用非旋转工具检测地层边界的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油井的电测井领域，具体而言，涉及用非旋转工具检测地层边界的设 备。
【背景技术】
[0002] 在石油行业，运用随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)和电缆测井系统等电气测量技 术来收集井下信息这样的技术在业内人人皆知。这一类技术一直都被用来获取井内信息， 比如地层电阻率(或导电性;虽然这两个专业术语"电阻率"和"导电性"是相反的两个概念， 但是在这一技术中经常相互替换。）、介电常数等，从而用来测定地层及其相应流体的岩石 物理性质。收集到的井内信息能够帮助我们划定碳氢化合物(如原油或天然气）以及多孔地 层内的其他成分，确定不同地层之间的边界。最好尽可能将钻井井眼定位在产油层(含碳氢 化合物的地层），以便最大程度确保其恢复程度。
[0003] 随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)和电缆测井系统会用到各式各样的测量工具，其 中一种工具就是电阻率测井仪。图1就是传统电阻率测井仪的示意图。传统电阻率测井仪由 钻柱100、用于向周围地层发射电磁信号的两台发射器T1和T2、用于接收T1和T2电磁信号的 两台接收器R1和R2以及钻柱100末端的钻头112组成。与T2相比，T1更接近R1和R2。
[0004] 图1中，钻柱100在第一地层102内旋转并移动，直至接近第一地层102和第二地层 104之间的地层边界106。当钻柱100接近地层边界106时，发射器T2(108)的电磁信号就开始 穿透地层边界106以及第二地层104,然后由接收器R1和R2接收。然而，与此同时，发射器Τ1 (110)的电磁信号主要只传播到第一地层102,然后便由接收器R1和R2接收。因此，发射器Τ1 测得的电阻率数据与发射器Τ2测得的电阻率数据是不相同的，这样的差异就表明存在地层 边界106。
[0005] 为使电阻率测井仪一直位于产油区，钻井井眼不但要求要有地层边界信息，还要 求其位置和方向信息。图1所示的电阻率测井仪不能确定地层边界106的方向与钻柱100的 关系，因而才有了"定向"电阻率测井仪的发明。定向电阻率测井仪在旋转时通过收集不同 方位角的测井信息可使其具有方位敏感性。如图2所示，钻井井眼可以分成许多个(200~ 230)分区。按照惯例，分区的数量可能是8、16或32。根据每个分区测得的电阻率结果的相关 性，就可以计算得出地层边界的位置和方向。然而，定向电阻率测井仪的机械旋转也有一定 的缺点。比如说，定向电阻率测井仪的振动和晃动对数据测量值的精确性有很大的影响。另 外，机械旋转速度也有一定的物理限制。
[0006] 迄今为止，一直都在采取一些措施来避免出现振动问题，如每当在其中一个分区 测量时就关掉测井仪。虽然这样可能解决了振动问题，但是极大地延长了数据测量的过程。
[0007] 为了避免传统定向电阻率测井仪存在的这些弊端，以前提交过的一份申请#13/ 786,302提出了一种使用电动旋转的技术，而不是传统的机械旋转。图3是运用了电动旋转 技术的定向电阻率测井仪的前视图。定向电阻率测井仪包括一个钻具主件300、两台X-轴和 y-轴发射器(一台X-发射器304和一台y-发射器302)、一台ζ-轴接收器(一台ζ-接收器306) 以及钻具主件300末端的钻头112。为了进行定向测量，不用机械旋转钻具主件300,只需通 过电气消除X-发射器304和y-发射器302调制矢量就可以停止钻具主件300,从而模拟钻具 主件300机械旋转产生的影响。
[0008]然而，申请#13/786,302中介绍的电动旋转技术仅仅运用于X-发射器304和y-发射 器302,这样才能使磁场轻易地向各个方位上发射。接收器包括一个z-分量环形天线。它适 用于XY平面或方位的任意一个方向。因此，测得的磁场分量只有x-z分量或y-z分量。这里的 x-z分量表示X-轴方向上极化的天线发射的磁场以及z-轴方向上天线接收的磁场。同样，y-z分量表示y_轴方向上的极化天线发射的磁场以及z-轴方向上的极化天线接收的磁场。 [000 9]从物理层面来说，不但x-z分量或y-z分量能够表明地层边界方向和位置，而且x-x 分量或χ-y分量也能够检测出地层边界的方向和位置。。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供用非旋转工具检测地层边界的设备，以解决上述的问题。
