專利名稱：具有非對稱天線間距的鉆井補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y井工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及用于測量地下鉆井的電磁性質(zhì)的在鉆井時(shí)使用的測量工具。更具體地，本發(fā)明涉及鉆井補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y井工具，其具有沿著工具縱向軸線的非對稱發(fā)射器間距。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的鉆井應(yīng)用(例如隨鉆測井(LWD)、隨鉆測量(MWD)以及電纜測井應(yīng)用) 中使用電測量是公知的。這種技術(shù)可用于確定地下巖層的電阻率，電阻率與該巖層的孔隙率測量值一起通常用于指示該巖層中的碳?xì)浠衔锏拇嬖?。例如，本領(lǐng)域已知具有高電阻率的多孔巖層通常包含碳?xì)浠衔?例如原油)，而具有低電阻率的多孔巖層通常飽含水。 將會意識到的是，術(shù)語電阻率和導(dǎo)電率在本領(lǐng)域中通常可互換地使用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于認(rèn)識到這些量是互為倒數(shù)并且一個可經(jīng)由簡單的數(shù)學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換為另一個。本文中提及其中一個或另一個是為了便于進(jìn)行描述，而非意圖進(jìn)行限制。通常通過使用繞鉆井工具纏繞的一段天線來發(fā)射電磁波通過一巖層，從而測量巖層電阻率(或?qū)щ娐?。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的，發(fā)射天線中的時(shí)變電流(交流電流) 在巖層中產(chǎn)生對應(yīng)的時(shí)變磁場。磁場進(jìn)而在導(dǎo)電巖層中感生電流(渦流)。這些渦流進(jìn)一步產(chǎn)生次級磁場，該次級磁場可在接收天線中產(chǎn)生電壓響應(yīng)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的， 可對接收天線中的被測量電壓進(jìn)行處理以獲得次級磁場的一個或多個測量值，可進(jìn)而對該一個或多個測量值進(jìn)行處理以估計(jì)巖層電阻率(導(dǎo)電率)和/或介電常數(shù)。這些電學(xué)的巖層性質(zhì)可經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)被進(jìn)一步相關(guān)到巖層的含碳?xì)浠衔镄?。公知的是，所發(fā)射的電磁波通常被衰減和相移的量與巖層的電阻率和/或介電常數(shù)有關(guān)。通常在第一和第二間隔的接收天線處接收所發(fā)射的波。通常通過獲取所接收波的比來得到第一和第二接收器之間的衰減和相移。然后可以使用衰減和/或相移來估計(jì)巖層電阻率。為了得到更多數(shù)據(jù)(例如在勘探到巖層中的多個深度處)，公知的是使用多個間隔的發(fā)射器來進(jìn)行上述測量，因?yàn)殡姶挪ㄟM(jìn)入巖層的穿透深度趨向于隨著發(fā)射器和接收器之間的間距增大而增大。多干擾頻率的使用也是多深度勘探的已知勘探手段，因?yàn)榇┩干疃融呄蛴谂c傳輸電磁波的頻率逆相關(guān)。為了適應(yīng)接收器電子器件所引入的誤差(例如由于熱漂移鉆井)，常規(guī)電阻率測量一般采用補(bǔ)償方案。一個此類補(bǔ)償技術(shù)是將電阻率工具構(gòu)造成具有對稱的發(fā)射器(即發(fā)射器軸向?qū)ΨQ地部署在接收器周圍)。圖1示出了一種公知和可商購的、采用這種補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)電阻率工具50。所示的該工具實(shí)施例包括第一和第二接收器R1和&，第一和第二接收器R1和R2對稱地部署在第一組和第二組發(fā)射器T1, T2, T3和V、V、T3'之間。發(fā)射器順序地發(fā)射，并且來自每對發(fā)射器(T1和T/、T2和Τ2’、Τ3和T/)的結(jié)果可被平均以基本上抵消誤差項(xiàng)。雖然該方案在商業(yè)上是切實(shí)可行的，但是一個缺點(diǎn)在于其導(dǎo)致工具長度顯著增力口。增加的工具長度導(dǎo)致其他傳感器被置于更遠(yuǎn)離鉆子的位置。增加的工具長度也可能在狗腿嚴(yán)重度高的井中成為問題。
美國專利6，218，842公開了替代的補(bǔ)償方案，其中，單個補(bǔ)償發(fā)射器被軸向地部署在接收器之間。在鉆井操作期間，校準(zhǔn)發(fā)射器產(chǎn)生的電磁波被每個接收器探測到。所探測信號之間的衰減和相移的差異被用于針對熱漂移來校準(zhǔn)接收器。雖然該方案可克服上述問題，但是其需要校準(zhǔn)發(fā)射器精確地位于接收器之間。位置的任何誤差(或者由于極端鉆井溫度和壓力弓I起的工具主體變形)可導(dǎo)致顯著的校準(zhǔn)誤差。因此，本領(lǐng)域仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)的電阻率測井工具，并且尤其是用于這種電阻率測井工具的改進(jìn)的補(bǔ)償方案。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，從而如所附權(quán)利要求描述的，提供了一種隨鉆測井電阻率工具。