專利名稱：多精度多維測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)反演以及深巖層成像方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及用于測(cè)定地球巖層特性的測(cè)井設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域。本發(fā)明尤其涉及一種使用多陣列電阻率數(shù)據(jù)的巖層電阻率測(cè)定方法。
2.現(xiàn)有技術(shù)電磁感應(yīng)、波傳播及電流型測(cè)井儀通常用于測(cè)定礦井周圍巖層的電氣特性。這些測(cè)井儀測(cè)量巖層的視在電阻率(或電導(dǎo)率)，準(zhǔn)確的分析對(duì)于診斷此處的巖層和流體的巖石學(xué)特性是很容易的。
電磁感應(yīng)電阻測(cè)井的物理原理例如H.G.Doll，“Introduction toInduction Logging and Application to Logging of Wells Drilled withOil Based Mud”，Journal of Petroleum Technology，vol.1，p.148，Society of Petroleum Engineers，Richardson Tex.(1949)所述。自從Doll的參考文獻(xiàn)發(fā)表之后，在其基礎(chǔ)上已經(jīng)對(duì)電磁感應(yīng)電阻設(shè)備進(jìn)行了許多改進(jìn)和修正。這種修正和改進(jìn)實(shí)例例如授予Chandler等人的美國(guó)專利號(hào)No.4,837,517；No.5,157,605，以及授予Beard等人的美國(guó)專利號(hào)No.5,452,761。其他儀器包括Baker Hughes公司的HDLL(高清晰度側(cè)向測(cè)井)，例如Tabarovsky等人的美國(guó)專利號(hào)No.6,060,885中所述，以及任何通用陣列側(cè)向測(cè)井儀，例如Schlumberger公司的高分辨率側(cè)向測(cè)井陣列儀(HRLA)。
使用例如Beard公開(kāi)的陣列感應(yīng)測(cè)井儀，以及電流測(cè)井儀例如HDLL和HRLA或任何通用陣列側(cè)向測(cè)井儀進(jìn)行測(cè)量分析是基于反演?，F(xiàn)有技術(shù)中的測(cè)井反演法通常對(duì)整個(gè)分析過(guò)程使用單個(gè)巖層模型。當(dāng)執(zhí)行聯(lián)合或順序反演時(shí)，這種單模型方法存在缺陷。
反演的一個(gè)問(wèn)題在于地球至少用一個(gè)2D模型(每層內(nèi)的電阻率呈徑向變化)來(lái)表征。嚴(yán)格的2D反演技術(shù)相當(dāng)耗時(shí)，對(duì)于井端執(zhí)行是不實(shí)際的。例如參見(jiàn)Mezzatesta等人和Barber等人的文獻(xiàn)。在過(guò)去，有幾種方法已經(jīng)被用于加速反演。一種方法是基于巖層參數(shù)的順序測(cè)定。例如參見(jiàn)Frenkel等人(2004)的文獻(xiàn)。另一種方法是獲得一種更好的初始模型測(cè)定?？梢詤⒁?jiàn)Hakvoort等人或Frenkel和Walker(2001)的高清晰度側(cè)向測(cè)井。還有其他方法將多維(2D或3D)反演過(guò)程劃分成較為簡(jiǎn)單的一維過(guò)程序列。例如參見(jiàn)授予Frenkel等人的美國(guó)專利號(hào)No.5,889,729，F(xiàn)renkel等人(1996)，F(xiàn)renkel(2002)公開(kāi)了一種快速反演方法，其執(zhí)行1D的順序迭代，其收斂成實(shí)的2D或3D各向同性或各向異性解。
Griffiths等人的1D+1D方法基于順序的垂直1D(圍巖校正)和水平(徑向)1D反演。該方法的主要缺點(diǎn)，如作者所述，是對(duì)于薄侵入巖層可能會(huì)提供不正確的結(jié)果。因此，為了完成數(shù)據(jù)分析，需要一個(gè)附加的、耗時(shí)的嚴(yán)格2D反演步驟。
需要注意的是所引用的基于反演的陣列測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)分析方法使用了單個(gè)巖層模型。通過(guò)不考慮輸入子陣列數(shù)據(jù)的垂直分辨率差異，聯(lián)合或順序反演過(guò)程在薄侵入巖層可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定及不正確的結(jié)果。所謂的多精度反演方法已經(jīng)被用于地震數(shù)據(jù)分析(例如參見(jiàn)Bunks等人和Zhou的文獻(xiàn))，但沒(méi)有被用于不同分辨率的測(cè)井聯(lián)合反演。