[0011] 在本发明的实施例中提供了用于执行地层边界检测的方法包括以下内容:部署一 个钻具主件，至少配有两台携带有天线的垂直发射器和两台携带有天线的垂直接收器;调 节发射器组(包括携带有天线的第一台发射器和第二台发射器）的磁矩以便向预定方向发 射电磁能；调节接收器组(包括携带有天线的第一台接收器和第二台接收器）的磁矩以便 接收从预定方向传来的电磁能；同时启用发射器组;利用接收器组接收并测量发射器组调 节过的电磁信号;最后依据接收器组接收和测量到的电磁信号的振幅和相位来计算出地层 边界的方向和位置。
[0012] 在一种实施方式中，钻具主件配备有第一台发射器和第二台发射器以及第一台接 收器和第二台接收器，其中这两台发射器的天线都是朝向非平行方向，而这两台接收器的 天线也是如此。
[0013] 在一种实施方式中，调制发射器天线的调制矢量在启用期间在方位角方向上电动 旋转；
[0014] 在一种实施方式中，调制接收器天线的调制矢量在方位角方向上电动旋转，与发 射器天线电动转向同步；
[0015] 在一种实施方式中，当调制发射器天线的调制矢量沿方位角方向电动旋转时，调 制接收器天线的调制矢量会保持在固定的方位角方向；
[0016] 在一种实施方式中，第一台发射器和第二台发射器天线的方向大体上相互垂直。
[0017] 在一种实施方式中，第一台接收器和第二台接收器天线的方向大体上相互垂直。
[0018] 在一种实施方式中，用于执行地层边界检测的这种方法还包括：提供方程
以便调节发射器天线的磁矩，其中mjPm2分别是施加到第一台发射器和第 二台发射器上的磁矩;mo是磁矩的幅度大小；Ω是调制发射器天线磁矩电动旋转的角频率； t是电动旋转开始的一段时间。
[0019] 在一种实施方式中，用来调节发射器天线磁矩的方程
也可以用 来调节接收器天线的磁矩，从而实现发射器组和接收器组之间的同步电动旋转。
[0020] 在一种实施方式中，用于执行地层边界检测的这种方法还包括提供方程
用来调节接收器天线的磁矩，这样的话调节接收器天线的调制矢量就会指 向固定方位。方程中Θ是代表接收器接收信号时所选择的方位角。
[0021] 在一种实施方式中，角频率是可以调节的。
[0022] 在其他方案中，用于执行地层边界检测的这种方法还包括测量来自第一台发射器 和第二台发射器不同电动旋转角度时的调制电磁信号。
[0023] 在其他方案中，用于执行地层边界检测的这种方法还包括:根据第一台接收器， 和/或第二台接收器接收和测量到的电磁信号的振幅和相位，提供一个转换表，以便计算出 地层边界的方向和位置。
[0024] 在一种实施方式中，用于执行地层边界距离检测的这种方法还包括检索配有钻具 主件的测井工具的地层电阻率的信息。
[0025] 在其他方案中，用于执行地层边界检测的这种方法还包括:根据第一台接收器， 和/或第二台接收器接收和测量到的电磁信号的振幅和相位以及从测井工具检索到的地层 电阻率信息，提供一个转换表，以便计算出地层边界的方向和位置。
[0026] 在一份优选方案中，用非旋转工具检测地层边界的设备包括:带有一根纵轴的钻 具主件、部署在钻具主件上且面朝第一方向的第一台发射器、部署在钻具主件上且面朝第 二方向的第二台发射器、部署在钻具主件上且面朝第三方向的第一台接收器以及部署在钻 具主件上且面朝第四方向的第二台接收器。
[0027] 在一种实施方式中，调节第一台发射器和第二台发射器的电磁信号是为了在它们 同时启用时使整个磁场的矢量实现电动旋转。
[0028] 在一种实施方式中，调节根据第一台接收器，和/或第二台接收器是为了接收和测 量来自特定方位的调制电磁信号并根据测得的电磁信号的振幅和相位计算出地层边界的 方向和位置。
[0029] 在一种实施方式中，钻具主件是指钻柱或钻铤。
[0030] 在一种实施方式中，第一台发射器与第二台发射器并列或在轴向上有一定的距 离。
[0031] 在一种实施方式中，第一台与第二台发射器以及第一台与第二台接收器都至少包 含一根天线。
[0032] 在一种实施方式中，第一台发射器的第一方向与第二台发射器的第二方向大体垂 直。
[0033] 在一种实施方式中，第一台接收器天线的第一方向与第二台接收器天线的第二方 向大体垂直。
[0034] 在一种实施方式中，发射的电磁信号要根据方i
进行调节;其中， mjPm2分别是施加到第一台发射器和第二台发射器上的磁矩;mo是磁矩的幅度大小；Ω是调 制电磁信号磁矩电动旋转的角频率;t是电动旋转开始的一段时间。
[0035]在一种实施方式中，第一台发射器和第二台发射器包括一个发射器回路，以便调 节待发射的电磁信号。
[0036]在一种实施方式中，第一台接收器和第二台接收器包括一个接收器回路，以便处 理接收到的电磁信号并分析其振幅和相位。
[0037] 在一种实施方式中，接收器回路配备有一台组态好的处理器，这样就有助于计算 出地层边界的方向和位置。
[0038] 在一种实施方式中，这一处理器带有存储器，存储有转换表。根据接收器接收和测 量到的电磁信号的振幅和相位，即可计算出地层边界的方向和位置。
[0039] 本发明实施例还提供了用非旋转工具检测地层边界的设备包括: