识别非常规地层的制作方法
【专利说明】识别非常规地层 技术背景
[0001] 地球地层的电磁（EM)测井的基本原理和技术是众所周知的。例如，确定邻近钻孔 的地球地层的电阻率（或其倒数，导电率）的感应测井长期W来是在捜索和开发地下石油 矿床中采用的重要标准技术。简单地说，发射器发射经过钻孔周围的地层物质的电磁信号 并感应一个或多个接收器中的信号。接收器信号的振幅和/或相位受地层电阻率影响，从 而要进行电阻率测量。测量的信号特性和/或从其计算出的地层性质根据测井工具在钻孔 中的深度或位置进行记录，从而产生可供分析员使用的地层记录。
[0002] EM技术用于随钻测井（LWD)和电缆测井。该些技术用于估计地层参数，包括地层 电阻率、地层各向异性、边界位置等。
[0003] 给定地层的参数（诸如电阻率）可W是各向同性的（在所有方向上相等）或各向 异性的（在不同方向上不相等）。在非常规地层（包括例如断口和/或權被）中测量该个 参数是一个挑战。
[0004] 附图简述
[0005] 图1示出包括倾斜地层基床的说明性随钻测井环境。
[0006]图2示出包括倾斜地层基床的说明性电缆测井环境。
[0007] 图3示出钻孔的定向与倾斜地层基床的定向之间的关系。
[0008] 图4示出具有一个正交=轴发射器和两个正交=轴接收器的测井工具的假想天 线排列。
[0009] 图5示出界定倾斜天线的定向的角。
[0010] 图6为电磁电阻率测井工具的说明性电子模块的方框图。
[0011] 图7示出具有倾斜发射器及接收器天线的说明性电磁电阻率测井工具。
[0012] 图8示出天线排列。
[0013] 图9和图10示出常规地层模型。
[0014] 图11A示出分格。
[0015]图11B示出分格与从其收集资料的地层之间的数学关系。
[001引 图12-15和图18-19示出建模响应。
[0017]图16和图17示出非常规地层模型。
[001引图20-23示出天线排列。
[001引 图24为流程图。
[0020] 图25示出环境。
【具体实施方式】
[0021] 所公开的工具配置和操作在其操作的更大系统的背景下得W最佳理解。因此，图1 中示出说明性随钻测井（LWD)环境。钻井平台2支撑具有用于升降钻柱8的游车6的井架 4。方钻杆10随着其下降穿过转盘12而支撑钻柱8。钻头14是通过井下钻具和/或钻柱 8的旋转来驱动。随着钻头14旋转，产生穿过各种地层18的钻孔16。累20使钻井液循环 通过供液管22到方钻杆10,渗入井下通过钻柱8的内部，通过钻头14中的孔口，经由钻柱 8周围的环带返回到地表，并进入到持水矿井24。钻井液将钻粉从钻孔输送到矿井24中并 协助维持钻孔完整性。
[0022] 电磁电阻率测井工具26集成到钻头14附近的井底总成中。随着钻头延及钻孔穿 过地层，测井工具26收集关于各种地层性质W及测井工具定向和位置、和各种其它钻井工 况的测量。定向测量可W使用方位定向指示器（其可W包括磁力仪、测斜仪和/或加速计） 来执行，但可W使用其它传感器类型，诸如巧螺仪。在一些实施方案中，测井工具包括3轴 磁通口磁力仪和3轴加速计。测井工具26可W采取钻挺的形式，即，提供重量和硬度来协 助钻井过程的厚壁钢管。遥测配件28可W被包括来将测井工具测量传送到地表接收器30 和从地表接收器接收命令。
