CN116615673A - 用于对地下地层进行定向电阻率测量的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于进行电磁定向电阻率测量的方法包括在穿透地层的地下井筒中旋转电磁测井工具。所述测井工具包括沿工具主体间隔开的发射天线和接收天线，其中所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线。使用所述电磁测井工具以在所述井筒内旋转的同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量。处理在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算地下地层的组合视电阻率。所述处理包括将多个建模测量与所述多个井筒测量之间的差异最小化，其中使用假定均质地层的模型来计算所述建模测量。

Description

用于对地下地层进行定向电阻率测量的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年11月13日提交的名称为“METHOD FOR MAKING DIRECTIONALRESISTIVITY MEASUREMENTS OF A SUBTERRANEAN FORMATION”的美国临时申请号63/198,788的权益，该临时申请的公开内容以引用方式并入本文。

背景技术

诸如随钻测井(LWD)和电缆测井测量的电磁测量可用于确定地下地层电阻率，该地下地层电阻率连同地层孔隙率测量一起可用于指示地下地层中的碳氢化合物的存在。此外，可例如在产油层导向应用中采用方位敏感的定向电阻率测量，以提供可根据其做出导向决定的信息。

对称的定向电阻率测量已用于评估上方的区域和波纹管地层边界中的地层电阻率。对称测量的符号(正或负)指示测井工具上方的地层比测井工具下方的地层电阻更高还是更低。

虽然对称测量已用于地质导向应用，但它们的解释可能不直观并且通常可能需要专家分析。

发明内容

公开了一种用于对地下地层进行电磁定向电阻率测量的方法。所述方法包括在穿透所述地层的地下井筒中旋转电磁测井工具。所述测井工具包括沿工具主体间隔开的发射天线和接收天线，其中所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线。使用所述电磁测井工具以在所述井筒内旋转的同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量。处理在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算地下地层的组合视电阻率。所述处理包括将多个建模测量与所述多个井筒测量之间的差异最小化，其中使用假定均质地层的模型来计算所述建模测量。

提供本发明内容是为了介绍下面在具体实施方式中进一步描述的一系列构思。本发明内容并不意图标识所要求保护主题的关键或本质特征，也不意图用作限制所要求保护主题的范围的辅助。

附图说明

为了更完全地理解所公开的主题及其优点，现在参考结合附图进行的以下描述，在附图中：

图1描绘了可在其上利用所公开的实施方案的示例钻机。

图2描绘了图1中描绘的电磁定向电阻率测井工具的一个示例实施方案。

图3A至图3F(统称为图3)描绘了适合于针对所公开的方法实施方案进行定向电磁测井测量的耦合的收发器(耦合的发射器和接收器)布置。

图4描绘了一种所公开的方法实施方案的流程图。

图5A和图5B描绘了衰减AD(5A)和相移PS(5B)随地层电阻率的变化。

图6A和图6B描绘了示例实施方式，其中图6A描绘了示出视电阻率值(用伪彩色)相对于井的方位角和总竖直深度的16仓(扇区)电阻率图像，而图6B描绘了Rapp_顶部、Rapp_底部、Rapp_上和Rapp_下相对于井的竖直深度的曲线图。

具体实施方式

所公开的实施方案总体上涉及电磁井筒测井测量，并且更具体地涉及一种用于在多个频率下进行地下地层的定向电阻率测量的方法。本申请认识到行业中需要更简单且更直观的测量以用于地质导向应用。

公开了一种用于对地下地层进行电磁定向电阻率测量的方法。所述方法包括在穿透所述地层的地下井筒中旋转电磁测井工具。所述测井工具包括沿工具主体间隔开的发射天线和接收天线，其中所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线。使用所述电磁测井工具以在所述井筒内旋转的同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量。处理在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算地下地层的组合视电阻率。所述处理包括将多个建模测量与所述多个井筒测量之间的差异最小化，其中使用假定均质地层的模型来计算所述建模测量。

所公开的方法可有利地提供用于在不使用计算上昂贵的反演算法的情况下进行定向电阻率测量和定向电阻率成像的改进方法。使用部署在测井工具中的低功率井下处理器可容易地计算地层电阻率值和/或图像。定向电阻率测量和/或得到的电阻率图像可用于做出及时(快速)的操作决策，诸如在地质导向操作中维持/调整钻井方向。

