或多个三轴向天线作为发射器和/或接收器会增加可以获得的间隔，这提供了相应增加的DOI。

作为收发器的模块接头

本发明的一些实施例涉及具有收发器天线的电阻率阵列设计。在这些测井仪中，天线没有被设计成分开的发射器或接收器。相反，同一天线可以用作发射器或接收器。除了有利于经济之外，如图2中所示，这种提高对于相同数量的接头来说允许更多的探测深度。

图2显示具有三个接头41、42、43的测井仪模块40，所述三个接头形成具有间隔D和DX2的两个阵列。因为天线41和43可以用作发射器或接收器，因此具有DX3间隔的第三阵列还可通过这种测井仪结构得到。此外，利用收发器天线，在不需要必须具有属于公共井下工具的发射器和接收器的情况下还可以执行定向测量。例如，可以首先利用作为发射器的天线41和作为接收器的天线43、然后利用作为发射器的天线43和作为接收器的天线41而获得一组对称的测量值。

作为发射器/收发器的远距离接头

本发明的一些实施例涉及具有远离其它BHA工具(例如，接收器或发射器)放置的天线接头的测井仪。井通常具有限制BHA的实际长度的弯曲和转向。因此，传统的电阻率测井仪不能具有被间隔开大于BHA的实际长度极限(大约150英尺)的距离的发射器和接收器。这种测井仪不能提供当放置在具有超过标准钻具组件的最大实际长度的厚度的储层内的井轨迹时可能需要的探测深度。

图4显示根据本发明的一个实施例的装入远距离接头的电阻率阵列。如图所示，电阻率阵列包括在BHA内的传统的UDR51。UDR包括三个天线(发射器、接收器或收发器)52、53、54。此外沿着钻柱，电阻率阵列还包括远距离模块55，所述远距离模块包括发射器、接收器、或收发器。远距离模块55中的天线可以与天线52、53、54中的任一个一起使用以形成具有大间隔的阵列。通过将远距离模块55与BHA中其它传统的电阻率测井仪一起使用，发射器-接收器距离(即，阵列间隔)可以被设置到任意期望的距离。远距离模块55可以被独立供给动力。此外，远距离模块55可以通过例如无线遥测技术来操作。在一个实施例中，一个或多个钻铤63可以位于远距离模块55与天线52、53、54中的一个或多个之间。

远距离模块55的位置可以被选择成大约为储层厚度(或大于所述储层厚度)。使阵列间隔大约为储层厚度(或大于所述储层厚度)可以提供传统的电阻率测井仪以其它方式得不到的不同的优点。

例如，图6C和图6D显示长阵列(所述长阵列的间隔大约为130英尺的地层厚度)的振幅响应更加简单并且清楚地表示地层界面在哪儿。这种额外长的阵列(尤其是在低频区)的响应对储层内部的复杂性不敏感。与此相反，如图6A和图6B中所示，传统的现有技术电阻率阵列(所述传统的现有技术电阻率阵列的间隔小于130英尺的地层厚度)的振幅响应对层内的电阻率变化比较敏感，但是对地层界面却不是很敏感。来自图6A-6D的结果显示可以根据正在被钻进的储层的特性(例如，预期的地层厚度或最低储层层电阻率与盖层和储层底部的电阻率的比值)有利地选择传感器距离(阵列间隔)和操作频率。

具有在钻头处的接头的先行电阻率测井仪

本发明的一些实施例涉及具有先行能力的电阻率测井仪。根据本发明的实施例，接头可以紧邻钻头以类似于授予Schaff等人并转让给本发明的受让人的美国专利No6,057,784中所述的方法放置。所述专利通过引用在此全文并入。此外，天线还可以放置在旋转导向工具上或者直接放置在钻头内。通过将收发器放置在钻头处，在每一对发射器/接收线之间的中间距离所取的电阻率测量点更靠近钻头移动，从而允许随钻时更快的反应时间。这种能力允许根据地质事件而发生早期的实时动作。此外，还可以通过使用延伸超过电阻率传感器对的测井仪响应末端实现钻头的先行能力。

图5显示根据本发明的一个实施例的电阻率阵列的一个示例。如图所示，电阻率测井仪70包括在钻柱的一个端部处的钻头14。天线73(所述天线可以是发射器天线或接收器天线)紧邻钻头14设置在钻柱上。此外，电阻率阵列包括具有三个收发器模块52、53、54的UDR51，所述三个收发器模块可以用作接收器或发射器。虽然在此示例中显示了三个收发器模块，但是本领域的普通技术人员将认识到这种测井仪可以具有或多或少的收发器模块。此外，接收器模块或发射器模块可以替换一个或多个收发器模块。在一个实施例中，天线73可以是钻头14的部件。

