專利名稱：使用電磁耦合分量確定地層參數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及測井，并且更具體地涉及使用用于改進(jìn)的地下地層的電磁測量的一個(gè)或多個(gè)傾斜發(fā)射器-接收器對(duì)的技術(shù)。

背景技術(shù)：
在油氣勘探與開發(fā)領(lǐng)域已知各種測井技術(shù)。這些技術(shù)通常使用配備有適于將能量發(fā)射到已經(jīng)被井眼穿過的地下地層內(nèi)的源的測井儀。發(fā)射的能量可以與周圍地層相互作用以產(chǎn)生可以被一個(gè)或多個(gè)傳感器檢測和測量的信號(hào)。基于所檢測的信號(hào)數(shù)據(jù)，可以獲得地層特性的剖面圖(例如，作為井眼深度的函數(shù)的電阻率)。
測井儀的示例可以包括諸如感應(yīng)測井儀和傳播測井儀的電磁(“EM”)電阻率測井儀。EM電阻率測井儀可以設(shè)置在井眼內(nèi)以測量包圍井眼的地層的電導(dǎo)率(或電導(dǎo)率的倒數(shù)電阻率)。傳統(tǒng)的電磁電阻率測井儀包括至少一個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器，且每一個(gè)接收器沿著測井儀的軸線被設(shè)置成遠(yuǎn)離發(fā)射器一定距離。傳統(tǒng)的發(fā)射器和接收器包括由線圈形成的天線，所述線圈具有繞著支撐件纏繞的一匝或多匝絕緣導(dǎo)電線。如本領(lǐng)域所理解的，在互換原理下，這些天線中的每一個(gè)都可以作為發(fā)射器和/或接收器來操作。
EM感應(yīng)測井儀通過測量由響應(yīng)于發(fā)射器發(fā)射的EM信號(hào)的、在地層內(nèi)流動(dòng)的電流在接收器中所感生的電壓來測量地層的電阻率。在感應(yīng)測井儀中，耦合到諸如振蕩器的交流電源的發(fā)射器產(chǎn)生隨時(shí)間變化的EM信號(hào)。將來自發(fā)射器的EM信號(hào)發(fā)射到周圍地層內(nèi)，從而在發(fā)射器附近的地層內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)電流或“渦電流”。地層內(nèi)的渦電流產(chǎn)生隨時(shí)間變化的EM信號(hào)，所述隨時(shí)間變化的EM信號(hào)在接收器內(nèi)產(chǎn)生電壓。如果使用一對(duì)間隔開的接收器，則例如由于周圍地層的幾何擴(kuò)散和吸收，兩個(gè)接收器中的感生電壓大致會(huì)具有不同的相位和振幅。EM傳播測井儀以類似的方式操作，但是在通常在比EM感應(yīng)測井儀高的頻率下操作。
在許多傳統(tǒng)的EM感應(yīng)測井儀和傳播測井儀中，發(fā)射器和接收器天線被安裝成其軸線沿著測井儀的縱向軸線。因此，這些測井儀利用具有縱向或軸向磁偶極矩的天線來實(shí)施。“橫向”天線或線圈具有垂直于測井儀軸線的磁偶極矩，而“傾斜”天線具有既不平行于測井儀軸線也不垂直于測井儀軸線的磁偶極矩。
因?yàn)橛蒃M電阻率測井儀發(fā)射和接收的EM信號(hào)穿過周圍地層，因此由這種測井儀得到的測量值可以提供關(guān)于信號(hào)所穿過的介質(zhì)的EM特性?？梢詮慕邮盏男盘?hào)推導(dǎo)出諸如到地層界面的距離、地層傾角、和各向異性的信息。
在鉆探工業(yè)中，對(duì)精確井位的需要日益增加。井眼在儲(chǔ)層內(nèi)的最佳位置需要導(dǎo)向判定可以基于的定向測量。油氣勘探中進(jìn)一步需要識(shí)別并表征油氣儲(chǔ)量。例如，地層各項(xiàng)異性可以用于識(shí)別留在薄層狀地層內(nèi)的低電阻率生產(chǎn)層。
許多最新的專利公開了進(jìn)行定向測量并獲得電阻率各向異性的方法和設(shè)備。對(duì)于隨鉆測井應(yīng)用來說，授予Sato等人的美國專利第5,508,616號(hào)公開了一種具有兩個(gè)線圈的感應(yīng)型測井儀，所述兩個(gè)線圈以不同的方向傾斜，而不是與測井儀的縱向軸線對(duì)齊。測井儀可以適于可能的地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用。測量值的方向性通過簡單的自變量被示出，使得兩個(gè)傾斜線圈的靈敏度函數(shù)朝向每一個(gè)線圈的靈敏度區(qū)域的重疊區(qū)集中。通過旋轉(zhuǎn)測井儀，Sato等人主張可以獲得地層的深方位電阻率圖像以有助于進(jìn)行導(dǎo)向判定。然而，此專利沒有提供關(guān)于如何可以獲得方位電阻率的任何細(xì)節(jié)，此專利也沒有更進(jìn)一步說明用于進(jìn)行定量地質(zhì)導(dǎo)向判定所需的邊界檢測/表征技術(shù)。
授予Hagiwara和Song的美國專利第6,181,138號(hào)將Sato等人的單個(gè)固定定向線圈擴(kuò)展成在接收器和發(fā)射器位置處共同定位的三元垂直感應(yīng)線圈。因?yàn)橥ㄟ^垂直線圈響應(yīng)的線性組合可以將聚焦方向調(diào)整到任意方位，因此據(jù)說不需要測井儀旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、授予Clark等人的美國專利第6,297,639號(hào)公開了用于使用各種屏蔽(shield)設(shè)計(jì)以為軸向、傾斜、和橫向天線線圈提供電磁波能量的經(jīng)由選擇的衰減來進(jìn)行定向測量的方法和設(shè)備。此專利尤其說明了與用于控制井眼補(bǔ)償?shù)倪^程一起利用傾斜線圈和適當(dāng)?shù)钠帘芜M(jìn)行的常規(guī)定向感應(yīng)和傳播測量。Clark等人明確地說明了一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器線圈組合，且所述發(fā)射器和所述接收器線圈中的至少一個(gè)相對(duì)于測井儀軸線傾斜，同時(shí)也說明了通過觀察測井儀旋轉(zhuǎn)時(shí)感生信號(hào)的方位變化所述組合用于地層界面方向檢測的應(yīng)用。耦合的方位變化可以用于導(dǎo)向隨鉆井。此后授予了其它關(guān)于屏蔽的專利，包括授予Rosthal等人的美國專利第6,351,127號(hào)和授予Omeragic等人的美國專利第6,566,881號(hào)，這兩項(xiàng)專利都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。
