一種用于地層定向電阻率測量的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及地質(zhì)勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種進(jìn)行地層定向電阻率測量的裝置。該方法，包括步驟：在井眼中旋轉(zhuǎn)電阻率測量儀；通過配置在所述電阻率測量儀上的第一槽縫天線發(fā)出電磁信號；接收來自安放在所述電阻率測量儀上的第二槽縫天線的電磁信號；獲得所述電阻率測量儀的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)所述第二槽縫天線上感生電壓的正弦波；推導(dǎo)出一地層邊界的方向信息；獲得所述電阻率測量儀的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)所述第二槽縫天線上感生電壓的峰值振幅和谷值振幅和旋轉(zhuǎn)角度；推導(dǎo)出地層邊界的距離和方向信息。本實(shí)用新型提供的進(jìn)行地層定向電阻率測量的方法，操作步驟簡單有效，相比現(xiàn)有技術(shù)，更為經(jīng)濟(jì)節(jié)約和容易生產(chǎn)，提高了技術(shù)水準(zhǔn)。
【專利說明】一種用于地層定向電阻率測量的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地質(zhì)勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種用于地層定向電阻率測
量的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油工業(yè)領(lǐng)域，眾所周知的使用電氣測量方法采集井下信息的方法有多種，如隨鉆測井(“LWD”)，隨鉆測量(“MWD”)。此類技術(shù)早已用來獲取地層電阻率(或電導(dǎo)率；術(shù)語“電阻率”和“電導(dǎo)率”，但在本實(shí)用新型中可通用)和各種巖石物理模型(如Archie定律)，以助于確定地層以及相應(yīng)流體的巖石物理性質(zhì)。在現(xiàn)有技術(shù)中，電阻率是確定多孔地層中油氣(如原油或天然氣)和水含量的重要參數(shù)。盡量讓鉆井孔保持產(chǎn)油層(含烴層)里，以盡可能最大限度地提高采收率。
[0003]隨著現(xiàn)代鉆井技術(shù)和測井技術(shù)的發(fā)展，水平鉆井，即鉆井和地質(zhì)層至少成一角度，越來越普遍，因?yàn)樗梢蕴岣弋a(chǎn)油層(含烴層)的暴露長度，以最大程度地把鉆井孔保持在產(chǎn)油層(含烴層)里，盡可能最大限度地提高采收率。因此，具備方位敏感性的定向電阻率測量儀是后續(xù)鉆井轉(zhuǎn)向必須的。轉(zhuǎn)向決定可以根據(jù)地層邊界識別測量結(jié)果，地層角檢測和斷裂特性做出。定向電阻率測量通常包括發(fā)射和/或接收橫向(X-型或y_型)或混合型(比如混合X-和Z-型)電磁波。在進(jìn)行此類測量中可采用各種類型的天線配置，比如如圖1A所示的橫線天線配置(X-型)，如圖1B所示的雙平面天線配置，如圖1C所示的鞍形天線配置(X-型和Z-型，混合型)，以及如圖1D所示的傾斜天線。圖1A中的橫向天線的磁矩所指示的方向垂直于定向電阻率測量儀的縱向軸，其上配有縱向天線。雙平面天線、鞍形天線和傾斜天線配置如圖1B、IC和ID所示，能發(fā)射或接收磁場的橫向分量，進(jìn)行方位電阻率測量。如上所述，盡管定向電阻率測量儀已經(jīng)被商業(yè)上使用，但是這些測量儀的精度不高，作用距離短，仍然需要對電阻率測量儀的天線配置進(jìn)行改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于地層定向電阻率測量的裝置，以解決目前測量儀的精度不高，作用距離短的問題。
[0005]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于地層定向電阻率測量的裝置，包括:
[0006]帶縱向軸和外表面的電阻率測量儀，在電阻率測量儀外表面形成，并且大體上平行于電阻率測量儀縱向軸線的多條縫隙，以及放置在縫隙中的多條電線，通電后與縫隙的端壁連接，形成磁偶極子天線，磁偶極子天線形成至少一個(gè)發(fā)射機(jī)-接收機(jī)天線組，用于執(zhí)行電磁信號的發(fā)射和接收。