對(duì)于2D或3D的可靠分析方法需要解決與薄圍巖反演相關(guān)的不穩(wěn)定問(wèn)題，解決不同測(cè)井裝置的不同分辨率，并且仍然能快速計(jì)算。本發(fā)明解決了這個(gè)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種測(cè)定地球巖層特性的方法。通過(guò)使用運(yùn)送到地球巖層礦井內(nèi)的測(cè)井儀來(lái)獲得表示此特性的多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，每個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集具有與其相關(guān)的分辨率。處理第一個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集以給出地球巖層的第一個(gè)模型。通過(guò)使用第一個(gè)模型，并處理另一個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，獲得了該礦井的一個(gè)2D層狀模型，一個(gè)3D層狀模型和/或一個(gè)2D圖像。此特性可以是地球巖層的電阻率。陣列數(shù)據(jù)可以用一個(gè)多陣列感應(yīng)測(cè)井儀、多組件感應(yīng)測(cè)井儀和/或電流跟蹤儀獲得。其中一個(gè)子集可能具有與其他子集不同的水平和/或垂直分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種測(cè)定地球巖層特性的設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)運(yùn)送到地球巖層的礦井內(nèi)的測(cè)井儀，所述測(cè)井儀獲得兩個(gè)或更多個(gè)表示此特性的陣列數(shù)據(jù)子集，每個(gè)子集具有一個(gè)與其相關(guān)的分辨率。該設(shè)備還包括一個(gè)處理器，其處理陣列數(shù)據(jù)的第一個(gè)子集以給出第一個(gè)模型，并且使用第一模型以及處理陣列數(shù)據(jù)的另一個(gè)子集，獲得巖層的一個(gè)2D層狀模型、一個(gè)3D層狀模型、和/或巖層的2D圖像。此特性可以是地球巖層的電阻率。該測(cè)井儀可以是一個(gè)多陣列感應(yīng)測(cè)井儀、多組分感應(yīng)測(cè)井儀和/或電流測(cè)井儀。其中一個(gè)子集可能具有與其他子集不同的水平和/或垂直分辨率。該測(cè)井儀可以在電纜、鉆探管或鋼纜上傳送入一個(gè)礦井。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種用于測(cè)定地球巖層特性的設(shè)備的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。所述設(shè)備包括一個(gè)運(yùn)送到地球巖層的礦井內(nèi)的測(cè)井儀，所述測(cè)井儀獲得兩個(gè)或更多個(gè)表示此特性的陣列數(shù)據(jù)子集，每個(gè)子集具有一個(gè)與其相關(guān)的分辨率。該介質(zhì)包括的指令使得處理器處理陣列數(shù)據(jù)的第一個(gè)子集以給出第一個(gè)模型，并且使用第一模型以及處理陣列數(shù)據(jù)的另一個(gè)子集，獲得巖層的一個(gè)2D層狀模型、一個(gè)3D層狀模型、和/或巖層的2D圖像。該介質(zhì)可以是ROM、EPROM、EAROM、閃存、以及光盤(pán)中的一種。


通過(guò)附圖能夠更好地理解本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記用于標(biāo)注相同的元件，并且其中圖1示出了放置在穿透地球巖層的一個(gè)礦井內(nèi)的一個(gè)感應(yīng)式測(cè)試儀；圖2示出了反演結(jié)果，并且闡釋了模型內(nèi)不正確邊界位置的效果；圖3是闡釋了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中使用輔助過(guò)渡層的流程圖；圖4示出了用于圖3的實(shí)施例的輔助過(guò)渡層的實(shí)例；圖5示出了對(duì)于單個(gè)子陣列#0-#5使用精確邊界位置的綜合數(shù)據(jù)的1D垂直反演結(jié)果和1D徑向反演；圖6示出了使用輔助過(guò)渡層的綜合數(shù)據(jù)的1D垂直反演結(jié)果；圖7a和7b示出了具有不同垂直分辨率的多精度巖層模型的實(shí)例(礦井可以是垂直或偏斜的，或水平的)；圖8a-8c示出了具有不同單元大小的多精度巖層模型實(shí)例；圖9a示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中具有可比垂直分辨率的不同子陣列或子陣列組分別使用不同的模型來(lái)校正，通過(guò)校正后的測(cè)井結(jié)果的徑向反演產(chǎn)生2D或3D層狀巖層或者2D或3D巖層圖像格式的輸出結(jié)果；圖9b示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中具有可比垂直分辨率的不同子陣列組分別使用不同的模型來(lái)校正，通過(guò)對(duì)校正后的測(cè)井結(jié)果進(jìn)行徑向反演產(chǎn)生2D或3D層狀巖層格式的輸出結(jié)果，從而使產(chǎn)生的巖層模型逐漸細(xì)化；圖10是示出了使用過(guò)渡域產(chǎn)生的改進(jìn)實(shí)例；圖11示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中使用不同精度的陣列數(shù)據(jù)，從低精度數(shù)據(jù)開(kāi)始連續(xù)執(zhí)行反演；以及圖12示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，其中使用不同精度的陣列數(shù)據(jù)，從高精度數(shù)據(jù)開(kāi)始連續(xù)執(zhí)行反演。