图1描绘了适合于采用本文公开的各种方法实施方案的示例钻机10。半潜式钻井平台12定位在设置于海床16下方的油层或气层(未示出)上方。海底导管18从平台12的甲板20延伸到井口装置22。平台可包括井架以及用于升高和降低钻柱30的起重设备，如图所示，该钻柱延伸到井筒40中并且包括部署在井底组件(BHA)的下端处的钻头32。BHA包括电磁定向电阻率测井工具50，该电磁定向电阻率测井工具包括被配置为进行井下电磁测井测量的多个发射器和接收器。

图1所示的部署仅仅是示例。钻柱30可包括基本上任何合适的井下工具部件，例如，包括诸如旋转可导向工具的导向工具、井下遥测系统以及一个或多个附加的MWD和/或LWD工具，包括用于感测钻孔和周围地层的井下特性的各种传感器。所公开的实施方案绝不限于任何特定的钻柱和/或BHA配置。类似地，所公开的实施方案不限于与如图1所示的半潜式平台12一起使用。所公开的实施方案同样非常适合于与陆上或海上地下操作一起使用。

图2描绘了图1所描绘的电磁定向电阻率测井工具50的一个示例实施方案。工具50可包括例如多间距定向电磁传播工具。如下文更详细地描述，工具50被配置为在多个频率下(诸如在100kHz、400kHz和2MHz下)进行电磁测井测量。因此，将理解，该工具包括收发器(发射器和接收器)电子设备，其能够在多个频率中的每个频率(或包括每个频率的分量的多频率信号)下发射和接收电磁辐射。

在所描绘的实施方案中，测井工具50包括沿着测井工具主体51(例如，随钻测井工具主体)轴向地间隔开的在52、54、56、58、60和62处描绘的多个发射器T1、T2、T3、T4、T5和T6以及在64、66、68和69处描绘的多个接收器R1、R2、R3和R4。如图所绘，测井工具50包括轴向天线、横向天线和倾斜天线。如本文所用，轴向天线是其偶极矩基本平行于工具的纵向轴线的天线。轴向天线通常缠绕在测井工具的圆周周围，使得天线的平面与工具轴线正交。轴向天线产生基本等同于沿工具轴线(按照惯例为z方向)的偶极子的辐射图案。由轴向地取向的发射天线和接收天线进行的电磁测量有时称为常规或非定向测量。

例如，横向天线是其偶极矩基本垂直于工具的纵向轴线的天线。横向天线可包括鞍形线圈(例如，如在共同拥有的美国专利公布2011/0074427和2011/0238312中所公开，并且所述专利公布以全文引用方式并入本文)并且生成基本上等同于与工具轴线(按照惯例为x或y方向)垂直的偶极子的辐射图案。

倾斜天线是其偶极矩既不平行也不垂直于工具的纵向轴线的天线。倾斜天线产生混合模式辐射图案(即，偶极矩既不平行也不垂直于工具轴线的辐射图案)。由横向天线或倾斜天线进行的电磁测量通常称为定向测量。

在图2所描绘的特定的非限制性的工具实施方案中，发射器天线中的五个(T1、T2、T3、T4和T5)是沿工具的轴线间隔开的轴向天线。第六发射器天线(T6)是横向天线。轴向地位于发射器之间的第一接收器和第二接收器(R1和R2)是轴向天线，并且可用于获得常规的非定向型传播电阻率测量值(当与轴向天线T1、T2、T3、T4和/或T5结合使用时)。第三接收器和第四接收器(R3和R4)是轴向地位于发射器周围的倾斜天线。这种定向布置(包括倾斜天线和/或横向天线)可在工具50的一个方位角侧产生优先灵敏度，从而使得能够更好地识别和定位层边界和地下地层的其他特征。

图2所描绘的特定的非限制性的工具实施方案50提供轴向发射器和轴向接收器对，并且因此能够进行非定向电磁测量。所描述的实施方案还包括轴向发射器和倾斜接收器对以及横向发射器和轴向接收器与倾斜接收器对，并且因此也能够进行各种定向电磁测量。类似于图2中描述的商业测井工具是可从得克萨斯州舒格兰市的斯伦贝谢技术公司以获得的工具。

所公开的实施方案决不限于图2所描绘的特定电磁测井工具配置。测井工具50仅仅是合适的电磁测井工具的一个示例。此外，可使用能够进行定向电磁测井测量的任何测井工具(特别是那些包括倾斜发射器或倾斜接收器的测井工具)。例如，合适的测井工具可包括轴向和/或横向发射器和倾斜接收器。合适的测井工具可另外地和/或替代地包括倾斜发射器和轴向和/或横向接收器。此外，合适的测井工具可包括倾斜接收器和倾斜发射器(其中发射器的倾斜角度不同于接收器的倾斜角度)。所公开的实施方案在这些方面不受限制。

