CN102177445A

CN102177445A - 测量地层的电阻率的方法和设备

Info

Publication number: CN102177445A
Application number: CN2009801364036A
Authority: CN
Inventors: D·迪翁; I·迪堡
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd; Prad Research and Development NV
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: EP2154553A1; CN102177445B; US8736271B2; WO2010017898A2; US20110291659A1; WO2010017898A3; MX2011001566A

Abstract

一种用于确定围绕井眼的地层(2)的电阻率的设备，包括：细长的导电主体(1)；一对发射器天线，包括安装于所述主体上且用于在所述地层中感生电流的第一天线和第二天线(3，4)；以及一对接收器天线，包括安装于所述主体上且用于测量所述仪器主体中所述接收器所在的位置处流动的轴向电流的第一天线和第二天线(5，6)；其中，所述一对发射器天线位于所述一对接收器天线的一侧。

Description

测量地层的电阻率的方法和设备

技术领域

本发明涉及测量围绕井眼的地层的电阻率。

背景技术

已经使用电阻率测井仪测量围绕井眼的地层的电阻率许多年了。

在典型的电阻率测量仪器中，一对接收器位于两个发射器之间。当被正弦电流激励时，发射器在由钻环和地层形成的回路中感生电压。能够由次级绕组测量的此电压在地层和井眼泥浆中产生电流。接收器测量钻环上接收器所在的位置处流动的电流。一对接收器能够测量轴向电流的差异，轴向电流是进入两个接收器之间的地层的径向电流。

发射器-接收器对测量沿建立的电流回路的地层的电导。此电导(除频率效应外)与地层电阻率成反比。此方法的范例是钻头(bit)电阻率测量。如果使用一对接收器且测量了轴向电流的差异，则得到的电阻率由两个接收器之间的空间前面的地层控制。组合该两个测量，利用接收器对以上的一个发射器和接收器对以下的另一个发射器，容许更精确地将电流聚焦到地层中并获得更精确的电阻率测量。

US3305771公开了随钻测井系统，其使用一对间隔开的发射环形线圈和该对发射环形线圈之间的一对间隔开的接收环形线圈。交流发电机激励环形发射器，这将电流感生到地层中。接收器检测从环中出来进入到两个接收器之间的地层中的电流。

然而，在接收器对以上和以下具有发射器的问题是，为了实现长的发射器-接收器间隔以及经常地深电阻率测量，仪器必需长，因为在发射器间隔增大时，勘测深度将增大。

本发明的目的是提供用于测量围绕井眼的各个深度的地层的电阻率，而无需改变仪器长度的设备和方法。

发明内容

本发明提供一种用于确定围绕井眼的地层的电阻率的设备，包括：

细长的导电主体；

一对发射器天线，包括安装于所述主体上且用于在所述地层中感生电流的第一天线和第二天线；以及

一对接收器天线，包括安装于所述主体上且用于测量在所述仪器主体中所述接收器所在的位置处流动的轴向电流的第一天线和第二天线；

其中，所述一对发射器天线位于所述一对接收器天线的一侧。

所述第一和第二发射器以及接收器天线优选是环形天线。

所述细长的导电主体典型地是形成随钻测井仪(logging while drilling tool)的部分的钻环。

本发明的一个优选实施例包括：第一对天线和第二对天线；以及用于配置一对天线作为接收器天线且配置另一对天线作为发射器天线的电子电路。

本发明的第二方面提供一种用于使用包括第一对间隔的天线和第二对间隔的天线的仪器对围绕井眼的地层进行电阻率测量的方法，其中所述第一对间隔的天线和所述第二对间隔的天线沿仪器主体分开，所述方法包括：