根据本发明的一些实施例，钻头附近的天线73具有非纵向磁矩，即，天线73的磁矩不在平行于钻柱轴线的方向上。天线73的非纵向磁矩确保天线73具有在横向方向(即，垂直于钻柱轴线的方向)上的磁矩分量。此外，收发器模块中的至少一个(例如，52、53、54)包括三轴向天线，其中三个天线具有在三个不同方位上的磁矩。在一些情况下，三轴向天线可以具有在三个正交方位上的磁矩。三轴向天线模块将确保三轴向天线的横向分量中的至少一些可以形成与钻头附近的天线73的横向分量的大致耦合。钻头附件的天线73可以是发射器、接收器、或收发器。通常，因为接收器天线可以经受来自增加振动和震动或来自可能存在的高功率旋转导向测井仪的更高的电噪音，因此对于钻头附近的天线73来说优选的是发射器。因此，可以包括动力导向部件的马达模块16可能破坏接收器天线。

多频率测量

本发明的一些实施例涉及使用多频率用于电阻率测量的测井仪和方法。根据本发明的实施例，可以选择频率以更加有效地覆盖频谱，从而提高深电阻率测量的反演精度和灵活度。例如，根据本发明的一些实施例，可以在每十个一组分布3个或更多个频率的情况下获得测量值。在钻井之前或随钻时可以设定或自动选择这些频率，以提供最佳的地层反演。发射器接收器距离与频率的组合在确定具有复杂内部层的储层外界面时是必须的。对于最大灵敏度来说，天线间隔和频率的组合优选地被选择为遵从以下公式。

定义传播系数k为：k²＝εμω²+iσμω其中：ε是电磁介电常数，μ是电磁磁导率，σ为电导率，而ω为角频率。如果L表示发射器-接收器间隔，则使得：|k|.L∈[0.1；10]。优选地选择频率以满足此判据。

可以使用本领域公知的任意实施方法来有效地执行多频率测量。例如，图7显示用于多频率测量的电阻测量序列的示例。在图7中所示的方法中，假设所有TX脉冲具有被控制的振幅。此外，本领域的普通技术人员将认识到在脉冲方法中，如图7中所示，可以实现单个脉冲以发射两个或更多个频率。可以通过测量当被接收器感测的实际电压来执行信号测量。可选地，信号可以作为一对不同频率的脉冲之间的微分信号而被测量。

接头与现有LWD测井仪的组合

本发明的一些实施例涉及具有远距离接头的电阻率阵列，所述远距离的接头如上所述具有其它传统的电阻率测井仪。例如，图8显示包括两个远距离接头的发射器55A和55B、和传统的LWD电阻率测井仪的测井仪，所述传统的LWD电阻率测井仪可以用作用于远距离发射器模块的接收器以提供具有比传统的电阻率阵列可以具有的间隔大得多的间隔的阵列。本领域的普通技术人员将认识到具有用于接收电阻率信号的一个或多个天线的任意传统的电阻率测井仪可以与如这里所公开的远距离的接头发射器组合使用。使发射器模块与现有的“浅”LWD测井仪(使用其电阻率天线作为深电阻率接收器)结合的选择允许具有合理化和集成测量能力。

多绕组天线

本发明的一些实施例涉及可以在宽频范围内有效使用的天线。当天线用于在一定频率下发射电阻率信号时，当频率在天线的自谐振频率以下时天线最有效。因此，当在宽频率范围内使用具体的天线时，天线在一定频率范围内可能不会有效。例如，为了在最高频率下发射，天线的匝数的数量应该足够低到线圈自谐振以下。另一方面，为了在较低频率下优化发射，需要增加匝数的数量。因此，传统的天线通常具有表示对想要的工作频率范围作出妥协的绕组。

根据本发明的一些实施例，天线可以具有多层绕组；对于高频率来说，多层绕组中的每一层都可以并联缠绕，或者对于较低频率来说，所述多层绕组中的每一层都可以串联缠绕，以有效地平衡当通过恒定电压驱动时天线的阻抗载荷。可以以电子方式控制串联和并联结构之间的切换。

图9显示根据本发明的一个实施例的示例性天线。在此示例中，线圈层101A-101C串联连接以最大化低频率(例如，大约1kHz范围)下的发射中的匝数的数量，或者对于较高频率范围(例如，100kHz)来说所述线圈层并联连接。线圈层101A-101C绕心轴102缠绕。本领域的普通技术人员将认识到在天线中可以使用多层线圈以提供对天线性能的微调谐。

其它电阻率测量技术的扩展

诸如美国专利No.6,188,222中所公开的传统的深电阻率测量基于感应机理，并且测量信号振幅，而不是测量相位或相移或衰减。本发明的一些实施例涉及基于传播机理的深电阻率测量，并且通过引入接收器天线测量相移和衰减(即，差分测量)，且接收器对之间的间隔在大约5-10英尺，其中5-10英尺明显地比传统的传播测井仪中的接收器对间隔(通常限于小于一英尺)长。由于用于深EM测量的较低频率(1-200kHz)，因此期望接收器对之间更长的间隔。接收器对之间大约5-10英尺的间隔将确保可以测量的最小相移保持在～0.1度范围内。

除了使用接收器对之外，还可以利用诸如图7中所示的脉冲方法的适当的脉冲方法执行相位和振幅的微分测量(即，相移和衰减)。图7中所示的测量方法可以使用具体频率下的发射脉冲中的一个(多个)作为时间参考。假设脉冲串中的脉冲之间的恒定相位参考(或时间差)(还可以通过无线遥测技术测量此时间差，并将所述时间差通信给接收器)，可以相对于参考脉冲确定用于所接收的脉冲串的相位参考(或时间差)。

