CN104956177A - 识别非常规地层 - Google Patents

Abstract

获得由方位敏感电磁测井工具根据其在钻孔中的位置收集的信号测量。使用所述信号测量来识别地层模型的类型。将适于所述类型的地层模型的反演技术应用于所述组信号测量以确定地理性质。使用所述地理性质来作出关于是否钻井的决定。

Description

识别非常规地层

技术背景

地球地层的电磁(EM)测井的基本原理和技术是众所周知的。例如，确定邻近钻孔的地球地层的电阻率(或其倒数，导电率)的感应测井长期以来是在搜索和开发地下石油矿床中采用的重要标准技术。简单地说，发射器发射经过钻孔周围的地层物质的电磁信号并感应一个或多个接收器中的信号。接收器信号的振幅和/或相位受地层电阻率影响，从而要进行电阻率测量。测量的信号特性和/或从其计算出的地层性质根据测井工具在钻孔中的深度或位置进行记录，从而产生可供分析员使用的地层记录。

EM技术用于随钻测井(LWD)和电缆测井。这些技术用于估计地层参数，包括地层电阻率、地层各向异性、边界位置等。

给定地层的参数(诸如电阻率)可以是各向同性的(在所有方向上相等)或各向异性的(在不同方向上不相等)。在非常规地层(包括例如断口和/或褶被)中测量这个参数是一个挑战。

附图简述

图1示出包括倾斜地层基床的说明性随钻测井环境。

图2示出包括倾斜地层基床的说明性电缆测井环境。

图3示出钻孔的定向与倾斜地层基床的定向之间的关系。

图4示出具有一个正交三轴发射器和两个正交三轴接收器的测井工具的假想天线排列。

图5示出界定倾斜天线的定向的角。

图6为电磁电阻率测井工具的说明性电子模块的方框图。

图7示出具有倾斜发射器及接收器天线的说明性电磁电阻率测井工具。

图8示出天线排列。

图9和图10示出常规地层模型。

图11A示出分格。

图11B示出分格与从其收集资料的地层之间的数学关系。

图12-15和图18-19示出建模响应。

图16和图17示出非常规地层模型。

图20-23示出天线排列。

图24为流程图。

图25示出环境。

具体实施方式

所公开的工具配置和操作在其操作的更大系统的背景下得以最佳理解。因此，图1中示出说明性随钻测井(LWD)环境。钻井平台2支撑具有用于升降钻柱8的游车6的井架4。方钻杆10随着其下降穿过转盘12而支撑钻柱8。钻头14是通过井下钻具和/或钻柱8的旋转来驱动。随着钻头14旋转，产生穿过各种地层18的钻孔16。泵20使钻井液循环通过供液管22到方钻杆10，渗入井下通过钻柱8的内部，通过钻头14中的孔口，经由钻柱8周围的环带返回到地表，并进入到持水矿井24。钻井液将钻粉从钻孔输送到矿井24中并协助维持钻孔完整性。

电磁电阻率测井工具26集成到钻头14附近的井底总成中。随着钻头延及钻孔穿过地层，测井工具26收集关于各种地层性质以及测井工具定向和位置、和各种其它钻井工况的测量。定向测量可以使用方位定向指示器(其可以包括磁力仪、测斜仪和/或加速计)来执行，但可以使用其它传感器类型，诸如陀螺仪。在一些实施方案中，测井工具包括3轴磁通门磁力仪和3轴加速计。测井工具26可以采取钻铤的形式，即，提供重量和硬度来协助钻井过程的厚壁钢管。遥测配件28可以被包括来将测井工具测量传送到地表接收器30和从地表接收器接收命令。

更优选地，位于测井工具26或遥测配件28附近的旋转位置指示器可以包括3轴磁通门磁力仪和3轴加速计两者。如在所属技术领域中已知，所述两个传感器系统的组合使能够测量钻孔的工具面、倾斜角、和方位定向角。工具面和钻孔倾斜角是从加速计传感器输出而计算。磁力仪传感器输出用于计算钻孔方位。借助于工具面、钻孔倾斜角、和钻孔方位信息，根据本发明的测井工具可用于将钻头导向到所需基床。具体来说，响应差异或响应比率可用于有效地进入所需产油层或保持在感兴趣油层内。

