用於感應－球形聚焦側向測井的測井儀器和方法
2023-10-09 05:13:44
專利名稱：用於感應－球形聚焦側向測井的測井儀器和方法
技術領域：
本發明涉及用於測定地下井筒所穿透的各種地下巖層的性質和特徵的電測井儀器和方法。
背景技術：
各種電阻率測井技術已經用於測定地下巖層的電學性質。一種常用的技術為感應-SFL(球形聚焦側向測井)測井。感應-SFL測井的感應部件通過響應交流(AC)發射器信號在巖層內感應出渦流來測量巖層的電阻率。所述的渦流感應出第二磁場，該磁場反過來在接收器天線內感應出電壓。因為渦流的大小取決於巖層電導率，所以所接收信號的大小反映出巖層電導率。感應-SFL工具的SFL部件通過向巖層內發出電流來測量電阻率並測量通過一對測量電極的電流或者電壓降。
為了獲得真實的巖層電阻率，需要根據各種影響測試的影響因素對測井數據進行校正。比如，電阻率測量值可能具有來自流經所探測層的上方或者下方的沉積層(地層)內的電流的不希望有的影響。這指的是圍巖影響，如果所要探測層比相鄰層的導電性差，所述的圍巖影響尤其成問題。
為了校正圍巖影響，探頭響應函數可用於利用真實巖層電導率來校正電壓測量值。這一探頭響應函數也被稱為感應工具的垂向靈敏度曲線。對於均質巖層，探頭響應函數可最好被描述為響應曲線，其具有有限寬度的主瓣和一個或多個位於主瓣(main lobe)每側的副瓣。這些副瓣是形成圍巖影響的原因。
已經提出了許多種方法來使這些副瓣(從而，圍巖影響)最小。比如，授權給Doll的美國專利US2,582,314和授權給Tanguy的美國專利US3,067,383披露了具有多個發射器和接收器線圈的感應裝置，發射器和接收器線圈以特定的關係設置，從而通過縮短主瓣的寬度和減少副瓣來「聚焦」探頭響應函數。在另一可選擇的方法中，授權給Poupon的美國專利US2,790,138披露了一種具有兩個分離的感應線圈裝置的感應測井儀器，兩個線圈具有相同的幾何中心以便兩個線圈裝置的感應可用於消除來自副瓣的影響。
除了上面所描述圍巖影響外，趨膚效應也限制了感應測井儀器精確測量巖層的真實電導率的能力。趨膚效應的特徵在於作為巖層電導率函數的探頭響應函數的非線性響應。該趨膚效應主要是由巖層內相鄰迴路內流動的不同渦流之間的相互影響產生的。現有技術已表明趨膚效應的大小是由線圈系統的工作頻率、線圈系統的有效長度、相鄰巖層的電導率值以及其它因素的複雜函數決定的。
為了使圍巖影響和趨膚效應最小並設計出更好的感應裝置，需要考慮各種因素。這些因素包括探測深度(DOI)、解析度、井筒效應、工作頻率、以及互感。DOI表示所述的儀器能夠從井壁處「看」到巖層多深。理想的是感應裝置能夠具有深的DOI，以便所測的巖層電阻率不受泥侵的影響。泥侵半徑一般為0到4英尺，但是能夠達到8英尺或者更大。為了獲得較深的DOI，發射器-接收器間距要大。然而，大的發射器-接收器間距增大了趨膚效應產生的非線性響應的比例。大的發射器-接收器間距還增大了儀器長度和成本。
除了能夠較深地「看」入巖層之外，感應裝置還具有較高的解析度，從而探測層的表觀電阻率很少受相鄰層的影響。然而，為了獲得高的解析度，發射器-接收器間距必須要小；這又降低了儀器的DOI。因此，折中是必要的。一種獲得高解析度儀器的可能方案是利用信號處理來增強儀器的垂向解析度。例如，用於增強感應測井儀器的垂向解析度的方法在授權給Barber並轉讓給本發明受讓人的美國專利US4,818,946和US4,837,517中已披露。這些專利被整體引入作為參考。
一種理想的儀器還應該在各種直徑的井筒比如8到16英寸的井筒中幾乎不存在井筒效應。可選擇的是，如果井筒效應是不可忽略的，就應該提供用於井筒校正的方法，並且校正的步驟應該簡單。例如，通過引入傳感器來進行井筒校正，所述傳感器如斯倫貝謝技術公司(Houston，TX)的以商品名稱AITTM出售的陣列感應裝置上的Rm傳感器，其能夠測量井筒效應。
儀器的工作頻率對DOI和信噪比(SNR)具有影響。高頻產生低噪聲(即較好的SNR)。然而，高頻更易受趨膚效應的影響(從而具有較淺的DOI)。通常現有技術的感應裝置在幾十KHz到幾個MHz的頻率範圍內工作。
