CN104813195B - 获取经补偿信号用于确定地层参数的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

各种实施方案包括用于在钻孔中操作测量程序的设备和方法，其使用对称传感器结构或可操作以模拟对称传感器结构的传感器结构以提供结构补偿。设备和方法可包括数据处理单元，其用于基于测量信号产生经补偿信号及使用所述经补偿信号确定地层参数。公开了额外设备、系统和方法。

Description

获取经补偿信号用于确定地层参数的方法和设备
技术领域
本发明大致涉及用于进行油气勘探相关测量的设备和方法。
背景技术
在油气勘探的钻井中，了解相关地质地层的结构和性质可提供信息来协助这种勘探。通常执行钻孔中的测量来获取这种了解。感应工具可进行井下地层的准确电阻率读取且是测井的重要部分。这些工具的读取基于感应原理，其中发射器产生磁通量，其由接收器拾取。
电磁(EM)电阻率测井工具的多耦合分量信号广泛用于勘探地层参数，诸如地层各向异性、相对倾角、边界等。用于确定地层参数的数据反演处理可根据地层的建模方法执行。反演操作可包括测量与模型预测的比较，使得可确定物理性质的值或空间变化。在反演中，测量到的数据可被应用以构建与数据一致的模型。为了检查，反演操作可包括从感应电场和磁场的测量中确定地层中导电率的变化。其它技术(诸如正演模型)处理有关假设模型的预期观测值。在零维(0D)反演中，不存在地层的变化，诸如在均质地层中。在一维(1D)建模中，在一个方向上存在变化，诸如平行层的地层。在二维(2D)建模中，存在两个方向上的变化且在三维(3D)建模中，存在三个方向上的变化。一般来说，界定上述维度的坐标系可为笛卡儿坐标系或圆柱坐标系。在钻孔应用中，通常使用圆柱坐标系。
一般来说，采用这些耦合分量的零维(0D)反演因其简单和快速计算而有吸引力。已基于使用各种耦合分量来计算地层参数的0D反演而提出数个处理方案。基于这些耦合分量的不同敏感性，0D反演能够在任意井孔倾斜度下提供准确的反演地层模型，尤其当EM工具位于厚岩层中时。处理方案已提供各向异性参数的成功确定，其可包括由综合响应和现场数据提供的水平电阻率、垂直电阻率、相对倾角和相对走向。综合响应是有关工具所应用的地层的已知参数的工具的建模响应。综合响应可通过对工具和地层的相互作用数字建模(通常涉及模拟)而形成。在综合测井中，可逐点针对每个测井深度进行模拟。
在具有三个正交发射器线圈(TX、TY和TZ)和三个正交接收器线圈(RX、RY和RZ)的多分量电磁测井工具中，接收器线圈中的磁场H可参考发射器上的磁矩M和耦合矩阵C表示为：
H＝CM (1)
等式(1)可表达为：
其中MX、MY和MZ是分别由发射器TX、TY和TZ发射的发射信号的磁矩。HX、HY和HZ是分别与接收天线RX、RY和RZ上的接收信号成比例的磁场。可在每个天线激发且分别在三个接收器的每个上测量到信号时获取九个绝对或差分测量。在此，差分意指来自用于取代来自一个接收器的一个信号的两个空间分隔接收器的信号之间的复比(或等效的振幅比或相差)。这九个测量实现完整耦合矩阵C的确定。分量CIJ可被定义为CIJ＝aIJ·VI J，其中I是接收器RX、RY和RZ的指数，J是接收器TX、TY和TZ的指数，aIJ是由工具设计确定的常数系数且VI J是表示由接收器I响应于发射器J的激发而测量到的信号振幅和相移的复值。耦合矩阵可用于例如使用反演程序确定地层性质。已描述将测量到的信号转换为交叉耦合分量用于确定完整耦合矩阵C。
WO 2011/129828 Al讨论了各种实施方案，其包括有关测井的处理和地质导向的设备和方法。方法和相关设备可包括获取从操作在井的钻孔中旋转的工具产生的信号，其中工具包括相对于工具的纵轴倾斜的一个接收天线和两个发射天线。可相对于工具的旋转方向处理所获取的信号以确定与地层相关的性质和/或确定对钻井操作进行地质导向的地质信号。WO 2011/129828 Al包括将所获取的信号转换为耦合分量的讨论。
WO 2012/030327讨论包括有关测井的操作设备和方法的各种实施方案。设备和方法包括：工具，其具有在井下不同位置上操作的发射器和接收器的配置；和处理单元，其处理所收集的信号，使得发射器和接收器的配置提供模拟发射器和接收器的不同配置的操作的测量。
WO 2012/030327讨论包括有关测井的操作设备和方法的各种实施方案。设备和方法包括：工具，其具有在井下不同位置上操作的发射器和接收器的配置；和处理单元，其处理所收集的信号，使得发射器和接收器的配置提供模拟发射器和接收器的不同配置的操作的测量。
WO 2008/076130讨论电磁电阻率测井系统和方法，其采用具有相对于钻孔旋转的最多两个发射或接收天线定向的天线构造。由这种减小复杂性的天线构造进行的测量实现耦合矩阵的至少七个分量的确定，其可使用表达测量的方位依赖性的等式的线性系统确定。为了更高的可靠性，可在方位间隔和区间测量中执行求平均值。耦合矩阵分量随后可用作确定各种地层参数的测井的依据，包括水平电阻率、垂直电阻率和垂直电阻率与水平电阻率的比率。垂直电阻率与水平电阻率的比率是各向异性的量化量度且可为简化下文讨论的目的而由词各向异性取代。
在由多个薄层构成的地层模型中，肩层效应发生且其对不同耦合分量具有不同影响。针对感应测量，肩层效应(或肩效应)是所测量层上方或下方的邻近层对相关层的感应测量的影响。这些有效的耦合分量导致0D反演结果的不准确。例如，在较高钻井井孔倾斜度下，ZZ耦合分量受肩层效应的影响比XX或YY耦合分量之一大。在较低钻井倾角下相反，这种肩层效应主导XX和YY耦合分量。因此，利用这些耦合分量的0D反演在薄层介质中变得有问题。
附图说明
图1示出根据各种实施方案的设备100的实施方案的方框图，其具有可在钻孔中操作以确定地层性质的工具结构105。
图2A至图2B示出根据各种实施方案的具有倾斜天线设计的天线构造。
图3A示出根据各种实施方案的薄层地层模型的表示。
图3B至图3F示出根据各种实施方案的图2A至图2B的工具构造的未补偿综合信号。
