專利名稱：獨立于泥漿類型和鉆孔環(huán)境而確定傾角的電磁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及測井領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及一種改進的技術(shù)，其中裝備有具有橫向或傾斜的磁偶極矩表現(xiàn)的天線系統(tǒng)的設(shè)備用于電磁地檢測地下構(gòu)造和用于界定水庫基床結(jié)構(gòu)及構(gòu)造傾度，以及相對于水庫中的地質(zhì)邊界設(shè)井。
背景技術(shù)：
在感興趣的地下構(gòu)造中確定傾度的信息，對于理解水成巖的沉積環(huán)境以及開發(fā)和執(zhí)行用于石油和天然氣勘探的鉆井計劃很重要?？梢詮牡卣饒D和從鉆孔圖像中導(dǎo)出構(gòu)造基床的傾度和斜面。地震圖提供了大比例的結(jié)構(gòu)信息，而鉆孔圖像提供了關(guān)于由于鉆孔穿透的局部地層環(huán)境的信息。這兩種信息類型是對烴探礦有用的信息。但是從鉆孔圖像導(dǎo)出的傾度信息通常比從地震圖導(dǎo)出的信息具有更高的精度。
在烴探礦領(lǐng)域里已知有各種測井技術(shù)以及評估由鉆孔穿透的地下構(gòu)造的產(chǎn)品。這些技術(shù)一般利用裝備有適于向地層發(fā)射能量的能量源的儀器或工具。在本說明書中，“儀器”和“工具”可以互換地用來表示，例如電磁儀器(或工具)、測井纜工具(或儀器)、或測鉆井工具(或儀器)。所發(fā)射的能量與周圍地層相互作用而產(chǎn)生隨后可由一個或多個傳感器檢測和計量到的信號。通過處理檢測到的信號數(shù)據(jù)，可獲得地層屬性的圖像或輪廓。
目前提供的用來產(chǎn)生電鉆孔圖像的商用工具包括地形影像電阻率(GVR)工具和方位密度中子(ADN)工具(都是“隨鉆測井(while drilling)”工具)以及地層微電阻率映象(FMI)工具(測井纜工具)，它們都屬于本發(fā)明的受讓人，Schlumberger并且通過其測井服務(wù)來提供。通過在圖像上識別底部邊界分界面或確定由不同的傳感器測出的圖像之間的相關(guān)性，從而從鉆孔圖像導(dǎo)出傾度。根據(jù)圖像估出的傾度的精度受到許多因素影響，這些因素包括圖像質(zhì)量、工具的垂直分辨率、地質(zhì)學(xué)家的技能、以及在斜鉆井中鉆孔勘測的精度。
在上述成像工具中，F(xiàn)MI工具由于使用了小尺寸(例如.2英寸)的測量電極，因此提供了最高質(zhì)量的鉆孔圖像。根據(jù)FMI工具的圖像得到的明顯的傾度的精度一般對于典型高傾角(或傾高)是在0.5°左右。對于較低的明顯傾度，精度降到幾度。而且，F(xiàn)MI工具和其他電極工具僅在導(dǎo)電泥漿中工作。
GVR工具提供實時傾度服務(wù)，但是僅對大于53°的明顯傾度服務(wù)。在地面上對所獲的實時圖像的分析可以消除該限制，但由于圖像是利用一英寸電極按鈕獲取的，因此當(dāng)相對傾度很低時圖像質(zhì)量不允許對傾度進行精確確定?？焖俚拇┩高€可以影響圖像質(zhì)量以及從圖像得到的傾度精度。與FMI工具類似，GVR工具僅在導(dǎo)電泥漿中工作。
對于基于石油和綜合的泥漿來說，也由Schlumberger提供的石油基礎(chǔ)微成像(OBMI)工具可以用來提供圖像服務(wù)。其圖像質(zhì)量比FMI工具得到的圖像質(zhì)量差，且確定傾度時出現(xiàn)的誤差要大于FMI工具的。目前，沒有電成像工具既能在導(dǎo)電的又能在絕緣的泥漿中提供傾角服務(wù)。
電磁(EM)感應(yīng)和傳播測井是公知的技術(shù)。測井儀器設(shè)置于測井纜上或通過“隨鉆測井”的鉆柱的鉆孔內(nèi)以測出鉆孔周圍的地形構(gòu)造的導(dǎo)電率(或其倒數(shù)，電阻率)。在本說明書中，任何所指的導(dǎo)電率意指包括其倒數(shù)、電阻率，反之亦然。典型的電磁電阻率工具包括發(fā)射天線和沿著工具的軸線距發(fā)射天線一定距離設(shè)置的一個或多個(一般為一對)接收天線(見圖1)。
感應(yīng)工具通過檢測在接收天線中感應(yīng)出的電壓來測出構(gòu)造的電阻率(或?qū)щ娐?作為由流經(jīng)放射(或發(fā)射)天線的AC電流感應(yīng)出的磁通量的結(jié)果。所謂的傳播工具以類似的方式運作，但對于可比較的天線間距通常以高于感應(yīng)工具的頻率運作(傳播工具的大約106Hz與感應(yīng)工具的大約104Hz相比)。典型的傳播工具可以在1kHz-2MHz的頻率范圍內(nèi)運作。
傳統(tǒng)的發(fā)射器和接收器是由線圈構(gòu)成的天線，該線圈包括繞支柱纏繞的一圈或多圈絕緣導(dǎo)線。這些天線一般可作為發(fā)射源和/或接收器運作。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解同樣的天線在某時可用作發(fā)射器而在另一時可用作接收器。還應(yīng)理解這里公開的發(fā)射器—接收器結(jié)構(gòu)由于互易原理可互換，即“發(fā)射器”可用作“接收器”，且反之亦然。
天線以這種原理運作，即攜載AC電流的線圈(例如發(fā)射器線圈)產(chǎn)生磁場。來自設(shè)置于鉆孔中的測井工具的發(fā)射器天線的電磁能量發(fā)射進入地層的周圍區(qū)域，且該發(fā)射感應(yīng)出在發(fā)射器附近的地層中流動的渦流(見圖2A)。本身為地層電阻率的函數(shù)的在地層中感應(yīng)出的渦流產(chǎn)生磁場，其依次在接收天線中感應(yīng)出電壓。如果使用一對分離開的接收器，則在兩個接收器天線中感應(yīng)出的電壓由于周圍地層的幾何擴散和吸收會具有不同的相位和幅值。來自兩個接收器的相位差(相移φ)和幅值比(衰減A)可以用于導(dǎo)出地層的電阻率。測出的相移(φ)和衰減(A)不僅依據(jù)兩個接收器之間的間隔以及發(fā)射器和接收器之間的距離，還依據(jù)由發(fā)射器產(chǎn)生的EM波的頻率。
在傳統(tǒng)的感應(yīng)和傳播測井儀器中，發(fā)射器和接收器天線沿著儀器的縱軸以其軸線安裝。因此，這些工具用具有縱向磁偶極矩(LMD)的天線來實現(xiàn)。圖2A顯示了從設(shè)置于一鉆孔部分或片斷中的該測井儀器流出的電磁(EM)能量的簡化表示，該鉆孔部分或片斷以垂直于感興趣的地層基床的方向穿透地下地層。但是，這不是對彌補鉆孔的所有眾多片斷的精確描述—尤其當(dāng)鉆孔已經(jīng)被定向鉆開，如下所述。因此，鉆孔的片斷通常以不同于90度的角度穿透構(gòu)造地層，如圖2B所示。當(dāng)這種情況發(fā)生時，地層面據(jù)說具有相對傾度。相對傾角θ定義為鉆孔軸線(工具軸線)BA和感興趣的地層基床平面P的法線N之間的角度。
眾所周知，測井工具的響應(yīng)會受到其中放置工具的鉆孔片斷周圍的地層基床結(jié)構(gòu)的影響。對于電磁測井工具來說，這作為肩基效應(yīng)公知。因此，具有LMD天線的傳統(tǒng)的感應(yīng)和傳播工具的響應(yīng)會受到地層基床及其傾度的影響。但是，這種工具本質(zhì)上是非定向的，因此不能提供關(guān)于基床構(gòu)造的方位角信息。因而目前的商用測井纜引入工具和LWD傳播電阻率工具不能精確確定傾度。
測井領(lǐng)域中的新興技術(shù)使用包括具有傾斜或橫向的線圈的天線的儀器，即線圈的軸線不平行于工具或鉆孔的縱軸。因此這些儀器通過橫向或傾斜的磁偶極矩(TMD)天線來實現(xiàn)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解可以用多種方式來使天線傾斜或歪斜。裝配有TMD天線的測井儀器在例如US專利6163155、6147496、5115198、4319191、5508616、5757191、5781436、6044325和6147496中有過說明。這種工具的響應(yīng)會依賴于工具在傾斜的地層中的方位角定向。因此，關(guān)于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的有用信息，尤其是傾度和斜面，可以從方位角或定向檢測的屬性分析中獲得。
目前已轉(zhuǎn)讓給Schlumberger的Omeragic的美國專利申請公開No.2003/0055565導(dǎo)出了用于從三軸感應(yīng)檢測計算出各向異性的地層參數(shù)的閉式表達式。轉(zhuǎn)讓給Dresser的Bittar的US專利No.6163155公開了一種方法和裝置，其中通過正交線圈的軟件旋轉(zhuǎn)來獲得水平和垂直電阻率之間的退耦從而對各向異性的地層構(gòu)造同時確定水平電阻率、垂直電阻率和相對傾角。轉(zhuǎn)讓給Halliburton的Gao et al的US專利No.6556016公開了一種利用三軸檢測確定各向異性的地層構(gòu)造的近似傾角的感應(yīng)方法。這些申請局限于具有各向異性的地層。
定義特定術(shù)語在本說明書中始終定義為其首次使用的術(shù)語，而本說明書中使用的某些其他術(shù)語定義如下“明顯的傾度”指得是在任何不垂直于斜面的方向測得的(傾斜的)基床與水平面之間的角度。
“床”或“基床”指得是一般在地下構(gòu)造(通常是巖石)中發(fā)生的沉積物或沉淀物的分層或?qū)踊?br> “裝箱(binning)”指得是基于參數(shù)值對測得的波形—尤其是地層對發(fā)射的電磁能量的響應(yīng)—進行分組，它可以對由波形確定的一個參數(shù)或多個參數(shù)執(zhí)行。裝箱標準的一個實例可以是波形成分的頻率或周期。另一個實例是測得的波形與工具方位的方位角度的結(jié)合。
