專利名稱：用于確定電阻率的測井工具及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測井的方法及裝置，尤其涉及一種在鉆孔時經(jīng)過補償?shù)臏y量方法及裝置。在該裝置及方法里，至少有一個接收天線按照縱向被放置在至少一對發(fā)射天線上面，且至少另一個接收天線按照縱向被放置在至少一對發(fā)射天線的下面。
背景技術：
電阻率(或電導率)的測量通常是鉆孔周邊地層勘測的一部分。尤其值得指出的是，電阻率的測量在測定鉆孔周邊地層內(nèi)是否含有碳氫化合物方面很有價值，這是因為含有碳氫化合物的地層的電阻率總是高于含有鹽水的地層的電阻率。
一類用于鉆孔周邊地層勘測的設備是通過發(fā)射及接收能夠穿透被測物體的電磁波來確定其電阻率的。尤其指出，這類設備從一個單一的發(fā)射天線上穿過地層發(fā)射電磁波，并分別在離發(fā)射天線一定距離的接收天線上接收電磁波。
但是，在接收天線上由于溫度及壓力變化所引起的輕微物理變化將導致相位偏移及幅度比例的誤差。如果信號由不同的接收天線接收并且/或者由不同的接收電路進行處理，則還會引入其它的誤差。例如，兩臺進行相同工作的獨立的接收機會因為相互之間的差異而導致測量誤差的產(chǎn)生。1995年3月28日公開的美國專利No.5,402,068，提出了上發(fā)射天線及下發(fā)射天線的方法，這兩種天線由獨立專用的激勵電路持續(xù)供電，且激勵電路緊鄰各自的發(fā)射機。從不同發(fā)射天線獲得的測量數(shù)據(jù)可相互混合以消除抵消系統(tǒng)誤差分量。幅度引起的誤差分量及相位引起的誤差分量能夠得到消除。
另一類這樣的設備通過在上下發(fā)射天線之間設置一對接收天線，能夠提供經(jīng)過補償?shù)碾娮杪蕼y量。但是，此類設備通常需要兩個發(fā)射機(也就是，兩套發(fā)射電路)，一個接在上發(fā)射天線上，另一個接在下發(fā)射天線上。而且，此類設備通常還需要將每個發(fā)射機分別接在電源上的導線。因為這些導線通常需要從接收天線旁通過，這樣，由于來自導線串音引起的噪聲就會被接收天線探測到。
因此目前的確需要一種測井設備及相應的技術來矯正上述問題。例如，提供這樣的測井設備將會很有益處，即它能夠將由串音及其它原因引起的誤差減至最小，此外，它還必須能夠提高測量的精度，通過增加測量頻率來提高測量質量以及降低總體的功率需求。
1990年2月6日公開的美國專利No.4,899,122，1990年8月14日公開的美國專利No.4,949,045以及1990年11月6日公開的美國專利No.4,968,940描述了用于鉆孔周邊地層勘測的測井設備，并特別提到該設備具有一對設置在上下發(fā)射天線之間的接收天線。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個實施例中，用于測定鉆孔周邊地層電阻率的裝置及方法由下列組件構成一個具有縱軸的套管，安裝在套管上的用于發(fā)射電磁波到地層的第一及第二發(fā)射天線，用于探測電磁波的第一接收天線，它沿縱軸被安置在套管上位于第一及第二發(fā)射天線上方的位置，用于探測電磁波的第二接收天線，它沿縱軸被安置在套管上位于第一及第二發(fā)射天線下方的位置，以及一個在功能上連接第一和第二接收天線的處理器，它用于根據(jù)由第一和第二接收天線所探測到的電磁波對地層的電阻率做出判定。
鉆頭被設置在靠近套管一端的位置。處理器通過判定第一接收天線所探測到的電磁波間的至少一個相位偏移及幅度比值，以及第二接收天線所探測到的電磁波間的至少一個相位偏移及幅度比值，可以確定地層的電阻率。第一及第二發(fā)射天線可以交替地連接到一個發(fā)射機，該發(fā)射機將對發(fā)射天線進行激勵，在兩個發(fā)射天線上發(fā)射的信號具有一個從一組可用的頻率內(nèi)選取的頻率。另一種方法是，第一及第二發(fā)射天線交替地連接到一個發(fā)射機，該發(fā)射機將對發(fā)射天線進行激勵，在兩個發(fā)射天線上發(fā)射的信號同時包含多個頻率分量。還有一種方法是，第一發(fā)射天線及第二發(fā)射天線被分別連接到第一發(fā)射機及第二發(fā)射機上，電磁波同時從這兩個天線上以不同的頻率發(fā)射出去。
在本發(fā)明的另一個實施例中，一個測定鉆孔周邊地層電阻率的裝置及方法包含如下組件一個具有縱軸的套管；安裝在套管上的第一及第二發(fā)射天線，它們分別發(fā)射第一及第二電磁波到地層中；用于探測發(fā)射到地層中的第一及第二電磁波的第一接收天線，第一接收天線被安置在套管上沿套管的縱軸方向位于第一及第二發(fā)射天線上方的位置；用于探測發(fā)射到地層中的第一及第二電磁波的第二接收天線，第二接收天線被安置在套管上沿套管的縱軸方向位于第一及第二發(fā)射天線下方的位置；用于探測發(fā)射到地層中的第一及第二電磁波的第三接收天線，第三接收天線被安置在套管上沿套管的縱軸方向位于第一及第二發(fā)射天線上方的位置；用于探測發(fā)射到地層中的第一及第二電磁波的第四接收天線，第四接收天線被安置在套管上沿套管的縱軸方向位于第一及第二發(fā)射天線下方的位置；以及一個在功能上連接到第一，第二，第三及第四接收天線上的處理器，用于根據(jù)第一、第二、第三及第四天線中的至少兩個天線探測到的電磁波確定地層的電阻率。
在本發(fā)明的另一個實施例中，一個測定鉆孔周邊地層電阻率的裝置及方法包含如下組件一個具有縱軸的套管；安置在套管上的第一發(fā)射天線，用于發(fā)射第一電磁波到地層中；安置在套管上的第二發(fā)射天線，用于發(fā)射第二電磁波到地層中；安置在套管上的第三發(fā)射天線，用于發(fā)射第三電磁波到地層中；安置在套管上的第四發(fā)射天線，用于發(fā)射第四電磁波到地層中；第一，第二，第三及第四發(fā)射天線中的每一個天線沿套管的縱軸具有不同的縱向位置；第一接收天線，用于探測第一、第二、第三及第四電磁波，它被安置在套管上沿套筒的縱軸的方向位于第一、第二、第三及第四發(fā)射天線上方的位置；第二接收天線，用于探測第一、第二、第三及第四電磁波，它被安置在套管上沿套筒縱軸的方向位于第一，第二，第三及第四發(fā)射天線下方的位置；以及一個在功能上連接在第一及第二接收天線上的處理器，它用于根據(jù)第一和第二接收天線探測到的四種電磁波中的至少兩種確定地層的電阻率。


通過結合附圖對本發(fā)明如下實施例詳細描述的仔細研究，就能夠對本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點有更為完整的理解和評價，附圖中圖1為對現(xiàn)有技術的各個測井設備的不同天線配置方案分別進行描述的示意圖；圖2A為根據(jù)本發(fā)明的實施例示意具有一對發(fā)射天線及一對接收天線測井設備的圖示；
圖2B為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例示意具有一對發(fā)射天線及兩對接收天線測井設備的圖示；圖2C為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例示意具有一對發(fā)射天線及六個接收天線測井設備的圖示；圖2D為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例示意具有兩對發(fā)射天線及一對接收天線測井設備的圖示；圖2E為根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例示意具有兩對發(fā)射天線及兩對接收天線測井設備的圖示；圖3為示意圖2A的測井設備及其相關電子部件的圖示，其中局部為框圖形式。
圖4為示意圖2A的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使一個發(fā)射天線能夠發(fā)射同時具有多個頻率的電磁波；圖5為示意圖2A的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使兩個不同的發(fā)射天線能夠同時發(fā)射電磁波；圖6為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式；圖7為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，其中，一對接收天線能夠交替地連接到一個接收機上；圖8為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使一個發(fā)射天線能夠發(fā)射同時具有多個頻率的電磁波；圖9為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖的形式，這些電子部件使一個發(fā)射天線能夠發(fā)射同時具有多個頻率的電磁波，并使得一對接收天線能夠交替地連接到接收機上；圖10為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件能夠使兩個不同的發(fā)射天線同時發(fā)射電磁波信號；圖11為示意圖2B的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使兩個不同的發(fā)射天線能夠同時發(fā)射電磁波信號，并使得一對接收天線能夠交替地連接到一個接收機上；圖12為示意圖2C的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式；圖13為示意圖2C的測井設備及其電子部件，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得多個接收天線交替地連接到單個接收機上；圖14為示意圖2C的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得同一個發(fā)射天線能夠發(fā)射同時具有多個頻率的電磁波信號；圖15為示意圖2C的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得同一個發(fā)射天線能夠發(fā)射同時具有多個頻率的電磁波信號，并使得多個接收天線交替地連接到單個接收機上；圖16為示意圖2C的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得兩個不同的發(fā)射天線能夠同時發(fā)射電磁波信號；圖17為示意圖2C的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得兩個不同的發(fā)射天線能夠同時發(fā)射電磁波信號，并使得多個接收天線交替地連接到單個接收機上；圖18為示意圖2D的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式；圖19為示意圖2D的測井設備及其電子部件的圖示，其中局部為框圖形式，這些電子部件使得同一個發(fā)射天線能夠同時發(fā)射具有多個頻率的電磁波信號。
具體實施例方式
圖1描述了兩臺已知的測井設備，每臺設備都包含一對接收天線R1、R2及至少一對發(fā)射天線T1、T2，這些天線都安裝在圓柱型套管上。美國專利No.4,899,122，4,949,045及4,968,940分別公開了這樣的測井設備。另一對發(fā)射天線T3、T4也可以安裝在套管上。每一接收天線R1、R2縱向置于上發(fā)射天線T1及下發(fā)射天線T2之間。此外，如果發(fā)射天線T3、T4也安裝在套管上，則接收天線R1、R2就縱向置于兩個上發(fā)射天線T1、T3及兩個下發(fā)射天線T2、T4之間。
圖2A-2E根據(jù)本發(fā)明描述了測井設備的實施例。圖2A-2E中所描述的每臺測井設備通常都包含圓柱型套管3，在這個套管上至少裝有一對發(fā)射天線，且至少裝有一對接收天線。需要特別指出的是，套管3可以包含一些凹口以用于安裝各個接收天線或發(fā)射天線。例如，每個天線可以包含一個電磁線圈。
鉆頭1連接到套管3的較低端。通過旋轉鉆頭1可在地層9內(nèi)鉆出鉆孔7。為了對鉆孔7進行鉆探，需要令鉆探泥漿從套管3的中心位置穿過并從鉆頭1的排出口(未在圖內(nèi)示出)噴射出去。鉆探泥漿需要向上循環(huán)以便將鉆頭旋轉切割的地層碎片帶向地面。箭頭5標出了鉆探泥漿由下經(jīng)過套管3的中心位置并從鉆頭1的排出口噴射出來后向上流向地層表面的方向。
通過將鉆頭1設置在套管3附近及旋轉鉆頭1(套管3也可與鉆頭1一同旋轉)，任意一個發(fā)射天線可在對鉆孔7進行鉆探時發(fā)射電磁信號，任意一個接收天線也可在對鉆孔7進行鉆探時接收電磁信號。因此，圖2A-2E內(nèi)的任何一個測井設備實施例都能夠在鉆探時進行測量(MWD)。
參照圖2A，本發(fā)明的一個實施例即是一臺(MWD)測井設備，該設備包含一對發(fā)射天線T1、T2，這對天線縱向安置在一對接收天線R1、R2之間。也就是說，接收天線R1沿套管3的虛擬縱軸2被安置在兩個發(fā)射天線T1、T2上方的位置，接收天線R2則沿虛擬縱向軸2被安置在發(fā)射天線T1、T2下方的位置。
圖2B描述了另一臺MWD測井設備的實施例，該設備包括兩個接收天線R1、R3，分別安裝在套管3上，位于一對發(fā)射天線T1、T2上方相應的縱向位置，另兩個接收天線R2、R4，則分別安裝在套管3上，位于一對發(fā)射天線T1、T2下方相應的縱向位置。在套管3上可設置相應的凹口以安裝接收天線R1-R4。從發(fā)射天線T1或T2發(fā)射出來的電磁波穿透了鉆孔7周邊的地層9，并被接收天線R1-R4接收。
圖2C描述了另一臺MWD測井設備的實施例，該設備具有三個接收天線R1、R3、R5，分別安裝在套管3上位于發(fā)射天線T1、T2上方相應的縱向位置，還具有三個接收天線R2、R4、R5，分別安裝在套管3上位于發(fā)射天線T1、T2下方相應的縱向位置。從任意一個發(fā)射天線T1或T2發(fā)射出來的電磁波穿透了鉆孔7周邊的地層9，并被接收天線R1-R6接收。
圖2D根據(jù)本發(fā)明描述了另一臺MWD測井設備的實施例。圖2D所描述的測井設備包含四個安裝在套管3上的發(fā)射天線T1、T2、T3、T4。如同發(fā)射天線T1、T2一樣，發(fā)射天線T3、T4在上端接收天線R1及下端接收天線R2之間都擁有各自的縱向位置。為了測定鉆孔7周邊地層9的電阻率，電磁波可由發(fā)射天線T1-T4發(fā)射。例如，電磁波可一次由一個發(fā)射天線發(fā)射，也可一次由兩個發(fā)射天線發(fā)射。從發(fā)射天線T1-T4發(fā)射出來的電磁波穿過地層9傳播，并由接收天線R1、R2探測。
圖2E描述了另一臺MWD測井設備的實施例。該設備包含多對發(fā)射天線T1-T4及多對接收天線R1-R4，這些天線都安裝在套管3上。每一發(fā)射天線T1-T4都縱向置于上端接收天線R1、R3及下端接收天線R2、R4之間的相應位置。發(fā)射天線T1-T4中的一個或多個發(fā)射電磁波穿過鉆孔7周邊地層9。穿過地層9傳播的電磁波信號由接收天線R1-R4探測。然后所探測的信號可用于計算地層9的電阻率。
圖3描述了本發(fā)明的一個示例，它采用了圖2A描述的測井設備及其相關的發(fā)射機、接收機及信號處理電路。尤其需要指出的是，測井設備包含發(fā)射天線T1、T2，它們縱向置于上端接收天線R1及下端接收天線R2之間。發(fā)射天線T1及發(fā)射天線T2通過開關S1交替地連接到發(fā)射機11(也就是，發(fā)射機電路單元)上。發(fā)射機11可通過開關S2交替地連接到一個頻率為400KHz的晶振13或一個頻率為2MHz的晶振15上。發(fā)射機11、開關S1、S2及可選的晶振13、15在處理器40的控制指令下進行操作。處理器40可由通用微處理器構成。