图4A示出根据各种实施方案的用于图示反演结果的图3A的地层模型。
图4B至图4E示出根据各种实施方案的具有图3B至图3F的未补偿输入信号的零维反演结果。
图5A至图5D示出根据各种实施方案的可操作以用于获取经补偿信号的对称天线构造。
图6A示出根据各种实施方案的图3A的地层模型。
图6B至图6F示出根据各种实施方案的图4A至图4D的工具构造的经补偿综合信号。
图7A示出根据各种实施方案的用于图示反演结果的图3A的地层模型。
图7B至图7E示出根据各种实施方案的具有图6B至图6F的经补偿输入信号的零维反演结果。
图8示出根据各种实施方案的可操作以获取经补偿信号的不对称天线构造的实例。
图9示出根据各种实施方案的用于使图8的不对称天线构造深度偏移以获取对称天线结构的方案的表示。
图10示出根据各种实施方案的使用经补偿信号确定地层参数的示例性方法的特征。
图11示出根据各种实施方案的使用经补偿信号确定地层参数的示例性方法的特征。
图12描绘根据各种实施方案的示例性系统的特征的方框图，其具有被构造来提供结构补偿以确定地层参数的工具。
图13描绘根据各种实施方案的钻井现场的系统的实施方案，其中系统包括被构造来提供结构补偿以确定地层参数的工具。
具体实施方式
以下具体实施方式参考附图，其通过图示且非限制性地示出可实践本发明的各种实施方案。对这些实施例进行足够详细的描述以使本领域技术人员能够实践这些和其它实施方案。可利用其它实施方案且可对这些实施方案进行结构、逻辑和电气变更。各种实施方案未必互相排斥，因为一些实施方案可与一个或更多个其它实施方案组合以形成新的实施方案。以下具体实施方式因此不得理解为限制意义。
图1示出设备100的实施方案的方框图，其具有可在钻孔中操作以确定地层性质的工具结构105。工具结构105包括沿着工具105的纵轴107的传感器110-1、110-2...110-(N-1)、110-N的配置。每个传感器110-1、110-2...110-(N-1)、110-N可相对于纵轴107倾斜。倾斜传感器是以选择角度安置在工具结构105上的传感器，所述选择角度大于与平行于或垂直于纵轴107附接放置的传感器相关的公差角。通常，倾斜角的绝对值范围从5°至85°。传感器的配置可包括具有倾斜角以形成对称传感器工具的发射传感器和接收传感器的一个或更多个组合。对称传感器工具的操作允许结构补偿以产生可被处理以确定地层参数的补偿信号。传感器110-1、110-2...110-(N-1)、110-N可包括具有倾斜角以形成不对称传感器工具的发射传感器和接收传感器的一个或一个或更多个组合。不对称传感器工具可被操作以模拟对称工具以产生可被处理来确定地层参数的经补偿信号。所产生的经补偿信号的处理可在电缆应用和随钻测量(MWD)应用(诸如随钻测井(LWD)应用)中产生各向异性测量的准确读取和地层的准确评估。
在各种实施方案中，如本文中教导的传感器的配置可包括多种传感器的使用。例如，发射传感器和接收传感器可为天线。传感器可实现为线圈、螺旋管、磁力计或其它类似传感器之一。在线圈传感器的情况下，倾斜角可通过以一定角度缠绕线圈而产生。在螺线管的情况下，可针对所需倾斜角而调整磁心的仰角。在磁力计的情况下，装置可以所需倾斜角安装至工具上或安装至工具中。
设备100可包括控制单元120，所述控制单元120管理发射信号的产生和对应于发射信号的所接收信号的收集。控制单元120可操作以选择传感器10-1、110-2...110-(N-1)、110-N的特定一些作为发射传感器和接收传感器以形成对称传感器工具。控制单元120可控制所选择发射传感器的激发和来自所选择接收传感器的信号的获取，使得所测量到的信号可用于产生与如本文教导的耦合分量相关的经补偿信号。控制单元105可选择传感器10-1、110-2...110-(N-1)、110-N的特定一些作为发射传感器和接收传感器，其形成不对称传感器工具以模拟对称传感器工具。控制单元105可操作这样一种不对称传感器工具，使得所测量到的信号可用于产生与如本文中教导的耦合分量相关的经补偿信号。可执行发射信号的产生以提供不同频率的信号。每一个不同频率可与不同发射传感器关联。可以适当格式将所收集的所接收到的信号提供至数据处理单元126以对从在传感器110-1、110-2...110-(N-1)、110-N的配置中的接收传感器上获取的信号中产生的数据执行数字反演。
数据处理单元126可被结构化来处理来自对称传感器工具或模拟对称传感器工具的所测量到的信号以产生补偿信号。用于产生补偿信号的方法可根据本文中讨论的各种实施方案执行。数据处理单元126可应用反演程序至经补偿信号以产生地层参数。执行一个反演操作或多个反演操作可包括使用正演模型和/或库。正演模型提供用于传感器响应的一组数学关系，其可应用于确定所选择的传感器将在特定环境(其可包括特定地层)中测量什么。库可包括有关各种地层性质的信息，其可与针对所选择的探测信号的所测量到的响应关联。执行一个反演操作或多个反演操作可包括执行迭代程序或执行模式匹配程序。数据处理单元126可被配置为与控制单元120独立或与控制单元120一体化的单元。数据处理单元126和控制单元120的任一个或两个可被构造为分布式组件。
图2A至图2B示出具有倾斜天线设计的天线构造。这种倾斜天线设计可实施在LWD电阻率测井工具中。这些天线构造可用于获取耦合分量，其中九个耦合分量可在之后解耦。由于每个耦合分量的个别敏感性，采用这些分量的0D反演可在任意井孔倾斜度下产生水平电阻率、垂直电阻率、垂直电阻率与水平电阻率的比率和相对倾角。但是，这些耦合分量通常是未补偿信号。在均质地层介质中，这些未补偿耦合分量仍可成功用于检验地层参数。
但是，在用多个薄层建模的(多个)地层中，较强的肩层效应可能发生且导致耦合分量上的大假象。在无结构补偿的情况下，肩层效应可对耦合分量的一些造成比其它耦合分量更大的影响。此外，使用未补偿信号的这些方法可具有相对于测量工具的中心的不对称响应，其可依据地层层对比度动态地调整测量焦点。因此，基于所有未补偿耦合分量的0D反演在面对高对比度肩层效应的情况下可能不稳定。