“傾度”或“傾角”指得是垂直于斜面測得的(傾斜的)基床與水平面之間的角度。
“倒轉(zhuǎn)”或“轉(zhuǎn)化”指得是根據(jù)特定標準從測得的數(shù)據(jù)(例如測井?dāng)?shù)據(jù))導(dǎo)出模型(也叫作轉(zhuǎn)化模型)，該模型生成與測得的數(shù)據(jù)最一致的響應(yīng)。作為一種實例，可用測得的波形構(gòu)建最佳的地下構(gòu)造模型，其通過反復(fù)地調(diào)節(jié)模型參數(shù)而生成最符合測量值的響應(yīng)。
“相對傾度”或“相對傾角”指得是鉆孔軸(或工具軸)和感興趣的地層基床所限定的平面的法線方向之間的角度。
這里用的“對稱”或“均衡的”指得是沿著工具的縱軸(例如θ，180°-θ)相對定向設(shè)置的成套的發(fā)射器—接收器安排的構(gòu)造，這樣這些發(fā)射器—接收器裝置可以與對在工具軸或垂直于該工具軸的對稱平面上的點的標準對稱操作(例如轉(zhuǎn)換、鏡像面、轉(zhuǎn)化和旋轉(zhuǎn))發(fā)生聯(lián)系。使對稱指的是添加或減去對稱的兩方的響應(yīng)以生成合成響應(yīng)的程序。
“工具面”指得是儀器繞其縱軸的角度定向，并表示在儀器外殼(例如鉆環(huán))上的選擇參考和井眼的重力最上壁或地理的北部之間對向的角度。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明提供一種基于方向(方位角的)檢測來確定地層構(gòu)造的傾度和斜面的方法和裝置。該檢測相對深因此相比較于傳統(tǒng)鉆孔成像來說鉆孔環(huán)境的效應(yīng)更不重要。另一優(yōu)勢在于本發(fā)明在導(dǎo)電的和阻性的泥漿中都能工作。傾度確定的精度可以非常高，特別是當(dāng)相對傾度不接近于90°時。
本發(fā)明利用電磁(EM)波工具的方向檢測來導(dǎo)出地層基床的傾度和斜面。在測井纜的情況下或者通過真實的工具旋轉(zhuǎn)或者通過帶有一套三軸線圈的軟件旋轉(zhuǎn)來檢測作為方位角的函數(shù)的方向響應(yīng)從而可以確定方位角(例如見US專利No.6584408)。該傾度信息從對稱的方向檢測的響應(yīng)導(dǎo)出并可以在鉆井的同時運用從而提供實時的傾度服務(wù)，而不會象在公知工具的情況下受相對高傾度要求的限制。
本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)，即在幾乎所有的傾角中，對稱的方向響應(yīng)(xz-zx感應(yīng)或其傳播相對方)與給定的地層構(gòu)造的相對傾角幾乎成線性比例關(guān)系。此外，當(dāng)接收器和發(fā)射器處于基床邊界的不同側(cè)邊時，比例因數(shù)幾乎為常數(shù)并且不依賴于工具的位置。這種顯著的屬性僅僅對于對稱的檢測是真實的。
因此，本發(fā)明的一方面涉及需要進行這種對稱檢測的裝置。它包括檢測的對稱的TR或TRR對，如目前已轉(zhuǎn)讓給Schlumberger的Minerbo et al發(fā)明的US專利申請公開No.2003/0085707中所建議的。從感應(yīng)到傳播頻率地進行該檢測。
本發(fā)明的另一方面涉及一種利用該裝置的響應(yīng)來精確地導(dǎo)出基床的相對傾度和方位角的方法。該真實的傾度和方位角可以根據(jù)結(jié)合鉆孔定向的相對傾度和方位角信息來計算出。
本發(fā)明的另一方面涉及該傾度服務(wù)在實時隨鉆測井中的運用。
本發(fā)明還有一方面涉及該信息在對于三軸感應(yīng)或傳播工具的電阻率各向異性的輔助解釋的運用。
這種傾度確定比傳統(tǒng)鉆孔圖像導(dǎo)出的傾度的優(yōu)勢包括1.在相對較低的傾角時的高精度；
2.可以實時進行傾長確定服務(wù)；3.對鉆孔環(huán)境的依賴性、鉆孔泥餅的自由度以及泥漿/過濾的影響較??；4.傾度確定不受鄰近鉆孔壁的局部傾角的輕微變化的影響；5.傾度服務(wù)不依賴于泥漿類型。
因此，本發(fā)明更具體地可以表達為利用設(shè)置于鉆孔穿透的地層中的測井儀器來表征地下構(gòu)造的方法，測井儀器具有縱軸且裝備有至少一個發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)。該測井儀器位于鉆孔內(nèi)以將發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)設(shè)置于感興趣的地層邊界附近，從而測出測井儀器的方位角定向。利用發(fā)射器系統(tǒng)將電磁能量發(fā)射到地層內(nèi)，利用接收器系統(tǒng)測出與用發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量關(guān)聯(lián)的信號。確定地層邊界的相對方位角，利用測出的信號和確定的相對邊界方位角合成對稱的方向測量值。然后利用合成的方向測量值確定地層邊界的相對傾度。
于是可以按照本領(lǐng)域公知的方式利用地層邊界的相對方位角和相對傾度來確定地層邊界的真實方位角和傾度。
在本發(fā)明方法的一種實施例中，在鉆柱中攜載測井儀器隨其轉(zhuǎn)動。該實施例利用了包括第一和第二發(fā)射天線的發(fā)射器系統(tǒng)以及包括第一和第二接收天線的接收器系統(tǒng)。第二發(fā)射天線具有傾斜相應(yīng)于第一接收天線的磁偶極矩的傾斜的磁偶極矩，且第二接收天線具有傾斜相應(yīng)于第一發(fā)射天線的磁偶極矩的傾斜的磁偶極矩。至少一個第一天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜的磁偶極矩，其具有對應(yīng)于第一方位角的一個第一天線的傾斜的磁偶極矩。另外，至少一個第二天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜的磁偶極矩，該一個第二天線的傾斜的磁偶極矩對應(yīng)于第二方位角。該實施例適于在第一和第二方位角之間變化。因此，例如第二方位角可以與第一方位角相差基本90度，或這兩個角度可以基本相等。
在另一個鉆柱應(yīng)用中，發(fā)射器系統(tǒng)包括至少一個具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為θ的磁偶極矩的天線，且接收器系統(tǒng)包括至少一個具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為180-θ的磁偶極矩的天線。在該情況下，當(dāng)測井儀器隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)時執(zhí)行發(fā)射步驟和檢測步驟。
在該鉆柱應(yīng)用中，發(fā)射器系統(tǒng)可以包括兩個間隔開的發(fā)射天線，每個發(fā)射天線具有相對于儀器軸線傾斜第一角度的磁偶極矩。接收器系統(tǒng)可以包括至少一個以第一鉆孔深度位于兩個發(fā)射天線之間的接收天線，接收天線具有相對于儀器軸線傾斜第二角度的磁偶極矩。在該情況下，發(fā)射步驟包括向兩個發(fā)射天線之一賦能以將電磁能發(fā)射到地層中，而檢測步驟包括檢測與由一個發(fā)射天線(利用接收天線)發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一電壓信號，確定測井儀器的方位角定向，并轉(zhuǎn)動鉆柱以使發(fā)射和接收天線繞測井儀器的軸線旋轉(zhuǎn)。測井儀器在鉆孔內(nèi)移動以將兩個發(fā)射天線中的另一個定位在第一鉆孔深度，并對兩個發(fā)射天線中的另一個賦能以將電磁能發(fā)射到地層中。然后利用接收天線測出與由該另一發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第二電壓信號，并重新確定測井儀器的方位角定向，鉆柱重新轉(zhuǎn)動從而使發(fā)射和接收天線繞測井儀器的軸轉(zhuǎn)動。然后可以根據(jù)測得的第一和第二電壓信號確定相對的邊界方位，于是可結(jié)合該測得的第一和第二電壓信號從而構(gòu)成了對稱的方向測量值。
在本發(fā)明方法的鉆柱應(yīng)用中，可以利用工具面?zhèn)鞲衅鞔_定測井儀器的方位?？梢岳醚b箱或參考對應(yīng)于所測的信號中最小和最大幅值的測得的方位角來確定相對邊界方位。
優(yōu)選的測得的信號為復(fù)數(shù)電壓信號。因此，可以根據(jù)與相對邊界方位角相關(guān)的測得的電壓信號計算出相應(yīng)的相移和衰減值。通過由兩個獨特的從確定的相對邊界方位角中預(yù)選出的方位角(例如0和180度)獲得的復(fù)數(shù)電壓信號的比率的對數(shù)，可以獲得相移和衰減值。
在本發(fā)明方法的特殊實施例中，方向檢測合成步驟包括通過將在不同的儀器方位定向測得的信號的響應(yīng)擬合到近似的函數(shù)從而導(dǎo)出所測的信號的幅值和相位。該擬合函數(shù)優(yōu)選為用于依據(jù)方向檢測值確定方位角的定義迭代的擬合算法的具有擬合系數(shù)的正弦曲線，這些系數(shù)包括常數(shù)、sinφ、cosφ、sin2φ和cos2φ項，如Li et al.于2004年4月21日申請的現(xiàn)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的正在審理的US專利申請No.10/709212中所描述的。