從發(fā)射天線T1或T2發(fā)射出來的電磁波通過鉆孔7周邊的地層9傳播，并由接收天線R1、R2探測。接收天線R1將探測到的電磁波作為信號傳遞到接收機RC1，接著，該接收機向模數(shù)轉換器(ADC)30輸出信號用于采樣。接收天線R2將探測到的電磁波作為信號傳遞到接收機RC2，接著，該接收機向模數(shù)轉換器(ADC)30輸出信號用于采樣。接收機RC1、RC2都包含放大器21，帶通濾波器23、25，開關230、250，混合器27，帶通濾波器29及放大器22。
在圖3描述的實施例中，帶通濾波器23允許頻率為400KHz的信號通過，該信號與晶振13輸出的信號具有相同的頻率，晶振13能夠使得發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1或T2發(fā)射頻率為400KHz的電磁波。帶通濾波器25具有2MHz的通帶，與從晶振15輸出的信號具有相同的頻率，這能夠使得發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1或T2以發(fā)射頻率為2MHz的電磁波。帶通濾波器29允許頻率為20KHz的信號通過。本領域的技術人員應理解，除了400KHz及2MHz之外，可根據(jù)事先確定的頻率來設定晶振13、15及相應的帶通濾波器23、25的通帶。這也就是說，從晶振13及15產(chǎn)生輸出的信號的頻率(分別是400KHz及2MHz)只是本發(fā)明所能設定的眾多可用頻率值中的一組例子。從晶振13及15內(nèi)輸出的信號的頻率(無論晶振13，15設定了怎樣的值)具有不同的值。利用具有兩種不同頻率的信號，測井設備能夠對地層9進行具有兩種不同半徑深度的勘測。
因為帶通濾波器29的通帶被設定在20KHz，所以參考頻率(在圖3中標為“Ref“)既可以設定為2MHz±20KHz，也可以設定為400KHz±20KHz，這取決于探測到的信號到底采用了哪種振蕩頻率。例如，如果發(fā)射機11連接到晶振13，就會使得發(fā)射天線T1或T2發(fā)射出來的電磁波具有頻率400KHz，而輸入混合器27的參考信號就需要將頻率設定在400KHz±20KHz。如果發(fā)射機11連接到晶振15，就會使得發(fā)射天線T1或T2發(fā)射出來的電磁波具有頻率2MHz，而輸入混合器27的參考信號就需要將頻率設定在2MHz±20KHz。但是本領域的技術人員應理解，帶通濾波器29的通帶可設定在另一個預定的值(也就是說，濾波器29的20KHz通帶只是濾波器29所可能設定的一個值)，此外，輸入混合器27的參考信號的頻率也需要進行相應的設定。
由接收天線R1及R2探測到的電磁波首先由接收機RC1、RC2處理，接著由ADC 30進行采樣并完成數(shù)字轉換。ADC 30向處理器40輸出信號。處理器在一對發(fā)射天線T1、T2之間的一點上計算被測地層電阻率的補償值，即通過計算由發(fā)射天線T1及發(fā)射天線T2發(fā)出的并由接收天線R1探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由發(fā)射天線T1及發(fā)射天線T2發(fā)出的并由接收天線R2探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例來確定。由接收天線R1接收的電磁波(分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射)的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由接收天線R2接收的電磁波(分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射)的相位偏移以及/或者幅度比例都由處理器40計算，利用處理器的計算值就能夠確定電阻補償值。例如，通過查詢一個將相位偏移及幅度比例同地層電阻率關聯(lián)起來的表，就能夠確定相應的補償值。相位偏移、幅度比例及電阻率可由處理器40存儲在非易失性存儲器內(nèi)，這些數(shù)據(jù)也可通過MWD遙測系統(tǒng)傳遞到地面。例如，數(shù)據(jù)值可傳輸?shù)揭慌_顯示器上用于顯示，也可傳輸?shù)揭慌_打印機用于打印或者傳輸?shù)搅硪粋€計算機系統(tǒng)。
處理器40通過利用通過ADC 30從相位探測器PD1、PD2接收到的輸入值，能夠計算由接收天線R1探測且由發(fā)射天線T1及發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例，此外，處理器也可計算由接收天線R2探測且由發(fā)射天線T1及發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例。正如圖3所述，每一相位探測器PD1、PD2都包含混合器51、帶通濾波器53及放大器55。相位探測器PD1接收來自400KHz晶振13的輸入信號，相位探測器PD2接收來自2MHz晶振15的輸入信號。相位探測器PD1也可將參考信號作為輸入信號，該參考信號同樣提供給接收機RC1的混合器27。相位探測器PD2也可將參考信號作為輸入信號，該參考信號同樣提供給接收機RC2的混合器27。
相位探測器PD1內(nèi)的混合器51將參考信號及400KHz信號相乘，其中參考信號也需要被輸入到接收機RC1的混合器27里，而400KHz信號則由晶振13提供。乘法的輸出需要先通過帶通濾波器53，再通過放大器55。相位探測器PD2內(nèi)的混合器5 1將與參考信號及2MHz信號相乘，其中參考信號也需要被輸入到接收機RC2的混合器27里，而2MHz信號則由晶振15提供。乘法的輸出需要先通過帶通濾波器53，再通過放大器55。帶通濾波器53的通帶被設定為20KHz。雖然每個帶通濾波器53的通帶被設定為20KHz，但是本領域的技術人員應理解，這些濾波器的通帶也可設定為另一個預先確定的頻率值(也就是說，濾波器53的20KHz通帶只是一個示例值。)相位探測器PD1的輸出可用來計算由接收天線R1探測到的兩個400KHz信號(由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射)之間的相位偏移以及/或者幅度比例。相位探測器PD1的輸出也可用來確定由接收天線R2探測到的兩個400KHz信號(由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射)之間的相位偏移以及/或者幅度比例。例如，當從發(fā)射機T1發(fā)射400KHz的信號后，可以計算出由接收天線R1接收到的電磁波與晶振13產(chǎn)生的400KHz信號之間的相位差值(ΦT1400KHz-ΦR1400KHz)，以及由接收天線R2接收到的電磁波與晶振13產(chǎn)生的400KHz信號之間的相位差值(ΦT1400KHz-ΦR2400KHz)。相似地，當發(fā)射機T2發(fā)射出400KHz的信號并由接收天線R1、R2探測到后，可以確定由接收天線R1接收到的電磁波與晶振13產(chǎn)生的400KHz信號之間的相位差值(ΦT2400KHz-ΦR1400KHz)，以及由接收天線R2接收到的電磁波與晶振13產(chǎn)生的400KHz信號之間的相位差值(ΦT2400KHz-ΦR2400KHz)。來自晶振13的400KHz信號在每一例子中都通過相位探測器PD1，該相位探測器PD1提供輸出到ADC 30。ADC 30再接著提供輸出到處理器40。
然后處理器40可探測到由接收天線R1探測到的兩個400KHz信號(分別來自發(fā)射天線T1及T2)之間的相位偏移以及/或者幅度比例。例如，為了計算由接收天線R1探測到的兩個400KHz信號之間的相位偏移(這兩個信號分別來自發(fā)射天線T1及T2)，處理器40需要計算(ΦT1400KHz-ΦR1400KHz)-(ΦT2400KHz-ΦR1400KHz)＝ΦT1400KHz-ΦT2400KHz。同樣，處理器40通過計算(ΦT1400KHz-ΦR2400KHz)-(ΦT2400KHz-ΦR2400KHz)＝ΦT1400KHz-ΦT2400KHz可以確定由接收天線R2探測到的兩個400KHz信號(分別來自發(fā)射天線T1及T2)之間的相位偏移。另外由每一接收天線R1及R2探測到的兩個400KHz信號(其中一個信號來自發(fā)射天線T1，另一信號來自發(fā)射天線T2)之間的幅度比例也可計算出來。
為了計算由接收天線R1探測到的兩個2MHz信號(分別來自發(fā)射天線T1及T2)之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由接收天線R2探測到的兩個2MHz信號(分別來自發(fā)射天線T1及T2)之間的相位偏移以及/或者幅度比例，處理器40需要執(zhí)行與上文所述的針對400KHz電磁波的同樣的計算過程。但是指出，發(fā)射相位(ΦT12MHz及ΦT22MHz)來自晶振15產(chǎn)生的信號，這兩個相位還需要輸入相位探測器PD2中。
測井設備的實施例還需要在地層9內(nèi)位于發(fā)射天線T1、T2及接收天線R1、R2之間的一個測量點上確定電阻測量的補償值，相關的介紹在下文。
根據(jù)處理器40的指令，開關S1及S2將發(fā)射機11分別連接到發(fā)射天線T1及400KHz的晶振13上。由晶振13輸出的信號使得發(fā)射機11能夠激勵發(fā)射天線T1向鉆孔7周邊地層9(如圖2A)發(fā)射400KHz電磁波。由晶振13提供的信號也同樣傳遞到相位探測器PD1并到達ADC 30，接著ADC 30將數(shù)字信號提供給處理器40。由發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波將穿過地層9傳播，這樣，接收天線R1及R2都能夠探測到該電磁波。
由接收天線R1及接收天線R2探測到的信號將分別傳遞給接收機RC1及接收機RC2。由接收機RC1及RC2接收的每一信號都需要由放大器21進行前置放大，并通過400KHz帶通濾波器23，該濾波器通過開關250(此時該開關處在閉合狀態(tài))連接到混合器27以提供輸入信號。放大器21的輸出并不經(jīng)過帶通濾波器25，因為此時開關250已在處理器40指令的控制下處在斷開狀態(tài)?；旌掀?7將帶通濾波器23輸出的信號與頻率為400KHz±20KHz的參考信號相乘。混合器27輸出的信號將接著通過通帶為20KHz的帶通濾波器29，然后再由放大器22放大。接收機RC1、RC2輸出的信號由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，再輸入處理器40。處理器40將代表接收天線R1及R2接收信號的數(shù)字信息存儲起來作為發(fā)射天線T1發(fā)射信號的結果。
處理器40接著倒換開關S2，以使發(fā)射機11能夠與2MHz晶振15連接。開關S1保持發(fā)射天線T1與發(fā)射機11之間的連接。處理器40將指示分別斷開開關230并閉合開關250，其中，開關230連接在接收機RC1、RC2內(nèi)的400KHz帶通濾波器23上，開關250連接在接收機RC1、RC2內(nèi)的2MHz帶通濾波器25上。由晶振15輸出的2MHz信號將同樣提供給相位探測器PD2，該探測器將向ADC 30輸入信號，而ADC 30則輸出信號到處理器40。
發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1以使能夠發(fā)射2MHz電磁波穿過地層9。穿過地層9傳播的電磁波由接收天線R1、R2探測，然后分別輸入到接收機RC1、RC2中。接收機RC1、RC2所探測到的信號都會由放大器22放大，再由帶通濾波器25(開關250此時處在閉合狀態(tài))濾波，并由混合器27將其與頻率為2MHz±20KHz的參考信號相乘，然后，由濾波器29進行濾波并由放大器22放大。接收機RC1、RC2輸出的信號由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，然后再提供信號到處理器40進行存儲。
處理器40接著控制開關S2進行跳轉以使400KHz晶振13能夠重新連接到發(fā)射機11上。此時，開關S2斷開了2MHz晶振15同發(fā)射機11的連接。處理器40也可控制開關S1進行跳轉以使發(fā)射機11斷開與發(fā)射天線T1的連接，轉而建立同發(fā)射天線T2的連接。每一接收機RC1、RC2內(nèi)的開關230將被閉合，每一接收機RC1、RC2內(nèi)的開關250將被斷開。通過其與晶振13的連接，發(fā)射機11能夠激勵發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz的電磁波進入并且穿過地層9。由晶振13產(chǎn)生的400KHz信號傳遞給相位探測器PD1并到達ADC 30，進而ADC30再提供輸出到處理器40。然后由發(fā)射天線T2發(fā)射的穿過地層9傳播的電磁波由接收天線R1、R2探測。由接收天線R1及接收天線R2探測到的信號分別傳遞給接收機RC1及接收機RC2。接收機RC1及RC2按照上文所述的針對來自發(fā)射天線T1的接收信號的處理方法進行接收信號的處理。這也就是說，接收機RC1、RC2探測到的來自發(fā)射天線T2的信號將由放大器21進行前置放大，再由濾波器23濾波，(此時，開關230處在閉合狀態(tài))接著混合器27將接收信號與頻率為400KHz±20KHz的參考信號進行相乘，然后，由帶通濾波器29進行濾波，并由放大器22放大。接收機RC1、RC2向ADC 30輸出信號以用于采樣及數(shù)字轉換。ADC 30將數(shù)字信號輸入處理器40以用于對接收信號進行存儲。
處理器40接著將控制開關S2以使發(fā)射機11能夠斷開同400KHz晶振13的連接，建立同2MHz晶振15連接。處理器40同時控制斷開接收機RC1及RC2內(nèi)的開關230，并閉合接收機RC1及RC2內(nèi)的開關250。通過與晶振15的連接，發(fā)射機11能夠激勵發(fā)射天線T2，從而向周邊地層9發(fā)射2MHz的電磁波。由晶振15輸出的2MHz信號經(jīng)過相位探測器PD2到達ADC 30，進而ADC30提供輸出到處理器40。由發(fā)射天線T2發(fā)射的穿過地層9傳播的電磁波將被接收天線R1及R2探測。由接收天線R1及R2探測到的信號會被分別傳輸?shù)浇邮諜CRC1及RC2中。接收機RC1及RC2按照上文所述的方法對接收到的信號進行處理，其具體步驟包括首先利用放大器21對信號進行放大，再由2MHz帶通濾波器25對其進行濾波(此時，400KHz帶通濾波器230已斷開)。接收機RC1及RC2輸出的信號由ADC 30采樣并被轉換為數(shù)字信號，輸出此數(shù)字信號到處理器40用于存儲。
處理器40接著完成下列計算(1)由接收天線R1探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz電磁波信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。{例如，(ΦT1400KHz-ΦR1400KHz)-(ΦT2400KHz-ΦR1400KHz)＝ΦT1400KHz-ΦT2400KHz}(2)由接收天線R2探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz電磁波信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。{例如，(ΦT1400KHz-ΦR2400KHz)-(ΦT2400KHz-ΦR2400KHz)＝ΦT1400KHz-ΦT2400KHz}(3)由接收天線R1探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz電磁波信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。{例如，(ΦT12MHz-ΦR12MHz)-(ΦT22MHz-ΦR12MHz)＝ΦT12MHz-ΦT22MHz}(4)由接收天線R2探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz電磁波信號之間的相位偏移或者幅度比例。{例如，(ΦT12MHz-ΦR22MHz)-(ΦT22MHz-ΦR22MHz)＝ΦT12MHz-ΦT22MHz}。通過這些相位偏移以及/或者幅度比例的計算，處理器40通過一定的方法得到地層電阻率的補償測量值。例如，通過查詢一個將相位偏移值及幅度比例值同地層電阻率聯(lián)系起來的表，就能夠確定相應的補償值。這也就是說，相位偏移以及/或者幅度比例的測量可以通過一種變換與地層的電阻率相聯(lián)系。這一轉換過程通常(但是不是必須的)在地面進行。通過在兩個不同的頻率進行測量(例如，400KHz及2MHz)，可在地層中進行兩種不同半徑深度的測量。除了電阻率之外的其它的地層屬性也可根據(jù)相位偏移以及/或者幅度比例的測量值來確定，例如，包括液體及氣體在內(nèi)的地層的介電常數(shù)。
