專(zhuān)利名稱(chēng)：具有非對(duì)稱(chēng)天線間距的鉆井補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y(cè)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(cè)量地下鉆井的電磁性質(zhì)的在鉆井時(shí)使用的測(cè)量工具。更具體地，本發(fā)明涉及鉆井補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y(cè)井工具，其具有沿著工具縱向軸線的非對(duì)稱(chēng)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(cè)井(LWD)、隨鉆測(cè)量(MWD)以及電纜測(cè)井應(yīng)用) 中使用電測(cè)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(cè)量值一起通常用于指示該巖層中的碳?xì)浠衔锏拇嬖凇＠?，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(huì)意識(shí)到的是，術(shù)語(yǔ)電阻率和導(dǎo)電率在本領(lǐng)域中通?？苫Q地使用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于認(rèn)識(shí)到這些量是互為倒數(shù)并且一個(gè)可經(jīng)由簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換為另一個(gè)。本文中提及其中一個(gè)或另一個(gè)是為了便于進(jìn)行描述，而非意圖進(jìn)行限制。通常通過(guò)使用繞鉆井工具纏繞的一段天線來(lái)發(fā)射電磁波通過(guò)一巖層，從而測(cè)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(duì)應(yīng)的時(shí)變磁場(chǎng)。磁場(chǎng)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(jí)磁場(chǎng)，該次級(jí)磁場(chǎng)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(duì)接收天線中的被測(cè)量電壓進(jìn)行處理以獲得次級(jí)磁場(chǎng)的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量值，可進(jìn)而對(duì)該一個(gè)或多個(gè)測(cè)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衔镄浴９氖?，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(guò)獲取所接收波的比來(lái)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(lái)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(gè)深度處)，公知的是使用多個(gè)間隔的發(fā)射器來(lái)進(jìn)行上述測(cè)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(cè)量一般采用補(bǔ)償方案。一個(gè)此類(lèi)補(bǔ)償技術(shù)是將電阻率工具構(gòu)造成具有對(duì)稱(chēng)的發(fā)射器(即發(fā)射器軸向?qū)ΨQ(chēng)地部署在接收器周?chē)?。圖1示出了一種公知和可商購(gòu)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(duì)稱(chēng)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(lái)自每對(duì)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(gè)缺點(diǎn)在于其導(dǎo)致工具長(zhǎng)度顯著增力口。增加的工具長(zhǎng)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(zhǎng)度也可能在狗腿嚴(yán)重度高的井中成為問(wèn)題。
美國(guó)專(zhuān)利6，218，842公開(kāi)了替代的補(bǔ)償方案，其中，單個(gè)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(gè)接收器探測(cè)到。所探測(cè)信號(hào)之間的衰減和相移的差異被用于針對(duì)熱漂移來(lái)校準(zhǔn)接收器。雖然該方案可克服上述問(wèn)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(cè)井工具，并且尤其是用于這種電阻率測(cè)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(cè)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(cè)量方法。本發(fā)明的各個(gè)方面意圖解決上述對(duì)于改進(jìn)的電阻率測(cè)井工具的需求。在一個(gè)方面中，本發(fā)明包括一種隨鉆測(cè)井電阻率工具，其具有部署在第一和第二接收器的一個(gè)軸向側(cè)上的多個(gè)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(duì)稱(chēng)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(cè)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(zhǎng)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(gè)方面中，本發(fā)明的實(shí)施例包括一種隨鉆測(cè)井電阻率工具。該工具包括隨鉆測(cè)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(chēng)。多個(gè)縱向間隔的發(fā)射器也部署在工具主體上，該多個(gè)發(fā)射器關(guān)于中點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)。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(lái)獲得接收器處的衰減誤差和相位誤差中的至少一個(gè)；以及(ii)從利用多個(gè)發(fā)射器中的至少一個(gè)以及第一和第二接收器獲得的后續(xù)衰減和相位測(cè)量值中減去所述衰減誤差和/或相位誤差。在另一個(gè)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(cè)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(chēng))和多個(gè)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(duì)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(gè)測(cè)量所述第一和第二接收器之間的相移和衰減；以及從所測(cè)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(gè)發(fā)射電磁波；測(cè)量所述第一和第二接收器之間的相移和衰減；以及從所測(cè)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(shí)到，所公開(kāi)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(shí)到，這種等同構(gòu)造不會(huì)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)LWD電阻率工具的一個(gè)示例性實(shí)施例。