相同的技术(使用参考脉冲的振幅用于比较)还可以应用于脉冲串中的每一个脉冲与参考脉冲之间的振幅比。在这种情况下，发射器处的振幅比可以保持恒定或可以测量所述振幅比。当需要振幅测量时，脉冲到达时间和振幅比的差分技术减少了测量值对用于振幅测量精确的空气校准的相关性。

作为示例，图10A-10F显示了对于具有1ohm和100ohm的电阻率对比的平坦边界使用具有70英尺发射器-接收器间隔的测井仪的各种测量值。此测井仪具有发射器天线和接收器天线，所述发射器天线和接收器天线具有纵向磁矩(即，在平行于测井仪的纵向轴线的方向上的磁矩)。

图10A和图10B分别显示在各种频率下的振幅测量值和相对振幅测量值。在图10B中，相对振幅测量值相对于2KHz处的振幅测量值。图10C和图10D分别显示在各种频率下的相位测量值和相对相位测量值。在图10D中，相对相位测量值相对于2KHz处的相位测量值。

图10E和图10F分别显示当利用具有8英尺间隔的一对接收器进行测量时在各种频率下的相位移测量值和衰减。在这种间隔的情况下，可以容易地观察到相位移和衰减的显著变化。两个测量值都提供具有不同灵敏度的另一组测量值，允许在反演过程期间使用更多的独立测量值。

本发明的一些实施例涉及地质导向。根据本发明的实施例的地质导向方法可以使用上述和/或使用上述方法(例如，多频率测量，脉冲方法的使用等)的任意电阻率阵列。

具有本发明的上述实施例的所有测量值可以扩展到方向测量值。方向测量值允许对边界具有更高的灵敏度，并且将相应地改进反演过程。在一些实施例中，天线(一个或多个)将具有与标准“轴向”天线结合的横向磁偶极子，以从同一天线提供两个测量值。在三轴向天线中，如上所述，一部分可以与BHA的轴线对齐，而其它两部分相对于所述BHA成角度。如果期望，还可以通过本发明的实施例实现传统的屏蔽。将要认识的是可以使用多个公知天线设计和封装方法中的一个实施本发明的实施例的天线(和相关电子设备)。例如，美国专利No.6,188,222中所述的测井设备可以用于实施本发明。

虽然这里说明的实施例可以示出了随钻测井仪以有助于解释本发明的各种实施例，但是本发明的测井仪不限于任何具体模式的输送模式。因此，本发明的测井仪可以例如用于随钻测井、随起下钻测井、线圈钻井、通过钻头测井、衬管钻井、套管钻井操作。

根据本发明的可选实施例，另一个系统和方法有助于获得与地下区域有关的数据。例如，随钻测井、先行系统可以用于有助于检测和测量各种地下特征和特性。随钻测井系统可以通过例如在井眼的钻进期间从随钻测井系统的前面的区域获得数据而可以“先行”。

参照图11，根据本发明的一个实施例示出了用于在井眼42内执行测井操作的系统40的示例。在图示的实施例中，系统40包括与诸如底部钻具组合46结合的随钻测井系统44。底部钻具组合46可以包括钻头48，所述钻头用于钻井眼42，同时对其内形成井眼42的地下区域48进行测录。

在图示的实施例中，包括随钻测井系统44的底部钻具组合46可以通过输送装置50输送到井下。输送装置50的形式可以是钻杆、挠性管或另一种适当类型的输送装置。另外，系统40可以包括控制系统52，所述控制系统通过适当的有线或无线通讯线路54耦合到随钻测井系统44。以示例的方式，控制系统52包括用于处理从随钻测井系统44接收的数据的基于计算机的控制系统。数据/处理结果可以显示在位于地面位置处适当的显示器56(例如，计算机监视器)上以便操作者使用。

在图11的示例中，随钻测井系统44包括具有发射器天线60的发射器模块58和具有接收器天线64的接收器模块62。在图示的具体示例中，随钻测井系统44包括多个(例如，两个)接收器模块62。发射器模块58和接收器模块或模块62沿底部钻具组合46位于分开的位置处，并且选择间隔以提供期望的探测深度。发射器模块58被定位成靠近底部钻具组合46的钻头66。例如，发射器模块58可以在钻头66后面安装在接头68上或者以其它方式紧邻钻头安装。利用这种系统，朝向钻头66推动测量点(取作为发射器模块58与接收器模块62之间的中点)以使得不仅提供径向灵敏度而且提供发射器天线60前面的灵敏度。

在图11中所示的实施例和如下所述的其它实施例中，可以使用各种天线结构。例如，发射器模块58可以具有倾斜天线60。倾斜天线的使用表示磁偶极矩不会与测井仪轴线(例如，底部钻具组合轴线)对齐，也不垂直于测井仪轴线的磁偶极矩。接收器模块62也可以使用倾斜天线64，或者所述接收器模块的天线64可以包括其磁偶极矩沿着测井仪轴线或垂直于测井仪轴线的轴向天线。在一个有用的实施例中，发射器模块和接收器模块中的天线的总数是四，并且可以使用所述四根天线的许多结构。

