專利名稱：測井裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測井技術領域，特別是用于在井中不同的徑向探測深度處測定的巖層電阻率的測井技術和裝置。在用于測定礦床和巖洞的存在、位置及其性質時，在用于測定地下井孔尺寸的變化時，本發(fā)明能夠比先有技術具有更高的精度。本發(fā)明的內容可通用于有關的測井技術，但特別適用于能在鉆井過程中實施測量的測井技術領域。
用于估價環(huán)繞著一地下井孔的巖層的一種常規(guī)技術是電阻率測井技術。具有高電阻率的多孔巖層通常標示著碳氫化物的存在，而具有低電阻率的多孔巖層往往是被水浸透了的。但緊緊環(huán)繞著井孔的區(qū)域可能會浸入有鉆井流體或稱泥漿濾出液，從而會導致具有與未被浸入的巖層不同的電阻率。如果一個電阻率測井儀器僅僅具有一個探測徑向深度，則它的測量各種感興趣的區(qū)域的電阻率方面僅具有有限的能力，如果被測量的電阻率代表著被浸入?yún)^(qū)域、未被浸入?yún)^(qū)域或者這兩種區(qū)域的某種組合區(qū)域的情況時，使用這種儀器進行測定時甚至可能會有困難。如果電阻率測井儀器具有至少兩個徑向探測深度，該儀器就將具有更大的適用性。能分別進行淺層測量和深層測量的測井技術還將具有另一些優(yōu)點，例如，這兩個測量的結合可以給出，比如說被浸入的范圍等等的附加信息，而且還可以使用其淺層讀數(shù)來校正其深層讀數(shù)并據(jù)此能獲得對真實的巖層電阻率的更好的評價。
因此，各種纜式電阻率測井儀通常均具有兩個或更多個徑向探測深度，常規(guī)的纜式電阻率測井儀使用由電極或線圈構成的一較短的和一較長的垂直排列來實現(xiàn)其兩個探測深度。一般說來，長垂直排列能提供一個比短垂直排列提供的徑向探測深度更大的徑向探測深度。
與本發(fā)明有關的測井記錄儀的類型包括那種可以用來測定環(huán)繞著井孔的巖層的電阻率的、被稱為電磁傳播型的測井儀。例如第3，551，797號美國專利就描述了這樣一種技術，它是將電磁能發(fā)射出巖層中并用一對接收器測量返回到井孔的能量，以測定發(fā)射入其巖層中的電磁能的衰減和/或相位偏移(在這種類型的儀器中，成對的接收器通常采用所謂的“差動接收器”布置方式以便能夠精確地測定巖層產生的衰減和/或相位偏移)。這一專利指出，利用在發(fā)射器和不同接收器對之間的一個以上的垂直間距，可以得到不同的徑向探測深度。例如，一對接收器中的一個相對較近的(相對于發(fā)射器而言)可以被利用來獲得衰減和/或相位偏移，從中可測定出被浸入?yún)^(qū)域的性質，而從一對接收器中的一相對較遠的(相對于發(fā)射器而言)對衰減和/或相位偏移的測量中可以獲得更深處的未被浸入的巖層的性質。在第3，551，797號美國專利中，主要涉及到的是如何獲得電導率。無論是衰減還是相位偏移均可以用來測定相對于其巖層的集膚深度，然后從這一集膚深度中是可以得出其電導率的。在某一頻率范圍內，電磁能的集膚深度可以利用衰減和相位信息來計算，因為位移電流幾乎不產生什么影響。
在先有技術中還有許多利用更多個接收器以勘探在不同探測深度的電阻率的其它類型的技術，如第4，451，789號和第4，107，597號美國專利中就使用了三個接收線圈以獲得不同的徑向探測深度。
與本發(fā)明有關的先有技術中還包括公開在第4，209，747號美國專利中的技術。這一專利描述了一種用于測定巖層的電絕緣常數(shù)和/或電阻率的電磁方法和裝置，該專利論述到，當電磁能從井孔中第一位置發(fā)射時，影響著在第二位置測得的電磁波能量衰減的測量的巖層體積和形狀并不同于影響著在第二位置對接收到的電磁能量的相對相位測量的巖層體積和形狀。特別需要指出的是，衰減測量是比相位偏移測量更深區(qū)域的測量。本發(fā)明參考了這一原理并且以本發(fā)明建議的方式進一步加以了開拓。第4，209，747號美國專利描述了一種方法和裝置，其中該裝置配置有用于在井孔中第一位置產生電磁能量的設備，配置有在井孔中第二位置用于檢測衰減的設備，還配置有用于在井孔中第三位置檢測其相位偏移的設備。所述的第三位置較第二位置距發(fā)射器較遠。用成對的差動接收器在第一位置測量衰減和相位偏移，所以共使用了四個接收器。在第二位置測量得到的衰減和在第三位置測量得到的相位偏移實際上具有大體相同的探測深度。因此，對于巖層的相同區(qū)域，這兩個量均可以用來測定其電絕緣常數(shù)和/或電導率。第4，209，747號美國專利的內容主要涉及如何在電絕緣常數(shù)和/或電導率測量方面改進其精度。在位移電流相當大的場合，對于這一技術所給出的建議頻率是20MHz，以便使在典型的與測井記錄儀相交會的巖層中的電絕緣常數(shù)為一個可測量的量。
雖然能夠在不同的探測深度進行巖層電阻率測量的技術具有特殊的優(yōu)點，但在先有技術中需要具有不同的接收器間距才能完成這一目的，以克服通常存在的下述一個或一個以上的缺點需要更多的接收器從而增加了能容納其不同間距的測井儀器的長度更多的電路和接線;更高的生產成本。這些缺點在纜式測井儀中也許是相當嚴重的，但對于在鉆井過程中進行測井的系統(tǒng)往往就更為嚴重了。因為后者的測量環(huán)境特別惡劣，且測井裝置的可以允許的長度和其機械強度均必須滿足更嚴格的要求(例如，可用于在鉆井過程中進行測量的電磁型測井記錄裝置曾公開在第2146126號英國專利申請和第4553097號美國專利中，在這些專利申請和專利中，發(fā)射器和接收器對是以凹入在鉆鋌上的方式配置的并能用于進行振幅和/或相位的測量。它們僅具有一個探測深度)。為了減少機械損壞的可能性和維持鉆具組件的機械強度，則應該減少傳感器的數(shù)目和傳感器的總長度。
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進了的用于能在不同的探測深度測定巖層電阻率的裝置和方法。本發(fā)明的另一個目的是建意這樣一種裝置和方法，在鉆井過程中用于進行測量是適用的和方便的。
在先有技術中，所謂的“井孔補償”技術一直被用來改進某些類型的測井儀器。例如，這一技術已被使用在聲波測井記錄儀中和配置有壓緊裝置的電磁型測井儀中(可參見第3849721號美國專利)，而且已有人指出這一技術還可用于利用電磁能中的TM傳播模分量的中心定位型電磁測井儀器中(可參見第4553097號美國專利)。在典型的井孔補償型測井儀器中，一對接收器定位在兩發(fā)射器之間，且發(fā)射器交替地激發(fā)，由各接收器接收到的信號可以進行適當處理(通常為取其平均值)以減小以至于消除各種不良因素-如測井儀器在井孔中的偏心和井孔的不規(guī)則性，以及沉積在井孔中的泥漿結塊等等-的影響。在有關的測井技術的各個專利申請中，井孔補償并非可以認為是實際上明顯有效的。因為在一對接收器兩側均需要有發(fā)射器，這意味著這種測井儀器實際上必然比其類似的裝置要長得多，假如后者僅配置有一個信號發(fā)射器的話。對于那種具有一相對較長的發(fā)射器-接收器間距并且具有另一個配置在其接收器另一側的測井儀器，也許會使它變得比容許使用的儀器更長且更笨重。由于在儀器接收器的兩側均需配置有發(fā)射器而引出的另一個問題是，因為配置有第二個發(fā)射器，所以必將產生更多的與接收器相互作用的噪音。這種噪音的來源之一就是由攜帶有供給第二個發(fā)射器的高功率激發(fā)信號的導線所產生的串饋。若假定供給兩發(fā)射器的激發(fā)信號是來源于同一個激發(fā)源，則將該激發(fā)源耦合到某一發(fā)射器的導線必將經過其接收器。因此激發(fā)信號比接收信號大得多，由接收器接收到的信號對于經過附近的高振幅發(fā)射器激發(fā)信號而產生的噪音干擾特別敏感。而且，在具有相對較長的發(fā)射器-接收器間距的測井儀器中，由接收器接收到的信號是相當微弱的(與具有較短間距的同類儀器相比)，從而對于由發(fā)射器導線產生的串饋問題就更為嚴重了。
由于剛剛說過的原因，從中可以想象若在用于在鉆井過程中進行測井的電磁傳播型測井儀器中使用井孔補償技術將是特別困難的。除了上面已經描述過的各種困難外，由鉆井環(huán)境產生的噪音和其它不穩(wěn)定因素可能會對其使用產生更難以解決的困難。而且，因為這種結構往往需要增加儀器的長度，因此，由于用于鉆井過程中進行測井的測井儀器長度的限制，將會影響其種種性能-即能給出不同的探測深度和井孔補償?shù)膶嵤┑鹊?的利用。
本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠用于心軸式電磁傳播型測井系統(tǒng)并能夠用于在鉆井過程中進行測井的測井系統(tǒng)的、切實可行的井孔補償技術。
在用于測定存在于環(huán)繞著一井孔的巖層中的礦床的存在、礦床電導率和位置以及井孔巖洞的位置和形狀的測井技術的領域中已存在有許多種技術。一般說來，這些技術均可以從下述的一個或幾個方面加以改進在判斷薄層礦床存在的困難方面;在測定薄層礦床電導率的困難方面;在區(qū)分薄層礦床與巖洞的困難方面;在如何以良好的精度獲得礦床和巖洞的邊界位置的困難方面;在如何簡化對于獲得所需要信息而要求的設備和/或處理技術的困難方面。本發(fā)明的一個目的是提供這些方面的改進，并且給出可應用于在鉆井過程中進行的測量中的改進。
