专利名称：探测构造中的边界的方法
技术领域：
本发明涉及一种对在地球构造中的两个构造区域之间的边界进行探测的方法。尤其涉及对具有不同电子阻率的构造区域之间的边界的探测方法，其中使用一种存在于井眼中的电测井工具，所述井眼伸入到至少一个所述构造区域中。
由于钻井以及工程技术的发展，越来越需要能够提供井眼周围的有关地球构造的详细信息的方法。具有不同特性的构造区域之间的边界的定位，对于地质学家或者钻井工程师来说是很重要的。能够探测出靠近井眼的边界的存在是特别重要的。可以使用这样的信息来相应地操纵钻孔。例如，现代钻孔技术允许水平井的钻孔深入到充分横向的含油构造层。含油构造层例如可以被夹在含水构造层之间，因此在这种情况下，非常希望操纵钻头不至于穿过含油层和含水层之间的边界。
需要探测构造区域之间边界的其他例子包括最佳位置的确定，以便获得矿样，或者包括在井眼中的位置的确定，在所述位置处需要外壳。
在地球构造中边界一般是隔离构造区域的，所述构造区域在至少一个特征属性上是相当不同的。为了通过测量来探测边界，所述测量必须对特征属性的变化敏感。本发明涉及一种所述特征属性是电子阻率的情况，电子阻率在说明书以及权利要求中将简称为电阻率。
电阻率的测量在用于描述沿井眼的地球构造的特性的领域中使用，并且这种测量通常在打井眼的期间或之后由测井工具来实施。例如，含油构造层一般显出比含水构造层高的电阻率。如果井眼中某一确定的位置上，所测量的电阻率突然变化，那么这一变化典型地表明在所述位置，井眼穿过构造区域之间的边界。然而，在构造中并在一定距离内探测出边界，而无需使井眼实际穿过边界才是人们所希望的。
用于测量电阻率的几种类型的测井工具在本领域中是公知的。一种特定类型的工具就是所谓的电阻率测井工具包括若干电极。这些测井工具是通过如下方式来操作的从一个或多个电极放射电流并且经由井眼而进入构造中，以及在测井工具上的确定电极处测量结果电势(或者电流)。以所谓的逆处理确定通过这些测量而得到的电阻率。
专利号为No.3838335的美国专利公开了一种在竖向井眼中使用测井工具来确定一横向地下表面边界的存在以及到达所述地下表面边界的距离的方法。所述方法包括从位于测井工具上的一单个电流电极中发射电流，以及在两个电势电极处测量电势，所述电势电极安置在所述电流电极的上面和下面的相等距离上(约为大于100米)。所述电势电极具有它们到电流电极的距离的大约十分之一的长度。在测井工具之前的横向边界导致了在电势电极之间的电势差，这用来确定所述横向边界的深度。
专利号为No.5038108的美国专利公开了一种用于从井眼的内部探测到达边界的距离的方法，此边界与井眼平行的延伸。在已知的方法中，使用了一种具有单个发射器电极的测井工具，并且使用若干探测器电极来实施电阻率测量，所述探测器电极被安置在逐渐远离发射器电极的距离上。测量的结果与先前获得的参考曲线进行对比，藉此提供到达边界的距离。
本发明涉及关于井眼周围的构造区域的电阻率的先有知识是可利用的情形。所述电阻率例如可以是通过对相同或相近的井眼中的单独测量中获知，或者基于地质数据估算出来。
本发明进一步涉及另一构造区域存在于井眼附近的情形。在相对于井眼的两个构造区域之间的边界的相对方位，经常被已知或者基于其他的可利用数据而被估算出来，例如通过地震测量。所述两个构造区域将在说明书和权利要求中被称为第一和第二构造区域，其中第一构造区域是在测井工具处，包围井眼的区域。第一构造区域由一边界与更远的第二构造区域分开，这样的边界具有相对于井眼的确定的相对方位。所述相对方位一般可以是平行的，垂直的，或者是任何其他的方位。第一构造区域具有已知的电阻率ρ1，且第二区域具有不相同的电阻率ρ2≠ρ1。
需要一种有效的方法来用于探测这样的边界。
因此，本发明的一个目的是提供一种远距离探测具有不同电阻率的构造区域之间的边界的存在的方法。
