地下层成像的方法及装置的制作方法

专利名称：地下层成像的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明大致涉及一种对地下层(earth formation)的成像。具体地，本发明涉及一种设置于被按压到地层壁上的垫片(pad)上以勘察矿井周围的电压电极矩阵的改良布置，并涉及一种使用所述垫片对地下层成像的方法。
背景技术：
为勘探烃矿床，特别需要准确识别钻孔中不同深度处的地质层的性质。这些性质中很多在结构上非常微小，例如在分层、非均匀成分、孔隙特性、裂缝等上。例如，裂缝的取向、密度和长度对储集岩的动态特性起到重要作用。根据用于钻井的泥浆的类型，采用两种类型的测量技术。其中，涉及在导电性泥浆中测量的技术如美国专利US 4,567,759所公开。
涉及在非导电性泥浆中测量的其它技术如美国专利US 6,191,588所公开。用于勘察地层导电性的工具采用形成电压电极而非电流电极的非导电性垫片和按钮，如US 4,468,623所述。电流注入电极偏离垫片设置，或更优选地，直接位于其端部。但无论哪种，两个注入部分都配置成电流大致与垫片平行地通过地层且因此优选与地层边界大致垂直地流动。这样，两按钮间电势差与面对该按钮的材料的电阻率成比例。
如该专利记载，事实上，电流大致垂直于地层边界的流动被认为是一种理想状态。因此，提供单电流源和单电流回路的简化的非导电性垫片就足够了。但是，实际上这样的一维电流不能保证电流总是大致垂直于层边界流动。层边界例如在斜井或水平井中可能会与电流平行地对准。该情况下，流过不同层的电流不会相等，并且由层边界相对侧上的两对电极测得的电压差将无意义。而且，我们知道在地下层中会出现高阻抗夹层(streak)，如果这样的夹层位于电流源和电流回路之间，则不会有电流场产生，也不会检测到电压。
美国专利US 6,191,588提出提供一种具有一对不平行的电流源和电路回路的工具，以在两个方向上测量电压降并进行矢量分析。该技术也与将电极布置成具有偏移行的矩阵的布置相合。在第一例中，建议配置成两行，在第二实施例中，配置成三行。
但是，为得到良好的分辨率和信噪比，电极按钮的尺寸和间距是重要的。尤其是，为得到良好分辨率，需要接近地间隔配置按钮，而为得到良好的空间带宽，又需要所占面积小。因此，US 6,191,588中给出的方案是不能完全令人满意的。首先，考虑到电极的垂直封装(packing)，该文件中两行的布置会导致较差的垂直分辨率。其次，三行的配置结构垂直分辨率更差并且还需要大量电极，而由于每个按钮都需连接到各自的高阻抗缓冲放大器，这种配置更尤为难以实现。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于在非导电性泥浆井中进行地下层成像的装置及方法，既能提高测量的分辨率，又易于实现。
为此，本发明提出一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括-具有一内表面和一外表面且用于压向所述钻孔的壁的一垫片；-安装在所述垫片的外表面上的一组测量电极，在所述测量电极之间测量电势差，以提供表示所述地层的电阻率的被测点；-一源电极和一返回电极，两者用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极与所述返回电极之间；根据本发明，所述一组测量电极包括大致水平的两行电极，所述两行电极彼此水平偏移，使得在所述测量电极之间测得的电势差既表示地层内每个被测点上的总电场的垂直分量，又表示它的水平分量。
由此本发明的装置提供一种非常令人满意的一组测量电极的配置，该配置便于在垫片上实现且能获得地层的更好的图像分辨率。
在本发明的装置的第一实施例中，每个被测点位于由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个属于同一行，而另一个属于另一行测量电极。