利用機械式測徑儀測量油井井孔直徑的技術在纜式測井方面是一項公知技術。井孔測徑儀型測井記錄包括有關于地下巖層的有用信息。例如，井孔直徑可以用作頁巖和砂巖之間的差異標示，因為在頁巖中井孔孔壁往往會有剝落而在砂巖中則傾向于保持鉆頭尺寸。測徑儀型測井記錄在解釋其它類型的對井孔直徑變化敏感的測井記錄時可以作為一種輔助信息。測徑儀型測井記錄還可以用來計算對于井孔孔壁加固所需要的水泥的量，還可以應用鑒別也許會附滯住鉆具組件的井孔截面的方法和估價鉆井泥漿注入程序有效性的方法來協(xié)助實施其鉆井程序以防止井孔的隆起或凹陷。
纜式測徑儀型井下儀器通常使用可以張起并可與井孔孔壁接觸的可移動式臂。這種測徑儀型井下儀器在用一有線電纜放入井孔時，所具有的若干個可移動式臂均處于縮回位置，以便使它們不與井孔孔臂相接觸。而當這一儀器被有線電纜提升出井孔時，這些臂將與井孔孔臂相接觸。因為其機械環(huán)境非常苛刻，則將配置有可移動臂的測徑儀應用于在鉆井過程中所實施的測量是非常困難的。
本發(fā)明的一個目的就是要提供一種可用于測量井孔直徑變化的改進技術，并給出其應用于鉆井過程中實施測量的改進。
本發(fā)明給出的是一種具有相應于上述的先有技術中種種需要性能的測井裝置。在這里所給出的本發(fā)明具有的種種性能中的大部分均可應用于所謂的纜式測井技術和所謂的在鉆井過程中實施測量的測井技術，但這些性能中的某一些則特別適用于在鉆井過程中進行測量的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，提供了一種用于探測地質巖層的、可以在兩個不同的探測深度(在本申請中，這均意味著是探測的徑向深度)用僅有的一對以差動配置方式工作的信號接收器接收其信號的測量巖層電阻率的裝置和方法(在本申請中，對于電阻率測定和利用這種描述方法的任何一次使用均和對電導率的類似描述方法的使用具有相同的含義，反之亦然。這兩個量是彼此互為倒數(shù)的。在本申請中提及的是這一個還是那一個僅僅是依據(jù)描述的方便，并非具有任何的限定含義)。在本發(fā)明這種形式的優(yōu)選實施例中，電磁波能量在井孔中的第一位置發(fā)出，在井孔中相對于第一位置具有依次縱向間隔的第二、第三位置接收。然后對在井孔中第二、第三位置接收到的電磁能之間的衰減進行檢測，并對在井孔中第二、第三位置接收到的電磁能之間的衰減進行檢測(在本申請中，所使用的“相位偏移”和“衰減”并未限定應用哪一種方法來進行其測定。例如，由兩接收器接收到的相位偏移可以通過直接比較所接收到的信號的方式來測定，也可以通過以其發(fā)射的信號為參照物測定其每一接收器的接收信號再比較其結果的方式來測定，也可以采用其它任何適用的技術來確定。又例如，其衰減可以用直接比較接收器信號振幅的方式來測定，也可以用相對于某一參照物測定每一個接收信號振幅再比較其結果的方式測定，也可以用其它任何適用的技術來確定)。這樣，作為檢測出的相位偏移某一函數(shù)的、環(huán)繞著其第二、第三位置的相對較淺的探測深度的巖層的電阻率便可以被測定出來，而且，作為檢測出的衰減的某一函數(shù)的、環(huán)繞著其第二、第三位置的相對較深的探測深度的巖層的電阻率也可以被測定出來。在本發(fā)明所描述的這種形式的實施例中，電阻率的測定包括將相位偏移、或將衰減轉換為電阻率技術的運用。這種轉換需用其地質巖層的電絕緣介電常數(shù)和電導率之間的相對關系。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，提供了一種電磁型測井裝置和方法，其中的測井儀器被設計成能以常規(guī)方式定心地通過井孔，在其測井儀器上配置有一較高的和一較低的發(fā)射器，并且在較高的和較低的發(fā)射器之間定位配置一較高的和一較低的接收器，它們以彼此對稱且實質上共軸的方式配置。由兩發(fā)射器交替發(fā)射橫向電場電磁能，并利用以井孔補償型布置的兩接收器接收其信號。于是，以前一直成功地應用于配置有壓緊裝置的儀器中的井孔補償技術，現(xiàn)在也可以用來改進這種使用TE傳播模、并能以常規(guī)方式定心地通過井孔移動的電磁傳播型測井儀器。在本發(fā)明所描述的這種形式中，對于使用能在鉆井過程中進行測量的測井系統(tǒng)中的這種測井儀器是在鉆鋌的某一部分上形成的，而且本發(fā)明的這種形式同樣也可以用于心軸式纜式測井儀器。
正如下面將要進一步描述的那樣，本發(fā)明具有下述特征，該特征特別適用于能在鉆井過程中進行測量的測井系統(tǒng)，特別是其中的那種可以從一信號接收器對得到兩個有效的探測深度的、且其測井儀器的結構構成也進一步便利了井孔補償技術的使用從而能避免先有技術中往往會出現(xiàn)的問題的測井系統(tǒng)。而且，由兩接收器獲得的從兩個不同的發(fā)射器發(fā)射出的信號可以用來獲得相位不平衡和振幅不平衡信號，后者能提供出相應于巖層特性的、且特別相應于井孔直徑的有用信息。
在本發(fā)明測井儀器的一個優(yōu)選實施例中，每一個天線均在一金屬外殼的相應的凹進部位形成。在所述的實施例中，該金屬外殼是其鉆鋌的一部分。一薄層絕緣材料，最好是包含有玻璃纖維環(huán)氧樹脂的材料，被放置在凹進部位中，并且有線圈纏繞在這個絕緣材料第一薄層上。一橡膠薄層復蓋著其線圈和在其下面的絕緣材料薄層，并用一開有槽的防護罩復蓋在其橡膠薄層上。這種限定了的結構和材料的組合體具有能夠抵御與井孔環(huán)境有關的壓力、溫度和水的浸入等等混合影響的優(yōu)點，而在鉆井過程中其井孔環(huán)境是特別惡劣的。而且在這種優(yōu)選的結構中，若干個腔室還可以緊緊貼靠在各自的接收線圈上的方式形成在其外殼中。這些腔室中包括有用于接收器信號的阻抗匹配和前置放大回路，從而使這些信號能夠在它們通過儀器的某些也許會產生噪音干擾-例如從攜帶有發(fā)射器信號的導線所產生的噪音干擾-的區(qū)域進行耦合之前先行放大。因此，下面將要進一步加以描述的測井儀器的這種結構特征為井孔補償技術在心軸式電磁傳播型測井儀器中的使用提供了便利，特別是對能在鉆井過程中實施測量的測量裝置中的使用提供了便利。
根據(jù)本發(fā)明的另一特征，公開了一種用于確定井孔中巖洞的存在并且能將其與薄層礦床區(qū)分開來的裝置和方法。在所公開的相關實施例中，當在由測定出的相位偏移量中測定的電阻率存在有一個實質性變化而在由測定出的衰減測量中測定的電阻率中并沒有發(fā)生一個相應的實質性變化時，對由相位偏移測量和由衰減測量中測定出的兩電阻率進行比較，并由此產生一個相應于巖洞的指示。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，還公開了一種用于測定巖層中的礦床邊界電導率的裝置和技術。正如下面所要進一步描述的那樣，申請人指出，礦床邊界的位置可以在良好的精度下由相位偏移測量而測定的電阻率和由衰減測量而測定的電阻率之間形成的交叉點來確定。在這一公開的優(yōu)選實施例中，其存在由相位偏移而測定的電阻率和由衰減而測定的電阻率之間形成的交叉地方的深度位置來測定，測定出的深度位置包含著礦床邊界的信息。在這種實施例的構成形式中，其邊界的深度位置的測定包括有對相應于測得的各交叉點處的各深度位置之間進行的內插計算。
通過下面結合各附圖所進行的詳細描述，可以使本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點變得更清楚。


圖1是實施本發(fā)明的一個實施例的測井系統(tǒng)的示意圖，該測井系統(tǒng)可用于實施本發(fā)明方法的一個實施例。
圖2表示在圖1中所示實施例中測量裝置的電子組件及探測和處理電子組件的一個示意圖，其中部分是以方框圖方式示出的。
圖3表示的是一幅圖1所示系統(tǒng)在地下巖層中的井孔內天線的模型示意圖。
圖4表示的是一幅環(huán)繞著一發(fā)射器的等相位線的曲線圖。
圖5表示的是一幅環(huán)繞著一發(fā)射器的等振幅線的曲線圖。
圖6示出了相應用于從衰減測量中獲得其表觀電阻率的查找圖表的曲線圖。
圖7示出了相應用于從相位偏移測量中獲得其表觀電阻率的查找圖表的曲線圖。
圖8是一幅用于獲得存儲有若干個作為測定出的相位偏移函數(shù)表觀電阻率值和若干個作為測定出的衰減函數(shù)表觀電阻率值的查找圖表的程序流程圖。
圖9是一幅用于利用查找圖表來從已測量出的相位偏移和已測量出的衰減中獲得表觀電阻率的程序流程示意圖。
圖10是一幅用來描繪相應于一特定例子的、作為浸入半徑的某一函數(shù)表觀電阻率曲線圖。
圖11是一幅用來描述相應于另一特定例子的、作為浸入半徑某一函數(shù)的表觀電阻率的曲線圖。
圖12是一幅描述作為電導率某一函數(shù)的、相應于從許許多多不同區(qū)域得到的水浸入型巖石標本的電絕緣常數(shù)的曲線圖。
圖13是一幅相應于若干特定的電導率值的電絕緣常數(shù)最小值和最大值的一個圖表。
圖14是一幅按照本發(fā)明裝置的另一種構成形式的實施例示意圖，而且該裝置可以用來實施本發(fā)明方法的另一種實施形式。其中圖的若干部分是以方框圖的形式示出的。
圖15包括有圖15A和圖15B，表示簡化了的用于幫助理解圖14所示的實施例以及該實施例作為一個差動測徑儀而使用的示意圖。