授予Bittar的美國專利第6,476,609號(hào)將早先的各向異性專利(也是授予Bittar的美國專利第6,163,155號(hào))擴(kuò)展到地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用的領(lǐng)域。通過兩個(gè)不同定向處的信號(hào)差或信號(hào)比來說明上/下傾斜感應(yīng)和傳播設(shè)備的層理響應(yīng)，但是沒有提到屏蔽。也沒有考慮各向異性或傾斜的影響。此外還缺乏對(duì)如何使用這些測量值以得到到地層界面的精確距離的說明?！?09專利沒有明確假設(shè)確切地已知層理方位以計(jì)算上/下響應(yīng)。然而，沒有公開在計(jì)算上-下定向信號(hào)之前定位精確的上方向或下方向的技術(shù)。
轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、授予Minerbo等人的美國專利第6969994號(hào)公開了將定向測量的響應(yīng)簡化到使得所述響應(yīng)變成幾乎獨(dú)立于各向異性或傾角的程度的測井儀結(jié)構(gòu)和對(duì)稱化技術(shù)。除了在地層界面附近之外，對(duì)具有不同傾角和各向異性的地層界面的響應(yīng)基本上重疊。可以使二-線圈(一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器“TR”)感應(yīng)型測量值和三-線圈(一個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器“TRR”)傳播型測量值對(duì)稱以實(shí)現(xiàn)這種簡化。使用相同間距但發(fā)射器傾斜角度和接收器傾斜角度互換的兩個(gè)傾斜TR對(duì)進(jìn)行對(duì)稱化。
也轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、授予Omeragic等人的美國專利第6,998,844號(hào)公開了用于利用井眼補(bǔ)償在近似垂直井中進(jìn)行各向異性確定的傳播型定向測量。還使用反演技術(shù)以獲得各向異性地層特性。
授予Li等人的美國專利第7202670號(hào)公開了一種使用在所有方位角處獲得的測量值推導(dǎo)出并分析定向測井測量值的方位相關(guān)性，以在提高精度的情況下表征地球地層并且用于導(dǎo)向井下鉆具組合的方法。該專利教導(dǎo)了如何由定向測量值確定層理方位，并且生成可以用于在上/下或方位導(dǎo)向中的井位的測量值。該專利還教導(dǎo)了實(shí)時(shí)地使用這些定向測量值以獲得地層界面距離并且獲得精確的地球模型，使得可以對(duì)井位進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向判定。該專利還公開了一種檢測與近似垂直井相鄰的地層巖層內(nèi)的電阻率各向異性是否存在的方法。此外，該專利教導(dǎo)了一種由垂直和低角度井中的定向測量值獲得構(gòu)造傾斜信息的方法。
如上所述，EM感應(yīng)測井儀通過測量由響應(yīng)于發(fā)射器發(fā)射的EM信號(hào)的、在地層內(nèi)流動(dòng)的電流在接收器中所感生的電壓來測量地層的電阻率。通常，接收器中的感生電壓是所有電磁耦合分量Vij(i，j＝x，y，z)的線性組合，從而形成3×3EM耦合張量。在其中所有相關(guān)地層界面平行的平面幾何結(jié)構(gòu)地層中，在3×3電磁耦合矩陣中僅有五個(gè)被稱作為Vxx、Vyy、Vzz、Vxz、和Vzx的非零元素。選擇坐標(biāo)系，使得z軸沿著測井儀軸線，而y軸平行于界平面。因?yàn)檫@些電磁耦合分量測量地層的特征，因此理想的是具有一種確定所述電磁耦合分量的設(shè)備和方法。
授予Minerbo等人的美國專利第6969994號(hào)和授予Li等人的美國專利第7202670號(hào)公開的對(duì)EM電阻率數(shù)據(jù)分析的最新改進(jìn)涉及疊加兩個(gè)不同發(fā)射器-接收器(“TR”)對(duì)的測量值以獲得對(duì)稱和反對(duì)稱響應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，每一個(gè)TR對(duì)的天線中的一個(gè)是軸向的，而另一個(gè)是傾斜的。一個(gè)TR對(duì)提供Vxz電磁耦合分量，而另一個(gè)TR對(duì)提供Vzx電磁耦合分量。通過增加或減去由兩個(gè)TR對(duì)測量值獲得的具體電磁耦合分量，可以獲得對(duì)稱響應(yīng)(Vxz-Vzx)和反對(duì)稱響應(yīng)(Vxz+Vzx)。對(duì)稱響應(yīng)對(duì)于大角度和水平井中的井位尤其有用。反對(duì)稱響應(yīng)可以用于獲得傾角和地層各項(xiàng)異性。然而，以上參考需要兩個(gè)不同的TR對(duì)。理想的是提供一種僅使用一個(gè)TR對(duì)確定Vxz和Vzx的設(shè)備和方法。進(jìn)一步理想的是提供一種僅使用兩個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器確定平面幾何結(jié)構(gòu)地層內(nèi)的所有五個(gè)非零電磁耦合分量Vxx、Vyy、Vzz、Vxz、和Vzx的設(shè)備和方法。


