用於在鑽頭前方以及在鑽頭處按照方位角確定地層電阻率的方法和設備的製作方法

2023-10-22 20:38:57 1

專利名稱：用於在鑽頭前方以及在鑽頭處按照方位角確定地層電阻率的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及對碳氫化合物的勘探，其包含對穿透地層的鑽 井的電學研究。更具體地，本發明涉及沿地層內的鑽井移動的工具上
的4義表鑽頭(instrumented bit),其用於引入和測量注入到鑽井壁中 的單獨勘查電流。還可以提供額外的測量傳感器。
背景技術：
電地鑽井測井(electrical earth borehole logging )是乂A知的,並 且為此目的已描述了各種裝置和各種技術。廣泛地說，在電測井裝置 中使用兩類裝置。在稱為"電流(galvanic )，，裝置的第一類中，電 極向地層中發射電流，以便確定電阻率。最簡單的形式的電流裝置之 一是所謂的"普通"裝置，其中電流電極通過地層向遠程返回位置發 射電流，並且電壓電極測量由該電流產生的相對於該遠程參考位置的 電位。在第二類即感應測量工具中，測量4義器內的天線在地層內感應 出電流流動。可以通過藉助於同一天線或分開的接收機天線測量此電 流的傳播引起的大小或衰減，確定電阻率。本發明的各種示意性實施 例屬於第一類即電流裝置，如以下將更詳細描述的。
普通類型裝置已被廣泛用在測井工業中，用以在鑽井液比地層電 阻率更高或者電阻率略微更低時確定地層電阻率。早期裝置之一是 Doll的裝置，其中使用所謂的"微型普通(micronormal)"工具用 於測量鑽井壁附近的電阻率。
一些電流裝置被設計為將勘察電流聚焦在要被確定電阻率的地 層中。例如，Birdwell (美國專利3，365，658)教導了使用聚焦的電極 用於確定地下的地層的電阻率。從中央勘查電極向相鄰的地層中發射
5勘查電流。利用從位置與勘查電極相鄰並位於其任一側的附近的聚焦 電極發射的聚焦電流，此勘查電流從鑽井向外被聚焦為比較窄的電流 束。其他電流裝置聚焦鑽井壁附近的電流。當泥漿電阻率遠低於地層 電阻率時這是有用的。
授予Chemali等人且與本發明具有相同受讓人的美國專利 6,050,068教導了在鑽井過程中用於進行地層的電阻率測量的設備，該 專利的內容通過引用被包含在本文中。鑽頭在井底鑽具上被傳送用於 鑽井。在鑽頭的外表面上承載至少一個測量電極，並且所述至少一個 測量電極被用於將測量電流傳送到地層中。在鑽頭的腔中設置的裝置 響應至少以下之一(i)該電流，以及(ii)所述至少一個測量電極 的電壓。此裝置的響應指示鑽井附近的地層的電阻率的測量。耦合到 所述至少一個電極的電壓源向所述至少一個電極提供規定的電壓。在 Chemali等人的上述美國專利中公開的裝置是非聚焦的裝置。因此， 由於在工具的轉動期間電極的緊密距(standoff)的改變，在測量出的 電阻率中可能有差異。可能希望降低緊密距的影響。受益於本發明的 本領域技術人員將會認識到在鑽井期間可能由於鑽頭的跳動而引起鑽 頭處的緊密距。

發明內容
此公開的 一個實施例是一種用於在鑽井期間測量地層的設備。該 設備包括在井底鑽具(BHA)上被傳送的鑽頭。鑽頭上的電極被配置 為將測量電流傳送到地層中，所述電極與所述鑽頭電絕緣。配置功率 源以生成測量的電流並且將鑽頭保持在一個電位，所述電位的值基本 上等於所述電極的電位。該設備還包括處理器，所述處理器被配置為 使用所述電位的值和所述電流的值，以估計所關心的參數的值，並且 將所估計的值記錄在合適的介質上。所關心的參數可以是地層的電阻 率、地層的導電率、到地層中的界面的距離和/或地層的電阻率圖像。 該設備還可在BHA上包括姿態傳感器，所述電極處於鑽頭的一側， 其中所述處理器還被配置為壓縮地層的電阻率圖像並將其以遙測方式