圖16是一幅用于控制一處理器以獲得相位不平衡和衰減不平衡、并用以獲得差動式井孔測徑儀型測井記錄和井孔測徑儀型測井記錄的程序的流程示意圖。
圖17表示的是對于一已描述過的例子的相位不平衡的響應。
圖18是一幅由圖17中所給出的數(shù)據(jù)構成的相位測徑記錄曲線圖。
圖19表示了對于某一給定條件的衰減測徑記錄曲線圖。
圖20表示了相對應于一水沖蝕式巖洞的相位測徑儀型測井記錄的例子。
圖21A和圖21B表示了一種巖層模型和使用井孔補償技術而產生的有效作用的例子。
圖22A和圖22B表示了相應于另一個例子的巖層模型并示出了實際的和計算得出的表觀電阻率。
圖23A和圖23B表示了計算得出的相應于存在有巖洞的例子的表觀電阻率曲線圖。
圖24是一個進一步的例子，表示出了實際電阻率和由相位偏移和衰減測量中尋出的電阻率，并表示出了產生在兩表觀電阻率交叉處的礦床邊界。
圖25包括圖25A和圖25B，表示出了為處理器所編制用以區(qū)分巖洞和礦床，并用以測定其特性及邊界位置的程序流程圖。兩圖中的程序是彼此相連的。
圖25C是一幅表示在圖25的程序中使用的內插方法的示意圖。
圖26是一幅根據(jù)本發(fā)明一個實施例的測井儀器局部的剖面圖。
圖27表示了圖26所示測井儀器的局部詳圖。
參見圖1，表示的是本發(fā)明的以在鉆井過程中進行測量的測井裝置和方法的一個優(yōu)選實施例。鉆井平臺和鉆井井架組件10安置在用旋轉鉆井方式在地下形成的井孔11的上面。在組件10下端部包括有一鉆頭15的鉆具組件12正懸置在井孔中。鉆具組件12和附裝在其上的鉆頭15由連接于位于鉆具組件上端部的傳動鉆桿16的旋轉平臺16的驅動而旋轉(其供能部件并未示出)。鉆具組件12懸掛在一附裝在傳動部件(未示出)上的掛鉤18上，其傳動鉆桿17通過旋轉接頭19與掛鉤相連接，且該旋轉接頭使鉆具組件12可以相對于其掛鉤轉動。鉆井流體或稱泥漿盛放在地下池27中。泵29將鉆井流體通過旋轉接頭19上的入口泵入鉆具組件中，并使所述流體通過鉆具組件12的中心向下流動，鉆井流體通過在鉆頭15上的出口流出鉆具組件，然后通過在鉆具組件的外側和井孔的周界之間的區(qū)域向上流動。眾所周知，鉆井流體由此將會攜帶著巖層切屑返回到地球表面，而且使鉆井流體返回到池27中以供循環(huán)使用。在圖中所示的小箭頭示出了鉆井流體的典型流動方向。
配置在鉆具組件12中、最好是配置在鉆頭15附近的是一個井下探測、處理、存儲和傳輸?shù)淖酉到y(tǒng)100。子系統(tǒng)100包括至少帶有線圈T1、R1和R2的測量裝置200，并按下面將要描述的方式工作。井下子系統(tǒng)的發(fā)射部分包括有一個聲能發(fā)射器56，該發(fā)射器56將在代表著被測的井下條件的鉆井液體中產生聲能信號。在先有技術中已知的一種適用類型的聲能發(fā)射器采用了被稱為“泥漿發(fā)聲器”的儀器，包括有一個開有槽縫的定子和一個開有槽縫的轉子，后者可以旋轉并周期性的阻斷鉆井流體的流動以在鉆井流體中產生所需要的聲波信號。產生出的泥漿聲波在流經鉆具組件中心的流體中以在該流體中聲度向上傳播。這一聲波將在地球表面處用由參考標號31表示的傳感器接收。這個傳感器可以是一種，比如說，壓電轉換器，該壓電轉換器能夠將接收到的聲波信號轉換為電子信號。轉換器31的輸出被耦合到能有效地對其發(fā)射出的信號解調制的井上接收子系統(tǒng)90，然后再耦合到處理器85和記錄器45中。
發(fā)射器56由包括有一模/數(shù)(A/D)轉換電路的發(fā)射器和驅動電子組件57控制，其轉換電路能夠將代表著井下條件的信號轉換為數(shù)字形式。控制和驅動電子組件57還包括有一適用的、以常規(guī)方法產生施加于發(fā)射器56的驅動信號的調制器，比如說，它可以是一相移鍵控(PSK)型調制器。其驅動信號可以被用來將適當?shù)恼{制施加在發(fā)射器56的泥漿發(fā)聲器上。不難理解，在將測井信息傳遞到地球表面這一方面，也可以使用各種其它的替換技術。
井下子系統(tǒng)100還進一步包括檢測和處理電子組件58，該電子組件包括一微處理器(它配置有存儲器、時鐘回路和接口回路)和處理回路。檢測和處理電子組件58與測量裝置200相耦合并從后者中獲得測量信息。這一檢測和處理電子組件能夠存儲從其測量裝置中得到的數(shù)據(jù)、能夠處理這些數(shù)據(jù)并存儲其結果，并可以將其信號中所包含的任何需要的部分耦合到發(fā)射器控制和驅動電子組件57中，以便通過發(fā)射器56傳遞到地表面?？梢杂呻姵?3提供井下動力。根據(jù)目前的已知技術，某種井下發(fā)動機(未示出)，比如說由鉆井流體驅動的所謂的“泥漿渦輪機”，也可以用來在鉆井過程中提供其動力。
圖2是測量裝置200中的電子組件和檢測和處理電子組件58的方框示意圖。振動器211產生一頻率為f的電信號，它由放大器212放大并通過阻抗匹配回路220施加在發(fā)射天線T1上，由接收器R1接收到的信號通過阻抗匹配回路230和前置放大器231耦合至電子控制開關250的一個輸入端;類似的，由接收器R2接收到的信號通過阻抗匹配回路240和前置放大器241耦合到上述開關250的另一輸入端。開關250在處理器270的控制下選擇接通較近的接收器(R1)或較遠的接收器(R2)的輸出。選擇出的信號由放大器251放大，然后利用某種已知的外差技術將其轉換為一較低的頻率Δf。本機振蕩器與主振蕩器位于一相位同步回路(標號為215)中。本機振蕩器213的工作頻率為f+Δf，其中Δf一般為幾千赫甚至于更小。由本機振蕩器給出的信號與接收到的信號由混和器255混和?；旌推鞯妮敵鰧⑼ㄟ^一低通濾波器257，后者能阻止頻率為f+Δf的信號通過而讓頻率為Δf的信號通過。頻率為Δf的這一信號中包含有頻率為f的原始信號的相位和振幅信息。這種頻率傳輸方式的公認優(yōu)點是，在頻率為若干千赫甚至更低時測量其相位和振幅遠比在頻率為若干兆赫時容易的多。頻率為Δf的信號用相位計261和振幅計262進行測量，其結果輸入處理器270。相位計261可以利用由相位同步回路215給出的參考信號。相位計和振幅計均還可以包含取樣-保持回路以實施對從各接收器得來的信號進行的比較。對此，可以參考，比如說，已轉讓給本申請同一受讓人的第4185238號美國專利。因此，其處理器可以從它所接收到的測量中交替地計算其相對相位和振幅。
如上所述，處理器270配置有存儲器時鐘和接口電路(未示出)，這同常規(guī)情況一樣。這個處理器能夠實施對相位和振幅的測量存儲、以所述的方式對這些測量的處理和對處理結果的存儲和/或將其測量出的和/或處理出的結果耦合到控制和驅動電子組件上，以傳遞到地球表面。在這一實施例中，井下時鐘可以用來保持對時間的跟蹤，然后它可以通過保持鉆井組件進程的記錄而相關于其深度標高。十分典型的，這個時鐘可以成為與處理器270相連接的系統(tǒng)的一部分，并可以在一井下行程之前與該系統(tǒng)同步。而且需要的話，利用泥漿脈沖技術或其它適用的信息耦合技術，相應于井下系統(tǒng)的耦合裝置便可以用來傳送時間同步和/或深度標高信息，以及用來以常規(guī)方式傳送數(shù)據(jù)。還可以使本發(fā)明與任何適用的用于保持深度標高跟蹤的技術相結合，這應是不難理解的。
現(xiàn)在來分析圖3所示的有關圖1中天線系統(tǒng)的模型。為簡單起見，鉆鋌并未包括在這一模型中。鉆鋌的影響也可以加以考慮，但這需要更為復雜的數(shù)學分析，而且會產生與從這種簡單模型中所得到的完全一樣的通用結論。發(fā)射器(T)是一個匝數(shù)為N、半徑為“a”、其軸線方向與Z方向相同并帶有激發(fā)電流“I”的線圈。兩接收器是匝數(shù)為N、具有類似半徑且其軸線方向與Z方向相同的兩線圈，它們與發(fā)射器相分隔開的定位距離分別為γ1和γ2。
在球坐標中，因為γ＞＞a，則在均勻介質中由發(fā)射器輻射出的電場可由下式表達出
其中，觀測點為(γ、θ、φ)。這個等式恒與描述定位于發(fā)射器位置的垂直磁偶極子的輻射場的等式相同。其傳播常數(shù)由下式表示出
其中，ω為角頻率，C為真空中光速，ε0為真空中介電常數(shù)，μ0為真空中磁介電常數(shù)，ε′為巖層的相對介電常數(shù)或稱為電絕緣常數(shù)，σ為巖層電導率。電導率(σ)為電阻率的倒數(shù)，即有σ＝1/R。
在較近的接收器(R1)處測量得到的信號與Eφ(γ1，θ1)成正比，而在較遠的接收器(R2)處測量得到的信號Eφ(γ2，θ2)成正比，其中θ1＝ARCTAN(a/γ1)，θ2＝ARCTAN(a/γ2)。令在較近接收器處得到的信號的振幅和位相為｜S1｜和φ1，而在較遠接收器處得到的信號的振幅和相位為｜S2｜和φ2，且
相對于較遠的接收器的信號和相對于較近的接收器的信號的復數(shù)比為