如所附權(quán)利要求進(jìn)一步描述的，還提供了一種補(bǔ)償電阻率測量方法。本發(fā)明的各個方面意圖解決上述對于改進(jìn)的電阻率測井工具的需求。在一個方面中，本發(fā)明包括一種隨鉆測井電阻率工具，其具有部署在第一和第二接收器的一個軸向側(cè)上的多個間隔的發(fā)射器。該工具進(jìn)一步包括第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器，優(yōu)選地，其對稱地部署在接收器之間。補(bǔ)償發(fā)射器可用于獲得鉆井補(bǔ)償(相位和衰減誤差)，其可從常規(guī)相位和衰減測量中被減去。本發(fā)明的示例性實(shí)施例有利地提供了若干技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的示例性實(shí)施例有利地提供了準(zhǔn)確的鉆井補(bǔ)償，同時(shí)還提供了總工具長度的顯著降低。根據(jù)本發(fā)明的工具從而趨向于更好地適合狗腿嚴(yán)重度高的井并且還提供更緊湊的BHA。在一個方面中，本發(fā)明的實(shí)施例包括一種隨鉆測井電阻率工具。該工具包括隨鉆測井工具主體，第一和第二縱向間隔的接收器部署在該工具主體上。第一和第二縱向間隔的補(bǔ)償發(fā)射器優(yōu)選地部署在該工具主體上，并且優(yōu)選地軸向地部署在第一和第二接收器之間。補(bǔ)償發(fā)射器關(guān)于第一和第二接收器之間的中點(diǎn)軸向?qū)ΨQ。多個縱向間隔的發(fā)射器也部署在工具主體上，該多個發(fā)射器關(guān)于中點(diǎn)不對稱。在優(yōu)選實(shí)施例中，電阻率工具進(jìn)一步包括控制器，其構(gòu)造成(i)采用第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器來獲得接收器處的衰減誤差和相位誤差中的至少一個；以及(ii)從利用多個發(fā)射器中的至少一個以及第一和第二接收器獲得的后續(xù)衰減和相位測量值中減去所述衰減誤差和/或相位誤差。在另一個方面，本發(fā)明包括一種用于補(bǔ)償?shù)叵裸@井中進(jìn)行的電阻率測量的方法。 所述方法包括在所述鉆井中部署電阻率工具。所述工具包括第一和第二縱向間隔的接收器、第一和第二縱向間隔的補(bǔ)償發(fā)射器(補(bǔ)償發(fā)射器關(guān)于第一和第二接收器之間的中點(diǎn)軸向?qū)ΨQ)和多個縱向間隔的發(fā)射器。所述方法還包括導(dǎo)致所述第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器發(fā)射對應(yīng)的第一和第二補(bǔ)償電磁波；為所述第一和第二補(bǔ)償電磁波中的每一個測量所述第一和第二接收器之間的相移和衰減；以及從所測量的相移和衰減計(jì)算相移誤差和衰減誤差。所述方法還包括導(dǎo)致所述發(fā)射器中的至少一個發(fā)射電磁波；測量所述第一和第二接收器之間的相移和衰減；以及從所測量的相移和衰減減去所計(jì)算的相移誤差和衰減誤差，以獲得經(jīng)補(bǔ)償?shù)南嘁坪退p。前面相當(dāng)大體地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以便使得本發(fā)明的后續(xù)詳細(xì)描述可被更好地理解。本發(fā)明另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在后面進(jìn)行描述，其形成了本發(fā)明的權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到，所公開的概念和特定實(shí)施例可易于被用作修改或設(shè)計(jì)其他實(shí)施本發(fā)明相同目的的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)意識到，這種等同構(gòu)造不會偏離本發(fā)明在所附權(quán)利要求中闡述的精神和范圍。


為了更完整的理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述，在附圖中 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中采用多組對稱的發(fā)射器的補(bǔ)償LWD電阻率工具。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的非對稱LWD電阻率工具的一個示例性實(shí)施例。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的非對稱LWD電阻率工具的另一個示例性實(shí)施例。圖4以流程圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性方法實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的LWD電阻率工具100的一個示例性實(shí)施例。電阻率工具 100包括繞工具主體110部署的多個間隔的發(fā)射器I\、T2和T3以及一對間隔的接收器R1和 &。發(fā)射器Ι\、τ2和T3可被認(rèn)為是非對稱的，因?yàn)樗鼈儾渴鹪诮邮掌鲗1和&的一個軸向側(cè)上并且因?yàn)闆]有對應(yīng)的對稱發(fā)射器部署在接收器的相對軸向側(cè)上。與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)電阻率工具50形成對比的是，本發(fā)明不包括第二組對稱發(fā)射器。