图3A至图3F(统称为图3)描绘了适合于针对所公开的方法实施方案进行定向电磁测井测量的非限制性耦合的收发器(耦合的发射器和接收器)布置。图3所描绘的实施方案可有利地用于进行补偿测量，其中发射器和接收器增益被抵消(如下文更详细地描述)。在这些配置中的每一个中，收发器偶极矩被描绘为箭头(对于轴向收发器，沿着工具主体的轴线指向；对于横向收发器，垂直于工具主体；并且对于倾斜收发器，相对于工具主体成角度)。

在图3A中，示例电磁测井工具包括部署在一对倾斜接收器74A和74B之间的一对轴向发射器72。图3A所描绘的实施方案与图2所描绘的相同，其中轴向发射器T4和T5部署在倾斜接收器R3和R4之间。在图3B中，示例电磁测井工具包括部署在一对倾斜接收器76之间的一对轴向发射器72(应注意，在图3B中，接收器以相同角度倾斜，而在图3A中，接收器倾斜角度偏移90度)。在图3C中，示例电磁测井工具包括部署在一对轴向接收器80之间的一对倾斜发射器78。在图3D中，示例电磁测井工具包括部署在一对横向接收器84之间的一对倾斜发射器82。在图3E中，示例电磁测井工具包括部署在一对倾斜接收器88之间的一对横向发射器86。在图3F中，示例电磁测井工具包括部署在一对倾斜接收器92(具有不同的倾斜角度)之间的一对倾斜发射器90。

同样，应理解，所公开的实施方案不限于图2和图3所描绘的收发器实施方案。此外，应理解，发射器对不需要部署在接收器对之间。应理解，基于互易原理，一对接收器可等效地部署在一对发射器之间。还应理解，第一倾斜发射器或倾斜接收器和第二倾斜发射器或倾斜接收器不需要具有相同的倾斜角度，但可具有不同的倾斜角度(例如，如在图3A中)。

图4描绘了一种所公开的方法实施方案100的流程图。在102处，将包括至少一个倾斜收发器的电磁(EM)测井工具(诸如图2所示的工具50)在穿透地下地层的井筒中旋转。在104处，使用该工具以在多个频率下(例如，在100kHz、400kHz和2MHz)下进行电磁测井测量(同时在井筒中旋转)。如下文更详细地描述，可通过使用发射天线将电磁信号发射到井筒中并使用接收天线接收信号(例如，复电压响应)来进行电磁测井测量。

可按顺序进行测量，例如，在第一频率下、然后在第二频率下、然后在第三频率下，以此类推。也可同时进行测量，例如，通过发射和接收具有多个频率分量的电磁波(例如，包括100kHz、400kHz和2MHz分量的单波)。

继续参考图4，在一些实施方案中，方法100还可包括在106处预处理电磁测量，例如，以计算增益补偿测量量，但在一些实施方案中，不执行预处理。例如，在共同转让的美国专利9,423,525和9,835,755中公开了合适的增益补偿测量量，该专利的全部内容以引用方式并入本文。在一个特定实施方案中，可针对在多个测量频率中的每一个测量频率下进行的电磁测量计算增益补偿测量量(例如，在100kHz下的第一增益补偿测量量、在400kHz下的第二增益补偿测量量以及在2MHz下的第三增益补偿测量量)。

在108处，可处理在104中(在对应的多个频率下)进行的多个电磁测量或在106中(在对应的多个频率下)计算的多个增益补偿测量量以计算地下地层的组合视电阻率。如本文所用，组合视电阻率意味着计算出的视电阻率是从在对应的多种(多个)频率下进行的多个电磁测量的组合获得的。如下文更详细地描述，所公开的处理包括将多个建模测量(其中使用假定均质地层的模型计算建模测量)与在104中进行的多个测量或在106中计算的多个补偿量之间的差异。

进一步参考图4，在一些实施方案中，方法100还可包括处理(或评估)110在108中计算的视电阻率(或多个视电阻率)以控制钻井方向(例如，以确定和执行新的钻井方向或确定和执行当前钻井方向的改变)，但在一些实施方案中，这样的进一步处理可能不会发生。钻井方向的这种控制可例如使用诸如旋转可导向工具的导向工具来执行，并且可包括将钻井方向朝向或远离地层边界转动。