i)在所述井眼中安置所述仪器主体，使得所述第一对天线位于所述井眼中预定位置；

ii)操作所述第二对天线中的一个天线以在围绕所述井眼的所述地层中感生电流；

iii)测量由所述天线的操作产生的电压；

iv)测量所述主体上所述第一对天线处的轴向电流；

v)沿所述井眼移动所述仪器主体，使得所述第二对天线处于所述预定位置；

vi)操作所述第二对天线中的两个天线，以在围绕所述井眼的所述地层中感生电流；

vii)测量由所述天线的操作产生的电压；

viii)测量作为所述第二对天线的操作的结果的，在所述主体上所述第一对天线中的一个天线处的所述轴向电流；以及

ix)使用获得的电压和电流测量结果确定所述地层的所述电阻率。

优选地，所述第一对天线配置为接收器天线，且所述第二对天线配置为发射器；所述天线对中的天线的间隔、以及所述天线对的间距是使得第一发射器天线与所述一对接收器天线之间的中点之间的距离大于第二发射器天线与所述一对接收器天线之间的所述中点之间的距离。

在此情况下，步骤ii)包括操作所述第一发射器天线且步骤viii)包括测量离所述发射天线最远的所述接收天线处的所述轴向电流，以进行远电阻率测量，以及步骤ii)包括操作所述第二发射器天线且步骤viii)包括测量离所述发射天线最近的所述接收天线处的所述轴向电流，以进行近电阻率测量。

优选地，所述方法包括使用上述设备。

附图说明

图1示出了用于近环(near toroid)电阻率测量的仪器的示意图；

图2示出了用于远环(far toroid)电阻率测量的仪器的示意图。

具体实施方式

本发明包括用于测量地层1中的电阻率的设备，该设备具有细长的主体2，并具有安装于导电主体2上的两个发射器天线3、4和两个接收器天线5、6。两个发射器设置于仪器主体上，使得它们均位于两个接收器的相同侧。在LWD仪器的情况下，导电体可以是钻环。

当被正弦电流激励时，发射器在由钻环和地层形成的回路中感生电压。能够由次级绕组测量的此电压在地层和井眼泥浆中产生电流。

接收器测量在钻环上接收器所在的位置处流动的电流。一对接收器能够测量轴向电流的差异，其等于进入两个接收器之间的地层中的径向电流。

虽然用于对测量进行聚焦的当前标准方法使用发射器围绕一对接收器的对称布置，但是本发明的设备使用深度推导(depth-derived)聚焦来确定电阻率。这通过在两个接收器的相同侧上设置两个发射器，使得接收器一起分组在仪器主体的一个位置处，且发射器一起分组在另一位置处来实现。这容许扩展测量的勘测深度，同时保持仪器的长度，或容许减小仪器的长度，同时保持相同的勘测深度。

图1示出了使用根据本发明的设备和方法进行远环电阻率测量背后的原理。该仪器包括第一3和第二4发射器，即T1和T2，以及第一5和第二6接收器，即R1和R2。两个发射器位于第一和第二接收器二者的相同侧。两个接收器之间的距离优选地约等于两个发射器之间的距离。

当仪器在位置A时需要远电阻率测量时，位置距接收器R1和R2最远的发射器T1受到交流电的激励。记录钻环上由发射器建立的电压。在主体中建立了电流并且记录在两个接收器下面流动的轴向电流。这些量为T1V_A、IT1R1_A和IT1R2_A。

感兴趣的区域中的地层(当仪器在位置A时，在接收器前面)的电导C由下式给出：

C_A = \frac{IT 1 R 1_A - IT 1 R 2_A}{T 1 V_A}

对于发射器处1V估计的(scaled)感兴趣的区域中钻环上的平均轴向电流如下：

Iaverage_A = \frac{IT 1 R 1_A + IT 1 R 2_A}{2 \times T 1 V_A}

随着仪器向下移动到井眼中使得仪器在位置B，发射器T1、T2现在位于仪器在位置A时接收器R1、R2占据的位置处。

于是相继开通(fire)两个发射器T1和T2。然后测量并记录远接收器R2下面流动的轴向电流，且测量并记录每个发射器在仪器主体上建立的电压。

这些量可以标注为IT1R2_B、T1V_B、IT2R2_B、T2V_B。假定电磁互易，则电导相同，如同发射器为接收器且接收器为发射器。

因此，在位置B，感兴趣的区域中地层的电导能够由下式给出：

C_B = \frac{IT 2 R 2_B}{Y 2 V_B} - \frac{IT 1 R 2_B}{T 1 V_B}

对于发射器处也1V估计的感兴趣的区域中钻环上的平均轴向电流(如果R2为发射器)如下：

Iaverage_B = 0.5 \times (\frac{IT 1 R 2_B}{T 1 V_B} + \frac{IT 2 R 2_B}{T 2 V_B})