为此，提供一种在地球构造中使用具有若干电极的测井工具来探测具有已知电阻率的第一构造区域和具有与第一构造区域不同的电阻率的第二构造区域之间的边界的方法，所述电极包括监控电极，其中所述第一构造区域由井眼穿过，所述井眼充满了已知电阻率的流体，这种方法包括步骤a)选择测井工具在井眼中的位置；b)相对于所选的测井工具的位置，假定边界的位置，相对于所选的位置选择井眼外部的一个或多个目标点，以及在每个目标点中为所选择的参数选择目标值；c)假定一个模型，其中在井眼中的测井工具被一无限且均一的构造所包围，所述构造具有与第一构造区域的已知电阻率相等的电阻率，以及确定怎样给至少两个电极通电，以便在每个目标点中所选择的参数具有目标值；d)在监控电极处选择监控参数；e)将测井工具放置在井眼中的选定位置处；f)在所选位置处确定监控参数的探测值，所述监控参数按照步骤c中确定的方式给至少两个电极通电而产生的；以及g)解释监控参数的探测值以探测边界。
申请人已经发现，使用包围所述工具的构造中的目标点可以从远处探测边界，所述目标点的选择依赖于已知或者预期的测井工具和边界之间的相对方位。术语“目标点”将在说明书和权利要求中用以指示在构造中的预定位置，在确定的情况下，在目标点处可以提供一种电子性质的已选的目标值。如果以特殊方式对测井工具进行通电，那么可以在目标点提供电子性质的目标值。术语“通电”用在说明书和权利要求中指的是在测井工具的一个或多个电极处提供确定的电子参数，例如电流，电流密度，或者电势。
如果关于所述工具的所有相关参数及其紧邻的环境是已知的，就可以确定需要如何对测井工具进行通电，以便在目标点提供电子参数的目标值。为此，需要一个模型。一种简单的模型是一种在无限大并且均一构造中的已知几何图形的测井工具，所述构造具有已知的电阻率。另一模型可以另外包括具有有限直径的井眼，并且其充满了已知电阻率的流体，例如钻探泥浆，并且还可以适当的包括井眼的长度和在井眼中测井工具的位置。如果离第二构造区域最近的边界离所述工具有足够长的距离，例如，是测井工具的长度的5倍(在任何两个电极之间的最大距离)或者更多，那么上述两种模型的后者在许多实施例中是足够的，以便确定需要如何对所述工具通电。在这种情况下，第一构造区域可被认为是无限大的构造区域。
一种更完善的模型可以用来描述其中电阻率边界存在于离在井眼中的测井工具有少数几米的或者更少的距离处的情形。
此外，可以选择在所述工具的监控电极处的电子参数来作为监控参数，并且如果所述测井工具根据所选的模型在一环境中被通电，那么这个附加参数所具有的值可被确定。
本发明例如可以用来有效的确定从测井工具到相邻地球构造中的边界的距离。它也可以用以确定测井工具已经到达相距这样的边界的预定距离处，所述测井工具经由井眼前进。
将通过实例并参考附图的方式来描述本发明，其中
图1用示意图示出了在地下构造中点电极的反射原理；图2用示意图示出了在地下构造中的包括点电极的测井工具的反射原理；图3用示意图示出了在沿图2的Z轴延伸的无限均一的构造中的电势的第一实例；
图4用示意图示出了在沿图2的Z轴延伸的无限均一的构造中的电势的第二实例；图5用示意图示出了在监控电极处作为到边界距离的函数的电势的一个实例；图6用示意图示出了在地下的地球构造中的测井工具的一个实施例，用于根据本发明的方法进行操作；图7用示意图示出了对应于(a)单独对电极61，(b)单独对电极62，或者(c)同时对两个电极加电的情况下，在均一地球构造中的已计算出的电势的实例，所述电势作为监控电极沿着图6中Z轴的距离的函数；图8用示意图示出了在第二构造区域55中三个不同的电阻率ρ2值的情况下，在图6中的监控电极13处计算出的电势的实例，其依赖于到边界56的距离。
请参考由W.M.Telfort和L.P.Geldart以及R.E.Sheriff所写的书‘Applied Geophysics’，第2版，剑桥大学1990出版，尤其参考第522页-529页。在书中，描述了一般用来描述在地下构造中由通电电极引起的电子参数的理论的基本方面。它特别说明了如何通过使用电子镜像来考虑在电极的临近地区中的边界的效应。在讨论本发明之前，将简述所述理论的主要观点，并且在该讨论中将用到的术语以及符号适用于本发明。
在具有电阻率ρ(单位ohm.m)的均一构造中，与发射电流I(单位A)的点电极相距r(单位m)处的电势Φ(单位V)通过如下给出Φ=Iρ4πr---(1)]]>注意，选择的电势Φ对于一个无限大的距离r，它将趋向于零，并且除非另外说明，否则在说明书和权利要求中所提到的所有其它的电势同样是正确的。