在各种实施方案中，可执行程序以获取经补偿耦合信号用于计算薄层介质中的可靠地层参数。这些程序可使用测量工具顶部和底部部分上的倾斜天线以产生经补偿信号，其受肩效应的影响要小得多。可经由0D反演基于未补偿信号和经补偿信号比较反演地层参数。使用经补偿耦合分量，0D反演可产生更稳定和准确的反演地层各向异性参数和相对倾角。此外，稳定的0D反演结果可用作进阶一维(1D)反演的最佳初始地层模型。本文中讨论的方案和设备可应用于二维(2D)和三维(3D)反演程序。
可使用测量信号构造五个信号，其中五个信号可能对地层各向异性和相对倾角非常敏感。信号1可针对XX耦合分量产生，例如，作为XX耦合分量的比率。信号2可针对YY耦合分量产生，例如，作为YY耦合分量的比率。信号3可针对XX耦合分量与YY耦合分量之间的比率产生。信号4可针对XZ耦合分量和ZX耦合分量的和产生且信号5可针对电阻率测量产生。可产生其它信号组，其中所述组可具有五个信号、多于五个信号或少于五个信号以结合对地层各向异性和相对倾角的敏感性评估地层。图1A和图1B示出可用于收集测量到的信号以产生五个信号的天线构造。具有倾斜天线设计的这些构造可在随钻测井(LWD)电阻率测井工具中操作。
图3A示出在一定深度内针对水平电阻率Rh,341和垂直电阻率Rv,342的薄层地层模型的表示。图3B至图2F示出对应图3A的地层模型的图2A至图2B的工具构造的五个未补偿综合信号的相位部分，其中相对倾角被设定为0°。一般来说，信号1至2具有对肩层效应的相同敏感性，而信号3至5具有对肩层效应的不同敏感性。
图4B至图4E示出对应于图3B至图2F的信号的未补偿输入信号的0D反演结果，其中图4A再次示出图3A的地层模型以图示有关地层的反演结果。图4B示出来自信号的水平电阻率Rh,441和垂直电阻率Rv,442的反演模型，而图4C和图4D分别针对倾角和各向异性的模型446和448示出反演结果447和449。如图4B中所示，反演垂直电阻率442在与反演水平电阻率441相比时表现为具有深度偏移行为。在具有较强肩层效应(即，层之间的高电阻率对比度)的特定深度下，诸如9400与9420之间的深度范围，反演相对倾角以及反演地层各向异性参数变得非常不稳定。
图5A至图5D示出可操作以用于获取经补偿信号的对称天线构造。这些构造可提供结构补偿。图6A示出图3A的地层模型。图6B至图6F示出对应于图6A的地层模型的经补偿信号，其使用图5A至图5D的工具，所述工具具有与用于图3B至图3F的五个信号的图2A至图2B的工具相同的操作频率和间隔。所述五个信号根据等式(8a至8e)产生。图6B至图6F的五个经补偿信号的峰值响应表现类似于肩层效应。图7B至图7E示出对应于图6B至图6F的信号的经补偿输入信号的0D反演结果，其中图7A再次示出图6A(图3A)的地层模型以图示有关地层的反演结果。图7B示出来自信号的水平电阻率Rh,741和垂直电阻率Rv,742的反演模型，而图7C和图7D分别针对倾角和各向异性的模型746和748示出反演结果747和749。利用图6B至图6F的经补偿信号的0D反演具有比图4B至图4E中的结果更稳定且准确的结果(图7B至图7E中所示)，尤其对于反演相对倾角。如通过比较图7E与图7E所示，与使用未补偿信号相比，使用经补偿信号的0D反演能够找到更佳的匹配数据(较小的最小均方误差LSE)。此外，来自经补偿输入信号的这些稳定的0D反演结果可用作进阶一维(1D)反演的良好初始地层模型。
在各种实施方案中，用于获取经补偿信号的设备和相关处理方案可结合对称传感器结构实现。图5A示出示例性工具结构，其具有围绕中心接收器514-1A(R)且与中心接收器514-1A分开达相同距离(d)的上发射器512-1A(T1)和下发射器512-2A(T2)。上发射器512-1A和下发射器512-2A可相对于其被安置以形成对称结构(例如其中θt1＝θt2)的工具结构的纵轴517A定向。如图5A中所示，上发射器512-1A和下发射器512-2A彼此平行。
图5B示出示例性工具结构，其具有上发射器512-1B(T1)、下发射器512-2B(T2)、上接收器514-1B(R1)和下接收器514-2B(R2)。上发射器512-1B与上接收器514-1B分开达距离d1，其与下发射器512-2B与下接收器514-2B的分开距离相等。上发射器512-1B与下发射器512-2B分开达距离2d2。上接收器514-1B与上发射器512-1B同下发射器512-2B的中心点分开的距离与下接收器514-2B与这个相同中心点分开的距离相等，即d2-d1。上发射器512-1B和下发射器512-2B可相对于其被安置以形成对称结构(例如其中θt1＝θt2)的工具结构的纵轴517B定向。在θt1＝θt2的情况下，如图5B中所示，上发射器512-1B和下发射器512-2B彼此平行。对称结构还可包括在θr1＝θr2的情况下相对于工具结构的纵轴定向的上接收器514-1B和下接收器514-2B。在θr1＝θr2的情况下，如图4B中所示，上接收器514-1B和下接收器514-2B彼此平行。
图5C示出示例性工具结构，其具有两个上发射器512-1C(T1)和512-2C(T2)、两个下发射器512-3C(T3)和512-4C(T4)、上接收器514-1c(R1)和下接收器514-2C(R2)。两个上发射器512-1C和512-2C沿着纵轴517C共同定位，使得这些发射器被配置来形成上交叉天线结构。两个下发射器512-3C和512-4C沿着纵轴517C共同定位，使得这些发射器被配置来形成下交叉天线结构。上交叉天线结构与上接收器514-1C分开达距离d1，其与下交叉天线结构与下接收器514-2C的分开距离相等。上交叉天线结构与下交叉天线结构分开达距离2d2。上接收器514-1C与上交叉天线结构同下交叉天线结构的中心点分开的距离与下接收器514-2C与这个相同中心点分开的距离相等，即d2-d1。两个上发射器512-1C和512-2C可相对于工具结构的纵轴517C定向，使得θt1＝-θt2。下发射器512-3C可从纵轴517C倾斜达与上发射器512-1C从纵轴517C倾斜的相同角度且下发射器512-4C可从纵轴517C倾斜达上发射器512-2C从纵轴517C倾斜的相同角度。对称结构还可包括上接收器514-1C和下接收器514-2C，其相对于工具结构的纵轴517C以相同角度θr定向。如图5C中所示，上接收器514-1C和下接收器514-2C彼此平行。