6可被配置為使用從對已知電阻率的介質 中的測量確定的校準因子估計所關心的參數的值。所述姿態傳感器可 以是加速度計、磁強計和/或陀螺儀。所述功率源還可包括環狀線圈。 所述設備還可包括電流測量裝置，其被配置為提供測量電流的值。所 述處理器還可被配置為基於所確定的到地層中的界面的距離和/或地
層的電阻率圖像控制BHA的鑽井方向。
另一個實施例是在鑽井期間測量地層的所關心的參數的方法。該 方法包括在BHA上將鑽頭傳送到鑽井。利用鑽頭上的且與所述鑽頭 電絕緣的電極將測量電流傳送到地層中。測量電流被聚焦，並且使用 電極的電位的值和電流的值，對所關心的參數的值進行估計。所關心 的參數的所估計的值被記錄在合適的介質上。聚焦測量的電流的步驟 可以通過將鑽頭維持在一個電位來進行，所述電位的值基本上等於所 述電極的電位。所關心的參數可以是地層的電阻率、地層的導電率、 到地層中的界面的距離和/或地層的電阻率圖像。該方法還可包括在 BHA上測量姿態，從鑽頭側傳送測量電流，並且壓縮地層的電阻率圖 像並將其以遙測方式傳送到地表位置。對所關心的參數的值進行估計 的步驟還可基於使用從對已知電阻率的介質中的測量確定的校準因 子。測量所述BHA的姿態的步驟可基於利用姿態傳感器，所述姿態 傳感器可以是加速度計、磁強計和/或陀螺儀。所述測量電流可利用環 狀線圏而被生成。測量電流的值可通過使用電流測量裝置而被提供。 該方法還可包括基於所確定的到地層中的界面的距離和/或地層的電 阻率圖像，控制BHA的鑽井方向。
另一實施例是計算機可讀介質，其與用於測量地層的所關心的參 數的設備一起使用。所述設備包括在BHA上被傳送的鑽頭。鑽頭上 的電極被配置為將測量電流傳送到地層中，所述電極與所述鑽頭電絕 緣。配置功率源以生成測量電流並且將鑽頭保持在一個電位，所述電 位的值基本上等於所述電極的電位。該介質包括指令，所述指令使處 理器能夠使用所述電位的值和所述電流的值，以估計所關心的參數的 值，並且將所關心的參數的所估計的值記錄在合適的介質上。該介質可以包括ROM、 EPROM、 EEPROM、快閃記憶體和/或光碟。


參照以下附圖，本發明得到最佳理解，在附圖中相似的附圖標記 指示相似的元件。
圖l是包括根據本發明的各種示意性實施例的電阻率測井工具的 鑽井系統的示意圖2是本發明的一個實施例的圖示，其中使用鑽頭而聚焦在該鑽 頭前方的測量電流；
圖3是本發明的對方位角靈敏的實施的圖示，其中使用鑽頭而聚 焦該測量電流；
圖4是鑽頭和在鑽頭前面的測量電極的模型的圖示，用於對本發 明的電阻率測井工具的響應進行仿真；以及
圖5示出本發明的電阻率測井工具對鑽頭前方的地層界面的電流 與現有技術的測井工具的響應之間的比較。
具體實施例方式
圖1示出鑽井系統10的示意圖，所述鑽井系統10具有井下鑽具， 所述井下鑽具包含根據本發明一個實施例的傳感器系統和地表裝置。 如圖所示，系統10包括豎立在鑽臺12上的常規井架11，所述鑽臺12 支持轉盤14，所述轉盤14通過原動機(未示出)以所需的轉動速度 轉動。包括鑽杆部22的鑽柱20從轉盤14向下延伸到鑽井26中。連 附在鑽柱20井下端上的鑽頭50在轉動時使地質地層碎裂。鑽柱20 經由方鑽杆接頭21、轉體28、和線路29，通過滑輪組29a耦合到絞 車30。在鑽井操作期間，絞車30被操作為控制鑽頭上的重量和鑽柱 20向鑽井26中的穿透速率。絞車30的操作在本領域中是公知的，因 而不在此詳細描述。