虽然已经根据磁偶极子天线说明了天线，但是天线60、64还可以包括电偶极子天线。以示例的方式，在感应和/或传播测量中可以使用诸如线圈的磁偶极子天线。电偶极子天线可以使用电极和/或螺旋管。基于专门应用，发射器天线和接收器天线的作用可以互换。

图11中所示的系统40的实施例将发射器模块58直接定位在钻头66的后面。以示例的方式，发射器模块58和天线60添加到用于驱动钻头66的泥浆马达72的钻头盒70。应该注意的是每一个发射器模块58还可以包括通过外部或内部电线或通过车载电池供给动力的一个或多个传感器74和相关联的电子设备76。另外，随钻测井系统44可以装入各种其它模块78，所述各种其它模块可以包括基于用于给定应用的专门测井操作的各种测井仪或传感器。

参照图12，示出了类似的实施例，其中钻头由旋转导向系统80驱动。以示例的方式，图11和图12中所示的实施例可以将诸如电磁传感器的传感器74直接定位在钻头66后面或者与钻头66成一体。在可选的实施例中，一个传感器或多个传感器74与相对应的电子设备76一起可以直接安装在图13中所示的旋转导向系统80上，或者直接安装在图14中所示的泥浆马达72上。在上述实施例中，可以使用各种天线。例如，发射器天线60可以形成为三轴向天线TX，而接收器天线64可以形成为三轴向RCV天线。相对应的传感器可以是单独的传感器或者是感应/传播和/或侧向测井传感器的组合。在图15中所示的另一个实施例中，天线是可以具体地用于具有油基泥浆的所钻的井的环形电偶极子。在此实施例或其它实施例中，诸如扶正器的另外的部件可以装入到底部钻具组合46中。

通常，因为通常更加容易地得到动力，因此使发射器天线位于钻头处是有用的。例如，旋转导向系统通常使用涡轮机，可以从所述涡轮机获得动力。此外，由于钻头处或钻头附近较高的震动环境(颤噪声)，并且由于通常被旋转导向系统消耗的大量电力，与通常的随钻测井仪相比，位于钻头处或靠近所述钻头定位的接收器天线预计具有较高的噪音。

定向天线是具有不与测井仪轴线对齐的偶极矩的天线。在一个或多个定向发射器天线60放置在钻头66上或靠近所述钻头放置的情况下，可以得到对发射器天线和钻头前面的特征敏感的测量值。通常，对于在接收器天线64处感生的电压的振幅和相位通过来自一个或多个发射器天线60的信号得到电压测量值。电压与通过电磁耦合张量与发射器和接收器偶极矩的方向和大小成比例。耦合张量取决于发射信号的频率、发射器/接收器间隔、和地层参数。

在图16中，提供图解以限定电磁耦合张量并且显示所述电磁耦合张量与天线方位的关系。在图16的示例中，Z轴与测井仪轴线对齐，而X轴和Y轴相互垂直并垂直于Z轴。耦合张力分量的第一字母与接收器的偶极矩方向相对应，而第二字母与发射器的偶极矩方向相对应。一旦得到电压测量值并且已知接发射器和接收器天线偶极矩的方位和大小，则可以得到电磁耦合张量。为了推断钻头66前面的特征的特性，可以使用电磁耦合张量，或者可以将电磁耦合张量转换成与所述电磁耦合张量相对应的地层参数张量(例如，电导率张量)，与所述电磁耦合张量相对应的地层参数张量则可以用于推断钻头前面的地下区域期望的特性。可以使用这些张量的单个分量，或者分量的不同组合用于推断地层特性。例如，可以使用以下组合中的任一个：

ZZ/(XX+YY)，有时被称作为“谐波电阻率”(HR)；

(ZZ-XZ)/(ZZ+XZ)*(ZZ+ZX)/(ZZ-ZX)，有时被称作为“对称定向(symmetrized directional)”(SD)或“一次谐波定向”；

XX/YY，有时被称作为“二次谐波定向”；以及

(ZZ+XZ)/(ZZ-XZ)*(ZZ+ZX)/(ZZ-ZX)，有时被称作为“反对称定向”(AD)

每一个测量值包括关于地层结构的信息(电阻率、分层、倾角、及其它参数)。在操作中，测量对周围地层敏感的响应，包括如果存在则确定钻头66前面的地层界面。还可以通过模拟在钻头前面没有边界的井眼生成模拟响应。例如通过控制系统52计算实际响应与模拟响应之间的差。如果差为零，可以得到的结论是在钻头前面没有层，但是如果差不为零，得到的结论是差可归因于钻头前面的层的存在。

在图17和图18中，提供图解以模拟用于生成基本耦合的模拟结构。基本耦合根据底部钻具组合相对于地层的方位而产生。例如，图17中所示的模拟结构表示大致纵向方位，而图18中所示的模拟结构表示大致横向方位。图示的地层还可以相对于底部钻具组合具有相对倾角。

