本發(fā)明涉及一種視電阻率測量方法，屬于井下探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于隨鉆測量的視電阻率測量方法。

背景技術(shù)：

電阻率測井是測井方法中使用最早也是最常用的方法，到目前為止，在劃分鉆井地質(zhì)剖面和判斷巖性的工作中仍起著難以替代的作用。隨鉆方位電阻率井壁成像技術(shù)是在傳統(tǒng)電纜測量技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種可以在鉆井過程中實時測量井眼周圍不同方位地層電阻率成像測量方法。

隨著水平井、大位移井及三維多目標(biāo)井鉆井技術(shù)的不斷提高和大量應(yīng)用，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向閉環(huán)鉆井技術(shù)是今后井眼軌跡控制技術(shù)鉆井工具的發(fā)展方向，將方位電阻率成像技術(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，可滿足裂縫、薄層等復(fù)雜儲層的地質(zhì)導(dǎo)向與地層評價需要。

在中國授權(quán)的發(fā)明專利(授權(quán)公告號：101012748B)中公開的微電阻率掃描成像測井儀，采用傳導(dǎo)電阻率測量方式(也稱電流測量方式)，利用6個極板上150個電扣電極向井壁地層發(fā)射電流，然后對發(fā)出的電流信號進行采集，可顯示電阻率的井壁成像，其探測單元包括電子線路、推靠器和極板等。然而，該裝置及測量方法僅能用于電纜裸眼井測井作業(yè)中，不適用于隨鉆儀器及旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，無法隨鉆實時獲取井壁信息。

在中國授權(quán)的發(fā)明專利(授權(quán)公告號：102767365B)中公開的高分辨率方位電阻率雙側(cè)向測井儀及電阻率測量方法同樣是用于電纜測井不具備隨鉆測量能力。

在中國授權(quán)的發(fā)明專利(授權(quán)公告號：104100261B)中公開的獲取隨鉆方位電阻率測井儀器距地層邊界距離的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括聯(lián)合線圈天線、初始值調(diào)整模塊、響應(yīng)值計算模塊及匹配判斷模塊等，能夠獲取測井儀器相距地層邊界的距離，并能及時獲取測井儀器所在地層電阻率的初始值。然而，該系統(tǒng)采用傳播電阻率測量方式(也稱電磁波測量方式)，僅能分辨地層邊界而不能對井壁裂縫等實現(xiàn)成像(僅傳導(dǎo)電阻率測量方式能夠?qū)崿F(xiàn)井壁成像)，無法提供井眼周圍的地層信息。

在中國授權(quán)的發(fā)明專利(授權(quán)公告號：100410489C)中公開的一種近鉆頭電阻率隨鉆測量方法及裝置，該裝置采用傳導(dǎo)電阻率測量方式，通過對鉆頭電阻率及方位電阻率進行測量獲得鉆頭周圍(包括鉆頭前方)地層電阻率信息及多探測深度的方位電阻率信息等。由于該裝置與導(dǎo)向馬達(dá)融合,主要用于滑動導(dǎo)向鉆井方式，不能與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具組合使用，且方位電阻率分辨率特性偏低，尚不具備電阻率井壁成像能力。

在中國公布的發(fā)明專利(申請公布號：104929622A)中公開的多分量隨鉆方位電磁波電阻率成像儀器，在中國公布的發(fā)明專利(申請公布號：104727812A)中公開的隨鉆方位電磁波電阻率測量裝置及其測量方法，由于受測量原理及方式限制，即采用了傳播電阻率測量而傳導(dǎo)電阻率測量方式，無法實現(xiàn)電阻率井壁成像，且不適用于高阻地層。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的以上技術(shù)問題，提出了一種采用傳導(dǎo)電阻率測量方式的用于隨鉆測量的視電阻率測量方法。該方法具有良好的垂直分辨率及多探測深度特性，能在薄層中評估早期淺侵入，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和局限，實現(xiàn)裂縫、薄層等儲層的隨鉆成像測井。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種用于隨鉆測量的視電阻率測量方法，包括：在無磁鉆鋌上設(shè)置用于將交變電流轉(zhuǎn)化為其兩側(cè)的感應(yīng)電壓差的激勵線圈T1、激勵線圈T2、激勵線圈T3，通過調(diào)整激勵線圈T1、激勵線圈T2、激勵線圈T3的電流幅值及相位差并基于下式求得不同的電阻率曲線