在兩個接收天線之間的相位偏移(φ)和衰減(A)相對應于下述的信號比率(S2)/(S1) ＝10A／20ejφπ/180(5a)或φ=φ2-φ1= 180/(π) Imag (1n(S2/S1))(5b)和A＝20log10(｜S2｜/｜S1｜) (5c)圖4和圖5以一種簡單的形式示出了其振幅和相位測量在其中有興趣的頻率范圍內的一般性質，并可以用來幫助理解由對從同一位置發(fā)射出的信號在同一巖層中的振幅和相位測量所給出的相應的探測深度。圖4以一種簡單的方式和為了說明清楚而忽略了幾何效應的方式示出了由一定位在發(fā)射器T的位置處的垂直磁偶極子源產生的電磁波能的等相位線的一般形狀。其等相位線通常呈園形并標示著，比如說，在井孔中選定的點γ1和γ2處接收到的信號之間的相位差是相對應于在位于陰影區(qū)域的內側線和外側線(相對應于兩接收器的位置)之間的巖層產生的相位差的。在圖5(為說明清楚而忽略了幾何效應)中示出了等振幅線。在位置γ1和γ2(未示出，但該圖的比例與圖4相同)之間的振幅的差相對應于位于其陰影區(qū)域的內側線和外側線之間的巖層產生的振幅的差。在這兩種情況中，各信號比較的差動性質往往并不會受到非陰影區(qū)域的影響。
由圖4和圖5中可以看出，等相位線近似為園形且以發(fā)射器為中心;而等振幅線并不呈園形且在其徑向比其垂直方向更向遠處凸突。在兩接收器之間測量得到的衰減可以看成是一個比在兩個接收器之間測量得到的相位偏移相對應的探測深度更深的徑向區(qū)域的重要的特征。在這個說明中使用了相對于均勻介質的磁偶極子理論，但對于考慮到鉆鋌、井孔等等因素影響的模型分析，也將產生同樣的結論，即衰減可以提供一個比其相位偏移的探測深度更深的徑向探測深度。關于這一現(xiàn)象，還可以參考第4209747號美國專利中的說明，這一專利曾在背景技術部分中被引用過。
圖6和圖7示出了相對于由本發(fā)明一個特定實施例計算出的查找圖表的曲線圖。在這一實施例中，發(fā)射器和兩接收器均為直徑為6.5英寸的鉆鋌的一部分，且其相應的垂直間距為γ1＝25英寸和γ2＝31英寸。發(fā)射器發(fā)射的電磁波頻率為2MHz。在兩接收器之間的相位偏移(φ)和衰減(A)可以利用已描述的等式(5b)和(5c)來測定。
該查找圖表可以利用上述的關系式(2)、(4)、(5b)、(5c)來獲得。下面將要描述的圖8是一個其處理器用于獲得并存儲分別相對應于測量得到的相位偏移和衰減值的值Rφ和值RA的程序流程圖。在運行時，當值φ和A輸入到處理器270中后(如果需要的話，也可以是當其輸入到圖1中標示號85所示的井上處理器中后)，表觀電阻率的近似值便可以利用已經存儲了相應值的圖表來獲得。對于用以控制處理器以實施這個功能的程序流程將在下面結合附圖9加以說明。已獲得的數(shù)值圖表還可以轉換成曲線圖的形式而加以利用。特別需要指出的是，在圖6和圖7中所示的曲線就是用對已制成表格的數(shù)字圖表繪制其相應曲線的方式而得到的。對于隨幾何延伸而減小的衰減，可以將測量得到的衰減(A)標示在曲線圖的水平軸上，通過利用圖6所示的曲線即可以由其衰減測定其表觀電阻率(即RA)。在圖7中，也可以用將測量得到的相位偏移(φ)標示在曲線圖的水平軸上的方法，由相位偏移中測定其表觀電阻率(Rφ)。由相位偏移和衰減到其表觀電阻率的轉換也可以利用其選擇系數(shù)以便能精確地代表已列成表格的各個值的多項式函數(shù)方式來實現(xiàn)。
如果在井下不存在流體的浸入，那么可以預計表觀電阻率的這兩個值將會重合。而在井下存在流體浸入的時候，可提供比由相位偏移得出的表觀電阻率的探測深度更深的徑向探測深度的由衰減得出的表觀電阻率，通常將給出一不同的測量值。
圖8示出了可以編制程序(通常是在運行之前編制)的處理器的用于獲得并存儲可用于由相位測量獲得其表觀電阻率并可用于由衰減測量獲得其表觀電阻率的查找圖表的程序流程示意圖。實際電阻率的值Rt被預置在其圖表將要復蓋的范圍一端，如程序步811所示。然后如程序步812所示，獲得其相應的電導率。計算出作為電導率(或為電阻率)的現(xiàn)時值的某一函數(shù)的電絕緣介電常數(shù)εt′的計算值。正如下面所將要描述的那樣，依據(jù)其工作頻率和所進行探測的巖層的電導率的不同，電絕緣介電常數(shù)也許會對其測量產生一相當大的影響，特別是那些具有相對較高的電阻率的情況下則更是如此。但是，一個電絕緣介電常數(shù)的計算值可以以適當?shù)木取⒁宰鳛殡妼誓骋缓瘮?shù)的方式而被獲得，然后并可以利用來獲得更精確的測量。這可以通過利用查找可以給出作為電導率某一函數(shù)的電絕緣介電常數(shù)值的圖表的方式而進行，如圖8中的程序步816所示。然后進入程序步821，這個程序步代表著根據(jù)關系式(2)對其傳播常數(shù)Kt的計算。在程序步822中可以獲得如關系式(4)所表示的由兩接收器給出的所需要的信號的比率。然后所需要的相位偏移φ和所需要的衰減A可以根據(jù)關系式(5b)、(5c)而計算出(在程序步825中)。計算出的相位偏移的值φ可以通過與Rt的現(xiàn)時值相對應的方式存儲在圖表中，如程序步831所示。類似的，計算得到的衰減的值A亦可以通過與Rt的現(xiàn)時值相對應的方式存儲起來，如程序步841所示。然后進行詢問程序(在程序步850中)，即判斷在其Rt的取值范圍內的最后一個值是否已給與了處理。若沒有，則Rt遞增到其下一個值(在程序步862中)并且通過回路865而繼續(xù)運算，直到查找圖表運算工作被全部完成。當Rt的最后一個值已經給與了處理時，由程序步831和841給出的圖表將被轉換為作為φ和A的函數(shù)的各表觀電阻率。例如，在由程序步831表示的圖表中，可取Rt為一自變量，而取φ為一因變量。而在程序步851中，查找圖表中的Rt已用Rφ替換，即取φ為自變量而取Rφ為一相應的因變量。對于衰減的類似圖表也可以用類似的方法得到。
圖9示出了處理器270(如果需要的話，也可以是井上處理器85)的用于從測量得到的相位偏移和衰減中獲得其表觀電阻率的程序流程示意圖?？梢杂纱双@得兩個表觀電阻率;即由衰減測量中所獲得的相對應于較深測量的表觀電阻率RA和由相位測量中所獲得的相對應于較淺測量的表觀電阻率Rφ。程序步911用于輸入將要從中測定其表觀電阻率的φ和A的下一組值。然后從查找圖表中由Rφ獲得其最相關的R的值(在程序步921中)并使用內插計算方法以獲得Rφ(在程序步922中)。在程序步925中讀出并存儲這個值Rφ。類似的，從查找圖表中由RA獲得其最相關的電阻率的值(在程序步951中)并以同樣的方式實施其內插計算(在程序步952中)，讀出并存儲其測定出的值RA(在程序步955中)。然后在程序步970所表示的子程序中等待相位偏移和衰減的下一組值，而且當接收到這些值時，再次進入程序步911以便獲得和存儲另一些相應的表觀電阻率的值。
現(xiàn)可以舉例說明相位偏移測量和衰減測量是如何提供雙重徑向探測深度。再次參見圖3所示的模型，它示出了一半徑為γXO、電阻率為RXO、電絕緣常數(shù)為ε′XO的被浸入?yún)^(qū)域和電阻率為Rt、電絕緣常數(shù)為εt的未被浸入的巖層。圖10示出了在某一典型的含鹽的水基泥漿逐步浸入一包含有碳氫化物的多孔巖層的情況下，由相位偏移得出的表觀電阻率和由衰減得出的表觀電阻率。未被浸入的巖層電阻率(Rt)為20ohm-m，而已被浸入?yún)^(qū)域的巖層電阻率RXO為10σhm-m。圖中繪出了作為浸入半徑某一函數(shù)的表觀電阻率RA和Rφ曲線。當不存在有浸入時，兩表觀電阻率的讀數(shù)均為20ohm-m。對于半徑為6至36英寸的浸入?yún)^(qū)域，RA的讀數(shù)始終比Rφ的讀數(shù)更靠近于Rt，因此，由衰減測量得出的表觀電阻率可以比由相位偏移測量得出的表觀電阻率提供一個更深的徑向探測深度。
圖11示出了另一種典型的由油基泥漿浸入到一初始時含有水而不是碳氫化物的多孔巖層中的情況。在這個例子中，井孔中的油置換了巖層中的水，從而使被浸入?yún)^(qū)域的電阻率增加到了10ohm-m，而未被浸入的巖層的電阻率僅為1ohm-m。對于半徑為6至60英寸的浸入?yún)^(qū)域，RA的讀數(shù)總是比Rφ的讀數(shù)更靠近于Rt。這再一次說明，由衰減而得出的表觀電阻率能比由相位偏移而得出的表觀電阻率提供一個更深的徑向探測深度。
在第一個例子中(如圖10所示)，如果不具有兩個徑向探測深度，則也許會在探測時漏掉一個潛在的碳氫化物攜帶巖層;而在第二個例子中(如圖11所示)，如果不具有兩個徑向探測深度，也許會將一個含水巖層錯認為是一個含碳氫化物的巖層。在先有技術中已知，具有兩個徑向探測深度的測井記錄數(shù)據(jù)分析可以用來驗證是否發(fā)生了浸入，而且深層的電阻率讀數(shù)可以用淺層的電阻率讀數(shù)來校正，從而能獲得比僅利用一個單一的讀數(shù)時有更好的對Rt的估價。在本發(fā)明中，這一工作是用一對接收器來實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，在從測量出的相位偏移和從測量出的衰減中獲得其實際電阻率時，電絕緣常數(shù)應作為電導率的某一函數(shù)而不是作為一獨立變量來處理。在用圖8中的程序步816按公式計算其查找圖表時已對此注意了。對于與某一油井測井相交會的典型巖層，而且在其工作頻率低于10MHz時，其傳導電流遠遠大于其位置電流，從而使得電絕緣常數(shù)在其電磁波傳播中不具有較大的影響。因此，如果能夠選用一個適當?shù)墓?，則將電絕緣常數(shù)作為一非獨立變量來處理將不會在其電阻率測量中產生重大誤差。