發(fā)明內(nèi)容
一種確定被井眼穿過的地層的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述方法包括以下步驟將測井儀設(shè)置在井眼內(nèi)，其中，測井儀包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩，所述接收器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩，發(fā)射器和接收器包括發(fā)射器-接收器對(duì)；在旋轉(zhuǎn)測井儀的同時(shí)發(fā)射電磁信號(hào)；接收電磁信號(hào)以從發(fā)射器-接收器對(duì)產(chǎn)生測量信號(hào)；測量測井儀旋轉(zhuǎn)的方位角；以及根據(jù)來自發(fā)射器-接收器對(duì)的測量信號(hào)，對(duì)具有大致平行邊界的地層的部分確定一個(gè)或多個(gè)地層參數(shù)。一種設(shè)置在穿過地層的井眼內(nèi)的測井儀，地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述測井儀包括單個(gè)發(fā)射器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩；單個(gè)接收器，所述接收器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩；和旋轉(zhuǎn)位置指示器。



以下當(dāng)結(jié)合附圖獲悉以下詳細(xì)說明時(shí)將參照所述詳細(xì)說明更好地理解本發(fā)明的上述及其它特征和方面，其中 圖1是根據(jù)本發(fā)明的測井操作的示意圖； 圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器-接收器對(duì)的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2C是圖2A的示例性結(jié)構(gòu)的端視圖的示意圖； 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3B是圖3A的示例性結(jié)構(gòu)的端視圖的示意圖；以及 圖4是根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器的示例性結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施例方式 以下參照附圖，其中，所示元件沒有必要按照比例示出，并且在幾幅圖中，相同或類似的元件由相同的附圖標(biāo)記表示。
如這里所使用的，表示與已知點(diǎn)或元件的相對(duì)位置的術(shù)語“上”和“下”；“上部”和“下部”及其它類似術(shù)語用于更加清楚地說明本發(fā)明的實(shí)施例的一些元件。通常，這些術(shù)語表示參考使得鉆井操作所開始的地面在上部，而井的總深度在下部。
如這里所使用的，術(shù)語“測井儀”可以通用地用于表示(例如但不限于)電纜測井儀或隨鉆測井儀。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將已知如何使例如電纜測井儀適于經(jīng)受隨鉆測井儀的惡劣環(huán)境并在所述惡劣環(huán)境中工作。雖然這里所述的各種技術(shù)的實(shí)施例參照感應(yīng)測井儀和/或傳播測井儀，但是應(yīng)該理解的是一些實(shí)施例可以在諸如隨起下鉆測井、永久監(jiān)測、介電常數(shù)測井和類似測井的其它操作中使用。此外，如這里所使用的，對(duì)電導(dǎo)率的任何參考可以旨在包括所述電導(dǎo)率的倒數(shù)電阻率，或者反之亦然。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到同一天線可以在一個(gè)時(shí)期用作發(fā)射器，而在另一個(gè)時(shí)期可以用作接收器。
圖1是使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例以獲得地下地層的參數(shù)的測井操作的示意圖。井眼或井筒12通常以除了垂直于地層14之外的角度鉆穿地下地層14。特殊地層15可以具有上邊界和下邊界。在特殊地層15正上方的層17通常被稱為“上肩”，而在正下方的層19為“下肩”。測井儀16設(shè)置在井筒12內(nèi)，所述測井儀具有一發(fā)射器-接收器(TR)天線對(duì)，且兩個(gè)天線都相對(duì)于測井儀16的測井儀軸線18傾斜。測井儀16還可以承載操作測井儀16所需的相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備和線路(未示出)，但是本發(fā)明不局限于此。當(dāng)被激發(fā)時(shí)，發(fā)射器20將EM能發(fā)射到周圍地層14內(nèi)，這在發(fā)射器20周圍的地層14內(nèi)產(chǎn)生電流22(渦電流)。渦電流22在接收器天線24內(nèi)產(chǎn)生電壓。測井儀軸線18(所述測井儀軸線基本上井眼軸線相同)與諸如地層15的特殊地層的平面的法線之間的角度φB稱為地層的相對(duì)傾角或?qū)永矸轿唤恰?br> 這里所述的本發(fā)明的一些實(shí)施例使用由單個(gè)TR對(duì)獲得的對(duì)稱響應(yīng)和反對(duì)稱響應(yīng)以提供定向測量值和各向異性信息。