其中，為視電阻率，為電極ed在模式m下的K值，V_T為電壓值，ed為電極，包括上電扣電極B1、中電扣電極B2、下電扣電極B3、方位電極Az1、方位電極Az2、方位電極Az3、方位電極Az4、監(jiān)測線圈M0、監(jiān)測線圈M2、電扣電極和線圈T2下方的模擬監(jiān)測變壓器M0B和M2B。

優(yōu)化的，上述的方法，基于式(2)至(11)計算各工作模式下的電流值，其中，環(huán)電極r，

m＝1：

m＝2：

m＝3：

m＝4：

m＝5：

m＝6：

m＝7：

m＝8：

m＝9：

表示在m模式下測得的電極電流。

優(yōu)化的，上述的方法，基于公式求得采樣一個分瓣的最大時間間距，其中，表示鉆井轉(zhuǎn)速/分鐘，n為周向分瓣數(shù)，為周向分辨角。

優(yōu)化的，上述的方法，所述無磁鉆鋌包括：

上主體測量單元，其兩端分別設(shè)置有激勵線圈T1、激勵線圈T2，用于將交變電流轉(zhuǎn)化為其兩側(cè)的感應(yīng)電壓差；

下主體測量單元，其兩端分別設(shè)置有用于感應(yīng)鉆鋌內(nèi)電流的監(jiān)測線圈M0,監(jiān)測線圈M2，并且未與中間單元相連的一端還設(shè)置發(fā)射線圈T3；

中間連通單元，用于機械連接和電連通上主體測量單元和下主體測量單元。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：利用3個激勵線圈T1、T2和T3可以組合成9種工作模式，每種模式都可以得到3個電扣電阻率(B1、B2和B3)，4個方位電阻率(Az1、Az2、Az3和Az4)，1個等效環(huán)電極電阻率和1個鉆頭電阻率共計9個測量值，即在工作狀態(tài)共可獲得81條視電阻率曲線，可以根據(jù)設(shè)計要求及井眼影響，選擇符合要求的曲線作為鉆井決策或后期地層評價的依據(jù)。

附圖說明

圖1-1為隨鉆方位電阻率井壁成像裝置總體結(jié)構(gòu)；圖1-2為圖1-1的局部視圖1；圖1-3為圖1-1的局部視圖2；

圖2-1為上主體單元II結(jié)構(gòu)外觀圖；圖2-2為測量電路部分周向展開位置圖；

圖3-1為電扣電極結(jié)構(gòu)；圖3-2為圖3-1的俯視圖；

圖4-1為電扣電極集成安裝及保護蓋板結(jié)構(gòu)；圖4-2為圖4-1的底面視圖；

圖5-1為下主體測量單元VI結(jié)構(gòu)外觀圖；圖5-2為圖5-1的測量電路部分周向展開位置圖；

圖6-1是方位電極及其保護環(huán)結(jié)構(gòu)在圖5-1中的K-K向視圖；圖6-2是方位電極及其保護環(huán)結(jié)構(gòu)在圖5-1中的L-L向視圖；圖6-3是方位電極及其保護環(huán)結(jié)構(gòu)在圖5-1中的M-M向視圖；圖6-4是方位電極及其安裝基體俯視圖；圖6-5是方位電極及其保護環(huán)安裝后的俯視圖。

圖7-1為中間連通單元III結(jié)構(gòu)；圖7-2為圖7-1的右視圖；

圖8-1為上保護接頭I；圖8-2為下保護接頭V。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。

實施例：

本發(fā)明提供的一種用于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的隨鉆方位電阻率井壁成像裝置主要由無磁鉆鋌、泥漿通道、激勵線圈系、電扣電極系、方位電極系、監(jiān)測線圈、測量電路、控制及存儲電子電路單元構(gòu)成，可在井下通過預(yù)先設(shè)定的程序根據(jù)不同的工作模式按照反演計算方法將探測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視電阻率，并通過裝置在旋轉(zhuǎn)作業(yè)中對井周的掃描測量，指示裂縫和地層結(jié)構(gòu)傾角，實現(xiàn)井壁成像測量。

一、裝置總體結(jié)構(gòu)

本實施例中，裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，為描述方便，將裝置結(jié)構(gòu)自上而下分為五個部分：上保護接頭I、上主體測量單元II、中間連通單元III、下主體測量單元IV和下保護接頭V。