例如，假定工作頻率為2MHz。圖12示出了相對應于大量的、由世界各地的油井中得到的水浸入式巖石樣品的數(shù)據(jù)點。對于每一樣品，均將其電絕緣常數(shù)的測量值ε′作為其電導率σ的函數(shù)而繪制在直角坐標中。在這個數(shù)據(jù)表中，對于任一給定的電導率值，均對應有電絕緣常數(shù)的相應的最大值、最小值和中間值這三個值。圖13示出了一張數(shù)字圖表，它列出了對于某些特定的電導率值的電絕緣常數(shù)的最小值和最大值。在這個圖表中，對于每一個電導率ε′的最小值和最大值均可以用來計算其傳播常數(shù)K。對于電導率大于01s/m(電阻率低于100ohm-m)的情況，計算出的K值的實數(shù)部分(K′)和虛數(shù)部分(K″)各自的百分比率的變化均是相當小的(參見圖13)。因此，當電阻率大約低于100ohm-m且其巖石取樣設備的工作頻率為2MHz時，電絕緣常數(shù)并不會在傳播常數(shù)中產生什么主要的影響。對于作為電導率某一函數(shù)的電絕緣常數(shù)的平均值是由圖12中中間的那根曲線標示出的，它可以用來作為函數(shù)ε′(σ)(即在圖8中程序步816中使用的函數(shù))。在這種情況下，如果其電阻率低于100ohm-m，則其傳播常數(shù)的誤差將小于11%。
不難理解，對于ε′(σ)所選擇的函數(shù)還可以改換成對于某特定類型的巖層或對于世界上的某特定區(qū)域適用的函數(shù)形式。例如，對于沙石巖和碳酸鹽巖就可以選擇不同的函數(shù)形式。
參考圖14，示出了本發(fā)明的在接收器R1和R2的另一側配置有第二個發(fā)射器T2的進一步改進型的一個實施例。特別值得指出的是，這種布置可以用來實現(xiàn)所謂“井孔補償”作業(yè)，即能夠將在井孔測量中的不良影響降低到最小的作業(yè)方式。具有兩個交替運轉的發(fā)射器的井孔補償技術已經使用在某些其它類型的測井中，但據(jù)申請人所知，在先有技術中還沒有將這一技術使用在或者是建議使用在與配置有壓緊裝置的測井儀器所不同的橫向電場電磁傳播型測井儀器中。其中的一些原因在上面已經討論過了。在圖14所示的實施例中，可以利用單一的接收器對獲得不同的探測深度，并如將要進一步描述的那樣，可以采用相應的預防措施以保護其接收信號免受噪音的干擾(特別是由于在其中至少有一個是必須-對井孔補償布置方式而言-經過其接收器位置的發(fā)射器電纜的各導線之間的串饋所產生的噪音的干擾)。
圖14中所示的若干個組件的標示號與圖2所示實施例中的若干個組件的標示號相類似，一般說來，它們在其功能上如運行方式上也與那些元件相對應。在圖14中，發(fā)射器T1為上側發(fā)射器，發(fā)射器T2為下側發(fā)射器，且接收器R1距發(fā)射器T1較近。各發(fā)射器通過振蕩器211、放大器212、開關1419和阻抗匹配回路220(相對應于發(fā)射器T1)和1420(相對應于發(fā)射器T2)而被激發(fā)。在處理器270控制下工作的開關1419可交替地使發(fā)射器T1或T2處于激發(fā)狀態(tài)。在井孔補償?shù)倪\行方式中，由在發(fā)射器T1處于發(fā)射狀態(tài)期間所獲得的相位偏移信號和由在發(fā)射器T2處于發(fā)射狀態(tài)期間所獲得的相對偏移信號被取其平均值;而由在發(fā)射器T1處于發(fā)射狀態(tài)期間所獲得的衰減和由在發(fā)射器T2處于發(fā)射狀態(tài)期間所獲得的衰減也取其平均值。開關1419可以在任一適當?shù)念l率，比如說，在10至100Hz的頻率范圍內的任一頻率下工作。對平均值的運算可由處理器270完成(可參見已轉讓給本申請人的同一受讓人的第3849721號美國專利，它給出了用于在井孔補償系統(tǒng)中取其信號平均值這一運算的硬件程序電路)。其使用井孔補償技術所產生的影響將在下面從對附圖21的描述來給出進一步的討論。
根據(jù)本發(fā)明另一個特征，本發(fā)明還提供了一種能夠利用由圖14所示實施例給出的信號的電子井孔測徑儀。對于本發(fā)明的這一特征的解釋將結合圖15A和圖15B所示的示意圖而進行。在圖15A中，其上側發(fā)射器正處于發(fā)射狀態(tài)，而下側發(fā)射器處于關閉狀態(tài)。在這個例子中，假定其井孔直徑是從在R1處的2a變化到在R2處的2b。在R1和R2處接收到的信號的相位和振幅分別定義為φ1d、｜S1d｜和φ2d、｜S2d｜。由前述的公式(5b)和(5c)可知，向下的傳播波的相位偏移和衰減為φd＝φ2d-φ1d(6)Ad＝20log10(｜S2d/S1d｜) (7)現(xiàn)在參見圖15B，其中下側發(fā)射器正處于發(fā)射狀態(tài)，而上側發(fā)射器處于關閉狀態(tài)。對于這種情況，在R1和R2處接收到的信號的相位和振幅分別為φ1u、｜S1u｜和φ2u、｜S2u｜，則向上的傳播波的相位偏移和衰減為φu＝φ1u-φ2u(8)Au＝20log10(｜S1u/S2u｜) (9)因此，其相位偏移不平衡(φI)和衰減不平衡(AI)為φI＝φu-φd(10)AI＝Au-Ad(11)
其相位偏移不平衡和衰減不平衡均隨R1和R2之間的井孔直徑變化，即隨2(b-a)變化。這可以用相對應于波傳播通路的“橫向波”模型來說明其原理。不難理解，也可以使用某種相對更為復雜的數(shù)學分析來說明其原理。向下的傳播輻射通路由圖15A中的箭頭1至5示出，向上的傳播輻射通路由圖15B中的箭頭1′至5′示出。φd為沿通路3和5的相位偏移減去沿通路4的相位偏移后的總和。如果井孔直徑保持不變，則通路4和5將產生相等的相位偏移，因而φd將簡化為沿通路3所產生的相位偏移。但是在此時，沿通路4和5的相位偏移是不同的，因為它們在泥漿中傳播的距離和在巖層中傳播的距離是不相等的。類似地，φu是沿通路3′和5′的相位偏移減去沿通路4′的相位偏移后的總和。相對應于通路4和5′的相對應于通路3和3′的和相對應于通路5和4′的相位偏移是分別相等的。因此，φI正比于在通路4和5之間的、隨2(b-a)變化而變化的相位偏移的差。
其相位偏移不平衡φI和衰減不平衡AI可以利用平面波傳播常數(shù)來進行計算。對于其巖層的這一傳播常數(shù)為(在上述的等式(2)中曾經給出過)Kf= (ω)/(C) ε′f+j 1/(εoωRf) (12)其中ω為角頻率，C為真空中光速，ε0為真空中介電常數(shù)，ε′f為巖層的電絕緣常數(shù)，Rf為巖層的電阻率。對于其泥漿的這一傳播常數(shù)為
Km= (ω)/(C) ε′m+j 1/(εoωRm) (13)其中ε′m為泥漿電絕緣常數(shù)，Rm為泥漿電阻率。則其相位偏移不平衡和衰減不平衡分別為φI＝2(b-a) 180/(π) Real(Kf-Km) (14a)AI＝2(b-a)20log10(e)Imag(Kf-Km) (14b)當Kf和Km不同且已知時，可以由φI和AI來獲得井孔直徑的變化，即2(b-a)。利用相位偏移不平衡計算出的井孔直徑增量的變化為△Dφ= (π)/(180Real(Kf-Km)) φI(15a)而用衰減不平衡計算出的井孔直徑增量的變化為ΔDA＝AI/[20log10(e)Imag(Kf-Km)](15b)如果兩個接收器均位于如圖15A所示的井孔直徑梯階的上側時，則φI和AI均為零。當兩接收器向下移動過其梯階時，則作為深度函數(shù)的φI和AI將能標示出在什么地方井孔直徑發(fā)生了變化以及其變化量的大小。這就給出了一種可以用來檢測，比如說，在井孔中的沖潰或巖洞的存在的“差動測徑儀”。
圖16示出了一個用于控制其處理器的程序流程圖。該程序可以用來獲得其相位偏移不平衡φI和/或衰減不平衡AI，并可以用來利用其測定出的不平衡來建立差動井孔測徑儀測井記錄以及在某些情況下建立井孔測徑儀測井記錄。
在程序步1611中應給出井孔的初始直徑D。這一信號是有用的，它可以給出一相對于可以由差動井孔測徑儀給出的其絕對井孔測徑數(shù)據(jù)的參考基點。如果不利用這一信號時，也可以進行有用的差動井孔測徑儀的測量。然后進入程序步1613，這個程序步用來對“向上”的傳播-即當發(fā)射器T2工作時-的信號的值進行存儲，進行程序步1614，這個程序步用來對“向下”傳播-即當發(fā)射器T1工作時-的信號的值進行存儲。利用關系式(6)和(8)便可以獲得“向下”傳播時的相位偏移值φd和“向上”傳播時的相位偏移值φu，參見程序步1621所示。分別根據(jù)關系式(7)和(9)，可以獲得其“向下”方向的衰減Ad和“向上”方向的衰減Au，并將這些值存儲起來，這由程序步1623完成?，F(xiàn)在可以在程序步1641中利用關系式(10)計算其相位偏移不平衡φI并存儲其結果，并可以在程序步1642中根據(jù)關系式(11)計算其衰減不平衡AI并存儲其結果。隨后，可以從相位偏移不平衡中或從衰減不平衡中獲得其井孔直徑的變化ΔD并存儲其結果，這用程序步1671實施。將這一直徑變化ΔD加在相對應于先前深度標高處的被定義為Dz-1的直徑上，以獲得相對應于現(xiàn)時深度標高的直徑D，這些工作在程序步1681中完成。然后進入程序步1690，這個程序步表示對下一步測量信號值的等待。深度(或為時間)標示碼亦遞增為下一個值(在程序步1695中)。然后再一次進入程序步1613中以繼續(xù)進行處理。不難理解，如果需要的話，其相位偏移不平衡還可以用于巖洞的淺層部分測量，而衰減不平衡還可以用來對其深層部分進行測量。