本領域的技術人員應理解，圖3描述的實施例可根據(jù)本發(fā)明進行各種類型改變。例如，開關S1及S2可由處理器40控制，從而實現(xiàn)先由發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz的電磁波，再由發(fā)射天線T2(而不是前面所述的T1)發(fā)射頻率同樣為400KHz的電磁波信號。在第一次及第二次發(fā)射期間，分別處在接收機RC1及RC2內(nèi)的開關230處在閉合狀態(tài)，分別處在接收機RC1及RC2內(nèi)部的開關250處在斷開狀態(tài)。從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz信號由接收天線R1及R2探測，并分別由接收機RC1及RC2進行處理，再由ADC 30完成數(shù)字轉換并提供給處理器40用于存儲。同樣，在第二發(fā)射階段，從發(fā)射天線T2發(fā)射的400KHz信號由接收天線R1及R2完成探測，并由接收機RC1及RC2進行處理。從接收機RC1及RC2輸出的信號由ADC 30完成數(shù)字轉換并提供給處理器40用于存儲。然后處理器40計算由接收天線R1探測到的兩個400KHz電磁波(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)之間的相位偏移以及/或者幅度比例，此外，處理器還需要計算由接收天線R2探測到的兩個400KHz電磁波(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)之間的相位偏移以及/或者幅度比例。處理器接著根據(jù)所計算的幅度以及/或者相位偏移的測量值在一個勘測半徑深度上及發(fā)射天線T1及T2之間的一個測量點上計算地層電阻率的補償測量值。
在發(fā)射天線T1及T2連續(xù)發(fā)射兩個400KHz的電磁波后，這兩個電磁波由兩個接收天線R1及R2探測并進行處理，隨后，發(fā)射天線T1及T2連續(xù)發(fā)射兩個2MHz的電磁波，這兩個電磁波由兩個接收天線R1及R2探測。在發(fā)射了400KHz的信號之后通過從發(fā)射天線T1及T2發(fā)射2MHz的電磁波，使得處理器40能夠對地層中另一個勘測半徑深度上的電阻率測量值進行判定。
可以先從發(fā)射天線T1發(fā)射具有2MHz頻率的電磁波，再從發(fā)射天線T2發(fā)射具有2MHz頻率的電磁波，而不是先從發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz電磁波再從發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz電磁波。這可以通過如下操作實現(xiàn)將發(fā)射機11首先連接到晶振15上而不是晶振13上，閉合接收機RC1及RC2內(nèi)連接到2MHz帶通濾波器25上的開關，并斷開接收機RC1及RC2內(nèi)連接到400KHz帶通濾波器23上的開關。
在下面所有的實施例中，其附圖標記與前面實施例內(nèi)的相同的部分將保持一致。只有與前面實施例不同之處才會詳細說明。
現(xiàn)在參照圖4，另一個符合本發(fā)明的測井設備實施例包含一個能夠發(fā)送和接收電磁波的雙頻率設計。尤其需要指出的是，發(fā)射機11連接到一個加法器上(這是發(fā)射機11自身的一個可選部分)，該加法器接收來自晶振13及15的輸入，以使發(fā)射機11能夠激勵發(fā)射天線T1或T2，從而使其發(fā)射的電磁波同時包括多個頻率分量(例如，400KHz及2MHz分量)。通過從單個天線同時發(fā)射具有多個頻率的電磁波，就可以減少對兩個不同勘測半徑深度進行測量所需的時間。
在圖4的實施例中，接收機RC1及RC2都包含放大器21，帶通濾波器23及25，混合器27a、27b，帶通濾波器29a、29b及放大器22a、22b。因為穿過地層9傳播并由接收天線R1及R2探測到的電磁波包含兩個頻率分量(例如，由晶振13發(fā)出的400KHz信號，由晶振15發(fā)出的2MHz信號)，所以接收信號經(jīng)由放大器21進行前置放大后，還需要通過帶通濾波器23及25，在接收機RC1及RC2處進行處理。帶通濾波器23及25的頻率對應于晶振13及15的頻率。輸入混合器27a的參考信號具有2MHz±20KHz的頻率(即1980MHz或2020MHz)，輸入混合器27b的參考信號具有400KHz±20KHz的頻率(即380KHz或420KHz)。
晶振13向相位探測器PD1提供400KHz信號，晶振15向相位探測器PD2提供2MHz信號。正如圖3中的實施例那樣(所有的實施例將在下文描述)，每一相位探測器PD1、PD2都包含混合器51、帶通濾波器53及放大器55的串接。每一相位探測器PD1、PD2的輸出都傳遞給ADC 30，ADC 30會將相應的輸出信號傳遞給處理器40。相位探測器PD1內(nèi)的混合器51接收來自晶振13的400KHz信號以及頻率為400KHz±20KHz的參考信號，參考信號也被輸入到接收機RC1及RC2內(nèi)部的混合器27b中。相位探測器PD2內(nèi)的混合器51接收來自晶振15的2MHz信號以及頻率為400KHz±20KHz的參考信號，參考信號也被輸入到接收機RC1及RC2內(nèi)部的混合器27a中。從相位探測器PD1輸出的信號使得處理器40能夠計算由接收天線R1探測到的兩個400KHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)，以及計算由接收天線R2探測到的兩個400KHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)。從相位探測器PD2輸出的信號使得處理器40能夠計算由接收天線R1探測到的兩個2MHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)，以及計算由接收天線R2探測到的兩個2MHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例(一個來自發(fā)射天線T1，另一個來自發(fā)射天線T2)。例如，由接收天線R1探測到的分別來自發(fā)射天線T1及T2的400KHz電磁波之間的相位偏移值可由下面(1)項和(2)項相減得到(1)當晶振13與發(fā)射天線T1連接時，由晶振13輸出400KHz的信號由相位探測器PD1進行處理，處理后的信號與由發(fā)射天線T1發(fā)射并被接收天線R1探測到的電磁波之間存在相位差，其值為(ΦT1400KHz-ΦR1400KHz)，(2)當晶振13與發(fā)射天線T2連接時，由晶振13輸出的信號由相位探測器PD1進行處理，處理后的信號與由發(fā)射天線T2發(fā)射并被接收天線R1探測到的電磁波之間存在相位差，其值為(ΦT2400KHz-ΦR1400KHz)。這也就是說，處理器40能夠計算由發(fā)射天線T1以及由發(fā)射天線T2發(fā)射的的兩個400KHz電磁波之間的相位偏移，其表達式為(ΦT1400KHz-ΦR1400KHz)-(ΦT2400KHz-ΦR1400KHz)。
在工作中，處理器40控制開關S1，使得發(fā)射機11連接到發(fā)射天線T1。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1以同時發(fā)射具有多個頻率分量的電磁波。例如，由發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波具有400KHz頻率分量(晶振13的結果)及2MHz頻率分量(晶振15的結果)。來自晶振13的400KHz信號及來自晶振15的2MHz信號分別通過相位探測器PD1及PD2，并傳遞到ADC 30，ADC 30將這些信號分別傳遞給處理器40。由天線T1發(fā)射的穿過地層9傳播的電磁波，分別由天線R1及R2探測。接收天線R1及R2分別將探測到的信號提供給接收機RC1及RC2以進行處理。尤其需要指出的是，所有由接收機RC1及RC2探測到的波形都需要進行處理，以使那些與所發(fā)射信號內(nèi)的各種頻率分量(例如，2MHz及400KHz頻率分量)相關的數(shù)據(jù)能夠分離并單獨地處理。從接收機RC1、RC2輸出的信號傳遞給ADC 30以轉換為數(shù)字形式。尤其需要指出的是，接收機RC1、RC2向處理器40提供兩種輸出信號，一種用以反映接收信號內(nèi)2MHz頻率分量的處理情況，另一種用以反映接收信號內(nèi)400KHz頻率分量的處理情況。數(shù)字信號由ADC 30向處理器40提供用于存儲。
處理器40接著控制開關S1以使發(fā)射機11連接到發(fā)射天線T2上(而不是發(fā)射天線T1)。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T2以發(fā)射具有多個頻率的電磁波。例如，就像先前由發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波那樣，由發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波包含400KHz及2MHz的頻率分量。分別由晶振13及15發(fā)出的400KHz信號及2MHz信號將分別通過相位探測器PD1及PD2，并到達ADC 30，ADC 30會將這些信號輸出到處理器40。由發(fā)射天線T2發(fā)射的穿過地層9傳播的電磁波由接收天線R1及R2接收。由接收天線R1及R2探測到的由發(fā)射天線T2發(fā)射的信號會被分別傳遞到接收機RC1及RC2進行處理，其處理方式同先前針對來自發(fā)射天線T1的接收信號的處理方式相同。信號會接著由接收機RC1及RC2輸出，并被傳遞到ADC 30用于采樣及數(shù)字轉換，ADC 30會將經(jīng)過處理的信號輸出至處理器40。
處理器40計算(1)兩個來自發(fā)射天線T1及T2由接收天線R1探測到的400KHz電磁波分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(2)兩個來自發(fā)射天線T1及T2由接收天線R2探測到的400KHz電磁波分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(3)兩個來自發(fā)射天線T1及T2并由接收天線R1探測到的2MHz電磁波分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(4)兩個來自發(fā)射天線T1及T2并由接收天線R2探測到的2MHz電磁波分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例。通過對這些相位偏移值以及/或者幅度比例的計算，處理器40能夠確定針對位于發(fā)射天線T1及T2之間的測量點上地層的兩個不同勘測半徑深度上的地層電阻率的補償測量值。在此實施例及其它將在下文說明的有關本發(fā)明的實施例內(nèi)，處理器40也可計算包括液體及氣體在內(nèi)的地層的介電常數(shù)。
通過在一個給定時刻，從相同的發(fā)射天線同時發(fā)射多個頻率，可以進一步減少用于每個測量循環(huán)的測量時間。只需要進行兩次發(fā)射(一次來自發(fā)射天線T1，另一次來自發(fā)射天線T2)就能夠獲得用于計算位于不同勘測半徑深度上地層電阻率補償測量值所需的數(shù)據(jù)。與此相反，圖3中所說明的實施例需要進行四次電磁波發(fā)射(兩次來自發(fā)射天線T1，兩次來自發(fā)射天線T2)才能夠確定同樣的數(shù)據(jù)量。
現(xiàn)在參照圖5，符合本發(fā)明的另一個測井設備的實施例包括一種雙發(fā)射機的設計，該設計即從兩個不同的發(fā)射天線同時發(fā)送各自的電磁波。一個發(fā)射天線以較高的頻率(例如，2MHz)發(fā)射電磁波，而另一個發(fā)射天線則以較低的頻率(例如，400KHz)同時發(fā)射另一個電磁波。
圖5中的實施例包含兩個發(fā)射機11a、11b，而不再使用圖3及圖4中的實施例采用的發(fā)射機11。發(fā)射機11a及11b會通過開關S3交替地連接到晶振13或15。尤其需要指出的是，當發(fā)射機11a通過開關S3連接到晶振15上時，發(fā)射機11b會同時連接到晶振13上，這就如圖5描述的那樣。另一方面，如果發(fā)射機11a連接到晶振13上，發(fā)射機11b就連接到晶振15上。開關S3根據(jù)處理器40的指令進行工作。接收機RC1及RC2同圖4實施例中描述的接收機相同。
正如圖4中實施例描述的那樣，圖5的實施例包含相位探測器PD1及PD2，它們分別接收來自晶振13的400KHz信號及來自晶振15的2MHz信號。相位探測器PD1內(nèi)的混合器51接收來自晶振13的400KHz信號以及同時也輸入到位于接收機RC1及RC2內(nèi)部的混合器27b上的參考信號，相位探測器PD2內(nèi)的混合器51接收來自晶振15的2MHz信號以及同時也輸入到位于接收機RC1及RC2內(nèi)部的混合器27a上的參考信號。如前面所述，通過相位探測器PD1及PD2的輸出信號，處理器40可計算由接收天線R1探測到的來自發(fā)射天線T1及T2的兩個信號之間在特定頻率上的相位偏移以及/或者幅度比例，此外，處理器還能夠計算由接收天線R2探測到的來自發(fā)射天線T1及T2的兩個信號之間在特定頻率上的相位偏移以及/或者幅度比例。例如，處理器40可計算分別來自發(fā)射天線T1及T2并由接收天線R2探測的兩個2MHz電磁波之間的相位偏移，即通過計算(ΦT12MHz-ΦR22MHz)-(ΦT22MHz-ΦR22MHz)＝(ΦT12MHz-ΦT22MHz)確定，其中，(ΦT12MHz-ΦR22MHz)，表示當晶振15同發(fā)射天線T1連接時，由晶振15發(fā)出并經(jīng)過相位探測器PD2處理的信號與來自發(fā)射天線T1由接收天線R2探測到的電磁波之間的相位差，(ΦT22MHz-ΦR22MHz)表示當晶振15同發(fā)射天線T2連接時，由晶振15發(fā)出并經(jīng)過相位探測器PD2處理的信號與來自發(fā)射天線T2由接收天線R2探測到的電磁波之間的相位差。
在運行過程中，開關S3會將一個發(fā)射機11a連接到晶振15，而將另一個發(fā)射機11b連接到晶振13。通過與晶振15相連，發(fā)射機11a使得發(fā)射天線T1能夠發(fā)射具有2MHz頻率的電磁波，該電磁波可被接收天線R1及R2探測到。同時，通過與晶振13相連，發(fā)射機11b使得發(fā)射天線T2能夠發(fā)射具有400KHz頻率的電磁波，該電磁波可被接收天線R1及R2探測到。分別來自晶振13及15的一個400KHz信號及一個2MHz信號將分別通過相位探測器PD1及PD2，并傳遞到ADC 30，ADC 30將把這些信號輸出到處理器40。
