CN105359004A - 用于井筒电阻率测井校准的计算机程序 - Google Patents

用于井筒电阻率测井校准的计算机程序 Download PDF

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Abstract

使用各种方法来完成电阻率测井工具的现场校准，其中使用所采集的和模拟的测量信号来校准深测量信号。

Description

用于井筒电阻率测井校准的计算机程序
技术领域
本公开一般涉及用于井筒测井工具的校准技术，并且更具体地，涉及用于电阻率测井工具的现场校准方法。
背景技术
在部署在井筒中的所有测井工具中，电阻率工具提供最大检测深度。其结果是，它们已被广泛用于在如着陆或井位等应用中检测地层层边界。此外，利用所述测井工具来采集井筒所跨过的地球地层的各种其它特性以及与井筒自身的尺寸和构造有关的数据。与井下条件有关的信息的收集，通常被称为“测井”，可以通过几种方法来执行，包括电缆测井、“随钻测井”(“LWD”)和“随钻测量(“MWD”)。
由测井工具提供的检测深度与发射器和接收器之间的距离成正比。其结果是，大部分的深读取工具在它们之间具有非常大的距离。例如，一些深电阻率读取工具可以长达50至100英尺，并且它们在低于8KHz的频率下工作以在较大的发射器接收器间距的情况下补偿几何级数增长的衰减。相比之下，标准的较浅工具具有约20英尺的范围并且它们被优化以将井放置在储层中离储层岩石的顶部或底部边界约10英尺的范围内。
沿着深读取工具的发射器与接收器之间的所需距离在校准中会造成问题，因为大多数的常规校准方法(例如空气悬挂、试验罐或烘箱)需要在一定程度上避开可能会干扰校准测量信号的任何附近物体。其结果是，将这些常规校准技术应用于深读取电阻率工具是不切实际的，因为所述工具的灵敏范围过大，因此，具有大到足以完全容纳所述工具的设施是不可行的。
因此，在本领域需要用于校准深读取电阻率测井工具的实用技术。
附图说明
图1A示出了根据本公开的某些说明性实施方案的执行沿着油气地层取得的地层测量信号的现场校准的LWD测井工具；
图1B示出了根据本公开的某些说明性实施方案的执行沿着油气地层取得的地层测量信号的现场校准的电缆测井工具；
图2是根据本公开的某些说明性实施方案的在测井工具内具体化的、采集地层测量信号所必需的电路的框图；
图3A是详细说明了根据本公开的某些说明性方法的现场校准方法的流程图；
图3B至图3D示出了部署在沿着井筒的一个或多个校准和/或应用区中的本公开的说明性测井工具；
图4是详细说明了根据本公开的某些说明性方法的、借以使用模型化的深测量信号校准所采集的深测量信号的现场校准方法的流程图；
图5A是示出了根据本公开的某些说明性方法的从查找表产生的模型化测井响应的曲线图；
图5B至图5G是示出了图4所示的借以在每一深度处进行校准的方法的校准精确度的曲线图；
图6A是详细说明了根据本公开的某些说明性方法的、借以使用模型化的低频测量信号来校准所采集的深测量信号的现场方法的流程图；
图6B示出了根据本公开的替代实施方案的部署在校准区中的说明性测井工具；以及
图7是示出了图6A所示的使用三个不同的参考低频测量信号的方法的精确度的曲线图。
具体实施方式
在下面描述了本公开的说明性实施方案和相关方法，因为在用于井筒电阻率测井工具的现场校准方法中可能会用到它们。为了清晰性，本说明书中未描述实际实现方式或方法的所有特征。当然将了解到，在任何所述实际实施方案的开发中，必须进行众多实现方式特定决策以实现开发者的特定目标，例如遵守系统相关和商业相关的约束，所述约束将在实现方式间有所不同。此外，将了解，所述开发工作可能是复杂且耗时的，但对了解了本公开的本领域的一般人员来说将是常规任务。阅读下文描述和附图将了解本公开的各种实施方案和相关方法的其它方面和优点。
图1A示出了根据某些说明性实施方案的用在LWD应用中的电阻率测井工具，所述电阻率测井工具执行沿着油气地层取得的测量信号的现场校准。本文所描述的方法可以通过位于测井工具上的系统控制中心执行或可以由位于远程位置(例如地面)的处理单元进行。然而，现场校准方法的说明性实施方案是基于两个地层测量信号，一个是经校准的测量信号而另一个是未经校准的测量信号。在第一说明性方法中，通过将浅参考测量信号转换成深测量信号，本发明的方法在沿着井筒的所选校准深度处对深测量信号用自身进行正规化。在第二说明性方法中，利用深低频测量信号来校准深测量信号。其后，在任一方法中，对经校准的深测量信号进行反相以产生与地层的电气或地质性质(例如，层电阻率、到层边界的距离或方向、任意层边界的2D形状或地层电阻率的3D分布)有关的钻孔和周围地质地层的所要岩石物理特性(即，地层参数)。因此，可以基于地层参数(例如钻井、井位、着陆或地质导向操作)来进行井筒作业。
图1A示出了配备有井架4的钻井平台2，所述井架支撑用于升高和降低钻柱8的葫芦6。葫芦6悬挂适合于使钻柱8旋转并使之降低通过井口12的顶部驱动装置10。钻头14连接至钻柱8的下端。在钻头14旋转时，它产生穿过地层18的各种层的井筒16。泵20使钻井液通过供给管22至顶部驱动装置10、向下通过钻柱8的内部、通过钻头14中的孔、经由钻柱8四周的环空返回至地面并进入保持坑24来进行循环。钻井液将钻屑从钻孔输送至坑24中并且帮助维持井筒16的完整性。各种材料可用于钻井液，包括但不限于基于盐水的导电泥浆。