還可以使用能建立其相位偏移不平衡和其衰減不平衡與其井孔直徑變化之間的關系的某一更復雜的數(shù)學模型進行上述分析。例如，井下儀器的特殊幾何形狀、井孔的尺寸和形狀、其泥漿和巖層的性質等等均可以包括在其數(shù)學模型中和其相應的查找圖表中。測徑儀型查找圖表也可以用實施在井下儀器經過具有梯階形直徑的井孔中移動時測量其φI和AI的實驗的方法來建立。
現(xiàn)在將給出另一個具有說明性的例子。假定各天線均位于一直徑為6.5英寸的鉆鋌上，并具有下述的垂直間距T1-R1＝25英寸，R1-R2＝6英寸，R2-T2＝25英寸。還假定發(fā)射器發(fā)射的電磁波的頻率為2MHz。圖17示出了對于在圖15A和圖15B中描述過的那種情況，即井孔直徑具有一梯階形狀的那種情況的計算出的相應于φI的響應曲線。其計算計入了井下儀器和井孔的幾何形狀、泥漿和巖層的電阻率的影響。在這個例子中，其泥漿和巖層的電阻率分別假定為0.1ohm-m和10ohm-m。假定在垂直位置Z＝0英寸處的上側井孔直徑為8.5英寸，而在Z＝0英寸處下側井孔直徑為9英寸、9.5英寸、10.5英寸、11.5英寸、12.5英寸、14.5英寸、16.5英寸，20.5英寸和24.5英寸。由圖中可以看到，相對于φI的計算值在Z＝0英寸處取其最大值，它可以用來確定巖洞的邊緣，且其計算出的最大值正比于其井孔直徑的變化。
圖18是由圖17中所繪制出的數(shù)據(jù)構造出的一相位測徑曲線圖。其中，實線表示的是作為Z＝0英寸時，Rm＝0.1ohm-m和Rf＝10ohm-m的相位偏移不平衡函數(shù)的井孔直徑變化曲線。作為比較，還用其虛線示出了Rm＝0.1ohm-m和Rf＝1ohm-m的相應的相位測徑曲線。其相位測徑儀型曲線還可以用一數(shù)學公式表示為ΔDφ＝F(φI)ΔZ (16)其中ΔDφ為直徑增量，ΔZ為兩接收器之間的間距，F(xiàn)(φI)ΔZ為相應于相位測徑儀圖表的函數(shù)。一般說來，F(xiàn)(φI)相對應于Rf僅有一微小的變化，而相對應于Rm則有一較大的變化。因此，在鉆井現(xiàn)場的Rm已知時，最好是能參考能從Rm中得出其相應值的查找圖表。不僅如此，Rf也可以用這里所描述的電阻率測量方式而得到。
為了獲得其差動測徑儀型測井記錄，可以將測量得到的φ值標入圖18中(或由此而構造出的一個查找圖表中)，并讀取其井孔直徑的增量。例如，可假設井下儀器開始時處于8.5英寸的井孔中，而且，若測量得到的值φI＝-42°，則這個值相對應有6英寸的井孔直徑的增量。接下來，若測量得到的值φI＝21°，則相對應有3英寸的井孔直徑減少。從已知的某一井孔直徑開始進行測量，可以使用滿相位測徑儀圖表。但如果不知道的井孔直徑初始值，那么，這個圖表可以用某一線性函數(shù)，例如由圖18中短劃線所示出的那種線性函數(shù)來逼近。對于這種情況，其井孔直徑的變化為ΔDφ＝KφI(17)其中K相對應于φI獨立變化，比如說，K可以是圖18中所示短劃線的斜率。
類似的，井孔直徑增量也可以由衰減不平衡中獲得，盡管如上面已指出的那樣，其衰減提供的是較深的測量。圖19示出了相對應于Rm＝0.1ohm-m和Rf＝1ohm-m、Rf＝10ohm-m的衰減測徑曲線。可以使用已描述過的獲得ΔDφ的同樣的步驟來從衰減中獲得井孔直徑的增量ΔDA。在存儲了的數(shù)據(jù)中，差動測徑儀測井記錄可以以ΔDφ和/或ΔDA的形式示出。
測徑儀型測井記錄可以用相對于其垂直位置進行疊加或積分的方式從φI和/或AI中來獲得(參見圖16中的程序步1681)。井孔直徑的初始值是需要測知的，這可以從采用具有鉆頭尺寸的傳感器使其幾何尺寸已知的某井孔截面信息中獲得。例如，可以取焙凝砂巖巖層構造作為其參考基準。由相位測徑儀獲得的井孔直徑為Dφ(Z)=Dφ(ZO)+ (Z)/(ZO) F(φI(Z′))dZ′(18)其中Dφ(Z0)為在Z0處已知的直徑，φI(Z′)為作為深度某一函數(shù)的測量得出的相位偏移不平衡，F(xiàn)(φI(Z′))為以公式形式示出的相位測徑儀查找圖表。對于F(φI)的線性近似函數(shù)可以使用在上述積分中。
圖20示出了對于一在直徑為8.5英寸的井孔中的其高為18英寸、直徑為16.5英寸的沖饋或巖洞的相位測徑儀型測井記錄。其中，實線為真實的井孔直徑，短劃線為利用等式(18)和相對應于F(φI)的線性表達式而計算出的相位測徑儀測井記錄曲線。對于這一井孔直徑所選定的初始值為Dφ(60英寸)＝8.5英寸。
作為基于上述關系式而由計算器模擬出的結果，圖21A和圖21B示出了一個用于說明使用井孔補償技術所產生的影響的例子。對于一單一發(fā)射器系統(tǒng)，當測井儀器移動過礦床邊界時，作為諸如在礦床邊緣的能量反射等等因素的作用結果，在處理后的接收器輸出中(即Rφ或RA中)通常會出現(xiàn)其“尖峰”。在圖21A所示的例子中，該例子示出了一其電阻率為36ohm-m(在已浸入?yún)^(qū)域為2ohm-m)并由電阻率為10ohm-m的巖層和電阻率為0.2ohm-m的泥漿包圍著的3英寸的礦床的情況，其尖峰明顯地出現(xiàn)在靠近礦床邊界的Rφ中(在圖中用短劃線示出)。相應的水飽和度為25%。圖21B示出了當使用了兩個發(fā)射器時的井孔補償技術的布置中所得到的信號Rφ(以較寬的短劃線表示)。由圖中可以看出，其尖峰已被降低甚至于趨于消除，而且對于Rφ將獲得一個對稱響應，其給出礦床的電阻率大約為5.5ohm-m。其RA的響應曲線(以較細的短劃線表示)亦被視出。它是對稱的并具有較深的探測深度，所以它所經歷的未浸入的礦床區(qū)域更多(而經歷的已浸入?yún)^(qū)域則更少)。它示出的其礦床電阻率大約為13ohm-m。可以看出，RA的測量比Rφ的測量具有更小的垂直分辨力。所以，從RA測量中所得出的礦床邊界顯得較寬。
緊接下頁在圖22A和圖22B所示的例子中，示出了一個未被浸入的其電阻率為2ohm-m的3英寸的礦床，它相對應于含鹽泥漿(電阻率為0.04ohm-m)并為電阻率為5ohm-m的巖層環(huán)繞著。對于這種情況，其水飽和度SW為100%。在圖22A中(未進行井孔補償)可以看出其Rφ的響應是不對稱的(由較寬的短劃線示出)。在圖22B中(進行了井孔補償)，其Rφ(較寬的短劃線)和RA(較窄的短劃線)的響應都是對稱的，而且圖中亦示出其Rφ的測量具有更好的垂直分辨力。在相應于礦床中心處，其Rφ的測量值是非常接近于該礦床的實際電阻2.0ohm-m的。井孔補償技術對于減少由井孔中的巖洞所產生的表觀電阻率的測量誤差也是有效的。
下面分析對巖洞的測量。淺層的相位測量Rφ對于巖洞有其的響應(一般說來，它可以探測出巖洞中的泥漿的電阻率作為其表觀電阻率的一部分)，而深層的衰減測量RA對于巖洞并沒有實質意義上的響應，這已由圖23A和圖23B示出。圖23A示出了對于具有一其深度為0.8英寸、寬度為18英寸且Rm＝0.1ohm-m、Rt＝2ohm-m的巖洞的測量結果(未進行井孔補償)。其測量的Rφ的響應看起來好象是對一個或多個薄層礦床的響應(這也可以從圖23B(除已采用了井孔補償技術外與圖23A具有全同的條件)中看出。圖23B還示出了RA，但它幾乎全部與線2ohm-m重合，其原因在于它對于巖洞沒有什么響應)。因此，單獨的相位偏移測量(Rφ)并不能良好地區(qū)分礦床和巖洞。但用配合觀測其衰減測量(RA)是否發(fā)生其相應的響應的方式，人們便可以區(qū)分開礦床和巖洞。對于實施這一過程的處理器的程序流程將在下面結合附圖25進行說明。
除了鑒別礦床的存在之外，還應考慮如何盡可能精確地確定礦床邊界。根據(jù)本發(fā)明的一個特征，本發(fā)明指出，兩表觀電阻率Rφ和RA的交叉部位將會以良好的精度發(fā)生在相對應于其礦床的實際邊界的位置處。從上面已經看到(即在圖22B中)，當測井儀器經過其礦床邊界時，RA在從其邊緣礦床電阻率上升到薄層礦床電阻率之間的變化是相對緩慢的，而Rφ將在一相對較長時間中一直接近于其邊緣礦床電阻率，然后更為突然地變?yōu)楸拥V床電阻率。在其RA和Rφ重合處的深度標高就是其交叉點，如圖22B所示，這恰好發(fā)生在礦床的實際邊界處。圖24示出了另一個說明用的例子，它存在有一個在一電阻率為5ohm-m的巖層中的其電阻率為36ohm-m的10英尺寬的礦床，且其SW＝25%并使用著含鹽泥漿(0.04ohm-m)。其曲線Rφ是以較寬的短劃線示出而曲線RA是以較窄的短劃線示出。圖中表明，其交叉點產生在礦床的實際邊界處。
現(xiàn)在還需要的是對巖洞邊緣的定位和對其深度的測定。正如上面已討論過的那樣，相位偏移不平衡φI提供著這方面的信號，因為一巖洞的邊緣將在其差動井孔測徑儀曲線(由φI給出的曲線)上顯示為某個尖峰，且其尖峰的高度隨該巖洞的深度而變化。