在鑽井操作期間，來自泥坑32的合適的鑽井液(在本領域中通 常稱為"泥漿，，)31藉助泥漿泵34在壓力下通過鑽柱20被循環。鑽井液31從泥漿泵34經由波動消除器36、鑽井液線路38、以及方鑽杆 接頭21進入鑽柱20中。鑽井液31在鑽井底部51通過鑽頭50中的開 口被排放。鑽井液31通過鑽柱20和鑽井26之間的環形空間27向井 上循環，並且經由返回線路35被排放到泥坑32中。優選地，根據本 領域中的已知方法，適當地在地表部署各種傳感器(未示出)，以提 供關於各種與鑽井相關的參數的信息，諸如鑽井液流率、鑽頭上的重 量、大鉤負載等。
地表控制單元40經由布置在鑽井液線路38中的傳感器43，接收 來自井下傳感器和裝置的信號，並且根據提供給地表控制單元40的編 程的指令處理這些信號。地表控制單元40在顯示器/監視器42上顯示 所需的鑽井參數和其他信息，這些信息被操作者利用以控制鑽井操作。 地表控制單元40包含計算機、用於存儲數據的存儲器、 一臺或多臺數 據記錄機和/或其他外圍設備。地表控制單元40還包括模型，並且根 據編程的指令處理數據，並且響應通過適當的裝置諸如鍵盤輸入的用 戶命令。控制單元40優選適於在發生某種不安全或不希望的操作狀況 時激發警報44。本領域技術人員將認可，如果使用泥漿馬達，則在鑽 頭和鑽柱之間存在相對轉動，並且必需考慮鑽頭和鑽柱之間的信號傳 送。這種傳送可以使用電磁遙測來進行。
當鑽井液31在壓力下通過泥漿馬達55時，經由布置在軸承57 中的傳動杆(未示出)耦合到鑽頭50的鑽頭馬達或泥漿馬達55轉動 鑽頭50。軸承57支持鑽頭50的徑向和軸向力、鑽頭馬達55的下衝、 以及來自施加在鑽頭上的重量的反作用向上負載。耦合到軸承57的穩 定器58充當用於泥漿馬達55組件的最低部分的扶正器。
在該系統的一個實施例中，井下子鑽具59 (也稱為井底鑽具或 "BHA")被耦合在鑽頭50和鑽杆22之間，所述井下子鑽具59包 含用於提供關於地層的信息和井下鑽井參數的各種傳感器和MWD裝 置以及泥漿馬達55。井下鑽具59優選地在結構上是模塊化的，即各 種裝置都是互連的部件，使得單個部件可以在需要時被更換。可能有 必要在鑽頭和返回電極(以下討論)之間的所有其他裝置中組裝用於
9鑽頭電極(也在以下討論)的纜線。
仍返回參考圖1，除了上迷傳感器之外，BHA 59還可以包含傳 感器和裝置。這些裝置包括用於測量鑽頭50附近和/或前方的地層電 阻率的裝置64、用於測量地層伽馬射線強度的伽馬射線裝置76、以及 諸如用於確定鑽柱20的傾斜和/或方位角的傾斜儀74之類的裝置。地 層電阻率測量裝置64優選耦合在下部造斜子組件62上方，所述下部 造斜子組件62提供信號，鑽頭50附近或前方的地層的電阻率從所述 信號確定。使用具有一對或更多對發射天線66a和66b的雙傳播電阻 率裝置("DPR")，所述一對或更多對發射天線66a和66b與一對 或更多對接收天線68a和68b隔開。採用了磁偶極子，所述磁偶極子 在中頻語和較低的高頻語中工作。在工作中，所發射的電磁波在傳播 通過電阻率測量裝置64周圍的地層時糹皮擾亂。接收天線68a和68b 檢測被擾亂的波。地層電阻率從所檢測到的信號的相位和幅度推導出。 所檢測到的信號由優選布置在泥漿馬達55上方的外殼70中的井下電 路和/或處理器處理，並利用適當的遙測系統72被發送到地表控制單 元40。