發射器與接收器線圈之間的互感嚴重地影響了測試信號的強度。因而，互感應該保持在儘可能低的水平，以便其不會使來自巖層的電導率信號變得模糊。通過在發射器和接收器線圈之間引入一個補償線圈，互感可被消除或者被降到最小。感應裝置內互感線圈的使用在本領域中是公知的。
考慮到這些因素，已經研發出常規的感應裝置，比如美國專利US3,179,879所披露的感應裝置，以使用聚焦多線圈陣列來測量多個DOI處的電阻率。這些儀器的最小結構具有兩個線圈陣列以在兩個不同的DOI處進行測量深層陣列(ILD)和中等深度陣列(ILM)。具有不同DOI的多線圈陣列能夠進行探測並對諸如井筒效應和泥侵等環境影響進行校正。例如，ILD陣列用於探測泥漿濾液侵入帶之外的區域。
除了近幾十年在儀器設計方面的改進之外，還發展了各種用於校正圍巖影響的信號處理方法。這些方法的實例包括授權給Barber的美國專利US4,513,376和授權給Schaefer等的美國專利US4,471,436所披露的相量處理。這些專利轉讓給本發明的受讓人，並且它們整體引入作為參考。
此外，授權給Barber的美國專利US4,818,946和US4,513,376還披露了處理感應測井測量值的方法以通過使探頭響應函數內的副瓣最小來減少測井測量值內不希望有的分量，所述的探頭響應函數用於將巖層電導率轉化成所處理的測量值。
通過努力提高儀器精度已經生產出具有許多部件和電路的儀器。因此，測井儀器逐漸變長。比如，一種授權給Chandler等的美國專利US5,157,605所描述的感應裝置具有近40英尺的長度(如圖1A)。增加的長度需要更多的組裝和將測井儀器下入井筒的裝配時間，並增加了鑽更多的鼠洞(在所要探測區域的最下方所鑽的附加長度，以使測井儀器傳感器設置在足夠深的地方從而在所要探測區的下部獲取數據)的需要。此外，長的儀器在井況較差的井筒內還易於被卡住，並且還不能下入具有多個折線形的井筒或具有短的造斜半徑的水平井中。
因此，需要具有較短長度的電阻率測井儀器。一種縮短測井儀器長度的方法為使用摺疊天線陣列，如授權給Orban等的美國專利US5,905,379中所披露的方法(如圖1B所示)。在所述的被摺疊的天線陣列中，接收器天線和補償線圈都設置在發射器天線的一側，而不是發射器天線的兩側(如圖1A所示)。摺疊天線顯著地縮短了儀器的長度，即包括附屬電子儀器在內至大約為60英尺。天線部分的長度約為8英尺。
感應陣列儀器具有良好的性能，但是它們使用淺層讀數感應天線而不是使用電流電極來測量井筒附近的電阻率。在「較差井筒」環境(即衝蝕或者不規則的井筒)中，電極裝置(如SFL)能夠比淺層讀數感應天線進行更好的電阻率測量。此外，在高電阻率情況下，電極裝置能夠比感應裝置進行更好的電阻率測量。由於這些原因，SFL或者其它淺層電極裝置更加堅固。因而，電極裝置優選使用在高電阻率和井況差的情況下，其通常會在低成本的井中發現。
對具有SFL或者電極裝置的較好的感應裝置的另一興趣來源於這樣一個事實，即許多老的電阻率測井是通過感應-SFL型儀器獲得的，這些儀器測量ILD，ILM，和SFL。因為近來對那些由於油層薄而未開發的老油田再次開發投入興趣，對不僅能夠進行精確測量還能夠提供與「老」的感應-SFL測量值井到井(well-to-well)相關的可能性的設備和方法具有新的需求。
因此，需要具有更好的但更簡單的電阻率測井儀器和方法以獲得感應-SFL測量值。
發明內容
一方面，本發明的實施例涉及一種測井儀器。根據本發明一個實施例的測井儀器包括設置在工作筒上的感應陣列組；沿著測井儀器的縱向軸線與感應陣列組相鄰設置的電子模塊組；以及布置在圍繞電子模塊組設置的殼體上的淺層電極陣列，其中感應陣列組包括沿著測井儀器縱向軸線相互間隔開的發射器天線、第一接收器天線和第二接收器天線，第二接收器天線設置在發射器天線與第一接收器天線之間。