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，適合使用本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選感應(yīng)測(cè)井儀20位于穿透地球巖層54的礦井22內(nèi)。該儀器20通過(guò)一個(gè)電纜24被懸掛在礦井22內(nèi)，包括一個(gè)礦井探棒34和一個(gè)電路部分32。該儀器20通過(guò)電纜24放低入礦井22，其優(yōu)選用位于礦井22表面的牽引盤(pán)傳送。電纜24一般被纏繞到一個(gè)鼓輪上(未示出)。電纜24包括用于傳送電信號(hào)的絕緣電導(dǎo)。儀器20的電路部分32從探棒部分34接收信號(hào)，一般包含一個(gè)處理器。部分或所有處理也可以用一個(gè)地面處理器完成，或者通過(guò)適當(dāng)衛(wèi)星連接而連接到井端的遠(yuǎn)程處理器。
探棒34最好包括多個(gè)線圈40-52。線圈46是將振蕩信號(hào)傳送到相鄰的周圍巖層構(gòu)造54的傳輸線圈。優(yōu)選地，方波信號(hào)被送往線圈46。但是，可以使用任意數(shù)量的具有多頻率分量的振蕩電壓信號(hào)。其次，偶爾期望使用一個(gè)單頻率信號(hào)，例如正弦信號(hào)。施加到線圈46的振蕩電壓信號(hào)在線圈46內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)電流，在周圍巖層54內(nèi)依次產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)依次感生出相對(duì)于礦井22同軸傳播的渦電流。渦電流幅度與周圍巖層54的電導(dǎo)率成比例。其余線圈40，42，44，47，48，50和52是接收線圈，在線圈中由巖層內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的電場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生了信號(hào)。當(dāng)儀器20在礦井22內(nèi)向上升起時(shí)，周圍巖層54的電導(dǎo)率可以通過(guò)接收到的信號(hào)來(lái)測(cè)定，從而確定具有表示包括碳?xì)浠衔锏母怕实碾妼?dǎo)率的巖層或?qū)?5。所示配置被稱作高清晰度電感測(cè)井儀(HDIL)，只用于示意性說(shuō)明。其他線圈設(shè)置也存在，尤其傳輸和接收線圈垂直于儀器的軸。這種配置被Baker Hughes使用為服務(wù)商標(biāo)3DEX，本發(fā)明的方法還適用于3DEX類型的測(cè)量。
電路部分32一般包括一個(gè)轉(zhuǎn)換電路60，一個(gè)疊加電路62，一個(gè)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)63，以及一個(gè)遙測(cè)電路61。轉(zhuǎn)換電路60包含多個(gè)前置放大器、濾波器和模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，用于從接收線圈40-52接收信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)用于疊加電路62的進(jìn)一步處理。接收線圈40-52提供的模擬電壓信號(hào)在由發(fā)送器信號(hào)的基本頻率確定的周期內(nèi)根據(jù)預(yù)定的采樣率進(jìn)行數(shù)字化采樣，在本實(shí)施例中大約是10KHz。
在大量的發(fā)送器電壓信號(hào)周期內(nèi)重復(fù)采樣，優(yōu)選至少是1024個(gè)周期以增強(qiáng)接收信號(hào)的信噪比。為了減少必須存儲(chǔ)或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，將每個(gè)發(fā)送周期內(nèi)進(jìn)行的相應(yīng)數(shù)字采樣進(jìn)行累加。對(duì)應(yīng)于多個(gè)接收線圈中每個(gè)接收線圈的累加數(shù)字信號(hào)采樣構(gòu)成了相應(yīng)的堆疊信號(hào)采樣，被存儲(chǔ)在RAM 63中。隨后可以從RAM 63獲取與多個(gè)接收線圈40-52相對(duì)應(yīng)的堆疊信號(hào)，并可由遙測(cè)電路61通過(guò)電纜24傳輸?shù)接?jì)算機(jī)(處理器)64，該計(jì)算機(jī)構(gòu)成了地面設(shè)備26的一部分，在此設(shè)備中能夠執(zhí)行堆疊信號(hào)的分析。
