Obm电阻率成像中的双模式平衡的制作方法

Obm电阻率成像中的双模式平衡的制作方法
【专利摘要】用于评估地层的方法、系统和装置。方法可包括：将载体传送到地层钻孔中；以及在一种测量模式中，在进行第一电流测量时，通过将电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极，进行电流测量；以及在进行第二电流测量时，将另一高频电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极。可选地，方法包括在另一种测量模式中，在进行第三电流测量时，通过将电压施加到两组传感器阵列中的每个测量电极，使用测量电极进行进一步电阻率测量。方法包括组合第一电流测量、第二电流测量和第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。可选地，在工具主体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列处于不同的组中。
【专利说明】
OBM电阻率成像中的双模式平衡
技术领域
[0001] 本发明大体上设及碳氨化合物的勘探，包括穿透地层的钻孔的电子勘测。更具体 地说，本发明设及一种由电阻率工具在充满油基泥浆的钻孔中产生图像的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 电动地层钻孔测井是众所周知的，且各种装置和技术已经用于该目的。广义来说， 有两类装置用于电动钻孔测井装置。在第一类中，使用电流电极将电流注入地层，然后通过 感应电极来测定电流或电压降W测定对地层电特性敏感的信号。在第二类中，使用线圈的 感应激励来感应地层中的电流，然后同样使用感应接收天线来探测所感应电流的幅度和相 位。本发明属于第一类。电阻率成像工具已经被广泛使用了数年用于获得在地层中钻开的 钻孔的壁的电阻率图像。

【发明内容】

[0003] 在一些方面，本发明设及评估地层。方法实施例可包括使用与多个传感器阵列上 的测量电极相关的载体来评估由钻孔贯穿的地层。多个传感器阵列可包括第一组传感器阵 列和第二组传感器阵列。多个传感器阵列中的每个传感器阵列可W包括测量电极中的至少 一个测量电极。实施例可包括将载体传送到钻孔中；W及在第一测量模式中，使用测量电极 进行指示地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行第一电流测量时，通过将第一电 压施加到多个传感器阵列中的每个测量电极，进行第一电流测量；W及在第二测量模式中， 使用测量电极进行指示地层的电阻率参数的进一步电流测量，包括:在进行第二电流测量 时，将第二电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极；W及在进行第Ξ电流测量时， 将与第二电压的极性相反的第Ξ电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极；W及组 合第一电流测量、第二电流测量和第Ξ电流测量W模拟每个测量电极的虚拟阻抗。
[0004] 对于一些实施例，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传 感器阵列中的一个处于与连续传感器阵列中的另一个所不同的组中。方法可包括使用每个 测量电极的虚拟阻抗W估计电阻率参数，或使用每个测量电极的虚拟阻抗W生成电阻率参 数的图像。第一电压、第二电压和第Ξ电压可各自W至少IMHz的频率施加。施加第二电压和 施加第Ξ电压可同时进行。第一电压可与第二电压相同。
[0005] 设备实施例可包括测井工具，其配置成传送在钻孔中；多个传感器阵列，其包括第 一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵列包括至少一个测量电极;位于 测井工具上的多个衬垫，其中每个衬垫包括衬垫体和多个传感器阵列中的至少一个传感器 阵列；W及至少一个处理器，其配置成实施本文所描述的方法。例如，处理器可配置成在第 一测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的第一电流 测量，其中在进行第一电流测量时，通过将第一电压施加到多个传感器阵列中的每个测量 电极，进行第一电流测量;在第二测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示 地层的电阻率参数的进一步的电流测量，包括:在进行第二电流测量时，将第二电压施加到 第一组传感器阵列中的每个测量电极；W及在进行第Ξ电流测量时，将与第二电压极性相 反的第Ξ电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极；W及组合第一电流测量、第二 电流测量和第Ξ电流测量W模拟每个测量电极的虚拟阻抗。
[0006] 在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，其中一个阵 列处于与另一个阵列所不同的组中。至少一个处理器可进一步配置成使用每个测量电极的 虚拟阻抗W提供电阻率参数的图像。至少一个处理器可配置成W至少IMHz的频率施加第一 电压、第二电压和第Ξ电压中的每一个。至少一个处理器可配置成同时施加第二电压和第 Ξ电压。第一电压可与第二电压相同。