傾斜儀74和伽馬射線裝置76被適當地沿著電阻率測量裝置64 布置，用於分別確定鑽柱20靠近鑽頭50的部分的傾斜以及地層伽馬 射線強度。然而，可以利用任何合適的傾斜儀和伽馬射線裝置，用於 本發明的各種示意性實施例。此外，可以利用諸如磁強計、加速度計、 或陀螺儀裝置之類的姿態裝置(未示出)來確定鑽柱20的方位角。這 些裝置在本領域中公知，因而不在此詳細描述。在上述配置中，泥漿 馬達55將功率經由一個或多個穿過電阻率測量裝置64的空心杆傳送 到鑽頭50。空心杆使得鑽井液能夠從泥漿馬達55到達鑽頭50。在鑽 柱20的替換實施例中，泥漿馬達55可以被耦合在電阻率測量裝置64 下方或任何其他合適的位置。
鑽柱20例如包含模塊化的傳感器組件諸如地層電阻率測量裝置 64、馬達組件諸如泥漿馬達55組件、以及一個或多個造斜子組件諸如 下部造斜子組件62。在一個實施例中，傳感器組件包括如以下更加詳細描述的電阻率裝置、伽馬射線裝置76、以及傾斜儀74。
本發明的井底鑽具(BHA) 59包括MWD部件78，所述MWD 部件78可以包括在泥漿馬達55上方布置在MWD部件78的外殼中 的核地層孔隙度測量裝置、核密度裝置、以及聲學傳感器系統，它們 用於提供沿著鑽井26評估和測試地下地層有用的信息。本發明還可利 用任何已知地層密度裝置。可以使用任何現有技術的利用伽馬射線源 的密度裝置。在使用中，從源發射的伽馬射線進入地層，它們在那裡 與地層相互作用，並且衰減。伽馬射線的衰減通過合適的檢測器來測 量，從該衰減確定地層的密度。
上述裝置將數據發送到井下遙測系統72，所述井下遙測系統72 接著將接收到的數據向井上發送到地表控制單元40。所述井下遙測系 統72還從井上控制單元40接收信號和數據，並且將這些接收的信號 和數據發送到適當的井下裝置。本發明可以使用泥漿脈沖遙測技術， 以在鑽井操作期間通信來自井下傳感器和裝置的數據。布置在泥漿供 應線路38中的換能器43檢測響應於井下遙測系統72發送的數據的泥 漿脈衝。換能器43響應於泥漿壓力變化生成電信號，並將這些信號經 由導線45發送到地表控制單元40。諸如電磁和聲學技術之類的其他 遙測技術和/或任何其他合適的技術可以被用於本發明的目的。鑽具還 包括定向傳感器。不限制本發明的範圍，定向傳感器可以是慣性類型 的磁強計。
本發明的原理示於圖2。在鑽柱20上的適當位置，提供電壓源 107。在本例中，電壓源107被示出在鑽鋌101上和/或鑽鋌101中， 並且是BHA 59的一部分。這並不構成對本發明的限制。例如可以通 過利用在鑽柱20上和/或圍繞鑽柱20於某處安裝的環狀線圏來生成電 壓。此電壓源107在鑽柱20中生成軸向上的電流，所述電流在鑽頭 106的方向上流動，並且在遠程位置的電壓源107的相反側返回。如 果泥漿是導電的，則鑽鋌可以用作返回件。在電壓源107和鑽頭106 之間通過鑽鋌101提供電連接。為了本發明的目的，電壓源107也是 功率源，因為其在鑽柱20中生成電流。在鑽頭106內部，電極108:故安裝在鑽頭端面處。電極108與BHA 59的其餘部分隔離，並且通 過纜線109連接到諸如緊密圍繞纜線109或圍繞與纜線109串聯的測 量電阻器(未示出)安裝的環狀線圏之類的電流測量裝置103。纜線 109從電流測量裝置103到電極108所取的路線可以是任意的，但是 纜線109應該例如通過適當的電絕緣而與鑽鋌101隔離。在纜線109 的遠離電極108的另一端，電流測量裝置103連接到位於BHA 59的 鑽鋌IOI中的電子電路。通過此布置，鑽頭106 (以及鑽鋌IOI的相 鄰部分)的絕對電位與電極108的絕對電位大致相同。這保持對於由 電極108傳送的電流的聚焦狀況，如以下討論的。