這樣，接收天線R1就能夠同時接收穿過地層9傳播且分別來自發(fā)射天線T1及T2的電磁波。接收天線R2也能夠同時接收穿過地層9傳播且分別來自發(fā)射天線T1及T2的電磁波。由接收天線R1接收到的電磁波由接收機RC1進行處理，該電磁波由兩種頻率分量組成，其中，2MHz頻率分量對應于發(fā)射天線T1，400KHz頻率分量對應于發(fā)射天線T2。同時，由接收天線R2接收到的電磁波由接收機RC2進行處理，該電磁波由兩種頻率分量組成，其中，2MHz頻率分量對應于發(fā)射天線T1，400KHz頻率分量對應于發(fā)射天線T2。從接收機RC1及RC2輸出的信號由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換。從ADC 30的輸出提供給處理器40，存儲數(shù)字數(shù)據(jù)。
然后開關S3由處理器40控制以實現(xiàn)發(fā)射機11a同晶振13連接、發(fā)射機11b同晶振15連接。發(fā)射機11a及11b分別激勵發(fā)射天線T1及R2，同時發(fā)射400KHz及2MHz的電磁波，該電磁波由接收天線R1及R2探測。分別由晶振13及15輸出的400KHz及2MHz信號將分別通過相位探測器PD1及PD2傳遞到ADC 30，ADC 30提供輸出到處理器40。接收天線R1接收穿過地層9傳播的電磁波，其中一個來自發(fā)射天線T1具有400KHz頻率，另一個來自發(fā)射天線T2具有2MHz頻率。相應的，接收天線R2也接收來自發(fā)射天線T1穿過地層9傳播的400KHz電磁波以及來自發(fā)射天線T2穿過地層9傳播的2MHz電磁波。由接收天線R1及R2接收到的信號將分別由接收機RC1及RC2處理。從接收機RC1及RC2輸出的信號將由ADC 30進行采樣及數(shù)字轉換。ADC 30將輸出的數(shù)字信號傳遞到處理器40進行存儲，這些數(shù)字信號代表接收機RC1及RC2輸出的信號。
處理器40計算(1)分別來自發(fā)射天線T1及T2且由接收天線R1探測到的兩個400KHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(2)分別來自發(fā)射天線T1及T2且由接收天線R2探測到的兩個400KHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(3)分別來自發(fā)射天線T1及T2且由接收天線R1探測到的兩個2MHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例，(4)分別來自發(fā)射天線T1及T2且由接收天線R2探測到的兩個2MHz電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例。根據(jù)這些相位偏移以及/或者幅度比例的計算，就可以計算針對位于發(fā)射天線T1及T2之間的一個測量點兩個不同勘測半徑深度上的地層電阻率補償測量值。
通過同時發(fā)射具有兩個不同頻率的電磁波信號，可進一步減少進行測量所需的時間。例如，圖3的實施例需要連續(xù)發(fā)射四次電磁波，而與此相比，圖5的實施例只需要大約一半的時間完成電磁波發(fā)射，這是因為發(fā)射天線T1及T2能夠同時進行電磁波信號的發(fā)射。
圖6描述了本發(fā)明的一個實施例，該實施例包含圖2B中的測井設備及其相關的接收機、發(fā)射機及信號處理電路。圖6中的實施例包含兩個發(fā)射天線T1、T2，它們被安裝在套管3上位于接收天線R1及R2之間的相應的縱向位置。此外，該設備包含第三接收天線R3及第四接收天線R4，其中R 3沿縱向置于發(fā)射天線T1、T2的上方，R4沿縱向置于發(fā)射天線T1、T2的下方。接收天線R1-R4分別連接到接收機RC1-RC4上，每一接收機與前文所述的圖3中的接收機相同。接收機RC1-RC4提供輸出到ADC 30。ADC 30對每個接收到的信號進行采樣及數(shù)字轉換，并將反映這一數(shù)據(jù)的信號輸出到處理器40。
圖6的實施例也包含相位探測器PD1及PD2，它們分別接收來自晶振13的400KHz信號及來自晶振15的2MHz信號。雖然相位探測器PD1、PD2應該像圖3中的實施例描述的那樣包含混合器51，帶通濾波器53及放大器55，但為了清晰起見，圖6忽略了這些細節(jié)。雖然圖6指出相位探測器PD1需要接收來自接收機RC3的參考信號，但是本領域的技術人員應理解，參考信號也可來自接收機RC1、RC2或RC4或者是獨立于任何一個接收機RC1-RC4所提供的參考信號以外的單獨源。類似地，雖然圖6指出相位探測器PD2需要接收來自接收機RC4的參考信號，但是本領域的技術人員應理解，參考信號也可來自接收機RC1，RC2或RC3或者是獨立于任何一個接收機RC1-RC4的源。
圖6中實施例的運行過程同圖3中實施例的運行過程相似。但是，由發(fā)射天線T1或發(fā)射天線T2發(fā)射穿過地層9的電磁波不但被接收天線R1及R2接收，而且也被接收天線R3及R4接收。例如，開關S1及S2可在處理器40的指令控制下將接收機11連接到發(fā)射天線T1及400KHz晶振13上。所有分別連接到接收機RC1-RC4內(nèi)部的400KHz帶通濾波器23上的開關230此時都處在閉合狀態(tài)，而所有分別連接到帶通濾波器25上的開關250此時都處在斷開狀態(tài)。由發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波穿過地層傳播，并由每一接收天線R1-R4接收。由接收天線R1-R4探測到的信號傳遞到接收機RC1-RC4進行處理，RC1-RC4提供的輸出由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換。ADC 30提供輸出到處理器40，處理器40將反映接收天線R1-R4接收信號的數(shù)字信息存儲起來。
開關S2接著轉換，以實現(xiàn)發(fā)射機11同2MHz晶振15連接，接收機RC1-RC4內(nèi)的開關230處在斷開狀態(tài)，接收機RC1-RC4內(nèi)的開關250處在閉合狀態(tài)。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1發(fā)射2MHz電磁波。這些2MHz信號穿過地層9傳播，并由每一接收天線R1-R4探測。由R1-R4探測到的信號將分別通過接收機RC1-RC4處理，ADC 30將對其進行采樣及數(shù)字轉換，并輸出由處理器40儲存。
然后開關S1及S2將被倒換以使發(fā)射機11連接到發(fā)射天線T2及400KHz晶振13上。接收機RC1-RC4內(nèi)的開關250將被斷開，接收機RC1-RC4內(nèi)的開關230將被閉合。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz電磁波穿過地層9。400KHz電磁波由接收機天線R1-R4探測。由接收天線R1-R4探測到的信號接著被輸出到接收機RC1-RC4，并由這些接收機對其進行處理，提供輸出到ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換。ADC 30再將反映這些由接收天線R1-R4探測到的信號的數(shù)字信息傳遞到處理器40。
在測量周期的最后一個階段，開關S2被倒換以使發(fā)射機11連接到2MHz晶振15上。接收機RC1-RC4內(nèi)的開關250閉合，接收機RC1-RC4內(nèi)的開關230斷開。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T2發(fā)射2MHz電磁波穿過地層9。這些2MHz電磁波由接收天線R1-R4探測。通過接收天線R1-R4探測到的信號被分別傳輸?shù)浇邮諜CRC1-RC4進行處理，并由ADC 30進行采樣及數(shù)字轉換，ADC 30提供輸出信號到處理器40，處理器40將這些反映每一接收天線R1-R4探測信號的數(shù)字信息存儲起來。
處理器40需要計算下列信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例(1)由接收天線R1探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz信號。(2)由接收天線R1探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz信號。(3)由接收天線R2探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz信號。(4)由接收天線R2探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz信號。(5)由接收天線R3探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz信號。(6)由接收天線R3探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz信號。(7)由接收天線R4探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個400KHz信號。(8)由接收天線R4探測到的分別由發(fā)射天線T1及T2發(fā)射的兩個2MHz信號。
通過將接收天線的數(shù)量從原有的兩個，即接收天線R1、R2(如圖3中的實施例所示)增加到四個，即接收天線R1-R4，圖6中的實施例能夠減少用于每個測量周期的測量時間。換而言之，圖6的實施例能夠在圖3的實施例所耗費的時間內(nèi)采集到兩倍的數(shù)據(jù)量。
現(xiàn)在參照圖7，根據(jù)本發(fā)明提出的另一個有關測井設備的實施例。該設備包含一對上端接收天線R1、R3，它們交替地連接到接收機RC1上，另一對下端接收天線R2、R4交替地連接到另一個接收機RC2上。正如圖6中的實施例所描述的那樣，圖7中的實施例包括發(fā)射機11，它通過開關S1交替地連接到發(fā)射天線T1或T2上，并通過開關S2交替地連接到晶振13或15上。
從發(fā)射天線T1和T2的電磁能量發(fā)射周期同圖6相類似。也就是說，開關S1及S2使得發(fā)射機11首先從發(fā)射天線T1發(fā)射一個400KHz電磁波，再從發(fā)射天線T1發(fā)射一個2MHz電磁波，接著從發(fā)射天線T2發(fā)射一個400KHz電磁波，最后從發(fā)射天線T2發(fā)射一個2MHz電磁波。但是，正如前面描述的那樣，開關S1及S2的工作過程由處理器40控制(圖7的實施例已進行了描述，但是為了清晰起見，圖7不再對其進行圖示)，這樣，這兩個開關就能夠交替地完成下列發(fā)射過程(1)從發(fā)射天線T1發(fā)射一個4 00KHz電磁波，(2)從發(fā)射天線T2發(fā)射一個400KHz電磁波，(3)從發(fā)射天線T1發(fā)射一個2MHz電磁波，最后(4)從發(fā)射天線T2發(fā)射一個2MHz電磁波。在完成前兩個步驟后(也就是說，在從發(fā)射天線T1及T2發(fā)射完400KHz信號后)，處理器就能夠計算由接收天線R1-R4接收到的信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。接著，處理器40就能夠根據(jù)這些相位偏移值及幅度比例確定地層的電阻率。作為進一步可選的方案，也可在發(fā)射天線T1及T2發(fā)射400KHz信號之前，對2MHz電磁波(由發(fā)射天線T1及T2連續(xù)發(fā)射)進行發(fā)射。
在發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz信號期間，開關S4將把兩個上端接收天線R1、R3其中之一連接到接收機RC1上，此外，開關S5將把兩個下端接收天線R2、R4其中之一連接到接收機RC2上。開關S4及S5在處理器40指令下進行工作。400KHz電磁波由發(fā)射天線T1發(fā)射，穿過地層9傳播，最后由連接到接收機RC1的兩個上端接收天線其中之一(例如，接收天線R1)探測。此外，該信號也被連接到接收機RC2的兩個下端接收天線其中之一(例如，接收天線R4)探測到。正如前面所述的那樣，分別連接在接收機RC1、RC2上的接收天線R1、R2探測到的信號將由接收機RC1、RC2進行處理，并由ADC30完成數(shù)字轉換，最后由處理器40完成存儲。
代表接收天線R1及R2探測信號的數(shù)字信息被存儲完畢后，開關S4將被倒換以實現(xiàn)接收機RC1同另一個上端接收天線(即接收天線R 3)的連接，開關S5也將被倒換以實現(xiàn)接收機RC2同另一個下端接收天線(即接收天線R4)的連接。由發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波將被接收天線R3及R4探測到，接著它們將分別由接收機RC1及RC2處理，然后由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，最后，由處理器40進行存儲。在接收機RC1、RC2，ADC 30及處理器40正在處理由接收天線R1、R2首先探測到的信號期間，從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波可以保持，或者選擇暫時關閉到期望接收天線R3及R4接收信號為止。
然后，開關S4和S5分別設定為選擇接收天線R1及R2，開關S1被設定為選擇發(fā)射天線T1。開關S2倒換以使得發(fā)射天線T1能夠發(fā)射2MHz電磁波到地層9中。該2MHz電磁波由上端接收天線R1及下端接收天線R2探測，其中R1、R2分別連接到接收機RC1及RC2上。接收信號接著由接收機RC1、RC2處理，再由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，最后，由處理器40完成存儲。然后開關S4及S5將被倒換，這樣，就能夠分別實現(xiàn)另一個上端接收天線R 3同接收機RC1連接、另一個下端接收天線R4同接收機RC2的連接。由發(fā)射天線T1發(fā)射的2MHz信號將被接收天線R3及R4探測到，接著由接收機RC1及RC2進行處理，再由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，最后，由處理器40完成存儲。
然后開關S1及S2將被設置以使得400KHz電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射。該400KHz電磁波穿過地層9傳播，并由接收天線R1、R2探測到，其中R1、R2分別通過開關S4及S5同接收機RC1及RC2相連。由接收天線R1及R2探測到的400KHz信號將由接收機RC1及RC2處理，然后由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，最后由處理器40存儲。開關S4及S5接著將被倒換以使得來自發(fā)射天線T2的400KHz電磁波信號能夠被接收天線R3及R4探測到。由接收天線R3及R4探測到的電磁波將接著被傳遞到接收機RC1、RC2進行處理，然后，由ADC 30完成采樣及數(shù)字轉換，最后，由處理器40進行存儲。