[0007] 设备实施例可包括:钻头，其被传送至底部钻具组件(BHA)上用于钻凿钻孔；工具 主体，其与底部钻具组件相关联;位于工具主体上的多个传感器阵列，其包括第一组传感器 阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵列包括至少一个测量电极；W及至少一个处 理器，其配置成实施本文所描述的方法。例如，处理器可配置成在第一测量模式中，使用多 个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行第一 电流测量时，通过将第一电压施加到多个传感器阵列中的每个测量电极，进行第一电流测 量;在第二测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的 进一步的电流测量，包括:在进行第二电流测量时，将第二电压施加到第一组传感器阵列中 的每个测量电极；W及在进行第Ξ电流测量时，将与第二电压极性相反的第Ξ电压施加到 第二组传感器阵列中的每个测量电极；W及组合第一电流测量、第二电流测量和第Ξ电流 测量W模拟每个测量电极的虚拟阻抗。
[000引在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，其中一个阵 列处于与另一个阵列所不同的组中。至少一个处理器可进一步配置成使用每个测量电极的 虚拟阻抗W提供电阻率参数的图像。至少一个处理器可配置成W至少IMHz的频率施加第一 电压、第二电压和第Ξ电压中的每一个。至少一个处理器可配置成同时施加第二电压和第 Ξ电压。第一电压可与第二电压相同。
[0009] 替换方法实施例可包括将载体传送到钻孔中；W及使用测量电极进行指示地层的 电阻率参数的电流测量，其包括:在进行第一电流测量时，将第一电压施加到第一组传感器 阵列中的每个测量电极；W及在进行第二电流测量时，将与第一电压极性相反的第二电压 施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极。
[0010] 在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传 感器阵列中的一个处于与阵列中的另一个所不同的组中。方法可包括使用每个测量电极的 虚拟阻抗W估计电阻率参数，或使用每个测量电极的虚拟阻抗W生成电阻率参数的图像。 第一电压和第二电压中的每一个可W至少IMHz的频率施加。施加第一电压和施加第二电压 可同时进行。第一电压可与第二电压相同。一些实施例可包括使用第一测量和第二测量W 生成电阻率参数的图像。
[0011] 运里相当宽泛地概述了本发明一些特征的示例，目的在于可W更好地理解下面的 详细描述并正确评价其对于本领域的贡献。
【附图说明】
[0012] 为了详细理解本发明，应结合附图参考下面对于实施例的详细描述，其中相同的 元件采用相同的附图标记，其中：
[001引图1示出了根据本发明实施例的悬吊在钻孔中的示例性成像工具；
[0014] 图2是根据本发明实施例的钻孔成像器系统的示意性外部视图；
[0015] 图3A示出了根据本发明实施例的用于电流成像器的高频双端传感器阵列，其用于 获得钻孔中的地层的多个电阻测量值；
[0016] 图3B示出了根据本发明实施例的传感器阵列的示意图；
[0017]图4示出了工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路；
[0018] 图5A和图5B示出了水平分层模型的测量阻抗的数值模拟；
[0019] 图6A和图6B示出了根据本发明实施例的井下工具的示意性截面图；
[0020] 图7示出了用于交替模式的工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路；
[0021] 图8示出了根据本发明实施例的工具在运行时的电流流动；
[0022] 图9A和图9B示出了根据本发明实施例的示出方位分辨率的测量阻抗的数值模拟；
[0023] 图10示出了根据本发明实施例的另一传感器阵列的示意图；
[0024] 图11示出了使用与用于单电极实施例的对齐模式相对的交替模式的测量阻抗的 差异的数值模拟；
[0025] 图12W流程图形式示出了根据本发明实施例的用于评估地层的一种方法。
【具体实施方式】
[0026] 在一些方面，本发明设及钻孔周围地层的电流电阻率成像。在其他方面，本发明设 及估计所关注的参数，诸如，例如地层的电阻率。用于估计电阻率的说明性方法可包括获取 并利用表征地层电阻率的信息。该信息可通过布置到钻孔中的工具来获取。为进行上下文 说明，下面描述了用于布置并使用运种工具来获取该信息的示例性系统。
[0027] 当在高溫和高压钻孔环境下测井的同时，获得具有足W成像的分辨率的足够精确 的信息，是一种技术挑战。从W往看来，电流成像工具包括至少一个电流发送器，其将电流 引入到地层，W及至少一个返回电极，在此处电流穿过屯、轴返回到工具。电阻(或复阻抗)可 在两个电极之间测量。理想地，电流直接从电流发送器流经地层并通过返回电极返回。然 而，在一些井下情形中，电阻率工具由填充有油基钻探流体Γ泥浆"）的间隙与地层分隔开。 间隙可沿着钻孔长度呈一致性，或可由于钻孔不规则度而经历变化。