在另一個(gè)替代實(shí)施例中，具有足夠的數(shù)字信號(hào)處理能力的微處理器構(gòu)成了電路部分32的一部分。因此，數(shù)據(jù)分析可以在井底執(zhí)行，這能夠進(jìn)一步減少傳輸?shù)降仄矫嫔系臄?shù)據(jù)量。需要注意的是，上述感應(yīng)測(cè)井儀的描述僅用于示意性的說(shuō)明，本發(fā)明的方法還可以用“背景技術(shù)”中討論的電流測(cè)井儀來(lái)執(zhí)行。
本發(fā)明基于兩個(gè)概念，這兩個(gè)概念能夠分別用獨(dú)立模式執(zhí)行。作為替代，本發(fā)明可采用這兩個(gè)概念的全部或部分。為此，分別討論這兩個(gè)概念，然后通過(guò)實(shí)例示出在分析多陣列感應(yīng)電阻率數(shù)據(jù)中所使用的兩個(gè)概念。需要注意的是，本發(fā)明的方法不局限于感應(yīng)電阻率數(shù)據(jù)。
第一個(gè)概念是存在不正確的圍巖邊界測(cè)定時(shí)很可靠的反演方法。識(shí)別圍巖邊界是任何反演過(guò)程的基本部分，因?yàn)榉囱葜惺褂玫哪Ｐ驮谂c圍巖邊界相關(guān)的區(qū)域內(nèi)一般具有固定的巖層特性。具有分段固定電阻率的此模型的參數(shù)比另一種模型少得多，后一種模型的電阻率從一個(gè)深度到另一個(gè)深度以不限定的方式改變。對(duì)于具有分段平滑電阻率的模型來(lái)說(shuō)也是這樣。模型參數(shù)數(shù)量較大的模型的反演結(jié)果比起參數(shù)較少的模型更容易有不穩(wěn)定性和不一致性。此方法的潛在問(wèn)題用實(shí)例闡釋。
現(xiàn)有技術(shù)中的方法已經(jīng)使用了測(cè)井曲線集的比率隨深度變化來(lái)確定潛在邊界的深度。邊界位于輸入曲線(或輸入幾個(gè)曲線時(shí)的聯(lián)合變化率)變化率最高的地方。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)規(guī)定變化率的閾值、一個(gè)區(qū)域內(nèi)找到的層邊界數(shù)量、或窗口長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整該過(guò)程的靈敏度。實(shí)際上，很難精確檢選出使用原始井的巖層邊界。因此，基于變化率的方法在最佳情況下能夠近似地(初始)估計(jì)圍巖邊界。精密反演方法從原理上能夠優(yōu)化層邊界的位置。由于未知模型參數(shù)的數(shù)量增加了，需要更多的計(jì)算機(jī)資源。而且，同時(shí)測(cè)定巖層特性和層邊界可能會(huì)得出等效解。
圖2的軌道1和2(201和203)示出了綜合的基準(zhǔn)模型。徑向的侵入剖面圖是環(huán)空型的。圍巖、侵入、環(huán)空和巖層電阻率分別是1，3，10和120Ωm；Lxo＝12英寸(30.48厘米)，Lan＝6英寸(15.24厘米)。這些電阻值在軌道2內(nèi)用虛線表示，區(qū)域長(zhǎng)度如軌道1所示。
軌道2 203示出了反演結(jié)果(實(shí)線)，假定層的邊界位置已知。示出了使用非侵入巖層模型的單個(gè)HDIL子陣列測(cè)井的垂直1D反演。由于圍巖和侵入效應(yīng)，HDIL子陣列、井Rto-Rt5的反演結(jié)果在薄層和厚層(軌道2)中是相當(dāng)不同的(軌道2)。如果將這些結(jié)果作為聯(lián)合徑向1D反演的輸入，則輸出不能提供所有層的真巖層模型，除了在10-ft(3.05m)中。另外，薄層(達(dá)到3ft或0.985m)和厚層(＞3ft或0.985m)中的結(jié)果是相當(dāng)不同的。
如果每個(gè)侵入層的底部邊界位置從它們的精確位置向下僅移動(dòng)一個(gè)采樣(0.25ft或7.62cm)，軌道3 205示出了1D反演的結(jié)果。反演結(jié)果序列在薄層內(nèi)可能變得不正確，反演結(jié)果通常與先前的結(jié)果(比較軌道2 203和軌道3 205)變化很大。
為了去除不正確定位的邊界附近的振蕩和突然跳躍，Smits在反演陣列側(cè)向測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)的文章中提出使用平滑限制。聯(lián)合反演中的平滑限制不會(huì)減少所需的計(jì)算機(jī)資源。由于分析過(guò)程中測(cè)井的垂直分辨率不同，還迫使反演尋找一個(gè)等同(不正確)的解。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是確定層邊界的一種改進(jìn)方法。此方法如圖3的流程圖所示。
使用現(xiàn)有技術(shù)的方法，例如基于測(cè)井曲線在深度上的變化率，作出了圍巖邊界的初始估計(jì)251。這給出了例如總共N個(gè)層。過(guò)渡層被引入到每個(gè)初始估計(jì)的圍巖邊界253之上和之下?？偣步o出了2N-2個(gè)附加層。過(guò)渡層的厚度是該方法的一個(gè)參數(shù)，可基于層檢選結(jié)果的精確度來(lái)估計(jì)。過(guò)渡層厚度的典型值是0.25ft(7.62cm)。使用3N-2層的模型，執(zhí)行所有多陣列數(shù)據(jù)的單獨(dú)或聯(lián)合反演255。此反演可能是受限制的反演，其中過(guò)渡區(qū)域的電阻值被限制在相鄰層的電阻值之間。圖4示出了這種限制。