[0007]所述用于地層定向電阻率測量的裝置還包括一條同軸線接插件，將電線與電路連接起來，用于處理待發(fā)射或接收的電磁信號。
[0008]所述用于地層定向電阻率測量的裝置還包括在電阻率測量儀表面形成，并且橫跨凹口的多條溝槽，用于加強(qiáng)電磁信號的發(fā)射和接收。[0009]所述溝槽大體上橫切電阻率測量儀的縫隙。
[0010]所述用于地層定向電阻率測量的裝置還包括填充在縫隙里的導(dǎo)磁材料。
[0011]所述用于地層定向電阻率測量的裝置還包括填充在縫隙里的防護(hù)材料。
[0012]本實(shí)用新型上述用于地層定向電阻率測量的裝置，提供一種結(jié)構(gòu)簡單易于操作的磁偶極子天線和基于該天線的裝置，由于采用了磁偶極子天線，相比現(xiàn)有技術(shù)，測量精度更高，作用距離更廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1A所示為常規(guī)電阻率測量儀中橫向環(huán)形天線的已有技術(shù)；
[0014]圖1B、1C、1D所示為可以放射或接收磁場橫向分量，進(jìn)行方位電阻率測量的天線實(shí)施例的已有技術(shù)；
[0015]圖2所示為配有一個(gè)常規(guī)隨鉆測井系統(tǒng)的定向電阻率測量儀正面圖；
[0016]圖3A所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示的帶縫隙天線的定向電阻率測量儀的透視圖；
[0017]圖3B所示為沿AA’的如圖3A所示的縫隙天線的剖面圖；
[0018]圖3C所示為沿BB’的如圖3A所示的縫隙天線的剖面圖；
[0019]圖4A所示為在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中，配有縫隙天線和多條橫向縫隙的定向電阻率測量儀；
[0020]圖4B所示為沿CC’的縫隙天線剖面圖；
[0021]圖5A所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中帶一對發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線的定向電阻率測量儀的透視圖；
[0022]圖5B所示為在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中，帶一對發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線，配有多條橫向縫隙的定向電阻率測量儀的透視圖；
[0023]圖6A所不為如圖5B所不的發(fā)射機(jī)天線生成的發(fā)射矢量磁場；
[0024]圖6B所示為如圖5B所示的發(fā)射機(jī)天線在方位平面上形成的放射磁場強(qiáng)度；
[0025]圖7所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中，在仿真模型中運(yùn)作圖5B中的定向電阻率測量儀的示意圖，用于展示定向電阻率測量儀的方位敏感性；
[0026]圖8A所示為接收機(jī)天線感生電壓虛部數(shù)據(jù)圖對比定向電阻率測量儀旋轉(zhuǎn)角度在圖7中的模型的仿真結(jié)果；
[0027]圖SB所示為接收機(jī)天線上感生電壓的實(shí)部對比定向電阻率測量儀旋轉(zhuǎn)角度模型的仿真結(jié)果；
[0028]圖9所示為接收機(jī)天線感生電壓振幅數(shù)據(jù)圖對比電阻率界面距離在圖7中的模型的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]圖2所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中配有一個(gè)常規(guī)隨鉆測井系統(tǒng)200定向電阻率測量儀212的正面圖。常規(guī)隨鉆測井系統(tǒng)200包括鉆機(jī)202、鉆柱206、鉆頭210和定向電阻率測量儀212。鉆柱206，在鉆機(jī)202的支持下，可從表面204伸入到井眼208中。鉆柱206可帶上鉆頭210和定向電阻率測量儀212，在鉆井過程中進(jìn)行地層的地質(zhì)特性測量。
