CN104929622A - 多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，包括安装在钻铤上的发射线圈系、接收线圈系、电路系统和三轴定向装置；发射线圈系、接收线圈系和三轴定向装置均与电路系统相连接，且发射线圈系和接收线圈系中，至少一个发射线圈的等效磁偶极子方向和一个接收线圈的等效磁偶极子方向之间具有非零夹角。本发明提供的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，能够精确确定地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征，大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，以及围岩边界与井眼的几何方位关系，更好地满足于精确地质导向和地层评价的要求。

Description

多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器

技术领域

本发明涉及石油开采设备技术，尤指一种多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器。

背景技术

随着大斜度井、水平井钻井技术的不断提高和大量使用，随钻地质导向与随钻测井技术也得到长足的发展。常规随钻电磁波电阻率测井仪能提供多条电阻率测量曲线，是随钻测井和随钻地质导向钻井的重要工具，目前国内外各大公司均有比较成熟的商业化随钻电磁波电阻率测井仪应用于现场服务。但常规随钻电磁波电阻率测井仪利用沿仪器轴向布置的纵向线圈系(即线圈的磁偶极子方向与仪器同轴)测量地层电阻率，其测量结果是环井周的地层电阻率的总体效果，对地层电阻率在方位上的变化不敏感，无法在没有约束条件的情况下求解电阻率的各向异性值，致使常规电磁波电阻率测量信息难以甚至无法确定大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，更难于甚至无法确定围岩边界与井眼的几何方位关系，这给钻井过程中的地质导向带来了很大困难。常规随钻电磁波电阻率测井仪的局限性表明其无法满足精确地质导向和地层评价的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，能够精确确定地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征、大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，以及围岩边界与井眼的几何方位关系，可更好地满足精确地质导向和地层评价的要求。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，包括安装在钻铤上的发射线圈系、接收线圈系、电路系统和三轴定向装置；其中，所述发射线圈系、所述接收线圈系和所述三轴定向装置均与所述电路系统相连接，且所述发射线圈系和所述接收线圈系中，至少一个发射线圈的等效磁偶极子方向和一个接收线圈的等效磁偶极子方向之间具有非零夹角；所述电路系统控制所述发射线圈系对钻井的周向进行检测，通过所述三轴定向装置，得到仪器的工具面角，并通过接收线圈系得到对应于不同工具面角时的测量值。

可选地，所述发射线圈系包括：等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向相同的两个第一发射线圈，两个第一发射线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；和等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的两个第二发射线圈，两个第二发射线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；所述接收线圈系包括：等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向相同的两个第一接收线圈，两个第一接收线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的两个第二接收线圈，两个第二接收线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；和等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的第三接收线圈。

可选地，所述第三接收线圈、两个所述第一接收线圈、两个所述第一发射线圈、两个所述第二发射线圈和两个所述第二接收线圈在所述钻铤的轴线方向上由内向外依次间隔设置。

可选地，两个所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为45度，两个所述第二接收线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为-45度，所述第三接收线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为90度，所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向和所述第二接收线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度，所述第三接收线圈的等效磁偶极子方向与所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度。

可选地，所述钻铤为无磁钻铤，所述电路系统和所述三轴定向装置安装在所述钻铤的端部处。

可选地，所述三轴定向装置包括加速度计、地磁仪和陀螺仪中的一种或多种。

可选地，所述测量值包括反映地层电性特征信息的电压幅度、相位、幅度比和相位差。

本发明提供的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，是根据三轴定向装置测量得到仪器周向的工具面角扇区，再对发射线圈系施加一定频率的交变电流，通过接收线圈系接收检测信息，最后由电路系统记录对应于不同扇区的测量值，并通过该测量值来分析环井周的地层电性特征信息，以此种方式来精确确定地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征，大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，以及围岩边界与井眼的几何方位关系，使仪器更好地满足于精确地质导向和地层评价的要求。

进一步地，本发明得到的测量值包括电压幅度、相位、幅度比和相位差，多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器通过获得的这些信息来反映地层电性特征。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明一个实施例所述的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器的主视结构示意图；

图2是图1所示的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器的俯视结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合附图描述本发明一些实施例的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器。