圖4所示是在層301，305之間的邊界處引入的兩個(gè)過(guò)渡層303，305。301和305的電阻率分別用Ra和Rb表示。受限的反演要求電阻率Rtr1和Rtr2位于Ra和Rb之間或者滿足任一種限制，Ra＞Rtr1，Rtr2＞Rb或者Ra＜Rtr1，Rtr2＜Rb圖5示出了七個(gè)軌道。351示出了侵入模型。軌道353-363內(nèi)的虛線是該模型的電阻率。軌道353-363還為各個(gè)子陣列#0-5示出了反演結(jié)果。共示出了兩種不同的反演方法的結(jié)果一種是2D反演，另一種是1D圓柱模型。實(shí)際上，1D反演結(jié)果越接近于圓柱模型數(shù)據(jù)，反演數(shù)據(jù)內(nèi)的環(huán)境效應(yīng)越小。如果反演后的Rt電平在一個(gè)層集內(nèi)保持在同一電平，其表示該巖層的子陣列反演結(jié)果可以被用于下述的徑向反演步驟。
例如，該實(shí)例的模型中，子陣列#2和#3數(shù)據(jù)反演分別從h＝3ft(0.914m)和h＝5ft(1.524m)的層開(kāi)始，其讀數(shù)基本相同。這表示使用所有子陣列的聯(lián)合反演和一種巖層模型的1D+1D方法可能會(huì)導(dǎo)致恢復(fù)不正確的2D巖層模型。
圖6示出了反演結(jié)果上各層之間的過(guò)渡帶的效果。這種建模顯示出減少了反演結(jié)果的圍巖效應(yīng)。因此，在各層之間引入過(guò)渡帶不僅使反演過(guò)程穩(wěn)定，而且減少了環(huán)境效應(yīng)。351’示出了侵入模型。軌道353’-363’內(nèi)的虛線是該模型的電阻率。軌道353'-363’還給出了各個(gè)子陣列#0-5的反演結(jié)果。示出了兩種不同的反演方法的結(jié)果一種是2D反演，而另一種是1D圓柱模型(直線)。
本發(fā)明使用的第二個(gè)概念是基于對(duì)不同的子陣列具有不同的分辨率，并且地球巖層具有不同的深度的認(rèn)識(shí)。由此，當(dāng)執(zhí)行聯(lián)合反演時(shí)，較短的子陣列中存在的高分辨率巖層被較長(zhǎng)子陣列的較差分辨率所模糊。類似地，較長(zhǎng)的子陣列比較短的子陣列在巖層中看得更深，因此對(duì)于模型的更深部分，比起較短的子陣列更重要。
圖7a示意性地示出了分辨率概念，其給出了從短子陣列測(cè)井中獲得的模型，并用于它們的反演。圖中示出了一個(gè)礦井401和層邊界403，405，407，409，411，413和415。礦井401可以是垂直或偏轉(zhuǎn)或水平的。如圖7a還示出了每層的侵入?yún)^(qū)域。與示出了可從較長(zhǎng)子陣列獲得模型的圖7b相比較。為了示意性的目的，圖7a和7b僅示出了兩個(gè)模型。現(xiàn)實(shí)中，可能有更多個(gè)模型，包括數(shù)據(jù)識(shí)別中的子陣列數(shù)量。這是多精度巖層模型(MFM)在強(qiáng)調(diào)垂直分辨率方面的特定實(shí)例。
圖8a-8c的實(shí)例示出了垂直分辨率和在研究方面的深度的組合。圖8a所示是用于2D或3D反演的具有較大單元尺寸的模型。圖8b中模型的單元尺寸較小，而圖8c中模型的單元尺寸更小。每個(gè)模型適用于不同子陣列的2D或3D數(shù)據(jù)反演。
考慮到這些概念，本發(fā)明可以有幾種操作順序?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖9a，獲得多陣列測(cè)井751。這可以通過(guò)例如Beard描述的HDIL儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每個(gè)子陣列1，i，N執(zhí)行處理753。圖中使用術(shù)語(yǔ)“非侵入層”，但該方法也適用于存在徑向速度變化的情況，例如侵入。需要理解的是，除了分別處理每個(gè)子陣列，也可以分別處理具有共用模型的子陣列組753。圍巖校正可選地應(yīng)用到每個(gè)子陣列(或子陣列組)755。圍巖校正的應(yīng)用給出與每個(gè)子陣列或子陣列組相關(guān)的處理后測(cè)井結(jié)果。運(yùn)行徑向反演757以確定得到的2D或3D層狀巖層或者得到的2D或3D連續(xù)巖層圖像759。徑向反演可以是從755得到的已處理測(cè)井的額外處理。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選擇一個(gè)最佳的層結(jié)構(gòu)，在使用分段固定的徑向電阻率分布的每個(gè)層中心運(yùn)行徑向反演。這能夠確定侵入(Lxo，Rxo)，環(huán)空(Lan，Ran)和未污染區(qū)域(Rt)的參數(shù)。徑向反演還可以在各行單元執(zhí)行，以確定分段固定的巖層圖像。最后，可以在測(cè)井點(diǎn)執(zhí)行徑向反演，以確定一個(gè)徑向連續(xù)并且垂直的地球巖層圖像。這些區(qū)域通常存在礦井內(nèi)和礦井周圍，因此術(shù)語(yǔ)“侵入”，“環(huán)空”和“未污染區(qū)域”僅是示意性的。本發(fā)明能夠?qū)㈦娮杪蚀_定成離礦井的距離的函數(shù)，而不管這些區(qū)域叫作什么。