1、上主體測量單元II

圖2-1和圖2-2為上主體測量單元II結(jié)構(gòu)外觀圖及其測量電路部分周向展開位置圖。上主體測量單元II主要包含：與上部其它儀器實現(xiàn)供電與通連通的電連接結(jié)構(gòu)201，上發(fā)射線圈T1和中發(fā)射線圈T2，上電扣電極B1、中電扣電極B2和下電扣電極B3，主控及方位伽馬測量電路板D1、大容量存儲器電路板D2、系統(tǒng)電源板D3、發(fā)射及電扣電極測量電路板D4(注：圖中沒有給出實際電路板，用安裝的位置來表示)，以及設(shè)置與讀取數(shù)據(jù)端口T。

上發(fā)射線圈T1和下發(fā)射線圈T2均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，軸向安裝在鉆鋌上，各有兩條引線，分別通過線孔ht1和ht2進入電路艙。

線圈外部設(shè)有環(huán)狀保護天線罩203和環(huán)狀保護天線罩206，天線罩均由兩部分組成，兩部分之間設(shè)有絕緣環(huán)202、207。在鉆井過程中，為減少井壁對天線罩和絕緣帶的磨損，在天線罩附近的鉆鋌外壁上增加耐磨帶204、耐磨帶205予以防護。

當(dāng)激勵線圈中通入交變電流時，就會在鉆鋌線圈兩側(cè)感應(yīng)出電壓，電壓差為驅(qū)動電壓V除以線圈匝數(shù)N。

上電扣電極B1、中電扣電極B2和下電扣電極B3均有三部分組成：安裝基體301、電極302和絕緣環(huán)303，如圖3所示，電極直徑7.5mm，絕緣環(huán)厚度2mm-5mm，安裝基體上帶有螺紋304。為安裝和維護方便考慮，每個電扣電極單獨制作，然后將三個電扣電極集成安裝固定在一塊蓋板上，如圖4所示，蓋板上設(shè)有端面密封槽401和多個螺釘孔，通過螺釘實現(xiàn)蓋板與鉆鋌本體的固定連接，安裝在端面密封槽401的O型密封圈保證了蓋板內(nèi)部與鉆鋌外部井眼環(huán)空的隔離。每個電扣電極各有一條引線，通過蓋板底面的軸向過線槽402匯聚，然后再由安裝槽CB的過線孔h12進入電路安裝槽C1。

主控及方位伽馬測量電路板、大容量存儲器電路板、系統(tǒng)電源板、發(fā)射及電扣電極測量電路板的布置見圖2-2所示的電路部分周向展開位置圖，在圖中僅給出了電路安裝槽的尺寸及位置關(guān)系，電路板可分別安裝在槽C1、槽C2、槽C3和槽C4中，也可根據(jù)實際需要，互換安裝位置，各電路板之間由過線孔h11、h21、h22、h31和h41等實現(xiàn)通訊和供電連通。各電路板的保護采用與電扣電極保護蓋板類似結(jié)構(gòu)，用端面密封實現(xiàn)與外部隔離，用多個螺釘實現(xiàn)與鉆鋌本體的固定連接。

上主體測量單元的電路系統(tǒng)，通過槽C1中的過線孔hM實現(xiàn)與上部電連接結(jié)構(gòu)201的連通，通過槽C1中的過線孔h13實現(xiàn)與設(shè)置與讀取數(shù)據(jù)端口T的電連通，通過槽C3中的接線窗口W1和中間連通單元III的過線孔H1(或H2)實現(xiàn)與下主體測量單元電路系統(tǒng)的電連通，有效利用空間并可降低布線難度。

22、下主體測量單元IV

圖5-1和圖5-2為下主體測量單元VI的結(jié)構(gòu)外觀圖及其測量電路部分的周向展開位置圖。主要包含：中監(jiān)測線圈M0、下發(fā)射線圈T3和下監(jiān)測線圈M2，方位電極Az1、方位電極Az2、方位電極Az3和方位電極Az4，發(fā)射及方位電極測量電路板D5、方位及工具面測量電路板D6、方位伽馬探管D7和兩節(jié)雙C電池D8(注：圖中沒有給出實際電路板等實物圖，用安裝的位置來表示)，以及接線窗口W2。