電阻率工具100還包括一對對稱的補(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2。在圖2所示的示例性實(shí)施例中，這些補(bǔ)償發(fā)射器CT1和 CT2軸向地部署在接收器對R1和&之間。雖然本發(fā)明不限于這一點(diǎn)(補(bǔ)償發(fā)射器也可軸向地部署在接收器周圍)，但是將補(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2部署在接收器對R1和&之間是優(yōu)選的，因?yàn)檫@有利地使得工具長度最小化。繼續(xù)參見圖2，補(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2構(gòu)造成合成合適的鉆井補(bǔ)償。然后可從使用間隔的發(fā)射器1\、T2和T3和接收器R1和&獲得的未補(bǔ)償測量值中去掉該補(bǔ)償。在鉆井期間，補(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2可以以任何合適的時(shí)間間隔順序地發(fā)射，以在巖層中產(chǎn)生對應(yīng)的電磁波。這些波被每個接收器R1和&接收并且用于計(jì)算鉆井補(bǔ)償?？梢杂镁哂邢嗤蛳喾葱盘柕慕涣麟娏鱽砑钛a(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2。本發(fā)明不限于這些方面。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的替代電阻率工具的實(shí)施例150，其中，補(bǔ)償發(fā)射器CT1和 CT2部署在與對應(yīng)的接收器R1和&相同的溝槽中。這種實(shí)施例有利地降低了工具主體中的溝槽數(shù)量，從而趨向于降低制造成本并保留工具強(qiáng)度。將會意識到的是，本發(fā)明不限于圖 2和圖3所示的示例性工具實(shí)施例。例如，在其他替代的工具實(shí)施例中，補(bǔ)償發(fā)射器CT1和 CT2也可軸向地部署在接收器周圍(與軸向地部署在接收器之間相反)。本發(fā)明不限于這些方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將易于意識到，由于多種環(huán)境因素(例如包括溫度漂移、天線變形、以及接收器中的其他電誤差)，從所接收的電磁波獲得的磁場不同于巖層中的真實(shí)磁場。該失真例如可以用數(shù)學(xué)方式表示如下
/To) 二成細(xì)//(6))
公式1
其中，H*(m)表示所測量的磁場，H(ω)表示巖層中的真實(shí)磁場，表示真實(shí)巖層磁場的幅度和相位失真，并且俗表示以弧度為單位的電磁波角頻率。當(dāng)補(bǔ)償發(fā)射器 CT1和CT2如上所述順序地發(fā)射時(shí)，在每個接收器R1和&處測量的磁場例如可以用數(shù)學(xué)方式以類似形式表示如下
權(quán)利要求
1.一種隨鉆測井電阻率工具(100、120)，包括隨鉆測井工具主體(110);部署在所述工具主體(110)上的第一和第二縱向間隔的接收器(R1、R2);第一和第二縱向間隔的補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)，其部署成關(guān)于所述第一和第二接收器 (R1、R2)之間的中點(diǎn)軸向?qū)ΨQ；和部署在所述工具主體(110)上的多個縱向間隔的發(fā)射器(T1、T2、T3)，所述多個發(fā)射器 (T1、Τ2、Τ3 )關(guān)于所述中點(diǎn)不對稱。
2.如權(quán)利要求1所述的工具(100、120)，其中，所述第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2) 軸向地部署在所述第一和第二接收器(Rl、R2)之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工具(100、120)，其中，所述多個發(fā)射器(Tl、Τ2、Τ3)的每一個部署在所述第一和第二接收器(Rl、R2)的第一軸向側(cè)上。
4.如權(quán)利要求3所述的工具(100、120)，其中，沒有發(fā)射器(Τ1、Τ2、Τ3)部署在所述第一和第二接收器(R1、R2)的相對的第二軸向側(cè)上。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的工具(100、120)，其中，所述第一和第二縱向間隔的補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2 )部署在所述工具主體(110 )上。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的工具(120)，其中所述第一接收器(Rl)和所述第一補(bǔ)償發(fā)射器(CTl)部署在所述工具主體(110)的第一周向溝槽中；并且所述第二接收器(R2)和所述第二補(bǔ)償發(fā)射器(CT2)部署在所述工具主體(110)的第二周向溝槽中。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的工具(100、120)，其中，所述接收器(Rl、R2)的每一個、 所述補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)的每一個以及所述多個發(fā)射器(Tl、T2、T3)的每一個包括環(huán)形天線和電子電路，其構(gòu)造成發(fā)射和/或接收電磁波。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的工具(100、120)，還包括控制器，所述控制器構(gòu)造成采用所述補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)來確定衰減誤差和相位誤差中的至少一個；以及從利用所述第一和第二接收器(R1、R2)以及所述多個發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個獲得的后續(xù)衰減和相位測量值中去掉所述衰減誤差和/或相位誤差。