在钻井过程期间的不同时间，可以从钻孔移除钻柱8，如图2中所示。一旦已移除钻柱，那么可使用电缆测井工具34来进行测井操作，即，通过具有用于将电力输送到测井工具和将遥测数据从测井工具输送到地表的导体的电缆42悬置的感测仪器探头。测井工具34的电阻率成像部分可以具有在向井上拉提测井工具时使测井工具居中于钻孔内的集中臂36。测井设施44从测井工具34收集测量，且包括用于处理并存储由测井工具搜集的测量的计算设施。

图1中所示的地层18不垂直于钻孔，其可以自然地发生或归因于方向钻井操作而发生。钻孔可以具有根据钻孔的长轴(z轴)和钻孔的北边(或替代地，高边)(x轴)界定的坐标系50。地层18在被特性化为平面时可以具有根据平面的法线(z”轴)和最深下坡的方向(x”轴)界定的坐标系51。如图3中所示，两个坐标系与两次旋转相关。从钻孔的坐标系(x,y,z)开始，绕着z轴进行角γ的第一次旋转。所得坐标系被标记为(x',y',z')。角γ为相对走向角，其指示地层倾角相对于钻孔坐标系的方向。接着绕着y'轴进行角为α的第二次旋转。此使钻孔坐标系与地层坐标系对准。角α为相对倾角，其为基床相对于钻孔长轴的斜角。

通常会发现，垂直电阻率为如垂直于地层平面测量的电阻率，且水平电阻率为如在地层平面内测量的电阻率。需要确定这些参数(倾角、走向角、垂直电阻率、和水平电阻率)中的每个。

图4示出多分量电磁电阻率测井工具的假想天线配置。电磁电阻率测井工具可以被实施为电缆测井工具和随钻测井工具。提供发射器线圈T_X、T_Y和T_Z的三联体，每个发射器线圈沿各自轴定向。还提供相似定向的接收器线圈R_1X、R_1Y和R_1Z的至少一个三联体。仅一个接收器三联体将用于关于发射信号的振幅和相位的接收信号测量(有时称为“绝对”测量)。在需要差分测量(例如，沿给定轴定向的接收器线圈之间的信号振幅比率或相位差)时，还可以提供相似定向的接收器线圈对R_2X、R_2Y和R_2Z的第二个三联体。差分测量可以提供增大的空间分辨率。

Moran和Gianzero在1979年Geophysics“电阻率测井测量的地层各向异性的效果(Effects of Formation Anisotropy on ResistivityLogging Measurements)”，第44卷，第7期，第1266页中提及接收器线圈中的磁场h可用发射器处的磁矩m和耦合矩阵C表示：

h＝Cm    (1)

在表达式中，方程式(1)为：

$\left[\begin{array}{c}{H}_x\\ H_y\\ H_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{C}_{xx}& C_{xy}& C_{xz}\\ C_{yx}& C_{yy}& C_{yz}\\ C_{zx}& C_{zy}& C_{zz}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{M}_x\\ M_y\\ M_z\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中M_x、M_Y和M_z为分别由发射器T_X、T_Y和T_Z产生的磁矩(与发射信号强度成比例)。H_x、H_Y和H_z为分别由接收器天线R_X、R_Y和R_Z处的磁场(与接收信号强度成比例)。

在图4的天线配置中，如果依次启动每个发射器，且响应于每次启动而在每个接收器处进行信号测量，那么获得九个绝对或差分测量。这九个测量使能够确定完整耦合矩阵C。(C_IJ＝a_IJV_I ^J，其中I为接收器R_X、R_Y或R_Z的索引，J为T_X、T_Y或T_Z的索引，a_IJ为由测井工具设计确定的常数，且V_I ^J为表示由接收器I响应于发射器J启动而测量的信号振幅和相位偏移的复值。)获悉完整耦合矩阵使能够确定倾角、走向角、垂直电阻率、和水平电阻率。多项技术可以用于确定这些参数。例如，可以从如由Li Gao和Stanley Gianzero，标题为“用于确定地层倾角的感应测井工具的虚拟导向(Virtual Steering ofInduction Tool for Determination of Formation Dip Angle)”的美国专利第6,727,706号的解释确定倾角和走向角。给定这些角，那么可根据由Michael Bittar，标题为“具有用于所需产油层内进行地质导向的倾斜天线的电磁波电阻率测井工具(Electromagnetic Wave ResistivityTool Having a Tilted Antenna for Geosteering within a DesiredPayzone)”的美国专利第7,019,528号提供的方程式确定垂直电阻率和水平电阻率。