参考图1a和图1b，图1a用示意图示出了一地下构造1，其中电流发射点电极2位于具有已知电阻率ρ1的第一构造区域4中。具有电阻率ρ2的第二构造区域5存在于靠近电极2的构造区域1中，并且通过边界6与第一构造区域4分离。
在第一构造区域4中点8处的电势将被确定。为此，所述边界由镜像电极2’替换，此电极在构造区域4’中选择适当大小的电流放射，所述构造区域4’具有与第一构造区域4相同的电阻率ρ1。这在图1b中示出，其中边界6的位置现在由一虚线表示。镜像电极2’相对于边界6定位于电极2的几何镜像的位置上。
在构造4中于点8处由电极2生成的电势Φ通过如下公式给出Φ8=ρ14π(Ir8+γIr8′)---(2)]]>其中γ=ρ2-ρ1ρ2+ρ1---(3)]]>r8是电极2和点8之间的距离，r8`是电极2的镜像2`和点8之间的距离，其等于点8的镜像点8`与电极2之间的距离，且I是由电极2发射的电流。
其它的变量具有如前面给出的相同的意思。无量纲(dimensionless)的变量γ被称为反射系数或电阻率常量。
根据等式2，点8处的电势是两个部分的和，Φ8＝Φ8，hom+Φ8，boundary·(4)第一部分，Φ8,hom=ρ1I/4πr8]]>等于由电极2在无限均一的构造中所生成的电势，以及第二部分，Φ8,boundary=ρ1γI/4πr8′]]>相当于边界的效应，此边界可以被视为由镜像电极2`所生成的电势。进一步的注释，Φ8，boundary＝γΦ8`，hom` (5)也就是，在电阻率为ρ1的均一且无限的构造中，在点8处由边界的效应导致的电势部分等于电极2在镜像点8`中将导致的电势，其中后者的电势与系数γ相乘。
现参考图2a和2b，其用示意图示出了在地下构造1中的测井工具10，该测井工具包括三个点电极11、12、13。地下构造1由第一构造区域4和第二构造区域5形成，并且第一和第二构造区域被边界6分开。在整个说明书和权利要求中使用同一附图标记来指示相同的目标。根据不存在井眼的模型，在第一构造区域4中直观的示出了测井工具10。
分别对第一电极11和第二电极12通电以便能够放出电流I1和I2。在点8中的关于电参数的边界效应可以通过使用镜像电极11`，12`以及镜像点8`进行计算。
在点8作为结果的总电势Φ8，tot可以作为由第一电极11导致的电势Φ8，1和由第二电极12导致的电势Φ8，2的和来计算，其中Φ8,i=ρ14π(Iir8,i+γIIr8,i)---(6)]]>且其中i＝1，2分别相当于电极11和12，r8，i是点8和相应电极i之间的距离，r8`i，是镜像点8`和相应电极i间的距离，其等于点8和相应的镜像电极之间的距离。
其他的符号与上述给出的具有相同的意思。
同等式4类似，Φ8，tot也包括两个部分，由均一组成导致的以及由边界的效应(镜像)导致的，Φ8，tot＝Φ8，hom+Φ8，boundary`(7)其中Φ8，hom是在具有电阻率为ρ1的均一无限构造中，由电极11和12在点8生成的电势，；Φ8，hom也被称为点8的均一电势；并且Φ8，boundary是由边界的效应在点8中所导致的电势。
等式5也可以被同等的应用。
我们现在选择工具本身上的除点8以外的点，也就是位于点电极13的位置(在图2b中该点电极13的位置与笛卡尔坐标系统的原点相一致，如此以致于电极13位于x＝y＝z＝0，边界位于x＝y＝0，z＝d以及在z轴上的电极13的镜像13`位于x＝y＝0，z＝2d。注释，在图2b中的x轴指出纸平面)。在点电极13位置的总电势是Φ13，tot＝Φ13，hom+γΦ13’，hom(8)参考图2和3，以及通过手中的图，将对本发明的一些基本特征进行论述。对于一个均一并且无限的电阻率为ρ1的构造来说，图3示出了在具有电阻率ρ1的均一且无限的构造的情况下，沿图2中的z轴的电势Φhom的实例，所述电势是由对第一和第二电极11、12通电而形成的。在这种构造中，保持Φhom＝Φtot将是清楚的。此外，选择在电极11和12处的两电流I1和I2，如此以致电势Φhom在这样的构造中的两个选择点处具有预定值，比方说在x＝y＝z＝0(在电极13上)处，以及在均一构造中的一目标点(x＝y＝0，z＝2dt)处。如果ρ1和ρ2都已知(且为此电阻率为常量γ)，那么电流I1和I2可以例如这样来选择Φ13，hom＝Φhom(x＝y＝z＝0)＝Φ0；Φ13`，hom＝Φhom(x＝y＝0，z＝2dt)＝-Φ0/γ`(9)其中，Φ0是所选择的电势值。