另一方面，本發明的實施例涉及測井方法，根據本發明一個實施例的測井方法使用一種測井儀器，該測井儀器包括設置在工作筒上的感應陣列組；沿著測井儀器的縱向軸線與感應陣列組相鄰設置的電子模塊組；以及布置在圍繞電子模塊組設置的殼體上的淺層電極陣列，其中所述感應陣列組包括沿著測井儀器縱向軸線相互間隔開的發射器天線、第一接收器天線和第二接收器天線，所述第二接收器天線設置在發射器天線與第一接收器天線之間，並且其中感應陣列組不超過8英尺長。所述的方法包括在井筒內設置所述的儀器；使用第一接收器天線採集第一電阻率測量值和使用第二接收器天線採集第二電阻率測量值；採集淺層電阻率測量值，並且處理第一電阻率測量值、第二電阻率測量值和淺層電阻率測量值以提供巖層電阻率。
圖1A示出了具有長天線陣列組的現有技術的感應裝置；圖1B示出了具有摺疊天線陣列的現有技術的感應裝置；圖2示出了根據本發明一個實施例的測井儀器；圖3示出了根據本發明一個實施例的感應陣列的徑向響應型面圖；圖4為示出了實施感應相量處理方法的方框圖；圖5A-5C示出了使用現有技術的測井儀器和使用根據本發明一個實施例的測井儀器所獲得的測量值的比較測井曲線；圖6A-6D示出了使用現有技術的測井儀器和使用根據本發明一個實施例的測井儀器所獲得的測量值的比較測井曲線；圖7A-7C示出了使用現有技術的測井儀器和使用根據本發明一個實施例的測井儀器所獲得的測量值的比較測井曲線；和圖8示出了根據本發明的一個實施例的測井方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明涉及一種測量巖層電阻率的設備和方法。根據本發明實施例的測井儀器具有簡單的構成，然而能夠提供可與更先進的儀器相比的測量值。此外，根據本發明實施例的測井儀器能夠提供可與現有技術的儀器相比的探測深度，以便由本發明的儀器所得的測量值能夠與由其它儀器所得的測量值相比。因此，本發明的實施例使用簡單的方法來滿足工業上對具有效率和成本效率的裝置和方法的需要，同時還提出了對測量值精度和與老的測井相關的可能性的要求。
如上所述，在設計感應裝置時應該考慮多種因素。這些因素包括探測深度(DOI)、解析度、井筒效應、工作頻率、以及互感。本發明的實施例充分地考慮了這些因素，但是使用了簡單的結構來獲得所需結果。
圖2示出了一種基於現有技術的根據本發明的實施例的感應-SFL儀器，所述儀器如為斯倫貝謝技術公司(Houston，TX)研製的以商品名稱DITTM出售的儀器。如圖所示，感應-SFL儀器400包括感應陣列組402和淺層電極陣列401。儘管淺層電極陣列401類似於現有技術的SFL儀器提供了井筒附近的電阻率，感應陣列組402提供類似於現有技術的感應裝置的深層讀數和中等深度讀數的測量值。
在所示的實施例中，感應陣列組402設置在工作筒41上，該工作筒可以是授權給Barber等並轉讓給本發明受讓人的美國專利US4,651,101和US4,873,488中所披露的導電性工作筒。感應陣列組402可包括發射器天線42和多個接收器天線44，46，48和補償天線43，45，47。如現有技術的摺疊陣列感應裝置，根據本發明的實施例的感應陣列組402具有相對於發射器天線42設置在儀器一側的接收器天線44，46，48和補償天線43，45，47。為了簡明的描述，這裡所用的「天線」既指單線圈天線也指多線圈天線系統(比如聚焦線圈系統)。
如圖2所示，本發明的感應陣列組402包括用於深層電阻率測量的天線。深層讀數天線48測量遠離井筒處的電阻率。深層讀數測量較少受泥侵的影響，並且所測電阻率在必要的校正之後能夠提供真實的巖層電阻率(Rt)。如上所述，深層DOI能夠利用較長的發射器-接收器間距來獲得。然而，較長的間距必定使儀器變長。根據本發明優選實施例的儀器具有設置在感應陣列組402上距發射器天線42約45英寸處的深層讀數天線48。大約45英寸的間距提供充足的深層DOI，而不需使儀器太長。補償天線47設置在發射器天線42與深層讀數天線48之間合適的位置處(比如距發射器天線42約27英寸處)，以使發射器天線42與深層讀數天線48之間的直接耦合(互感)最小或者得到減輕。
發射器42與深層讀數天線48之間的45英寸的間距類似於AITTM上的間距。通過使用與現有儀器的構成相似的結構，本發明的儀器的成本可最小化。此外，發射器42與深層讀數天線48之間的45英寸的間距能夠提供可與老的測井儀器(如DITTM)的深層讀數(ILD)相比的DOI。如果需要進行更深的探測，本發明的45英寸的測量可與其它測量(如使用後面描述的使用22英寸的陣列所獲得的測量)(反)組合，根據現有技術中已公知的方法。對於組合不同的DOI測量以獲得更深的測量的方法可參見如授權給Chandler等並轉讓給本發明的受讓人的美國專利US5,157,605。這一專利整體引入作為參考。因而，本發明的儀器能夠提供與現有技術的儀器進入巖層一樣深的測量深度，且具有更短長度。