9.如權(quán)利要求8所述的工具(100、120)，其中，通過從利用所述第一和第二接收器(Rl、 R2)以及所述多個發(fā)射器(Tl、Τ2、Τ3)中的至少一個獲得的后續(xù)衰減和相位測量值中減去所述衰減誤差和/或相位誤差來去掉所述衰減誤差和/或相位誤差。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的工具(100、120)，其中，所述控制器構(gòu)造成(i)導(dǎo)致所述第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)發(fā)射對應(yīng)的第一和第二補(bǔ)償電磁波；(ii)為所述第一和第二補(bǔ)償電磁波中的每一個測量所述第一和第二接收器(R1、R2)之間的衰減和相移；(iii)從在(ii)中測量的衰減和相移計(jì)算衰減誤差和相位誤差；(iv)導(dǎo)致所述多個發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個發(fā)射電磁波；(ν)為在(iv)中發(fā)射的電磁波測量所述第一和第二接收器之間的衰減和相移；以及(vi)從在(ν)中測量的衰減和相移減去在(iii)中計(jì)算的衰減誤差和相位誤差。
11.一種用于補(bǔ)償?shù)叵裸@井中進(jìn)行的電阻率測量的方法(200)，所述方法包括(a)在所述鉆井中部署電阻率工具(100、120)，所述工具(100、12)包括第一和第二縱向間隔的接收器(Rl、R2)、第一和第二縱向間隔的補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)和多個縱向間隔的發(fā)射器(T1、T2、T3)，所述補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)關(guān)于所述第一和第二接收器(R1、R2)之間的中點(diǎn)軸向?qū)ΨQ；(b)導(dǎo)致(202)所述第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)發(fā)射對應(yīng)的第一和第二補(bǔ)償電磁波；(c)為所述第一和第二補(bǔ)償電磁波中的每一個測量(204)所述第一和第二接收器(Rl、 R2)之間的相移和衰減；(d)從在(c)中測量的相移和衰減計(jì)算(206)相移誤差和衰減誤差；(e)導(dǎo)致(208)所述多個發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個發(fā)射電磁波；(f)為在(e)中發(fā)射的電磁波測量(210)所述第一和第二接收器之間的相移和衰減；以及(g)從在(f)中測量的相移和衰減減去(212)在(d)中計(jì)算的相移誤差和衰減誤差，以獲得經(jīng)補(bǔ)償?shù)南嘁坪退p。
12.如權(quán)利要求11所述的方法(200)，其中，所述相移誤差和所述衰減誤差在(d)中根據(jù)以下公式計(jì)算
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法(200)，其中，所述相移誤差和所述衰減誤差在(g) 中根據(jù)以下公式被減去
14.如權(quán)利要求11-13中任一項(xiàng)所述的方法(200)，其使用如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的電阻率工具(100、120)。
15.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的工具(100、120)，其構(gòu)造成用于如權(quán)利要求11-13 中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
一種具有軸向非對稱間隔的發(fā)射器(T1、T2、T3)的補(bǔ)償?shù)碾娮杪孰S鉆測井工具(100、12)構(gòu)造成提供經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y量。在一個示例性實(shí)施例中，所述工具(100、120)包括第一和第二補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)，其優(yōu)選地部署成在第一和第二間隔的接收器(R1、R2)之間軸向?qū)ΨQ。所述工具(100、120)還包括多個發(fā)射器(T1、T2、T3)，其部署成關(guān)于所述接收器(R1、R2)軸向非對稱，例如部署在所述接收器(R1、R2)的一個軸向側(cè)上。所述補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)構(gòu)造成獲得鉆井補(bǔ)償，其可從常規(guī)相位和衰減測量值中被減去。
文檔編號G01V3/30GK102460219SQ201080024475
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月2日
發(fā)明者李 J. 申請人:史密斯國際公司