[0028] 油具有高电阻率，因而对于电流型装置是有问题的。对于电流测量最好的情况将 会是，如果所有电流线在衬垫Γ垫上"）内关闭。但是，在低电阻地层(~1欧姆-米)和大间隙 (〉1毫米）的情况下，大量的电流穿过地层泄漏到屯、轴。运由于大屯、轴面积（与衬垫相比）和 低地层电阻率而成为"有利的路径"。运种泄漏是一种不希望出现的减少测量的电流W及向 测量阻抗增加附属项的现象。因此，测量阻抗的值受到泥浆、钻孔不规则度和屯、轴的影响。
[0029] 根据本发明的一般实施例可包括一种通过使用与多个传感器阵列相关联的载体 用于评估由钻孔贯穿的地层的方法。所述方法可包括:在第一测量模式中，在多个传感器阵 列中使用测量电极，W通过将相同极性的第一高频电压施加到第一组传感器阵列中的每个 测量电极W及将相反极性的第二高频电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极，进 行电阻率测量。第一组阵列和第二组阵列可W交替围绕载体的圆周，W使同一组中不会出 现两个连续的阵列。在第二模式中，可W使用所有测量电极在相同的高频电压下进行测量。 在一些方面，新颖的处理可w结合来自第一模式和第二模式的测量来模拟测量的虚拟"平 衡'模式。
[0030] 图1示意性地示出了具有井下工具10的电阻率成像系统100,其配置为获取信息用 于产生地层80的电阻率图像或地层80的其他所关注的参数。系统100可包括竖立在钻台70 上的常规井架60。可W是刚性或非刚性的传送装置(载体15)，可配置为将井下工具10传送 入邻近地层80的钻孔50。载体15可W是钻柱、连续油管、钢丝绳、电子线缆、钢缆等。井下工 具10可W与另外的工具相联接或结合，例如一些或所有的信息处理系统(嵌入）。因此，根据 该结构，工具10可在钻井期间和/或钻孔50形成之后使用。虽然示出了 ±地系统，本发明的 教导也适用于海上或海底应用中。载体15可W包括用于电力和/或数据的嵌入导体，W在地 面和井下设备(例如屯导体电缆)之间提供信号和/或电力通信。载体15可W包括底部钻具 组件，其可W包括用于旋转钻头的钻井马达。钻井液Γ泥浆"）90可W存在于地层80和井下 工具10之间，W使得钻井液90影响从地层获得的电阻率测量的值。
[0031] 表面控制单元或控制器65接收来自井下传感器40和用于系统100中的其他传感器 的信号，并且根据提供给表面控制单元65的编程指令来处理运些信号。表面控制单元65可 W在显示器/监视器上显示所需的参数和其他信息，运些信息和参数被操作者利用。表面控 制单元65可W是基于计算机的单元，其可包括信息处理装置75。表面控制单元65还可W在 井下工具10上的合适位置处与井下控制单元20进行通信。表面控制单元65可W处理与操作 有关的数据和来自传感器40的数据，并且可W控制由系统100执行的一个或多个井下操作。
[0032] 在一个实施例中，与传感器40相关联的电子装置30可W配置为记录和/或处理所 获得的信息。为了在单个行程期间执行处理，该工具可W使用"高带宽"传输来将传感器40 获取的信息传输到表面用于分析。例如，用于传输所获取的信息的通信线可W是光纤、金属 导体或任何其他合适的信号传导介质。应当理解的是，使用"高带宽"通信线路可允许表面 人员"近乎实时"监视和控制操作。
[0033] 在图1中示出的系统的新颖点为:表面控制单元65和/或井下控制单元20配置为执 行不属于现有技术的某些方法(下面将讨论）。表面控制单元或井下控制单元可W配置成根 据本文描述的方法来控制上述传感器和评估所关注的参数。通过使用W下描述的方法，使 用一个或多个模型来控制运些构件。
[0034] 图2是钻孔成像器系统的示意性外观图。包含成像系统的工具10包括传感器40,该 传感器40包含电阻率阵列26。可选地，成像器系统可W包括其他传感器，诸如泥浆单元30或 周向声波井下电视32。电子模块28和38可W位于系统中的合适位置，而不一定位于所示的 位置。运些构件可常规已知的方式安装在屯、轴34上。上述组件的外径可W为约5英寸， 并且长为约15英尺。包括磁强计和加速度计或惯性制导系统的定向模块36可W安装在成像 组件26和32的上方。仪器10的上部分38可W含有遥测模块，用于W常规方式从井上各个部 件到表面控制单元65进行数据样本的采样、数字化和传输。如果获得声学数据，运些数据可 模拟形式被保留，W便传输到表面，然后由表面控制单元65数字化。
[0035] 图3A示出了用于电流成像器的高频双端传感器阵列350,该电流成像器用于获得 根据本发明实施例的钻孔中的地层的多个电阻率测量。阵列350包括测量电极305曰、 30加……305η。在图3所示的情形中，方位地放置测量电极。运并不意味着对于本发明的限 审IJ。在另一个方面，多个垂直隔开的测量电极可W对应于垂直隔开的电流电极。在又一个方 面，多个测量电极可w包括垂直地和方位地隔开的测量电极的组合。采用圆盘状纽扣电极 的其他电极结构可W被使用。所有运样的实施例在本发明的范围内。