圖25示出了用于對其處理器(井上的或井下的)編制的，用以區(qū)分巖洞和礦床并用以測定它們的邊界位置及其性質的程序流程圖。程序步2511用于各參數(shù)，比如說在一已知區(qū)域的井孔直徑。泥漿性質等等的參數(shù)的初始值的設定程序步2512用于對由現(xiàn)時深度標高中(或時鐘參考信號中)獲得的信號進行處理以獲得Rφ和RA，這象前述過的，比如說在圖9中曾描述過的過程一樣。然后進入程序步2515，這一程序步用于對其表觀電阻率的變化，即對于某一給定的深度增量，(每一個Rφ和RA的值相對應于同一在先值的變化)進行計算和存儲。然后進入判斷程序步2525，它分析其Rφ在其接收器內側間距上的變化是否已超過了某一預定的百分比，比如說5%。這個測驗將能測定在Rφ中是否存在有可以用來指示其礦床或巖洞邊界的較大的變化。如果這一條件并未滿足，則將返回程序步2598，并等待下一組信號的到來。但如果該條件被滿足時，則進入判斷程序步2528中，它用于分析其Rφ是否在同一方向上有一相臨的變化。這個測驗并非必須，但是它可以用來實現(xiàn)消除偏差-例如由噪音引起的偏差-的目的。而且一般說來，它并不表示其實際礦床或巖洞的存在。如果這一測驗未被滿足，則將返回程序步2598，如果這一測驗已被滿足，則進入判斷程序步2530。
如果當已進入判斷程序步2530時，Rφ已經具有了一較大變化，則現(xiàn)在將對RA進行分析以區(qū)分巖洞和礦床;因此RA對于巖洞并沒有較大的響應，但通常對于礦床均有相應的響應，這一點在前面已經說明過。在程序步2530中進行的測驗中，將確定其RA在相對應于其接收器內側間距的距離內的變化是否已超過了某一預定百分比，比如說5%。如果沒有，則標示著存在有一巖洞，并進入程序步2550以實施對其巖洞的處理;如果該條件被滿足，則標示著存在有一礦床，并進入程序步2570。
相對于其判斷程序步2530的判斷結果，如果是“否”的話，其后繼處理可以以類似于對井孔測徑數(shù)據(jù)處理的方式而完成，后者曾結合附圖16而給出過描述。換句話說，巖洞亦可以視為是其井孔直徑的某種變化。因此，程序步2550用于根據(jù)圖16所示的程序對其相位偏移不平衡φI的計算。然后可以以前面已描述過的方法實施(或稱繼續(xù)實施)其井孔測徑儀的程序流程以獲得并存儲值ΔD和DZ，這一步驟由程序步2555完成。
如果程序步2530的測驗結果表示存在有礦床的話，則進入程序步2570，以判斷在Rφ和RA之間是否存在有交叉。如上所述，礦床的邊界就定位在這兩種表觀電阻率之間的交叉處。其交叉是否存在可以用確定其下述比率的符號的方式來測定〔RA(ZN)-Rφ(ZN)〕/〔RA(ZN-1)〕 (19)如果不存在有交叉點，則這個量為正(因為在所感興趣的兩個依次的深度標高處，不論其兩電阻率中的哪一個均比另一個大，其符號都是相同的);而如果存在有交叉點，則分子和分母將具有不同的符號，所以其比率的量為負。如果沒有交叉點被指示出，則進入程序步2598。而如果存在有交叉點，則進入程序步2575，這個程序步代表著其內插方法的實施以便精確地確定其交叉點的深度標高。在程序步2575中所使用的內插可利用下述關系式表示出Zboundary=ZN-1- (〔(RA(ZN-1)-Rφ(ZN-1)〕〔(ZN-ZN-1)〕)/(RA(ZN)-Rφ(ZN)-RA(ZN-1)+Rφ(ZN-1)) (20)關系式(20)給出了能確定其值Zboundary的一線性內插，如圖25C所示。然后，確定出的交叉點可以作為下一個礦床邊界而存儲起來。這一步驟如程序步2580所示。然后再次進入程序步2598以繼續(xù)進行處理。
圖26示出了可被利用在圖1所示的能在鉆井系統(tǒng)中測量裝置200的一個實施例，它具有兩個發(fā)射器并可以用來實施本發(fā)明的各種性能。在圖26所示的結構中，各天線及相應的電子組件均形成在鉆鋌2610上的包含有具有一用于通過其鉆井流體的中心孔2615的金屬園柱體的某一部分上。不難理解，用于使鉆井流體通過如58、53、57、56等等部件流動的組件可以是某種穿過其中心孔的組件(配置有一園周型結構的組件)，亦可以是在其中心區(qū)域中提供有供其泥漿流動的環(huán)狀開口型的組件)。
用機加工方法在鉆鋌2610上加工出來的凹槽2601、2602、2603、2604均應是足夠的淺以保持其鉆鋌的機械完整性。發(fā)射器天線T1、接收器天線R1和R2、發(fā)射器天線T2中的每一個均包含有一纏繞在位于其相應凹槽(2601至2604)中的絕緣介質上的線圈。正如圖27中對某一接收器天線所進一步詳細描述的那樣，一絕緣材料的，比如說是玻璃纖維環(huán)氧樹脂的基層2635先形成在其凹槽中，且其線圈纏繞在該絕緣材料中并用更多量的玻璃纖維環(huán)氧樹脂材料2636復蓋住。一橡膠，比如說Vitom型橡膠，的薄層2640復蓋著線圈，并起著保護線圈和玻璃纖維以防止水浸入的作用，而水的浸入將會降低線圈的有效性或損壞其絕緣。該橡膠層被布置在凹槽的臺肩部位2641處。一防護罩2660，比如說可采用第4536714號美國專利中所描述的那種類型的防護罩亦配置在其凹槽上。該防護罩為園柱體形狀的導電金屬，且具有沿軸線方向的若干槽縫。這些槽縫允許其所需要的橫向電場電磁波通過，但又對其橫向磁場分量將會形成有效的屏蔽，不論是對于將進入到或是將發(fā)出其線圈的情況(其任一可能的情況)都是如此，因為它為這些分量設置有短接電流通路。在這個實施例中，防護罩配置在凹槽的另一臺肩形部分2665中，并用固定用螺旋部件(未示出)來確保其防護罩的定位。另有一橡膠層2668配置在該防護罩的表面下側并且還填充在防護罩的槽縫中。
在圖26所示的實施例中，每一個天線均配置有一形成在鉆鋌中的附助腔室。這些相對應于T1、R1、R2、T2的腔室是分別用標示號2611、2612、2613、2614示出的。正如圖27所示，其每一腔室均具有一可移動的金屬壓固型帽元件2691。附屬于接收器的相應腔室中均包含有信號調節(jié)裝置(即一平衡-不平衡變換器回路和一前置放大器，這由圖27中的短劃線方框2695所示出。上述回路相應于圖14中的程序步230和231(或為240和241)。對于附屬于發(fā)射器的腔室，其短劃線方框2695示出的組件中將包括有阻抗匹配回路(即一調諧回路)，它相應于圖14中的程序步220和1420。各線圈的兩個引出端，或為耦合在其上的導線，將通過某種可由市場上買到的壓力伺服機構2681合到其各自的腔室中(其中的一個可由圖27中看出)。
一壓力緊固套2720配置在其鉆鋌2610的內側表面上，該套內部的通路2725與每一個腔室相連通并裝有許多導線，各導線分別連接著發(fā)射器T1和T2、接收器R1和R2，以及探測和處理電子組件58(參見圖1)、動力源等等部件。在運行時，用于接收信號的放置放大器和阻抗匹配回路均位于靠近接收器的某一位置處，從而能減少其噪音的干擾，特別是由發(fā)射器電纜串饋而產生的噪音干擾。在圖26所示的實施例中，另一個壓力緊固型部件2609配置在兩接收器天線之間，它也與通路2725相連通并包含有開關250和放大器251(參見圖14)。
已經結合附圖、特別是結合最佳實施例對本發(fā)明進行了相應的描述。但本領域的技術人員可以由本發(fā)明的實質內容和使用范圍中得出種種相應的變型。例如，盡管所描述過的等式是基于在均勻介質中的磁偶極子輻射理論，但所描述的原理可普遍應用于發(fā)射或接收一次橫向電場的各種天線系統(tǒng);而且，在計算其相應查找圖表時(或實施其相應的處理過程時)，如果需要的話，還可以計入種種附加因素的影響。這些因素可以是，比如說，地下地質的特性，具有特定電阻率的鄰近礦床的存在，具有特定電阻率的某一定厚度的泥漿結塊的存在，預定的浸入量級，進入儀器的特定幾種形狀，傳感器的尺寸和幾何形狀等等;還有，其查找圖表數(shù)據(jù)亦可以根據(jù)實驗基礎而進一步加以完善。如此等等，均是不難作到的。
權利要求
1.一種用于測定環(huán)繞著井孔的地下巖層電阻率的測井裝置，其組件包括有一種用于在井孔中第一位置發(fā)射電磁波能量的發(fā)射器組件；一種用于在井孔中第二位置和第三位置接收其電磁波能量的接收器組件，所述的第二位置、第三位置與第一位置沿井孔縱向間隔開；一種用于檢測在所述的井孔中第二位置和第三位置接收到的電磁能之間的相位偏移的電路；一種用于檢測在所述的井孔中第二位置和第三位置接收到的電磁能量之間的衰減的電路；其特征在于所述組件中還包括一種系統(tǒng)，用于測定作為其已檢測出的相位偏移的某一函數(shù)的、環(huán)繞著所述第二位置和第三位置的相對較淺探測深度的巖層的電阻率并且用于測定作為其已檢測出的衰減的某一函數(shù)的、環(huán)繞著所述第二位置和第三位置的相對較深探測深度的巖層的電阻率。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的發(fā)射器組件、接收器組件分別包括配置在可以耦合在鉆具組件上的測井儀器中的一發(fā)射器和第一、第二接收器，從而使得其測井可以在所述的鉆具組件處于鉆井過程中和處于起落過程中實施。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所產生的電磁能量的頻率處于0.1MHz至10MHz的范圍內。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的發(fā)射器和接收器實質上是垂直的磁偶極子型天線。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述的裝置包括有以彼此間隔的方式布置的上側發(fā)射器和下側發(fā)射器，并使得具有分別定位于第二位置和第三位置的上側接收器、下側接收器的接收器組件以基本上同軸的方式位于所述的上側發(fā)射器、下側發(fā)射器之間;一種用于利用橫向電場電磁能交替激發(fā)所述的上側發(fā)射器和下側發(fā)射器的控制器;一種用于檢測在上側發(fā)射器被激發(fā)時由下側接收器接收到的電磁能相對應于其由上側接收器接收到的電磁能的電特性中的至少一個的和用于檢測在下側發(fā)射器被激發(fā)時由上側接收器接收到的電磁能相對于其由下側接收器接收到的電磁能的電特性中的至少一個的并用于分別產生其相應的第一和第二輸出信號的系統(tǒng);一種用于測定作為包含在第一和第二輸出信號中的某一量的函數(shù)的巖層性質的處理器。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于還包括有一耦合在所述的測井裝置上的、用于記錄當所述的測井裝置通過其井孔移動時所測定出的電阻率以便能獲得作為所述的井孔深度的某一函數(shù)的電阻率的計數(shù)的記錄器;和一種用于比較已測定出的兩電阻率的并用于當由已檢測出的相位偏移中測定出的電阻率存在有某一變化而由已檢測出的衰減中測定出的電阻率并未存在有相應的變化時產生一個相對應于井孔巖洞的指示的比較器。