本发明提供的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，如图1和图2所示，包括：发射线圈系、接收线圈系、电路系统1、三轴定向装置2和钻铤3；发射线圈系、接收线圈系、电路系统1和三轴定向装置2均安装在钻铤3上，且发射线圈系、接收线圈系和三轴定向装置2均与电路系统1相连接，且发射线圈系和接收线圈系中，至少一个发射线圈的等效磁偶极子方向和一个接收线圈的等效磁偶极子方向之间具有非零夹角；电路系统1控制发射线圈系对钻井的周向进行检测，根据三轴定向装置2确定仪器的工具面角，并通过接收线圈系得到对应于不同工具面角的测量值。

其中，测量值包括反映地层电性特征信息的电压幅度、相位、幅度比和相位差等。

本发明提供的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，是根据三轴定向装置2测量得到仪器周向的工具面角扇区，再对发射线圈系施加一定频率的交变电流，通过接收线圈系接收检测信息，最后由电路系统1记录对应于不同扇区的测量值，并通过该测量值来分析环井周的地层电性特征信息，以此种方式来精确确定地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征，大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，以及围岩边界与井眼的几何方位关系，使仪器更好地满足于精确地质导向和地层评价的要求。

至少一个发射线圈的等效磁偶极子方向和一个接收线圈的等效磁偶极子方向之间具有非零夹角，使得测量时地层电阻率在方位上的变化敏感，这样在非零夹角相应约束条件的情况下就可以求解地层方位、倾角、电阻率及各向异性值，还可以确定大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离、以及确定围岩边界与井眼的几何方位关系。

该多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器同时具有常规随钻电磁波电阻率和方位电阻率成像的测量功能，以此种方式来获得地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征，同时还可以获得地层构造变化和井眼离储层边界的距离等信息，这对于钻井过程中的精确地质导向和储层评价、以及对于提高油气采收率、降低作业成本及风险都具有重要作用，更好地满足了该种仪器的使用需求，实用性更显著。

本发明的一个实施例中，发射线圈系包括：等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向相同的两个第一发射线圈，两个第一发射线圈沿钻铤3的轴线y方向中心对称安装在钻铤3上；和等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间具有非零夹角的两个第二发射线圈，两个第二发射线圈沿钻铤3的轴线y方向中心对称安装在钻铤3上；接收线圈系包括：等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向相同的两个第一接收线圈，两个第一接收线圈沿钻铤3的轴线y方向中心对称安装在钻铤3上；等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间具有非零夹角的两个第二接收线圈，两个第二接收线圈沿钻铤3的轴线y方向中心对称安装在钻铤3上；和等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间具有非零夹角的第三接收线圈。

其中，如图1和图2所示，第三接收线圈、两个第一接收线圈、两个第一发射线圈、两个第二发射线圈和两个第二接收线圈在钻铤3的轴线y方向上由内向外依次间隔设置；且两个第二发射线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角为45度，两个第二接收线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角为-45度，第三接收线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角为90度，第二发射线圈的等效磁偶极子方向和第二接收线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度，第三接收线圈的等效磁偶极子方向与第二发射线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度。

优选地，电路系统1包括发射电路系统和接收电路系统，发射线圈系与发射电路系统相连接，接收线圈系与接收电路系统相连接。

多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器旋转时，采用三轴定向装置2测量仪器的工具面角度(形成多个扇区)，在测量时对应记录各个扇区接收线圈的信号测量值，由此可获得环井周各个扇区的测量信息

当然，两个第二发射线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角也可为30度或60度等任意角度，两个第二发射线圈与钻铤轴向的夹角彼此可以不同。两个第二接收线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角也可为-30度、-60度或-75度等任意角度，两个第二接收线圈与钻铤轴向的夹角彼此可以不同。第三接收线圈的等效磁偶极子方向与钻铤3的轴线y方向之间的夹角也可为30度或60度等任意角度，第二发射线圈的等效磁偶极子方向和第二接收线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角也可为30度或60度等任意角度，第三接收线圈的等效磁偶极子方向与第二发射线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角也可为30度、60度、75度或80度等任意角度；均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。

具体地，钻铤3为无磁钻铤3，电路系统1和三轴定向装置2安装在钻铤3的端部处；无磁钻铤3在工作过程中不会对发射线圈系和接收线圈系进行磁信号干涉，使发射线圈系和接收线圈系更好地对钻井的地层电性特征信息进行检测，以更好地保证检测精准性。