图5示出可以用于指定线圈天线的定向的两个角。线圈天线可以被看作驻留在具有法线向量的平面中。倾角θ为测井工具纵轴与法线向量之间的角。方位角β为法线向量在X-Y平面中的投影与测井工具切割线之间的角。替代地，在井下背景下，方位角β可以表示法线向量在X-Y平面中的投影与钻孔坐标系的x轴之间的角。

应注意，三个发射器天线定向和三个接收器天线定向用于图4的天线配置。已发现，如在Michael Bittar和Guoyu Hu，标题为“具有旋转天线配置的天线耦合分量测量工具(Antenna Coupling Component Measurement Tool Having Rotating Antenna Configuration)”的WO2008/076130中所描述，在利用测井工具旋转时，可能确定具有仅一个发射器天线定向和两个接收器天线定向(或等效地，一个接收器天线定向和两个发射器天线定向)的全耦合矩阵。此外，在关于地层形态的特定假设下，一个发射器天线定向和一个接收器天线定向已足够。

在考虑具有特定天线配置的各种测井工具之前，描述每个测井工具共有的电子装置。图6示出电阻率测井工具的电子装置的功能方框图。所述电子装置包括耦合到模拟开关604的控制模块602。模拟开关604被配置来用来自信号源606的交流(AC)信号驱动发射器线圈T₁、T₂、T₃、T₄中的任一个。在一些实施方案中，信号源提供射频信号。控制模块602优选地选择发射器线圈，暂停足够长时间以瞬变到衰竭状态，接着给数据存储/发射模块610发信号以接受由接收器中的每个接收的信号的振幅和相位样本。控制模块602优选地对于发射器中的每个循序地重复这个过程。为此目的，由耦合到接收器线圈R₁和R₂中的每个的振幅和相位偏移检测器608提供振幅和相位偏移值。

控制模块602可以处理振幅和相位偏移测量以获得补偿的测量和/或测量平均值。原始、补偿的或平均的测量可以发射到地表以便处理以确定倾角和走向角、垂直电阻率和水平电阻率、和其它信息，诸如(i)到最近基床边界的距离；(ii)最近基床边界的方向；和(iii)任何附近的邻近基床的电阻率。数据存储/发射器模块610可以耦合到遥测单元28(图1)以将信号测量发射到地表。遥测单元28可使用若干已知技术中的任一种以将信息发射到地表，包括但不限于(1)泥浆压力脉冲；(2)硬线连接；(3)声波；和(4)电磁波。

图7示出具有仅两个接收器天线定向的电磁电阻率测井工具702。测井工具702具备一个或多个缩小直径的区域706。电线线圈704放置在区域706中且在一些实施方案中远离子总成702的表面达恒定距离。为了机械地支撑和保护线圈704，非导电填充物材料(未示出)(诸如环氧树脂、橡胶、或陶瓷)可以用于缩小直径的区域706。线圈704为发射器线圈，且线圈710和712为接收线圈。在操作中，发射器线圈704发射询问电磁信号，其传播通过钻孔和周围地层。接收器线圈710、712检测询问电磁信号且提供电磁信号的振幅衰减和相位偏移的测量。对于差分测量，可以按一定轴向隔开距离提供平行于线圈710、712的额外接收器线圈。耦合矩阵分量可从绝对或差分振幅衰减和相位偏移测量确定且用作确定地层参数和地质导向的基础。

发射器线圈704可以与接收器线圈710、712大约隔开30英寸。发射器线圈和接收器线圈可以包括仅一个电线线圈，但更多线圈可以提供额外信号功率。线圈与测井工具表面之间的距离优选在从1/16英寸到3/4英寸的范围中，但可以更大。发射器线圈704和接收器线圈712可以各具有约45°且与相同方位角对准的倾角，而接收器线圈710可以具有约45°和方位远离接收器线圈712达180°的倾角(或相当地，在与接收器线圈712相同的方位角下负45°的倾角)。

由倾斜接收器响应于倾斜发射器启动而测量的信号可用将由图4的测井工具测量的信号表示。图8中所示的天线配置的一个实施方案包括倾斜发射器(T)和倾斜发射器(R)。在发射器和接收器两者以相同方位角β定向时，倾斜接收器信号为：