图5D示出示例性工具结构，其具有上发射器512-1D(T1)、下发射器512-2D(T2)、两个上接收器514-1D(R1)和514-2D(R2)和两个下接收器514-3D(R3)和514-4D(R4)。两个上接收器514-1D和514-2D沿着纵轴517D共同定位，使得这些接收器被配置来形成上交叉接收天线结构。两个下接收器512-3D和512-4D沿着纵轴417D共同定位，使得这些接收器被配置来形成下交叉接收天线结构。上发射器512-1D与上交叉接收天线结构分开达距离d1，其与下交叉接收天线结构与下发射器512-2D的分开距离相等。上发射器512-1D与下发射器512-2D分开达距离2d2。上交叉接收天线结构与上发射器512-1D同下发射器512-2D的中心点分开的距离与下交叉接收天线结构与这个相同中心点分开的距离相等，即d2-d1。下接收器514-3D可从纵轴517C倾斜达与上接收器514-1D从纵轴517C倾斜的相同角度且下接收器514-4D可从纵轴517C倾斜达上发射器514-2D从纵轴517C倾斜的相同角度。对称结构还可包括上发射器512-1D和下发射器512-2D可相对于工具结构的纵轴517D定向为相同角度。如图5D中所示，上发射器512-1D和下发射器512-2D彼此平行。
使用图5A至图5D中所示的对称天线结构，可直接获取补偿。例如，考虑图5A。上发射器512-1A和下发射器512-2A具有至中心接收器514-1A的相同距离(d)。本文中，在接收器上从自发射器产生信号(发射器的激发)接收的测量或测量信号可被称作VT-R。在与发射器512-1A的激发相关的接收器514-1A上接收的测量(标记为VT1-R)可用接收器514-1A上与发射器512-2A的激发相关的的测量(标记为VT2-R)补偿。补偿可产生为：
可在工具旋转的情况下进行一组测量，使得可在工具旋转的若干位置上进行测量，其中旋转被划分为一定数量或区间。在实施方案中，将仅存在在每个区间上接收的两个测量以根据所述区间上的等式(1)获取方位经补偿信号。此外，可由于工具的旋转操作而获取所有方位经补偿信号。替代地，可针对每个区间进行大于两个的偶数个测量，其中可使用测量信号的平均值或可产生经补偿信号的平均值。有关区间的这些操作可相对于本文中讨论的每个传感器配置执行。
图5B引入额外接收器至图5A的结构。这个额外的接收器被配置来工具结构上，使得工具结构继续作为对称结构。补偿等式可表达为：
信号Comp＝SQRT(VT1-R1×VT1-R2×VT2-R1×VT2-R2), (4)
其中SQRT()是括号()中数量的平方根。对于经补偿电阻率测量，补偿等式可表达为：
信号Comp＝SQRT((VT1-R2/VT1-R1)×(VT2-R1/VT2-R2)). (5)
但是，图5A和图5B的工具构造不解耦所有耦合分量。因此，图5C和图5D中的交叉发射器的天线结构和交叉接收器的天线结构可分别用于计算所有耦合分量。完整一组耦合分量可用于实现任意相对倾角下地层参数的更好确定。
例如，考虑图5D的工具。如图5D中所示，工具包括上发射器512-1D，其可被激发以产生可被解耦的两组所有耦合分量。这两组可与间距d1和d2相关。在接收器514-1D和514-2D上从激发与d1相关的上发射器512-1D收集信号。在接收器514-3D和514-4D上从激发与距离2d2-d1相关的上发射器512-1D收集信号。已知技术可用于从所接收的信号测量中导出耦合分量。两组信号可平均化为一组耦合分量其中i和j指示不同耦合分量。由于工具的发射天线和接收天线的对称配置，下发射器上发射器512-2D可被激发以产生与间距d1和d2相关的可被解耦的两组所有耦合分量。在接收器514-3D和514-4D上从激发与d1相关的下发射器512-2D收集信号。在接收器514-1D和514-2D上从激发与距离2d2-d1相关的下发射器512-2D收集信号。已知技术可用于从所接收的信号测量中导出耦合分量。类似地，可通过在对应于发射器T2的激发的所有接收器上接收的测量使与下发射器512-2D的激发相关的另一组耦合分量解耦。对于每个ij，相关补偿可产生为：
其中i和j指示可在方向上的不同耦合分量。
此外，与对地层各向异性和相对倾角敏感的耦合分量相关的信号，诸如上述五个信号也可被补偿。例如，图5D中的工具结构获取测量信号，从中构造与上发射器512-1D的激发相关的五个信号i＝1,2,3,4,或5。类似地，可从自下发射器512-2D的激发获取的测量信号计算得到与下发射器T2相关的另外五个信号i＝1,2,3,4,或5。随后，针对每个i的补偿可产生为：
对于每个i，和可根据相同关系产生，其中的数据可从激发上晶体管512-1D产生且的数据可从激发下晶体管512-2D产生：
可针对每个发射器T1和T2产生其它信号，诸如和VXZ+VZX及和VYZ+VZY。可针对有关发射器T1和T2的这些和产生经补偿信号。由于互易定理，图5C描述具有与图5D相同的能力的另一个工具构造，且相应补偿等式是上文参考图5D讨论的等式，但是分别用R1和R2取代指数T1和T2。