如果通过在边界附近的相同电流I1和I2对工具通电，那么在电极13处的总电势，即Φ13，tot将与均一电势Φ13，hom不相同。Φ13，tot的值原则上通过在电极13处的适当测量来确定。电极13也因此被称为监控电极。当谈及在监控电极处的电势时，上标‘mon’将在随后中使用，Φmon＝Φ13。
如果边界位于如图2所示的x-y平面中，那么在监控电极13处的总电势由等式8给出。
结合等式9，当且仅当边界距离电极13有z＝dt远时，监控电极13处的总电势将趋向于零，如此以致目标点(x＝y＝0，z＝2dt)与镜像电极13`相符。这样，在监控电极13处的电势测量能够用来检测边界。特别的，如果在上述情况下测量到零电势，那么就可以推断出边界存在于距离dt处。
如果仅有ρ1是已知的，那么以随后的方式至少可以探测到边界的存在。可以选择的ρ2值(并且因此为γ)。使用这个值，如果在监控电极13处能够确定零电势，那么将清楚地知道边界的存在。然而，如果选择的ρ2不同于真实值，那么就不能以该方式来准确地确定距离。
现在参考图4，该图示出了对于一个具有电阻率为ρ1的均一并且无限的构造来说，沿着图2的z轴的电势的另一个实例。在此实例中，在目标点(x＝y＝0，z＝2dt)处的电势可以选择到零。对于探测相距dt的边界来说，这种形式的曲线的优势在于不需要必须知道ρ2的值(在等式8的末项中，γ的值就无关紧要了)。
参考图5，其举例说明了如何在已经选择了如图4所示的均一电势的情况下探测边界。假定所述电极在边界的不远处被通电，并加上与在图4的均一情形中为提供电势分配所需要的电流相同的电流。对于这种情形，图5用示意图示出了在监控电极13处的总电势 和均一电势 之间的差异，其作为在图2b中从监控电极13沿z轴到边界的距离d的函数。明显地，在远距离41处，也就是当边界远离测井工具时，Φtotmon-Φhommon]]>等于零。如果从远处接近边界，那么Φtotmon-Φhonmon]]>首先取得不同于零的值，然后再次接近零。当Φtotmon-Φhommon]]>的零交点43被观测到时，就可以推断监控电极位于到边界的距离dt处，所述距离是目标距离的一半。注释，然而，这只严格地保持在点电极的假定情况下。
参考图6，用示意图示出了用于根据本发明的方法操作的测井工具的第一实施例。在地球构造51中，第一构造区域54和第二构造区域55由边界56隔离。第一构造区域的电阻率已知为10ohm.m。第一构造区域由直径为1.52厘米的井眼57穿过。测井工具60可以沿着井眼57的轴58纵向移动以及以井眼57的轴58为中心转动。测井工具的直径为1.02厘米并且包括三个圆柱形的金属电极61、62、63。选择电极63以用作监控电极。在第一电极61的中心和第二电极62的中心之间的轴向距离为98.30厘米，以及在电极62和63之间的轴向距离为50.80厘米。与本领域的惯例一样，将电极61和62连接到合适的通电设备(未示出)上，所述通电设备被连接到位于地面或接近地面的一个更远的电极上，以便容许给所期望的井底电极61，62中的一个或者两个进行通电。井眼充满了电阻率为0.02ohm.m的钻探泥浆。在这个实例中，井眼57的轴58和边界56之间的夹角α是足够小的，以致能够容许认为边界准平行于轴58，所述α＝2.87度。
现将论述应用本发明的方法的第一实施例。首先，在井眼57中选择测井工具60的位置，即位置65。然后，假定将边界定向为充分平行于井眼。相对于位置65处的测井工具，选择一目标点67，也就是在与监控电极63相距2dt＝254厘米的目标距离处，其位于与轴58垂直的线68上。在后面，将线68称为z轴，其中在监控电极63的中心位置处始终保持z＝0。选择电势作为参数，并且为目标点67选择0V电势的目标值。