$V_R^T\left(\mathrm{\β}\right)={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_{t}cos\mathrm{\β}\\ {\mathrm{sin\θ}}_t\sin \mathrm{\β}\\ {\mathrm{cos\θ}}_t\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{ccc}{v}_x^x& v_y^x& v_z^x\\ v_x^y& v_y^y& v_z^y\\ v_x^z& v_y^z& v_z^z\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_{r}cos\mathrm{\β}\\ {\mathrm{sin\θ}}_r\sin \mathrm{\β}\\ {\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中θ_t为发射器相对于z轴(图8中的线802)的倾角，θ_r为接收器相对于z轴方向的倾角，为表示由接收器在I方向偶极中响应于发射器在J方向偶极中启动而测量的信号振幅和相位偏移的复值。倾斜接收器信号可为电压或电磁场的测量。方程式(3)还可表示为：

$\begin{array}{c}{V}_R^T\left(\mathrm{\β}\right)=\[\left(\frac{C_{xx}}{2}-\frac{C_{yy}}{2}\right)\cos 2\mathrm{\β}+\left(\frac{C_{yx}+C_{xy}}{2}\right)\sin 2\mathrm{\β}\]+\\ \[\left(C_{zx}+C_{xz}\right)\cos \mathrm{\β}+\left(C_{zy}+C_{yz}\right)\sin \mathrm{\β}\]+\left(C_{zz}+\frac{C_{xx}}{2}+\frac{C_{yy}}{2}\right)\end{array}---\left(4\right)$

其中：

$C_{xx}=v_x^x{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r;C_{yx}=v_x^y{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r;C_{zx}=v_x^z{\mathrm{cos\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r$

$C_{xy}=v_y^x{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r;C_{yy}=v_y^y{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r;C_{zy}=v_y^z{\mathrm{cos\θ}}_t{\mathrm{sin\θ}}_r$

$C_{xz}=v_z^x{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{cos\θ}}_r;C_{yz}=v_z^y{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{cos\θ}}_r;C_{zz}=v_z^z{\mathrm{cos\θ}}_t{\mathrm{cos\θ}}_r$

图9示出其中考虑均匀各向同性或横观各向同性(TI)地层介质的常规地层模型。对于TI介质，水平平面中的地层电性质(即，地层电阻率)与垂直平面中的地层电性质不同。如图9中所指示，水平平面在所有水平方向上具有相同电阻率分布(水平电阻率，R_h)且在垂直方向上具有垂直电阻率分布(垂直电阻率，R_v)。如果R_v等于R_h，那么描述各向同性地层，且如果R_v不等于R_h，那么界定各向异性地层模型。

图10中所示的另一常规地层模型由在每层中具有TI介质的非均匀层状地层1002、1004、1006、1008和每层之间的平行边界1010、1012、1014组成。

在测井期间，在一个实施方案中，控制模块602根据在样本变成N个分格时(如图11A中所示，每个分格以相对于测井工具高边成β_i°居中)测井工具的定向对样本进行分类。

运用常规地层模型(诸如图9和图10中)，方程式(2)可简化为：

$\begin{array}{c}{V}_R^T\left({\mathrm{\β}}_i\right)={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{cos\β}}_i\\ {\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\β}}_i\\ {\mathrm{cos\θ}}_t\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{ccc}{v}_x^x& 0& v_z^x\\ 0& v_y^y& 0\\ v_x^z& 0& v_z^z\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_r{\mathrm{cos\β}}_i\\ {\mathrm{sin\θ}}_r{\mathrm{sin\β}}_i\\ {\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]\\ =\left(\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right)\cos 2{\mathrm{\β}}_i+(C_{zx}+C_{xz}){\mathrm{cos\β}}_i+\frac{2C_{zz}+C_{xx}+C_{yy}}{2}\\ =A_{double}\left({\mathrm{\β}}_i\right)+A_{\sin gle}\left({\mathrm{\β}}_i\right)+A_{const}\end{array}---\left(5\right)$

其中：

β_i为对应于图11A中的分格方向i的方位角。

$A_{double}\left({\mathrm{\β}}_i\right)=\left(\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right)cos2{\mathrm{\β}}_i,$

A_single(β_i)＝(C_zx+C_xz)cosβ_i，和

$A_{const}=\frac{2C_{zz}+C_{xx}+C_{yy}}{2}.$

在实践中，β_i为相对于测井工具高边方向的工具方位角，如图11B中所示。测井工具“高边”通常为由磁力仪装置确定的磁北方向或由重力感测装置确定的向上方向。图11B还示出地层走向方向(即，沿表示地层基床平面与水平平面的交叉的线的方向)与测井工具高边之间的关系。方程式(5)中的余弦波信号(即，A_double和A_single)可用于通过检验工具方位谱中的方位偏移计算走向角β₀(或相对方位、测井工具高边与地层走向方向之间的角)。此外，图11B示出由测井工具钻井方向(即，“z”方向)与垂直于地层基床平面的方向之间的角界定的相对倾角。