圖2A、2B和2C示出了可以在此方面使用的具體結(jié)構(gòu)。在這些圖中，測井儀軸線18在側(cè)視圖中由虛線表示，而在端視圖中由點(diǎn)表示。結(jié)構(gòu)10包括傾斜發(fā)射器20和傾斜接收器24，這表示發(fā)射器20和接收器24的磁偶極矩既不平行于測井儀軸線18也不垂直于所述測井儀軸線。發(fā)射器20和接收器24可以近似于點(diǎn)磁偶極子。根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射器20和接收器24的磁偶極矩可以但不是必需地在同一個(gè)平面內(nèi)，并且在一些實(shí)施例中，理想的是發(fā)射器20和接收器24的磁偶極矩在諸如兩個(gè)垂直平面的兩個(gè)非平行平面中。
在圖2A中，發(fā)射器20和接收器24的磁偶極矩都以相對(duì)于測井儀軸線18相等的角度被定向。對(duì)于所述發(fā)射器和接收器來說，優(yōu)選的實(shí)施例使用四十五度定向角。發(fā)射器20的磁偶極矩的角度被顯示為θT，而接收器24的磁偶極矩的角度被顯示為θR。在諸如圖2B中所示的其它實(shí)施例中，θT和θR可以彼此不同。當(dāng)發(fā)射器20被激發(fā)時(shí)，測量接收器24處的感生電壓。從由單個(gè)傾斜TR對(duì)獲得的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算對(duì)稱響應(yīng)(Vxz-Vzx)和反對(duì)稱響應(yīng)(Vxz+Vzx)。還可以計(jì)算對(duì)地層參數(shù)敏感的另外的響應(yīng)。例如，Vxx和Vyy耦合(Vxx+Vyy)的總和可能對(duì)各向異性敏感。通常，如本領(lǐng)域所公知的，可以單獨(dú)或組合使用耦合張量的分量以推斷諸如水平和垂直電阻率以及到地層界面的距離的地層特性。
雖然以下主要論述EM傳播測井儀測量，但是所述論述也可以應(yīng)用于EM感應(yīng)測井儀測量。以下說明本發(fā)明的數(shù)學(xué)理論。
可以根據(jù)方位角φ的達(dá)到二階的傅里葉級(jí)數(shù)表示由從發(fā)射器20發(fā)射的EM信號(hào)感生的接收器24處的電壓，其中，φ是接收器24的方位角。接收器24處的測量電壓可以被寫成為 VRT(φ)＝Co+C1c cos(φ)+C1s sin(φ)+C2c cos(2φ)+C2s sin(2φ)(1) 此方程在基于測井儀坐標(biāo)系中表示，其中z軸沿著測井儀軸線18向下指向，而x軸在到垂直于測井儀軸線18的平面上的負(fù)的重力加速度矢量的投影指向。y軸滿足右手系。表示電壓的0階、1階和2階諧波系數(shù)的一組復(fù)系數(shù)C0、C1c、C1s、C2c和C2s被定義為 C1c＝ Vxzsin(θR)cos(θT)+Vzxcos(θR)sin(θT)cos(φT)+Vzycos(θR)sin(θT)sin(φT)；(3) C1s＝Vyzsin(θR)cos(θT)+Vzycos(θR)sin(θT)cos(φT)-Vzxcos(θR)sin(θT)sin(φT)；(4) 其中θR和θT分別是相對(duì)于測井儀軸線的接收器和發(fā)射器角度，而φT是發(fā)射器20相對(duì)于接收器24的方位角。
如果地層14平行于層布置，使得邊界平行于公知為“平面地層”的地層學(xué)分組，則基于測井儀的坐標(biāo)系可以繞著z軸旋轉(zhuǎn)，使得y軸平行于地層巖層或地層界面。x軸將在由測井儀軸線和層理面的法線形成的平面中并垂直于z軸和y軸。相關(guān)地層界面是可被測井儀檢測的地層界面。在此旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，“y”交叉耦合Vxy、Vyx、Vyz和Vzy為零，而僅具有五個(gè)非零耦合。如果巖層僅近似平行，因?yàn)檫@些交叉耦合項(xiàng)將不再為零，因此可引入小誤差。如果在允許極限內(nèi)引入誤差，則本方法可以在這種大致平行巖層中使用。因此，如果交叉耦合項(xiàng)為零或近似為零，則電壓方程可以被簡化為 其中 其中φB不僅僅是兩個(gè)坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)角度，而還可以是地層邊界的方位角(相對(duì)傾角)。以上簡化的方程可以被重新寫成為 CRT(φ)＝C0+C1c cos(φ)+C1s sin(φ)+C2c cos(2φ)+C2s sin(2φ)；(13) 其中 C1c＝Vxz sin(θR)cos(θT)cos(φB)+Vzx cos(θR)sin(θT)cos(φB-φT)；(15) C1s＝Vxzsin(θR)cos(θT)sin(φB)+Vzx cos(θR)sin(θT)sin(φB-φT) ；(16) 以及 要注意的是在方程(14)-(18)中，雖然對(duì)于電磁耦合分量來說使用了相同的變量Vxx、Vyy、Vzz、Vxz、和Vzx，但是所述變量在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中被定義，并通常不同于在方程(2)-(6)中使用的那些變量。
可以求解以上兩個(gè)二階諧波系數(shù)以獲得層理方位角φB和(Vxx-Vyy)耦合。這產(chǎn)生 和 如果發(fā)射器20和接收器24在不同的平面(φT≠0)，則可以使用這些結(jié)果求解一階諧波系數(shù)方程以得到Vxz和Vzx。解為 和 然后可以由這些解生成對(duì)稱響應(yīng)(Vxz-Vzx)和反對(duì)稱響應(yīng)(Vxz+Vzx)。