在本發(fā)明方法的特殊實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括至少第一和第二發(fā)射天線，而接收器系統(tǒng)包括至少第一和第二接收天線。天線定向以使第一發(fā)射和第一接收天線限定第一對稱的天線對，而第二發(fā)射和第二接收天線限定第二對稱的天線對，至少一個天線的磁偶極矩形成與測井儀器之間基本非零的角度。
本發(fā)明的方法優(yōu)選的還包括確定橫跨地層邊界的電阻率分布的步驟，其也可也不可被當(dāng)作傾度確定步驟的部分?？梢愿鶕?jù)已知的定位孔數(shù)據(jù)或根據(jù)向下鉆進的電阻率檢測值來確定電阻率分布。向下鉆進的電阻率檢測值一般由測井儀器或在與測井儀器一起在普通工具柱中傳送的另一工具提供。
相對傾度確定步驟可以包括利用用于方向檢測的預(yù)先計算好的查尋表對由地層邊界分開的兩個地層基床選擇電阻率的值和相對傾角。通過確定兩個地層基床的實際電阻率值，可以用為選擇一對電阻率的一個或多個預(yù)先計算好的查尋表來確定相應(yīng)于實際電阻率值的每單位傾度的邊界方向響應(yīng)。然后通過用比例因數(shù)除合成的方向檢測值來確定相對傾度，比例因數(shù)是通過計算每單位傾度的邊界方向響應(yīng)而確定的電阻率分布來確定的。
相對傾度確定步驟還可以包括轉(zhuǎn)化。一種實例包括以下步驟選擇一個或多個方向檢測值用來轉(zhuǎn)化，選擇合適的轉(zhuǎn)化模型，檢驗選出的轉(zhuǎn)化模型是否與其他信息相符合，并確定相對傾度和選出的轉(zhuǎn)化模型參數(shù)。該確定的、選出的轉(zhuǎn)化模型參數(shù)可以包括地層邊界的位置、和在邊界的任一側(cè)邊上的地層基床的電阻率。該轉(zhuǎn)化模型選擇步驟包括選擇符合已知信息的最簡單模型，而檢驗步驟包括將選出的模型與已知的地質(zhì)特性和其他測得的地層參數(shù)相比較。
在本發(fā)明方法的另一應(yīng)用中，測井儀器是不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)的測井纜或鉆柱傳送工具。在根據(jù)該情況的特殊實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括兩個發(fā)射天線且每個發(fā)射天線具有與儀器軸線對準的磁偶極矩。接收器系統(tǒng)包括兩個橫向的接收天線，它們的磁偶極矩以不同的方向定向并且都垂直于測井儀器的軸線。這兩個接收天線基本在兩個發(fā)射天線中間以第一鉆孔深度位于兩個發(fā)射天線之間。
在不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)儀器的另一實施例中，接收器系統(tǒng)包括具有與儀器軸線對準的磁偶極矩的接收天線，發(fā)射器系統(tǒng)包括兩個橫向的發(fā)射天線對，每對的磁偶極矩以不同的方向定向并且都垂直于測井儀器的軸線。接收天線以第一鉆孔深度位于兩個發(fā)射天線對之間，第一鉆孔深度基本在兩個發(fā)射天線對中間。
由于該運用中沒有儀器旋轉(zhuǎn)可用，因此可以根據(jù)也轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的US專利No.6584408的教導(dǎo)而利用軟件合成的旋轉(zhuǎn)矩陣。在本發(fā)明方法的這種不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用中，發(fā)射步驟包括向兩個發(fā)射天線之一賦能以將電磁能發(fā)射到地層中。檢測步驟包括利用兩個接收天線檢測與由一個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一電壓信號，檢測測井儀器的方位，確定相對邊界方位，以及利用相應(yīng)于所確定的關(guān)于儀器方位的相對邊界方位的旋轉(zhuǎn)矩陣來合成在相對邊界方位的虛擬橫向接收器的第一方向檢測電壓信號。然后測井儀器在鉆孔內(nèi)移動以將兩個發(fā)射天線中的另一個移動到第一鉆孔深度(在此定位兩個接收天線)，并重復(fù)該過程。因此，兩個發(fā)射天線中的另一個被賦能以將電磁能發(fā)射到地層中，用兩個接收器檢測與由另一個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第二電壓信號，(再次)檢測測井儀器的方位，(再次)確定相對邊界方位。這些步驟準許利用相應(yīng)于所確定的關(guān)于儀器方位的相對邊界方位的旋轉(zhuǎn)矩陣來合成在相對邊界方位的虛擬橫向接收器的第二方向檢測電壓信號。于是結(jié)合虛擬橫向接收器的該合成的第一和第二電壓信號以合成對稱的方向檢測值。
在不旋轉(zhuǎn)或緩慢旋轉(zhuǎn)應(yīng)用的特殊實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括三軸發(fā)射天線，而接收器系統(tǒng)包括三軸接收天線。天線系統(tǒng)中的三個天線的磁偶極矩矢量可以線性地獨立或相互正交。該三軸天線還可以基本位于同一點。在運用三軸天線的實施例中，發(fā)射步驟包括順序地對三個發(fā)射天線的每一個賦能以將電磁能發(fā)射到地層中。
在相互正交的三軸天線系統(tǒng)的情況下，檢測步驟包括利用用于各個檢測的三個接收天線順序地檢測與由第一、第二和第三發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一、第二和第三電壓信號。分別由這三個接收器檢測的電壓信號然后線性地結(jié)合以產(chǎn)生代表任意定向的虛擬發(fā)射器和接收器對的電壓。這使得可以利用對稱發(fā)射器和接收器對的耦合電壓來合成三個相互正交的虛擬發(fā)射器和接收器之間的耦合電壓以及合成對稱的方向檢測值。
在該實施例中可以根據(jù)下式來確定相對邊界方位tan-1(YZ/XZ)或tan-1(2*XY/(XX-YY)，其中YZ是單位磁偶極矩的Y取向接收和Z取向發(fā)射天線的電壓，XZ是單位磁偶極矩的X取向接收和Z取向發(fā)射天線的電壓，XY是單位磁偶極矩的X取向接收和Y取向發(fā)射天線的電壓，XX是單位磁偶極矩的X取向接收和X取向發(fā)射天線的電壓，YY是單位磁偶極矩的Y取向接收和Y取向發(fā)射天線的電壓，Z是沿著儀器軸線的方向，X是參考方位角的方向，其垂直于Z，Y垂直于X和Z；且X-Y-Z構(gòu)成了笛卡爾坐標系。
利用X’Z-ZX’耦合電壓可以合成根據(jù)該實施例的方向檢測值，其中X’在相對邊界方位的方向上且垂直于儀器軸Z。
在非線性三軸天線系統(tǒng)的情況下，通過相應(yīng)于固定定向的3D空間旋轉(zhuǎn)矩陣從測得的第一、第二和第三電壓信號生成固定定向的虛擬發(fā)射器—接收器對的信號。
本發(fā)明的另一方面涉及一種表征地下構(gòu)造的方法，包括以下步驟將測井儀器定位于鉆孔中從而使儀器的發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)置于感興趣的地層邊界附近，以及檢測測井儀器的方位角取向。利用發(fā)射器系統(tǒng)將電磁能發(fā)射到地層中，利用接收器系統(tǒng)測出與由發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能相關(guān)的信號。利用測得的信號合成對稱的方向檢測值，且將確定的方向檢測值繪制成對于多個不同深度的深度函數(shù)。于是可以利用方向檢測值中變化率的不連續(xù)性來識別上和下天線的至少一個跨過地層邊界處的深度。
本發(fā)明的另一方面涉及一種用于表征由鉆孔穿透的地下構(gòu)造的測井裝置，包括適于在鉆孔中運送并具有縱軸的主體。該測井裝置的主體可適用于在鉆柱內(nèi)運送和轉(zhuǎn)動，并適于通過測井纜運送。發(fā)射器系統(tǒng)由用于將電磁能發(fā)射到地層中的主體攜載。接收器系統(tǒng)由檢測與由發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能相關(guān)的信號的主體攜載。還提供了用于在鉆孔附近確定感興趣的地層邊界的相對方位角、利用由接收器系統(tǒng)測得的信號和由方位確定裝置確定的相對邊界方位來合成對稱的方向檢測值，以及利用合成的方向檢測值確定地層邊界的相對傾度的裝置。
在本發(fā)明裝置的特殊實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括至少一個具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為θ的磁偶極矩的天線，且接收器系統(tǒng)包括至少一個具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為180-θ的磁偶極矩的天線。
在本發(fā)明裝置的另一實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括至少第一和第二發(fā)射天線，而接收器系統(tǒng)包括至少第一和第二接收天線。天線定向以使第一發(fā)射和第一接收天線限定第一對稱的天線對，而第二發(fā)射和第二接收天線限定第二對稱的天線對。