可在使用不对称传感器结构的情况下使用对称数据产生经补偿信号。可通过操作不对称传感器的技术产生对称数据。图8示出可操作以获取经补偿信号的不对称天线构造的实例。工具805上使用的深度偏移的处理方案可在构造如上所述的所有补偿之前使用。首先，在深度范围2d下，获取在与两个发射器812-1(T1)和发射器812-2(T2)的激发相关的中心接收器814(R)上接收的测量。随后，应用曲线拟合函数至测量以用定义的深度内插任意测量。可使用任意类型的内插(诸如线性)。随后，可将深度偏移方法应用至工具805以获取所需测量以获取如图9中所示的对称结构。偏移方法使用接收天线与发射天线之间的互易以在对应于对称构造(诸如图9中所示的所得构造)的位置上激发并且收集信号。随后可基于通过偏移方法产生的等效对称天线结构将伪结构补偿应用至具有不对称天线构造的工具805的测量。上述的相关处理补偿方案可基于来自偏移程序的等效对称构造的数据应用。
在进行测量时，发射器和接收器的作用可在上述所有构造中切换。所述工具可在LWD和电缆型工具中实现。从使用对称工具、被操作来模拟对称工具的不对称工具或其组合产生的经补偿信号可被提供至执行反演程序的数据处理单元。基于经补偿信号的反演可使用已知的反演技术执行。反演的结果可提供有关地层参数的信息，诸如，但不限于，诸如水平电阻率、垂直电阻率、垂直电阻率与水平电阻率的比率、相对倾角和相对走向角。
在用于测量电阻率各向异性的传统测井工具中，未补偿耦合分量可用于确定地层参数。因此，已观测到0D反演的反演结果的不稳定性，其已主要通过采用1D反演而解决。但是，1D反演可能是复杂的，可能导致减小的垂直分辨率，可能是耗时的且在一些情况下可能不可靠。如本文中教导的对称传感器结构和与对称传感器结构相关的程序可显著减小肩层效应且与使用传统测井工具获取的情况相比受肩层的影响较小。如本文中教导，对称传感器结构可包括排列的传感器来实现补偿。但是，如本文中教导，电和机械简化的工具可用于通过采用偏移技术而在无并列天线的情况下实现补偿，使得来自电和机械简化工具的数据大体上等同于来自具有并列天线的对称工具的数据。在各种实施方案中，工具结构和操作工具结构的技术可在非水平钻井条件中提供各向异性参数，其当前可在传统的LWD电阻率测井工具中获取。此外，如本文中教导的这些工具结构和操作这些工具结构的技术可使用最小数量的天线组件产生高质量的电阻率各向异性测量。
图10示出使用经补偿信号确定地层参数的方法的示例性实施方案的特征。在1010中，收集通过对称传感器工具获取的信号测量。这些测量信号可提供有关地形的发射信号和接收信号之间的关系的ZZ、XZ、ZX和XX耦合分量的解耦。对称工具可包括工具结构，其上上交叉传感器结构、下交叉传感器结构、上倾斜传感器和下倾斜传感器相对于工具结构的纵轴被安置为对称配置，使得上交叉传感器结构和下交叉传感器结构分隔开达下交叉传感器结构和下倾斜传感器分隔开的距离，上交叉传感器结构由两个共同定位的传感器形成且下交叉传感器结构由两个共同定位的倾斜传感器形成。上倾斜传感器和下倾斜传感器可实现为倾斜天线发射器且上交叉传感器结构和下交叉传感器结构可实现为倾斜接收天线，其中上交叉传感器结构和下交叉传感器结构安置在上倾斜传感器与下倾斜传感器之间。收集信号测量可包括激发上倾斜传感器及响应于激发上倾斜传感器和下交叉传感器结构而在上交叉传感器结构的倾斜天线接收器的每个上收集信号，和激发下倾斜传感器及响应于激发上倾斜传感器和下交叉传感器结构而在上交叉传感器结构和下交叉传感器结构的倾斜天线接收器的每个上收集信号。对称工具结构可包括：上倾斜传感器和下倾斜传感器，其实现为倾斜天线接收器；和上交叉传感器结构和下交叉传感器结构，其实现为倾斜发射天线，其中上倾斜传感器结构和下倾斜传感器结构安置在上交叉传感器结构与下交叉传感器结构之间。
在1020中，从信号测量中产生耦合分量。在1030中，从耦合分量中产生一组经补偿信号。在上交叉传感器结构和下交叉传感器结构安置在上倾斜传感器与下倾斜传感器之间的情况下，产生一组经补偿信号可包括产生：
其中i和j指示不同的耦合分量，是从响应于激发天线发射器T1在每个天线接收器R1、R2、R3、R4中接收信号导出的耦合分量，且是从响应于激发天线发射器T2在每个天线接收器R1、R2、R3、R4中接收信号导出的耦合分量，天线发射器T1是上倾斜传感器，天线发射器T2是下倾斜传感器，R1和R2形成上交叉传感器结构，R3和R4形成下交叉传感器结构。
从耦合分量产生一组经补偿信号可包括产生经补偿信号为：
其中Tup是上倾斜传感器且基于相对于激发上倾斜传感器产生的耦合分量，且Tdn是下倾斜传感器且基于相对于激发下倾斜传感器产生的耦合分量。产生和可包括针对Tup和Tdn产生下列一个或更多个：
Vzz、Vxx、Vzz、Vxz和Vzx是耦合分量，d1和d2是对称传感器工具的分开距离。
在1040中，使用一组经补偿信号执行反演操作以确定一个或更多个地层参数。执行反演操作可包括执行0D反演。来自0D反演的结果可用于在更高阶维度反演中构建初始地层模型。使用一组经补偿信号来确定一个或更多个地层参数可包括但不限于确定地层垂直电阻率或地层垂直电阻率与地层水平电阻率的比率。使用一组经补偿信号来确定一个或更多个地层参数可包括在具有多层的地层中确定地层参数。
图11示出使用经补偿信号确定地层参数的方法的示例性实施方案的特征。在1110中，在钻孔中操作工具，工具具有不对称传感器结构。在1120中，对应于对称传感器工具的测量是收集信号，通过偏移不对称传感器结构且在偏移位置上进行测量，使得不对称传感器结构也模拟对称传感器而收集的信号测量。这些信号测量可提供有关地形的发射信号和接收信号之间的关系的ZZ、XZ、ZX和XX耦合分量的解耦。在1130中，从信号测量中产生耦合分量。
在1140中，从耦合分量中产生一组经补偿信号。产生一组经补偿信号可包括产生：
其中i和j指示不同的耦合分量，R1、R2、R3和R4在偏移不对称传感器结构时对应于模拟接收器，是从响应于激发天线发射器T1从每个模拟天线接收器R1、R2、R3和R4中接收信号导出的耦合分量，且是从响应于激发天线发射器T2从每个模拟天线接收器R1、R2、R3和R4中接收信号导出的耦合分量。
从耦合分量产生一组经补偿信号可包括产生经补偿信号为：
其中Tup是不对称天线的上倾斜传感器且基于相对于激发上倾斜传感器产生的耦合分量，且Tdn是不对称天线的下倾斜传感器且基于相对于激发下倾斜传感器产生的耦合分量。产生和可包括针对Tup和Tdn产生下列一个或更多个：