接着，假定一个模型，在同井眼57一样具有相同直径和相同电阻率的钻探泥浆的井眼中的工具60被无限且均一的电阻率为10ohm.m的构造所包围，所述电阻率等于第一构造区域54的电阻率。如果根据表1对第一电极61和第二电极62通电，那么使用这个模型就可以确定在目标点67处所能提供的0v的目标值。
表1中的值已经通过对假定模型的拉普拉斯等式进行求解而被计算出。这是在静态电场的数值模拟中使用专有软件完成的。所述软件是以三维有限差方法为基础的。
表1是根据均一模型的在第一和第二电极处的通电电流以及电势的实例。
如果表1给出的电势以及电流与一公因数相乘，那么也可以提供目标值，这是十分清楚的。
图7示出了已计算出的在所述构造中的电势Φhom(V，在纵轴上)，作为图6中沿z轴到监控电极的距离的函数，在此情况下(a)单独对电极61，(b)单独对电极62，或者(c)同时对两个电极如同表1给出的那样在均一构造中根据假定的模型进行通电。从曲线c上可以看出，电势在距电极63为254厘米的目标点处为零。
转回参考图6，以论述本发明的方法的第一实施例，在监控电极63处的电势，被选作监控参数。
同样确定这种电势的参考值 是有益的，为此根据表1对电极61和62通电。这可以通过计算来实施，或者可以通过使在井眼57中的一个位置处的工具通电以及通过测量位于监控电极处的电势来实施，其中工具的周围相当于所用的模型(特别的，最近的边界需要足够的远，例如5倍于测井工具的长度)。
然后，把测井工具放置在所选择的井眼中的位置65上。根据表1，通过发射电流对在其位置处的电极61和62同时通电，并且测量监控电极处的被称作探测值的电势。如果探测值不同于参考值，那么就可以推断出边界在测井工具附近。这进一步地在图8中举例说明。
图8显示的是当图6中的边界存在于测井工具的附近，并且给工具通上如表1所给出的与电极61和62相同的电流时，在监控电极处的电势的数字模拟的结果。(在纵坐标上)示出了作为探测值和参考值之间的差Φtotmon-Φhommon]]>的在监控电极63处的电势，其作为沿z轴的位于监控电极和边界(在横坐标上)之间的距离d的函数。这个模拟已在第二构造区域55中的电阻率ρ2为(a)5ohm.m，(b)50ohm.m，以及(c)200ohm.m的情况下被执行。
对于所有实例所确定的曲线定性地与图5所示的曲线相一致。应该清楚这样的事实相对于曲线b)和曲线c)，曲线a)的整体形状看上去是颠倒的，这是由于在第一和第二构造区域中电阻率的相对大小的差异导致的；在曲线a)的实例中，保持ρ1＞ρ2，但是对于曲线b)和c)则ρ1＜ρ2。
在所有实例中存在有电势Φtotmon-Φhonmon]]>的零交点。如果可以用实验方法观测到零交点，那么这可作为边界位置的很好的指示。在图8中的所有三个曲线的零交点在到边界的近似相同的距离d处被观测到，所述距离在110厘米和120厘米之间。这与参考图4和图5所作的论述相一致。零交点在比目标距离2dt＝254厘米的一半稍微短的距离内被观测到，这是由于这样的事实在数值模拟中考虑了角α＝2.87度，以及考虑了电极的有限维而不是使用点电极。可被理解的是，在类似Telfort et al所写的书以及在图1-5的论述中的理论描述中，使用点电极有时是方便的，然而，在事实上这样的点电极是不存在的。如果假定把平面边界安置在比目标距离的一半稍微短的距离处，那么在事实上，将很合适的选择2dt的目标距离，这是十分清楚的；但是也可以说，目标点实质位于监控电极的镜像位置，所述监控电极的镜像位置与所述平面的假定位置相关。
已经发现了如果在所述模拟中使用2dt＝508厘米的目标距离，那么通过进一步使用关于几何图形以及测井工具的环境的相同参数来获得与参考图7和图8所论述的结果相类似的结果。
此外，还将认识到，对于在只有电极61和62中的一个在边界的附近被通电的这两种情况下，也可以确定监控电极处的电势。由如图8所示的那样对电极同时通电所导致的电势，可以通过在上述两种情况下确定的电势来计算。