[0036] 在正常操作中，高频电压V施加在测量电极和衬垫体307之间。每个测量电极305a、 30化……305η(即"纽扣"）可操作地禪合有测量复值电流Ji的相敏分析器。表观阻抗V/Ji的 实部可归因于测量电极前的地层电阻率。
[0037] 当衬垫与钻孔壁之间6的明显间隙（例如大于1毫米)和低电阻率地层(例如大约1 欧姆-米)组合时，大量电流"离垫"泄露至屯、轴。运种泄漏是一种不期望出现的减少测量的 电流W及向估计阻抗增加附属项的现象。后者偶然性导致信号动态范围的劣化。
[0038] 图3B示出了根据本发明实施例的传感器阵列350的示意图。传感器阵列禪合至屯、 轴％并由各自的支撑构件（臂)42支撑自屯、轴％。高频电压V施加在测量电极305和衬垫体 307之间，从而激励电流。电流一旦离开电极305便穿过可变的衬垫地层隔开间隙，然后穿过 地层的邻近纽扣部分W返回到地面(例如其他金属构件）。电流可W由两条并行路径行进。 第一路径是穿过"近"地层区到衬垫体307。第二路径是穿过"远"区到屯、轴34Γ离垫"）。
[0039] 图4示出了工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路。图4表示单个衬垫和单个测 量电极(也称为"纽扣"），如在传统的对齐模式中一样，其中所施加的电压V对于所有衬垫来 说是相同的。估计的所关注的第一参数Re运加是阻抗的实际部分，运是使甩估计的，其 用于正常或正模式可W被计算为：
[0040]
[0041] 运表明所需值附加地受到附属项(上式中的第二项）的影响。要估计的值和附属项 之间的比率取决于衬垫与地层的间隙、地层电阻率和屯、轴长度。如果下列任何为真,?釉的 模量可能明显高于马蜡的模量:i)间隙非常小(例如小于0.1毫米），? )地层电阻率高(例如 大于10欧姆-米），或iii)屯、轴短(例如小于5米）。在运种情况下，向屯、轴的泄露自然是小的， 因此得到：
[0042]
[0043] 相关的污染与电极的前部区域和衬垫的前部区域之间的比率成比例。在运种情况 下，比率为约0.2,并且因此污染是可W容忍的。然而，通常上述条件均未能满足。例如，如果 衬垫-地层间隙超过了阔值，那么由于屯、轴区域与衬垫相比具有更大的尺寸，对应电容禪合 变得比屯、轴-地层禪合更为脆弱。同时，如果地层为低电阻，那么也有可能
[0044] I Ζ?Λ I < < I写禮I而ReZi#> >Re写禮(由于趋肤效应）。
[0045] 由于电流的主要部分通过屯、轴，而不是通过感测纽扣返回，发生在正模式中的情 况对于测量来说是不期望的。在运种情况下，阻抗的实部被屯、轴的阻抗污染：
[0047] 且附属第二项较大。
[0046] Λ
[0048] 图5A和图5B示出了Re Z继η,1使用（"正"）模式502用于水平分层模型的测量阻抗的 数值模拟。图5Α处于对数标度；图5Β处于线性标度。可容易看出，附属项是相当大的，导致信 号动态范围的显著降低。
[0049] 通过消除附属项，信号动态范围可显著增加 W允许地层电阻率的绝对测量。运可 W通过使用系统中的第二衬垫和新型"交替"测量模式来实现。图7描绘了对应的等效电路 (其中下标是指纽扣标识符）。在交替测量模式中，装置配置成使得两个电压符号相反:衬垫 1为V而衬垫2为-V，而非施加相同电压到两个衬垫上（如在"正"模式中）。显而易见，如果 运加,1 =运加,2到屯、轴m及到衬垫）的泄漏为零，那么电路中点的电势(对应于图3Β中邻近纽 扣区域的边界)为零，且测量提供无附属项的精确值。当运两个阻抗并非刚好相等时，泄漏 不为零;但是，如果怒肋i，Z继η,2它们彼此接近，其比正模式中少得多，因而减轻了由附属项 产生的测量污染。
[0050] 在任意何能非常不同）运加,1，Ζ继的一般情况下，交替模式"本身"可能无法提供 它们的精确值。该问题通过如下方法(称为"双模式平衡"）解决:对W下两者进行测量，正模 式 #10:
[0化1 ]
[0化2] 和交替模式#2:
[0化3]
[0054]其中上标是模式号。然后定义虚拟"平衡"模式#3,其为正模式和交替模式的线性 组合：
[0055]模式#3 =模式#2+a.模式#1，(2.1)
[0化6] 且满足条件：
[0057]
( 2.2 )
[0058] 因而，从(2.1)-(2.2)，我们有如下公式用于复值系数a:
[0059]
( 2.3 )
[0060] 条件(2.2)意指没有电流从图7中的中点通过衬垫或屯、轴到达地面。即，运个点的 电势刚好为零，因此值磁扣,12刚好为：
[0061] (2.4)
[0062] 注意到，运里的分母恰好彼此相反(参见(2.2))，因而运加 ，谢Zift,2之间的差别巧 于分子"。现在让我们将上面所展示的方法运用到具有多个衬垫的工具中。衬垫被分为两 组:奇数编号和偶数编号（参见图6A和图6B)。即，任何衬垫的两个相邻衬垫属于另一组。当 所有衬垫上的所有纽扣具有相同电势V时，乂在正模式#1上进行输出电流测量，且 然后当"奇数"衬垫上的所有纽扣再次具有电势V而"偶数"衬垫上的所有纽扣具有相反电 势-V时，在交替模式#2上进行输出电流测量。平衡模式#3由相同关系（1)和W下条件限定
[0063]
(2.5)