然后開關S1和S2受控使得發(fā)射機11從發(fā)射天線T2發(fā)射2MHz電磁波穿過地層9。2MHz的電磁波由接收天線R1及R2探測，R1和R2此刻分別通過開關S4和S5與接收機RC1和RC2相連接。通過接收天線R1和R2探測的2MHz信號由接收機RC1和RC2進行處理、由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40存儲。然后開關S4和S5跳轉以使接收天線R3和R4分別與接收機RC1和RC2相連接。進而從發(fā)送天線T2發(fā)射的2MHz電磁波由接收天線R3和R4進行探測、由接收機RC1、RC2分別進行處理、接著由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40存儲。
然后處理器40計算由每一接收天線R1-R4所接收的兩個發(fā)射頻率(400KHz和2MHz)的每一頻率電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例的測量值。這些計算需利用到如上所述的相位探測器PD1和PD2的輸出來確定。然后基于這些相位偏移以及/或者幅度比例的計算結果由處理器40能夠確定地層電阻率的補償測量值。
圖6中所說明的實施例與圖7中所說明的實施例之間的區(qū)別在于圖7的實施例中少了兩個接收機(也就是說，接收機RC3和RC4在圖7的實施例中未被利用)。圖7中的實施例因此能夠減少電子硬件的數(shù)量(即指接收機RC3和RC4的硬件)從而降低構造測井設備的成本。此外，由于從上端接收天線R1和R2的測量由相同的接收機RC1處理、從下端接收天線R3和R4的測量由相同的接收機RC2處理(而不像在圖6的實施例中那樣每一接收天線都有自己相關的接收機)，由于接收機之間的差異(即指，接收機RC1和RC3之間的差異以及接收機RC2和RC4之間的差異)所引起的誤差能夠減少，因此測量的穩(wěn)定性將會提高。
現(xiàn)參照圖8，依照本發(fā)明測井設備的實施例包括圖2B的天線結構(兩個上端接收天線R1和R3、兩個下端接收天線R2和R4、發(fā)射天線T1和T2縱向置于上端一對接收天線R1和R3以及下端一對接收天線R2和R4之間)。與圖4的實施例相似，圖8的實施例包括雙頻的設計。
在工作過程中，開關S1受處理器40控制首先連接發(fā)射天線T1到發(fā)射機11。同時具有多個頻率分量的電磁波(例如，400KHz分量和2MHz分量)穿過地層9傳播。每一接收天線R1-R4在其相應位置上探測從發(fā)射天線T1所發(fā)射的電磁波。由接收天線R1-R4每個探測到的信號分別提供到接收機RC1-RC4并由接收機RC1-RC4進行處理。每一接收機RC1-RC4提供兩種輸出到ADC 30并由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理。其中輸出之一反映由接收天線R1-R4的每一個所接收信號的400KHz分量的接收機RC1-RC4的每一個的處理，從接收機RC1-RC4的每一個輸出的另一信號反映由接收天線R1-R4分別所接收信號的2MHz分量的處理。所有經(jīng)數(shù)字轉換的數(shù)據(jù)由處理器40儲存。相位探測器PD1和PD2分別提供400KHz和2MHz信號到ADC 30，在ADC 30中如前所述依次輸出信號到處理器40。
然后開關S1跳轉以使發(fā)射天線T2與發(fā)射機11相連接。發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T2使其發(fā)射同時具有多個頻率分量的電磁波信號。從發(fā)射天線T2所發(fā)射的電磁波信號的頻率分量(例如，400KHz以及2MHz分量)與先前通過發(fā)射天線T1所發(fā)射的電磁波信號的頻率分量相同。
從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由每一接收天線R1-R4探測。由接收天線R1-R4探測的信號分別由接收機RC1-RC4進行處理，即該處理過程與先前從發(fā)射天線T1發(fā)射所探測的信號以相同的方式進行處理。從接收機RC1-RC4的輸出由ADC 30接收并進行數(shù)字轉換的處理，進而依次提供輸出到處理器40進行存儲。
處理器40計算由接收天線R1-R4所接收的400KHz信號分量之間以及每一接收天線R1-R4所接收的每一2MHz信號分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例。基于相位偏移以及/或者幅度比例的測量結果地層的電阻率即可由處理器40確定。通過將兩個頻率分量(400KHz和2MHz)合為一個信號，兩個頻率分量可以實現(xiàn)同時發(fā)射和同時測量，因此可以降低測量時間。
現(xiàn)在參照圖9的實施例，依照本發(fā)明提出的測井設備包括雙頻的設計以及如圖2B所述的天線結構(也就是說，兩個發(fā)射天線T1、T2縱向置于上端兩個接收天線R1、R3以及下端兩個接收天線R2、R4之間)。測井設備還包括開關S4交替連接上端兩個接收天線R1、R3之一到接收機RC1，以及開關S5交替連接下端兩個接收天線R2、R4之一到接收機RC2。
在工作過程中，在處理器40的控制下，開關S1將發(fā)射機11連接到發(fā)射天線T1或T2其中之一、開關S4將接收機RC1連接到上端接收天線R1、R3其中之一，開關S5將接收機RC2連接到下端接收天線R2、R4其中之一。例如，發(fā)射機11激勵發(fā)射天線T1發(fā)射同時包含兩種頻率分量400KHz和2MHz的電磁波。但是，本領域的技術人員應理解，這里所指的頻率分量可以為預先設定的其他兩個具有不同頻率值的頻率分量。從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由與接收機RC1相連的兩個接收天線其中之一(例如，接收天線R1)探測，并且由與接收機RC2相連的兩個下端接收天線其中之一(例如，接收天線R2)探測。探測到的信號由接收機RC1和RC2進行處理、由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40存儲。ADC 30還將分別與400KHz晶振13和2MHz晶振15相連接的相位探測器PD1和PD2的輸出作為數(shù)字數(shù)據(jù)提供給處理器40進行存儲。
然后開關S4跳轉以使上端接收天線中的另一個(接收天線R3)與接收機RC1相連接，開關S5跳轉以使下端接收天線的另一個(接收天線R4)與接收機RC2相連接。從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由與接收機RC1和RC2分別相連接的接收天線R3、R4探測。探測到的信號由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40儲存。
然后開關S1、S4以及S5進行跳轉，使得發(fā)射天線T2發(fā)射具有2MHz和400KHz頻率分量的電磁波(也就是指，與先前發(fā)射天線T1所發(fā)射的信號具有相同的頻率分量)。從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波穿過地層9傳播，并由與接收機RC1相連接的上端兩個接收天線其中之一(例如，接收天線R1)探測，并且由與接收機RC2相連接的下端兩個接收天線其中之一(例如，接收天線R2)進行探測。由接收天線R1和R2探測到的信號分別由接收機RC1和RC2進行處理、接著通過ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40儲存。然后開關S4和S5跳轉使得接收天線R3和R4分別與接收機RC1和RC2相連接。進而從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由接收天線R3和R4探測并由接收機RC1和RC2進行處理。接收機RC1和RC2的輸出由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40儲存。
然后處理器40計算每一接收天線R1-R4所接收的信號400KHz分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例、以及每一接收天線R1-R4所接收信號的2MHz頻率分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例，進而處理器40基于相位偏移以及/或者幅度比例測量結果計算地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖10，說明依照本發(fā)明的測井設備實施例包括雙發(fā)射機的設計，即發(fā)射天線T1和T2分別與發(fā)射機11a以及11b相連接。發(fā)射天線T1和T2縱向置于上端接收天線R1、R3以及下端接收天線R2、R4之間。在處理器40的控制下，開關S3將發(fā)射機11a與晶振13、15其中之一相連接，而發(fā)射機11b則與晶振15、13的另一個相連接。電磁波以不同的頻率(例如，400KHz和2MHz)從發(fā)射天線T1和T2同時發(fā)射。晶振13和15提供信號到相位探測器PD1、PD2及ADC 30，以便在處理器40中儲存。
在工作過程中，發(fā)射天線T1發(fā)射2MHz電磁波穿過地層9，同時發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz電磁波穿過地層9。400KHz和2MHz組合的電磁波由每一接收天線R1-R4探測。探測到的信號提供給接收機RC1-RC4進行處理。每一接收機RC1-RC4提供兩個輸出，一個輸出為反映由每一接收天線R1-R4所接收的400KHz信號的處理，另一個輸出為反映由每一接收天線R1-R4所接收的2MHz電磁信號的處理。由接收機RC1-RC4輸出的信號輸出到ADC 30，ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理后通過處理器40用于發(fā)送和存儲。
然后，在處理器40的控制下開關S3跳轉以使發(fā)射機11a激勵發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz的電磁波，發(fā)射機11b激勵發(fā)射天線T2發(fā)射2MHz電磁波。從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波和從發(fā)射天線T2發(fā)射的2MHz電磁波的合成信號由每一接收天線R1-R4探測。然后由接收天線R1-R4探測到的信號提供給接收機RC1-RC4并分別進行處理。每一接收機RC1-RC4提供了兩種輸出到ADC 30，ADC 30對所接收的信號進行采樣和數(shù)字轉換的處理，并依次提供數(shù)據(jù)到處理器40儲存。
然后處理器40計算下列信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例(1)由接收天線R1探測的兩個400KHz的信號；(2)由接收天線R1探測的兩個2MHz的信號；(3)由接收天線R2探測的兩個400KHz的信號；(4)由接收天線R2探測的兩個2MHz的信號；(5)由接收天線R3探測的兩個400KHz的信號；(6)由接收天線R3探測的兩個2MHz的信號；(7)由接收天線R4探測的兩個400KHz的信號；以及(8)由接收天線R4探測的兩個2MHz的信號。進而處理器40針對位于發(fā)射天線T1和T2之間的測量點上至少兩個不同的勘測半徑深度上計算地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖11，依照本發(fā)明的一個實施例的測井設備包括雙發(fā)射機裝配以及交替連接信號接收機RC1與上端兩個接收天線R1和R3其中之一的開關和交替連接信號接收機RC2與下端兩個接收天線R2和R4之一的開關。從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射的電磁波與圖10中所述的實施例相似。
在工作的過程中，發(fā)射天線T1發(fā)射一個2MHz的電磁波與此同時發(fā)射天線T2發(fā)射一個400KHz的電磁波。一個上端接收天線R1和一個下端接收天線R2通過開關S4和S5分別與接收機RC1和RC2相連接，以便有效接收和處理400KHz和2MHz信號。此后這些信號由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并提供給處理器40儲存。然后開關S4和S5跳轉使得接收天線R3和R4分別與接收機RC1和RC2相連接。進而從發(fā)射天線T2發(fā)射的400KHz電磁波與從發(fā)射天線T1發(fā)射的2MHz電磁波的合成信號由接收天線R3和R4探測，并由接收機RC1和RC2處理。接收機RC1、RC2的輸出提供給ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理并由處理器40儲存。
然后開關S3、S4以及S5跳轉，因此發(fā)射機T1發(fā)射一個400KHz的電磁波、發(fā)射機T2發(fā)射一個2MHz的電磁波。400KHz的信號和2MHz的信號由接收天線R1和R2探測、由接收機RC1和RC2進行處理、由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換并由處理器40儲存。繼而開關S4和S5跳轉使得接收天線R3和R4分別與接收機RC1和RC2相連接。從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波與從發(fā)射天線T2發(fā)射的2MHz電磁波的合成信號由接收天線R3和R4探測、分別由接收機RC1和RC2處理。從接收機RC1和RC2的輸出由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換并由處理器40儲存。
處理器40與上面圖10所述的實施例中以相類似的方法計算在每一接收天線R1-R4所接收的兩個400KHz信號之間以及在每一接收天線R1-R4所接收的兩個2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例?；谙辔黄埔约?或者幅度比例的計算結果處理器40計算出地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖12，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括如圖2C所述的天線結構(即一對發(fā)射天線T1和T2分別縱向置于上端三個接收天線R1、R3、R5和下端三個接收天線R2、R4、R6之間)。本領域的技術人員應理解，另外額外的接收天線可以置于發(fā)射天線T1和T2的上面或下面。
從發(fā)射機T1或者發(fā)射機T2發(fā)射的電磁波與上面圖3所述的實施例相同。也就是說，400KHz電磁波從發(fā)射天線T1發(fā)射，2MHz電磁波從發(fā)射天線T1發(fā)射，400KHz電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射，2MHz電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射。這四次發(fā)射(從發(fā)射天線T1的兩次發(fā)射，從發(fā)射天線T2的兩次發(fā)射)能夠在處理器40的控制下通過開關S1和S2實現(xiàn)。