圖9b示出了可以使用的另一種流程圖。對(duì)于具有一個(gè)共同模型的子陣列組1，i，N分別執(zhí)行處理753’。圖中使用術(shù)語(yǔ)“非侵入層”，但該方法也適用于存在徑向速度變化的情況，例如侵入。圍巖校正被應(yīng)用到每個(gè)子陣列(或子陣列組)755’。其給出與每個(gè)子陣列或子陣列組相關(guān)的處理后的測(cè)井結(jié)果。徑向反演757'從最長(zhǎng)的子陣列組順序開(kāi)始。下列步驟執(zhí)行的反演從前一步驟的反演結(jié)果開(kāi)始。該過(guò)程導(dǎo)致一個(gè)漸變的、快速的、以及穩(wěn)定的精確模型，其提供了具有最高垂直分辨率的2D或3D層狀巖層結(jié)構(gòu)或基于單元的巖層結(jié)構(gòu)(圖像)。順序徑向反演與圖9a的聯(lián)合徑向反演757不同，但仍可以認(rèn)為是與各個(gè)子陣列或子陣列駔相關(guān)的已處理測(cè)井的額外處理。
需要注意的是，圖9a和9b所示的上述反演和成像算法可以使用圖7和8中所示的多精度巖層模型(MFM)。
基于上述結(jié)果，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，子陣列#0-1用于每層的徑向反演步驟，包括最薄的1-ft。子陣列#2，3，4和5測(cè)井例如可以分別用于2ft，3ft，7ft和＞7ft層中的反演處理。
現(xiàn)在看圖10，軌道901和903所述的示例結(jié)果與圖2的201和203相同(即，其示出了不同子陣列的電阻率模型和1D反演結(jié)果)。軌道905示出了一個(gè)多精度模型的反演結(jié)果，其中層邊界從其實(shí)際位置向下移位一個(gè)采樣(0.25ft)，層的厚度固定，層之間不使用過(guò)渡帶。此結(jié)果對(duì)于不同的子陣列是相當(dāng)不規(guī)則和不穩(wěn)定的。相反，907給出了使用上述具有過(guò)渡區(qū)域的方法的結(jié)果。此結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性，并能精確地估計(jì)實(shí)際的巖層電阻率。
圖11示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，根據(jù)圖8a-8c討論。該實(shí)施例在成像應(yīng)用中尤其有用。低精度陣列的數(shù)據(jù)被反演1001成稀疏的柵格點(diǎn)，例如圖8b所示。隨后，此反演結(jié)果被用于在不那么稀疏的柵格點(diǎn)對(duì)一個(gè)不同的陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行反演1003的初始估計(jì)，例如圖8b所示。重復(fù)1005，1007以在1007處獲得高精度的最終反演模型，例如圖8c所示。每個(gè)反演(1003，1005..1007)可以是待分析的附加數(shù)據(jù)的反演，或者是在之前的步驟中已分析數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演。這是多精度反演從粗糙到精細(xì)的實(shí)例。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例以相反的方向進(jìn)行，即從高精度到低精度。這如圖12所示。此過(guò)程可以在1021開(kāi)始，此處使用例如由礦井內(nèi)的微電阻率儀器獲得的精確的層狀模型。這些數(shù)據(jù)確定了初始模型，將第一子陣列組數(shù)據(jù)1031反演1031成精細(xì)層狀模型1023。在這個(gè)點(diǎn)1025處可添加過(guò)渡層，或稍后添加到處理過(guò)程中。然后對(duì)具有粗糙精度1033的第二子陣列組的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，給出一個(gè)具有較厚的層1027的模型。此過(guò)程可以被重復(fù)，處理額外子陣列組的數(shù)據(jù)以給出一個(gè)最終反演模型1029。
本發(fā)明的上述不同實(shí)施例之間的共同之處是它們都確定了地球巖層的電阻率特性。從多個(gè)定距的發(fā)送-接收器獲得多陣列數(shù)據(jù)。確定了多個(gè)電阻率模型。每個(gè)電阻率模型對(duì)應(yīng)于一個(gè)多陣列數(shù)據(jù)子集。每個(gè)數(shù)據(jù)子集用與其相關(guān)的模型進(jìn)行處理以給出多個(gè)部分處理后的數(shù)據(jù)集。從部分處理后的數(shù)據(jù)集中，確定了地球巖層的特性。
有線應(yīng)用中的探針?biāo)龅臏y(cè)量過(guò)程可以用地面處理器64完成，或由井底處理器(未示出)完成。對(duì)于MWD應(yīng)用，此處理過(guò)程可以用井底處理器來(lái)完成，此處理器是BHA的一部分。井底處理減少了必須遙測(cè)的數(shù)據(jù)量?？蛇x地，一些或部分?jǐn)?shù)據(jù)可以由地面遙測(cè)。