中監(jiān)測線圈M0、下發(fā)射線圈T3和下監(jiān)測線圈M2均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，軸向安裝在鉆鋌上，各有兩根引線，其引線分別由過線孔hm0、ht3和hm2進入電路艙。在線圈外部設(shè)有環(huán)狀天線罩502和環(huán)狀天線罩506，以保護線圈M0、線圈T3和線圈M2，其中線圈T3和線圈M2共用天線罩506，天線罩由兩部分組成，兩部分之間設(shè)有絕緣環(huán)501、絕緣環(huán)507。在鉆井過程中，為減少井壁對天線罩和絕緣帶的磨損，在天線罩附近的鉆鋌外壁上增加耐磨帶505予以防護。

當(dāng)鉆鋌電流向上或向下流動時，監(jiān)測線圈M0,監(jiān)測線圈M2中感應(yīng)的電流為鉆鋌軸向電流除以線圈的匝數(shù)。

方位電極Az1、方位電極Az2、方位電極Az3和方位電極Az4均有三部分組成：安裝基體601、絕緣層602和電極603，如圖6所示(圖中K-K、L-L和M-M視圖表示在圖5-1中所示位置的剖視圖)，電極603裸露周向長度占圓周周長的1/6，絕緣層厚度2mm-5mm，安裝基體601上有兩道徑向密封604以保證與外部高壓環(huán)空隔離。安裝基體沿鉆鋌軸向在兩側(cè)各設(shè)有一凸緣605，可嵌入鉆鋌本體上的凹槽cAy內(nèi)，同時每側(cè)凸緣內(nèi)設(shè)有一個螺釘孔606，通過鉆鋌本體上軸向布置的相對應(yīng)的兩個螺紋孔LhA實現(xiàn)固定。每個方位電極各有一條引線，通過鉆鋌壁內(nèi)的切向過線孔hA2、hA3和hA4匯聚，然后在由鉆鋌壁內(nèi)的兩軸向長孔H3進入電路艙。為安裝和維護方便考慮，每個方位電極單獨制作，在安裝時首先將四個方位電極獨立安裝固定在槽CA1、槽CA2、槽CA3和槽CA4內(nèi)，然后在方位電極兩側(cè)安裝保護環(huán)503、保護環(huán)504，共有8個四分之一圓的方位電極保護環(huán)，每個方位電極保護環(huán)通過在鉆鋌本體上的兩個螺紋孔LhP安裝緊固螺釘實現(xiàn)固定。其中，方位電極保護環(huán)504的環(huán)狀部分607安裝在鉆鋌本體的凹槽CAP內(nèi)，可承受軸向作用力；在保護環(huán)的中部位置兩側(cè)各有一凸緣，其中一凸緣608可覆蓋方位電極的凸緣，以保護方位電極的凸緣及其緊固螺釘，另一凸緣609嵌入鉆鋌本體上的槽cPy內(nèi)，承受圓周切向作用力；同時在其中部增加了軸向耐磨帶610，以保護方位電極。

方位測量是為獲得探測器的相對方位，如果以地磁北為參考，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具每旋轉(zhuǎn)90°，方位測量電路產(chǎn)生一方位脈沖信號，該信號用于方位區(qū)計數(shù)的讀取和累加。方位傳感器和探測器的位置固定，相對地磁北，儀器轉(zhuǎn)動到0°、90°、180°、270°的位置時，對應(yīng)的兩軸方位傳感器輸出的值是不同的，可以在軟件里判斷兩軸的數(shù)據(jù)，不必計算角度值，當(dāng)?shù)竭_(dá)四個角度位置時產(chǎn)生一中斷脈沖信號，控制計數(shù)器的啟停。

發(fā)射及方位電極測量電路板、方位及工具面測量電路板、方位伽馬探管和兩節(jié)雙C電池的布置見圖5-2的測量電路部分周向展開位置圖，在圖中僅給出了電路安裝槽的尺寸及位置關(guān)系，分別安裝在槽C5、槽C6、槽C7和槽C8中，通過鉆鋌壁內(nèi)的過線孔hc5、hc6、hc7和hc8實現(xiàn)供電和通訊連通。電路板、傳感器和電池組的保護采用與電扣電極的保護蓋板類似結(jié)構(gòu)。

下主體測量單元電路系統(tǒng)，通過鉆鋌壁內(nèi)的軸向長孔H3、接線窗口W2和中間連通單元III的過線孔H1(或H2)實現(xiàn)與上主體測量單元電路系統(tǒng)的電連通。

