井眼电阻率测井工具的地面校准的制作方法
【专利说明】井眼电阻率测井工具的地面校准 发明领域
[0001] 本公开大体涉及井眼测井工具的校准技术，并且更具体地，涉及电阻率测井工具 的地面校准方法。 技术背景
[0002] 在所有部署在井眼中的测井工具中，电阻率工具提供最大探测深度。因此，已在诸 如装卸或井布置的应用中将电阻率工具广泛用于探测岩层边界。此外，此类测井工具还用 于获取由井眼横贯的地球岩层的各种其他特征以及与井眼本身的大小和配置相关的数据。 可通过几种方法包括电缆测井和"随钻测井"（"LWD"）来收集与井下条件相关的信息(通常 称为"测井"）。
[0003] 测井工具所提供的探测深度和发射机与接收机之间的距离成正比。因此，大多数 深读取工具在它们之间具有非常大的距离。例如，某些深电阻率读取工具可能长达50-100 英尺，并且它们以低于8KHz的频率操作，用于在发射机接收机分离较大的情况下补偿几何 增加的衰减。相比之下，标准较浅的工具具有约20英尺的范围并且使它们优化用于在离储 集岩的顶部边界或底部边界约10英尺范围内的储层中进行井布置。
[0004] 沿深读取工具的在发射机与接收机之间的所需距离形成了校准问题，因为大多数 常规校准方法(例如，空中悬挂、试验罐或烘箱）需要在某种程度上远离可能干扰校准测量 信号的任何附近物体。因此，将这些常规校准技术应用于深读取电阻率工具是不切实际的， 因为工具的敏感体积太大，因而使设备足够大以完全容纳工具也是不可行的。
[0005] 因此，本领域中需要用于校准深读取电阻率测井工具的实用技术。
[0006] 附图简述
[0007] 图1图示了根据本公开的某些说明性方法的经过校准的位于支座上的测井工具；
[0008] 图2A和2B图示了根据本公开的某些说明性实施方案的分别用于LWD和电缆应用的 电阻率测井工具；
[0009]图2C示出了根据本公开的某些说明性实施方案的获取岩层测量信号所必需的在 测井工具内实现的电路的框图；
[0010]图3A是根据本公开的某些说明性方法的详述地面校准方法的流程图；
[0011] 图3B是根据本公开的一个或多个替代说明性方法的详述在用于计算接收机系数 的方法300的块312处所使用的地面校准方法的流程图；
[0012] 图3C是根据本公开的一个或多个替代说明性方法的详述在用于计算发射机系数 的方法300的块312处所使用的地面校准方法的流程图；
[0013] 图4是根据本公开的一个或多个替代说明性方法的详述将校准系数应用于建模的 方法的流程图；
[0014] 图5是根据本公开的一个或多个替代说明性方法的详述将校准系数应用于真实测 量的方法的流程图；
[0015]图6A-D图示了示出本文所述校准方法的建模结果的曲线图A-D;
[0016] 图7A-D是根据本公开的某些说明性实施方案的示出了测井工具接收机和发射机 校准对随回路位置变化的偏心效应的敏感度的曲线图；以及
[0017] 图8A-D是根据本公开的某些说明性实施方案的示出了测井工具接收机和发射机 校准对随回路位置变化的回路倾斜角度偏差的敏感度的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 以下描述了本公开的说明性实施方案和相关方法，因为它们可能用于地面校准方 法，与井眼电阻率测井工具一起使用。为了清楚起见，在本说明书中未描述实际实现方式或 方法的所有特征。当然，应理解，在任何此类实际实施方案的开发中，必须做出许多实现方 式专用的决定以实现开发者的特定目标，例如满足系统相关的和商业相关的限制，例如符 合系统相关和商业相关的约束条件，所述约束在实施方案中各不相同。此外，还应理解，这 样的开发工作可能是复杂且费时的，但对于受益于本公开的所属领域技术人员而言只不过 是常规的任务。本公开的各种实施方案和相关方法的其他方面和优点将从以下说明书和附 图的描述中变得显而易见。
[0019]图1图示了根据本公开的示例性方法的经过校准的位于支座上的测井工具。如本 文所述，本公开的说明性实施方案描述了用于对电阻率测井工具进行地面校准的各种方 法。首先将测井工具10安置在支座12上。或者，可使测井工具10悬吊在地面位置或以另外方 式紧固在地面位置。将回路14(即，发射机回路14a或接收机回路14b)分别邻近工具接收机 16和发射机18安置。例如，在一些实施方案中，回路14可为10至20英尺的距离。在某些实施 方案中，使用单独的外部发射机和接收机进行校准。这种实施方案尤其适合于模块化工具， 如图1所示，其中深读取工具的发射机和接收机位于套环的物理分离零件上。然而，本公开 也适用于一体式测井工具。尽管如此，发射机和接收机的地面校准仍可以单独进行，这需要 较少的物理空间和间隙进行测量。