现在关于图2至图4更详细地描述方法100的一个示例实施方案。关于图2和图3A所示的测井工具和天线配置来描述电磁测量。所公开的实施方案在这方面当然不限于以下特定细节。如本领域普通技术人员所知，通过电磁耦合对应的发射天线和接收天线(例如，图2中的发射天线T4或T5与接收天线R3或R4)来进行电磁测井测量。

如本领域普通技术人员已知，天线耦合可通过在发射天线中施加时变电流(交流电)以将电磁能量发射到周围环境(包括地层)中来实现。该传输的能量在局部环境(例如，工具环、钻孔流体和地层)中产生对应的时变磁场。磁场进而在导电地层中感应出电流(涡电流)。这些涡电流进一步产生二次磁场，所述二次磁场可在接收天线中产生电压响应(例如，通过测量接收天线中的复电压来接收电磁能量)。

在工具在井筒中旋转时(例如，在钻出井筒时)进行电磁测量，使得测量到的电压可是井筒中的测井工具的工具面角度的函数。参考图2和图3A，这些电压测量可例如表示如下：T4R3(φ)、T4R3(φ)、T5R3(φ)和T5R3(φ)，其中T4和T5表示图3A所示的第一轴向发射器和第二轴向发射器，R3和R4表示图3A所示的第一倾斜接收器和第二倾斜接收器，并且φ表示工具面角度。可为每个发射器接收器对TiRj计算傅立叶拟合系数，例如，基于以下表达式：

V_ij(φ)＝V_{DC_ij}+V_{FHC_ij}cos(φ)+V_{FHS_ij}sin(φ)+V_{SHC_ij}cos(2φ)+V_{SHS_ij}sin(2φ)(1)

其中V_ij(φ)表示在工具旋转时测量到的电压，V_{DC ij}表示DC电压系数，V_{FHC ij}和V_{FHS ij}表示一阶谐波余弦和一阶谐波正弦电压系数，并且V_{SHC ij}和V_{SHS ij}表示ij发射器接收器耦合的二阶谐波余弦和二阶谐波正弦电压系数(例如，如图2和图3所描绘)。

一些电磁测量(例如，使用轴向天线和倾斜天线进行的那些测量)可有利地使用DC和一阶系数来拟合。其他测量(例如，使用横向天线和倾斜天线进行的那些测量)可使用DC、一阶和二阶系数进行拟合。

继续参考图2至图4，可计算增益补偿测量量，例如，基于T4R3(φ)、T4R4(φ)、T5R3(φ)和T5R4(φ)天线耦合，如下：

其中f(φ)表示增益补偿测量。T4和T5发射器以及R3和R4接收器出现在等式2的分子和分母中，使得它们相应的电子增益抵消。因此，得到的测量量往往基本上没有电子增益贡献，并且被称为增益补偿的。

电压测量T4R3(φ)、T4R4(φ)、T5R3(φ)和T5R4(φ)是复杂函数，使得等式2中的f(φ)也是包含衰减和相移信息的复杂函数。f(φ)的衰减和相位可在数学上表示，例如，如下：

AD＝-20log(|f(φ)|)

其中AD和PS表示f(φ)的衰减和相移。

当测井工具(例如，图2中的测井工具50)部署在均质的各向同性地层中时，电压测量T4R3(φ)、T4R4(φ)、T5R3(φ)和T5R4(φ)独立于φ。图5A和图5B描绘了衰减AD和相移PS随地层电阻率Rt的变化。衰减和相移都随着电阻率降低而单调增加。这可在数学上表示，例如，如下所述。

对于给定的一系列地层电阻率值Rt_i，i＝1、2、...、N，对应的测井工具响应可计算如下：

resp_i＝fun(Rt_i)，i＝1、2、...、N(3)

其中resp_i表示工具响应，例如，包括上面给出且在图5A和图5B示出的衰减和相移响应，并且fun(·)指示工具响应是地层电阻率的函数。等式3可表示为反比关系，如下：

Rt_i＝fun^-1(resp_i)，i＝1、2、...、N(4)

等式4可用作电阻率转换、特别是在fun(·)的单调区域中，使得可从电磁测量(工具响应)获得或计算视电阻率。可使用基本上任何合适的技术获得视电阻率，例如，通过数学反演技术、查找表或内插法。

在所公开的实施方案中，在工具在井筒中旋转时(例如，在钻井时)进行电磁测井测量(例如，在图4的104处)。视电阻率可被计算为工具面角度φ的函数，例如，如下：

Rt(φ)＝fun^-1(resp(φ))(5)