方程式(5)包括关于工具方位角β_i的三种类型的信号：

(1)具有双周期的余弦波信号(A_double(β_i))，

(2)具有单周期的余弦波信号(A_single(β_i))，和

(3)无关工具方位的恒定信号(A_const)。

这三个信号为由实部和虚部组成的所有复数。因此，方程式(5)指示余弦波的实部和虚部两者应具有相同方位角偏移。图12和图13示出常规地层模型(Rh＝0.62Ω·m，Rh＝1.68Ω·m，相对倾角＝20°，且走向角＝0°)中的天线结构(诸如图8中所示)的工具方位谱建模响应(d＝44英寸，θ_t＝45°＝θ_r，工作频率＝125kHz)。如图12和图13中所示，每种类型的正弦信号的实部和虚部具有相同方位角偏移(即，A_double的实部和虚部的峰值以及A_single的实部和虚部的峰值在0°发生，其指示走向角＝0°)。图14和图15呈现相同建模响应，但具有如图9或图10般界定的地层模型，与测井工具具有30°方位偏移。在此情况下，每种类型的正弦波的实部和虚部呈现相同方位偏移(即，A_double的实部和虚部的峰值以及A_single的实部和虚部的峰值在30°发生)(方程式(5)中所描述)。A_double和A_single的实部和虚部在工具方位谱中呈现相同方位偏移，其指示地层基床结构的真实走向角。

如果测井工具位于非常规地层模型(诸如图16和图17中所示)，那么方程式(5)无效。图16示出由水平平面中的两个电阻率分布(R_hx和R_hy)而非TI介质组成的非常规地层模型。图16中所示的非常规地层1602在三轴方向上具有三个独立电阻率，其中R_hx和R_hy分别位于x和y方向上的水平平面中，且R_v指示z方向上的垂直电阻率。这个非常规模型被界定为双轴各向异性地层。

图17示出具有层1702(在水平平面中具有电阻率分布R_hx0、R_hy0且在垂直平面中具有R_v0)、1704(在水平平面中具有电阻率分布R_hx、R_hy且在垂直平面中具有R_v)、1706(在水平平面中具有电阻率分布R_hx1、R_hy1且在垂直平面中具有R_v1)和1708(在水平平面中具有电阻率分布R_hx2、R_hy2且在垂直平面中具有R_v2)和层之间的非平行边界1710、1712、1714的非常规层状地层模型。

运用这些非常规地层模型(诸如图16和图17中所示)，方程式(5)不再有效且方程式(4)可表示为：

$\begin{array}{c}{V}_R^T\left({\mathrm{\β}}_i\right)={\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{cos\β}}_i\\ {\mathrm{sin\θ}}_t{\mathrm{sin\β}}_i\\ {\mathrm{cos\θ}}_t\end{array}\right]}^T\left[\begin{array}{ccc}{v}_x^x& v_y^x& v_z^x\\ v_x^y& v_y^y& v_z^y\\ v_x^z& v_y^z& v_z^z\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{sin\θ}}_r{\mathrm{cos\β}}_i\\ {\mathrm{sin\θ}}_r{\mathrm{sin\β}}_i\\ {\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]\\ =\[\left(\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right)\cos 2{\mathrm{\β}}_i+\left(\frac{C_{yx}-C_{xy}}{2}\right)\sin 2{\mathrm{\β}}_i\]+\\ \[(C_{zx}+C_{xz}){\mathrm{cos\β}}_i+(C_{zy}+C_{yz}){\mathrm{sin\β}}_i\]+\frac{2C_{zz}+C_{xx}+C_{yy}}{2}\\ =A_{double}\left({\mathrm{\β}}_i\right)+A_{\sin gle}\left({\mathrm{\β}}_i\right)+A_{const}\end{array}---\left(6\right)$

其中：

$A_{double}-\left({\mathrm{\β}}_i\right)=\left(\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right)cos2{\mathrm{\β}}_i+\left(\frac{C_{yx}+C_{xy}}{2}\right)\sin 2{\mathrm{\β}}_i---\left(7a\right)$

A_single(β_i)＝(C_zx+C_xz)cosβ_i+(C_zy+C_yz)sinβ_i    (7b)

$A_{const}=\frac{2C_{zz}+C_{xx}+C_{yy}}{2}---\left(7c\right)$

方程式(7a)和(7b)可表示为：

A_double(β_i)＝A_DRcos(2β_i-β_DR)+i×A_DIcos(2β_i-β_DI)  (8a)