该实施例显著减少测量电极的数目。实际上，它只用n+2个测量电极提供n个被测点，同时进行n+1个电势差测量。由此，测量电极的数目与n个被测点至少需要2n个测量电极的已知先有技术相比大幅度减少。
在根据本发明的装置的第二实施例中，每个被测点位于每个测量电极所在的位置，或者每个被测点面对每个测量电极并从所述测量电极垂直偏移所述两行之间垂直偏移的一半。
该实施例显著提高垂直分量的水平分辨率。
在本发明的装置的第三优选实施例中，被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻电极的每条线的中点。
如第一实施例，由于每个测量电极用于确定两个被测点，所需测量电极的数目大幅度减少。鉴于在这种情况下电场的垂直与水平分量是在同一点获得而不需要相对彼此进行深度移位，被测点的该位置也是非常令人满意的。
在根据本发明的装置的一例中，所述垫片由非导电性材料制成。在另一例中，所述垫片还包括布置在源电极与测量电极之间以及测量电极与返回电极之间的屏蔽装置，所述屏蔽装置与垫片的外表面齐平或大致齐平。在这种情况下，所述垫片由导电性材料制成，垫片自身可组成屏蔽装置。
优选地，本发明的装置包括耦接到所述一组测量电极的电压测量装置，用于测量所述测量电极之间的所述电势差。本发明的装置还包括耦接到所述一组测量电极的信号处理装置，用于根据由所述电压测量装置测得的电势差产生钻孔壁的电阻率图像。在这种情况中，每个被测点构成钻孔壁的电阻率图像的一个像素。
本发明的另一个目的是提供一种用于勘察地质层中的填充有非导电性泥浆的钻孔所经过的钻孔的壁的方法，所述方法包括-将一垫片压向所述钻孔壁，所述垫片包括一电流电极与一返回电极；-在所述电流电极与所述返回电极之间施加一电势，产生一电流经由所述电流电极与所述返回电极流入到地层内；-测量电流电极与返回电极之间位于垫片的外表面上的测量电极之间的电势差；-由所述电势差提供表示钻孔壁电阻率的一组被测点；根据本发明，该方法还包括在大致水平并且彼此水平偏移的两行上布置所述测量电极；从所述电势差推算每个被测点处地层内电场的垂直分量与水平分量；以及将所述垂直与水平分量相加，以提供地层内每个被测点上的总电场。
在第一实施例中，每个被测点位于由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个属于同一行，而另一个属于另一行测量电极。
在这种情况中，该方法优选包括这些步骤计算在由三个相邻测量电极组成的每个单元组中产生的电场的水平和垂直分量；将所述电场的水平分量深度移位到垂直分量的水平；将所述两个分量矢量相加，以获得所述三个相邻测量电极组成的每个单元组内的总电场。
在第二实施例中，该方法进一步包括在第一测量深度d测量两行测量电极相对一基准的电势；在第二和第三测量深度重复所述两行测量电极电势的测量，所述第二和第三深度分别与第一测量深度间距成d+dy和d-dy，其中dy对应于两行测量电极之间的垂直偏移；组合在三个测量深度上的所述电极电势，以提供一组虚拟的测量电极，其中第一行的每个电极面向第二行的一电极；以及在所述一组虚拟的测量电极的电极之间测量电势差，以提供所述一组被测点。
在本发明的方法的第三实施例中，所述被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻测量电极的每条线的中点。
在这种情况中，该方法还包括这些步骤测量第一对相邻测量电极与第二对相邻测量电极之间的电势差，其中所有所述测量电极都是不同的电极，并且每一对由属于一行的测量电极与属于另一行的测量电极组成；以及对所述两个电势差插值，以获得在一对虚拟的相邻测量电极之间计算的第三计算电势差，每个所述虚拟的相邻测量电极位于连接来自位于同一行的第一对电极和第二对电极中的电极的线的中点上。
优选地，本发明的方法包括根据每个被测点上的总电场生成钻孔壁的电阻率图像的步骤，所述被测点构成所述图像的像素。