此外，本發明的儀器還包括設置在陣列組402上距發射器天線42約22英寸的中等深度讀數的天線46。補償天線45設置在發射器天線42與中等深度讀數天線46之間合適的位置處(例如距發射器天線約16英寸處)，以使這兩個天線之間的直接耦合最小或者得到減輕。另外，22英寸的間距基於現有的AITTM以使儀器的成本最低，儘管保持了可與通過使用現有技術的儀器(如斯倫貝謝技術公司(Houston，TX)研製的以商品名稱DITTM出售的雙感應-SFL儀器)獲得中等深度的DOI測量值(ILM)相比的測量值的能力。利用DITTM所獲得的ILM一般具有約30英寸的DOI，其等同於由圖2所示的儀器的中等深度讀數的天線46所提供的DOI。
如圖2所示，本發明的儀器可選擇地包括淺層讀數天線44，其設置在陣列組上距發射器42約12英寸處。淺層讀數天線44以很可能在泥漿侵入帶的淺的DOI(如約18英寸)處測量電阻率。淺層讀數天線44可以任選，這是由於在導電性的泥漿內SFL儀器(後面要進行描述)可用於測量井筒附近的電阻率。然而，如果使用非導電性的泥漿(即油基泥漿，OBM)，淺層讀數天線44更適於測量井筒附近的電阻率。測量侵入帶的電阻率是重要的，其原因在於兩個方面其提供了泥侵的證據，泥侵表明了巖層具有滲透性；並且其提供了在對侵入帶內未湧出的油進行校正之後可用於計算電阻率孔隙的數值。補償天線43設置在發射器42與淺層讀數天線44之間的合適位置處(如距發射器天線42約9英寸)，以使這兩個天線之間的直接耦合最小或者得到減輕。
圖3示出了圖2所示感應裝置的徑向響應。如圖所示，在幾何因子(GF)為0.5時，淺層讀數天線44、中等讀數天線46和深層讀數天線48分別具有約18英寸、30英寸和61英寸的DOI。因此，這三個天線44，46和48可分別用於模擬現有技術的DITTM的SFL響應、ILM響應和ILD響應。
上面對本發明優選實施例的描述表明接收器天線以距發射器天線一定的間距設置。這些特定的間距被選定為與現有儀器(如AITTM)的間距相同，以使儀器的成本最低，同時保留儀器所需性能。本領域的普通技術人員可以理解，感應陣列組402內的天線還可以以其它間距進行間隔，以提供所需測量特性。因此本發明並不局限於圖2所示的特定的間距。
由於與現有的儀器具有相同的發射器-接收器間距，根據本發明的儀器可使用現有的電子元件以使成本最低。例如，圖2所示的實施例可使用與應用在AITTM中相同的電子模塊。通常，這些電子模塊布置在設置在天線陣列組上方的組內。此外，如果使用玻璃纖維間隔筒(或筒管)代替陶瓷間隔筒(或筒管)，感應陣列組402的成本還可進一步的降低。當使用玻璃纖維間隔筒時，玻璃纖維布優選以一定的方式取向以使縱向熱膨脹係數儘可能的低。
一種優選的根據本發明的儀器包括一個發射器天線和兩個或三個接收器天線(發射器和接收器形成了天線陣列)。雖然可包括其他感應陣列，但是它們增加了儀器的複雜程度和成本。此外，附加天線需要使用共同纏繞的接收器/補償線圈。例如，圖1B所示的現有技術的儀器使用了更加複雜的共同纏繞的接收器/補償線圈。複雜性是因為必須同時滿足兩個標準特定的接收器線圈匝數(N)與相應的補償線圈匝數(N)之間的匝數比必須仔細選擇以便平衡或者消除發射器與接收器陣列之間的直接互感；當仔細選擇前述匝數比時，接收器線圈(N-1)和與另一接收器線圈(N)相關的補償線圈(N)必須以距發射器相同的距離共同纏繞在相同的陶瓷筒管上。相比之下，本發明的實施例具有簡單的天線陣列，不需要使用共同纏繞的天線，也就是，在本發明的實施例中共同纏繞是可選的。