通過所示的配置，鑽頭106和鑽鋌101的相鄰部分充當聚焦電極， 其將聚焦電流105在大體上如圖2所指示的方向上傳送。應該注意， 術語"傳送"應使用其最寬的含義，並且意圖包括進入和離開地層的 電流。作為聚焦電流105所提供的聚焦的結果，來自電極108的測量 電流111 一般指向鑽頭106前方。正是測量電流111的這個前向方向 提供本發明的觀察鑽頭前方的能力。
於是，地層的視電阻率p由以下給出
formula see original document page 12 (1)，
其中卩是電壓源107的電壓，J是測量電流lll，所述測量電流 111例如是在電流測量裝置103處測量的。地層的實際電阻率獲得如 下
formula see original document page 12 (2)，
其中^是校準因子。校準因子例如可以通過在已知電阻率的介質 中使用該工具進行實驗室測量或者通過建模而獲得。
本發明的另一個實施例示於圖3。如圖2的實施例中那樣，提供 軸向電壓源207。在本例中，電壓源207 f皮示出為在鑽鋌201上和/或 在鑽鋌201中，並且是BHA 59的一部分。這並不構成對本發明的限 制。電壓例如可通過利用圍繞鑽柱20的環狀線圏生成。此電壓源207 生成鑽柱20的軸向上的電流，所述電流在鑽頭206的方向上流動，並 且在遠程位置(見前文)的電壓源207的相反側返回。在電壓源207和鑽頭206之間通過鑽鋌203提供電連接。在鑽頭206內部，電極208 被安裝在鑽頭206的一側。這與圖2的實施例是相反的，在圖2的實 施例中，電極108位於鑽頭端面處。電極208與BHA 59的其餘部分 隔離，並且通過纜線209連接到諸如緊密圍繞纜線209或圍繞與纜線 209串聯的測量電阻器(未示出)安裝的環狀線圈之類的電流測量裝 置203。纜線209從電流測量裝置203到電極208所取的路線可以是 任意的，但是纜線209應該例如通過適當的電絕緣而與鑽鋌201隔離。 在纜線209的遠離電極208的另一端，電流測量裝置203連接到位於 BHA 59的鑽鋌201中的電子電路。
鑽頭206和鑽鋌201的相鄰部分的聚焦電流由205指示。由於電 極208位於鑽頭206的一側，因此測量電流211在4妄近徑向的方向上 流動。測量電流211的此方向提供具有方位角靈敏度的測井工具。
本領域技術人員將知曉，MWD裝置進行的電阻率測量比穿繩 (wireline)測量提供對地層電阻率(或者相當於導電率)的更好的指 示。這是因為在從鑽井以來經過一段時間之後進行的穿繩測量受到鑽 井液對地層入侵的影響。在這一點上，在鑽頭處進行的電阻率測量甚 至更好。
為了證明本發明的"觀察鑽頭前方"的性能，進行了數值建模。 該建模包括與現有技術工具的比較，其僅由其發射機和接收機間隔表 示。圖4示出所使用的測井工具300的模型。該建模對於直徑為12.25 英寸(31.12釐米)的孔26進行。發射機303生成直流電壓，由此產 生通過鑽柱301的電流。電流在返回部件302處返回到發射4/U 303。 整個鑽柱301被假設是理想導電並且無損耗的。因此，在鑽頭309方 向上在發射機303以下的電位等於測井工具300上的電位。可以在工 具表面區域處確定電流。在該模型內，整個鑽井鑽具(BHA) 59 (除 了鑽頭309以外)都被特定泥漿電阻率的鑽井泥漿31包圍，所述特定 泥漿電阻率一般不同於地層電阻率。仿真在1Q-m地層電阻率的地層 304開始。具有不同電阻率的另一地層306在垂直方向上偏移，以便 仿真鑽頭和鑽具穿透兩個地層之間的邊界307。在穿透過程中，記錄通過接收機305以及通過測量電極311的電流。