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的非對(duì)稱(chēng)LWD電阻率工具的另一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)間隔的發(fā)射器I\、T2和T3以及一對(duì)間隔的接收器R1和 &。發(fā)射器Ι\、τ2和T3可被認(rèn)為是非對(duì)稱(chēng)的，因?yàn)樗鼈儾渴鹪诮邮掌鲗?duì)R1和&的一個(gè)軸向側(cè)上并且因?yàn)闆](méi)有對(duì)應(yīng)的對(duì)稱(chēng)發(fā)射器部署在接收器的相對(duì)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(duì)比的是，本發(fā)明不包括第二組對(duì)稱(chēng)發(fā)射器。電阻率工具100還包括一對(duì)對(duì)稱(chēng)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(duì)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?chē)?，但是將補(bǔ)償發(fā)射器CT1和CT2部署在接收器對(duì)R1和&之間是優(yōu)選的，因?yàn)檫@有利地使得工具長(zhǎng)度最小化。繼續(xù)參見(jiàn)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(cè)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(duì)應(yīng)的電磁波。這些波被每個(gè)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?hào)的交流電流來(lái)激勵(lì)補(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(duì)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(huì)意識(shí)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?chē)?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(shí)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(chǎng)不同于巖層中的真實(shí)磁場(chǎng)。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(cè)量的磁場(chǎng)，H(ω)表示巖層中的真實(shí)磁場(chǎng)，表示真實(shí)巖層磁場(chǎng)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(gè)接收器R1和&處測(cè)量的磁場(chǎng)例如可以用數(shù)學(xué)方式以類(lèi)似形式表示如下
權(quán)利要求
1.一種隨鉆測(cè)井電阻率工具(100、120)，包括隨鉆測(cè)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(chēng)；和部署在所述工具主體(110)上的多個(gè)縱向間隔的發(fā)射器(T1、T2、T3)，所述多個(gè)發(fā)射器 (T1、Τ2、Τ3 )關(guān)于所述中點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)。
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(gè)發(fā)射器(Tl、Τ2、Τ3)的每一個(gè)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(méi)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(duì)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(gè)、 所述補(bǔ)償發(fā)射器(CT1、CT2)的每一個(gè)以及所述多個(gè)發(fā)射器(Tl、T2、T3)的每一個(gè)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(lái)確定衰減誤差和相位誤差中的至少一個(gè)；以及從利用所述第一和第二接收器(R1、R2)以及所述多個(gè)發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個(gè)獲得的后續(xù)衰減和相位測(cè)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(guò)從利用所述第一和第二接收器(Rl、 R2)以及所述多個(gè)發(fā)射器(Tl、Τ2、Τ3)中的至少一個(gè)獲得的后續(xù)衰減和相位測(cè)量值中減去所述衰減誤差和/或相位誤差來(lái)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(duì)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(gè)測(cè)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(cè)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(gè)發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個(gè)發(fā)射電磁波；(ν)為在(iv)中發(fā)射的電磁波測(cè)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(cè)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(cè)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(gè)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(chēng)；(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(duì)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(gè)測(cè)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(cè)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(gè)發(fā)射器(T1、T2、T3)中的至少一個(gè)發(fā)射電磁波；(f)為在(e)中發(fā)射的電磁波測(cè)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(cè)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(duì)稱(chēng)間隔的發(fā)射器(T1、T2、T3)的補(bǔ)償?shù)碾娮杪孰S鉆測(cè)井工具(100、12)構(gòu)造成提供經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾娮杪蕼y(cè)量。在一個(gè)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(chēng)。所述工具(100、120)還包括多個(gè)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(duì)稱(chēng)，例如部署在所述接收器(R1、R2)的一個(gè)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(cè)量值中被減去。
文檔編號(hào)G01V3/30GK102460219SQ201080024475
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)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(qǐng)人:史密斯國(guó)際公司