用於控制的電子元件和發射器天線42和接收器天線44，46，48可布置在電子模塊組403上並與感應天線陣列組402(上方或下方)相鄰設置。在圖2所示的實施例中，電子模塊組403沿著儀器軸線設置在感應陣列天線組402的上方。如上所述，用於圖2所示儀器的電子元件可使用與現有儀器，如AITTM，相似的電子模塊。在優選實施例中，電子模塊組403的直徑較小，以便支承淺層電極陣列401的殼體(襯套)可設置在電子模塊組403的周圍而不會使儀器直徑太大。此外，電子模塊組403的長度優選短，以使儀器的整體長度可保持儘可能的短。
除了感應陣列組402之外，根據本發明的儀器還包括淺層電極陣列401。淺層電極陣列401適於測量井筒附近的電阻率，比如，在約18英寸的DOI處。本領域的普通技術人員可以理解其它電極陣列結構也可能獲得所需的測量值。
根據本發明的一個實施例，淺層電極陣列401可基於由反饋所控制的球形聚焦側向測井(SFL)儀器。淺層電極陣列401包括返回電流電極A1和A』1，檢測電極M0和M』0，以及測量電極對M1，M2和M』1，M』2，全部對稱設置在中心電流電極A0兩側，如圖2所示。在優選實施例中，所有的這些電極都設置在絕緣殼體40上，絕緣殼體40設置在電子模塊組403的上方，電子模塊組403也是整塊隔離和絕緣的。
圖2所示的淺層電極陣列401類似於現有技術的SFL儀器。然而淺層電極陣列401的總長度(如約6英尺)小於通常的SFL儀器(約10英尺)。此外，為了使儀器的尺寸減到最小，淺層電極陣列401可與感應陣列組402共用同一電子模塊組403。例如，中心電流電極A0可連接到感應發射器42上，並且用於其它電極的電極測量電路可被用於接收器天線44，46，48的電路所共用。利用共用電路，一種類似於使用在由斯倫貝謝技術公司(Houston，TX)研製以商品名稱為HALSTM出售的高解析度的方位側向測井探頭的恆定功率設備，可用於限制電壓測量的動態範圍。如果必要，恆定功率設備可斷開感應發射器。高解析度的方位側向探測技術在如授權給Smits等的專利US5,754,050、授權給Smits的專利US5,852,363、授權給Eisenmann等的專利US6,046,593和授權給Eisenmann等的專利US6,369,575中已經披露。這些專利轉讓給本發明的受讓人並引入作為參考。
雖然上述描述基於SFL基電極陣列，但是本領域的普通技術人員可以理解，根據本發明實施例的儀器還可基於其它電極陣列結構，比如由斯倫貝謝技術公司(Houston，TX)研製以商品名稱為HALSTM出售的高解析度的側向測井陣列儀器。
如現有技術的SFL，圖2所示的淺層電極陣列401使用兩種電流模式進行操作從中心電極A0到返回電流電極A1，A』1的輔助電流；從中心電極A0到距淺層電極陣列401一定距離的電流迴路的觀測(探測)電流。在現有技術的SFL(如DITTM上的SFL儀器)中，觀測電流返回到儀器上方的儀器本體。然而，利用根據本發明實施例的儀器內整體隔離並絕緣的電子套，電極(其可以為整體隔離的)可用在管柱內最上端的儀器內以提供返回電流。
在測井期間，輔助電流從中心電流電極A0發出並返回到返回電流電極A1和A』1。輔助電流使觀測電流進入巖層從而在巖層內等位面上形成近似球形的形狀。當M1和M2上的讀數相等時，就獲得了聚焦條件。本領域的普通技術人員可以理解，檢測並維持聚焦狀態可使用軟體進行控制以使對硬體的要求(由此對儀器的尺寸的要求)最低。然而，如果有需要可以使用硬體。
根據本發明實施例的儀器可選擇包括儀器末端的電極51以測量泥漿電阻率。這一電極51類似於AITTM儀器的RM傳感器。已經示出，傳感器設置在儀器底部很少受井壁的鄰近效應的影響。因而根據已知的現有技術，如使用查閱表，電極51所採集的測量值可用於校正井筒和泥漿的影響。
根據圖2所示的實施例，感應陣列組402的長度約為45英寸。這一長度與陣列組402任一側的12英寸一起使所述的儀器為63英寸(約5.3英尺)長。這一長度遠遠小於AITTM的長度(約8英尺)或者DITTM的長度(約13英尺)。本發明的淺層電極陣列401約6英尺長，其與兩端部一起使所述儀器約為8英尺長。這一長度小於通常的現有技術的SFL儀器的長度(約10英尺長)。因而，根據本發明一個實施例的儀器400的總長度可與13英尺一樣短，其遠遠小於大多數現有技術的感應-SFL儀器的長度(一般為15英尺或更長)。