总体参照图19和图20，图示的示例被示出为表示：在测井系统44被构造成为当穿过具体的厚度的地层时具有预定发射器-接收器(T-R)天线间隔和预定频率的感应测井仪时由所述测井系统生成的结果。以示例的方式，当穿过5英尺厚的地层时，T-R间隔为60英尺，并且频率为2kHz。以示例的方式，结果可以显示在适当的控制系统的显示器56上。在图19中，提供了井是大致垂直的先行情况，而在图20中，提供了井是大致水平的环视(look-around)情况。在这些示例中，响应是在钻头66前面有层产生的信号与在所述钻头前面没有层所产生的信号之间的差。响应被表示为在每一幅图左侧的振幅比和在每一幅图右侧的相位差。在图19的大致垂直的示例中，ZX和XZ交叉耦合为零。

在图19中所示的先行示例中，仅耦合张量(XX、YY，以及较小范围的ZZ)和ZZ/(XX+YY)的对角项显示了对可以使用的地层的相关性。应该注意的是当在低倾角和各向异性的地层中使用时，比值ZZ/(XX+YY)不会急速变化。在这种示例中，在层上方大约50英尺的距离处，振幅比响应开始偏离零，从而指示在钻头前面存在不同电阻率的层。当测井仪/底部钻具组合靠近层时，偏差增加直到第一天线穿过地层界面，此时，响应显示最大值。类似地，如图19的右侧图所示，响应的相位差在地层界面上方大约60英尺处开始偏离零。在所示的响应中，除了先前提到的偏差之外，在层上方大约20英尺处具有表示层存在于钻头前面的交叠(crossover)。通常，与振幅比响应相比，相位差响应具有更大的先行灵敏度。

在图20中所示的环视示例中，画出的所有响应显示与地层的相关性。在此示例中，在层前面大约70英尺的距离处，振幅比响应开始偏离零，从而指示在钻头前面存在不同电阻率的层。当测井仪/底部钻具组合靠近层时，偏差通常增加直到第一天线穿过地层界面，此时一定响应显示最大偏差。在所示的响应中，在层前面大约10英尺处具有指示层存在于钻头前面的交叠。类似地，如图20的右侧图所示，响应的相位差在地层界面前面大约50英尺处开始偏离零。

如图20中所示，画出的响应中的任一个对钻头前面的层敏感，并且可以用于估计与钻头前面的地层界面的距离。因此，可以不需要所有耦合张量。例如，可以仅使用单个倾斜发射器天线和单个倾斜接收器天线确定对称响应。

上述距离是示例性的并且可由T-R间隔以及在操作中使用的频率来控制。通常，在多于一个T-R间隔和多于一个频率的情况下进行测量以提高对结果解释的可靠程度是有用的。

除了绘制响应之外，可以对响应做反演以计算例如与钻头前面的地层界面的距离，钻头前面的地层的电导率、各向异性、和倾角。反演可以是1D、2D或3D。通过使用T-R间隔和频率的不同组合可以具有更加稳定和可靠的反演。当与钻头前面的地层界面的距离在大约2/3T-R间隔的范围内时，反演提供对所述距离的精确估计。然而，基于地层特性可以提高所述比值。

在先行示例中，先行特征清楚地被显示为端部特征。RCV响应由于先行特征的变化是测定体积的，并且可以从TX RCV系统周围的地层单独进行。每一个对角项可以独立使用，但是在设置TX和RCV通道的示例中，所述每一个对角项被校准，使得可以确定仅对地层特征敏感的绝对测量值。因为通常包括与放大电子设备耦合的天线的TX输出电流和RCV系统可以具有基于温度和其它环境因素的变化，因此要执行校准。如图19和图20中所示，对单独对角项具有类似响应的另一个组合包括获得比值ZZ/(XX+YY)。生成作为基本耦合的比值的测量值具有被校准使得不需要绝对测量值的优点。

总体参照图21的示意图，提供用于确定校准测量值ZZ/(XX+YY)的一个示例。在此示例中，可以利用使用耦合到倾斜RCV天线86的三个倾斜TX天线84的测井系统得到校准测量值ZZ/(XX+YY)。对于每一个TX RCV对来说，在接收器处接收的电压具有常数项和一次调和项和二次调和项。当相对于测井仪/底部钻具组合旋转拟合测量值时，同时确定RCV通道的相对增益作为基本耦合。在垂直井或近似垂直井中，交叉耦合项大多数为零，从而仅具有作为测井仪方位定向(工具面)的函数的恒定特性，因此不能获得单独的相对增益(仅可以从一次谐波和二次谐波获得增益)。为了测量当不存在一次谐波和二次谐波时的相对增益，可以例如使用嵌入在接收器天线或其它适当的电子设备中的测试线圈对接收器天线施加校准。在图11中所示的示例中，基本的三发射器和接收器系统用于确定基本耦合。在此实施例中，每一个发射器和接收器对都相对于测井仪轴线倾斜45°，并且TX磁矩在其之间在方位上以120°的角度分布。

在图22中所示的示例中，倾斜定向TX和RCV天线被示出为具有一定的磁偶极矩。TX和RCV天线位于不同的方位角处。在此示例中，接收器信号以以下矩阵形式为基本耦合和系统方位的函数：