圖5示出與常規技術相比鑽頭電極處的電流改變，在常規技術中，鑽頭電流根據模型被記錄在接收機處。橫坐標是表達為最大響應的百分比的電流響應。縱坐標是以米(m)為單位的深度。曲線401 (有五條曲線)對於本發明各種示意性實施例，在鑽頭和接收機之間的間隔分別為Om、 0.28m、 0.87m、 2.11m、 4.75m。 BHA 59從lQ-m地層電阻率的地層向lOOO-m地層電阻率的地層移動。深度的負值意味著BHA59完全在1Q-m電阻率地層內部，深度的O值意味著鑽頭接觸到lOOQ-m電阻率地層邊界，深度的正值表示鑽頭端面的位置在lOOQ-m電阻率地層中。電流按照在-2m處1Q-m電阻率地層中的電流(100%)被歸一化。曲線403、 405、 407、 409和411是在用於仿真的現有技術裝置的接收機處的相應電流響應。
在圖5中可以看出，本發明各種示意性實施例的電流響應401幾乎與鑽頭309和接收機305之間的距離無關。當鑽頭和發射機之間的距離^皮延長時，可以觀察到小的防守效應(guard effect)。然而，鑽頭電極能夠在鑽頭接觸新的地層之前半米處檢測到20 %的電流改變，而使用環形接收機的常規技術在最好的情況下(見曲線403 )僅檢測到10%的改變。對於本發明，在新地層之前25釐米處達到50%的標記，而現有技術僅在鑽頭已穿透新地層之後才示出這種改變。當鑽頭端面接觸到新地層時，鑽頭電極指示電流改變的結束值，而常規技術在新地層邊界之後大於0.5m測量到該結束值。如果在鑽頭和環形接收機之間增加間隔，則所有結果對於環形接收機測量都變得更差，例如由曲線403到曲線411的惡化所示的那樣。
在實際中，定義地層的電阻率模型。可以使用來自先前在附近鑽的井或來自其他信息的電阻率測量進行這個操作。基於此電阻率模型，可以使用本發明的測井工具3 0 0測量的電阻率來估計到地層中的界面的距離。該界面可以是具有不同電阻率的地層之間的地層界面，或者
液界面。因而使用本發明的各種示意性實施例的測井工具300，確定
14地層的所關心的參數，諸如地層中鑽頭前方的電阻率和/或到界面的距離。
本發明的測井工具300觀察鑽頭前方的能力可以被利用在油藏導向中。當在鑽井操作期間用包括安裝在BHA 59上的測井工具300的傳感器組件進行測量時，井下處理器可以使用所確定的距離來改變鑽井26的鑽井方向。作為替換方案和/或作為附加，還可以將距離信息以遙測方式傳送到地表，地表處理器40和/或鑽井操作者可以在地表控制鑽井方向。該方法還可以用於穿繩應用中。對於穿繩應用，探測器應該位於鑽井的底部，以確定從鑽井26到地層界面的距離。這在完井中例如在設計碎裂操作以避免超出規定距離的碎裂傳播時會是有用的。如果在鑽頭前方檢測到油藏，則可在穿透之前安裝套管。