某些特定的工具面角度可能是普遍感兴趣的。例如，孔的顶部和底部处的电阻率可给出为Rt_顶部＝fun^-1(resp(φ＝0°))和Rt_底部＝fun^-1(resp(φ＝180°))。对于层状地层，也可通过定向电阻率测量来计算层理方位角。上电阻率值和下电阻率值通常也基于层理方位角(DANG)定义为Rt_上＝fun^-1(resp(φ＝DANG))和Rt_下＝fun^-1(resp(φ＝DANG+180°))。

在所公开的实施方案中，在104处在多个频率(例如，不同的第一频率、第二频率和第三频率)下进行电磁测井测量。继续参考图2和图3A中描绘的工具实施方案，这些测量可例如表示如下：T4R3(φ，f_i)、T4R4(φ，f_i)、T5R3(φ，f_i)和T5R4(φ，f_i)，其中T4和T5表示图3A所示的第一轴向发射器和第二轴向发射器，R3和R4表示图3A所示的第一倾斜接收器和第二倾斜接收器，φ表示工具面角度，并且f_i表示测量频率，其中i＝1、2、...、N_f。

在一些实施方案中，其中在106处计算增益补偿测量量，增益补偿测量量可给出如下：

其中表示在频率i＝1、2、...、N_f下的增益补偿测量量(例如，在对应的第一频率、第二频率和第三频率下的/>和/>)。

在一些实施方案中，将在多个频率下的电磁测量组合处理以计算地层的视电阻率(即，通过组合多个频率下进行的测量获得的视电阻率)。该处理包括将建模测量与在对应的多个频率下进行的多个测量之间的差异之和最小化。使用假定均匀地层的模型来计算建模测量。对于工具面角度φ下的上述增益补偿测量，可通过将以下成本函数最小化来计算地层的电阻率R：

使得

其中表示在地层电阻率值R下在频率i＝1、2、...、N_f下的建模测量(工具响应)，并且其中/>在上面的等式6中定义。进一步参考等式7和8，w_i基本上是对不同频率进行加权的任何加权因子或函数并且n＞0(例如，1或2)。各个频率不一定具有不同的权重，因为在某些实施方案中，w_i可等于1。在一个数学上简单的实施方案中(其中n＝1且w_i＝1)，等式8简化为以下等式。

继续参考等式7和8，应理解，使等式7最小化(即，最小化minfit(φ))的R的值被认为是在任何特定工具面角度Rapp(φ)下的地层视电阻率，如等式8中给出。

在一些实施方案中，在任何特定工具面角度Rapp(φ)下的视电阻率可使用以下数学等式来计算：

其中和/>如上所定义，并且w_i表示能够对各个频率的贡献进行加权的加权函数或因子。应理解，等式9与等式8的相似之处在于，使表达式最小化的R的值被认为是在任何特定工具面角度φ下的地层视电阻率。

基于等式8和/或9，孔的顶部和底部处的电阻率可给出为Rapp_顶部＝Rapp(φ＝0°)和Rapp_底部＝Rapp(φ＝180°)。对于层状地层，上电阻率值和下电阻率值也可基于层理方位角(DANG)定义为Rapp_上＝Rapp(φ＝DANG)和Rapp_下＝Rapp(φ＝DANG+180°)。

继续参考等式8、8b和9，应理解，(表示建模测量值)可包括例如建模衰减和/或建模相移测量值。建模测量值(响应)可例如从等式3或从存储在井下存储器中的预先计算的响应的查找表获得(例如，如图5A和图5B所表示)。同样，/>(表示增益补偿测量量)可包括例如衰减和/或相移测量值(例如，如上所述)。所公开的实施方案可有利地将多个测量值(例如，增益补偿测量值/>)组合以获得地层的组合视电阻率值。例如，在以三个频率(诸如100kHz、400kHz和2MHz)进行测量的实施方案中，可将六个测量值(每个频率的衰减和相移)组合成单个视电阻率值。此外，如上所述，不需要使用计算上昂贵的反演算法。

以下示例进一步说明了本公开，但当然不应解释为以任何方式限制本公开的范围。为以87度的倾角钻过具有50度层理方位角的层边界的假定井计算视电阻率值。边界井上地层的电阻率为2ohm·m，而边界井下地层的电阻率为20ohm·m。图6A描绘了示出视电阻率值(用伪彩色)相对于井的方位角和总竖直深度的16仓(扇区)电阻率图像(6A)。如预期的那样，视电阻率是不对称的。图6B描绘了Rapp_顶部、Rapp_底部、Rapp_上和Rapp_下相对于井的竖直深度的曲线图。如图所绘，视电阻率值在边界上方为约2ohm·m，并且在边界下方为20ohm·m(应注意，边界位于TVD＝0处)。此外，当工具靠近层边界时，Rapp_底部和Rapp_下给出的值高于Rapp_顶部和Rapp_上，从而表明地层的下部(井下)部分比上部(井上)部分电阻更高。