然而，如果發(fā)射器20和接收器24在同一平面內(nèi)(φT＝0)，則可以從以下得到層理方位角φB和Vxz和Vzx的組合 和 Vxzsin(θR)cos(θT)+Vzxcos(θR)sin(θT)＝C1ccos(φB)+C1ssin(φB) (24) 當(dāng)θR＝θT時(shí)，可以推導(dǎo)出反對(duì)稱分量(Vxz+Vzx)。當(dāng)θR＝-θT時(shí)，可以推導(dǎo)出對(duì)稱分量(Vxz-Vzx)。
當(dāng)發(fā)射器20和接收器24在垂直平面中時(shí)，cos(φT)＝0，因此0階諧波系數(shù)與Vzz成比例，使得 C0＝Vzz cos(θR)cos(θT)(25) 因此，對(duì)稱測量值和反對(duì)稱測量值分別被定義為 和 對(duì)地層各項(xiàng)異性敏感的進(jìn)一步響應(yīng)可以以下形式生成 其中λ為常數(shù)。
如果發(fā)射器20和接收器24在不同但也不垂直的平面內(nèi)，則0階諧波系數(shù)僅可以生成Vzz和(Vxx+Vyy)的線性組合。對(duì)稱測量值和反對(duì)稱測量值可以分別被定義為 和 進(jìn)一步的響應(yīng)還可以以下形式被定義為 其中λ為常數(shù)。此響應(yīng)對(duì)地層各項(xiàng)異性敏感。
雖然上述實(shí)施例使用具有天線都傾斜的單個(gè)TR對(duì)，但是本發(fā)明不局限于這種結(jié)構(gòu)。例如，TR對(duì)的一個(gè)天線可以與測井儀軸線18軸向?qū)R，而另一個(gè)天線傾斜。在發(fā)射器軸向?qū)R的這種結(jié)構(gòu)中，層理方位角φB以及Vzz和Vxz耦合由以下給出 和 如果發(fā)射器橫向(垂直)于測井儀軸線18，而接收器傾斜，則耦合Vxx，Vyy，和Vzx以及層理方位角φB由以下給出 和 要注意的是可以使用一階或二階諧波系數(shù)并且通過使所述一階和二階諧波系數(shù)相等來計(jì)算層理方位角φB，發(fā)射器方位角可以被推導(dǎo)為 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于如圖3A和3B中所示的兩個(gè)發(fā)射器-一個(gè)接收器結(jié)構(gòu)來說可以獲得校正增益的電磁耦合分量。在此實(shí)施例中，兩個(gè)發(fā)射器20、21優(yōu)選地在不同的時(shí)間或不同的(但是優(yōu)選地接近的)頻率下操作。所述兩個(gè)發(fā)射器靠近定位或者優(yōu)選地被共同定位。假定如上所述的平面地層和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可以擴(kuò)展并使用方程(7)-(24)。
使用方程19和20，對(duì)于第一發(fā)射器-接收器對(duì)來說可以確定層理方位角φB和(Vxx-Vyy)耦合組合 和 還可以使用來自第二發(fā)射器-接收器對(duì)的測量值計(jì)算層理方位角φB，并且如果期望利用來自第一TR對(duì)的結(jié)果平均所述層理方位角，或者可以使用從任一TR對(duì)獲得的值。還可以對(duì)第二發(fā)射器-接收器對(duì)確定(Vxx-Vyy)耦合組合 第二發(fā)射器-接收器對(duì)相對(duì)于第一發(fā)射器-接收器的增益校正可以被計(jì)算為 類似地，如果發(fā)射器的方位角不為零，則方程21和22可以用于求解一階諧波系數(shù)方程 其中j＝1或2。來自兩個(gè)發(fā)射器-接收器對(duì)的以上分量值的平均或加權(quán)平均可以用于獲得更加可靠的結(jié)果。
如果發(fā)射器方位角不為零，則對(duì)于這些偶合分量來說，第二發(fā)射器-接收器對(duì)相對(duì)于第一發(fā)射器-接收器的增益校正還可以被計(jì)算為 或 當(dāng)發(fā)射器的方位角為零時(shí)，則使用方程(23)得到層理方位角φB，而使用方程(24)得到耦合系數(shù)Vxz和Vzx。具體地，方程(24)可以被寫成為用于每一個(gè)發(fā)射器-接收器對(duì)?？梢詫?duì)生成的兩個(gè)方程進(jìn)行求解以生成 (48) (49) 如從方程(48)和(49)所看到的，當(dāng)發(fā)射器方位角相對(duì)于接收器為零時(shí)，發(fā)射器相對(duì)于測井儀軸線的傾角必須不同。
以上獲得的增益校正和層理方位角可以用于使用0階諧波系數(shù)方程獲得一些耦合分量。所述耦合由以下給出 因此，使用以上方程，對(duì)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的平坦地層來說可以獲得對(duì)耦合張量的五個(gè)非零分量Vzz、Vxx、Vyy、Vxz和Vzx的解。
在本發(fā)明的可選實(shí)施例中，對(duì)于其中兩個(gè)接收器間隔開的一個(gè)發(fā)射器/兩個(gè)接收器結(jié)構(gòu)來說可以計(jì)算響應(yīng)信號(hào)。如上所述，當(dāng)使用一個(gè)發(fā)射器/一個(gè)接收器結(jié)構(gòu)中，可以得到一些電磁耦合分量或所述電磁耦合分量的組合。對(duì)于可選的一個(gè)發(fā)射器/兩個(gè)接收器實(shí)施例來說，響應(yīng)信號(hào)可以限定為來自發(fā)射器/第一接收器對(duì)的電磁耦合分量中的至少一個(gè)和來自發(fā)射器/第二接收器對(duì)的電磁耦合分量中的至少一個(gè)的組合。一種這種組合的示例是 其中λ是常數(shù)，并且上標(biāo)(1)和(2)表示來自各個(gè)發(fā)射器/接收器對(duì)中的每一個(gè)的電磁耦合分量。