當使用姿態傳感器用於確定鑽頭50的姿態時，此姿態信息可以與從電流和電壓測量獲得的電阻率信息組合，以取得地層的電阻率方位角差異的估計。方位角電阻率差異的一般原因是在地層中存在不同電阻率的精細層。當它們向鑽井26傾斜時，將得到本發明的諸如測井工具300之類的裝置所測量的電阻率的方位角差異(典型為正弦差異)。可以使用已知的處理方法從帶噪聲的"信號"中檢測此正弦差異。如果使用姿態傳感器，則合適的姿態傳感器可以位於鑽柱20上鑽頭50附近，或者鑽井馬達55的傳動杆上。這種姿態傳感器應被設置為足夠接近鑽頭50，使得姿態測量指示鑽頭50的姿態，而不受鑽柱20或馬達55傳動杆的扭曲的影響。電阻率圖j象還可以通過將從測量獲得的圖像與從地下模型推導出的建模的圖像進行比較而用於地質導向。
井下進行的測量可以被記錄在合適的介質上。還可以壓縮數據並將其發送到地表位置。在圖3中所示的本發明的實施例中，可以使用在Hassan等人的、與本發明具有相同受讓人的美國專利申請序列號10/892,011 (現今為美國專利XXXXXXX)中公開的數據壓縮的方法，其內容作為參考而併入到本文中。Hassan的上述美國專利申請中公開的方法僅用於示例目的，還可以使用其他方法。Hassan的上述美國專
15利申請公開了 一種用於對地層進行測井並且獲取地下信息的方法和設備，其中測井工具在鑽井中被傳送以獲得所關心的參數。所獲得的所關心的參數可以是密度、聲學、磁或電學值，如本領域所知的。所關心的參數可以使用多解析度圖像壓縮方法按照多種解析度被發送到地表。所關心的參數被形成為多個代價函數，從所述代價函數，所關心的區域被確定為該區域內的所關心的特徵的分解特性。特徵特性可以被確定以獲得地層界面的時間或深度位置和與地下結構相關的鑽井傾
角(Dip Angle)，以及鑽井和地下結構姿態。特徵特性包括時間、深度、以及地下幾何特徵，諸如構造傾斜、厚度、巖石特性。在地表處，可以構建地層的圖像。通過以上討論的任一實施例或兩個實施例，可以產生電阻率記錄日誌。此外，電阻率測量還有若干公知的用途其包括確定地層碳氫化合物飽和度。此飽和度的知識在油藏開發中極其有用。
數據的處理可以通過井下處理器進行，以基本上實時地給出修正的測量。作為替換方案，測量可被井下記錄，當鑽柱20被拔出時被取回，並且使用地表處理器40被處理。在數據的控制和處理中隱含的是使用合適的機器可讀介質上的使處理器能夠執行控制和處理的電腦程式。機器可讀介質可以包括ROM、 EPROM、 EEPROM、快閃記憶體和光碟。
雖然前述公開針對本發明的優選實施例，但是各種修改對於本領域技術人員來說將是顯而易見的。意圖所附權利要求的範圍和本質內的所有變化都被包括在前述的公開中。
權利要求
1. 一種用於在地層中鑽井期間測量地層的所關心的參數的設備，該設備包括(a)被配置為在井底鑽具(BHA)上被傳送的鑽頭，所述鑽頭被配置為進行鑽井；(b)鑽頭上的電極，其被配置為將測量電流傳送到地層中，所述電極與所述鑽頭電絕緣；(c)功率源，其被配置為生成測量電流，並且將鑽頭保持在一個電位，所述電位的值基本上等於所述電極的電位；以及(d)處理器，被配置為(A)使用所述電位的值和所述電流的值以估計所關心的參數的值，以及(B)將所關心的參數的所估計的值記錄在合適的介質上。
2. 如權利要求l所述的設備，其中所關心的參數是以下的至少之 一(i)地層的電阻率、(ii)地層的導電率、(iii)到地層中的界 面的距離、和(iv)地層的電阻率圖像。
3. 如權利要求l所述的設備，還包括BHA上的姿態傳感器，其 中所述電極處於鑽頭的一側，其中所述處理器還被配置為壓縮地層的 電阻率圖像並將其以遙測方式傳送到地表位置。
4. 如權利要求l所述的設備，其中該處理器還被配置為通過使用 從對已知電阻率的介質的測量確定的校準因子來估計所關心的參數的 值。