A_single(β_i)＝A_SRcos(2β_i-β_SR)+i×A_SIcos(2β_i-β_SI)  (8b)

其中：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{DR}=\sqrt{{\left(real\left\{\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right\}\right)}^2+{\left(real\left\{\frac{C_{yx}+C_{xy}}{2}\right\}\right)}^2},{\mathrm{\β}}_{DR}={\tan }^{-1}\left(real\left\{\frac{C_{yx}+C_{xy}}{C_{xx}-C_{yy}}\right\}\right)\\ A_{DI}=\sqrt{{\left(imag\left\{\frac{C_{xx}-C_{yy}}{2}\right\}\right)}^2+{\left(imag\left\{\frac{C_{yx}+C_{xy}}{2}\right\}\right)}^2},{\mathrm{\β}}_{DI}={\tan }^{-1}\left(imag\left\{\frac{C_{yx}+C_{xy}}{C_{xx}-C_{yy}}\right\}\right)\\ A_{SR}=\sqrt{{\left(real\left\{C_{zx}+C_{xz}\right\}\right)}^2+{\left(real\left\{C_{zy}+C_{yz}\right\}\right)}^2},{\mathrm{\β}}_{SR}={\tan }^{-1}\left(real\left\{\frac{C_{zy}+C_{yz}}{C_{zx}+C_{xz}}\right\}\right)\\ A_{SI}=\sqrt{{\left(imag\left\{C_{zx}+C_{xz}\right\}\right)}^2+{\left(imag\left\{C_{zy}+C_{yz}\right\}\right)}^2},{\mathrm{\β}}_{SI}={\tan }^{-1}\left(imag\left\{\frac{C_{zy}+C_{yz}}{C_{zx}+C_{xz}}\right\}\right)\end{array}\right.---\left(9\right)$

如在方程式(8a)、(8b)和(9)中可见，每种类型的正弦波的实部和虚部具有由非常规地层模型造成的额外方位偏移(β_DR、β_DI、β_SR、和β_SI)。此外，实部和虚部的方位偏移基于非常规地层模型和方程式(6)中测量的多个分量而变化。使用与图12和图13相同的间隔和操作频率，图18和图19示出两种不同地层模型的工具方位谱建模响应。图18示出常规TI地层模型的图表(Rh＝0.25Ω·m，Rv＝2Ω·m，相对倾角＝20°，且走向角＝0°)。图19为非常规双轴各向异性地层模型的图表(Rhx＝0.25Ω·m，Rhy＝1Ω·m，Rv＝2Ω·m，相对倾角＝20°，且走向角＝0°)。如图19中所示，在非常规地层模型中的余弦波(尤其是A_double)的实部的方位偏移与虚部的方位偏移之间存在角差。如上文所描述，可对于图18中所示的方位谱确定真实地层走向角。然而，相比之下，因为在实部的方位偏移与虚部的方位偏移之间存在角差，所以难以使用上文所描述的技术对于图19中所示的方位谱确定真实地层走向角。

在一个实施方案中，非常规地层信号被去耦且非常规地层模型参数是使用上文所描述的技术来确定。在一个实施方案中，若干天线配置使LWD系统能够捕捉数据并使其反演以产生非常规地层参数。在图20中所示的一个实施方案中，两组发射器-接收天线系统用于使常规地层模型中的多个分量去耦。在图20中所示的一个实施方案中，两个发射器(T₁和T₂)和接收器(R_x)以相同工具方位定向，所述发射器以相对于z轴2002成两个不同角(T₁以θ_t1且T₂以θ_t2)倾斜，且接收器(R_x)相对于z轴2002(以θ_r)倾斜。

在互易理论下，发射器和接收器可互换。图21示出具有与图20相似的功能的天线结构的一个实施方案。图21示出两个接收器(R₁和R₂)和一个发射器(T₁)，而非如图20中两个发射器和一个接收器。在图21中所示的一个实施方案中，两个接收器(R₁和R₂)和发射器(T_x)以相同工具方位定向，所述接收器以相对于z轴2102成两个不同角(R₁以θ_r1且R₂以θ_r2)倾斜，且发射器(T_x)相对于z轴2102(以θ_t)倾斜。

虽然图20和图21中所示的系统能够捕捉非常规地层信号，但在仅单频操作下接收的LWD测量不足以使这些地层参数去耦。因此，图20和图21中的系统包括多频测量以允许非常规地层确定。