通過發(fā)射天線T1和T2發(fā)射的電磁波由接收天線R1-R6探測。通過接收從發(fā)射天線T1和T2所發(fā)射的電磁信號，能夠在很短的時間內(nèi)獲得關于地層在不同的勘測半徑深度上的相關數(shù)據(jù)(也就是說，利用了從發(fā)射天線T1和T2相對較少的發(fā)射次數(shù))。由接收天線R1-R6探測到的每一個信號分別由接收機RC1-RC6以類似于如上所述的圖3的方式進行處理。ADC 30接收從接收機RC1-RC6的輸出并對這些信號進行采樣和數(shù)字轉換的處理，并提供表示這些信號的輸出到處理器40儲存。當400KHz電磁波從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射并由每一接收天線R1-R6接收并且2MHz電磁波從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射并由每一接收天線R1-R6接收，由接收機RC1-RC6、ADC 30以及處理器40進行相應的數(shù)據(jù)處理和存儲之后，處理器40計算下列信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例(1)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R1探測的兩個400KHz的電磁波信號；(2)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R1探測的兩個2MHz的電磁波信號；(3)從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R2探測的兩個400KHz的電磁波信號；(4)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R2探測的兩個2MHz的電磁波信號；(5)從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R3探測的兩個400KHz的電磁波信號；(6)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R3探測的兩個2MHz的電磁波信號；(7)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R4探測的兩個400KHz的電磁波信號；(8)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R4探測的兩個2MHz的電磁波信號；(9)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R5探測的兩個400KHz的電磁波信號；(10)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R5探測的兩個2MHz的電磁波信號；(11)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R6探測的兩個400KHz的電磁波信號；以及(12)分別從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射由接收天線R6探測的兩個2MHz的電磁波信號。進而在發(fā)射天線T1和T2之間地層的測量點上地層的電阻率由處理器40計算得出。如上所述，通過增加接收天線的數(shù)量，發(fā)射機所必須的工作時間數(shù)量能夠降低因此縮短了測量周期。
現(xiàn)在參照圖13，依照本發(fā)明測井設備的一個實施例包括兩個發(fā)射天線T1和T2，分別在上端三個接收天線R1、R3和R5以及下端三個接收天線R2、R4和R6之間具有各自的縱向位置。從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射的電磁信號實質上與圖3所述的相關實施例相同。也就是說，400KHz的電磁波先從發(fā)射天線T1發(fā)射，2MHz的電磁波從發(fā)射天線T1發(fā)射，400KHz的電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射，最后2MHz的電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射。當發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz的電磁波時，在特定時刻上端三個接收天線其中之一(例如，接收天線R1)和下端三個接收天線其中之一(例如，接收天線R2)分別與接收機RC1和RC2相連接。繼而探測到的信號由接收機RC1、RC2處理、由ADC 30進行數(shù)字轉換并由處理器40儲存。然后開關S4將接收機RC1與上端接收天線的另一個相連接(例如與接收天線R3)，開關S5將接收機RC2與下端接收天線的另一個相連接(例如與接收天線R4)。進而從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波由分別與接收機RC1和RC2相連接的上端接收天線和下端接收天線R3和R4探測，進行處理、轉換并由處理器40儲存。
開關S4跳轉將剩余的上端接收天線(例如，接收天線R5)與接收機RC1相連接，開關S5跳轉將剩余的下端接收天線(例如，接收天線R6)與接收機RC2相連接。進而從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz電磁波由上端接收天線和下端接收天線R5和R6探測，R5和R6分別與接收機RC1和RC2相連接。從接收機RC1和RC2輸出的信號由ADC 30進行采樣和數(shù)字轉換處理，并由處理器40儲存。
開關S4將每一接收天線R1、R3和R5(一次一個)與接收機RC1相連接，開關S5將每一接收天線R2、R4和R6(一次一個)與接收機RC2相連接，上述的操作將重復進行用于每兩個剩余數(shù)據(jù)的獲取階段((1)從發(fā)射天線T1發(fā)射2MHz的電磁波，(2)從發(fā)射天線T2發(fā)射2MHz的電磁波)。對所有收集的數(shù)據(jù)進行收集和存儲后，處理器40能夠計算每一接收天線R1-R6所接收的400KHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及每一接收天線R1-R6所接收的2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。進而基于相位偏移以及/或者幅度比例的測量結果計算發(fā)射天線T1和T2之間的測量點上地層電阻率的補償測量值。
本領域的技術人員應明白當下端接收天線R2、R4或R6與接收機RC2、RC4或RC6相連接時，上端接收天線R1、R3或R5中的任何一個可以與接收機RC1同時相連接。例如，接收天線R1和R6分別同時與接收機RC1和RC2相連接接收電磁波。
現(xiàn)在參照圖14，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括以雙頻方式運行的一對發(fā)射天線T1和T2，它們置于上端三個接收天線R1、R3、R5和下端三個接收天線R2、R4和R6之間。從發(fā)射天線T1和T2發(fā)射的電磁波與圖4所說明的相關實施例相同。也就是說，發(fā)射天線T1發(fā)射具有兩個頻率分量(例如，400KHz和2MHz)的電磁波。發(fā)射天線T2接著發(fā)射具有相同頻率分量的電磁波。
從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由每一接收天線R1-R6探測并分別通過接收機RC1-RC6進行處理，由ADC 30數(shù)字轉換，并由如上所述的處理器40儲存。從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由每一接收天線R1-R6探測并分別通過接收機RC1-RC6進行處理，由ADC 30數(shù)字轉換，并由處理器40儲存。
進而，處理器40能夠計算由每一接收天線R1-R6探測的兩個400KHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由每一接收天線R1-R6探測的兩個2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。然后在上端接收天線和下端接收天線之間以及發(fā)射天線T1和T2之間地層的測量點上計算地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖15，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括在圖2C中示意的天線結構。也就是指，測井設備包含一對發(fā)射天線T1、T2，在上端接收天線R1、R3、R5和下端接收天線R2、R4、R6之間具有各自的縱向位置。從發(fā)射天線T1和T2所發(fā)射的電磁能量與圖4中所述的實施例相似。也就是說，從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波至少包括兩個頻率分量(例如，400KHz和2MHz頻率)，進而從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波包括同樣的頻率分量。
從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由上端三個接收天線之一(例如，接收天線R1)以及下端三個接收天線之一(例如，接收天線R2)探測。經(jīng)探測的信號與圖4中所說明的實施例以相類似的方式進行處理。由接收天線R1和R2探測的信號處理完成后，接著開關S4和S5分別將接收機RC1和RC2與上端接收天線的另一個(例如，接收天線R3)以及下端接收天線的另一個(例如，接收天線R4)相連接。從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由接收天線R3和R4探測并由接收機RC1和RC2進行處理，由ADC 30進行數(shù)字轉換，并由處理器40儲存。
開關S4和S5再一次跳轉使接收機RC1和RC2與剩余的上端接收天線(接收天線R5)和剩余的下端接收天線(接收天線R6)相連接。源于發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波由接收天線R5和R6探測的信號以如上所述的方式由接收機RC1和RC2、ADC 30以及處理器40進行處理、數(shù)字轉換和儲存。
上面所述的關于從發(fā)射天線T1發(fā)射的電磁波的處理步驟可以重復利用到對于來自發(fā)射天線T2的電磁波的處理過程中。也就是說，從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由上端接收天線之一(例如，接收天線R1)和下端接收天線之一(例如，接收天線R2)探測，然后由接收機RC1和RC2進行處理，由ADC 30數(shù)字轉換，并由處理器40儲存。接著開關S4和S5跳轉使得上端接收天線的另一個(例如，接收天線R3)和下端接收天線的另一個(例如，接收天線R4)分別與接收機RC1和RC2相連接。從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由接收天線R3、R4探測，由接收機RC1、RC2、ADC 30以及處理器40進行處理、轉換和儲存。開關S4和S5再一次跳轉使得剩余的上端接收天線和剩余的下端接收天線R5、R6分別與接收機RC1和RC2相連接。從發(fā)射天線T2發(fā)射的電磁波由接收天線R5、R6探測，然后由接收機RC1和RC2、ADC 30以及處理器40進行處理、數(shù)字轉換以及存儲。
處理器40計算由每一接收天線R1-R6接收的兩個400KHz信號分量的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由每一接收天線R1-R6接收的兩個2MHz信號分量的相位偏移以及/或者幅度比例。然后處理器40計算位于發(fā)射天線T1、T2之間的測量點兩個或更多勘測半徑深度上地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖16，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括圖2C示意的天線結構，并且包含從兩個不同的發(fā)射天線T1、T2同時發(fā)射電磁波的雙發(fā)射機的設計。從發(fā)射機T1、T2發(fā)射的電磁能量與在圖5中說明的相關實施例相同。也就是說，發(fā)射天線T1和T2同時發(fā)射具有不同頻率的電磁波信號。接收機RC1-RC6與圖4-5中所說明的相關實施例中的相同。
在工作過程中，從發(fā)射天線T2發(fā)射的400KHz的電磁波以及從發(fā)射天線T1同時發(fā)射的2MHz電磁波穿過地層9傳播后由每一接收天線R1-R6探測，經(jīng)接收天線R1-R6探測的信號分別由接收機RC1-RC6進行處理，由ADC 30進行數(shù)字轉換，并由處理器40存儲。在處理器40的控制下，開關S3跳轉后，從發(fā)射天線T1發(fā)射的400KHz的電磁波以及從發(fā)射天線T2發(fā)射的2MHz電磁波穿過地層9傳播后由每一接收天線R1-R6探測，經(jīng)接收天線R1-R6探測的信號分別由接收機RC1-RC6進行處理，由ADC 30進行數(shù)字轉換，并由處理器40存儲。然后處理器40計算由每一接收天線R1-R6接收的兩個400KHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及由每一接收天線R1-R6接收的兩個2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。然后處理器40基于相位偏移以及/或者幅度比例的計算結果計算在發(fā)射天線T1、T2之間的測量點兩個或更多的勘測半徑深度上的地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖17，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括在圖2C中示意的天線結構并實現(xiàn)了雙發(fā)射機及與多個接收天線其中之一交替相連接的雙接收機的設計(例如，RC1可選的與R1、R3或R5相連接而RC2可選的與R2、R4或R6相連接)。從發(fā)射天線發(fā)射的電磁能量與圖5中所說明的相關實施例相類似。
在工作過程中，從發(fā)射天線T2發(fā)射的400KHz電磁波和從發(fā)射天線T1發(fā)射的2MHz電磁波首先由上端三個接收天線之一(例如接收天線R1)及下端三個接收天線之一(例如接收天線R2)探測到，所述上端接收天線通過開關S4與接收機R1相連接，所述下端接收天線通過開關S5與接收機RC2相連接。由接收天線R1、R2探測的信號如前面所述進行處理、數(shù)字轉換以及存儲。開關S4和S5進行轉換使其他的接收天線(接收天線R3和R4)分別與接收機RC1和RC2相連接，由接收天線R3和R4探測的信號分別由接收機RC1和RC2進行處理，由ADC 30數(shù)字轉換并由處理器40存儲。開關S4和S5再一次跳轉使得剩余的上端和下端接收天線R5和R6分別與接收機RC1和RC2相連接。由接收天線R5和R6探測的信號分別由接收機RC1和RC2進行處理，由ADC 30數(shù)字轉換并由處理器40儲存。