在本發(fā)明的又一個(gè)可選實(shí)施例中，對(duì)于其中兩個(gè)發(fā)射器被定位成彼此靠近或優(yōu)選地共同定位，而兩個(gè)接收器間隔開的兩個(gè)發(fā)射器和兩個(gè)接收器結(jié)構(gòu)來說可以計(jì)算響應(yīng)信號(hào)。如上所述，當(dāng)使用一個(gè)發(fā)射器/一個(gè)接收器結(jié)構(gòu)中，可以得到一些電磁耦合分量或所述電磁耦合分量的組合。對(duì)于可選的一個(gè)發(fā)射器/兩個(gè)接收器實(shí)施例來說，響應(yīng)信號(hào)可以限定為來自兩個(gè)發(fā)射器/第一接收器對(duì)的電磁耦合分量中的至少一個(gè)和來自兩個(gè)發(fā)射器/第二接收器對(duì)的電磁耦合分量中的至少一個(gè)的組合。一種這種組合的示例是 其中上標(biāo)(1)和(2)表示來自各個(gè)發(fā)射器/接收器對(duì)中的每一個(gè)的電磁耦合分量。
從本發(fā)明的具體實(shí)施例的上述詳細(xì)說明中，應(yīng)該認(rèn)識(shí)的是已經(jīng)公開了一種用于使用單個(gè)傾斜發(fā)射器-接收器對(duì)獲得諸如對(duì)稱響應(yīng)和反響應(yīng)對(duì)稱的地下地層參數(shù)的新穎而又有用的方法。此外，對(duì)于單個(gè)TR對(duì)和對(duì)于兩個(gè)發(fā)射器-一個(gè)接收器結(jié)構(gòu)來說，已經(jīng)公開了使用平面地層所固有的對(duì)稱性的各種實(shí)施例。通過互換，可以使發(fā)射器和接收器的作用相反，使得例如還可以使用兩個(gè)接收器-一個(gè)發(fā)射器結(jié)構(gòu)。雖然這里已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地公開了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是這僅僅是出于說明本發(fā)明的各種特征和方面的目的來說明的，而不是旨在對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行限制。要理解的是在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍的情況下，可以對(duì)所公開的實(shí)施例進(jìn)行包括但不限于可能已經(jīng)在這里建議的這些實(shí)施例變化的各種替代、變化、和/或修改。
權(quán)利要求
1.一種確定被井眼穿過的地層的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法，所述地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述方法包括以下步驟
將測井儀設(shè)置在所述井眼內(nèi)，其中，所述測井儀包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩，所述接收器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩，所述發(fā)射器和所述接收器包括發(fā)射器-接收器對(duì)；
在旋轉(zhuǎn)所述測井儀的同時(shí)發(fā)射電磁信號(hào)；
接收所述電磁信號(hào)以從所述發(fā)射器-接收器對(duì)產(chǎn)生測量信號(hào)；
測量測井儀旋轉(zhuǎn)的方位角；以及
根據(jù)來自所述發(fā)射器-接收器對(duì)的所述測量信號(hào)，對(duì)具有大致平行邊界的所述地層的所述部分確定所述一個(gè)或多個(gè)地層參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括層理方位角、水平電阻率、垂直電阻率、邊界指標(biāo)、到地層界面的距離、一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量、或所述一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的所述組合包括對(duì)稱響應(yīng)或反對(duì)稱響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器和所述接收器以互換的方式操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線傾斜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)平行于所述測井儀的所述縱向軸線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)垂直于所述測井儀的所述縱向軸線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，θT和θR相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器與所述接收器之間的方位角φT不為零。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩在垂直的平面中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩在同一平面中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述測量信號(hào)是復(fù)電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)包括電磁耦合分量的比值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述比值沒有單位。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定一個(gè)或多個(gè)地層參數(shù)的步驟包括使用諧波系數(shù)計(jì)算所述參數(shù)的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定一個(gè)或多個(gè)地層參數(shù)的步驟包括以下步驟