图22和图23示出能够捕捉具有在单操作频率下接收的测量的非常规地层信号并使其去耦的天线结构。在图22和图23中所示的实施方案中，包括至少三组发射器-接收器系统，其中每个天线定向以一定角倾斜且以一定方位定向。在额外引进不同天线方位的情况下，来自图22和图23中所示的系统的实施方案的测量能够捕捉非常规地层参数并使其反演。

在图22中所示的一个实施方案中，一个发射器(T₁)相对于走向角2202以与另两个发射器的定向(即，T₂以β_t2且T₃以β_t3，β_t1≠β_t2且β_t1≠β_t3)不同的方位(β_t1)定向。在一个实施方案中，T₂和T₃为相同方位(即，β_t2＝β_t3)但不同倾角(即，θ_t2≠θ_t3)。在一个实施方案中，接收器(Rx)以角θ_r倾斜且以方位角β_r定向。

在一个实施方案中，互换图22中的接收器和发射器。

在图23中所示的一个实施方案中，每个发射器和接收器以不同方位角定向且至少一个发射器和一个接收器倾斜。

在使用图22中所示的系统的一个实际实施方案中，R_x以θ_r＝45°倾斜且以方位β_r＝0°定向，且三个接收器均以β_t1＝β_t2＝β_t3＝45°倾斜但以不同方位角(分别为θ_t1＝0°，θ_t2＝120°，且θ_t3＝240°)定向。

在图24中所示的一个使用中实施方案中，使测井工具26旋转(方框2405)。例如，在一个实施方案中，测井工具26为LWD测井工具且测井工具26作为钻井操作的部分旋转。在一个实施方案中，另一方案用于使测井工具在电缆环境中旋转。

在一个实施方案中，进行并拣选单频和/或多频方位测量(方框2410)。在一个实施方案中，使用方程式(6)使三种类型的信号(方程式7(a)、7(b)、和7(c))去耦(方框2415)。在一个实施方案中，对于指示从非常规地层采取样本的上文所描述相位偏移类型，检验A_double和/或A_single(方框2420)。如果不存在相位偏移，那么例如通过应用适于常规地层提取地层参数的一种或多种反演技术处理数据(方框2425)。如果存在相位偏移，那么例如通过应用适于非常规地层提取地层参数的一种或多种反演技术处理数据(方框2430)。

在图25中所示的一个实施方案中，控制模块602(图6)受以非暂时性计算机可读介质2505(诸如CD、DVD、USB驱动器、便携式硬盘驱动器或其它便携式存储器)上的计算机程序的形式的软件控制。在一个实施方案中，可以与控制模块602相同或包括在其中的处理器2510通过输入/输出装置2515从计算机可读介质2505读取计算机程序并将其存储在存储器2520中，其中处理器2510准备好在必要时通过汇编和链接来执行且接着被执行。在一个实施方案中，所述系统通过输入/输出装置2515(诸如键盘或袖珍键盘、鼠标、触板、触屏等)接受输入，且通过输入/输出装置2515(诸如监视器或打印机)提供输出。在一个实施方案中，所述系统将计算结果存储在存储器2520中或修改已存在于存储器2520中的这些计算。

在一个实施方案中，驻留于存储器2520中的计算结果可通过网络2525用于远程实时操作中心2530。在一个实施方案中，远程实时操作中心2530使计算结果可通过网络2535用于帮助油井2540的规划或油井2540的钻井。

本文中的词语“耦合”意指直接连接或间接连接。

上文描述更广泛发明的一个或多个特定实施方案。本发明还可在各种替代实施方案中实行且因此不限于此处所描述的实施方案。已出于说明和描述的目的展示前述本发明的实施方案。其并非意在穷举或将本发明限于所公开的精确形式。鉴于上文教示，诸多修改和变化是可行的。预期本发明的范围不受该具体实施方式限制，而是受所附权利要求书限制。

Claims (19)