测井工具26被集成到钻头14附近的井下钻具组件中。在此说明性实施方案中，测井工具26是LWD工具；然而，在其它说明性实施方案中，测井工具26可以用于电缆或油管运送测井应用。测井工具26可以是(例如)超深读取电阻率工具。或者，非超深电阻率测井工具也可以与深读取测井工具一起用在同一钻柱中。了解了本公开的本领域的一般技术人员将认识到有多种电阻率测井工具可用在本公开内。此外，在某些说明性实施方案中，测井工具26可适合于在开放式和套管井环境中进行测井作业。此外，在某些实施方案中，在校准过程中使用的测量信号可能源自优选地在地球的同一区域中的不同钻孔，其中钻孔之间存在密切关系。
仍参看图1A，在钻头14使井筒16延伸穿过地层18时，测井工具26收集与各种地层性质有关的测量信号以及工具定向和各种其它钻井条件。在某些实施方案中，测井工具26可以采取钻铤的形式，即，提供重量和刚度以有助于钻井过程的厚壁管。然而，如本文所描述，测井工具26包括感应或传播电阻率工具以感测地层的地质情况和电阻率。可以包括遥测子件28以将图像和测量数据/信号传送至地面接收器30以及从地面接收命令。在一些实施方案中，遥测子件28不与地面通信，而是存储测井数据以便之后在取回测井组件时在地面处进行检索。
仍参看图1A，测井工具26包括系统控制中心(“SCC”)以及必要的处理/存储/通信电路，所述电路通信地耦接至用以采集反映地层参数的地层测量信号的一个或多个传感器(未示出)。在某些实施方案中，在采集到测量信号后，系统控制中心校准所述测量信号并经由遥测子件28将数据传回井口和/或传到其它组件部件。在替代实施方案中，系统控制中心可以位于远离测井工具26的远程位置处，例如地面或在不同钻孔中，并且相应地进行处理。本公开内的这些和其它变型对于了解了本公开的本领域的一般技术人员来说将是显而易见。
与测井工具26一起使用的测井传感器是电阻率传感器(例如，磁或电传感器)并且可以实时地通信。说明性磁传感器可以包括利用感应现象来感测地球地层的电导率的线圈绕组和螺线管绕组。说明性电传感器可以包括利用欧姆定律进行测量的电极、直线导线天线或环形天线。另外，传感器可以是具有方位角力矩方向和方向性的偶极子的实现，例如倾斜线圈天线。另外，测井传感器可以适合于在向井口和向井下方向上进行测井作业。如了解了本公开的本领域的一般技术人员将理解的，遥测子件28使用(例如)声学、压力脉冲或电磁方法与远程位置(例如地面)通信。
如上所述，在此实例中，测井工具26是深感测感应或传播电阻率工具。如了解了本公开的本领域的一般技术人员将理解的，所述工具通常包括沿着井筒16轴向分离的一个或多个发射器和接收器线圈。所述发射器线圈在地层18中产生随电导率而变的交变位移电流。所述交变电流在所述一个或多个接收器线圈处产生电压。除了通过地层18的路径外，还存在从发射器线圈至接收器线圈的直接路径。在感应工具中，可以通过使用相反地缠绕并且轴向偏移的“补偿”线圈来消除来自所述路径的信号。在传播工具中，可以在某些工作频率下测量复数型电压的相位和振幅。在所述工具中，还可以测量两个轴向间隔开的接收器处的复数型电压之间的相位差和振幅比。此外，可以使用脉冲激励激励和时域测量信号来代替频域测量信号。可以通过利用傅立叶变换将所述测量信号转换成频率测量值。下文描述的校准方法适用于所有这些信号，并且不希望所提出的实例造成任何限制。一般来说，可以使用较大的发射器-接收器对间距来实现更大的探测深度，但测量信号的垂直分辨率可能会受到影响。因此，测井工具26可以在沿着井筒16的不同位置处采用多组发射器或接收器，以实现多个探测深度而不过度牺牲垂直分辨率。
图1B示出了本公开的替代实施方案,通过所述实施方案,电缆测井工具进行地层测量信号的现场校准。在钻井过程中的不同时间，如图1B中所示,可以将钻柱8从钻孔中移出。在钻柱8移出后，可以使用电缆测井探测器34(即,通过缆线41悬挂的探针，所述缆线具有用于将电力输送至探测器和从探测器至地面进行遥测的导体)来进行测井作业。电缆测井探测器34可以具有衬垫和/或定心弹簧以在工具被拉向井口时使工具维持在钻孔的轴线附近。测井探测器34可以包括各种传感器，包括用于测量地层电阻率的多阵列侧向测井工具。测井设施43从测井探测器34收集测量结果，并且包括用于处理和存储由传感器收集到的测量结果的计算机系统45。
图2示出了根据本公开的某些说明性实施方案的在测井工具26(或本文所描述的其它测井工具，例如探测器34)内具体化的、采集地层测量信号所必需的电路200的框图。测井工具26包括一个或多个发射器T1…TN和接收器R1…RN以及置于沿测井工具26的凹槽内的相关联的天线，所述天线可以包括(例如)磁偶极子的实现，如线圈、倾斜线圈、螺线管等等。在测井作业期间，在发射天线处产生脉冲信号或稳态信号，所述信号与测井工具26附近的地层和层边界相互作用以产生通过接收器拾取的电信号(即，测量信号)。利用数据采集单元27，系统控制中心25接着使用本文所描述的方法来收集并校准所述地层测量信号。其后，系统控制中心25将测量信号数据记录至缓冲器29，应用数据预处理(使用数据处理单元30)来降低带宽要求，并且接着使用通信单元32(例如遥测子件28)将数据传送至远程位置(例如地面)。然而，如先前所描述，可以将未经校准的地层测量信号传输至远程位置，接着在所述远程位置处进行校准。可以远程进行对地层测量信号的校准。然而，在校准是通过测井工具26进行的那些实施方案中，可以改善工具响应时间并且可以增加沿井下管柱至其它工具的遥测带宽。
虽然在图2中未示出，但是电路200包括在系统控制中心25内具体化的至少一个处理器和非暂时性和计算机可读的存储装置，上述所有者经由系统总线互连。可由所述处理器执行的用于实现本文所描述的说明性校准方法的软件指令可以存储在本地存储装置或某些其它计算机可读媒体中。还将认识到，校准软件指令还可以经由有线或无线的方法从CD-ROM或其它适当的存储媒体载入至存储装置中。