进一步地，三轴定向装置2为加速度计、地磁仪或陀螺仪等，均可实现本申请的目的，其宗旨未脱离本发明的设计思想，在此不再赘述，但应属于本申请的保护范围内。

该仪器的对称式发射线圈(即：两个第一发射线圈、两个第二发射线圈)交替发射，根据三轴定向装置2测量得到的仪器工具面角，记录对应于不同扇区的测量值，其中，各个发射线圈和各个接收线圈优选为圆环形线圈。

如图1和图2所示，测量常规电磁波电阻率的组合有：T1-R1-R2-T4、T2-R1-R2-T3；测量方位电磁波电阻率成像的组合有：T1-R1-R2-T4，随着仪器旋转，记录各扇区的幅度比、相位差、幅度比电阻率、相位差电阻率，沿仪器工具面展开就可以生成电阻率成像数据；测量电磁场多分量的组合有：T1-R3、T1-R4、T4-R3、T4-R4、T2-R3、T3-R4、T1-R1-R2-T4、T1-R5、T2-R5、T3-R5、T4-R5等，以上组合也可以形成多种双边对称发射模式，例如T1-R3和T4-R4可以组合成双边对称、T1-R5和T4-R5可以组合成双边对称发射模式。

上述组合含义为：T1、T2、T3、T4为发射线圈，等效磁偶极子方向与仪器轴向一致或者成一定的夹角。R1、R2、R3、R4、R5为接收线圈，等效磁偶极子方向与仪器轴向一致或者成一定的夹角。通过记录R1、R2、R3、R4、R5接收线圈记到的不同仪器工具面的电压幅度和相位等信息来反映地层电性特征信息。此外还有多种组合方式，不在一一列举。

其中，如图1所示，T1和T4为两个第二发射线圈，T2和T3为两个第一发射线圈，R1和R2为两个第一接收线圈，R3和R4为两个第二接收线圈，R5为第三接收线圈。

综上所述，本发明提供的多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，是根据三轴定向装置测量得到仪器周向的工具面角扇区，再对发射线圈系施加一定频率的交变电流，通过接收线圈系接收检测信息，最后由电路系统记录对应于不同扇区的测量值，并通过该测量值来分析环井周的地层电性特征信息，以此种方式来精确确定地层方位、倾角、电阻率及各向异性的特征，大斜度井或水平井井眼离围岩边界的距离，以及围岩边界与井眼的几何方位关系，使仪器更好地满足于精确地质导向和地层评价的要求。

在本发明的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (7)

1.一种多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器，其特征在于，包括：安装在钻铤上的发射线圈系、接收线圈系、电路系统和三轴定向装置；其中，

发射线圈系、接收线圈系和三轴定向装置均与电路系统相连接；

发射线圈系和接收线圈系中，至少一个发射线圈的等效磁偶极子方向和一个接收线圈的等效磁偶极子方向之间具有非零夹角；

电路系统控制发射线圈系对钻井的周向进行检测，通过三轴定向装置，得到仪器的工具面角，并通过接收线圈系得到对应于不同工具面角时的测量值。

2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述发射线圈系包括：

等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向相同的两个第一发射线圈，两个第一发射线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；和

等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的两个第二发射线圈，两个第二发射线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；

所述接收线圈系包括：

等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向相同的两个第一接收线圈，两个第一接收线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；

等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的两个第二接收线圈，两个第二接收线圈沿钻铤的轴线方向中心对称安装在钻铤上；和

等效磁偶极子方向与钻铤的轴线方向之间具有非零夹角的第三接收线圈。

3.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于，所述第三接收线圈、两个所述第一接收线圈、两个所述第一发射线圈、两个所述第二发射线圈和两个所述第二接收线圈在所述钻铤的轴线方向上由内向外依次间隔设置。

4.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于，两个所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为45度，两个所述第二接收线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为-45度，所述第三接收线圈的等效磁偶极子方向与所述钻铤的轴线方向之间的夹角为90度，所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向和所述第二接收线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度，所述第三接收线圈的等效磁偶极子方向与所述第二发射线圈的等效磁偶极子方向之间的夹角为90度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的仪器，其特征在于，

所述钻铤为无磁钻铤，所述电路系统和所述三轴定向装置安装在所述钻铤的端部处。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的仪器，其特征在于，所述三轴定向装置包括加速度计、地磁仪和陀螺仪中的一种或多种。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的仪器，其特征在于，所述测量值包括反映地层电性特征信息的电压幅度、相位、幅度比和相位差。