在一些实施方案中，所公开的电磁测井方法的一部分可在井下处理器(控制器)上实施。井下处理器是指部署在钻柱中(例如，在电磁测井工具50中或在井底组件中的其他地方)的电子处理器(例如，微处理器或数字控制器)。在这样的实施方案中，控制器可被配置为使收发器以多个频率发射和接收电磁波，计算增益补偿测量量，并且根据电磁测量值来计算组合视电阻率值。在一些实施方案中，使用部署在测井工具(例如，图1中的工具50)中的井下控制器来计算组合视电阻率值。所公开的实施方案有利地实现这样的计算并且需要最小的处理能力(例如，与常规的反演算法相比)。

视电阻率值可进一步存储在井下存储器中和/或在钻井时通过已知的遥测技术(例如，泥浆脉冲遥测或有线钻杆)传输到地面。无论是存储在存储器中还是传输到地面，计算出的视电阻率值也可用于地质导向操作中以指导随后对井筒的钻井。

如本领域普通技术人员已知，合适的控制器可包括例如可编程处理器(诸如，数字信号处理器或其他微处理器或微控制器)和体现逻辑的处理器可读或计算机可读程序代码。合适的处理器可用于例如执行如上所述的方法实施方案(或方法实施方案中的各种步骤)。合适的控制器还可任地包括其他可控制部件，诸如传感器(例如，工具面传感器)、数据存储装置、电源、计时器等。控制器也可被设置为与电磁测井工具中的发射器和接收器电子设备电子通信。合适的控制器还可任选地与钻柱中的其他仪器(诸如，例如，与地面通信的遥测系统)或导向工具(诸如地质导向操作中的旋转可导向工具)中的控制器通信。合适的控制器还可任选地包括易失性或非易失性存储器或数据存储装置。

应理解，本公开包括许多实施方案。这些实施方案包括但不限于以下实施方案。

在第一实施方案中，公开了一种用于对地下地层进行电磁定向电阻率测量的方法。所述方法包括：(a)在穿透所述地层的地下井筒中旋转电磁测井工具，所述测井工具包括沿工具主体间隔开的发射天线和接收天线，所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线；(b)使所述电磁测井工具在(a)中的旋转同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量；以及(c)处理(b)中的在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算所述地下地层的组合视电阻率，其中所述处理包括将多个建模测量与(b)中进行的所述多个测量之间的差异最小化，所述建模测量是使用假定均质地层的模型计算的。

第二实施方案可包括第一实施方案，其中所述处理包括将所述建模测量与在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量之间的所述差异之和最小化。

第三实施方案可包括第一实施方案至第二实施方案中的任一者，其中(c)还包括：(c1)处理在所述多个频率中的每一个下的多个测量以计算在每个频率下的增益补偿测量量；以及(c2)处理在(c1)中获得的所述多个增益补偿测量量以计算所述地下地层的所述组合视电阻率，其中所述处理包括将建模增益补偿测量与在(c1)中计算的所述多个增益补偿测量之间的差异之和最小化。

第四实施方案可包括第一实施方案至第三实施方案中的任一者，其中在(c2)中使用以下数学等式中的至少一个来计算所述组合视电阻率Rapp(φ)：

其中表示所述建模测量，并且/>表示在频率i＝1、2、...、N_f下的所述增益补偿测量量，φ表示工具面角度，w_i表示加权因子或函数，并且n＞0。

第五实施方案可包括第一实施方案至第四实施方案中的任一者，其中(c)还包括：(c1)处理(b)中的在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量，以计算在对应的多个离散工具面角度下的多个组合视电阻率值；以及(c2)处理所述多个组合视电阻率值以生成描绘所述多个组合视电阻率值相对于工具面角度和所述井筒的测量深度的图像。

第六实施方案可包括第一实施方案至第五实施方案中的任一者，还包括：(d)评估在(c)中计算的所述组合视电阻率以控制所述地下井筒的钻井方向。

第七实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中的任一者，其中所述电磁测井工具包括第一轴向发射天线和第二轴向发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

第八实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中的任一者，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一轴向接收天线和第二轴向接收天线。

第九实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中的任一者，其中所述电磁测井工具包括第一横向发射天线和第二横向发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

第十实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中的任一者，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一横向接收天线和第二横向接收天线。