优选地，本发明的方法还包括由钻孔壁的所述电阻率图像确定地层中层边界的位置和取向的步骤。


通过参考联系所提供附图而进行的详细描述，本发明的其它目的和优势将对本领域的技术人员显见。
图1表示用于勘察钻孔的壁的现有装置的垫片；图2表示根据本发明的装置的一个实施例中的垫片；
图3a到3c表示根据本发明的实施例中的放大器的布置；图4示意性地表示用根据本发明的装置获得被测点的第一种方法；图5示意性地表示用根据本发明的装置获得被测点的第二种方法；图6示意性地表示用根据本发明的装置获得被测点的第三种方法；图7和8示意性示出采用本发明的方法的一实施例时的一种特别情况；图9示出勘察钻孔的壁时根据本发明的装置的例子。
具体实施例方式
图1是示出如国际专利申请WO 00 04405所述的成像技术的电测量原理的图。该装置特别适用于勘察用非导电性钻井泥浆，例如用主要由油(柴油、合成油)或油包水乳剂构成其液相的钻井泥浆所钻的钻孔的壁2。以下用术语“油基泥浆”表示这些类型中的任何一种钻井泥浆。钻井泥浆形成沿壁2的泥浆层1。
先有技术的装置具有由高强度和高热稳定性和化学稳定性的电绝缘材料(如陶瓷或聚合物)制成的垫片3。该垫片用作两个电流注入器，即源电极4和返回电极5的支撑物。这两个电极位于所述垫片的相对端并占据它的整个宽度，或至少占据它的宽度的大部分，从而使得这些电流注入电极的表面面积最大化。垫片的中部具有两行测量电极6，所述测量电极6被臂部7压向钻孔壁。在这两行电极中，第一行的每个测量电极正好位于第二行的相应测量电极的上方，使得所述第一和第二行测量电极之间没有水平偏移。在如图1所示的一对彼此面对的测量电极之间计算电势差。
如上所述，该先有技术的结构具有各种缺陷。首先，当地层的层边界不水平时，例如层理相对水平明显倾斜或者是处于小物体的大曲率边界上时，该技术不能令人满意。第二，由于电极的垂直封装，该解决方案的垂直分辨率较低。第三，由于测量间没有重叠，即，每对测量电极只用于计算构成钻孔壁的电阻率图像的一个像素的单个被测点，导致水平采样不理想。
图2示出根据本发明的装置的垫片3。该垫片包括将电流注入到地层内的源电极4和返回电极5。在这两个电极之间是一组测量电极6。如上所述，垫片3可由电绝缘材料制成。在另一实施例中，该垫片还包括布置在源电极与测量电极之间以及测量电极与返回电极之间的屏蔽装置，所述屏蔽装置与垫片的外表面齐平或大致齐平。在这种情况中，所述垫片由导电材料制成，则垫片本身可构成屏蔽装置。
为了将测量电极之间的垂直偏移减到最小，必须使所有测量电极对至少两个被测点7，即对地层壁的电阻率图像的两个像素进行计算。因此，如图所示，这组测量电极6由大致水平的两行测量电极组成，这两行之间彼此水平偏移，使得这组测量电极看起来大致为Z字形图案。这两行之间的水平偏移允许减小测量电极之间的垂向距离dy，从而提高测量的垂直分辨率。
两行测量电极之间水平偏移(dx)大约为0.16英寸(0.41cm)时，获得良好的结果。两行测量电极之间公共垂直偏移(dy)大约为0.20英寸(0.51cm)。优选地，Z字形阵列包括22个测量电极(11×2)，并进行21个对角电势差测量。
在图2中未示出，每个测量电极6连接到电压测量装置，以测量所述测量电极之间的所述电势差。在图3a到3c中示出采用微分放大器的三种布置。首先，在图3a中，可在对角线方向上测量电势差。其次，在图3b中，为提供冗余，可在三个方向上测量电势差。第三，在图3c中，可相对于一公共基准(优选为平均电极电势)测量测量电极的电势，并可通过单独的信号处理计算测量电极之间的电势差。如本领域已知，这些放大器的输出可经采样器/转换器模块并行或串行地采样和A/D转换。接着，该模块的输出优选地经信号处理装置处理。这些装置基于像素(即所计算的被测点7)生成钻孔壁的电阻率图像。