因此，也可以通过两次测量确定位于监控电极处的电势的探测值，其中电极61和62是其中一个被通电后再对另一个通电的，并且在其中对每种情况下的监控电极处的电势都进行测量。
再转到图6的论述中，进一步希望确定在钻孔57中的位置，在此位置上，钻孔57中测井工具与边界56相距一预定的距离。所以测井工具60可以沿着井眼57从位置65穿到一不同的位置(未示出)。当测井工具移动期间，电极61和/或62可以保持通电，或者当到达新的位置时，可以利用相同的电流对它们再次通电。在新位置中，再次测量位于监控电极处的电势的探测值。这样的测量可以在井眼中的若干位置处重复进行，并且在不同位置处的探测值可以互相比较。
可以把探测值作为位置函数来进行适当地比较，以确定发生特性变化的位置。所述特性变化例如可以是最大值，最小值，或者如果已经确定了监控参数的参考值，那么也可以是参考值和探测值的交叉值。在本例中，当保持电极61和62的通电电流为常量时，将监控电极63处的电势作为位置函数来监控，特性变化是探测值减去参考值的零交点。在井眼中的测井工具的位置处可观测到这个零交点，可以报告边界存在于与所述位置相对的假定位置处。
在本发明的另一个应用中，希望可以确定从井眼中的测井工具的某一个位置到边界的距离。这可以通过下述来完成，假定若干个与测井工具相距不同距离的边界的可选位置，选择目标点以及相当于可选位置的参数(例如，电势)的目标值，以及为每个可选位置重复用于井眼中同一位置的方法的步骤。对于每个位置，将更适宜的获得探测值以及各自的参考值，并且可以比较探测值以便确定发生特性变化的假定位置。特性变化例如可以是探测值减去监控电极处的电势的各自参考值的零交点，其当作到假定边界的距离函数。可观测到这个零交点的边界的假定位置，可以被报告为与测井工具的位置相对的边界的位置。
在本发明的具体实施例中可被确定的附加参数为第二(遥远的)构造区域的电阻率ρ2。当监控参数的若干探测值在孔底测量期间被确定时，例如在井眼中的测井工具的若干不同位置处测量时，或者在测井工具的一个固定位置处使用边界的不同假定位置时，探测值可被解释以便估计第二构造区域的电阻率ρ2。
作为一个例子，参考图8。在此图中，位于监控电极处的电势(Φtotmon-Φhommon)]]>的三条曲线，相对到边界的距离，涉及第二构造区域的不同电阻率ρ2。如果图6中的边界56存在于测井工具的附近，并且如果以同表1所给出的相同电流在电极61和62处对工具通电，那么每个曲线代表在监控电极处所测到的电势。
在一实际例子中，一旦根据本发明确定了到边界的距离，那么在监控电极处已测的电势的探测值就可以被绘制为到边界的距离函数。当例如探测值和参考值之间的差Φtotmon-Φhommon]]>如图8中所绘制的那样时，通过考虑第一构造区域的已知电阻率ρ1，于是第二构造区域的电阻率ρ2就可以得自在零交点(也就是，监控参数的探测值与在均一构造中监控参数已有的参考值交叉的距离处)的函数的斜率。
当不需要电阻率ρ2的实际值时，可以使用这个函数的斜率的符号(正号代表随着到边界距离的增加而上升的曲线而负号代表下降的曲线)来获得关于反射系数γ＝(ρ2-ρ1)/(ρ2+ρ1)符号的信息，并且因此获得关于电阻率ρ1和电阻率ρ2的相对大小。斜率的符号等于曲线的第一导数的符号。
将清楚的是，关于第二构造区域的电阻率ρ2的信息也可以通过若干使用不同边界的假定位置的测量中获得，或者从井眼中的测井工具的一个固定位置处获得。优选的，使用沿着与监控电极相交的直线的目标点获得。对于每个目标点，可以获得监控参数的探测值和参考值。通过绘制作为目标距离函数的相应的一对参考值和探测值之间的差来解释所测量的数据，绘制的图形同图8相似。此函数具有零交点，在这里目标距离大约是到边界的实际距离的两倍。从接近零交点的函数的斜率中或者从它的符号中，可以推断出ρ2的值或反射系数γ的符号，其中考虑了已知的电阻率ρ1。
本发明的方法也可以使用不同的监控参数来实施。
在前面已经论述过的一种类型的应用中，监控参数是位于监控电极处的电势。合适的，在这个例子中的监控电极是无源(passive)电极。