此外，本领域的一般技术人员将了解，可以利用多种计算机系统配置来实践本公开的各种方面，所述计算机系统配置包括手持式装置、多处理器系统、基于微处理器的电子产品或可编程消费型电子产品、微型计算机、大型计算机以及类似装置。任何数目的计算机系统和计算机网络可以用于本公开。可以在分布式计算环境中实践本公开，在所述环境中由通过通信网络连接的远程处理装置来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可位于包括存储器存储装置的本地和远程计算机存储媒体中。因此，本公开可以在计算机系统或其它处理系统中与各种硬件、软件或其组合相结合来实现。
系统控制中心25还可以配备有地球模型化能力以便提供和/或传输地下地层的可视化，包括(例如)地理科学解释、含油气系统模型化、地球化学分析、地层网格、相、净单元体积以及岩石物理性质模型化。另外，所述地球模型化能力可以通过相和孔隙率数据对井迹、射孔井段以及横截面进行模型化。说明性地球模型化平台包括(例如)通过得克萨斯州休斯敦的LandmarkGraphics公司市售的以及其功能性。然而，了解了本公开的本领域的一般技术人员认识到多种其它地球模型化平台也可以用于本公开。
图3A是详细说明了根据本公开的某些说明性方法的现场校准方法300的流程图。为了有助于说明方法300，提供图3B至图3D，它们示出了沿着井筒16部署的测井工具26(例如LWD工具)的简单图解说明。如下面更详细地描述，图3B示出了沿着校准区40部署的测井工具26，图3C示出了在应用区42中部署的测井工具26，以及图3D示出了在随后的区44中部署的测井工具26。在此实例中，测井工具26包括三个天线，即，发射器T、用于接收浅测量信号的浅接收器SR1和用于接收深测量信号的深接收器DR2。然而，在替代实施方案中可以利用更多的天线。在将测井工具26部署在井下之前，对SR1进行校准，使得可以在井下获得准确的浅参考测量信号31以有助于随后获得的深测量信号33的校准。虽然测量信号31、33各示出一个，但是可以采集多个信号。
在某些其它说明性实施方案中，虽然校准区40被示出在应用区42和随后的区44上面，但是应理解，可以通过沿着井筒16升高或降低测井工具26来对测井工具26进行部署。因此，如本文所描述，校准区40实际上可以位于应用区42或随后的区44下面或在水平方向上邻近应用区42或随后的区44等等。
由于通过SR1获得的浅参考测量信号被校准，因此每个都是准确的和可信的信号，其中假定钻孔和侵入的影响得到解决。因此，如本文所描述，“参考测量信号”指的是通过测井工具26获得的真实和准确的测量信号，所述测量信号可能是浅的和经校准的。测井工具26的所述部署前校准可以以多种方式来实现，例如，使用通过环形天线进行的试验台校准、来自试验加热的温度特性或通过使用由沿着测井工具26的不同发射器和/或接收器取得的测量信号的比来利用经校准的电阻率测量信号(例如在Halliburton的INSITEADRTM电阻率工具或LOGIQACRtTM系统中所使用)。
参看图3A至图3D，在希望进行测井作业时，接着在框302处将测井工具26部署在井下沿着地层18的第一校准区40中。第一校准区40包括一连串井筒深度D1、D2、DN。在框304处，系统控制中心25使用测井工具26的各种部件(传感器、接收器等)沿着第一校准区40的深度采集地层18的一个或多个第一测量信号。如将在下面更详细地描述，在某些方法中，第一测量信号是深测量信号33，它(与经校准的参考测量信号31一起)用来校准另一深测量信号33。在其它说明性实施方案中，第一测量信号是用于校准另一深测量信号33的深低频测量信号。
在框306处，系统控制中心25使用沿着第一校准区40的地层18的参数来模拟(或模型化)一个或多个第二测量信号。所述参数可以包括(例如)层电阻率、层位置、层边界形状、3D电阻率分布、倾角、走向角、钻孔半径、钻孔电阻率、偏心率或偏心方位角。在某些实施方案中，从用于获得第一测量信号的相同发射器-接收器对的模拟响应获得第二测量信号。
在框308处，系统控制中心25基于所采集的第一测量信号与模拟的第二测量信号之间的比较来计算一个或多个校准系数。为了实现这一点，系统控制中心25利用下面描述的说明性校准模型之一来沿着第一校准区40计算校准系数。如下面进一步描述，可以沿着第一校准区40或随后的区使用校准系数来校准所采集的各个测量信号。
在框310处，利用测井工具26，系统控制中心25接着使用用于获得所述第一测量信号和模拟的第二测量信号的相同发射器/接收器对来沿着第一校准区40采集地层18的一个或多个第三测量信号。然而，或者，可以沿着井筒16沿着应用区42或随后的区44或者完全在不同的井筒中采集所述第三测量信号。然而，在框312处，系统控制中心25接着使用在框308处计算出的校准系数来校准所采集的第三测量信号。接着对经校准的所采集的第三测量信号反相以产生主要与地层18的电气或地质性质(例如层电阻率、距离、到层的方向)有关的所要地层参数。如了解了本公开的本领域的一般技术人员将理解的，所采用的说明性反相技术可以包括(例如)利用查找表的图案匹配或迭代方法或者基于正演模型的数值优化。说明性地层参数可以包括(例如)层电阻率、层位置、层边界形状、3D电阻率分布、倾角、走向角、钻孔半径、钻孔电阻率、偏心率或偏心方位角。
在框314处，系统控制中心25接着输出经校准的所采集的第三测量信号。此处，输出可以采取各种形式，例如，简单地将数据传输至远程位置(例如地面)或在报告或地质模型中输出数据。因此，在现场(例如在测井工具26处在井筒16中时)校准所采集的第三测量信号。