第十一实施方案可包括第一实施方案至第六实施方案中的任一者，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线，其中所述发射天线具有与所述接收天线不同的倾斜角度。

第十二实施方案可包括第一实施方案至第十一实施方案中的任一者，其中在(c)中使用部署在所述电磁测井工具中的井下处理器来计算所述地下地层的所述组合视电阻率。

在第十三实施方案中，公开了一种电磁随钻测井工具。所述工具包括：随钻测井工具主体；部署在所述工具主体上的至少一个发射天线和至少一个接收天线，其中所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线；以及电子控制器，所述电子控制器被配置为(i)使所述电磁测井工具在地下井筒中旋转的同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量，(ii)以及处理在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算所述地下地层的组合视电阻率，其中所述处理包括将建模测量与(i)中在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量之间的差异之和最小化，所述建模测量是使用假定同质地层的模型计算的。

第十四实施方案可包括第十三实施方案，其中所述电子控制器还被配置为在(ii)中进行：(iia)处理在所述多个频率中的每一个下的所述多个测量以计算在每个频率下的增益补偿测量量；以及(iib)处理在(iia)中获得的所述多个增益补偿测量量以计算所述地下地层的所述组合视电阻率，其中所述处理包括将建模增益补偿测量与在(iia)中计算的所述多个增益补偿测量之间的差异之和最小化。

第十五实施方案可包括第十三实施方案至第十四实施方案中的任一者，其中所述控制器还被配置为(iii)与导向工具中的控制器通信以评估在(ii)中计算的所述组合视电阻率，并且由此控制地下井筒的钻井方向。

第十六实施方案可包括第十三实施方案至第十五实施方案中的任一者，其中所述发射天线包括第一轴向发射天线和第二轴向发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

第十七实施方案可包括第十三实施方案至第十五实施方案中的任一者，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一轴向接收天线和第二轴向接收天线。

第十八实施方案可包括第十三实施方案至第十五实施方案中的任一者，其中所述发射天线包括第一横向发射天线和第二横向发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

第十九实施方案可包括第十三实施方案至第十五实施方案中的任一者，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一横向接收天线和第二横向接收天线。

第二十实施方案可包括第十三实施方案至第十五实施方案中的任一者，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线，其中所述发射天线具有与所述接收天线不同的倾斜角度。

虽然已经详细描述了用于进行地下地层的定向电阻率测量的方法，但应理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可在本文中进行各种改变、替代和更改。这些描述的实施方案是当前公开的技术的示例。为了提供对这些实施方案的简洁描述，本说明书中可能没有描述实际实施方案的全部特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何这样的实际实施方式时，将做出众多实施方案特定决策以达成开发者的特定目标，诸如符合系统相关和业务相关约束，这些约束在不同实施方案之间可各有不同。此外，应了解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但对于受益于本公开的本领域技术人员来说却将是设计、制作和制造的常规任务。

另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“实施方案”的提及并不意图被解释为排除也结合了所述特征的其他实施方案的存在。例如，关于本文的实施方案描述的任何元素可以是可与本文描述的任何其他实施方案的任何元素可组合的。如本公开的实施方案所涵盖的本领域的普通技术人员将了解，本文中陈述的数字、百分比、比率或其他值旨在包括该值，以及“约”或“大约”所述值的其他值。诸如上、下、顶部和底部等术语以及其他类似术语应被理解为相对于给定点的位置并且可被用来更清楚地描述一些特征。通常，这些术语与参考点相关，诸如开始钻井操作的地面。

鉴于本公开，本领域普通技术人员应认识到，等同的构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本文公开的实施方案进行各种改变、替代和更改。等同的构造(包括功能性“装置加功能”条款)意图涵盖在本文中描述为执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构等同物和提供相同功能的等同结构。申请人的明确意图是不对任何权利要求援引装置加功能或其他功能性要求，其中词语“用于……的装置”与相关联功能一起出现的那些权利要求除外。落入权利要求的含义和范围内的对实施方案的每个添加、删除和修改将被权利要求所涵盖。

如本文所用的术语“大约”、“约”和“基本上”表示在标准的制造或过程公差内或者仍执行期望功能或实现期望结果的接近所述量的量。例如，术语“大约”、“约”和“基本上”可以是指在小于5％、小于1％、小于0.1％以及小于0.01％所述量的范围内的量。此外，应理解，前述描述中的任何方向或参考系仅是相对方向或移动。例如，对“上”和“下”或“上方”或“下方”的任何提及仅描述相关元件的相对位置或移动。