[0064] 其中N是纽扣的总数(在当前EI-2设计中N = 60)。因而，复值系数a的公式(2.3)变 为：
[00 化] (2.6)
[0066] 且邻近纽扣阻抗的公式(4)采用W下形式：
[0067] (2.7)
[0068] 其中在"奇数"衬垫处sigm=l，且在"偶数"衬垫处sigm = -l。通过分析平衡模式 上的电流图案，我们注意到，除非到衬垫主体和到屯、轴的泄漏小到可W忽略不计，电流从 "奇数"衬垫的电极"径向且方位地"流至"偶数"衬垫的电极(参见图8)。因而，在该模式中， 工具既不是在"垫上"也不是"离垫"一它"跨垫"。
[0069] 图6A和6B说明根据本发明实施例的井下工具的示意性截面。井下工具600包含具 有6个高频成像器传感器阵列(601至606)的屯、轴610,所述成像器传感器阵列(601至606)通 过相应的支撑部件(臂)612从屯、轴610支撑。参考图6A，在第一方法实施例中，交替测量 模式"产生测量，其中施加于任何两个连续传感器阵列的相应电压是不同的，但是施加于交 替传感器阵列的相应电压是相同的。即，阵列被划分为两组:奇数编号阵列在第一组中且偶 数编号阵列在第二组中。任何阵列的两个相邻阵列均属于另一组。
[0070] 在一些实施方案中，施加于连续传感器阵列的相应电压是相反的。相反电压意指 一个电压为负并且一个电压为正，但是每个电压的绝对值基本上是相同的。所有奇数编号 衬垫均W施加电压V操作，而所有偶数编号衬垫均W相反符号的电压-V操作。例如，传感器 阵列601、603和605具有电压值￥，但是传感器阵列602、604和606均具有电压值-￥。因此，至 屯、轴的残余泄漏与运两组衬垫之间的电容式禪合中的不平衡成比例。因此，泄漏远小于所 有衬垫均具有相同电势八"对齐测量模式"，图6B)的情况。
[0071] 在第二种技术中，可W交替测量模式和对齐测量模式中的每一个来进行测量。接 着可W使用运两种测量通过实际上结合模拟"平衡模式"的测量来估计电阻值，其中通过所 有纽扣的总输出电流为零，即，泄漏刚好为零。除消除电流泄漏之外，平衡模式的模拟测量 还修正了由于不平衡衬垫-地层间隙引起的方位图像假影。
[0072] 条件(X)意指没有电流通过衬垫或屯、轴从图8B中的终点到达地面。即，运个点的电 势刚好为零，因此运加,1、Z继日,2的值刚好为：
[0073]
[0074] 输出电流Ji的测量在所有衬垫上的所有电极具有相同电势V时是W对齐模式进 行，且接着再次W交替模式进行。平衡模式是由相同关系（1)和条件定义
[0075]
[0076] 其中N是纽扣的总数(在当前EI-2设计中）。因此，复值系数a的公式(3)变为：
[0077]
[0078] 且邻近纽扣阻抗的公式(X)呈现W下形式：
[0079]
[0080] 其中在"奇数"衬垫处si即i=l，且在"偶数"衬垫处si即i = -l。
[0081] 电流从"奇数"衬垫的电极径向地且方位地流至"偶数"衬垫的电极(参照图8)。
[0082] 代替反号交替的是，可使用任何其他等效基准来构造平衡模式。例如，可对"奇数" 衬垫上的电势V和"偶数"衬垫上的零电势进行第一组测量，且可W将第二组测量颠倒。然 而，使用反号交替测量结合对齐测量可W是有利的，因为每种测量均足W单独提供图像。
[0083] 模拟的虚拟工具包括各自具有方位角大小为39.375°的8个衬垫。使用8个衬垫工 具避免了模拟中的数值假影。首先，对W下基准进行模拟，其包含1欧姆-米地层，其具有厚 度从0.5英寸增加至4英寸的10欧姆-米层。
[0084] 模拟使用W下参数： 嵌入地层 1欧姆-米； 地层的水平层 IQ欧姆-米； 水平层厚度 QJ英寸塞4英寸;；
[0085] 巧隙 1/8芙寸； 成'抽长農 20米； 泥浆导电率 0, 频率 10 MHz。
[0086] 返回到Re Z继日,1使用图5A和5B中所示的交替模式504进行的测量阻抗的模拟，容易 明白的是，本发明的交替模式大幅改进了关于相同电势测量的工具的垂直分辨率:动态范 围（最大值/最小值比)从1.6增加至9。我们还看出，附属项几乎是整个对数中的常量。
[0087] 参考图9A和9B，另一模拟比较方位角分辨率。应当注意的是，需要适当的校准；出 于运个目的，对交替模式的响应相对于方位角已针对均匀介质1欧姆-米进行了计算并且接 着用于所述校准。结果已由运个曲线校准。
[0088] 对于图9A的模拟，地层由厚度(在钻孔壁上)从0.6250"至3.75"的交替的1欧姆-米 和10欧姆-米的部分组成，不存在垂直依赖关系。间隙还是恒定的1/8英寸。此外，很显然交 替模式提供了比对齐模式更好的解决方案:动态范围从对齐模式测量902的2.5增加到交替 模式结果904的10,运是理论上的极限。平衡模式结果906明显不同于交替模式一一系数a的 模量只有0.000120-一并且因此几乎没有区别。
[0089] 对于图9B的模拟，模拟的间隙是不均衡的。对于从0度至50度的方位角的间隙等于 1/8英寸，否则为1/24英寸。因此，第一衬垫的间隙是所有其他衬垫的Ξ倍，运导致了系统不 平衡。我们可W看到，交替模式具有伪像一一在315度的方位角处的测量电阻率的显著跳 跃。由此可W得出结论，该伪像是由不均衡的间隙引起的。平衡结果916现在明显不同于交 替结果914(|a| =0.06)，而我们看到矫正成功去除315度的伪像。
