[發明專利]一種組合式傳播和橫向電阻率井下儀器

有效

• 申請號: 200910148810.0
• 申請日: 2005-04-01
• 公開（公告）號: CN101592031A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: M·A·弗雷德特;J·S·哈爾;M·T·弗里;D·迪安
• 申請（專利權）人: 施盧默格海外有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G01V3/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 曹 若

本申請是申請日為2005年4月1日，同名的中國專利申請 200510062635.5的分案申請。

技術領域

本發明通常涉及地下勘探和開發領域，尤其是，本發明涉及測量 井眼所穿過地層電阻率性質的方法和裝置。

背景技術

電阻率測井儀器被用來測量井眼周圍地層的電阻率已經好多年 了。通常，電阻率測量是在井眼完鉆之后將電纜傳輸測井裝置下入井 眼而進行的。然而，電纜測量必須具有鉆井時間與進行測量時間之間 的延遲。一種較好的方法是在鉆井的同時進行這樣的測量，以便如果 需要可采取正確的措施。例如，如果實時可用的井眼信息可用于調整 泥漿重量以避免傷害地層和提高井的穩定性。此外，實時地層測井數 據可用于使鉆頭直接指向所需的方位(即地質導向)。另一方面，如 果在延遲之后進行測量，鉆井液(“泥漿”)可侵入地層并改變井眼 區域附近的性質。由于這些原因，隨鉆測井(LWD)和隨鉆測量(MWD) 技術發展起來。在本公開中，LWD將用于既包括LWD技術也包括MWD 技術。

圖1A示出了布置于井眼內典型的LWD系統。鉆柱1懸掛在井眼 3內，其底端連接有鉆頭5。鉆柱1和其連接的鉆頭5在下井時由轉 盤9帶動旋轉，這使得鉆頭5得以穿透地層11。在鉆頭5鉆穿地層 11時，泥漿被向下泵入并穿過鉆柱1的中心孔以潤滑鉆頭5及將巖 屑從井底經過井眼3和泥漿管線13攜至地面。在鉆頭5的后面為LWD 鉆鋌15部分，其可包括一系列的電阻率傳感器15a或本領域所公知 的任何其他類型的傳感器。可以理解，在本公開中所用的“傳感器” 包括天線、螺線管以及電極(其可用作發射器和/或接收器)。電阻 率傳感器15a在鉆頭5鉆穿地層11時測量地層11的電阻率，從而在 泥漿侵入地層11之前進行測量。

通常，有兩種類型的測量地層橫向電阻率的LWD儀器和感應或傳 播儀器。這些儀器中的每一種取決于電磁(EM)測量原理。傳播型的 儀器向地層發射高頻電場，以通過測量接收器內感應出的電壓或測量 一對接收器之間或發射器與接收器之間的差值響應來確定井眼和地 層響應。例如，對于傳播儀器來說，輸入信號的相位和振幅可相對于 用于激勵接收器的信號的相位和振幅在多個接收器的每一個接收器 處進行測量。感應型接收器產生感生出電流以在地層內流動的磁場。 這些電流產生第二磁場，其作為設置在距發射器天線一定距離處的接 收器天線內感應電壓而被測量。感應和傳播儀器在使用包括絕緣泥漿 (如油基泥漿)的相對非傳導性泥漿而在相對傳導性地層中鉆出的井 中工作得最好。常用的感應和傳播儀器不用于解決井眼周圍的電阻率 變化。

常規的感應或傳播儀器使用線繞線圈或螺線管作為發射器和接 收器天線。通過在儀器本體周圍纏繞線圈并使其封裝在絕緣填料內， 然后用橡膠密封整個組件，從而使該天線設置在所述儀器上。雖然感 應儀器和傳播儀器一般以不同的頻率工作，并且在某些情況下可用于 探測不同的地下性質(如使用傳播儀器探測地層的介電性能)，但是 在大多數的情況下，它們以相似的方式用來測量地層電阻率。因而， 此處對感應儀器的任何參考可理解為可與傳播儀器進行互換，反之亦 然。

橫向儀器通常使用一個或多個天線或者電極向地層發射低頻橫 向磁場以通過測量流過地層到達接收器的電流來確定井眼和地層響 應。這一技術在利用如水基泥漿的傳導性泥漿而鉆出的相對有阻地層 中工作得最好。橫向電阻率儀器在井眼周圍地層電阻率測量中一般響 應于方位的變化。

為了向地層發生橫向磁場，橫向儀器一般使用環形發射器，其是 通過在環形導磁芯體(環形芯體)周圍纏繞導線而制成的。為了探測 地層中流動的電流，橫向儀器使用電極(如環形電極或者鈕扣電極) 接收器或環形接收器。在常規的LWD儀器中，環形發射器或接收器通 常固定在套筒內，該套筒在組裝的最后階段被滑到鉆鋌上。