在採集完成之後，可用常規的處理方法，對各種環境影響校正電導率測量值。例如，通過單獨的陣列測量值的相量處理可減小趨膚效應。相量處理在授權給Barber並轉讓給本發明的受讓人的專利US4,513,376中被批露。這一專利整體引入作為參考。簡單的說，在相量處理中，過濾函數用於每一測井測量值的正交相X分量，以獲得代表作為巖層電導率的探頭響應函數內變化的校正因子。然後，校正因子與同相R分量相加以提供趨膚效應補償測井。
與之相似，授權給Shaefer等的美國專利US4,471,436公開了使用相量處理來校正圍巖影響和趨膚效應的方法。這一專利轉讓給本發明的受讓人並整體引入作為參考。圍巖影響通過產生空間反卷積過濾得到降低，當與探頭響應函數卷積時，空間反卷積過濾削尖了主瓣並將副瓣減小到接近零。用於提高感應測井儀器解析度的其它方法在授權給Barber並轉讓給本發明的受讓人的美國專利US4,818,946和US4,837,517中被批露。這些專利整體引入作為參考。此外，井筒校正還可通過使用本領域已公知的方法，如通過使用查閱表來進行校正。
圖4示出了一種典型的感應測井系統，其在根據本發明實施例的儀器內實施。如圖4所示，感應測井儀器30通過一些輸送裝置28(所述的裝置涉及任意電纜測井、隨鑽測井或者隨鑽測量技術)而懸掛在井眼26內。該工具30由電源10進行供電，並包括具有三個線圈的感應陣列的探頭31，所述的感應陣列包括發射器T和兩個接收器R1和R2。探頭31具有探頭響應函數g(z，σF)，其將巖層電導率σF(z)映射成測井測量值。儀器30還包括相敏檢波器32，其響應於來自發射振蕩器34的信號和接收器R1和R2的所接收的信號以產生同相σR(z，σF)和正交相位移σX(z，σF)，用於每一測井測量值的分量。
處理單元12可以為普通用途的程序控制計算機，其包括多路編解器16，其分離由儀器30所接收的每一測井測量值的兩個分量。同相分量用於反卷積過濾器18和暫時用於求和裝置24。正交相位移分量可用於線性過濾裝置20，如授權給Barber的美國專利US4,513,376中所描述的。反卷積過濾器18實施基於幾何因子響應函數gGF(z)的過濾器響應函數h(z)。過濾器18的輸出值為反卷積電導率測量值σD(j)並表示處理過的測量值。過濾器18的輸出值用於求和裝置24和記錄器14以可能記錄作為處理過的測井值。暫時用於求和裝置24的為來自多路編解器16的同相分量測量值。當與正交相位移分量σP(j)的相量處理一起使用時，改進的感應測井可通過將σP(j)和σD(j)相加或者直接與σR(z，σF)相加而獲得。
本領域的普通技術人員可以理解，任何本領域公知的其它合適的處理方法都可用於代替或添加在這裡所述的方法。此外，在導電性(水基)或非導電性(油基)泥漿中利用三個探測深度，通過使用合適的運算，在這一階段可獲得階梯形型面侵入反轉。另外，可在這一點完成需要將少量的22英寸陣列與45英寸陣列反(negatively)組合以模擬ILD的處理。最後，其它基本的處理可用於進行常規的環境校正，例如溫度、井筒尺寸、泥漿電阻率等。
工業中已經發展了大量的巖層模型來測試測井儀器和處理方法。這些模型中的三個模型為Oklahoma巖層模型、墨西哥灣巖層模型和Conoco的試井模型，這三個模型都用於證明本發明儀器的性能。圖2所示的儀器的響應起源於利用AITTM12，21和39英寸陣列並利用AITTM恢復算法所處理的測量值。這些響應可與AITTM和現有技術的DITTM的響應相比。AITTM測量電導率陣列，其包括10英寸、20英寸、30英寸、60英寸和90英寸的探測深度。DITTM在約18英寸的DOI處測量SFL，在約30英寸的DOI處測量ILM，以及在約61英寸的DOI處測量ILD。
圖5A-5C、圖6A-6D和圖7A-7C示出了使用三種巖層模型的不同儀器所產生的比較測井曲線。每一條測井曲線描述了各種由指定儀器所得到的曲線DITTM、AITTM和本發明的儀器。這些測井曲線所代表的曲線包括電阻率(歐姆-米)，真實電阻率Rt、井筒直徑(英寸)、測井井段(英尺)、侵入半徑r1(英寸)。此外，圖6A-6D和圖7A-7C所示的測井曲線還表示了侵入(或者過渡)帶電阻率曲線RXO。