發(fā)送器和接收器的操作可以由井底處理器和/或地面處理器來(lái)控制。數(shù)據(jù)的控制和處理過(guò)程中隱含使用了由適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，其使得處理器來(lái)執(zhí)行控制和處理。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括ROM、EPROM、EAROM、閃存和光盤(pán)。
上述本發(fā)明的測(cè)量可以用電纜上傳輸?shù)亩嚓嚵懈袘?yīng)測(cè)井儀來(lái)完成。這不能理解為一種限制，此方法也同樣適用于多元件測(cè)井儀完成的3DEX測(cè)量，以及鉆柱或卷管上傳輸?shù)你@探時(shí)測(cè)量(MWD)組件上的儀器完成的測(cè)量。該方法也適用于電流傳感器獲得的數(shù)據(jù)處理。還需要注意的是對(duì)于本發(fā)明的目的，確定電阻率與確定電導(dǎo)率是相同的。
盡管上述公開(kāi)內(nèi)容給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，各種變化都是很明顯的。由上述公開(kāi)內(nèi)容得出的所有變體都在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍和主旨內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定地球巖層特性的方法，該方法包括(a)使用傳送到地球巖層的礦井內(nèi)的測(cè)井儀獲得表示特性的多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，所述多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集中的每個(gè)子集都具有與其相關(guān)的分辨率；(b)處理第一個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，以給出地球巖層的第一模型；以及(c)根據(jù)第一模型并通過(guò)處理與第一陣列數(shù)據(jù)子集不同的至少一個(gè)子集獲得(A)2D層狀巖層模型、(B)3D層狀巖層模型、(C)礦井的2D圖像中的至少一種
2.如權(quán)利要求1的方法，其中(c)中的處理還包括分別處理所述多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集中的每個(gè)子集
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述特性包括地球巖層的電阻率。
4.如權(quán)利要求3的方法，還包括使用(i)多陣列感應(yīng)測(cè)井儀、(ii)多元件感應(yīng)測(cè)井儀、以及(iii)電流測(cè)井儀中的至少一種來(lái)獲得陣列數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述多個(gè)子集從(i)陣列數(shù)據(jù)的子陣列和(ii)陣列數(shù)據(jù)的子陣列組所構(gòu)成的組中選擇。
6.如權(quán)利要求2的方法，還包括單獨(dú)處理其他子集，所述單獨(dú)處理包括(i)在模型中使用過(guò)渡層、(ii)使用非侵入模型、以及(iii)應(yīng)用圍巖校正中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1的方法，還包括徑向反演。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述徑向反演還包括(i)聯(lián)合反演和(ii)順序反演中的一種。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)子集具有與另一個(gè)子集不同的垂直分辨率。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一個(gè)子集具有與另一個(gè)子集不同的水平分辨率。
11.如權(quán)利要求1的方法，還包括單獨(dú)處理其他子集，其他處理包括一個(gè)反演，所述反演包括(i)1D反演和(ii)受限反演中的至少一種。
12.如權(quán)利要求1的方法，還包括單獨(dú)處理其他子集，所述單獨(dú)處理包括一個(gè)反演，其中過(guò)渡層被定義在初始預(yù)測(cè)的圍巖邊界的上面和下面。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一模型被用于(c)的初始模型。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中(c)中的處理還包括(i)單獨(dú)反演和(ii)聯(lián)合反演中的至少一種。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中所述第一子集的相關(guān)分辨率比其他任何子集小。
16.如權(quán)利要求13的方法，其中所述第一子集的相關(guān)分辨率比其他任何子集大。