Vzz、Vxx、Vzz、Vxz和Vzx是耦合分量，d1和d2是模拟对称传感器工具的分开距离。
在1150中，使用一组经补偿信号执行反演操作以确定一个或更多个地层参数。执行反演操作可包括执行0D反演。使用一组经补偿信号来确定一个或更多个地层参数可包括但不限于确定地层垂直电阻率或地层垂直电阻率与地层水平电阻率的比率。
如本文中描述或以类似方式，可结合基于硬件和软件的实施实现一种测量工具的各种组件，其包括工具，其具有多个传感器，其相对于工具的纵轴倾斜以作为对称工具结构操作，且具有处理单元，其可产生经补偿信号以从接收到的测量信号确定有关工具操作的钻孔的地层参数。这些实施可包括具有机器可执行指令的机器可读装置，诸如计算机可读存储媒介，其具有计算机可执行指令，所述指令用于操作系统以控制安置在钻孔中的工具的传感器的启动，从耦合分量产生补偿信号且根据本文中教导的任意方法执行反演分析以确定地层参数。在各种实施方案中，机器可读存储装置可具有存储其上的指令，所述指令在被机器的一个或更多个处理器执行时导致所述机器执行操作，操作包括以相同于或类似于本文中描述的方法和方案的方式基于信息提供有关地层的信息且基于所述信息执行操作的方法的任意特征。指令可包括产生多组经补偿信号，从中可确定地层参数。此外，本文中，机器可读存储装置是实体装置，其存储由装置内的实体结构表示的数据。机器可读存储装置的实例包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储装置、光学存储装置、闪存和其它电子、磁性和/或光学存储器装置。
在各种实施方案中，用于测量地层参数的设备可包括：工具结构，其具有沿着工具的纵轴的发射器和接收器的对称配置；控制单元，其用于控制工具结构的发射器的启动；和数据处理单元，其用于根据类似于或相同于本文中公开的方法的程序处理从工具结构中的接收器接收的信号。在各种实施方案中，用于测量地层参数的设备可包括：工具结构，其具有沿着工具的纵轴的发射器和接收器的不对称配置；控制单元，其用于控制工具结构的发射器的启动以模拟发射器和接收器的对称配置；和数据处理单元，其用于根据类似于或相同于本文中公开的方法的程序处理从工具结构中的接收器和发射器接收的信号。
图12描绘示例性系统1200的实施方案的特征的方框图，其可操作以基于由对称天线工具或模拟对称天线工具进行的测量执行与产生补偿信号相关的方案。系统1200可包括一个或更多个处理器1230和数据处理单元1226，其中一个或更多个处理器1230和数据处理单元1226如本文中教导被结构化来根据类似于或相同于与收集数据作为对应于对称天线结构的测量，从数据产生经补偿信号和使用补偿信号以来定地层参数相关的方案的任意方案操作。在实施方案中，处理器1230可实现为单个处理器或一组处理器，其可依据指派的功能而独立操作。系统1200可被配置来以类似于或相同于本文中讨论的任意处理技术对从可在井下操作的工具1270获取的数据执行各种操作，以进行有关地层的测量。
系统1200可被配置为分布式系统且可包括除一个或更多个处理器1230和数据处理单元1226以外的组件。系统1200可包括工具1270，其具有配置为对称天线工具的发射传感器和接收传感器。工具1270也可包括不对称天线工具，其可操作以模拟对称天线工具。
系统1200可包括存储器1235、电子设备1250和通信单元1240。处理器1230、存储器1235和通信单元1240可被配置来作为一个处理单元操作以控制工具1270的管理并且对由工具1270收集的数据信号执行操作。存储器1235可包括数据库，其具有信息和其它数据，使得系统1200除对这些数据实时操作外可以后处理方式对来自工具1270的数据操作。在实施方案中，数据处理单元1226可在包括电子设备1250的系统1200的组件之间分布。
通信单元1240可包括用于在井下从工具1270通信至地面的井下通信。这种井下通信可包括遥测系统。通信单元1240可在不干扰正在进行的测量的频率下使用有线通信技术和无线技术的组合。通信单元1240可允许数据分析的一部分或所有在井下执行，其中结果被提供至用户界面1262用于展示在地面的一个或更多个显示单元1260上。但是，通信单元1240可提供被发送至地面的数据，使得大体上所有分析在地面上预先形成。通信单元1240可响应于由用户通过用户界面1262提供的信号实现至工具1270或井下钻井控制的命令发射，其允许钻井操作的交互控制。例如，系统1200可实现为具有地质导向能力。
系统1200也可包括总线1237，其中总线1237在系统1200的组件之间提供导电性。总线1237可包括各独立配置的地址总线、数据总线和控制总线。总线1237可使用若干不同通信媒介实现，其允许系统1200的组件的分布。总线1237的使用可由处理器1230调节。总线1237可包括网络以发射和接收包括数据信号和命令和控制信号的信号。
在各种实施方案中，周边装置1255可包括额外存储器和/或其它控制装置，其可结合处理器1230和/或储存器1235操作。显示单元1260可结合屏幕显示器配置为地面上的分布式组件，其可结合存储在存储器1235中的指令使用以实施用户界面1262以管理分布在系统1200内的工具1270和/或组件的操作。这样一种用户界面可结合通信单元1240和总线1237操作。显示单元1260可包括视频屏幕、打印装置或用于视觉投影信息的其它结构。系统1200可包括若干选择装置1264，其可结合用户界面1262操作以提供用户输入以操作数据处理单元1226或其等效物。选择装置1264可包括触屏或计算机鼠标的一个或更多个，其可结合用户界面1262操作以提供用户输入来操作数据处理单元。
系统1200可与随钻测井操作兼容。系统1200也可与电缆操作兼容。系统1200可被配置为分布式系统用于陆地钻井操作、海上钻井操作或具有陆地组件和海上组件的钻井操作。