在不脱离本公开的精神或特性的情况下，本公开可体现为其他特定形式。所描述的实施方案应被认为是说明性的而非限制性的。虽然上面仅详细描述了几个示例实施方案，但本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本发明的情况下，可在示例实施方案中进行许多修改。因此，所有此类修改都意图包括在本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种用于对地下地层进行电磁定向电阻率测量的方法，所述方法包括：

(a)在穿透所述地层的地下井筒中旋转电磁测井工具，所述测井工具包括沿工具主体间隔开的发射天线和接收天线，所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线；

(b)使所述电磁测井工具在(a)中的旋转同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量；以及

(c)处理(b)中的在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算所述地下地层的组合视电阻率，其中所述处理包括将多个建模测量与(b)中进行的所述多个测量之间的差异最小化，所述建模测量是使用假定均质地层的模型计算的。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述处理包括将所述建模测量与在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量之间的所述差异之和最小化。

3.如权利要求2所述的方法，其中(c)还包括：

(c1)处理在所述多个频率中的每一个下的多个测量以计算在每个频率下的增益补偿测量量；以及

(c2)处理在(c1)中获得的所述多个增益补偿测量量以计算所述地下地层的所述组合视电阻率，其中所述处理包括将建模增益补偿测量与在(c1)中计算的所述多个增益补偿测量之间的差异之和最小化。

4.如权利要求3所述的方法，其中在(c2)中使用以下数学等式中的至少一个来计算所述组合视电阻率Rapp(φ)：

其中表示所述建模测量，并且/>表示在频率i＝1、2、...、N_f下的所述增益补偿测量量，φ表示工具面角度，w_i表示加权因子或函数，并且n＞0。

5.如权利要求2所述的方法，其中(c)还包括：

(c1)处理(b)中的在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量，以计算在对应的多个离散工具面角度下的多个组合视电阻率值；以及

(c2)处理所述多个组合视电阻率值以生成描绘所述多个组合视电阻率值相对于工具面角度和所述井筒的测量深度的图像。

6.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

(d)评估在(c)中计算的所述组合视电阻率以控制所述地下井筒的钻井方向。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁测井工具包括第一轴向发射天线和第二轴向发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一轴向接收天线和第二轴向接收天线。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁测井工具包括第一横向发射天线和第二横向发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一横向接收天线和第二横向接收天线。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述电磁测井工具包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线以及第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线，其中所述发射天线具有与所述接收天线不同的倾斜角度。

12.如权利要求1所述的方法，其中在(c)中使用部署在所述电磁测井工具中的井下处理器来计算所述地下地层的所述组合视电阻率。

13.一种电磁随钻测井工具，所述电磁随钻测井工具包括：

随钻测井工具主体；

部署在所述工具主体上的至少一个发射天线和至少一个接收天线，其中所述发射天线和所述接收天线中的至少一者是倾斜天线；以及

电子控制器，所述电子控制器被配置为(i)使所述电磁测井工具在地下井筒中旋转的同时在对应的多个频率下进行多个电磁测量，(ii)以及处理在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量以计算所述地下地层的组合视电阻率，其中所述处理包括将建模测量与(i)中在所述对应的多个频率下进行的所述多个测量之间的差异之和最小化，所述建模测量是使用假定同质地层的模型计算的。

14.如权利要求13所述的工具，其中所述电子控制器还被配置为在(ii)中进行：(iia)处理在所述多个频率中的每一个下的所述多个测量以计算在每个频率下的增益补偿测量量；以及(iib)处理在(iia)中获得的所述多个增益补偿测量量以计算所述地下地层的所述组合视电阻率，其中所述处理包括将建模增益补偿测量与在(iia)中计算的所述多个增益补偿测量之间的差异之和最小化。

15.如权利要求13所述的工具，其中所述控制器还被配置为(iii)与导向工具中的控制器通信以评估在(ii)中计算的所述组合视电阻率，并且由此控制地下井筒的钻井方向。

16.如权利要求13所述的工具，其中所述发射天线包括第一轴向发射天线和第二轴向发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

17.如权利要求13所述的工具，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一轴向接收天线和第二轴向接收天线。

18.如权利要求13所述的工具，其中所述发射天线包括第一横向发射天线和第二横向发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线。

19.如权利要求13所述的工具，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一横向接收天线和第二横向接收天线。

20.如权利要求13所述的工具，其中所述发射天线包括第一倾斜发射天线和第二倾斜发射天线，并且所述接收天线包括第一倾斜接收天线和第二倾斜接收天线，其中所述发射天线具有与所述接收天线不同的倾斜角度。