[0090] 图10示出了根据本发明实施例的另一传感器阵列的示意图。传感器阵列1002可W 与随钻测量(歷D)应用结合使用。例如，工具1000可W包括6.75英寸钻柱1004,其在屯、轴 1020的相对侧上具有两个传感器。每个传感器包括1平方英寸的测量电极1010,其伸出屯、轴 1020距离3/8英寸。因此，8.5英寸钻孔中的间隙为0.5英寸。测量电极1010可W由电绝缘 1012围绕。传感器具有如上的相反的极性。
[0091] 图11示出了使用与用于单电极实施例的对齐模式相对的交替模式的测量阻抗Re 运加,1的差异的数值模拟。地球模型与图5A和5B相同。很显然对齐模式具有比在有线的情况 下更好的解决方案一一现在它的动态范围为6,而不是图5A获得的值1.6-一由于较小的间 隙(0.875英寸而不是2.25英寸）。因而，相应的电容禪合按比例更强。因此，泄漏路径较短。 同样，交替模式结果1104展示比对齐模式1102更好的解决方案。动态范围从6增加至9。
[0092] 图12W流程图形式示出根据本发明的用于评估由钻孔50(图1)贯穿的地层80的方 法1200。步骤1210包括将载体输送到钻孔中。步骤1220包括在第一测量模式中，在多个传感 器阵列中使用测量电极，W使电阻率测量指示地层的电阻率参数。在第一模式中，在进行第 一电阻率测量时，通过将第一高频电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极来进行 测量；W及在进行第二电阻率测量时，通过将不同于第一高频电压的第二高频电压施加到 第二组传感器阵列中的每个测量电极来进行测量。运些测量可W同时进行。
[0093] 可选步骤1230可W包括在第二测量模式中，在多个传感器阵列中使用测量电极， W在进行第Ξ电阻率测量时通过将第Ξ高频电压施加到第一组传感器阵列和第二组传感 器阵列中的每个测量电极，进一步得到指示地层电阻率参数的电阻率测量。第Ξ电压可W 与第一电压或第二电压相同。
[0094] 可选步骤1240包括使用第一电阻率测量、第二电阻率测量和第Ξ电阻率测量来评 估电阻率参数。例如，运可W通过在特定测量电极处评估电阻率来进行，运取决于第一模式 中的特定测量电极中的第一感应电流和第二模式中的特定测量电极中的第二感应电流的 线性组合。此外，运可W包括通过在特定测量电极处评估电阻率，运取决于在第一模式中施 加到特定测量电极的第一电压和在第二模式中施加到特定测量电极的第二电压的线性组 合。可选步骤1250包括使用电阻率测量来提供电阻率参数的图像。
[00M]在本文中，术语"信息"可W包括但不限于W下一项或多项：（i)原始数据、（ii)处 理后数据和（iii)信号。如上文中所使用的术语"传送装置"或"载体"意指可W用来传送、容 置、支撑或W其他方式有利于另一装置、装置构件、装置组合、介质和/或部件使用的任何装 置、装置构件、装置组合、介质和/或部件。示例性非限制性传送装置包括盘管类型、接合管 类型和其任何组合或部分的钻柱。其他传送装置实例包括套管、电缆、电缆探头、滑线式探 头、滴灌、井底接头、BHA、钻柱插入物、模块、内部壳体和其基底部分、自推式牵引器。如上文 使用，术语"接头"是指配置成部分封闭、完全封闭、容置或支撑装置的任何结构。如上文所 使用的术语"信息"包括任何形式的信息(模拟、数字、EM、打印等）。本文的术语"信息处理装 置"包括但不限于传输、接收、操控、转换、计算、调制、调换、携带、存储或w其他方式利用信 息的任何装置。信息处理装置可W包括用于执行编程指令的微处理器、常驻存储器和外围 设备。"高频"意指至少IMHz的频率，但是在一些实施例中，可W预期高于IMHz、高于5MHz或 高于lOMHz的频率。诸如"第一"、"第二"、"第三'等术语用作指示符，且不代表某个顺序。
[0096] 再次参考图1，本发明的某些实施例可W利用包括信息处理器11、信息存储介质 13、输入装置17、处理器存储器19的硬件环境实施，并且可W包括外围信息存储介质9。硬件 环境可W在井中、钻机处或远距离位置处。此外，硬件环境的若干构件可W分布在那些位置 中。输入装置17可W是任何数据读取器或用户输入装置，诸如数据读卡器、键盘、USB端口 等。信息存储介质13存储由检测器提供的信息。信息存储介质13可W包括用于标准计算机 信息存储的任何非瞬时计算机可读介质，诸如USB驱动器、存储器棒、硬盘、可移除式RAM、 EPR0M、EAR0M、快闪存储器和光盘或本领域普通技术人员已知的包括基于互联网的存储装 置的其他常用存储器存储系统。信息存储介质13存储当执行时使信息处理器11执行所公开 方法的程序。信息存储装置13还可W存储由用户提供的地层信息，或地层信息可W被存储 在外围信息存储介质9中，外围信息存储介质9可W是任何标准计算机信息存储装置(诸如 USB驱动器、存储器棒、硬盘、可移除式RAM)或本领域普通技术人员已知的包括基于互联网 的存储装置的其他常用存储器存储系统。信息处理器11可W是任何形式的计算机或数学处 理硬件，包括基于互联网的硬件。当程序从信息存储介质13加载到处理器存储器19(例如计 算机RAM)中时，程序在执行时使信息处理器11检索来自信息存储介质13或外围信息存储介 质9的检测器信息并处理信息W估计所关注的参数。信息处理器11可W位于地表上或井底。