在本發(fā)明裝置的另一實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括兩個發(fā)射天線且每個發(fā)射天線具有與儀器軸線對準的磁偶極矩。接收器系統(tǒng)包括兩個橫向、相互正交的接收天線，兩個接收天線位于兩個發(fā)射天線之間?；蛘撸撗b置可以構(gòu)造成具有可互換的接收器和發(fā)射器(兩個發(fā)射天線位于兩個接收天線之間)。
在特殊實施例中，發(fā)射器系統(tǒng)包括三軸發(fā)射天線，而接收器系統(tǒng)包括三軸接收天線。
方位確定裝置可包括工具面?zhèn)鞲衅骱?或具有用于確定感興趣的地層邊界的相對方位的計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)。
在一種實施例中，合成裝置包括具有用于利用由接收器系統(tǒng)測得的信號和由方位確定裝置確定的相對邊界方位來合成對稱的方向檢測值的計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)。
相對傾度確定裝置可以包括具有用于利用合成的方向檢測值確定地層邊界的相對傾度的計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀介質(zhì)。


為了詳細理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢，上面簡要概述的本發(fā)明的更具體的說明，可以由參照

的實施例來獲得。但是應(yīng)該注意，附圖僅顯示了本發(fā)明的典型實施例并且應(yīng)當(dāng)理解其不局限于此范圍，本發(fā)明還可以是與有效實施例等價的其他實施例。
圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中感應(yīng)和傳播工具的示意圖。
圖2A和2B分別顯示了當(dāng)不具有和具有相對傾度時在鉆孔穿透的地層中由測井工具感應(yīng)出的渦流的前視圖。
圖3顯示了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆柱的前視示意圖，其中運用本發(fā)明可以具有優(yōu)勢。
圖4顯示了具有對稱的發(fā)射和接收天線對的基本的方向檢測測井工具的示意圖。
圖5顯示了設(shè)置于位于單獨的地層基床內(nèi)的鉆孔片斷中的方向檢測測井工具的示意圖，由此對稱的方向檢測值設(shè)計成對傾度α和各向異性不敏感。
圖6顯示了設(shè)置于橫過基床邊界以穿透兩個地層基床的鉆孔片斷中的方向檢測測井工具的示意圖，由此對稱的方向檢測值幾乎恒定且當(dāng)發(fā)射器和接收器位于基床邊界的相對側(cè)上時對于給定的電阻率分布檢測值與傾度成比例。
圖7顯示了繪制劃分兩個鄰近的地層基床的單獨地層邊界的電阻率分布圖。
圖8A-8C顯示了地層對由沿著鉆孔/工具軸線定向的測井工具發(fā)射的電磁能的響應(yīng)圖(傳統(tǒng)的電阻率和對稱的方向檢測值)，其中測井工具具有位于邊界的兩側(cè)上的天線。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明的一方面當(dāng)跨過基床邊界時對于不同的傾角繪制的作為真實垂直深度(TVD)的函數(shù)的對稱的方向傳播信號的響應(yīng)。
圖10顯示了與圖9中類似的響應(yīng)，但傳播信號在對數(shù)標度上通過傾角歸一化。
圖11顯示了在線性標度上的與圖10中類似的歸一化的響應(yīng)。
圖12顯示了與圖9中類似的響應(yīng)，但顯示了在對稱化之前的單獨的發(fā)射器—接收器(TR)對。
圖13顯示了與圖10中類似的響應(yīng)，但顯示了兩個定位于一起的TR對。
圖14顯示了通過傾角歸一化的對于對稱的TR對的等價的感應(yīng)工具響應(yīng)(XZ-ZX檢測值)。
圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明的一方面用于傾度確定的工作流程圖。
具體實施例方式
圖3顯示了傳統(tǒng)的鉆機和鉆柱，其中利用本發(fā)明可具有優(yōu)勢。陸地基礎(chǔ)的平臺和起重設(shè)備10位于穿透地下構(gòu)造F的井眼11上。在所顯示的實施例中，井眼11以公知的方式通過旋轉(zhuǎn)鉆探而形成。但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)從本公開內(nèi)容中得到益處，即本發(fā)明還在定向鉆探應(yīng)用以及旋轉(zhuǎn)鉆探中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用，且并不局限于陸地基礎(chǔ)的鉆塔。還應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于“隨鉆測井”應(yīng)用，而且還利用測井纜應(yīng)用(下面將要說明)。
鉆柱12在井眼11內(nèi)懸掛且包括在其較低端的鉆頭15。鉆柱12由通過未顯示的裝置賦能的輪盤16旋轉(zhuǎn)，其將在鉆柱上端的傳動鉆桿17接合。鉆柱12通過傳動鉆桿17和允許鉆柱相對于鉤轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)軸承19而從滑塊(也未顯示)上帶著的鉤18上懸掛下來。
鉆探流體或泥漿26存儲于形成于井點的凹坑27中。泵29通過軸承19中的端口將鉆探流體26送到鉆柱12的內(nèi)部，感應(yīng)鉆探流體如方向箭頭9所指示的通過鉆柱12向下流。鉆探流體經(jīng)過鉆頭15中的端口而存在于鉆柱12中，然后如方向箭頭32所指示的通過鉆柱外部和井眼壁之間的區(qū)域而向上循環(huán)，即所謂的環(huán)面。以這種方式，鉆探流體潤滑鉆頭15并攜帶隨著其為了再循環(huán)而返回到凹坑27而切碎到表面的信息。
鉆柱12還包括底孔裝備，通常指34，在鉆頭15附近(換句話說，在距離鉆頭幾個鉆環(huán)長度的范圍內(nèi))。底孔裝備包括檢測、處理、存儲信息以及與地面通訊的能力。底孔裝備34除了其他之外因而還包括用于確定井眼11周圍的地層F的電阻率并傳達它的檢測和本地通訊裝置36。通訊裝置36，也公知為電阻率工具，包括第一對發(fā)射/接收天線T、R，以及第二對發(fā)射/接收天線T’、R’。如這里所述，第二對天線T’、R’關(guān)于第一對天線T、R對稱。電阻率工具36還包括現(xiàn)有技術(shù)公知的控制數(shù)據(jù)采集的控制器。
BHA34還包括容納于鉆環(huán)38、39內(nèi)的用于執(zhí)行各種其他檢測功能的儀器，例如檢測自然輻射、密度(伽馬射線或中子)以及地層F的孔壓力。至少某些鉆環(huán)裝配有本領(lǐng)域公知的穩(wěn)定器37。
表面/本地通訊組件40也包含在BHA34內(nèi)，正好在鉆環(huán)39上面。組件40包括用于與電阻率工具36本地通訊的螺旋管形天線42(雖然有利地還可以利用其他公知的本地通訊裝置)，以及通過鉆探流體或泥漿攜載的信號與地面上的類似系統(tǒng)(未顯示)通訊的公知類型的聲學(xué)遙測系統(tǒng)。因此，組件40中的遙測系統(tǒng)包括在鉆探流體中產(chǎn)生聲學(xué)信號(又叫作泥漿脈沖)的聲學(xué)發(fā)射器，其由所測得的井下參數(shù)表示。
在地面上由轉(zhuǎn)換器接收到的產(chǎn)生的聲學(xué)信號由附圖標記31表示。轉(zhuǎn)換器，例如壓電式轉(zhuǎn)換器將接收到的聲學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電子信號。轉(zhuǎn)換器31的輸出耦合到井上接收子系統(tǒng)90，其解調(diào)發(fā)射信號。接收子系統(tǒng)90的輸出然后耦合到計算機處理器85和記錄器45。處理器85可以用來確定在測井的同時或隨后從記錄器45中訪問記錄數(shù)據(jù)時在“實時”基礎(chǔ)上的地層電阻率分布(除了其他之外)。計算機處理器耦合到利用了繪圖用戶界面(“GUI”)的監(jiān)視器92，通過繪圖用戶界面可將所測得的井下參數(shù)及其導(dǎo)出的具體結(jié)果(例如電阻率分布)以圖形方式顯示給用戶。
還提供用于接收來自用戶的輸入命令(例如通過監(jiān)視器92中的GUI)的井上發(fā)射系統(tǒng)95，其以可由組件40中的轉(zhuǎn)換器99探測的方式操作從而有選擇地中斷泵29的操作。在這種方式下，在組件40和井上裝備之間存在雙向通訊。在已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的US專利No.5235285和5517464中較詳細地說明了合適的組件40。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解其他的聲學(xué)技術(shù)以及其他遙測裝置(例如機電、電磁)也可用來與地面通訊。
可用兩種類型的線圈天線來合成具有方向靈敏度的檢測值。一種類型通過具有或者例如從測井工具的縱軸中心的偏移或者被局部覆蓋的天線來獲得其方向靈敏度。方向檢測還可由構(gòu)成的至少一個天線進行從而其磁偶極矩不與攜載天線的工具的縱軸對準。本發(fā)明涉及第二種類型的方向敏感天線。