5. 如權利要求3所述的設備，其中所述姿態傳感器是從由以下構 成的組中選擇出的(i)加速度計、(ii)磁強計、和(iii)陀螺儀。
6. 如權利要求l所述的設備，其中所述功率源還包括環狀線圏。
7. 如權利要求l所述的設備，還包括電流測量裝置，其被配置為 提供測量電流的值。
8. 如權利要求l所述的設備，其中所述處理器還被配置為基於以下中的至少一個控制BHA的鑽井方向(i)所確定的到地層中的界 面的距離、以及(ii)地層的電阻率圖像。
9. 一種在地層中鑽井期間測量地層的所關心的參數的方法，該 方法包括(a)在井底鑽具(BHA)上將鑽頭傳送到鑽井中； (b )利用鑽頭上的且與所述鑽頭電絕緣的電極將測量電流傳送 到地層中；(c)聚焦測量電流；(d )使用電極的電位的值和電流的值對所關心的參數的值進行 估計，以及(c)將所關心的參數的所估計的值記錄在合適的介質上。
10. 如權利要求9所述的方法，其中聚焦測量電流的步驟還包括 將鑽頭維持在一個電位，所述電位的值基本上等於所述電極的電位。
11. 如權利要求9所述的方法，其中所關心的參數是以下中的至 少之一(i)地層的電阻率、(ii)地層的導電率、(iii)到地層中 的界面的距離、(iv)地層的電阻率圖像。
12. 如權利要求9所述的方法，還包括(i) 測量BHA的姿態，(ii) 從鑽頭一側傳送測量電流，以及(iii) 壓縮地層的電阻率圖像並將其以遙測方式傳送到地表位置。
13，如權利要求9所述的方法，其中對所關心的參數的值進行估 計的步驟還包括使用從對已知電阻率的介質的測量確定的校準因子。
14. 如權利要求12所述的方法，其中測量所述BHA的姿態的步 驟還包括利用姿態傳感器，所述姿態傳感器是從由以下構成的組中選 擇出的(i)加速度計、(ii)磁強計、和(iii)陀螺儀。
15. 如權利要求9所述的方法，還包括利用環狀線圏生成所述測 量電流。
16. 如權利要求9所述的方法，還包括使用電流測量裝置提供測量電流的值。
17. 如權利要求9所述的方法，還包括基於所確定的到地層中的 界面的距離，在鑽井中設置套管。
18. —種計算機可讀介質，其與用於在地層中鑽井期間測量地層 的所關心的參數的設備一起使用，所述設備包括U)在井底鑽具(BHA)上被傳送的鑽頭，所述鑽頭被配置為 進行鑽井；(b) 鑽頭上的電極，其被配置為將測量電流傳送到地層中，所 述電極與所述鑽頭電絕緣；以及(c) 功率源，其被配置為生成測量電流，並且將鑽頭保持在一個電位，所述電位的值基本上等於所述電極的電位； 該介質還包括指令，所述指令使處理器能夠(d) 使用所述電位的值和所述電流的值以估計所關心的參數的 值，以及(e) 將所關心的參數的所估計的值記錄在合適的介質上。
19. 如權利要求18所述的介質，還包括以下中的至少之一(i) ROM、 (ii) EPROM、 (iii) EEPROM、 ( iv )快閃記憶體、和(v)光碟。
全文摘要
公開一種在MWD裝置中獲得包圍鑽井的地層的電阻率測量的方法和設備，其使用鑽頭和鑽梃的相鄰部分作為聚焦電極，用於將測量電流從鑽頭的端面或側面上的測量電極聚焦。本發明提供了觀察鑽頭前方以及圍繞鑽頭按照方位角觀察的能力。
文檔編號G01V3/00GK101460868SQ200780020921
公開日2009年6月17日 申請日期2007年4月3日 優先權日2006年4月7日
發明者克裡斯汀·佛達, 馬修斯·格萊克 申請人:貝克休斯公司