其后，可以基于所述地层参数来进行各种井筒作业。例如，可以进行钻井决策，例如着陆、地质导向、井位或地质停钻决策。在着陆的情况中，在钻井的井下钻具组件从上面接近储层时，提前检测到储层边界，因此提供将井筒导向至储层中而不会过界的能力。在井位的情况中，井筒可保持在储层内部的最佳位置处，优选接近储层的顶部以最大化产量。在地质停钻的情况中，可能会在钻入可能有危险的区之前停止钻井。
此外，在某些说明性方法中，在井筒的低角度部分(例如倾斜<45度)处计算校准系数，并且接着将校准应用于从井筒的高角度部分(例如倾斜>45度)采集的第三测量信号。
上述方法300具体化了本公开的说明性方法的一般概述。下面，将描述本公开的更详细说明的替代方法。如其中所述，所采集的和模拟的测量信号可以采取各种形式。例如，可以从另一井筒采集参考或模拟的测量信号，所述井筒可以或可以不具有类似的地层性质或位于同一储层内。然而，具有所述共同点可以提高校准的精确度，因为校准将是在类似条件下进行。在其它实例中，所采集的第一测量信号、模拟的第二测量信号和所采集的第三测量信号都可以是深测量信号。所述深测量信号可以(例如)具有25英尺或更大的径向范围，而浅信号具有小于所述范围的范围(例如10英尺或更小)。
在另一替代方法中，模拟的第二测量信号可以是基本上深度不变的(即，信号随深度的变化足够小，使得实际上将它认为是恒定的)。在某些实施方案中，如与用以采集深测量信号的发射器-接收器对相比较，可以从沿着测井工具26的单独的发射器和/或接收器获得浅参考测量信号。或者，可以从集成至测井工具26形成其中一部分的井下钻具组件中的现有电阻率工具获得浅参考测量信号。了解了本公开的本领域的一般技术人员将会理解本公开的这些和其它更改。
图4是详细说明了根据本公开的一个或多个替代的说明性方法的现场校准方法400的流程图，通过所述方法，使用模型化的深测量信号(即，第二测量信号)和参考测量信号来校准所采集的深测量信号(即，第三测量信号)。参看图3B至图4，如先前所描述，在框402处首先将测井工具26部署到井筒16中井下的第一校准区40。在框404处，系统控制中心25沿着第一校准区40的深度采集一个或多个经校准的参考测量信号31。
在框406处，系统控制中心25使用所采集的参考测量信号31沿着第一校准区40计算地层的层电阻率分布，所述测量信号可以是浅的、经补偿的、或浅的与经补偿的。如本领域的一般技术人员所理解的，“经补偿”指的是对数振幅或相位域中的两个或两个以上测量信号的加权平均。经校准的参考测量信号31不一定取自用于获得深测量信号33的相同发射器-接收器对。在某些实施方案中，通过使用反相根据对参考测量信号的解译来计算电阻率分布，其中可以通过各种方法来应用所述反相(例如，将振幅比或相位差转换成电阻率的查找表、将电压转换成电导率的工具系数、或使用在给定参考测量信号时可以求解层电阻率的数值优化算法)。所述反相方法是了解了本公开的本领域的一般技术人员容易理解的。
在框408处，系统控制中心25沿着第一校准区40选择一组校准深度CD1、CD2、CDN。校准深度选择是重要的,以优化深测量信号(即，第三测量信号)的校准精确度。可以(例如)在井的上部部分中选择深度，优选是在其中电阻率分布具有相对较小的变化之处。在此实例中，相对较小可被定义为变化比所有可用测量深度的至少90％小。在其它环境中，可以使用通常在70％与95％之间的阈值。选择特定阈值以优化校准性能，并且它随地层变化性和测量噪声而变。替代阈值可以基于绝对变化率值，其中可以基于从不同的井或井段获得的过去的经验启发式地选择和优化所述绝对变化率值。
换句话说，可以在某些深度处计算校准系数，所述深度满足基于所采集的深测量信号随深度而变化的速率的准则。在某些说明性实施方案中，所述准则包括选择具有低于某阈值的变化率的深度，所述阈值是小到足以最小化校准误差，但大到足以提供进行计算所需的足够数目的校准点。作为一实例，阈值可以被选择为关于深度的变化率的柱状图的90％点处(即，对于此处的变化率，所有变化率值的90％是较大的而所有变化率值的10％是较小的)。还可以使用通常在75％与95％之间的其它阈值。选择特定阈值以优化校准性能，并且它随地层变化性和测量噪声而变。替代阈值可以基于绝对变化率值。可以基于从不同的井或井段获得的过去的经验启发式地选择和优化这个值。另外，参考测量信号中的侵入量也是关键的，因为优选是在预计不会发生侵入的地层中选择深度。将在下面的实例中提供说明性最佳校准深度选择方法。
在框410处，利用测井工具26，系统控制中心25沿着地层18的第一校准区40采集一个或多个深测量信号33(即，第一测量信号)。在某些实施方案中，与所选校准深度CD1、CD2、CDN相比较，用于采集深测量信号33的所选深度可能是不同的。在所述实施方案中，可以进行对深测量信号33的内插或外推运算以估计在深度CD1、CD2、CDN处的对应信号，所述信号接着在随后的步骤中使用。
在框412处，系统控制中心25使用用于在框410处获得深测量信号33(即，第一测量信号)的相同发射器-接收器对(T-DR2)使用在所选校准深度CD1、CD2、CDN处的地层层的电阻率分布来对一个或多个深测量信号(即，第二测量信号)模型化。在一个说明性方法中，此模型化可以通过麦克斯韦方程或从麦克斯韦方程导出的不同方程的解来实现，在给定所发射信号和地层电气参数(其中最重要的是地层电阻率)的情况下所述方程可以求解接收器处的信号。对于地层，可以偶尔使用简化的模型以提高计算速度。这些模型可以包括(例如)：零维(0D)模型，其中地层电阻率分布在所有三个维度上是恒定的；一维(1D)模型，其中地层电阻率分布在两个维度上是恒定的；二维(2D)模型，其中地层电阻率分布在一个维度是恒定的；和三维(3D)模型，其中地层电阻率分布在所有三个维度上是变化。另外，如了解了本公开的本领域的一般技术人员将理解的，可以通过解析或半解析表达式、有限差分、有限元、积分方程或矩算法的方法来获得麦克斯韦方程的解。以下解析函数可用于表示此情况：