圖4示意地顯示了用于方向電磁(EM)波檢測的基本的電阻率工具36。工具36包括發(fā)射具有某頻率f的EM波的發(fā)射天線T和與其相距某距離L的接收天線R。還根據(jù)已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的US專利申請公開No.20003/0085707(“Minerbo et al”)的教導(dǎo)顯示了對稱對(T’、R’)。為了清楚和簡化，下面的討論將局限于發(fā)射天線T和接收天線R，盡管通常運用對稱的天線對T’、R’。應(yīng)當(dāng)注意盡管兩個對稱對的傾斜的磁偶極矩在圖4中是在同一平面上，但這在本發(fā)明中是不要求的。在下面的討論中將明白，如果將提取的系數(shù)或方向相移或衰減用于對稱操作中，則來自偶極矩在不同平面上的兩個對的信號還可以相加以獲得等價結(jié)果。
在操作中，接收天線R將注冊由發(fā)射天線T發(fā)出的EM波感應(yīng)出的電壓VRT及其在由包含測井工具36的鉆孔穿透的地層中產(chǎn)生的次級電流。天線T和R都固定在工具36上從而繞工具物理轉(zhuǎn)動。將這與本發(fā)明的選擇測井纜應(yīng)用相比較，其中虛擬天線通過軟件“轉(zhuǎn)動”(即利用相應(yīng)于所確定的邊界方位的旋轉(zhuǎn)矩陣使所測的電壓信號繞位于垂直于感興趣的邊界的平面上的測井儀器的軸線“轉(zhuǎn)動”)。
工具36裝備有位于鉆環(huán)38、39之一內(nèi)的用于連續(xù)指示測井工具的方位定向的工具面?zhèn)鞲衅?、以及控制第一和第二發(fā)射—接收天線對以選擇地將電磁能發(fā)射到地層中并檢測與發(fā)射的電磁能相關(guān)的電壓信號作為測井儀器的方位定向的函數(shù)的控制器。工具面?zhèn)鞲衅骼昧艘韵轮恢甘緶y井儀器相對于地球磁北的方位定向的磁力計、指示測井儀器相對于地球重力矢量的方位定向的重力傳感器、或其他本領(lǐng)域中公知的合適裝置。天線定向可以假設(shè)形成為發(fā)射天線T為角度θT，接收天線R為角度θR。耦合電壓隨著工具旋轉(zhuǎn)的方位變化然后可以根據(jù)磁偶極矩的笛卡兒分量的耦合來表達VRT(φ)=[VxzcosθTcosθR+12(Vxx+Vyy)sinθTsinθR]]]>+[VxzsinθTcosθR+VzxcosθTsinθR]cosφ+[VyzsinθTcosθR+VzycosθTsinθR]sinφ]]>+[12(Vyx+Vxy)sinθTsinθR]sin2φ+[12(Vxx-Vyy)sinθTsinθR]cos2φ]]>=C0(θT,θR)+C1c(θT,θR)cosφ+C1s(θT,θR)sinφ+C2c(θT,θR)cos2φ+C2s(θT,θR)sin2φ---(1.1)]]>其中定義的一系列復(fù)系數(shù)C0、C1c、C1s、C2c、C2s表示測得的地層響應(yīng)的不同分量的幅值。因此，該復(fù)系數(shù)定義為C0(θT,θR)≡[VxzcosθTcosθR+12(Vxx+Vyy)sinθTsinθR]]]>C1c(θT，θR)≡[VxzsinθTcosθR+VzxcosθTsinθR]C1s(θT，θR)≡[VyzsinθTcosθR+VzycosθTsinθR]C2c(θT,θR)≡[12(Vxx-Vyy)sinθTsinθR]]]>C2s(θT,θR)≡[12(Vyx+Vxy)sinθTsinθR]---(1.2)]]>根據(jù)本發(fā)明的一方面，認識到這些系數(shù)是在工具位置處的地層電阻率、鉆孔偏差、以及方位角的函數(shù)。
通過對稱操作，即(θT<＝>θR)，等式(1.1)簡化為V‾(φ)≡VRT(φ,θT,θR)-VRT(φ,θR,θT)=]]>2[Vxz-Vzx]sin(θT-θR)cosφ+2[Vyz-Vzy]sin(θT-θR)sinφ]]>≡C‾1c(θT,θR)cosφ+C‾1s(θT,θR)sinφ---(1.3)]]>所有的二次諧波(C2c、C2s)在減法之后消失，這是因為它們關(guān)于發(fā)射器和接收器傾角的交換對稱。因此該對稱簡化了反對稱信號的方位變化。
在該階段，方位角的參考點是任意的。對于平面幾何，如果我們選擇角度(參考點作為由基床平面的法線矢量突出到工具面的方向，則通過對稱Vyz＝Vzy＝0并且 將具有純的cosφ關(guān)系。在實際應(yīng)用中，基床取向是未知的。但是給定任意參考，就可以由下式計算出基床取向φbed=tan-1[|C‾1s(θT,θR)C‾1c(θT,θR)|]=tan-1[|Vyz-VzyVxz-Vzx|---(1.4)]]>旋轉(zhuǎn)φbed、 將與基床垂直，因此 除了乘以常數(shù)2sin(θT-θR)之外準確為[Vxz-Vzx]。
一旦根據(jù)各個發(fā)射線圈確定了各個接收線圈的電壓，就可以通過以下方式確定總檢測值在感應(yīng)工具的情況下加上電壓；或在傳播工具的情況下取電壓的混合比。例如，對于圖4中的傳播測井設(shè)備，可以獲得在各個接收器的絕對電壓值作為復(fù)數(shù)電壓的實部和虛部的平方和的平方根(等式1.1)，并且絕對值的比提供衰減，根據(jù)其可以獲得衰減確定的電阻率Rad(在接收器周圍的勘測相對深的深度處的地層電阻率)。根據(jù)復(fù)數(shù)電壓的虛部和實部之比的反正切來獲得每個接收器的相位，且相移是在兩個接收器處的相位差。于是可以獲得相移確定的電阻率Rps(在接收器周圍的勘測相對淺的深度處的地層電阻率)。
對于傳播類型的檢測，取兩個檢測值之間的電壓(或比)的對數(shù)差。根據(jù)Minerbo et al的教導(dǎo)，我們?nèi)》轿豁憫?yīng)的幅值，即在電壓響應(yīng)最大處估出的在角度φ和角度(φ+180)處的檢測值的相移差和衰減。這從等式(1.1-2)近似地導(dǎo)出VRT(φ)VRT(180+φ)=C0(θT,θR)+C1c(θT,θR)cosφ+C1s(θT,θR)sinφ+C2c(θT,θR)cos2φ+C2s(θT,θR)sin2φC0(θT,θR)-C1c(θT,θR)cosφ-C1s(θT,θR)sinφ+C2c(θT,θR)cos2φ+C2s(θT,θR)sin2φ]]>≡1+2C0(θT,θR)+C1c(θT,θR)cosφ+C1s(θT,θR)sinφC0(θT,θR)+C2c(θT,θR)cos2φ+C2s(θT,θR)sin2φ]]>≡1+2[VxzsinθTcosθR+VzxcosθTsinθR]cosφ+[VyzsinθTcosθR+VzycosθTsinθR]sinφVzzcosθTcosθR+12[Vxx+Vyy]sinθTsinθR+12[[Vyx+Vxy]sinθTsinθRsin2φ+12[[Vxx-Vyy]sinθTsinθRcos2φ---(1.5)]]>如果選擇x為垂直于基床的方向，則在φ＝0處獲得|V|的最大值。在角度φ＝0處估算，等式(1.5)生成VRT(0)VRT(180)≅1+2C0(θT,θR)+C1c(θT,θR)C0(θT,θR)+C2c(θT,θR)]]>≅1+2[VxzsinθTcosθR+VzxcosθTsinθR]VzzcosθTcosθR+VxxsinθTsinθR---(1.6)]]>但是這還不是期望的純xz-zx式響應(yīng)，即它對基床各向異性和傾角不敏感。本發(fā)明涉及對在寬傾角范圍和寬頻率范圍的地層的各向異性不敏感的方向檢測?，F(xiàn)在如Minerbo et al所述，通過對稱化程序(θT<＝>θR)，我們有VRT(0,θT,θR)VRT(180,θT,θR)-VRT(180,θR,θT)VRT(0,θR,θT)≅1+2[Vxz-Vzx]sin(θT-θR)VzzcosθTcosθR+VxxsinθTsinθR---(1.7)]]>盡管分母還具有一些并不簡單的[xz-zx]分量，但這又和感應(yīng)式的響應(yīng)相似。這證明用于傳播式檢測的對稱化程序可以產(chǎn)生與對稱感應(yīng)式而不純式相似的響應(yīng)。在方位響應(yīng)的兩個任意導(dǎo)向處可以進行傳播檢測，這也是真實的。
因此，通過檢驗依據(jù)測井工具響應(yīng)的方位可以確定基床導(dǎo)向。一種用于提取方位響應(yīng)的不同成分(即系數(shù))的技術(shù)在由Li et al于2004年4月21日申請的并已轉(zhuǎn)讓的名為“方向電磁波電阻率裝置和方法(Directional Electromagnetic WaveResistivity Apparatus and Method)”的US專利申請系列No.10/709212中公開，其中將所測的信號的方位變化擬合到近似的函數(shù)。尤其是，根據(jù)反復(fù)地求方向檢測值的相關(guān)sin和cos項的開方擬合方位響應(yīng)。這種擬合算法通過整數(shù)算法在數(shù)字信號處理器中進行從而對于在4ms的采樣時間內(nèi)的所有信道足夠快速執(zhí)行。對方位角信息、采集序列的隨機化的精確利用使得算法很有能力耐受不規(guī)則工具的旋轉(zhuǎn)以及在粗糙的鉆探環(huán)境下刮蹭。通過這種方式，所有數(shù)據(jù)用來獲得上/下信號而不僅僅是兩位數(shù)據(jù)，從而改善了檢測的信噪比。精確地利用方位角還可更精確地確定基床取向。
詳細算法可說明如下。
浮點運算用矩陣P0和矢量U0的初始值起動，然后用檢測值y(φi)和基數(shù)r＝(1cosφisinφicos2φisin2φi)T進行下述算法，其中P為M×M維矩陣且U和r為維度M的矢量。M是基礎(chǔ)函數(shù)的維度。迭代N之后，于是U會聚成表示表達式系數(shù)的值。該算法是穩(wěn)定的，且會聚通常在10-15次迭代內(nèi)獲得。