7.如權利要求6所示的裝置，其特征在于還包括有一種用于確定在由相位偏移中測定出的電阻率和由衰減中測定出的電阻率之間的、其數(shù)值可以作為礦床邊界的標示參數(shù)的交叉點的處理器。
8.如權利要求5所示的裝置，其特征在于所述的用于檢測其在上側發(fā)射器被激發(fā)時的電磁能的至少一個電特性的系統(tǒng)是檢測在由下側接收器接收到的電磁能和由上側接收器接收到的電磁能之間的相位偏移并從中產生一上側相位偏移輸出信號;所述的用于檢測其在下側發(fā)射器被激發(fā)時的電磁能的至少一個電特性的系統(tǒng)是檢測在由上側接收器接收到的電磁能和由下側接收器接收到的電磁能之間的相位偏移并從中產生一個下側相位偏移輸出信號;并包括有一個處理器，用于處理所述的上側相位偏移輸出信號和所述的下側相位偏移輸出信號以產生一標示著在所述的接收器區(qū)域中的井孔幾何尺寸的變化的相位偏移不平衡信號。
9.如權利要求5所述的裝置，其特征在于用于檢測其在上側發(fā)射器被激發(fā)時的電磁能的至少一個電特性的所述系統(tǒng)是檢測在由下側接收器接收到的電磁能和由上側接收器接收到的電磁能之間的衰減并從中產生一上側衰減輸出信號;用于檢測其在下側發(fā)射器被激發(fā)時的電磁能的至少一個電特性的所述系統(tǒng)是檢測在由上側接收器接收到的電磁能和由下側接收器接收到的電磁能之間的衰減并從中產生一下側衰減輸出信號;并包含有一個處理器，用于處理所述的上側衰減輸出信號和所述的下側衰減輸出信號以產生一標示著在所述的接收器區(qū)域中的井孔幾例尺寸的變化的衰減不平衡。
10.如權利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括有一個可在井孔中移動的常規(guī)細長園筒形外殼，其上面的所述接收器組件是與所述的發(fā)射器組件空間縱向分離的;位于所述處殼上的第一腔室和第二腔室，所述的腔室分別相鄰于其第二位置或其第三位置，并均具有至少一個穿過外殼到達其相應的接收天線的傳輸通路，所述腔室中的每一個均包含有一能通過所述的傳輸通路與其相應的接收天線相耦合的信號調節(jié)裝置。
11.如權利要求1所述的裝置，其特征在于包括有一個可在井孔中移動的常規(guī)的細長園筒形外殼，在其上面具有至少一個發(fā)射天線和分別位于第二位置、第三位置處的、配置在所述外殼上的第一接收天線和第二接收天線;其中所述的每一個天線均包括有一個形成在所述外殼上的凹槽，布置在所述凹槽中的絕緣材料，一個纏繞在所述凹槽上的線圈，一個復蓋著所述線圈和絕緣材料的防水絕緣層，和一個復蓋在所述絕緣層上面的開有槽縫的防護罩。
12.一種用于測定環(huán)繞著一井孔的地下巖層電阻率的方法，其步驟包括在井孔中第一位置發(fā)射電磁波能;在井孔中第二位置和第三位置接收其電磁波能，所述的第二位置和第三位置與第一位置在沿井孔縱向依次間隔開;檢測在所述的井孔中第二位置和第三位置接收到的電磁能之間的相位偏移;檢測在所述的井孔中第二位置和第三位置接收到的電磁能之間的衰減;其特征在于測定其作為已檢測出的相位偏移某一函數(shù)的、環(huán)繞著所述的第二位置和第三位置的相對較淺的探測深度的巖層電阻率，測定其作為已檢測出的衰減的某一函數(shù)的、環(huán)繞著所述的第二位置和第三位置的相對較深的探測深度的巖層電阻率。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于比較已測定出的、作為其井孔深度的某一函數(shù)的兩個電阻率，并由這兩個已測定出的電阻率的交叉點數(shù)據(jù)中測定其巖層礦床邊界。
14.如權利要求12所述的用于測定環(huán)繞著一井孔的地下巖層電阻率的方法，其特征在于設置一個可通過井孔移動的測井儀器，該測井儀器具有彼此間隔分開的上側發(fā)射器和下側發(fā)射器和在這兩發(fā)射器之間的上側接收器和下側接收器;用電磁能交替激發(fā)所述的兩個發(fā)射器;檢測在上側發(fā)射器被激發(fā)時由所述兩個接收器接收到的電磁能之間的相位偏移和衰減;檢測在下側發(fā)射器被激發(fā)時由兩個接收器接收到的電磁能之間的相位偏移和衰減;測定作為已檢測出的兩個相位偏移的某一函數(shù)的、環(huán)繞著各接收器的相對較淺的探測深度的巖層的電阻率;測定作為已檢測出的兩個衰減的某一函數(shù)的、環(huán)繞著各接收器的相對較深的探測深度的巖層的電阻率。
15.如權利要求12所述的方法，其特征在于所產生的電磁能的頻率處于0.1MHz至10MHz的范圍內。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于所述的方法是在所述井孔的鉆井過程中實施的。
17.如權利要求12所述的方法，其特征在于比較已測定出的兩個電阻率，并且，當由已檢測出的相位偏移中測定出的電阻率存在有某一變化，而此時由已檢測出的衰減中測定出的電阻率并不存在一相應的變化時，產生一個相應于井孔巖洞的指示。
18.如權利要求12所述的方法，其特征在于從井孔中彼此間隔開的上側發(fā)射器位置處交替地發(fā)射電磁能;在位于兩發(fā)射器位置之間的、彼此間隔開的上側接收器位置處和下側接收器位置處接收其所述的電磁能;檢測在上側發(fā)射器位置進行發(fā)射時在下側接收器位置處接收的電磁能和在上側接收器位置處接收到的電磁能之間的相位偏移，并從中產生一上側相位偏移輸出信號;檢測在下例發(fā)射器位置進行發(fā)射時在上側接收器位置處接收到的電磁能和在下側接收器位置處接收到的電磁能之間的相位偏移，并從中產生一下例相位偏移輸出信號;產生一個相對于所述的上側相位偏移輸出信號和所述的下側相位偏移輸出信號的相位偏移不平衡信號，所述的相位偏移不平衡信號標示著在所述的接收器位置的區(qū)域中的井孔幾何尺寸的變化。
19.如權利要求12所述的方法，其特征在于從井孔中彼此間隔開的上側發(fā)射器位置處和下側發(fā)射器位置處交替地發(fā)射電磁能;在位于兩發(fā)射器位置之間的、彼此間隔開的上側接收器位置處和下側接收器位置處接收其所述的電磁能;檢測在上側發(fā)射器位置處進行發(fā)射時在下側接收器位置處接收到的電磁能和在上側接收器位置接收到的電磁能之間的衰減，并從中產生一個上側衰減輸出信號;檢測在下側發(fā)射器位置處進行發(fā)射時在上側接收器位置處接收到的電磁能和在下側接收器位置處接收到的電磁能之間的衰減，并從中產生一下側衰減輸出信號;產生一個相對于所述的上側衰減輸出信號和所述的下側衰減輸出信號的衰減不平衡信號，所述的衰減不平衡信號標示著在所述的接收器位置的區(qū)域中的井孔幾何尺寸的變化。
20.如權利要求12所述的方法，其特征在于從井孔中彼此間隔開的上側發(fā)射器位置處和下側發(fā)射器位置處交替地發(fā)射橫向電場電磁能;在位于兩發(fā)射器位置之間的彼此間隔開的上側接收器處置處和上側接收器位置處接收電磁能;檢測在上側發(fā)射器位置處進行發(fā)射時在下側接收器位置處接收到的電磁能相對于其在上側接收器位置處接收到的電磁能的電特性中的至少一個，并從中產生一個第一輸出信號;檢測在下側發(fā)射器位置處進行發(fā)射時在上側接收器位置處接收到的電磁能相對于其在下側接收器位置處接收到的電磁能的電特性中的至少一個，并從中產生一個第二輸出信號;測定作為包含在第一和第二輸出信號中的某一量的函數(shù)的巖層的性質。
全文摘要
公開了一種可用于測定在不同的徑向探測深度處的巖層電阻率的測井技術和方法，它比先有技術具有更好的精度，并還可用于測定礦床和巖洞的存在、位置及其性質，測定井孔幾何尺寸的變化。
文檔編號G01V3/30GK1033673SQ8810744
公開日1989年7月5日 申請日期1988年10月29日 優(yōu)先權日1987年10月30日
發(fā)明者布賴恩·克拉克, 杰克·曾特, 馬丁·盧玲, 邁克爾·羅斯 申請人:施盧默格海外有限公司