Vcm(zi)＝MODEL(R(z))方程(1)，
其中Vcm为经补偿的模拟(深)测量值，zi是关于井筒16的轴向方向，R是地层层的电阻率，以及MODEL是上面关于框412描述的电磁模型。使用此说明性实施方案，在框410处采集的深测量信号的所有可能的作用将在模型化期间起作用，例如工具主体的存在、钻井液、天线罩、电阻率的频散特性等的作用。所述作用是重要的，因为模拟的/模型化的和实际的(所采集的)测量信号之间的任何失配都将导致不准确的校准系数和/或不准确的校准。
在框414处，系统控制中心25接着选择/内插/外推在框410处在所选校准深度CD1、CD2、CDN处采集的深测量信号33。在框416处，系统控制中心25接着使用在框410处采集的深测量信号33(即，第一测量信号)和模拟的深测量信号(即，第二测量信号)来计算校准系数。
为了实现这一点，系统控制中心25使用以下方程来进行在框410处采集的深测量信号33(即，第一测量信号)与模拟的深测量信号(即，第二测量信号)的比较以确定校准系数：
Vcm(zi)＝F(Vd(zi))方程(2)。
例如，Vcm(zi)＝AxVd(zi)+B，其中F是校准模型，Vd是在框410处采集的深测量信号，A是增益以及B是偏移，这是与校准模型相关联的一个或多个校准系数。校准模型F可以是另一解析函数的多项式。
在框418处，测井工具26获得额外深测量信号(即，第三测量信号)。这些深测量信号(即，第三测量信号)可以是沿着校准区40或在沿着地层18的随后的区中采集并且使用沿着第一校准区40所确定的校准系数进行校准。所述深测量信号还可以由标号33表示，但是为简单起见没有将它们示出为这样。在框420处，系统控制中心25经由以下方程使用校准系数来校准所采集的深测量信号(即，第三测量信号)：
Vdc(z)＝F(Vd(z))方程(3),
其中Vdc(z)是经校准的所采集的深测量信号(即，第三测量信号)。如先前所提到的，可以沿着第一校准区40或随后的区来测量在框418处采集的深测量信号，并且如先前所描述般对它们进行校准。在后一种方法中，参看图3C至图3D，可以将测井工具26移动(例如，升高或降低)至沿着一系列井筒深度定位的应用区42，所述深度不同于第一校准区40的深度。在测井工具26沿着应用区42移动时，采集一个或多个深测量信号(即，第三测量信号)并且使用沿着第一校准区40计算出的校准系数对它们进行校准。然而，在任一实施方案中，在框422处，系统控制中心25接着输出如先前所描述的经校准的所采集的深测量信号。此外，测井工具26可以接着更远地部署到随后的区44，借此获得其它深测量信号并使用所述校准系数对它们进行校准。
为了进一步说明说明性校准方法，现在将参看图5A和图5B来论述实例。图5A示出了使用本文所描述的说明性方法从0D反相产生的模型化测井响应。所述测井响应绘出了井筒深度(以英尺为单位)对地层电阻率的图。说明性测井工具26的细节还示出于图5A的添入物中。使用四个最上方的天线A1-A4来在测井工具26上方采集经补偿的浅参考测量信号，其中天线A1-A4是轴向定向的线圈发射器而A2和A3是倾斜线圈接收器。深天线A5(这是最下面的天线)被尽可能低地置于井下钻具组件中，这在实践中是接近钻头以最大化检测深度。在此说明性实施方案中，天线A5处于天线A4以下568英寸处，天线A4位于天线A3以下12英寸处，天线A3位于天线A2以下8英寸处，以及天线A2位于天线A1以下12英寸处。
在此实例中，深天线A5是与天线A1(发射器)结合使用但在与浅信号比较时处于不同频率的接收器。使用两个工作频率：用于经校准的浅测量信号(2英尺的范围)的500KHz，它是从天线A1/A4激发并分别由天线A2/A3接收；和用于深测量信号(50英尺的范围)的5KHz，它是从天线A1激发并由天线A5接收。此处应指出，如感应测井工具(例如Halliburton的INSITEADRTM或LOGIQACRtTM)的领域中众所周知的，处理从A1、A4发射器和A2、A3接收器的组合接收到的四个测量信号以产生单个经补偿信号。在此实例中，假设深测量信号没有校准误差，因此所示的深测量信号是实际上不可获得的理想响应。在不失所述方法的一般性的情况下，在此实例中，将地层的相对倾角θ倾角假设为零度。从合成测井响应中可以看出，经校准的浅测量信号界定地层边界位置，而深测量信号一次对多个层求平均。图5A中的浅测量信号将被输入至本文所描述的各种方法。深测量信号仅示出为参考。在此实例中，使用方法400和具有由图5A中的浅电阻率曲线给出的电阻率分布的1D地层模型。
图5B至图5G是示出了方法400的校准精确度的曲线图，其中校准系数是从浅部分计算的并在每一深度处重复地应用于深部分。图5B至图5E示出了作为方法400的输出的经校准的深测量信号，以及取自图5A的理想的深测量信号。如图所示，经校准的和理想的振幅(5B)、相位(5C)、振幅电阻率(5D)和相位电阻率(5E)各自相对于深度进行标绘。两条曲线的接近程度说明了方法400工作良好的程度。在这些实例中，乘法模型用于校正F(Vd)＝KVd，其中K是所计算出的校准系数并且应用于在同一深度处测得的数据。从后两个子图中可以看出，校准误差最大是约0.5％和1度。然而，如先前提到的，深度选择是重要的，以优化深测量信号的校准精确度，从而提高精确度。从图5F(绘出了振幅的％误差)和图5G(绘出了相位的误差)中可以看出,在测井响应的最小和最大峰值处(即，在电阻率、振幅或相位曲线的导数接近零时)使精确度最大化。