該詳細算法顯示如下initialize P0and U0；for m＝1 to NsamplesPm←Pm-1-Pm-1·rm-1T·rm-1·Pm-11+rm-1·Pm-1·rm-1T]]>Um←Um-1-Pm·rm-1T·(ym-1-Um-1T·rm-1T)T;]]>next m；return(U)；其中N次采樣是在一次循環(huán)中獲得的采樣總數(shù)，M是近似函數(shù)矢量的維度(近似函數(shù)的數(shù)目)，U是維度M的擬合系數(shù)的矢量，r是在維度M的各個檢測位置的近似函數(shù)值的矢量，而P是M×M維度的矩陣。
在許多情況下，浮點運算非常昂貴從而不便在井下CPU中運行，這是因為可能有上百條需相配的信道以及對每個方位角的數(shù)據(jù)采集必須非常短(ms)以便在較高的旋轉(zhuǎn)速度下獲得精確的角度。在這些情況下，可運用具有某些變動的整數(shù)運算，以改善精度(例如利用32位的乘法)，執(zhí)行比例改變以避免溢出并加快會聚。基函數(shù)的值還可以預(yù)先生成并存儲于存儲器中從而隨后插值以獲得真實角度φI的值。
由于在擬合技術(shù)中僅求出相關(guān)信號，因此僅需存儲有用的系數(shù)。因此，在該情況下，相比較于如果要利用32庫來裝庫所有數(shù)據(jù)的實例中的32，僅需存儲5個系數(shù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢包括提取信號很精確和在方位角中精度的特殊改進。
根據(jù)這些擬合系數(shù)，可以確定基床邊界方位(斜面)角度。
圖5顯示了具有軸線BA的方向檢測測井工具36’的示意圖，其位于處于單獨地層基床B2中的鉆孔片斷11中?；睟2與上層的基床B1由邊界P1分開，并與下層的基床B3由邊界P2分開。在該構(gòu)造中，根據(jù)已經(jīng)證實對傾度α和各向異性不敏感的耦合T1-R1和T2-R2(根據(jù)Minerbo et al)來獲得對稱的方向檢測。
但是，圖6顯示了其中方向檢測對傾度極度敏感的構(gòu)造。因此，圖6是具有軸線BA的方向檢測測井工具36”的示意圖，其設(shè)置于橫過基床邊界P1的鉆孔片斷11’中。鉆孔11’穿透兩個地層基床B1、B2，且測井工具構(gòu)造(和定位)以使發(fā)射器T1和接收器R2布置于邊界P1的一側(cè)上，而發(fā)射器T2和接收器R1布置于邊界P1的另一側(cè)上。在該安排下，通過工具36”獲得的對稱的方向檢測值幾乎恒定且對于給定的電阻率分布與傾度成比例。
圖7是描繪橫過單獨地層邊界P1的鉆孔片斷軸線BA的電阻率圖，單獨地層邊界P1劃分兩個鄰近的地層基床B1、B2。在該實例中，鄰近的地層基床展現(xiàn)出跨過邊界P1的20/1Ωm電阻率過渡，傾度α＝5°。
圖8A-8C顯示了地層對如圖7中導(dǎo)向的測井工具所發(fā)射的電磁能的響應(yīng)的繪圖，測井工具的天線在邊界P1的相對側(cè)上(與圖6的方式類似)。因此，圖8A繪出了傳統(tǒng)確定的跨過基床B1、B2的電阻率分布。圖8B、8C分別繪出了通過位于地層邊界上的天線(如圖7中所示)進行的對稱方向檢測而得出的衰減和相移。因此，在圖8B和8C中的幾乎恒定的部分繪出曲線(即幾乎“平”的下段)，其表示當(dāng)天線位于邊界P1的任一側(cè)上時進行的檢測。
發(fā)現(xiàn)對稱的方向響應(yīng)對于較高的相對傾角(例如＞60°)并且當(dāng)發(fā)射器和接收器均處于邊界的同一側(cè)上時對傾角和各向異性不敏感(見Minerbo et al)。對于較小的相對傾角(例如＜40°)，發(fā)現(xiàn)如果如下所述當(dāng)發(fā)射器和接收器位于邊界的相對側(cè)上時，對稱方向檢測(xz-zx式)的響應(yīng)與相對傾角成正比例。
圖9顯示了當(dāng)方向傳播信號在100kHz時的響應(yīng)，其繪制作為當(dāng)跨過1ohm-m的基床到10ohm-m的基床時在真實垂直深度(TVD)的工具位置的函數(shù)。信號隨著相對傾角的增加而逐漸增加。在零相對傾角時，由于對稱因此就沒有隨著工具旋轉(zhuǎn)而從結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的信號變化。因此信號為零。但是，一旦相對傾度變成非零，則將產(chǎn)生有限信號。實際上，從圖中可以看出，即使在1°的相對傾度時，相移信號稍微大于1°，這在考慮可以用目前電子設(shè)備獲得的測量精度時已經(jīng)相當(dāng)大了。
圖10顯示了對于相對傾角增加到30°時與圖9中一樣的響應(yīng)，但相移和衰減信號由相對傾角歸一化。該歸一化的曲線彼此堆疊在頂部，而與傾角無關(guān)。當(dāng)發(fā)射器和接收器在基床邊界的相對側(cè)上時這在中部尤其真實。這意味著來自對稱響應(yīng)的相移和衰減信號與傾角成線性比例并且當(dāng)T和R在邊界的相對側(cè)上時該比例常數(shù)幾乎與工具位置無關(guān)。當(dāng)然線性因子依賴于主要取決于兩個基床的更加導(dǎo)電部分的值的兩基床TR間距、檢測頻率和電阻率。
圖11中重新顯示了100kHz方向檢測的傾角歸一化的響應(yīng)，該圖中包括在線性比例上直到70°的角度。對50°的相移比例系數(shù)顯示為2％，而對70°為6％，這比對于較小的相移角度的還小。衰減更為敏感，在50°和70°分別顯示為15％和40％的變化。
重要的是要注意這種響應(yīng)的簡單性是對稱的直接結(jié)果。圖12顯示了在對稱之前在正好與圖9中相同的構(gòu)造下單獨的TRR對的響應(yīng)。該響應(yīng)更為復(fù)雜。我們可清楚看出的對于對稱的TR構(gòu)造的測出信號和地層傾度之間的線性關(guān)系不再存在。對稱簡化了工具對高角度井中基床邊界的響應(yīng)，且其重新具有相同的對于傾度的敏感性。涉及到地下物理。
圖9-12顯示了即使為對稱所需的兩對固定TR距離也沒有位于相同物理位置的TR天線對。圖13顯示了對于兩個共同定位的TR對的歸一化響應(yīng)。將其與圖10相比較。共同定位與沒有共同定位的TR對對傾度的響應(yīng)非常相似。
圖14顯示了在10kHz的對稱對的等價(xz-zx)感應(yīng)工具響應(yīng)，其歸一化為明顯的傾角。接收器電壓的實部和虛部都可以良好近似標度為傾度。當(dāng)發(fā)射器和接收器對在界面的兩側(cè)上時，比例因數(shù)對于電壓的實部幾乎為常數(shù)且隨距離成線性變化。
對相對傾度的對稱的方向響應(yīng)的簡單關(guān)系將允許精確確定構(gòu)造基床的相對傾度和方位角。例如，在傾度＝1°時，從圖9中得出的相移信號大約為0.09dB和1.6°。即使利用電子設(shè)備，也可檢測相移和衰減分別直到0.02°和0.004dB。這意味著可以以0.01°-0.03°的精度測量傾度—如果要求這種精度—在這種情況下要使用很精確的傳感器。通過比較，該精度比公知鉆孔成像工具所提供的精度小兩個數(shù)量級。更實際地，考慮到參與的環(huán)境效應(yīng)，即使在相對傾角非常低時，也可以測出精度為10％的相對傾度。
一旦確定了相對傾度，就可以利用方向響應(yīng)來導(dǎo)出當(dāng)傳感器遠離邊界時距估計邊界的距離。
還有興趣注意到當(dāng)發(fā)射器和接收器在邊界的相對側(cè)上時和當(dāng)發(fā)射器和接收器在相同側(cè)上時工具響應(yīng)之間具有的劇烈差別。作為深度函數(shù)的響應(yīng)的傾斜在發(fā)生跨越時會突然變化?？梢杂迷撟兓瘉砭_地識別基床邊界位置。
該技術(shù)既應(yīng)用測井纜引入工具又應(yīng)用LWD傳播工具，而不依賴于傳送方法。對于“隨鉆測井”應(yīng)用來說，該信息可以通過向井上發(fā)送檢測值并在地面上分析它們，或通過首先在井下分析數(shù)據(jù)然后將傾度結(jié)構(gòu)信息傳送到地面來實時獲得。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會理解雖然響應(yīng)取決于基床屬性例如電阻率，但它還取決于接收器—發(fā)射器間距和頻率。
下面將參照圖15說明本發(fā)明的特殊方面。利用布置于一個或多個感興趣的基床附近的鉆孔中的測井儀器獲取實時方向檢測，確定基床邊界方位，合成方向檢測值(全部如上所述)(塊110)。
利用標準電阻率檢測、感應(yīng)或傳播確定在識別邊界的各個邊上的地層電阻率(塊105)。從獲取的方向電壓信號中選出的方向信道用于精確地確定邊界傾角和位置。利用從獲取的方向電壓信號來的不同的方向信道、利用查詢表、或利用轉(zhuǎn)化技術(shù)可以確認確定的傾角(塊120)。簡單的圖表或查詢表程序最初被認為是用于單獨邊界傾度確定。
產(chǎn)生對稱的檢測響應(yīng)，并基于已知的電阻率衡量該響應(yīng)，從而預(yù)知感興趣的地層基床的傾角(即基床邊界)。該衡量步驟對應(yīng)于比例系數(shù)。通過在鉆孔內(nèi)移動測井儀器、產(chǎn)生新的方向檢測值和對稱的響應(yīng)、縮放對稱響應(yīng)并觀察響應(yīng)中的變化從而識別感興趣的地層基床的邊界(塊120)。
在一種實施例中，明顯的傾度確定步驟包括利用查詢表。在這種情況下，該方法還包括以下步驟通過計算每單位傾度的邊界方向響應(yīng)確定對于確定電阻率的選出對的比例因數(shù)，通過用比例因數(shù)除合成的方向檢測值來確定相對傾度，以及利用對于電阻率的選出對的查詢表和確定的相對傾度和方位角來確定真實傾度。對于多個電阻率對可以預(yù)先計算出查詢表。然后根據(jù)明顯的電阻率，我們可以容易地在表中查找出每度傾角具有多少單元(deg、dB或Volt)?；蛘呓⒑袃A度的3D查詢表，并采用該簡單的查詢表程序。