1.一种方法，其包括：

获得由方位敏感电磁测井工具根据其在钻孔中的位置收集的信号测量；

使用所述信号测量来识别地层模型的类型；

将适于所述类型的地层模型的反演技术应用于所述组信号测量以确定地理性质；和

使用所述地理性质来作出关于是否钻井的决定。

2.根据权利要求1所述的方法，其中获得信号测量包括在所述钻孔中的多个位置处获得其中β_i为所述电磁测井工具从其获得所述信号测量的方位方向。

3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述信号测量来识别地层模型的类型包括：

使具有随方位变化的实部和随方位变化的虚部的信号与所述信号测量去耦；

确定在所述信号的所述实部与所述信号的所述虚部之间存在相位偏移，且因此将所述类型的地层模型识别为非常规地层模型。

4.根据权利要求3所述的模型，其中使所述信号去耦包括：

使双频信号去耦；和

使单频信号去耦；

其中在360°方位下所述双频信号的周期为所述单频信号的周期的两倍。

5.根据权利要求3所述的模型，其中应用适于所述类型的地层模型的所述反演技术包括：

应用适于非常规地层模型的反演技术。

6.根据权利要求1所述的模型，其中获得信号测量包括：

使所述电磁测井工具配备有A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B＝3，所述倾斜发射器和倾斜接收器定向到相同工具方位角；和

通过所述倾斜发射器和倾斜接收器发射和接收具有多个频率的信号。

7.根据权利要求1所述的模型，其中获得信号测量包括：

使所述电磁测井工具配备有A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B>3，所述倾斜发射器和倾斜接收器中的至少一个定向到与其它倾斜发射器和倾斜接收器定向到的工具方位角不同的工具方位角；和

通过所述倾斜发射器和倾斜接收器发射和接收具有至少一个单频的信号。

8.一种存储在非暂时性计算机可读存储介质中的计算机程序，所述程序包括可执行指令，所述可执行指令造成计算机：

获得由方位敏感电磁测井工具根据其在钻孔中的位置收集的信号测量；

使用所述信号测量来识别地层模型的类型；

将适于所述类型的地层模型的反演技术应用于所述组信号测量以确定地理性质；和

使用所述地理性质来作出关于是否钻井的决定。

9.根据权利要求8所述的计算机程序，其中在获得信号测量时，所述计算机在所述钻孔中的多个位置处获得其中β_i为所述电磁测井工具从其获得所述信号测量的方位方向。

10.根据权利要求8所述的计算机程序，其中在使用所述信号测量来识别地层模型的类型时，所述计算机：

使具有随方位变化的实部和随方位变化的虚部的信号与所述信号测量去耦；和

确定在所述信号的所述实部与所述信号的所述虚部之间存在相位偏移，且因此将所述类型的地层模型识别为非常规地层模型。

11.根据权利要求10所述的计算机程序，其中在使所述信号去耦时，所述计算机：

使双频信号去耦；和

使单频信号去耦；

其中在360°方位下所述双频信号的周期为所述单频信号的周期的两倍。

12.根据权利要求10所述的计算机程序，其中在应用适于所述类型的地层模型的所述反演技术时，所述计算机：

应用适于非常规地层模型的反演技术。

13.根据权利要求8所述的计算机程序，其中：

所述电磁测井工具配备有A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B＝3，所述倾斜发射器和倾斜接收器定向到相同工具方位角，且在获得信号测量时，所述计算机：

通过所述倾斜发射器和接收器发射和接收具有多个频率的信号。

14.根据权利要求8所述的计算机程序，其中：

所述电磁测井工具配备有A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B>3，所述倾斜发射器和倾斜接收器中的至少一个定向到与其它倾斜发射器和倾斜接收器定向到的工具方位角不同的工具方位角，且在获得信号测量时，所述计算机：

通过所述倾斜发射器和接收器发射和接收具有至少一个单频的信号。

15.一种设备，其包括：

多根天线，其安装在工具壳体中；和

处理器，其：

获得由所述多根天线根据其在钻孔中的位置收集的信号测量；

使用所述信号测量来识别地层模型的类型；

将适于所述类型的地层模型的反演技术应用于所述组信号测量以确定地理性质；和

使用所述地理性质来作出关于是否钻井的决定。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述多根天线包括：

A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B＝3，所述倾斜发射器和倾斜接收器定向到相同工具方位角。

17.根据权利要求16所述的设备，其还包括：

发射器，其用于通过所述倾斜发射器发射多个频率；和

接收器，其用于通过所述倾斜接收器接收所述多个频率。

18.根据权利要求15所述的设备，其中所述多根天线包括：

A倾斜发射器和B倾斜接收器，A+B>3，所述倾斜发射器和倾斜接收器中的至少一个定向到与其它倾斜发射器和倾斜接收器定向到的工具方位角不同的工具方位角。

19.根据权利要求18所述的设备，其还包括：

发射器，其用于通过所述倾斜发射器发射具有至少一个单频的信号；和

接收器，其用于通过所述倾斜接收器接收具有至少所述单频的信号。