地层边界检测和地层电阻率测量的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油领域，具体而言，涉及地层边界检测和地层电阻率测量的装置。
【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测定地层电阻率 (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。），并且不同岩石的物理模型(例如阿尔奇定律)可以用来测定地层及其相 应流体的岩石物理性质。根据现有技术，电阻率是一个用于划定碳氢化合物(例如原油或天 然气）以及多孔地层含水量的重要参数。
[0003]随着现代钻井与测井技术的发展，"水平钻井"以其能够增加产油层(含碳氢化合 物的地层)浮露深度的优势而备受人们的青睐。"水平钻井"是指在地质构造角度较小的地 方钻井。最好尽可能将钻井井眼定位在产油层，以便最大程度确保其恢复程度。因此，钻井 井眼的后续钻井工作就需要用到带方向性灵敏度功能的定向电阻率测井仪来确定其钻井 决策。在得到地层界面识别、地层角度探测以及断裂特征等测量结果后，就可以制定出相应 的钻井决策。
[0004] 定向电阻率测量值一般包括发射和/或接收横向模式(X-模式或y-模式)或混合模 式(X-模式和z-模式）电磁波。这类测量适用于不同的天线配置，比如，图1A中的横向天线 配置(X-模式）、图1B中的双-刨床天线配置、图1C中的鞍型天线配置(X-模式、z-模式和混合 模式）以及图1D中的倾斜天线配置等。图1A中的横向天线的磁矩指向与（横向天线使用的） 定向电阻率测井仪的纵轴垂直。图1B、1C和1D中的各种天线配置能够发送或接收磁场的横 向分量，从而得到定向电阻率测量值。
[0005] 定向电阻率测井仪的其中一项最重要的运用就是地质导向一一通过精确定位产 油层边界和调节钻井井眼方向引导钻头在产油层范围内作业，防止越界。标准的地层边界 检测如图2A所示，图中用一个X-模式天线TX_X或一个y-模式天线TX_Y来向地层发射电磁 能，并利用ζ-模式接收器1?_2来接收电磁信号。如果激活y_模式发射器ΤΧ_Υ并且测井仪周 围有地层界面或边界，那么当测井仪围绕其纵轴旋转一圈时，ζ-模式接收器1?_2就会收到 图2Β中所示的正弦波。根据测量出的正弦信号，就可以确定边界的走向。然而，这一方案并 不能够测量出地层电阻率。它只能检测出地层边界或异常等地层不均匀性。
[0006] 图3Α展示的是地层边界检测的另一项现有技术，图中用一个X-模式发射器天线 ΤΧ_Χ或一个y-模式天线ΤΧ_Υ来向地层发射电磁能并利用另一个X-模式接收器RX_X或y-模 式接收器1?_￥来接收电磁信号。如果激活X-模式发射器TX_X并且测井仪周围有地层界面或 边界，那么当测井仪围绕其纵轴旋转一圈时，X-模式接收器RX_X就会收到图3Β中所示的正 弦波。通过对比图2B和图3B中的正弦波，我们会发现图3B中的正弦波有两次完整的循环，这 就表明地层边界有可能位于其中一个相反的方向。虽然一个由X-模式发射器和X-模式接 收器组成的系统能够测量地层电阻率，但是要以此专业测定出地层边界方向的话还存在一 定难度。
[0007] 如上所述，尽管定向电阻率测井仪一直用于商业用途，但是仍有必要对天线配置 进行改良，以便让定向电阻率测井仪不但能够测量地层电阻率，而且能够专业测定出地层 边界的方向。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供地层边界检测和地层电阻率测量的装置，以解决上述的问 题。