[0031]在其中一個(gè)實(shí)施例中，鉆柱206也包括泥漿脈沖遙測系統(tǒng)、鉆井電機(jī)、測量傳感器，比如核測井儀和方位角傳感器，比如加速計(jì)、回旋儀或磁力計(jì)，加快周圍地層的測量。當(dāng)然，鉆柱206可以與起重設(shè)備組合在一起，用于舉起或放下鉆柱206。
[0032]在本實(shí)用新型中，定向電阻率測量儀212不僅僅可以運(yùn)用在隨鉆測井系統(tǒng)(“LWD'Logging While Drilling)中，也可以應(yīng)用到隨鉆測量系統(tǒng)(“MWD”，Measure WhileDrilling)和試井應(yīng)用中。當(dāng)然，定向電阻率測量儀212也可在任何鉆井環(huán)境下使用，岸上或近海，也可與各種鉆井平臺一起使用，包括但不限于固定、浮式和半潛平臺。
[0033]圖3A所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中如圖2所示的定向電阻率測量儀212的透視圖。定向電阻率測量儀212可包括配置在其上的縫隙天線302。
[0034]圖3B所示為沿AA’的如圖3A所示的縫隙天線302的剖面圖?？p隙天線302可以包括定向電阻率測量儀212外表面上形成的凹口 304，帶一條電線306安放在里面。電線306通電后可以將凹口 304的端墻308，凹口 304另一端的同軸線接插件310的中心導(dǎo)線。同軸線接插件310可以將凹口 304里的電線306與電路室312連接起來，可安放在凹口 304外面和定向電阻率測量儀212外表面300下面。電路室312可以配上發(fā)射機(jī)和接收機(jī)電路，用于處理待發(fā)射或接收的電磁信號。
[0035]在其中一個(gè)實(shí)施例中，縫隙天線302不僅僅可以平行于測量儀軸線，也可以沿著其它方向，比如垂直于測量儀軸線或位于測量儀軸線的任何角度。
[0036]在其中一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)磁材料314可以填充在凹口 304里，加強(qiáng)縫隙天線302發(fā)射和接收能力。導(dǎo)磁材料314可以為磁性材料，可以放在中線和凹口底部之間。磁性材料可以但不限于鐵氧體材料、不導(dǎo)電的磁性合金、鐵粉和鎳鐵合金。
[0037]在其中一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)材料316可以填充在凹口 304里。防護(hù)材料316可以用于保護(hù)縫隙天線302，防止在鉆井過程中被損壞。防護(hù)材料可以但不限于環(huán)氧樹脂，可放在導(dǎo)磁材料上面。
[0038]圖3C所示為沿BB’的如圖3A所示的縫隙天線302的剖面圖。凹口 304的形狀可以多種多樣，比如圓形、矩形或任何其他形狀。
[0039]圖4A所示為在本實(shí)用新型的其它實(shí)施例中配有一條縫隙天線302和多條橫向縫隙402的定向電阻率測量儀。多條橫向縫隙402可以在定向電阻率測量儀212的外表面300上，橫跨凹口 304，增加定向電阻率測量儀212的凹陷/透磁區(qū)。那樣，可增強(qiáng)縫隙天線302的發(fā)射和接收效率。
[0040]圖4B所示為沿CC’的縫隙天線302的剖面圖。凹口 402的形狀可以多種多樣，比如圓形、矩形、橢圓形或任何其他形狀。
[0041]圖5A所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中，帶一對發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502的定向電阻率測量儀212的透視圖。發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502可以安放在定向電阻率測量儀212上，配置成縫隙天線302，如圖3A、3B和3C所示。發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502的方向可大體上平行于定向電阻率測量儀212的縱向軸，彼此之間間隔一個(gè)軸向距離。根據(jù)互換原理，每條天線只要與適當(dāng)?shù)陌l(fā)射機(jī)或接收機(jī)電路連接起來，即可作為發(fā)射機(jī)天線或接收機(jī)天線。[0042]圖5B所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中，帶一對發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502的定向電阻率測量儀212的透視圖，可配上多條橫向縫隙402。橫向縫隙402增強(qiáng)發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502的發(fā)射和接收能力，如圖4A和4B所示。