然后，開關S3進行跳轉以使400KHz電磁波從發(fā)射天線T1發(fā)射、2MHz電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射。所發(fā)射的電磁波合成信號由與接收機RC1相連接的上端三個接收天線之一(例如接收天線R1)以及與接收機RC2相連接的下端三個接收天線之一(例如接收天線R2)探測。如上所述，由接收天線R1、R2探測的信號由接收機RC1、RC2進行處理，由ADC 30進行數(shù)字轉換并由處理器40儲存。當開關S4將上端三個接收天線不同的一個(例如接收天線R3)與接收機RC1相連接以及將下端三個接收天線不同的一個(例如接收天線R4)與接收機RC2相連接后上述的步驟將重復進行，這些信號由接收天線R3、R4探測后進行處理、數(shù)字轉換以及存儲，進而開關S4跳轉使得上端接收天線剩余的一個(例如接收天線R5)與接收機RC1相連接、開關S 5跳轉使得下端接收天線剩余的一個(例如接收天線R6)與接收機RC2相連接。由接收天線R5、R6探測的信號由接收機RC1和RC2進行處理、由ADC 30數(shù)字轉換并由處理器40儲存。然后處理器40計算由每一接收天線R1-R6所接收的兩個400KHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例、以及由每一接收天線R1-R6所接收的兩個2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例?；谶@些相位偏移以及/或者幅度比例的計算結果，處理器40在發(fā)射天線T1、T2之間的測量點兩個或更多勘測半徑深度上確定地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖18，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括圖4D示意的天線結構。也就是指，圖18的實施例包括四個發(fā)射天線，它們在上端接收天線R1和下端接收天線R2之間具有各自的縱向位置。通過分別在縱向位置上放置四個(或更多個)發(fā)射天線，可以獲得不同的勘測深度。接收天線R1和R2以及接收機RC1和RC2與圖3中所說明的相關實施例中的相同。
在工作過程中，從四個發(fā)射天線T1-T4中的任意一個發(fā)射的電磁波由接收天線R1、R2探測，如圖3中說明的相關實施例所描述的那樣。從發(fā)射天線T1-T4電磁能量的發(fā)射通過在處理器40的控制下開關S1和S2所確定的合適的連接來完成，尤其指出，開關S1和S2可以設置如下所示的發(fā)射電磁信號以便由接收天線R1、R2探測、由接收機RC1和RC2進行處理、由ADC 30數(shù)字轉換并由處理器40儲存，這些發(fā)射的電磁信號為(1)發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz信號；(2)發(fā)射天線T1發(fā)射2MHz信號；(3)發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz信號；(4)發(fā)射天線T2發(fā)射2MHz信號；(5)發(fā)射天線T3發(fā)射4 00KHz信號；(6)發(fā)射天線T3發(fā)射2MHz信號；(7)發(fā)射天線T4發(fā)射400KHz信號；最后(8)發(fā)射天線T4發(fā)射2MHz信號。每一發(fā)射電磁波穿過地層9傳播后由接收天線R1、R2探測。本領域的技術人員應理解，上面的發(fā)射階段可以通過開關S1、S2的轉換預期的改變。例如，在處理器4 0的控制下通過開關S1和S2能夠進行設置使得從發(fā)射天線T1-T4發(fā)射電磁能量如下(1)發(fā)射天線T1發(fā)射400KHz信號；(2)發(fā)射天線T2發(fā)射400KHz信號；(3)發(fā)射天線T3發(fā)射400KHz信號；(4)發(fā)射天線T4發(fā)射400KHz信號；(5)發(fā)射天線T1發(fā)射200MHz信號；(6)發(fā)射天線T2發(fā)射200MHz信號；(7)發(fā)射天線T3發(fā)射200MHz信號；最后(8)發(fā)射天線T4發(fā)射200MHz信號。
發(fā)射階段以及相應的數(shù)據(jù)接收、處理、數(shù)字變換以及存儲完成以后，處理器40計算由接收天線R1所接收的兩個或多個400KHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例，并計算由接收天線R2所接收的兩個或多個2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例。例如，處理器40計算下列信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例(1)來自發(fā)射天線T1和T2由接收天線R1接收的兩個400KHz的信號；(2)來自發(fā)射天線T3和T4由接收天線R1接收的兩個400KHz的信號；(3)來自發(fā)射天線T1和T2由接收天線R2接收的兩個400KHz的信號；以及(4)來自發(fā)射天線T 3和T4由接收天線R2接收的兩個400KHz的信號；同樣，相應的由每一接收天線R1和R2接收的2MHz信號之間的相位偏移以及/或者幅度比例亦可做相同處理。然后處理器40在上端發(fā)射天線T1、T3以及下端發(fā)射天線T2、T4之間的測量點上確定地層電阻率的補償測量值。
現(xiàn)在參照圖19，依照本發(fā)明測井設備的另一個實施例包括圖2D示意的天線結構以及雙頻發(fā)射機的實現(xiàn)。接收天線R1、R2，接收機RC1和RC2，ADC30以及處理器40與圖4中所說明的相關實施例中的相同，因此能夠與圖4相關的實施例所述的方式對接收天線R1、R2所接收的數(shù)據(jù)進行探測、處理、數(shù)字變換以及儲存。
在工作過程中，從四個發(fā)射天線T1-T4中的每一個發(fā)射同時包括多個頻率分量(例如，400KHz和2MHz)，由接收天線R1、R2和接收機RC1、RC2探測和處理。尤其指出，發(fā)射天線T1首先發(fā)射同時包含400KHz和2MHz頻率分量的電磁波由接收天線R1和R2探測。然后開關S1可以跳轉使得發(fā)射天線T2與發(fā)射機11相連接以使同時包含400KHz和2MHz頻率分量的電磁波從發(fā)射天線T2發(fā)射，并由接收天線R1和R2探測，進而進行處理、數(shù)字變換以及儲存。然后開關S1跳轉使得發(fā)射天線T3與發(fā)射機11相連接。發(fā)射天線T3發(fā)射同時具有400KHz和2MHz頻率分量的電磁波由接收天線R1和R2以及接收機RC1和RC2探測和處理。最后開關S1跳轉使得發(fā)射天線T4與發(fā)射機11相連接以使同時包含400KHz和2MHz頻率分量的電磁波從發(fā)射天線T4發(fā)射。從發(fā)射天線T4發(fā)射的電磁波由接收天線R1、R2探測、由接收機RC1和RC2處理、由ADC 30數(shù)字變換并由處理器40儲存。進而處理器40能夠計算由每一接收天線R1和R2探測的兩個或多個400KHz信號分量之間相位偏移以及/或者幅度比例的測量以及由每一接收天線R1和R2所探測的兩個或多個2MHz信號分量之間的相位偏移以及/或者幅度比例?；谶@些幅度比例以及/或者相位偏移的測量結果，處理器40能夠確定在上端發(fā)射天線T1、T3和下端發(fā)射天線T2、T4之間的測量點上兩個或多個勘測半徑深度上地層電阻率的補償測量值。
本領域的技術人員應理解，圖18-19的每個實施例可以通過增加額外的接收天線(接收天線R3-R4)如圖2E所示進行改動。相應的與額外的接收天線R3和R4相連接的接收機以及/或者開關可以如圖6-11的實施例所述。另外接收天線(接收天線R5和R6)可以按照如圖12-17所述的相應的接收電路而增加。
同時本發(fā)明進行的描述是關于目前被認定為最為實用和優(yōu)選的實施例，應當認為本發(fā)明并不局限于所揭示的實施例，正與此相反，在包含于所附權利要求書的精神和范圍內(nèi)可以做多樣的修改和等價的設置。例如，上述實施例說明的用以完成計算(例如，計算相位偏移以及/或者幅度比例)以及模擬數(shù)字處理的相關數(shù)字信號處理可以被用于替代實現(xiàn)必要的計算。
權利要求
1.一種用于測定鉆孔(7)周邊地層電阻率的裝置，該裝置包括具有縱軸的套管(3)；安置在套管(3)上的第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)，用于發(fā)射電磁波到地層中；第一接收天線(R1)，用于探測電磁波，所述第一接收天線(R1)安置于套管(3)上，沿著套管(3)的縱軸所述第一接收天線R1的位置位于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上；第二接收天線(R2)，用于探測電磁波，所述第二接收天線(R2)安置于套管(3)上，沿著套管(3)的縱軸所述第二接收天線(R2)的位置位于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下；和處理器(40)，在功能上與第一和第二接收天線(R1、R2)連接，用于基于第一和第二接收天線(R1、R2)所探測的電磁波確定地層的電阻率。
2.如權利要求1所述的裝置，進一步包括鄰近置于套管(3)一個末端的鉆頭(1)。
3.如權利要求1所述的裝置，其中處理器(40)通過確定在第一接收天線(R1)所探測的電磁波之間的相位偏移和幅度比例中的至少一個以及確定在第二接收天線(R2)所探測的電磁波之間的相位偏移及幅度比例中的至少一個來確定地層的電阻率。
4.如權利要求1所述的裝置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)交替與發(fā)射機(11)相連接，所述發(fā)射機(11)以具有多個可利用頻率之一的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的發(fā)射天線(T1)。
5.如權利要求1所述的裝置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)交替與發(fā)射機(11)相連接，所述發(fā)射機(11)以同時包含多個頻率分量的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之一。
6.如權利要求1所述的裝置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)分別與第一和第二發(fā)射機(11a、11b)相連接，所述第一發(fā)射機(11a)激勵第一發(fā)射天線(T1)使得由第一發(fā)射天線(T1)發(fā)射的電磁波具有第一頻率，并且所述第二發(fā)射機(11b)激勵第二發(fā)射天線(T2)使得由第二發(fā)射天線(T2)發(fā)射的電磁波具有不同于第一頻率的第二頻率，由第一發(fā)射天線(T1)所發(fā)射的電磁波以及由第二發(fā)射天線(T2)所發(fā)射的電磁波同時發(fā)射。
7.一種用于測定鉆孔(7)周邊地層電阻率的方法，該方法包括從第一發(fā)射天線(T1)發(fā)射第一電磁波穿過地層；在第一接收天線(R1)和第二接收天線(R2)中探測所發(fā)射的穿過地層的第一電磁波，所述第一接收天線(R1)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之上的位置，并且所述第二接收天線(R2)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之下的位置；從第二發(fā)射天線(T2)發(fā)射第二電磁波穿過地層，所述第二發(fā)射天線(T2)縱向置于與第一發(fā)射天線(T1)不同的位置；在第一接收天線(R1)和第二接收天線(R2)中探測由第二發(fā)射天線(T2)所發(fā)射的穿過地層的第二電磁波，所述第一接收天線(R1)縱向置于第二發(fā)射天線(T2)之上的位置，并且所述第二接收天線(R2)縱向置于第二發(fā)射天線(T2)之下的位置；以及基于由第一接收天線(R1)探測的第一和第二電磁波以及由第二接收天線(R2)探測的第一和第二電磁波確定電阻率。
8.如權利要求7所述的方法，其中當正在鉆鉆孔(7)時，實現(xiàn)由第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)分別發(fā)射第一和第二電磁波，并且由第一和第二接收天線(R1、R2)中的每一個探測第一和第二電磁波。
9.如權利要求7所述的方法，其中確定地層電阻率包括確定由第一接收天線(R1)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移及幅度比例中的至少一個，以及確定由第二接收天線(R2)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移及幅度比例中的至少一個。
10.如權利要求7所述的方法，其中通過以具有從多個可利用頻率中所選擇的頻率的信號分別激勵第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)，來生成第一和第二電磁波。
11.如權利要求10所述的方法，其中從多個可利用的頻率進行選擇包括第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)交替與多個可利用的晶振(13、15)之一相連接，每一晶振(13、15)提供了與另一個晶振(13、15)具有不同頻率的信號。
12.如權利要求7所述的方法，其中第一電磁波同時包括第一和第二頻率分量，第二電磁波也同時包括第一和第二頻率分量。
13.如權利要求7所述的方法，其中第一和第二電磁波分別同時以第一和第二頻率發(fā)射，所述第一和第二頻率彼此不同。
14.一種用于測定鉆孔(7)周邊地層電阻率的裝置，該裝置包括具有縱軸的套管(3)；安置在套管(3)上的第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)，用于分別發(fā)射第一和第二電磁波穿過地層(9)；第一接收天線(R1)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第一接收天線(R1)安置在套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的位置；第二接收天線(R2)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第二接收天線(R2)安置在套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的位置；第三接收天線(R3)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第三接收天線(R3)安置在套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的位置；第四接收天線(R4)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第四接收天線(R4)安置在套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的位置；以及處理器(40)，在功能上與第一、第二、第三以及第四接收天線(R1、R2、R3、R4)連接，用于基于由第一、第二、第三以及第四接收天線(R1、R2、R3、R4)中的至少兩個所探測的電磁波確定地層(9)的電阻率。
15.如權利要求14所述的裝置，進一步包括鄰近安置于套管(3)末端的鉆頭(1)。
16.如權利要求14所述的裝置，其中處理器(40)通過確定至少下列所述中的兩項來確定地層(9)電阻率(i)由第一接收天線(R1)所探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；(ii)由第二接收天線(R2)所探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；(iii)由第三接收天線(R3)所探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；以及(iv)由第四接收天線(R4)所探測的電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例。