图13描绘钻井现场的系统1300的示例性实施方案，其中系统可操作以基于由对称天线工具或模拟对称天线工具进行的测量产生补偿信号且操作经补偿信号以确定地层参数。系统1300可包括工具1305-1、1305-2或1305-1和1305-2两者以如本文中教导执行补偿信号的产生和地层参数的确定。工具1305-1和1305-2可以类似于或相同于本文中教导的配置的方式实现以执行补偿信号的处理。
系统1300可包括位于井1306的地面1304的钻机1302和钻管的钻柱，即钻柱1329，其连接在一起以形成钻柱，所述钻柱通过转盘1307下放至井孔或钻孔1312-1中。钻机1302可为钻柱1329提供支撑。钻柱1329可操作以穿透转盘1307用于穿过地下地层1314钻出钻孔1312-1。钻柱1329可包括钻管1318和底部钻具总成1320，其位于钻管1318的下部分上。
底部钻具总成1320可包括钻环1316和钻头1326。钻头1326可操作以通过穿透地面1304和地下地层1314而形成钻孔1312-1。底部钻具总成1320可包括工具1305-1，其附接至钻环1316以使用对称天线工具或模拟对称天线工具执行测量以处理补偿信号来确定地层参数。工具1305-1可被结构化来实施在MWD系统(诸如LWD系统)中。容纳工具1305-1的外壳包括用于启动对称天线结构或模拟工具1305-1的对称天线结构的结构来收集测量信号的电子装置。这些电子装置可包括数据处理单元来从耦合分量产生经补偿信号及经由用于在井中操作的标准通信结构提供地层参数的分析。替代地，电子装置可包括通信接口来经由用于在井中操作的标准通信结构将由工具1305-1提供的测量信号提供至地面，其中这些测量信号可在地面的数据处理单元上分析以从耦合分量产生经补偿信号及提供地层参数的分析。
在钻井操作期间，钻柱1329可由转盘1307旋转。此外或替代地，底部钻具总成1320也可由位于井下的马达(例如，泥浆马达)旋转。钻环1316可用于增加重量至钻头1326。钻环1316也可加强底部钻具总成1320以允许底部钻具总成1320将增加的重量转移至钻头1326，且接着协助钻头1326穿透地面1304和地下地层1314。
在钻井操作期间，泥浆泵1332可将钻井流体(有时被本领域技术人员称作“钻井泥浆”)从泥浆池1334泵送穿过软管1336进入钻管1318并且向下至钻头1326。钻井流体可从钻头1326流出且通过钻管1318与钻孔1312-1侧面之间的环形区域1340返回至地面1304。钻井流体随后可返回至泥浆池1334，在所述泥浆池1334中这些流体被过滤。在一些实施方案中，钻井流体可用于冷却钻头1326，以及在钻井操作期间为钻头1326提供润滑。此外，钻井流体可用于移除由操作钻头1326形成的地下地层1314岩屑。
在各种实施方案中，工具1305-2可被包括在工具主体1370中，所述工具主体1370耦合至测井电缆1374，诸如，例如用于电缆应用。容纳工具1305-2的工具主体1370可包括用于启动对称天线结构或模拟工具1305-2的对称天线结构的结构来收集测量信号的电子装置。这些电子装置可包括数据处理单元，其用于从耦合分量产生经补偿信号及经由用于在井中操作的标准通信机构提供地层参数的分析。替代地，电子装置可包括通信接口，其用于经由用于在井中操作的标准通信结构将由工具1305-1收集的测量信号提供至地面，其中这些测量信号可在地面的数据处理单元上分析以从耦合分量产生经补偿信号及提供地层参数的分析。测井电缆1374可实现为电缆(多条电力和通信线)、单电缆(单个导体)和/或钢丝(无用于电力或通信的导体)或用于钻孔1312中的其它适当结构。
虽然本文中已说明且描述特定实施例，但本领域一般技术人员将了解，被计算来实现相同目的的任意配置可代替所示的特定实施方案。各种实施方案使用本文中描述的实施方案的置换和/或组合。应了解，以上描述旨在说明且非限制，且本文中采用的短语或术语是为了描述的目的。本领域技术人员在研究以上描述之后将了解上述实施方案和其它实施方案的组合。

Claims (21)

1.一种获取经补偿信号用于确定地层参数的方法，其包括：
收集由对称传感器工具获取的信号测量，其提供有关地层的发射信号和接收信号之间的关系的ZZ、XZ、ZX和XX耦合分量的解耦；
从所述信号测量中产生所述耦合分量；
从所述耦合分量产生一组经补偿信号；和
使用所述组经补偿信号执行反演操作以确定一个或更多个地层参数，
其中，所述对称传感器工具包括一个工具结构，其上上交叉传感器结构、下交叉传感器结构、上倾斜传感器和下倾斜传感器相对于所述工具结构的纵轴被安置为对称配置，使得所述上交叉传感器结构和所述上倾斜传感器分隔开达所述下交叉传感器结构和所述下倾斜传感器分隔开的距离，所述上交叉传感器结构由两个共同定位的倾斜传感器形成且所述下交叉传感器结构由两个共同定位的倾斜传感器形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述上倾斜传感器和所述下倾斜传感器是倾斜天线发射器且所述上交叉传感器结构和所述下交叉传感器结构是倾斜天线接收器，其中所述上交叉传感器结构和所述下交叉传感器结构安置在所述上倾斜传感器与所述下倾斜传感器之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中收集信号测量包括激发所述上倾斜传感器及响应于激发所述上倾斜传感器和所述下交叉传感器结构而在所述上交叉传感器结构的所述倾斜天线接收器的每个上收集信号，和激发所述下倾斜传感器及响应于激发所述上倾斜传感器和所述下交叉传感器结构而在所述上交叉传感器结构和所述下交叉传感器结构的所述倾斜天线接收器的每个上收集信号。
4.根据权利要求2所述的方法，其中产生所述组经补偿信号包括产生
其中i和j指示不同的耦合分量，是从响应于激发天线发射器T1在每个天线接收器R1、R2、R3、R4中接收信号导出的耦合分量，且是从响应于激发天线发射器T2在每个天线接收器R1、R2、R3、R4中接收信号导出的耦合分量，天线发射器T1是所述上倾斜传感器，天线发射器T2是所述下倾斜传感器，R1和R2形成所述上交叉传感器结构，R3和R4形成所述下交叉传感器结构。