另一个适当的监控参数可以是位于监控电极处的电流。在此实例中，监控电极适宜为有源电极，其可以被通上监控电流。对于均一的实例，选择用于对测井工具通电的电流是有利的，如此监控电流可为零，并且有利于把位于监控电极处的各自的电势标记为均一的电势。然后可以例如通过监控电流来加强位于监控电极处的均一电势，以及通过在搜寻监控电流的零交点时，使测井工具沿着井眼行进来探测边界。
在测量到边界的距离期间，有必要改变在已通电的电极处的相对电流强度。这在此实例中有益于分别确定一组不同的监控参数的参考值。一种适当的实验方式如下述。把工具放置在井眼中的一位置上，该位置四周被足够大的且均一的具有第一构造区域性质的构造所包围。对电极通电，有系统地改变相对的电流强度。例如，如果存在两个已通电的电极，那么一个电极的电流保持不变，而第二个电极的电流在第一电流的-0.2倍到-2.0倍的电流之间变化。这个值域依赖于工具的几何形状，预期位置和边界的方位，以及第一和第二构造区域的电阻率。在监控电极处的电势被记录为第二电流的函数，并且因此获得一组相关电流强度值域的参考值，所述相关电流强度是已通电电极的电流强度。能够获得相同结果的可选方式是分别地对两个电极进行通电，其中在每种情况中的电流强度在一个范围内变化。在这两个种情况下重复测量位于监控电极处的电势，并且从此可以确定作为电流强度比的函数的参考值。
如果要探测边界，那么已通电电极的相对电流强度也可以被持续的改变，例如当工具沿着井眼行进时。
在本发明的应用的另一个变化中，在构造中选择多于一个的目标点。例如，已经发现，如果在假定边界的平面中大约选择4个目标点，并且如果目标点中的电势的目标值是相同的，那么就可以探测边界，所述边界被假定定向于相对于测井工具(以及井眼)的轴的垂直方向上。为了在四个目标点中能够提供特定的电势值，测井工具优选的提供有至少四个可被通电的电极。
应该清楚的是，在发明的方法中，对电极的通电可以使用直流电或者交流电来完成，以及监控参数一般将反映通电频率。优选的，可以使用例如具有60Hz或者更低的低频交流电流，其防止电荷载体的净位移以及伴生影响。
监控电极可适当地具有钮扣形状的电极或者常规的电流聚焦电极。这对于边界的角的取向可以是有利的。
在说明书和权利要求中所用的术语“井眼”与术语“井孔”同义。
权利要求
1.使用带有包括监控电极的若干电极的测井工具在地球构造中探测第一构造区域和第二构造区域之间的边界的方法，所述第一构造区域具有已知的电阻率，而第二构造区域具有不同的电阻率，其中第一构造区域被充满了具有已知电阻率的流体的井眼所穿过，所述方法包括以下步骤a)选择测井工具在井眼中的位置；b)取边界相对于所选的测井工具的位置的一个位置，相对于该选定的位置选择井眼外部的一个或多个目标点，以及在每个目标点中为一个选定的参数选择目标值；c)假定一个模型，其中在井眼中的测井工具被一无限且均匀的构造所包围，所述构造具有与第一构造区域的已知电阻率相等的电阻率；以及，确定如何给至少两个电极通电，以便在每个目标点中所选择的参数具有目标值；d)选择在监控电极处的监控参数；e)将测井工具放置在井眼中的选定位置处；f)在所选位置处确定监控参数的探测值，所述监控参数通过按照步骤c)中确定的方式给至少两个电极通电而产生；以及g)解释监控参数的探测值以探测边界。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤经由井眼使测井工具行进；沿井眼纵向地选择测井工具的一个或多个附加位置；在每个附加位置处重复步骤f)；比较监控参数在不同位置处的探测值，并且选择测井工具发生特性变化的位置；以及报告相对于作为边界位置而选择的测井工具的位置的边界的假定位置。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤假定相对于井眼中的测井工具的所选位置的边界的一个或多个可选位置；对于每个可选位置，重复步骤b)，c)以及f)；比较不同位置的监控参数的探测值并且选择发生特性变化的边界位置；以及报告相对于作为边界位置而选择的测井工具的位置的边界的所选位置。