或者，通過計算每單位傾度的邊界方向響應(yīng)、和通過用比例化因數(shù)除合成的方向檢測值來確定相對傾度，從而從確定的電阻率分布確定比例化因數(shù)。
在另一實施例中，相對傾度確定步驟包括轉(zhuǎn)化。該轉(zhuǎn)化優(yōu)選地包括以下步驟選擇一個或多個方向檢測值用于轉(zhuǎn)化，選擇合適的轉(zhuǎn)化模型，檢驗選出的轉(zhuǎn)化模型是否與其他信息相容，并確定傾度和選出的轉(zhuǎn)化模型參數(shù)。所確定的選出的轉(zhuǎn)化模型參數(shù)優(yōu)選的包括地層邊界位置的位置、和在邊界的任一側(cè)上的地層基床的電阻率。
建模或選擇步驟(塊125)優(yōu)選的包括選擇與已知信息相配的最簡單的模型，并生成選出的方向檢測值的可視圖。模型選擇步驟優(yōu)選的還包括利用算法來減輕模型復(fù)雜性，例如Akaike Information Criterion(Akaike信息標準)。基于模型的轉(zhuǎn)化應(yīng)該是靈活的以允許選擇從1(僅傾度)到6(兩基床的傾度、邊界位置和各向異性電阻率)的參數(shù)。該處理可以是交互式的或成批的對數(shù)處理?；谀Ｐ偷霓D(zhuǎn)化可以用于一個或多個邊界(任意電阻率分布)。
對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，很明顯本發(fā)明可以利用一個或多個合適的通用計算機來實現(xiàn)，計算機具有合適的硬件并可編程以執(zhí)行本發(fā)明的處理。該程序可通過利用一個或多個可由計算機處理器讀出的程序存儲裝置并編碼可由計算機(用于執(zhí)行上述操作)執(zhí)行的一個或多個指令程序來實現(xiàn)。程序存儲裝置可采取形式如一個或多個軟盤、CD ROM或其他光盤、磁帶、只讀存儲器片(ROM)、以及本領(lǐng)域公知的或后來開發(fā)的其他形式。指令程序可以是“目標代碼”，即或多或少可由計算機直接執(zhí)行的二進制形式；在執(zhí)行之前需要編譯或解釋的“源代碼”；或某些中間形式例如局部編譯的代碼。這里程序存儲裝置和指令編碼的精確形式是非實質(zhì)的。因此這些處理裝置可以在地面設(shè)備中、在工具中實施，或由本領(lǐng)域公知的兩個來共享。還應(yīng)理解可以用任何類型的測井系統(tǒng)例如鋼絲繩起下的工具、LWD/MWD工具或LWT工具來實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)。
根據(jù)前述說明可以理解，在不脫離本發(fā)明精神的前提下在本發(fā)明的優(yōu)選和選擇實施例中可以進行多種改動和變化。
本說明書的目的僅在于解釋并且不應(yīng)解釋為局限范圍。本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)僅由所附的權(quán)利要求的文字來定義。權(quán)利要求中的術(shù)語“包括”意指“包括至少”從而權(quán)利要求中的列舉清單是個開放組?！耙弧?、“一個”和其他單數(shù)術(shù)語意指包括其復(fù)數(shù)形式除非明確排除。
權(quán)利要求
1.一種利用設(shè)置于穿透地下地層的鉆孔中的測井儀器來表征該地下地層的特征的方法，該測井儀器具有縱軸且裝備有至少一個發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)，該方法包括以下步驟將該測井儀器定位于鉆孔內(nèi)以將發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)設(shè)置于感興趣的地層邊界附近；檢測測井儀器的方位定向；利用發(fā)射器系統(tǒng)將電磁能發(fā)射到地層內(nèi)；利用接收器系統(tǒng)檢測與由發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能相關(guān)的信號；確定地層邊界的相對方位；利用測出的信號和確定的相對邊界方位合成對稱的方向測量值；以及利用合成的方向測量值確定地層邊界的相對傾度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定地層邊界的真正方位和真正傾度的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在鉆柱中攜載測井儀器隨其轉(zhuǎn)動；發(fā)射器系統(tǒng)包括第一和第二發(fā)射天線；且接收器系統(tǒng)包括第一和第二接收天線；第二發(fā)射天線具有磁偶極矩，該磁偶極矩的傾斜相應(yīng)于第一接收天線的磁偶極矩的傾斜，且第二接收天線具有磁偶極矩，該磁偶極矩的傾斜相應(yīng)于第一發(fā)射 天線的磁偶極矩的傾斜，從而至少一個第一天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜的磁偶極矩，這一個第一天線的傾斜的磁偶極矩對應(yīng)于第一方位角，且至少一個第二天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜的磁偶極矩，該一個第二天線的傾斜的磁偶極矩對應(yīng)于第二方位角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在鉆柱中攜載測井儀器隨其轉(zhuǎn)動；發(fā)射器系統(tǒng)包括至少一個天線，該天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為θ的磁偶極矩；當(dāng)測井儀器隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)時執(zhí)行發(fā)射步驟；接收器系統(tǒng)包括至少一個天線，該天線具有相對于測井儀器的軸線傾斜角度為180-θ的磁偶極矩；且當(dāng)測井儀器隨鉆柱一起旋轉(zhuǎn)時執(zhí)行檢測步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中通過參考對應(yīng)于所測得的信號中最小和最大幅值的測得的方位角來確定相對邊界方位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中方向測量值合成步驟包括通過將在不同的儀器方位定向測得的信號的響應(yīng)擬合到近似的函數(shù)從而導(dǎo)出信號的幅值和相位
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中發(fā)射器系統(tǒng)包括至少第一和第二發(fā)射天線；接收器系統(tǒng)包括至少第一和第二接收天線；天線定向以使第一發(fā)射和第一接收天線限定第一對稱的天線對，而第二發(fā)射和第二接收天線限定第二對稱的天線對，以及至少一個天線的磁偶極矩與測井儀器之間形成基本非零的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟確定跨過地層邊界的電阻率分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中相對傾度確定步驟包括確定跨過地層邊界的電阻率分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中或者根據(jù)已知的導(dǎo)向孔數(shù)據(jù)或者根據(jù)井下電阻率檢測值來確定電阻率分布。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中通過測井儀器或通過在具有測井儀器的普通工具柱中傳送的另一工具來提供井下電阻率檢測。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中相對傾度確定步驟包括利用預(yù)先計算出來的查詢表。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中相對傾度確定步驟包括確定由地層邊界分開的兩個地層基床的實際電阻率值；利用為選擇一對電阻率的一個或多個預(yù)先計算好的查尋表來確定相應(yīng)于實際電阻率值的每單位傾度的邊界方向響應(yīng)；以及通過用比例因數(shù)除合成的方向檢測值來確定相對傾度，比例因數(shù)是通過計算每單位傾度的邊界方向響應(yīng)而確定的電阻率分布來確定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括以下步驟通過計算每單位 傾 度的 邊界方向響應(yīng)而從確定的電阻率分布確定比例因數(shù)；以及通過用比例因數(shù)除合成的方向檢測值來確定相對傾度。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中相對傾度確定步驟包括轉(zhuǎn)化。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中測井儀器是不旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)緩慢的測井纜或鉆柱傳送工具。