为确保测量被聚焦，必需确保测量电流垂直于仪器移动到地层中。能够使用计算的聚焦。估计两个电导，使得我们组合它们时，得到的钻环上的轴向电流为零。

补偿电导由下式给出：

C = C_B + C_A \times \frac{Iaverage_B}{Iaverage_A}

补偿环电阻率于是由下式近似计算：

RES_Toroid_far = \frac{K}{C}

其中，K为从模型推得的几何因子。

类似地，我们能够使用相同仪器对较短的发射器-接收器间隔计算电导和电阻率。

参照图2，当仪器在位置A需要近电阻率测量时，开通位置离接收器R1和R2最远的发射器T2，并且记录钻环上由发射器建立的电压以及记录两个接收器下面的轴向电流。

随着仪器向下移动到井眼中，使得仪器在位置B，发射器现在位于仪器在位置A时接收器占据的位置处。

相继开通两个发射器T1和T2，且测量并记录近接收器R1下面的轴向电流以及每个发射器在钻环上建立的电压。

然后使用记录的测量结果来计算地层的近电阻率。

归因于互易定理，可交换发射器和接收器。因此，在一个配置中，每个天线对能够用作发射器或接收器。仪器可以包括用于配置天线对之一作为接收器天线且配置另一对天线作为发射器天线的电子电路。

这些方法的优点包括能够减小仪器长度。本发明的仪器容许使用相同仪器获得近电阻率测量和远电阻率测量。通过使用设置于仪器上的发射器与接收器之间的不同间隔长度，扩展勘测深度而不增大仪器的长度是可能的。

也能够作出本发明的范围内的各种改变。

Claims

1.一种用于确定围绕井眼的地层的电阻率的设备，包括：

细长的导电主体；

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述第一和第二发射器天线是环形发射器天线。

3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述第一和第二接收器是环形接收器天线。

4.如权利要求1、2或3所述的设备，其中，所述细长的导电主体是钻环。

5.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述设备是随钻测井仪。

6.如任一前述权利要求所述的设备，包括：第一对天线和第二对天线；以及用于配置一对天线作为接收器天线且配置另一对天线作为发射器天线的电子电路。

7.一种用于使用包括第一对间隔的天线和第二对间隔的天线的仪器对围绕井眼的地层进行电阻率测量的方法，其中所述第一对间隔的天线和所述第二对间隔的天线沿仪器主体分开，所述方法包括：

iii)测量由所述天线的操作产生的电压；

iv)测量所述主体上所述第一对天线处的轴向电流；

vii)测量由所述天线的操作产生的电压；

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一对天线配置为接收器天线，且所述第二对天线配置为发射器；所述天线对中的天线的间隔、以及所述天线对的间距是使得第一发射器天线与所述一对接收器天线之间的中点之间的距离大于第二发射器天线与所述一对接收器天线之间的所述中点之间的距离。

9.如权利要求8所述的方法，其中，

步骤ii)包括操作所述第一发射器天线；以及

步骤viii)包括测量离所述发射天线最远的所述接收天线处的所述轴向电流，

以进行远电阻率测量。

10.如权利要求8所述的方法，其中，

步骤ii)包括操作所述第二发射器天线；以及

步骤viii)包括测量离所述发射天线最近的所述接收天线处的所述轴向电流，

以进行近电阻率测量。

11.如权利要求7-10中的任一项所述的方法，包括使用如权利要求1至6中任一项所述的设备。