因此，在一些说明性实施方案中，将仅在与测井响应的电阻率曲线的峰值或零斜率ZS(图5B至图5E)对应的深度CD1、CD2、CDN处应用校准。在每个峰值之后，如先前所描述，可以在随后的深度点(即，随后的区)中使用所得的校准系数。因此，通过使用这种替代方法，显著提高本文所描述的校准方法的精确度。
一般来说，在每个深度处进行的校准在所述深度附近是有效的，因为温度特性没有显著变化。然而，在测井工具26移动至明显不同的温度时，其特性通常会偏移，因此需要重复校准。由于不易于检测工具特性的偏移，因此需要周期性地应用校准，例如，在给定校准区中与电阻率曲线的每个峰值对应的校准深度CD1、CD2、CDN处或在预先确定的时段中。因此，本公开的某些说明性实施方案还可以使用本文所描述的任何方法来周期性地重新计算校准系数(即，重新校准)测井工具26。在所述实施方案中，例如，参看图3B至图3D，可以将测井工具26部署到在其中确定校准系数的第一校准区40，并且接着向下部署到在其中采集深测量信号并使用校准系数对所述深测量信号进行校准的应用区42。同时，测井工具26可以使用沿着应用区42采集和模型化的测量信号来重复计算新的校准系数所必需的功能(这本质上使应用区42成为第二校准区)。新的校准系数接着可以用于校准在第二校准区或随后的第三校准区44中采集的深测量信号(即，第四测量信号)。还应指出，校准/应用深度中可能存在重叠。然而，最终，可以在需要时重复这个过程。由于浅测量信号在它被采集之后通常不能马上用在有效深测量信号深度附近，因此可能要进行对校准系数的外推以估计与深测量信号的有效深度对应的校准系数。
图6A示出了详细说明现场方法600的流程图,通过所述现场方法,使用一个或多个模拟的低频测量信号(即，第二测量信号)和低频测量信号(即，第一测量信号)来校准所采集的深测量信号(即，第三测量信号)。低频测量信号具有低到足以使得信号不受沿着地层18的变化影响的频率。换句话说，频率应足够低，使得所接收到的低频测量信号基本上独立于地层电导率的实际范围。因此，没有电阻率分布是必要的，因为低频测量信号对它不敏感。对于50英尺测井工具来说，这可能是(例如)500Hz，其中所述频率与距离的平方的倒数成正比(～K/(d2))，其中K是恒定因数以及d是距离。在使用100英尺工具的另一实例中，对于类似的误差，频率可以是125Hz。如本文所描述的一般技术人员将理解的，可以确定所需频率并且在必要时对它们进行调整。
图6B示出了本公开的沿着钻柱8部署在校准区中的说明性测井工具。然而，在其它说明性实施方案中，如先前所描述,可以经由电缆或其它部署方法来部署测井工具。然而，在图6B中，测井工具26与先前描述的那些测井工具类似，除了在图6B中测井工具26仅包括两个天线T和DR2外。参看图6B，在框602处，正如先前所述，将测井工具26部署到井下的第一校准区40。在框604处，系统控制中心25使用用以获得深测量信号的相同发射器-接收器对(T-DR2)沿着地层18的第一校准区40模拟深低频测量信号VIm(即，第二测量信号)。在框606处，系统控制中心25使用测井工具26采集一个或多个深低频测量信号33，VI(z)(即，第一测量信号)。在低频测量信号33被施加至地层18之后，通过系统控制中心25记录所接收到的信号。由于低频测量信号33不会受地层性质影响，因此可以将它们与来自模型化的恒定(例如预先计算的)参考进行比较，并且接着如下面所描述计算校准函数。例如，可以通过用固定的(和高的，例如>1000欧姆)地层电阻率进行模型化来产生恒定参考信号。如在先前的方法中所描述的，将使用校准函数产生的校准系数应用于已经采集的或将在随后的深度处采集的深测量信号(即，第三测量信号)。
在框608处，系统控制中心25使用模拟的深低频测量信号(即，第二测量信号)和所采集的深低频测量信号33(即，第一测量信号)来计算校准系数。此处，系统控制中心24在模拟的低频测量信号(即，第二测量信号)与所采集的低频测量信号33(即，第一测量信号)之间进行比较以确定校准系数。可以利用以下方程：
C(z)＝F(VIm*VI(z))方程(4)，
其中VIm是模型化的深信号，以及VI(z)是测得的深信号33，例如，C(z)＝VIm/VI(z)。虽然未示出，但是在框610处，如图3B至图3D中所描述，系统控制中心25沿着第一校准区40或随后的区采集一个或多个深测量信号Vd(z),(即，第三测量信号)。在框612处，系统控制中心25使用(例如)以下方程使用校准系数来校准所采集的深测量信号(即，第三测量信号)：
Vdc(z)＝C(z)*Vd(z)方程(5)。
在框614处，如先前所描述，系统控制中心25接着输出经校准的所采集的深测量信号(即，第三测量信号)。因此，深低频测量信号可用于在现场校准所采集的深测量信号。
图7是示出了使用三个不同的低频测量信号的方法600的精确度的曲线图。图7绘出了针对100Hz、250Hz、500Hz的参考频率和理论上理想的经校准信号的井筒深度对相位电阻率的图。说明性测井工具26的细节还示于图7的添入物中。使用间隔开600英寸的两个天线A1和A2来采集低频测量信号。深天线A2是以45°的角度置于测井工具26底部处，这在实践中是接近钻头以最大化检测深度。在不失一般性的情况下，在此实例中，将地层的相对倾角θ倾角假设为零。