[0043]在任何時(shí)候，都不得將本實(shí)用新型限制在任何特殊幾何圖形里，此類縫隙天線和縫隙的數(shù)量也不得有所限制。
[0044]在其中一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)天線500或接收機(jī)天線502可以用其它任何類型/形狀的天線替換。
[0045]圖6A所示為如圖5B所示的發(fā)射機(jī)天線500產(chǎn)生的發(fā)射矢量磁場。多箭頭600可指示磁場的極性。區(qū)域602，即虛線圈出來的面積，指示發(fā)射機(jī)天線500前面的磁場極性，其軸沿X方向。區(qū)域602里的多箭頭600可以指示發(fā)射機(jī)天線500前面的磁場幾乎已經(jīng)沿著方位角方向極化，并且模擬y_向磁偶極子的磁場。根據(jù)互換原理，相應(yīng)的接收機(jī)天線502對出現(xiàn)在區(qū)域602里的夾角604里面的地層界面更為敏感。
[0046]圖6B所示為如圖5B所示的發(fā)射機(jī)天線500在方位平面下生成的放射磁場強(qiáng)度?？梢灾甘敬蟛糠蛛姶判盘柕哪芰垦刂鴬A角604里的正前方從發(fā)射機(jī)天線500(正X向)發(fā)射出。鑒于圖6A和6B中的磁場極化類型和輻射能類型，可得出以下結(jié)論:在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中的縫隙天線配置適用于定向電阻率測量。
[0047]操作過程中，配有縫隙天線的發(fā)射機(jī)天線500和接收機(jī)天線502可以作為磁偶極子，發(fā)射/接收電磁信號。因此，縫隙天線302也可稱為縫隙磁偶極子天線。在鉆井過程中，當(dāng)定向電阻率測量儀接近電阻率界面時(shí)，接收機(jī)天線502上的感生電壓可以反映出是否存在該界面(通過振幅衰減和移相的變化)，如已有技術(shù)。此外，接收機(jī)天線502感生電壓在定向電阻率測量儀212旋轉(zhuǎn)時(shí)的正弦變化可以指示電阻率界面的方向，因?yàn)閹Эp隙天線配置的天線前面的磁場幾乎已經(jīng)沿著方位角方向極化。
[0048]圖7所示為在本實(shí)用新型的其中一個(gè)實(shí)施例中，在仿真模型700中操作的定向電阻率測量儀212，如圖5B所示，用于展示定向電阻率測量儀212的方位敏感性，圖8A、8B和9所示為圖7中模型700的仿真結(jié)果。在圖7中，模型700可包含一個(gè)3D立方體，被垂直電阻率界面706劃分為兩個(gè)部分。左邊部分702的電阻率為10歐姆-米，右邊704的電阻率為I歐姆-米。定向電阻率測量儀212可包括在左邊部分702里面，并朝著電阻率界面706的正X方向旋轉(zhuǎn)。
[0049]圖8A所示為，接收機(jī)天線502感生電壓虛部數(shù)據(jù)圖對比定向電阻率測量儀212旋轉(zhuǎn)角度在圖7中的模型700的仿真結(jié)果。圖SB所示為，接收機(jī)天線502上感生電壓的實(shí)部對比定向電阻率測量儀212旋轉(zhuǎn)角度在圖7中模型700的仿真結(jié)果。圖8A和SB所示為當(dāng)定向電阻率測量儀212靠近電阻率界面(5英尺)706時(shí)，接收機(jī)天線502上的感生電壓的虛部和實(shí)部開始沿著定向電阻率測量儀212的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生正弦變化。那樣，可以識別電阻率界面706是否沿前面的方向(正X方向)，出現(xiàn)在定向電阻率測量儀212的路徑上。
[0050]圖9所示為圖7中，接收機(jī)天線502感生電壓振幅數(shù)據(jù)圖對比電阻率界面706距離的模型700的仿真結(jié)果。根據(jù)圖9，定向電阻率測量儀212越靠近電阻率界面706，則反應(yīng)在接收機(jī)天線502上的感生電壓振幅越大。事實(shí)上，接收機(jī)天線502與電阻率界面706之間的距離可以推導(dǎo)出來，作為接收機(jī)天線502上測得的感生電壓振幅的函數(shù)(“最高電壓”，"Vmax")，相鄰地層電阻率(〃R1，R2")，介電常數(shù)(〃 ε I, ε 2〃)，和滲透率(〃μ 1，μ 2〃)如下。