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中發(fā)射器系統(tǒng)包括兩個發(fā)射天線且每個發(fā)射天線具有與儀器軸線對準的磁偶極矩；接收器系統(tǒng)包括兩個橫向的接收天線，它們的磁偶極矩以不同的方向定向并且都垂直于測井儀器的軸線，這兩個接收天線位于兩個發(fā)射天線之間，在基本上位于兩個發(fā)射天線中間的第一鉆孔深度處。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中發(fā)射步驟包括向兩個發(fā)射天線之一賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；檢測步驟包括利用兩個接收天線檢測與由一個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一電壓信號，檢測測井儀器的方位；確定相對邊界方位；以及利用相應(yīng)于所確定的關(guān)于儀器方位的相對邊界方位的旋轉(zhuǎn)矩陣來構(gòu)造在相對邊界方位的虛擬橫向接收器的第一方向檢測電壓信號；并且還包括以下步驟在鉆孔內(nèi)移動測井儀器以將兩個發(fā)射天線中的另一個移動到第一鉆孔深度；對兩個發(fā)射天線中的另一個賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；利用兩個接收天線測出與由該另一發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第二電壓信號；檢測測井儀器的方位；確定相對邊界方位；以及利用相應(yīng)于所確定的關(guān)于儀器方位的相對邊界方位的旋轉(zhuǎn)矩陣來構(gòu)造在相對邊界方位的虛擬橫向接收器的第二方向檢測電壓信號；以及結(jié)合虛擬橫向接收器的該構(gòu)造的第一和第二電壓信號從而合成對稱的方向測量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中發(fā)射器系統(tǒng)包括三軸發(fā)射天線；接收器系統(tǒng)包括三軸接收天線。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中三個發(fā)射天線的磁偶極矩矢量線性無關(guān)，且三個接收器的天線有效面積矢量線性無關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中三個發(fā)射天線的磁偶極矩矢量相互正交，且三個接收天線的磁偶極矩矢量相互正交。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中三個發(fā)射天線和三個接收天線基本共同定位。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中發(fā)射步驟包括向三個發(fā)射天線之一賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；向三個發(fā)射天線之二賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；向三個發(fā)射天線之三賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；檢測步驟包括利用三個接收天線檢測與由一個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一電壓信號，利用三個接收天線檢測與由第二個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第二電壓信號，利用三個接收天線檢測與由第三個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第三電壓信號；并且還包括以下步驟將分別由這三個接收器檢測的電壓信號線性地結(jié)合以產(chǎn)生代表任意定向的虛擬發(fā)射器和接收器對的電壓；合成三個相互正交的虛擬發(fā)射器和接收器之間的耦合電壓；以及利用對稱發(fā)射器和接收器對的耦合電壓來合成對稱的方向檢測值。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中通過相應(yīng)于固定定向的3D空間旋轉(zhuǎn)矩陣從測得的第一、第二和第三電壓信號生成固定定向的虛擬發(fā)射器-接收器對的信號。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中根據(jù)下式確定相對邊界方位tan-1(YZ/XZ)或tan-1(2*XY/(XX-YY)，其中YZ是單位磁偶極矩的Y取向接收和Z取向發(fā)射天線的電壓，XZ是單位磁偶極矩的X取向接收和Z取向發(fā)射天線的電壓，XY是單位磁偶極矩的X取向接收和Y取向發(fā)射天線的電壓，XX是單位磁偶極矩的X取向接收和X取向發(fā)射天線的電壓，YY是單位磁偶極矩的Y取向接收和Y取向發(fā)射天線的電壓，Z是沿著儀器軸 線的方向，X是參考方位角的方向，其垂直于Z，Y垂直于X 和Z；且X-Y-Z構(gòu)成了笛卡爾坐標系。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中利用X’Z-ZX’耦合電壓合成方向檢測值，其中X’在相對邊界方位的方向上且垂直于儀器軸Z。
27.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中發(fā)射器系統(tǒng)包括兩個間隔開的發(fā)射天線，每個發(fā)射天線具有相對于儀器軸線傾斜第一角度的磁偶極矩；接收器系統(tǒng)包括至少一個以第一鉆孔深度位于兩個發(fā)射天線之間的接收天線，接收天線具有相對于儀器軸線傾斜第二角度的磁偶極矩。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中發(fā)射步驟包括向兩個發(fā)射天線之一賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；檢測步驟包括利用接收天線檢測與由一個發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第一電壓信號，確定測井儀器的方位定向，以及轉(zhuǎn)動鉆柱以使發(fā)射和接收天線繞測井儀器的軸線旋轉(zhuǎn)，并且還包括以下步驟在鉆孔內(nèi)移動測井儀器以將兩個發(fā)射天線中的另一個移動到第一鉆孔深度；對兩個發(fā)射天線中的另一個賦能以將電磁能發(fā)射到地層中；利用接收天線檢測與由該另一發(fā)射天線發(fā)射的電磁能相關(guān)的第二電壓信號；確定測井儀器的方位定向；以及轉(zhuǎn)動鉆柱從而使發(fā)射和接收天線繞測井儀器的軸轉(zhuǎn)動；根據(jù)測得的第一和第二電壓信號確定相對邊界方位；且結(jié)合該測得的第一和第二電壓信號從而合成對稱的方向測量值。
29.一種利用設(shè)置于穿透地下地層的鉆孔中的測井儀器來表征地下地層的特征的方法，該測井儀器具有縱軸且裝備有共同包括至少一套上天線和一套下天線的至少一個發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)，該方法包括以下步驟將該測井儀器定位于鉆孔內(nèi)以將發(fā)射器系統(tǒng)和接收器系統(tǒng)設(shè)置于感興趣的地層邊界附近；檢測測井儀器的方位定向；利用發(fā)射器系統(tǒng)將電磁能發(fā)射到地層內(nèi)；利用接收器系統(tǒng)檢測與由發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能相關(guān)的信號；利用所測的信號合成對稱的方向檢測值；以及將確定的方向檢測值繪制成對于多個不同深度的深度函數(shù)；并利用繪出的方向檢測值中變化率的不連續(xù)性來識別上和下天線中的至少一個跨過地層邊界處的深度。
30.一種用于表征由鉆孔穿透的地下構(gòu)造的測井裝置，包括適于在鉆孔中運送并具有縱軸的主體；由用于將電磁能發(fā)射到地層中的主體攜載的發(fā)射器系統(tǒng)；由檢測與由發(fā)射器系統(tǒng)發(fā)射的電磁能相關(guān)的信號的主體攜載的接收器系統(tǒng)；用于在鉆孔附近確定感興趣的地層邊界的相對方位的裝置；利用由接收器系統(tǒng)測得的信號和由方位確定裝置確定的相對邊界方位來合成對稱的方向檢測值的裝置；以及利用合成的方向檢測值確定地層邊界的相對傾度的裝置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的測井裝置，其中該主體適于在鉆柱內(nèi)運送，并適于和鉆柱一起轉(zhuǎn)動。
32.根據(jù)權(quán)利要求30的測井裝置，其中該主體適于通過測井纜傳送。
全文摘要
一種方法，利用用于產(chǎn)生與地下構(gòu)造的電磁能響應(yīng)相關(guān)的方向信號的裝置。該方法用于導(dǎo)出地層邊界的斜角和相對傾度。根據(jù)與鉆孔定向耦合的相對傾度信息可以算出真正的傾度和方位。還說明了該方法的其他應(yīng)用。
文檔編號G01V3/28GK1580821SQ20041007668
公開日2005年2月16日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者D·奧梅拉吉克, Q·李, L·仇, L·楊, C·B·劉, J·斯米茨 申請人:施盧默格海外有限公司