圖5A-5C為使用Oklahoma巖層模型所產生的測井曲線。圖5A為DITTM標準測井曲線。從這一測井曲線可清楚地知道，這一儀器不能產生精確的真實電阻率(Rt)。這在110英尺與130英尺之間的20英尺的測井井段內最為明顯。在這一高電阻率區域內，甚至當巖層解析度不成問題時，ILM和ILD測量的不精確性也是明顯的。相比之下，圖5B中的AITTM測井曲線示出了響應整個範圍電阻率的近乎完美的測井曲線，包括110英尺與130英尺之間的20英尺的測井井段。此外，其示出了在AITTM測井曲線相對於DITTM測井曲線所示的平滑曲線所示的階梯形型面。由於所測電阻率存在大的差異，不同的曲線特徵使新的AITTM測井曲線與老的DITTM測井曲線之間的井到井的相互關聯很困難。
在圖5C中，本發明的儀器提供一種測井曲線，該曲線接近於更加複雜的AITTM的測井曲線，其中示出，本發明的儀器僅利用兩個感應陣列和一個SFL儀器就獲得了這一結果，而AITTM卻使用了5個感應陣列。從圖5C中可明顯看出，使用本發明的儀器所獲得的測井曲線中的圍巖影響已經被完全校正。因此，從使用本發明的儀器所獲得的測井曲線所估算出的巖層電阻率應該比來自DITTM測井曲線的巖層電阻率更加精確。
圖6A-6D示出了使用墨西哥灣巖層模型所產生的比較測井曲線，其具有RXO＜RR的侵入帶的油層(40-60英尺)、過渡帶(60-90英尺)以及水區(90-110英尺)。圖6A-6C分別示出了DITTM標準測井曲線、AITTM測井曲線、以及使用本發明的儀器所獲得的測井曲線。所有三種測井曲線提供了相似的電阻率型面圖。然而，在具有泥侵的水區(90-110英尺)，DITTM的SFL儀器和本發明的儀器提供了更加精確的侵入帶電阻率(RXO)。如果本發明的儀器配有淺層讀數天線，其可不使用SFL儀器而在OBM井中使用，如圖6D所示。
圖7A-7C示出了使用Conoco試井所產生的測井曲線，該井形狀不規則並且以具有侵入帶電阻率與泥漿電阻率相等，即RXO＝Rm的「侵入」帶為模型。圖7A-7C分別示出了DITTM典型測井曲線，AITTM測井曲線、以及使用本發明的儀器所獲得的測井曲線。除了45英尺和70英尺之間的井段內的近井筒測量之外，在該井段會出現低電阻率侵入，在大部分井段內，所有這三種儀器似乎產生可比較的測井曲線。有意思的是，DITTM與本發明的儀器的SFL讀數產生相似的結果，雖然10英寸的AITTM的感應陣列產生不同的讀數。因此，在新的測井曲線與老的DITTM測井曲線之間的井到井的相互關聯中，本發明的儀器比AITTM更加有用。
圖8為示出了根據本發明的一個實施例的測井方法80的流程圖。步驟開始(步驟82)於通過在井筒中設置一個根據本發明的一個實施例的測井儀器。該測井儀器包括感應陣列組和淺層電極陣列。接下來，進行一系列的感應測量和電流電極測量(步驟84)。之後，對所採集的數據進行處理，以便提供可與本領域技術的狀態可比的精度的電阻率測量值並同時提供具有可同老的感應-SFL測井曲線可比的特性的巖層電阻率的型面圖(步驟86)。
本發明的優點包括降低了儀器的長度而產生高效的設備和方法。根據本發明的儀器可使所要鑽的井具有較少的鼠洞，反過來這又減少了鑽井時間。較短的儀器具有較低的卡鑽風險。此外，較短的儀器管柱可提高到達井底的機率，尤其是當井內具有折線形或彎曲時。結果是較快的作業並由此節省了大量的鑽井時間。根據本發明的儀器還需要較低頻率的採樣間隔，其使得測井速度為可比儀器如AITTM的測井速度的兩倍。
此外，本發明的實施例能夠提供允許井到井相互關聯的測量值以便分析老的油氣田保持的剩餘油氣量。
雖然結合有限數量的實施例對本發明作了描述，受益於這一公開的本領域技術人員可以理解，可以設計出其它實施例而不偏離在此所公開的本發明的範圍。因此，本發明的範圍應該僅由所附的技術方案進行限定。
權利要求
1.一種測井儀器，其包括設置在工作筒上的感應陣列組；沿著測井儀器的縱向軸線與感應陣列組相鄰設置的電子模塊組；以及布置在圍繞電極模塊組設置的殼體上的淺層電極陣列，其中，所述感應陣列組包括沿著測井儀器縱向軸線相互間隔開的發射器天線、第一接收器天線和第二接收器天線，所述第二接收器天線設置在所述發射器天線與所述第一接收器天線之間。