右侧的RCV磁矩矢量以45°倾斜和垂直。TX磁矩相对于垂直方向被定向有方位角α。角度

与TX RCV对/测井仪的旋转相对应。

接收器信号还可以如下被描述为基本耦合和系统方位的函数，其中g为发射器接收器通路增益：

$\frac{V_R}{g}=\mathrm{ZZ}+\frac{(\mathrm{XX}+\mathrm{YY})}{2}\·\cos \mathrm{\α}-\frac{(\mathrm{XY}-\mathrm{YX})}{2}\·\sin \mathrm{\α}$

$+\mathrm{ZX}\·\cos \mathrm{\φ}+\mathrm{ZY}\·\sin \mathrm{\φ}$

$+\mathrm{XZ}\·\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\φ})+\mathrm{YZ}\·\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\φ})$

$+\frac{(\mathrm{XX}-\mathrm{YY})}{2}\·\cos (\mathrm{\α}+2\mathrm{\φ})+\frac{(\mathrm{XY}+\mathrm{YX})}{2}\·\sin (\mathrm{\α}+2\mathrm{\φ})$

应该注意的是通过使用旋转，可以获得所有耦合。在实际垂直井中，仅存在常数项。

还可以相对于倾斜45°的三个倾斜发射器接收器对如下说明接收器信号：

$V_{T1R}=g_{T1}\·(\mathrm{ZZ}+\frac{(\mathrm{XX}+\mathrm{YY})}{2}\·\cos {\mathrm{\α}}_{T1}-\frac{(\mathrm{XY}-\mathrm{YX})}{2}\·\sin {\mathrm{\α}}_{T1})$

$V_{T2R}=g_{T2}\·(\mathrm{ZZ}+\frac{(\mathrm{XX}+\mathrm{YY})}{2}\·\cos {\mathrm{\α}}_{T2}-\frac{(\mathrm{XY}-\mathrm{YX})}{2}\·\sin {\mathrm{\α}}_{T2})$

$V_{T3R}=g_{T3}\·(\mathrm{ZZ}+\frac{(\mathrm{XX}+\mathrm{YY})}{2}\·\cos {\mathrm{\α}}_{T3}-\frac{(\mathrm{XY}-\mathrm{YX})}{2}\·\sin {\mathrm{\α}}_{T3})$

接收器磁矩与每一个TX天线相对于垂直方向一具体方位角α_T1、α_T2、α_T3垂直定向。每一个TX RCV对具有相关联的增益g_T1、g_T2、g_T3。只有当增益或至少相对增益已知时才可以由以上公式计算ZZ、XX+YY和XY-YX。

在图23-30中，以对电阻率相对于间隔衰减和相位移的二阶变化的先行灵敏度的图表形式提供示例。可以假设0.1dB截止衰减和0.25度相位移。先行探测深度取决于在较高频率下在较低范围内产生的发射频率。与衰减相比，由于天线扫掠(lobe)的存在，相位移响应更深(对于两个电阻率剖面来说)。天线扫掠随频率增加。可以以类似于环视反演的方式使用不同频率下的衰减和相位移测量值的组合。

在图23中，示例被图示为对于具有60英尺TX RCV间隔的2kHz的实施例来说在左侧图中示出了衰减而在右侧图中示出了相位移。图表表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式下降的电阻率剖面(2Ωm-0.3Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。在此示例中，衰减被示出为具有在最低EM天线的前面大约40英尺的范围。另一方面，相位移具有较深的范围，但是存在天线扫掠。

在图24中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式下降的电阻率剖面(2Ωm-0.3Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。在此示例中，衰减和相位移的范围都减小了。

在图25中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式下降的电阻率剖面(2Ωm-0.3Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。在此示例中，范围减小了，且天线扫掠在衰减中开始出现。

在图26中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式下降的电阻率剖面(2Ωm-0.3Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。

在图27中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式上升的电阻率剖面(2Ωm-20Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。阶梯式上升的剖面类似于所示和上述示例的阶梯式下降的剖面。

在图28中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式上升的电阻率剖面(2Ωm-20Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。

在图29中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式上升的电阻率剖面(2Ωm-20Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。

在图30中，另一个示例被图示为并且表示对于60英尺2kHz测井仪来说对阶梯式上升的电阻率剖面(2Ωm-20Ωm)的感应灵敏度。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测区域。类似于阶梯式下降的剖面的示例，图示的范围于频率成反比例。

通过使用上述截止并且改变T-R间隔，用于ZZ/(XX+YY)衰减和相位移的先行范围可以如图31中所示以图解的方式表示。如图31的图表所示，示例利用1kHz或2kHz的两个发射频率。作为说明，由于截止参数，所述范围达到平稳段持续更长的T-R间隔。为了进一步增加所述范围，如图31的右侧图所示可以使用更低的频率。图表对于在2kHz和1kHz处相对于阶梯式上升和阶梯式下降的电阻率剖面的衰减和相位移提供先行范围对TXR CV间隔的示例。

所述范围还取决于对比率和电阻率水平。例如，在图32中，提供了在2kHz和5kHz衰减处对于阶梯式下降的地层剖面在不同的电阻率水平和相对于顶部电阻率的不同电阻率对比的图示。每一个发射频率都具有最佳的电阻率水平(底部钻具组合周围的电阻率或顶部的电阻率)，其中，对于较高电阻率水平来说，较高频率具有更加优化的范围。较高的对比在所有频率下产生更好的范围。此外，10Ωm和20Ωm顶部电阻率分别显示对于2kHz和5kHz来说最好的范围特征。提高发射频率能够具有更高的电阻率。已经施加了0.1dB截止衰减和0.25度相位移。图表上较大的弯曲显示检测的区域。在此示例中，衰减和相位移的范围都减小了。