如可以看出的，较低的频率是更好的参考，并且100Hz的信号使误差减小到可忽略的值。因此，在此实例中，在此频率下进行的校准将精确到足以允许进行经校准数据的解译。此处应指出的是，低频率会导致较小的信号电平,因为来自线圈的信号与恒定电流源的频率成正比。然而，这可以通过使线圈具有更多匝数从而增加传感器尺寸来进行消除。在测井工具26的一个说明性实施方案中，还可以将低频测量信号与深测量信号同时应用以确保在相同的电气/机械条件下进行这两个测量。这可以减少校准的误差。最后，可以基于地层的预计或测得的电阻率来调适用作参考的低频测量信号的频率，这将优化信号电平以及测量精确度。
本文所描述的本公开的实施方案还涉及以下段落中的任何一者或多者：
1.一种用于沿着井筒部署的测井工具的现场校准的方法，所述方法包括使用所述测井工具采集地层的第一测量信号；模拟所述地层的第二测量信号；基于所述采集的第一测量信号与所述模拟的第二测量信号之间的比较来计算校准系数；使用所述测井工具采集所述地层的第三测量信号，其中所述第一、第二和第三测量信号对应于所述测井工具的相同发射器-接收器对；以及使用所述校准系数来校准所述采集的第三测量信号。
2.如第1段所述的方法，其中所述采集的第一测量信号、模拟的第二测量信号和所采集的第三测量信号全是深测量信号。
3.如第1段至第2段中任一者所述的方法，其中模拟所述第二测量信号还包括使用所述测井工具采集所述地层的参考测量信号；使用所述采集的参考测量信号来计算所述地层的层电阻率数据；沿着所述井筒选择一组校准深度；以及使用所述层电阻率数据来在所述所选校准深度处模拟所述第二测量信号。
4.如第1段至第3段中任一者所述的方法，其中所述参考测量信号是浅测量信号。
5.如第1段至第4段中任一者所述的方法，其中在与所述所选的一组校准深度中的至少一者对应的深度处采集所述第一测量信号。
6.如第1段至第5段中任一者所述的方法，其中在所述地层的第一校准区内采集所述参考测量信号，所述第一校准区是井筒深度的第一范围；在所述第一校准区内采集所述第一测量信号；在所述第一校准区内模拟所述第二测量信号；以及在沿着与所述第一校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集所述第三测量信号。
7.如第1段至第6段中任一者所述的方法，其中选择所述一组校正深度还包括产生多个所采集的第一测量信号的测井响应；以及沿着所述测井响应选择与零斜率对应的那些校准深度。
8.如第1段至第7段中任一者所述的方法，其中所述采集的第一测量信号是包括低到足以使得所述采集的第一测量信号不会受所述地层的变化影响的频率的低频信号。
9.如第1段至第8段中任一者所述的方法，其中所述采集的第一和第三测量信号是深测量信号。
10.如第1段至第9段中任一者所述的方法，其中所述模拟的第二测量信号是基本上深度不变的。
11.如第1段至第10段中任一者所述的方法，其中在所述地层的第一校准区内采集所述第一测量信号，所述第一校准区是井筒深度的第一范围；在所述第一校准区内模拟所述第二测量信号；以及在沿着与所述第一校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集所述第三测量信号。
12.如第1段至第11段中任一者所述的方法，还包括在所述地层的第二校准区内采集第四测量信号，所述第二校准区是与所述第一校准区不同的井筒深度的第三范围；以及校准所述采集的第四测量信号。
13.如第1段至第12段中任一者所述的方法，其中计算所述校准系数还包括利用校准模型沿着所述地层的校准区来计算多个校准系数，所述校准区是井筒深度的第一范围，其中所述第三测量信号是在沿着与所述校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集并校准的。
14.如第1段至第13段中任一者所述的方法，其中计算所述校准系数还包括利用校准模型沿着所述地层的校准区来计算多个校准系数，所述校准区是井筒深度的第一范围，其中所述第三测量信号是在所述校准区内采集并校准的。
15.如第1段至第14段中任一者所述的方法，其中所述校准模型是多项式函数。
16.如第1段至第15段中任一者所述的方法，其中所述校准模型是F(X)＝AX，其中A是校准系数。
17.如第1段至第16段中任一者所述的方法，其中所述校准模型是F(X)＝AX+B，其中A和B是所述校准系数。
18.如第1段至第17段中任一者所述的方法，其中所述校准系数是在满足基于第三测量信号随深度而变的变化率的准则的深度处计算的。
19.如第1段至第18段中任一者所述的方法，其中所述准则包括选择具有低于阈值的变化率的深度。
20.如第1段至第19段中任一者所述的方法，其中所述模拟的第二测量信号是使用以下各项来进行模拟：其中部署了所述测井工具的所述地层的参数；其中没有部署所述测井工具的另一地层的参数；或恒定地层电阻率。
21.如第1段至第20段中任一者所述的方法，其中所述第一测量信号对应于所述第二和第三测量信号的所述发射器-接收器对。
22.如第1段至第21段中任一者所述的方法，其中所述测井工具形成随钻测井或电缆组件的部分。
23.如第1段至第22段中任一者所述的方法，其中计算所述校准系数还包括在所述井筒的低角度部分处计算所述校准系数，其中所述第三测量信号是从所述井筒的高角度部分采集的。
此外，本文所描述的前述段落和其它方法可以在包括用于实现所述任一方法的处理电路的系统内或在包括某些指令的计算机程序产品内具体化，所述指令在由至少一个处理器执行时使所述处理器执行本文所描述的任一方法。
虽然已经示出和描述了各种实施方案和方法，但是本公开不限于所述实施方案和方法并应理解为包括本领域技术人员将显而易见的所有修改和变化。因此，应理解，本公开不欲限于所公开的特定形式。而是，希望涵盖属于由所附权利要求书界定的本公开的精神和范围内的所有修改、等效物和替代。

Claims (25)