2.如權利要求1所述的測井儀器，其中所述感應陣列組不超過8英尺長。
3.如權利要求1所述的測井儀器，其中第一接收器天線與發射器天線間隔開約45英寸。
4.如權利要求3所述的測井儀器，其還包括設置在發射器天線與第一接收器天線之間選定位置處的第一補償線圈。
5.如權利要求4所述的測井儀器，其中所述的選定位置距發射器天線約27英寸。
6.如權利要求1所述的測井儀器，其中第二接收器天線與發射器天線間隔開約22英寸。
7.如權利要求6所述的測井儀器，其還包括設置在發射器天線與第二接收器天線之間選定位置處的第二補償線圈。
8.如權利要求7所述的測井儀器，其中所述的選定位置距發射器天線約16英寸。
9.如權利要求1所述的測井儀器，其還包括在感應陣列組內的第三接收器天線，其中所述第三接收器天線設置在所述發射器天線和第二接收器天線之間，距離所述發射器天線約12英尺處。
10.如權利要求9所述的測井儀器，其還包括設置在發射器天線與第三接收器天線之間選定位置處的第三補償線圈。
11.如權利要求10所述的測井儀器，其中所述的選定位置距發射器天線約9英寸。
12.如權利要求1所述的測井儀器，其中所述的工作筒是導電性的。
13.如權利要求1所述的測井儀器，其中所述的淺層電極陣列包括中心電極；沿著測井儀器的縱向軸線以基本相等的距離設置在中心電極兩側的第一對測量電極；沿著測井儀器的縱向軸線以基本相等的距離設置在中心電極兩側的第二對測量電極，其中每一個第二對測量電極設置在中心電極與第一對測量電極中的一個電極之間；沿著測井儀器的縱向軸線以基本相等的距離設置在中心電極兩側的一對返回電流電極，其中該對返回電流電極中每一個設置在中心電極與第二對測量電極中的一個電極之間；沿著測井儀器的縱向軸線以基本相等的距離設置在中心電極兩側的一對檢測電極，其中該對檢測電極中每一個設置在中心電極與該對返回電流電極中的一個電極之間。
14.如權利要求13所述的測井儀器，其中所述的殼體不超過8英尺長。
15.如權利要求1所述的測井儀器，其中測井儀器的總長度不超過15英尺長。
16.如權利要求1所述的測井儀器，其中測井儀器的總長度不超過13英尺長。
17.如權利要求1所述的測井儀器，其中所述的淺層電極陣列與感應陣列組共用電子模塊組。
18.如權利要求1所述的測井儀器，其還包括設置在測井儀器端部的電極。
19.一種使用儀器進行測井的方法，該儀器包括設置在工作筒上的感應陣列組；沿著所述測井的儀器的縱向軸線與感應陣列組相鄰設置的電子模塊組；以及布置在圍繞電子模塊組設置的殼體上的淺層電極陣列，其中，所述感應陣列組包括沿著測井儀器縱向軸線相互間隔開的發射器天線、第一接收器天線和第二接收器天線，所述第二接收器天線設置在發射器天線與第一接收器天線之間，所述方法包括在井筒內設置所述的儀器；使用第一接收器天線採集第一電阻率測量值和使用第二接收器天線採集第二電阻率測量值；採集淺層電阻率測量值；以及處理第一電阻率測量值、第二電阻率測量值和淺層電阻率測量值以提供巖層電阻率。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述的淺層電阻率測量值使用淺層電極陣列採集。
21.如權利要求19所述的方法，其中所述的淺層電阻率測量值使用設置在感應陣列組內的第三接收器天線採集。
22.如權利要求19所述的方法，其中所述處理包括對圍巖影響和趨膚效應進行校正。
23.如權利要求19所述的方法，其中所述處理包括提高解析度。
全文摘要
一種測井儀器，包括設置在工作筒上的感應陣列組；沿著測井儀器的縱向軸線與感應陣列組相鄰設置的電子模塊組；以及布置在圍繞電子模塊組設置的殼體上的淺層電極陣列，其中所述感應陣列組包括沿著測井儀器縱向軸線相互間隔開的發射器天線、第一接收器天線和第二接收器天線，所述第二接收器天線設置在發射器天線與第一接收器天線之間。
文檔編號G01V3/28GK1627101SQ200410100258
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月10日 優先權日2003年12月12日
發明者T·D·巴伯 申請人:施盧默格海外有限公司