[0023] 更优选地，位于测井工具26或遥测配件28附近的旋转位置指示器可W包括3轴 磁通口磁力仪和3轴加速计两者。如在所属技术领域中已知，所述两个传感器系统的组合 使能够测量钻孔的工具面、倾斜角、和方位定向角。工具面和钻孔倾斜角是从加速计传感器 输出而计算。磁力仪传感器输出用于计算钻孔方位。借助于工具面、钻孔倾斜角、和钻孔方 位信息，根据本发明的测井工具可用于将钻头导向到所需基床。具体来说，响应差异或响应 比率可用于有效地进入所需产油层或保持在感兴趣油层内。
[0024] 在钻井过程期间的不同时间，可W从钻孔移除钻柱8,如图2中所示。一旦已移除 钻柱，那么可使用电缆测井工具34来进行测井操作，即，通过具有用于将电力输送到测井 工具和将遥测数据从测井工具输送到地表的导体的电缆42悬置的感测仪器探头。测井工 具34的电阻率成像部分可W具有在向井上拉提测井工具时使测井工具居中于钻孔内的集 中臂36。测井设施44从测井工具34收集测量，且包括用于处理并存储由测井工具捜集的 测量的计算设施。
[00巧]图1中所示的地层18不垂直于钻孔，其可W自然地发生或归因于方向钻井操作而 发生。钻孔可W具有根据钻孔的长轴（Z轴）和钻孔的北边（或替代地，高边）（X轴）界定 的坐标系50。地层18在被特性化为平面时可W具有根据平面的法线（Z"轴）和最深下坡的 方向（X"轴）界定的坐标系51。如图3中所示，两个坐标系与两次旋转相关。从钻孔的坐 标系（X，y，Z)开始，绕着Z轴进行角丫的第一次旋转。所得坐标系被标记为（X'，y'，Z'）。 角丫为相对走向角，其指示地层倾角相对于钻孔坐标系的方向。接着绕着y'轴进行角为 a的第二次旋转。此使钻孔坐标系与地层坐标系对准。角a为相对倾角，其为基床相对于 钻孔长轴的斜角。
[0026] 通常会发现，垂直电阻率为如垂直于地层平面测量的电阻率，且水平电阻率为如 在地层平面内测量的电阻率。需要确定该些参数（倾角、走向角、垂直电阻率、和水平电阻 率）中的每个。
[0027] 图4示出多分量电磁电阻率测井工具的假想天线配置。电磁电阻率测井工具可W 被实施为电缆测井工具和随钻测井工具。提供发射器线圈Tx、Ty和Tz的=联体，每个发射器 线圈沿各自轴定向。还提供相似定向的接收器线圈Rix、Riy和Riz的至少一个S联体。仅一 个接收器=联体将用于关于发射信号的振幅和相位的接收信号测量（有时称为"绝对"测 量）。在需要差分测量（例如，沿给定轴定向的接收器线圈之间的信号振幅比率或相位差） 时，还可W提供相似定向的接收器线圈对R2X、R2Y和R2Z的第二个=联体。差分测量可W提 供增大的空间分辨率。
[0028] Moran和Gianzero在1979年Geophysics"电阻率测井测量的地层各向异性的效 果巧ffectsofFormationAnisotropyonResistivityLoggingMeasurements)"，第44 卷，第7期，第1266页中提及接收器线圈中的磁场h可用发射器处的磁矩m和禪合矩阵C 表不：
[0029] h=Cm(1)
[0030] 在表达式中，方程式（1)为：
[0031]
(2)
[003引其中M,、My和MZ为分别由发射器T。Ty和TZ产生的磁矩（与发射信号强度成比 例）。H,、Hy和H为分别由接收器天线R。Ry和RZ处的磁场（与接收信号强度成比例）。
[0033] 在图4的天线配置中，如果依次启动每个发射器，且响应于每次启动而在每个接 收器处进行信号测量，那么获得九个绝对或差分测量。该九个测量使能够确定完整禪合矩 阵C。（Cu=auV，其中I为接收器Rx、Ry或Rz的索引，J为Tx、Ty或TZ的索引，aU为由测