3、中間連通單元III

中間連通單元III結(jié)構(gòu)如圖7所示，其作用是實現(xiàn)上主體測量單元II與下主體測量單元IV之間的機械連接和電連通。貫通孔H1和H2為上下主體測量單元之間的過線孔；兩端各有四道密封槽，及密封槽701、密封槽702、密封槽703和密封槽704，以及密封槽705、密封槽706、密封槽707和密封槽708；各端兩兩密封圈之間與上下主體測量單元鉆鋌的內(nèi)孔形成密封腔體，分別對應(yīng)上主體測量單元的接線窗口W1和下主體測量單元的接線窗口W2位置，在此位置處完成接線；在中間位置的鉆鋌外壁上設(shè)有軸向耐磨帶709，以保護位于中間連通單元III兩側(cè)的中發(fā)射線圈T2的天線罩206和絕緣帶207，以及中監(jiān)測線圈M0的天線罩502和絕緣帶501。

4、上保護接頭I和下保護接頭V

如圖8所示，上保護接頭I為母公扣結(jié)構(gòu)，下保護接頭V為雙公扣結(jié)構(gòu)，在靠近主體測量單元的一端設(shè)有耐磨帶。在鉆井過程中，頻繁的起下鉆和使用測量儀器，若沒有保護接頭，會損傷到上主體測量單元II的上端扣或下主體測量單元IV的下端扣，需要修扣，甚至更換測量儀器鉆鋌，存在損傷儀器的隱患，若更換儀器鉆鋌將顯著增加成本。若安裝有保護接頭，在正常使用過程中，上主體測量單元II的上端扣或下主體測量單元IV的下端扣無需拆卸，僅拆卸上保護接頭I的上端母扣和下保護接頭V的下端扣，若此兩保護接頭的扣有損傷，直接更換接頭即可，維護方便，成本低。

二、旋轉(zhuǎn)狀態(tài)方位電阻率井壁成像測量方法

本實施例中，利用3個激勵線圈T1、T2和T3可以組合成9種工作模式(見表1)，每種模式都可以得到3個電扣電阻率(B1、B2和B3)，4個方位電阻率(Az1、Az2、Az3和Az4)，1個等效環(huán)電極電阻率和1個鉆頭電阻率共計9個測量值，即在工作狀態(tài)共可獲得81條視電阻率曲線。該81條視電阻率曲線探測深度多數(shù)重疊，曲線形態(tài)各異，不是每條曲線均能直觀反映地層電阻率，可以根據(jù)設(shè)計要求及井眼影響，選擇符合要求的曲線作為鉆井決策或后期地層評價的依據(jù)，表2中給出一種可參考的輸出量選擇模式。

表1旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下9種工作模式

表2測量模式與輸出量

在本實施例中，對應(yīng)不同的工作模式及測量參數(shù)，根據(jù)具體的算法可得到相應(yīng)的視電阻率值。

表示電極在該模式下測量的電流，如表示在模式m下測得的電極電流，其中m可為1，2，3，4，5，6，7，8，9；ed電極可B1、B2、B3、Az1、Az2、Az3、Az4、M0、M2、M0B和M2B(分別為數(shù)值計算用電扣電極和線圈T2下方的模擬監(jiān)測變壓器)、r(環(huán)電極)。

表示電極ed在模式m下測量的視電阻率

其中，為電極ed在模式m下的K值，V_T為電壓值，各工作模式下的視電阻率可根據(jù)式(2)至式(11)計算。

m＝1：

m＝2：

m＝3：

m＝4：

m＝5：

m＝6：

m＝7：

m＝8：

m＝9：

式(2)至式(11)其中的和為直接測量量，為導(dǎo)出量。

本實施例中，電扣電極電阻率成像分辨率與電扣直徑及周向分瓣(電扣電極每周采樣點)密切相關(guān)，以表示鉆井轉(zhuǎn)速/分鐘，n為周向分瓣數(shù)，為周向分辨角，則表示采樣一個分瓣的最大時間間距。在電阻率成像測量工作中，為減小趨膚效應(yīng)影響，要求激發(fā)頻率低一些，但對于電扣成像測量用分頻方式實現(xiàn)不同測量模式，必須占用一定的頻帶寬度，可根據(jù)實際測量需要，選擇合適的激發(fā)頻率。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。