[0020] 如图1进一步所示，为了校准发射机18,将外部校准接收机回路14b放置在发射机 18附近，由此记录从发射机18发出的信号。随后将所测量的信号与模拟信号进行比较，并且 作为比较的结果，确定发射机18的校准系数。通过使用回路发射机14a以类似的方式完成工 具接收机16的校准。在某些实施方案中，工具发射机18/接收机16与它们相应的回路接收机 14b/发射机14a之间的同步（用来校准相位)可通过将同步线路20放置在它们之间来完成。 线路20可以是有线的也可以是无线的。
[0021] 此后，将所述工具部署在井下并且如图2A和2B所示进行岩层测量。图2A和2B图示 了根据本公开的某些说明性实施方案的分别用于LWD和电缆应用的电阻率测井工具。一旦 被部署，在地面上所计算的工具发射机18和接收机16的校准系数即被应用于在井下获得的 实信号，由此校准这些测量值。此后，使所校准的测量信号反转以产生钻孔和周围地质岩层 的所需岩石物理特征（即，岩层参数），所述岩石物理特征与岩层的电气性质或地质性质诸 如层电阻率、层边界的距离或方向、任意层边界的2D形状或岩层电阻率的3D分布相关。在校 准的替代应用模式中，可作为替代将所述校准以反转形式应用于模型数据。因此，可基于岩 层参数诸如钻井、井布置、装卸或地质导向操作来进行井眼操作。
[0022]图2A图示了配备有井架4的钻井平台2,该井架支撑用于提升和降低钻柱8的升降 机6。升降机6悬吊顶部驱动器11，该顶部驱动器适于旋转钻柱8并使其降低穿过井口 13。钻 头15连接至钻柱8的下端。当钻头15旋转时，会形成穿过各岩层19的井眼17。栗21使钻井流 体循环通过供给管22到达顶部驱动器11，向下通过钻柱8的内部，通过钻头15的孔，经由钻 柱8周围的环形物回到地面，并进入贮留池24中。钻井流体将钻肩从钻孔输送到池24中，并 帮助保持井眼16的完整性。各种材料可用于钻井流体，包括但不限于基于盐水的导电泥浆。
[0023] 将测井工具10整合到钻头15附近的井底组件中。在这个说明性实施方案中，测井 工具1〇SLWD工具;然而，在其他说明性实施方案中，测井工具10可用于电缆或管道传输测 井应用。测井工具10可以是例如超深读取电阻率工具。或者，在同一钻柱中还可连同深读取 测井工具一起使用非超深读取电阻率测井工具。说明性测井工具包括例如Halliburton Energy Services公司的INSITE ADR?电阻率工具或LOGIQ ACRt?系统。本领域受益于本公 开的技术人员将认识到，在本公开内可使用各种电阻率测井工具。此外，在某些说明性实施 方案中，测井工具10还可适于在套管井和裸眼井环境中执行测井操作。此外，在某些实施方 案中，用于校准过程的测量信号可能源于不同的钻孔，优选位于地球的在钻孔之间存在密 切关系的同一区域中。
[0024] 仍然参照图2A，当钻头15使井眼17延伸通过岩层19时，测井工具10收集与各种岩 层性质以及工具取向和各种其他钻井条件相关的测量信号。在某些实施方案中，测井工具 10可呈现钻环的形式，即提供重量和刚度以有助于钻井过程的厚壁管状物。然而，如本文所 述，测井工具10包括感应或传播电阻率的工具，以感测岩层的地质性质和电阻率。可将遥测 接头28包含在内以将图像和测量数据/信号传送到地面接收机30并且从地面接收命令。在 一些实施方案中，遥测接头28并不与地面通信，而是存储测井数据以供以后在恢复测井组 件时，在地面上检索。
[0025]仍然参照图2A，测井工具10包括系统控制中心（"SCC"）以及必要的处理/存储/通 信电路，所述电路被通信地耦合到一个或多个传感器(未示出），所述传感器用于获取反映 岩层参数的岩层测量信号。在某些实施方案中，一旦测量信号被获取，SCC即校准这些测量 信号并且将数据经由遥测接头28向井上传递返回和/或传递到其他组合组件。在替代实施 方案中，可使系统控制中心定位在远离测井工具10的远程位置，诸如地面或另一个钻孔，并 且相应地执行处理。本领域受益于本公开的技术人员将很容易明白本公开内的这些及其他 变体。
[0026] 沿测井工具10所使用的测井传感器为电阻率传感器，诸如磁传感器或电传感器， 并且可实时通信。说明性磁传感器可包括线圈绕组和螺线管绕组，它们利用感应现象来感 测地球岩层的电导率。说明性电传感器可包括电极、线性导线天线或环形天线，它们利用欧 姆定律来执行测量。此外，这些传感器可以是具有方位角力矩方向和方向性的偶极子诸如 倾斜线圈天线的实现。此外，测井传感器可以适于