[0009] 在本发明的实施例中提供了地层边界检测和地层电阻率测量的装置的一个方案， 旋转钻井井眼内的电阻率测井仪;第一，部署在电阻率测井仪上的第一台发射器开槽天线 发射电磁信号;接收接收器开槽天线的电磁信号，且第二台接收器开槽天线与第一台发射 器开槽天线部署在同一直线上；电阻率测井仪旋转一圈的期间，从第一条开槽天线(第一台 接收器开槽天线)和第二条开槽天线(第二台接收器开槽天线）的感应电压中提取正弦波； 导出地层边界方向信息；电阻率测井仪旋转期间且存在旋转角度时，从第二条(第二台接收 器开槽天线)和第三条开槽天线（第三台接收器开槽天线）的感应电压中提取最高-最低幅 值，然后导出地层电阻率以及地层边界的距离和方向的信息。第二，部署在测井仪上的第一 台接收器开槽天线以及部署在测井仪上的第二台接收器开槽天线对面的第二台发射器开 槽天线发射出电磁信号;接收第一台接收器和第二台接收器开槽天线的电磁信号；提取第 一台接收器和第二台接收器开槽天线上感应电压之间的第一个微分相位。第三，部署在第 一台接收器开槽天线以及部署在测井仪上的第二台接收器开槽天线对面的第三台发射器 开槽天线发射出电磁信号;接收第一台接收器和第二台接收器开槽天线的电磁信号;提取 第一台接收器和第二台接收器开槽天线上感应电压之间的第二个微分相位。第四，通过之 前导出的第一微分相位和第二微分相位的平均值来导出补偿微分相位;通过将导出的补偿 微分相位运用到预先计算好的转换表内，从而得到地层电阻率。
[00?0]在一种实施方式中，第一、第二和第三开槽天线都沿同一直线安装在测井仪本体 轴心上，其中第一开槽天线用作发射器的天线，而第二开槽天线和第三开槽天线则用作一 对接收器天线。用接收器组之间的微分相位和衰减量来表明地层电阻率。测井仪旋转期间， 其中一台接收器的信号变化将提供附近地层边界信息。
[0011] 在一种实施方式中，第一、第二和第三台发射器开槽天线以及第一台接收器开槽 天线和第二台接收器开槽天线都将嵌入到电阻率测井仪（内部接线)外表面区域，形成一个 "凹区"。
[0012] 在一种实施方式中，通过一根电缆将"凹区"的一侧端壁与位于该区另一端的同轴 电缆连接器的中心导线连接起来，形成一个磁偶极子，从而产生磁场。
[0013] 在一种实施方式中，同轴电缆连接器会把"凹区"的电缆连接到电路上，以便信号 传输。
[0014] 本发明实施例还提供了地层边界检测和地层电阻率测量的方法的另一个方案，部 署在电阻率测井仪(带纵轴和外表面）内的磁偶极天线包括在测井仪上形成的一个缺口、一 个部署在测井仪外表面下方的同轴电缆连接器以及一根将缺口的一侧端壁与位于该区另 一端的轴电缆连接器的中心导线连接起来的电缆。这一缺口和这根电缆就形成了一个磁偶 极子，因而能够发射或接收电磁信号。
[0015] 在一种实施方式中，磁偶极天线还包括填充在缺口中的导磁物质。
[0016] 在一种实施方式中，渗透性材料就是用于提升磁偶极子发射和接收性能的磁性材 料。
[0017] 在一种实施方式中，磁性材料都是从铁氧体材料、非导电磁性合金、铁粉以及镍铁 合金组成的物质中提炼出来的。
[0018] 在其他方案中，磁偶极天线还包括填充在缺口内的防护材料。
[0019] 在其他方案中，防护材料包括环氧树脂。
[0020] 在其他方案中，该缺口呈圆形。
[0021 ]在其他方案中，该缺口成矩形。
[0022]在其他方案中，磁偶极天线还包括外表面的多个凹槽。越过测井仪的这个缺口可 以提升电磁信号的发射和接收能力。
[0023]在其他方案中，凹槽呈椭圆形。
[0024] 本发明实施例中还提供了用于测量地层定向电阻率的装置，该装置包括一个带纵 轴和外表面的电阻率测井仪、测井仪外表面形成的且同测井仪纵轴平行的多个插槽和插槽 内的多条电线以及连接插槽端壁的多条电缆，最终形成磁偶极天线。磁偶极天线至少组成 了一个发射器-接收器天线组，用于执行电磁信号的发射和接收功能。
[0025] 在一种实施方式中，该装置还包括一个用来连接电缆和线路的同轴电缆连接器， 用来处理处理待发射或接收的电磁信号。
[0026] 在一种实施方式中，这一装置还包括测井仪外表面形成的多个凹槽，通过测井仪 的这些插槽可以提升电磁信号的发射和接收性能。
[0027] 在一种实施方式中，测井仪上的凹槽与插槽是垂直的。
[0028] 在其他方案中，这一装置还包括填充在插槽内的导磁材料。<