17.一種確定地球巖層特性的設(shè)備，該設(shè)備包括(a)傳送到地球巖層的礦井內(nèi)的測(cè)井儀，其獲得表示特性的多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，所述多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集中的每個(gè)子集都具有與其相關(guān)的分辨率；(b)處理器，該處理器(A)處理第一個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，以給出第一模型；以及(B)根據(jù)第一模型并通過(guò)處理與第一陣列數(shù)據(jù)子集不同的至少一個(gè)子集獲得(I)2D層狀巖層模型、(II)3D層狀巖層模型、(III)礦井的2D圖像的至少一種。
18.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中(c)中的處理還包括分別處理所述多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集中的每個(gè)子集。
19.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述特性包含地球巖層的電阻率。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中所述測(cè)井儀包括(i)多陣列感應(yīng)測(cè)井儀、(ii)多元件感應(yīng)測(cè)井儀、以及(iii)電流測(cè)井儀中的至少一種。
21.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述處理器從(i)陣列數(shù)據(jù)的子陣列、以及(ii)陣列數(shù)據(jù)的子陣列組所構(gòu)成的組中選擇所述多個(gè)子集中的每個(gè)子集。
22.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中(b)中的處理過(guò)程還包括一個(gè)單獨(dú)處理，由(i)在模型中使用過(guò)渡層、(ii)使用非侵入模型、以及(iii)應(yīng)用圍巖校正中的至少一種來(lái)實(shí)現(xiàn)。
23.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中(b)中的處理過(guò)程還包括一個(gè)包括徑向反演的附加處理。
24.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中至少一個(gè)子集具有與另一個(gè)子集不同的垂直分辨率。
25.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中至少一個(gè)子集具有與另一個(gè)子集不同的水平分辨率。
26.如權(quán)利要求11的設(shè)備，其中(b)中的處理過(guò)程還包括一個(gè)單獨(dú)處理，所述處理使用(i)1D反演和(ii)受限反演中的至少一種。
27.如權(quán)利要求11的設(shè)備，還包括一個(gè)傳送設(shè)備，該傳送設(shè)備將所述測(cè)井儀傳送到礦井中，該傳送設(shè)備從(i)電纜、(ii)鉆管、以及(iii)鋼纜中選出。
28.如權(quán)利要求17的設(shè)備，其中所述處理器將第一模型用作(b)中的初始模型。
29.如權(quán)利要求28的設(shè)備，其中(b)中的處理還包括(i)單獨(dú)反演和(ii)聯(lián)合反演中的至少一種。
30.一種用于確定地球巖層的特性的設(shè)備中使用的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，該設(shè)備包括(a)在地球巖層的礦井內(nèi)傳送的測(cè)井儀，其獲得表示特性的多個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，每個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集具有與其相關(guān)的分辨率；所述介質(zhì)包含的指令使得處理器能夠(b)處理第一個(gè)陣列數(shù)據(jù)子集，以給出第一模型；以及(c)通過(guò)處理與第一陣列數(shù)據(jù)子集不同的至少一個(gè)子集，根據(jù)第一模型獲得(I)2D層狀巖層模型、(II)3D層狀巖層模型、(III)礦井的2D圖像的至少一種。
31.如權(quán)利要求24的介質(zhì)，還包含(i)ROM、(ii)EPROM、以及(iii)EAROM、(iv)閃存及(v)光盤(pán)中的至少一種。
全文摘要
不同的多陣列電阻率測(cè)量子集用一個(gè)相應(yīng)的電阻率模型進(jìn)行反演。該模型至少部分基于測(cè)量分辨率來(lái)選擇。反演結(jié)果被組合，以給出一個(gè)單個(gè)模型，該模型與多陣列數(shù)據(jù)的每個(gè)子集的穿透分辨率和深度一致。
文檔編號(hào)E21B47/00GK101095143SQ200580045311
公開(kāi)日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者邁克爾·A·弗瑞恩科勒 申請(qǐng)人:貝克休斯公司