在随钻测井应用中，重要的是能够在钻头66前面的电阻率阶跃变化与电阻率的逐渐匀变增加或减少之间进行区分。总体参照图33，提供图示法以说明先行阶跃函数和匀变判别。图示法有助于说明随钻测井系统44相对于对电阻率匀变剖面对阶梯式剖面的先行灵敏度的灵敏度。

图33中的图示法基于用于两个电阻率对比20Ωm/2Ωm和20Ωm/0.2Ωm下的30英尺匀变下降和阶梯式下降的电阻率剖面的检测范围。在此示例中，阶梯式下降的剖面的深度移动到匀变尺寸一半的位置。为TX RCV间隔的范围(例如，30英尺到100英尺)和频率的范围(例如，2kHz、5kHz、10kHz、20kHz、50kHz、100kHz)提供示例/表示。范围被取作为距离匀变开始的最早的距离。对于每一个对比，所述范围与TX RCV间隔的较小部分相对应。在长间隔的情况下，仅对于一些频率可以得到匀变对阶跃的先行判别。应该注意的是作为频率的函数的范围变化可能由于在较高频率处存在第二天线扫掠而相当复杂。

在图34中，以图示法的形式提供另外的示例。图34对60英尺间隔在2kHz下提供与对比比值为10和100相对应的两个示例。沿着图34的图示从左至右移动，相对于均质地层示出了30英尺匀变，在匀变的中点处相对于均质地层提供阶梯式下降的轮廓，并且最终对于不同的基本耦合组合相对于阶梯式下降轮廓示出匀变。

随钻测井系统44还提供对相对于各向异性地层和非零构造倾角的电阻率阶梯剖面的先行灵敏度。如图35的图示所示，通过随钻测井系统44对其执行先行数据采集的地层的各向异性和相对倾角没有显著改变基本耦合矩阵的对角项的特性。ZZ/(XX+YY)是在许多应用中使用的良好的组合测量值。利用倾角和/或各向异性，交叉耦合XZ和ZX不为零，因此在获得先行信息时还可以使用标准对称定向测量值(ZZ+ZX)/(ZZ-ZX)*(ZZ-XZ)/(ZZ+XZ)。

图36的图示中示出了测井系统的作为构造倾角的函数的先行能力和环视能力。在图36中，示例被提供用于说明作为四个不同构造倾角(0°或垂直、30°、60°、和90°或水平)的函数的测量值。如图所示，XX和YY测量值在垂直井中具有显著的高阻异常(horn)影响，而YY和ZZ测量值在水平井中受影响。ZZ/(XX+YY)提供了对所有角度来说都有效的测量值。这种测量值没有包括其它方向测量值(即，一次谐波和二次谐波定向测量值)具有的方向信息。

如图37提供的图示结果所示，测井系统的先行能力还可以用于确定邻近最佳取岩芯的粘土沙。随钻测井系统44的先行能力用于确定正好在主储层上方的粘土沙位置的接近性和存在，使得可以在粘土沙层或部分中进行取岩芯。在由图37的图表所示的示例中，2kHz和20kHz示例说明了对中间层的灵敏度，但是先行能力略微降低，例如，比间隔的一半还小。然而，如图38的图示所示，与电阻层相对，层厚可以被估计为对导电层具有更强的影响。提供多个所示和上述图示以有助于理解这里公开的测井技术。然而，控制系统52还可以被设计成在显示器56上显示各种图表及其它信息，以有助于根据通过测井系统44和整个系统40得到的数据分析多种地下特征和特性。

总体参照图39和图40，提供流程图以说明通过反演法确定钻头66前面的地层特性的过程。在图39的第一示例中，如方框88所示，初始执行环视测量。如方框90所示，对于井眼(例如，井眼42)周围的地层来说对数据做反演。然后如方框92所示执行先行测量。如方框94所示，对于钻头66前面的地层特征来说对得到的数据做反演。

通过图40的流程图示出了另一个示例，其中如方框96所示，初始执行环视测量。如由方框98所示，还可执行先行测量。如由方框100所示，对于所有地层特征来说对获得的测量数据做反演。应该注意的是因为反演基于地层对测量值的体积效应，因此先行能力和计算需要底部钻具组合46周围的地层结构和电阻率的知识和反演。具有较短T-R间隔和较高频率(减小的探测深度)的天线可以用于获得数据并且用于确定底部钻具组合周围的地层，同时对先行特征不敏感。如流程图所示，直接反演法可以用于同时对所有探测深度做反演。

参照图41-43，先行反演可以被分成两类。如图41所示，一类包括1D反演。虽然所述方法非常适于其中地层构造倾角近似水平的垂直井应用，但是此方法对于宽范围应用来说是有用的。以示例的方式，此反演技术可以用于涉及孔隙压力检测、钻井管理、地质停止(geostopping)、和下放入(landing)储层内的应用。第二类包括如图42和图43表示的2D/3D反演。使用此反演技术的应用往往在水平井中使用。例如，所述技术对于在地质导向和检测钻头前面的特征(例如，将被避免的引入断层或页岩)时是有用的。