5.根据权利要求1所述的方法，其中从所述耦合分量中产生所述组经补偿信号包括产生经补偿信号为
i＝1,2,3,4,或5
其中Tup是所述上倾斜传感器且基于相对于激发所述上倾斜传感器产生的耦合分量，且Tdn是所述下倾斜传感器且基于相对于激发所述下倾斜传感器产生的耦合分量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中产生及包括针对Tup和Tdn产生下列一个或更多个
T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn
T＝Tup,Tdn,
Vzz、Vxx、Vyy、Vxz和Vzx是耦合分量，d1和d2是对称传感器工具的分开距离。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述上倾斜传感器和所述下倾斜传感器是倾斜天线接收器且所述上交叉传感器结构和所述下交叉传感器结构是倾斜发射天线，其中所述上倾斜传感器和所述下倾斜传感器安置在所述上交叉传感器结构与所述下交叉传感器结构之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其中执行所述反演操作包括执行零维反演。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法包括使用来自所述零维反演的结果来构造更高阶维度反演中的初始地层模型。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括确定地层垂直电阻率或地层垂直电阻率与地层水平电阻率的比率。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在具有多层的地层中确定地层参数。
12.一种获取经补偿信号用于确定地层参数的方法，其包括：
在钻孔中操作工具，所述工具具有不对称传感器结构；
收集对应于对称传感器工具的信号测量，其提供有关地层的发射信号与接收信号之间的关系的ZZ、XZ、ZX和XX耦合分量的解耦，所述信号测量通过偏移所述不对称传感器结构及在经偏移位置上进行测量使得所述不对称传感器结构模拟所述对称传感器工具而收集；
从所述信号测量中产生所述耦合分量；
从所述耦合分量中产生一组经补偿信号；和
使用所述组经补偿信号执行反演操作以确定一个或更多个地层参数，
其中，产生所述组经补偿信号包括产生
其中i和j指示不同的耦合分量，R1、R2、R3和R4在偏移不对称传感器结构时对应于模拟接收器，是从响应于激发天线发射器T1从每个模拟天线接收器R1、R2、R3和R4中接收信号导出的耦合分量，且是从响应于激发天线发射器T2从每个模拟天线接收器R1、R2、R3和R4中接收信号导出的耦合分量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中执行所述反演操作包括执行零维反演。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法包括确定地层垂直电阻率或地层垂直电阻率与地层水平电阻率的比率。
15.一种获取经补偿信号用于确定地层参数的方法，其包括：
在钻孔中操作工具，所述工具具有不对称传感器结构；
收集对应于对称传感器工具的信号测量，其提供有关地层的发射信号与接收信号之间的关系的ZZ、XZ、ZX和XX耦合分量的解耦，所述信号测量通过偏移所述不对称传感器结构及在经偏移位置上进行测量使得所述不对称传感器结构模拟所述对称传感器工具而收集；
从所述信号测量中产生所述耦合分量；
从所述耦合分量中产生一组经补偿信号；和
使用所述组经补偿信号执行反演操作以确定一个或更多个地层参数，
其中从所述耦合分量中产生所述组经补偿信号包括产生经补偿信号为
i＝1,2,3,4,或5
其中Tup是不对称天线的上倾斜传感器且基于相对于激发所述上倾斜传感器产生的耦合分量，且Tdn是所述不对称天线的下倾斜传感器且基于相对于激发所述下倾斜传感器产生的耦合分量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中产生及包括针对Tup和Tdn产生下列一个或更多个
T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn T＝Tup,Tdn
T＝Tup,Tdn,
Vzz、Vxx、Vyy、Vxz和Vzx是耦合分量，d1和d2是对称传感器工具的分开距离。
17.根据权利要求15所述的方法，其中执行所述反演操作包括执行零维反演。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法包括确定地层垂直电阻率或地层垂直电阻率与地层水平电阻率的比率。
19.一种存储指令的计算机可读存储媒介，所述指令在被计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1至18中任一项所述的方法。
20.一种用于测量地层参数的设备，所述设备包括：
工具结构，其具有沿着所述工具的纵轴的发射器和接收器的对称配置；和
控制单元，其用于控制所述工具结构的所述发射器的启动；和
数据处理单元，其用于根据权利要求1至11中任一项所述的方法处理接收自所述工具结构中的所述接收器的信号。
21.一种用于测量地层参数的设备，所述设备包括：
工具结构，其具有沿着所述工具的纵轴的发射器和接收器的不对称配置；和
控制单元，其用于控制所述工具结构的所述发射器的启动以模拟发射器和接收器的对称配置；和
数据处理单元，其用于根据权利要求12至18中任一项所述的方法处理接收自所述工具结构中的所述接收器和所述发射器的信号。
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