17.如權利要求14所述的裝置，其中第一、第二、第三以及第四接收天線(R1、R2、R3、R4)通過第一、第二、第三以及第四接收機(RC1、RC2、RC3、RC4)在功能上與處理器(40)連接。
18.如權利要求14所述的裝置，其中第一和第三接收天線(R1、R3)通過第一開關(S4)交替與第一接收機(RC1)相連接，使得第一和第三接收天線(R1、R3)其中之一在某一時刻在功能上與處理器(40)相連接，以及第二和第四接收天線(R2、R4)通過第二開關(S5)交替與第二接收機(RC2)相連接，使得第二和第四接收天線(R2、R4)其中之一在某一時刻在功能上與處理器(40)相連接。
19.如權利要求14所述的裝置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)交替與發(fā)射機(11)相連接，發(fā)射機(11)以具有多個可利用頻率之一的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)中的一個。
20.如權利要求14所述的轉置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)交替與發(fā)射機(11)相連接，發(fā)射機(11)以同時包含多個頻率分量的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)中的一個。
21.如權利要求14所述的裝置，其中第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)分別與第一和第二發(fā)射機(11a、11b)相連接，第一發(fā)射機(11a)激勵第一發(fā)射天線(T1)以使通過第一發(fā)射天線(T1)發(fā)射具有第一頻率的第一電磁波，以及第二發(fā)射機(11b)激勵第二發(fā)射天線(T2)以使通過第二發(fā)射天線(T2)發(fā)射具有不同于第一頻率的第二頻率的第二電磁波。
22.如權利要求21所述的裝置，其中由第一發(fā)射天線(T1)發(fā)射的第一電磁波與由第二發(fā)射天線(T2)發(fā)射的第二電磁波同時發(fā)射。
23.如權利要求14所述的裝置，進一步包括第五接收天線(R5)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第五接收天線(R5)安置于套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的位置；第六接收天線(R6)，用于探測發(fā)射穿過地層(9)的第一和第二電磁波，所述第六接收天線(R6)安置于套管(3)上，其沿著套管(3)的縱軸置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的位置；以及處理器(40)，在功能上與第一、第二、第三、第四、第五以及第六接收天線(R1、R2、R3、R4、R5、R6)相連接，用于基于由第一、第二、第三、第四、第五以及第六接收天線(R1、R2、R3、R4、R5、R6)中的至少兩個所探測的電磁波來確定地層(9)的電阻率。
24.如權利要求23所述的裝置，其中第一、第二、第三、第四、第五以及第六接收天線(R1、R2、R3、R4、R5、R6)通過第一、第二、第三、第四、第五以及第六接收機(RC1、RC2、RC3、RC4、RC5、RC6)在功能上與處理器(40)相連接。
25.如權利要求23所述的裝置，其中第一、第三以及第五接收天線(R1、R3、R5)通過第一開關(S4)交替與第一接收機(RC1)相連接，使得第一、第三以及第五接收天線(R1、R3、R5)之一交替與處理器(40)相連接，以及第二、第四及第六接收天線(R2、R4、R6)通過第二開關(S5)交替與第二接收機(RC2)相連接，使得第二、第四以及第六接收天線(R2、R4、R6)之一交替與處理器(40)相連接。
26.一種用于測定鉆孔(7)周邊地層(9)電阻率的方法，該方法包括從第一發(fā)射天線(T1)發(fā)射第一電磁波穿過地層(9)；在四個接收天線(R1、R2、R3、R4)中對發(fā)射穿過地層(9)的第一電磁波進行探測，四個接收天線中的兩個(R1、R3)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之上的各自的位置，四個接收天線的另外兩個(R2、R4)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之下的各自的位置；從第二發(fā)射天線(T2)發(fā)射第二電磁波穿過地層(9)，所述第二發(fā)射天線(T2)縱向置于與第一發(fā)射天線(T1)不同的位置；在四個接收天線(R1、R2、R3、R4)中對發(fā)射穿過地層(9)中的第二電磁波進行探測，四個接收天線中的兩個(R1、R3)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之上的、也縱向置于第二發(fā)射天線(T2)之上的各自的位置，四個接收天線的另外兩個(R2、R4)縱向置于第一發(fā)射天線(T1)之下的、也縱向置于第二接收天線(T2)之下的各自的位置；并且基于由四個接收天線(R1、R2、R3、R4)中的至少兩個探測到的第一和第二電磁波確定地層(9)的電阻率。
27.如權利要求26所述的方法，其中當正在鉆鉆孔(7)時，實現(xiàn)分別通過第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)發(fā)射第一和第二電磁波，并且實現(xiàn)四個接收天線(R1、R2、R3、R4)對第一和第二電磁波的探測。
28.如權利要求26所述的方法，其中確定地層(9)的電阻率包括確定下列所述中的至少兩項(i)由四個接收天線之一的第一天線(R1)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；(ii)由四個接收天線之一的第二天線(R2)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；(iii)由接收天線之一的第三天線(R3)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例；以及(iv)由接收天線之一的第四天線(R4)所探測的第一和第二電磁波之間的相位偏移以及/或者幅度比例。
29.如權利要求26所述的方法，其中四個接收天線(R1、R2、R3、R4)分別與第一、第二、第三以及第四接收機(RC1、RC2、RC3、RC4)相連接。
30.如權利要求26所述的方法，其中縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的兩個接收天線(R1、R3)交替與第一接收機(RC1)相連接，并且縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的另外兩個接收天線(R2、R4)交替與第二接收機(RC2)相連接。
31.如權利要求26所述的方法，其中通過以具有從多個可利用的頻率中選擇出一個頻率的信號交替激勵第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)來交替產(chǎn)生第一和第二電磁波。
32.如權利要求31所述的方法，其中從多個可利用的頻率中進行選擇包括將第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)與多個可用的晶振(13、15)之一交替相連接，每一晶振(13、15)所提供的信號與另一個晶振(15、13)所提供的信號具有不同的頻率。
33.如權利要求26所述的方法，其中第一電磁波同時包括第一和第二頻率分量，并且第二電磁波也同時包括第一和第二頻率分量。
34.如權利要求26所述的方法，其中第一和第二電磁波分別通過第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)同時以第一和第二頻率發(fā)射出去，第一和第二頻率彼此不同。
35.如權利要求26所述的方法，進一步包括在第五接收天線(R5)和第六接收天線(R6)中對發(fā)射穿過地層(9)的第一電磁波進行探測，所述第五接收天線(R5)縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的位置，所述第六接收天線(R6)縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的位置；在第五和第六接收天線(R5、R6)中對發(fā)射穿過地層(9)的第二電磁波進行探測；以及基于在六個接收天線(R1、R2、R3、R4、R5、R6)中的至少兩個所探測到的第一和第二電磁波確定電阻率。
36.如權利要求35所述的方法，其中每一接收天線(R1、R2、R3、R4、R5、R6)分別與第一、第二、第三、第四、第五以及第六接收機(RC1、RC2、RC3、RC4、RC5、RC6)相連接。
37.如權利要求35所述的方法，其中縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的接收天線(R1、R3、R5)通過第一開關(S4)與第一接收機(RC1)交替連接，并且縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下的接收天線(R2、R4、R6)通過第二開關(S5)與第二接收機(RC2)交替連接。
38.一種用于測定鉆孔(7)周邊地層(9)電阻率的裝置，該裝置包括具有縱軸的套管(3)；安置于套管(3)上的第一發(fā)射天線(T1)，用于發(fā)射第一電磁波穿過地層(9)；安置于套管(3)上的第二發(fā)射天線(T2)，用于發(fā)射第二電磁波穿過地層(9)；安置于套管(3)上的第三發(fā)射天線(T3)，用于發(fā)射第三電磁波穿過地層(9)；安置于套管(3)上的第四發(fā)射天線(T4)，用于發(fā)射第四電磁波穿過地層(9)，第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)中的每一個沿著套管(3)的縱軸具有不同的縱向位置；第一接收天線(R1)，用于探測第一、第二、第三以及第四電磁波，所述第一接收天線(R1)安置于套管(3)上，沿著套管(3)的縱軸置于第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)之上的位置；第二接收天線(R2)，用于探測第一、第二、第三以及第四電磁波，第二接收天線(R2)安置于套管(3)上，沿著套管(3)的縱軸置于第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)之下的位置；以及處理器(40)，在功能上與第一和第二接收天線(R1、R2)相連接，用于基于由第一接收天線(R1)所探測的至少兩個電磁波以及由第二接收天線(R2)所探測的至少兩個電磁波確定地層(9)的電阻率。
39.如權利要求38所述的裝置，進一步包括臨近置于套管(3)一個末端的鉆頭(1)。
40.如權利要求38所述的裝置，其中處理器(40)通過確定由第一接收天線(R1)所探測的至少兩個電磁波之間的相位偏移及幅度比例以及由第二接收天線(R2)所探測的至少兩個電磁波之間的相位偏移及幅度比例來確定電阻率。
41.如權利要求38所述的裝置，其中第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)與發(fā)射機(11)交替相連接，發(fā)射機(11)以具有多個可利用頻率之一的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)發(fā)射。
42.如權利要求38所述的裝置，其中第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)與發(fā)射機(11)交替相連接，發(fā)射機(11)以同時包含多個頻率分量的信號激勵與發(fā)射機(11)相連接的發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)。
43.一種測定鉆孔(7)周邊地層(9)電阻率的方法，該方法包括分別從第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)發(fā)射第一、第二、第三以及第四電磁波穿過地層(9)，發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)中的每一個與另外發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)中的每一個縱向置于不同的位置；在第一接收天線(R1)和第二接收天線(R2)中對發(fā)射穿過地層(9)的第一、第二、第三以及第四電磁波進行探測，所述第一接收天線(R1)縱向置于第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)之上的位置，所述第二接收天線(R2)縱向置于第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)之下的位置；以及基于由第一接收天線(R1)所探測的第一、第二、第三以及第四電磁波中的至少兩個以及由第二接收天線(R2)所探測的第一、第二、第三以及第四電磁波中的至少兩個確定電阻率。
44.如權利要求43所述的方法，其中第一、第二、第三以及第四電磁波分別通過第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)發(fā)射，當正在鉆鉆孔(7)時，第一和第二接收天線(R1、R2)完成對電磁波的探測。
45.如權利要求43所述的方法，其中確定地層(9)的電阻率包括確定由第一接收天線(R1)所探測的第一、第二、第三以及第四電磁波中的至少兩個之間的相位偏移以及/或者幅度比例，以及確定由第二接收天線(R2)所探測的第一、第二、第三以及第四電磁波中的至少兩個之間的相位偏移以及/或者幅度比例。
46.如權利要求43所述的方法，其中通過以具有從多個可利用的頻率中選擇出一個頻率的信號分別激勵第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)生成第一、第二、第三以及第四電磁波。
47.如權利要求46所述的方法，其中從多個可利用的頻率中進行選擇包括了將第一、第二、第三以及第四發(fā)射天線(T1、T2、T3、T4)與具有多個可利用的晶振(13、15)之一交替相連接，每一晶振(13、15)所提供的信號與另一晶振(15、13)所提供的信號具有不同的頻率。
48.如權利要求43所述的方法，其中所發(fā)射的第一、第二、第三以及第四電磁波的每一個同時包括第一和第二頻率分量。
全文摘要
一種測定鉆孔周圍地層(9)電阻率的裝置和方法，包括套管(3)、安置于套管(3)上用于發(fā)射電磁波到地層(9)的至少第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)、以及用于探測電磁波的至少第一和第二接收天線(R1、R2)。第一接收天線(R1)安置于套管(3)上縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之上的位置、第二接收天線(R2)縱向置于第一和第二發(fā)射天線(T1、T2)之下。在鉆孔(7)形成的過程中計算地層(9)電阻率所需的測量即可被確定。
文檔編號G01V3/30GK1682129SQ03821943
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月16日 優(yōu)先權日2002年7月16日
發(fā)明者丹·J·麥考密克 申請人:通用電氣公司