使用諧波系數(shù)計(jì)算一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量或一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的組合；以及
使用所述一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量或所述一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的組合計(jì)算一個(gè)或多個(gè)地層特性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述發(fā)射器承載在所述測井儀的第一模塊上或承載在所述第一模塊內(nèi)，而所述接收器承載在所述測井儀的第二模塊上或承載在所述第二模塊內(nèi)，其中，所述第一模塊和所述第二模塊能夠移除地彼此連接或者能夠移除地連接到介入模塊或一組模塊。
18.一種確定被井眼穿過的地層的電磁耦合張量的方法，所述地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述方法包括以下步驟
將測井儀設(shè)置在所述井眼內(nèi)，其中，所述測井儀包括第一發(fā)射器、第二發(fā)射器和接收器，所述第一發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的縱向軸線成角度θT1的第一發(fā)射器偶極矩，所述第二發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θT2的第二發(fā)射器偶極矩，所述接收器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩，所述第一發(fā)射器和所述接收器構(gòu)成第一發(fā)射器-接收器對(duì)，而所述第二發(fā)射器和所述接收器構(gòu)成第二發(fā)射器-接收器對(duì)；
在旋轉(zhuǎn)所述測井儀的同時(shí)從所述第一發(fā)射器和/或所述第二發(fā)射器發(fā)射電磁信號(hào)；
接收所述電磁信號(hào)以從所述第一發(fā)射器-接收器對(duì)和所述第二發(fā)射器-接收器對(duì)產(chǎn)生測量信號(hào)；
測量測井儀旋轉(zhuǎn)的方位角；以及
根據(jù)來自所述第一發(fā)射器-接收器對(duì)和所述第二發(fā)射器-接收器對(duì)的所述測量信號(hào)，對(duì)具有大致平行邊界的所述地層的所述部分確定所述電磁耦合張量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括步驟使用所述電磁耦合張量的一個(gè)或多個(gè)分量，或所述一個(gè)或多個(gè)分量的組合，以確定層理方位角、水平電阻率、垂直電阻率、邊界指標(biāo)、到地層界面的距離、和/或一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)電磁耦合分量的所述組合包括對(duì)稱響應(yīng)或反對(duì)稱響應(yīng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述發(fā)射器和所述接收器以互換的方式操作。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述偶極矩中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線傾斜。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，θT1、θT2和θR相等。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述方位角φT1和φT2中的至少一個(gè)不為零。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述確定電磁耦合張量的步驟包括使用諧波系數(shù)計(jì)算所述電磁耦合張量的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，對(duì)所述電磁耦合張量的一個(gè)或多個(gè)分量進(jìn)行增益校正。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一發(fā)射器承載在所述測井儀的第一模塊上或承載在所述第一模塊內(nèi)，所述第二發(fā)射器承載在所述測井儀的第二模塊上或承載在所述第二模塊內(nèi)，而所述接收器承載在所述測井儀的第三模塊上或承載在所述第三模塊內(nèi)，其中，所述第一模塊、所述第二模塊和所述第三模塊能夠移除地彼此連接或者能夠移除地連接到介入模塊或一組模塊。
28.一種設(shè)置在穿過地層的井眼內(nèi)的測井儀，所述地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述測井儀包括
單個(gè)發(fā)射器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩；
單個(gè)接收器，所述接收器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩；和