这里所述的系统和方法论可以用于提高与例如井眼前面或包围井眼的区域的地下区域有关的数据的积累和分析。所述系统和方法论可以用于获得沿期望方向在多个探测深度处的数据，以提高对给定井地层或其它地下区域的了解。如上所述，可以选择发射器天线和接收器天线，并且定向所述发射器天线和接收器天线，以能够具有径向灵敏度和/或在测井系统前面的灵敏度。例如，所述系统可以提供钻头66前面的灵敏度。可以根据给定应用的参数和执行测井操作的环境来选择发射天线和接收天线的位置和间隔，以有助于检测钻头/底部钻具组合前面的特征。

因此，虽然仅在以上已经详细说明了本发明的少数实施例，但是本领域的普通技术人员将容易地认识到在本质上不背离本发明的教导的情况下可以进行多种修改。这种修改旨在包括在如权利要求限定的本发明的保护范围内。

Claims (29)

1.一种用于在井中使用的系统，包括：

发射器模块，所述发射器模块具有发射器纵向轴线和发射器天线；

接收器模块，所述接收器模块具有接收器纵向轴线和接收器天线，所述接收器模块沿着底部钻具组合相对于所述发射器模块位于分开的位置处；和

处理器，所述处理器用于确定所述底部钻具组合前面的电阻率对比。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器模块包括钻头，或者所述发射器模块被定位成紧邻所述钻头。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器天线和/或所述接收器天线包括定向天线。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器天线和所述接收器天线是具有偶极矩的定向天线，所述偶极矩与其相应的模块的纵向轴线以大致相等的角度相交。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器天线和接收器天线具有偶极矩，所述偶极矩与其相应的模块的纵向轴线以不相等的角度相交。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器模块和所述接收器模块具有组合在一起的总共至少四个天线。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器天线和所述接收器天线包括磁偶极子天线、电偶极子天线、或电偶极子天线和磁偶极子天线的组合。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括一个或多个井下工具，所述一个或多个井下工具位于所述发射器模块与所述接收器模块之间。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述发射器天线的位置和所述接收器天线的位置具有基于期望的先行距离的间隔。

10.根据权利要求1所述的系统，还包括沿所述底部钻具组合间隔开的多个接收器模块。

11.一种用于确定在钻井系统前面的地层内的一个或多个电阻率对比的存在和位置的方法，包括以下步骤：

使用井下工具进行电阻率测量以获得测量响应；

基于具体的地层模型计算所述井下工具的期望响应；

比较所述测量响应与所述期望响应，以确定所述钻井系统前面的一个或多个电阻率对比的存在和位置；以及

输出确定的所述一个或多个电阻率对比的存在和位置。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

使用所述一个或多个电阻率对比的存在和位置用于进行地质导向、地层界面检测、下放入井眼中、孔隙压力检测、为岩芯取样定位、地质停止、和钻井管理。

13.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

确定参考点与一个或多个地层界面之间的距离。

14.根据权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：

确定所述钻井系统周围的地层内的一个或多个电阻率对比的存在和位置。

15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述井下工具包括钻头，或者所述井下工具具有紧邻所述钻头定位的一个或多个天线。

16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述井下工具具有一个或多个定向天线。

17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述比较所述测量响应与所述期望响应以确定所述钻井系统前面的一个或多个电阻率对比的存在和位置的步骤包括：

计算所述测量响应与所述期望响应之间的差。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述测量响应是电磁耦合张量的分量或所述电磁耦合张量的分量的组合。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述期望响应是电磁耦合张量的分量或所述电磁耦合张量的分量的组合。

20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述输出确定的所述一个或多个电阻率对比的存在和位置的步骤包括：

在屏幕上进行显示和/或在有形介质上进行绘制。

21.一种用于确定钻井系统前面的地层的特性的方法，包括以下步骤：

使用井下工具进行电阻率测量以获得测量响应；

基于具体的地层模型计算所述井下工具的期望响应；

比较所述测量响应与所述期望响应，以确定所述钻井系统前面的地层的特性；以及

输出确定的所述特性。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述特性包括孔隙压力、地层界面、地层厚度、地层类型、电导率张量、倾角、倾斜方位角、或断层。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：

使用所述特性用于地质导向、地层界面检测、下放入井眼中、孔隙压力检测、为岩芯取样定位、地质停止、以及钻井管理。

24.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：

确定参考点与一个或多个地层界面之间的距离。

25.根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤：

确定所述钻井系统周围的地层的特性。

26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述井下工具包括钻头，或者所述井下工具具有紧邻所述钻头定位的一个或多个天线。

27.根据权利要求21所述的方法，其中，所述井下工具具有一个或多个定向天线。

28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述比较所述测量响应与所述期望响应以确定所述钻井系统前面的地层的特性的步骤包括：

计算所述测量响应与所述期望响应之间的差。

29.根据权利要求21所述的方法，其中，所述输出确定的所述特性的步骤包括：

在屏幕上进行显示和/或在有形介质上进行绘制。

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