[0097] 本发明易于具有不同形式的实施例。虽然已在碳氨化合物生产井的背景下讨论了 本发明，但是应当理解的是，本发明可W在任何钻孔环境(例如地热井）中使用。对于在附图 中示出的和在本文中详细描述的本发明的具体实施例的理解是，本发明被认为是本发明原 理的例证且并不旨在将本发明限制本文中所说明和描述的内容。虽然前述公开设及本发明 的一个模式实施例，但是本领域技术人员将明白各种修改。前述公开意图涵盖所有变化。
【主权项】
1. 一种用于评估由钻孔贯穿的地层的方法，其使用与多个传感器阵列上的测量电极相 关联的载体，所述传感器阵列包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中所述多个 传感器阵列中的每个传感器阵列包括所述测量电极中的至少一个测量电极，所述方法包 括： 将所述载体传送到所述钻孔中；以及 在第一测量模式中，使用所述测量电极进行指示所述地层的电阻率参数的第一电流测 量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所述多个传感器阵列中的每 个测量电极，进行所述第一电流测量;以及 在第二测量模式中，使用所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的进一步 电流测量，包括： 在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电 极；以及 在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组 传感器阵列中的每个测量电极；以及 组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极 的虚拟阻抗。2. 根据权利要求1所述的方法，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感器 阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与所述连续传感器阵列的另一个所不同的组中。3. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以估 计所述电阻率参数。4. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以生 成所述电阻率参数的图像。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压各自 以至少1MHz的频率施加。6. 根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二电压和施加所述第三电压同时发生。7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压与所述第二电压相同。8. -种用于评估由钻孔贯穿的地层的设备，所述设备包括： 测井工具，其配置成传送在钻孔中； 多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵 列包括至少一个测量电极； 位于所述测井工具上的多个衬垫，其中每个衬垫包括衬垫体和所述多个传感器阵列中 的至少一个传感器阵列；以及 至少一个处理器，其配置成： 在第一测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的 电阻率参数的第一电流测量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所 述多个传感器阵列中的每个测量电极，进行所述第一电流测量； 在第二测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的 所述电阻率参数的进一步电流测量，包括： 在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电 极；以及 在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组 传感器阵列中的每个测量电极；以及 组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极 的虚拟阻抗。9. 根据权利要求8所述的设备，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感器 阵列，一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。10. 根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成使用每个测量 电极的所述虚拟阻抗以提供所述电阻率参数的图像。11. 