旋轉(zhuǎn)位置指示器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，θT和θR相等。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩在不同的平面中。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的測井儀，其中，所述不同平面垂直。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器和所述接收器以互換的方式操作。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)平行于所述測井儀的所述縱向軸線。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)垂直于所述測井儀的所述縱向軸線。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器承載在所述測井儀的第一模塊上或承載在所述第一模塊內(nèi)，而所述接收器承載在所述測井儀的第二模塊上或承載在所述第二模塊內(nèi)，其中，所述第一模塊和所述第二模塊能夠移除地彼此連接或者能夠移除地連接到介入模塊或一組模塊。
36.一種設(shè)置在穿過地層的井眼內(nèi)的測井儀，所述地層的至少一部分具有大致平行的邊界，所述測井儀包括
第一發(fā)射器，所述第一發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的縱向軸線成角度θT1的第一發(fā)射器偶極矩；
第二發(fā)射器，所述第二發(fā)射器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θT2的第二發(fā)射器偶極矩；
接收器，所述接收器具有相對(duì)于所述測井儀的所述縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩，其中，θT1和θT2中的至少一個(gè)等于θR；和
旋轉(zhuǎn)位置指示器。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測井儀，其中，所述第一發(fā)射器偶極矩和所述第二發(fā)射器偶極矩在第一平面中，所述接收器偶極矩在第二平面中，并且所述第一平面和所述第二平面不同。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的測井儀，其中，所述第一平面和所述第二平面垂直。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測井儀，其中，所述第一發(fā)射器和所述第二發(fā)射器與所述接收器以互換的方式操作。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)平行于所述測井儀的所述縱向軸線。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測井儀，其中，所述發(fā)射器偶極矩和所述接收器偶極矩中的一個(gè)且只有一個(gè)垂直于所述測井儀的所述縱向軸線。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的測井儀，其中，所述第一發(fā)射器承載在所述測井儀的第一模塊上或承載在所述第一模塊內(nèi)，所述第二發(fā)射器承載在所述測井儀的第二模塊上或承載在所述第二模塊內(nèi)，而所述接收器承載在所述測井儀的第三模塊上或承載在所述第三模塊內(nèi)，其中，所述第一模塊、所述第二模塊和所述第三模塊能夠移除地彼此連接或者能夠移除地連接到介入模塊或一組模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開一種確定被井眼穿過的地層的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的方法和一種設(shè)置在穿過地層的井眼內(nèi)的測井儀，地層的至少一部分具有大致平行的邊界。所述方法包括以下步驟將測井儀設(shè)置在井眼內(nèi)，其中，測井儀包括發(fā)射器和接收器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩，所述接收器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩，發(fā)射器和接收器包括發(fā)射器-接收器對(duì)；在旋轉(zhuǎn)測井儀的同時(shí)發(fā)射電磁信號(hào)；接收電磁信號(hào)以從發(fā)射器-接收器對(duì)產(chǎn)生測量信號(hào)；測量測井儀旋轉(zhuǎn)的方位角；以及根據(jù)來自發(fā)射器-接收器對(duì)的測量信號(hào)，對(duì)具有大致平行邊界的地層的部分確定一個(gè)或多個(gè)地層參數(shù)。所述測井儀包括單個(gè)發(fā)射器，所述發(fā)射器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θT的發(fā)射器偶極矩；單個(gè)接收器，所述接收器具有相對(duì)于測井儀的縱向軸線成角度θR的接收器偶極矩；和旋轉(zhuǎn)位置指示器。
文檔編號(hào)G01V3/28GK101796432SQ200880023981
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者楊劍, 李啟明, 吉恩·賽杜科斯 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司