4.根据权利要求1-3中任何一项所述的方法，其特征在于步骤d)进一步包括确定监控参数的参考值，所述监控参数是通过在构造中按照步骤c)中所确定的方式并依照在步骤c)中假设的模型来给至少两个电极通电而发生的，以及其中步骤g)包括将探测值比作参考值以便探测边界。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于如果监控参数的探测值充分等于在步骤d)确定的参考值，那么将边界的假定位置报告为相对于测井工具在井眼中的位置的边界位置。
6.根据权利要求1-5中任何一项所述的方法，其特征在于在步骤f)中通过一次测量来确定监控参数的探测值，其中在所选位置处对至少两个电极同时通电。
7.根据权利要求1-5中任何一项所述的方法，其特征在于在步骤f)中通过多次测量来确定监控参数的探测值，其中在每次测量时对至少两个电极中的至少一个电极通电。
8.根据在前的权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于边界实质上是一个平面，并且相对于所述平面的假定位置，在监控电极的镜像的主要位置处选择一目标点，所述监控电极是在所选位置处的测井工具上的。
9.根据在前的权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于在其中一个目标点处所选择的参数是电势。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于电势的目标值为零伏特。
11.根据在前的权利要求的任何一项所述的方法，其特征在于在测井工具的不同位置处或边界的不同假定位置处，确定监控参数的若干探测值，其中所述方法进一步包括解释监控参数的探测值以便估算第二构造区域的电阻率。
12.当从属于权利要求4时根据权利要求11所述的方法，其特征在于在测井工具的不同位置处确定监控参数的多个探测值，所述方法进一步包括描绘监控参数的电势以作为到边界的距离函数的步骤，以及通过接近到边界距离的函数的导数的符号确定反射系数γ＝(ρ2-ρ1)/(ρ2+ρ1)的步骤，在所述边界处所述函数与监控参数的参考值相交，其中ρ1、ρ2分别表示第一和第二构造区域的电阻率。
13.当从属于权利要求4时根据权利要求11所述的方法，其特征在于对于边界的不同假定位置处，确定监控参数的多个探测值和参考值，所述方法进一步包括描绘监控参数相应的探测值和参考值之间的差以作为目标距离函数的步骤，以及通过接近到边界距离的函数的导数的符号确定反射系数γ＝(ρ2-ρ1)/(ρ2+ρ1)的步骤，在所述边界处所述函数穿过零点，其中ρ1、ρ2分别表示第一和第二构造区域的电阻率。
全文摘要
在地球构造(51)中使用带有若干包括监控电极(63)的电极(61，62，63)的测井工具探测位于具有不同电阻率的第一和第二构造区域(54，55)之间的边界(56)，其中一井眼贯穿第一构造区域(54)，该方法包括a)选择测井工具(60)在井眼(57)中的位置(65)；b)相对于所选位置(65)，假定边界的位置(56)，相对于所选的位置(65)选择井眼(57)外部的一目标点(67)，以及在所述目标点(67)中为所选择的参数选择目标值；c)假定一个模型，其中在井眼中的测井工具(60)被一无限且均一的构造所包围，所述构造具有与第一构造区域(54)的已知电阻率相等的电阻率，以及确定如何给电极(61，62，63)中的两个必须通电的电极通电，以便在所述目标点(67)中的所选择的参数具有目标值；d)在监控电极(63)处选择监控参数；e)将测井工具(60)放置在井眼(57)中的选定位置处(65)；f)确定监控参数的探测值，所述监控参数按照步骤c中确定的方式给两电极(61，62，63)通电而产生；以及g)解释监控参数的探测值以探测边界(56)。
文档编号G01V1/00GK1498348SQ02806933
公开日2004年5月19日 申请日期2002年3月14日 优先权日2001年3月20日
发明者埃里克·J·本宁－格尔特斯玛, 埃里克 J 本宁-格尔特斯玛 申请人:国际壳牌研究有限公司