[0051]d = f (Vmax, Rl, R2, ε I, ε 2, μ I, μ 2) (I)
[0052]在低頻率和無磁性地層中，周圍地層的電阻率在決定邊界距離中扮演主導(dǎo)地位。方程(I)可以簡化為方程(2)。
[0053]d = f (Vmax, Rl, R2) (2)
[0054]可預(yù)先針對最高電壓和相鄰地層電阻率，通過在定向電阻率測量儀212里進(jìn)行模型正演建立一個(gè)三維查看表，提高定向測量的效率。正演模型可為傳感器在不同環(huán)境和不同電性能下提供一整套數(shù)學(xué)關(guān)系。接收機(jī)天線502測得的最高電壓可以作為三維查看表的輸入數(shù)據(jù)，定向電阻率測量儀212到電阻率界面706之間的距離可通過已知或推導(dǎo)出來的周圍底層電阻率生成，可預(yù)先建立在表格中或者從其它與定向電阻率測量儀212耦合的設(shè)備中測得。
[0055]如上所示，接收機(jī)天線502上的正弦變化感生電壓可以作為周圍地層電特性的指示數(shù)據(jù)，包括但不限于距離電阻率界面706的距離和電阻率界面706的方向。因此，帶縫隙天線配置的定向電阻率測量儀212具有方位敏感性，可以為后續(xù)鉆井做出方向指示。
[0056]在其中一個(gè)實(shí)施例中，將內(nèi)部帶電線的所述第一縫隙天線和內(nèi)部帶電線的所述第二縫隙天線放在電阻率測量儀外表面上的凹口。
[0057]在其中一個(gè)實(shí)施例中，將所述電線通電后與凹口的端墻連接，同軸線接插件的中心導(dǎo)線位于凹口的另一端，作為磁偶極子產(chǎn)生磁場。
[0058]在其中一個(gè)實(shí)施例中，同軸線接插件可以將凹口的電線與某一電路連接起來，用于發(fā)射信號，可安放在凹口外面和電阻率測量儀外表面下方。
[0059]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述本實(shí)用新型的各模塊或各步驟可以用通用的計(jì)算裝置來實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來執(zhí)行，或者將它們分別制作成各個(gè)集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣，本實(shí)用新型不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0060]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，包括: 帶縱向軸和外表面的電阻率測量儀； 在所述電阻率測量儀外表面形成，并且基本平行于電阻率測量儀縱向軸線的多條縫隙； 設(shè)置在所述縫隙里并且與所述縫隙的端壁電連接的多條導(dǎo)線，形成磁偶極子天線； 所述磁偶極子天線形成至少一個(gè)發(fā)射-接收天線組，用于執(zhí)行電磁信號的發(fā)射和接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，還包括同軸連接器，將所述導(dǎo)線與一個(gè)電路連接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，還包括在所述電阻率測量儀表面形成、并且橫跨凹口的多條溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，所述溝槽與電阻率測量儀上的縫隙正交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，在所述縫隙里填充有導(dǎo)磁材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于地層定向電阻率測量的裝置，其特征在于，在所述縫隙里填充有防護(hù)材料。
【文檔編號】E21B49/00GK203669860SQ201420011684
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月5日
【發(fā)明者】劉策, 李敬 申請人:貝茲維儀器(蘇州)有限公司