1.一种用于沿着井筒部署的测井工具的现场校准的方法，所述方法包括：
使用所述测井工具采集地层的第一测量信号；
模拟所述地层的第二测量信号；
基于所述采集的第一测量信号与所述模拟的第二测量信号之间的比较来计算校准系数；
使用所述测井工具采集所述地层的第三测量信号，其中所述第一、第二和第三测量信号对应于所述测井工具的相同发射器-接收器对；以及
使用所述校准系数来校准所述采集的第三测量信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述采集的第一测量信号、模拟的第二测量信号和采集的第三测量信号全部是深测量信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中模拟所述第二测量信号还包括：
使用所述测井工具采集所述地层的参考测量信号；
使用所述采集的参考测量信号来计算所述地层的层电阻率数据；
沿着所述井筒选择一组校准深度；以及
使用所述层电阻率数据来在所述所选校准深度处模拟所述第二测量信号。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述参考测量信号是浅测量信号。
5.如权利要求3所述的方法，其中在与所述所选的一组校准深度中的至少一者对应的深度处采集所述第一测量信号。
6.如权利要求3所述的方法，其中：
在所述地层的第一校准区内采集所述参考测量信号，所述第一校准区是井筒深度的第一范围；
在所述第一校准区内采集所述第一测量信号；
在所述第一校准区内模拟所述第二测量信号；以及
在沿着与所述第一校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集所述第三测量信号。
7.如权利要求3所述的方法，其中选择所述一组校准深度还包括：
产生多个采集的第一测量信号的测井响应；以及
沿着所述测井响应选择与零斜率对应的那些校准深度。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述采集的第一测量信号是包括低到足以使得所述采集的第一测量信号不会受所述地层的变化影响的频率的低频信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述采集的第一和第三测量信号是深测量信号。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述模拟的第二测量信号是基本上深度不变的。
11.如权利要求8所述的方法，其中：
在所述地层的第一校准区内采集所述第一测量信号，所述第一校准区是井筒深度的第一范围；
在所述第一校准区内模拟所述第二测量信号；以及
在沿着与所述第一校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集所述第三测量信号。
12.如权利要求6或11所述的方法，其还包括：
在所述地层的第二校准区内采集第四测量信号，所述第二校准区是与所述第一校准区不同的井筒深度的第三范围；以及
校准所述采集的第四测量信号。
13.如权利要求1所述的方法，其中计算所述校准系数还包括利用校准模型沿着所述地层的校准区来计算多个校准系数，所述校准区是井筒深度的第一范围，其中所述第三测量信号是在沿着与所述校准区不同的井筒深度的第二范围定位的应用区内采集并校准的。
14.如权利要求1所述的方法，其中计算所述校准系数还包括利用校准模型沿着所述地层的校准区来计算多个校准系数，所述校准区是井筒深度的第一范围，其中所述第三测量信号是在所述校准区内采集并校准的。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中所述校准模型是多项式函数。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述校准模型是F(X)＝AX，其中A是校准系数。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述校准模型是F(X)＝AX+B，其中A和B是所述校准系数。
18.如权利要求13或14所述的方法，其中所述校准系数是在满足基于第三测量信号随深度变化的速率的准则的深度处计算的。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述准则包括选择具有低于阈值的变化率的深度。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述模拟的第二测量信号是使用以下各项来进行模拟：
其中部署了所述测井工具的所述地层的参数；
其中没有部署所述测井工具的另一地层的参数；或恒定的地层电阻率。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述第一测量信号对应于所述第二和第三测量信号的所述发射器-接收器对。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述测井工具形成随钻测井或电缆组件的部分。
23.如权利要求1所述的方法，其中计算所述校准系数还包括在所述井筒的低角度部分处计算所述校准系数，其中所述第三测量信号是从所述井筒的高角度部分采集的。
24.一种系统，其包括用于实现权利要求1至23中所述的任何方法的处理电路。
25.一种计算机程序产品，其包括在由至少一个处理器执行时使所述处理器执行权利要求1至23中所述的任何方法的指令。
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