根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成以至少1MHz的 频率施加所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压中的每一个。12. 根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成同时施加所述 第二电压和所述第三电压。13. 根据权利要求8所述的设备，其中所述第一电压与所述第二电压相同。14. 一种用于在地层中的钻孔的钻凿期间进行所述地层的所关注参数的测量的设备， 所述设备包括： 钻头，其被传送至底部钻具组件上用于钻凿所述钻孔； 工具主体，其与所述底部钻具组件相关联； 位于所述工具主体上的多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵 列，其中每个传感器包括至少一个测量电极；以及 至少一个处理器，其配置成： 在第一测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的 电阻率参数的第一电流测量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所 述多个传感器阵列中的每个测量电极，进行所述第一电流测量； 在第二测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的 所述电阻率参数的进一步电流测量，包括： 在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电 极；以及 在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组 传感器阵列中的每个测量电极；以及 组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极 的虚拟阻抗。15. 根据权利要求14所述的设备，其中对于所述工具主体的圆周周围的任何两个连续 传感器阵列，一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。16. 根据权利要求14所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成使用每个测 量电极的所述虚拟阻抗以提供所述电阻率参数的图像。17. -种用于评估由钻孔贯穿的地层的方法，其使用与多个传感器阵列上的测量电极 相关联的载体，所述传感器阵列包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中所述多 个传感器阵列中的每个传感器阵列包括所述测量电极中的至少一个测量电极，所述方法包 括： 将所述载体传送到所述钻孔中；以及 使用所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的电流测量，包括： 在进行第一电流测量时，将第一电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电 极；以及 在进行第二电流测量时，将与所述第一电压的极性相反的第二电压施加到所述第二组 传感器阵列中的每个测量电极。18. 根据权利要求17所述的方法，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感 器阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与所述连续传感器阵列中的另一个所不同的组 中。19. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用所述第一测量和所述第二测量以估 计所述电阻率参数。20. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用所述第一测量和所述第二测量以生 成所述电阻率参数的图像。
【文档编号】G01V3/24GK106068465SQ201480072148
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2014年11月20日 公开号201480072148.4, CN 106068465 A, CN 106068465A, CN 201480072148, CN-A-106068465, CN106068465 A, CN106068465A, CN201480072148, CN201480072148.4, PCT/2014/66646, PCT/US/14/066646, PCT/US/14/66646, PCT/US/2014/066646, PCT/US/2014/66646, PCT/US14/066646, PCT/US14/66646, PCT/US14066646, PCT/US1466646, PCT/US2014/066646, PCT/US2014/66646, PCT/US2014066646, PCT/US201466646
【发明人】A·N·别斯帕洛夫, G·B·伊茨科维奇
【申请人】贝克休斯公司