图4表示利用本发明的装置通过测量电极之间的电势差测量来计算电阻率的第一种方法。在本实施例中，每个被测点7(计算地层的电阻率的点)位于由三个测量电极6组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点上，其中所述三个测量电极6中的两个属于同一行，而另一个属于另一行。
在对角线方向上测量，即在第一和第二行的相邻测量电极之间测量电势差δVi。实际上，在每个由测量电极组成的三角形的任意两个方向上测量电势差也是足够的，因为第三个值可计算出来。替代地，也可在每个三角形中测量全部三个电势差以提供冗余，如前所述。
在这种情况中，电场的垂直分量可如下计算Eyi＝dVyi＝(Vi-1+Vi+1)/2-Vi＝(δVi+1+δVi)/2 (1)其中，dVyi是计算得到的垂直dV，Vi等是每个测量电极6上的电势，而δVi和δVi+1是所测量的对角线δVi的电势差。在每个三角形中心处的被测点7的电阻率与dVyi成比例。
因此，如果总电场是垂直的，电阻率可由下式得到ρi＝A.Eyi/I (2)其中，A为取决于源电极和返回电极4和5的间距的几何参数，而I为通过该地层的电流。
该方法采用n+2个测量电极用n+1个电势差测量提供n个电阻率被测点。与相同尺寸和数目的两行测量电极成行排列的先有技术相比，该布置使水平测量采样几乎加倍并且还减少电极的垂直间距，从而提高垂直分辨率。
当层边界相对水平方向倾斜时，在地层内流动的电流从垂向方向偏离。在这种情况下，需要将总电场作为一矢量而不仅仅是垂直分量计算。利用总电场提高信噪比并使边界定位更精确。已知电场的方向和层边界的取向可进行进一步的分析，从而提高电阻率测量的准确性。
因此，根据本发明的勘察地层壁的方法，电场的水平分量会加到垂直分量上。
电场的水平分量由下式得到Exi＝dVxi/dx(3)其中，水平方向上的电势差dVxi由下式得到dVxi＝Vi+1-Vi-1＝δVi+1-δVi(4)总电场是水平分量和垂直分量的矢量和。但是，从图4中可以看出，两个分量是在不同位置测量的。垂直分量7a在垂直中线的中点测量(即，在与所计算的被测点7相同的位置)，而水平分量7b在三角形的水平边的中心测量。因此，与垂直分量相比，水平分量相继垂直移位了+dy/2、-dy/2、+dy/2等，而且在计算总电场之前必须进行深度移位(depth shifted)。
如果假设在深度+/-dy/2之间的电流为常数(考虑到与行的垂直偏移dy相比，电流注入电极的尺寸较大，这个假设是合理的)，总电场可如下计算Ei＝Eyi+Exi(深度+/-dy/2) (5)其中下划线表示矢量符号。
对于每个被测点7在i位置处的电阻率(标记为7i)由下式得到ρi＝A.|Ei|/I (6)其中|Ei|是矢量Ei的幅值。
实际上，由于粗糙度或垫片离壁(pad liftoff)，或者电极所施电流的变化，电流会在深度+/-dy/2之间改变。在任意固定位置上，E与I成比例，所以如果I变化E也会变化。为了准确计算总电场和电阻率，优选相对各测量深度处的电流对电场分量规范化(normalize)，如下所示Ei/I＝Eyi/I+Exi(深度+/-dy/2)/I(深度+/-dy/2) (7)图5表示根据本发明的方法的第二实施例。等式(3)中垂直分量的计算包括在Vi-1与Vi+1之间线性插值。为避免插值计算并因此提高垂直分量的水平分辨率，可将在间隔垂直电极偏移dy的三个深度的测量组合，以生成如图5所示的虚拟阵列。
该方法包括利用前述三种方法中的任意方法测量所述测量电极的电势。该方法还包括以下步骤-计算规范化的值Vi/I，以允许各深度之间的电流变化。
-计算上下行电极各自相对基准的Vi/I的平均值。
-在间隔垂直偏移dy的三个深度d+dy、d和d-dy重复以上步骤。在图5中，深度d-dy的按钮用虚线示出，深度d的按钮用实线示出，深度d+dy的按钮用点线示出。
然后，为了使深度d+dy的上行平均Vi/I值等于深度d的下行平均V/I值，将一常数加到深度d+dy的Vi/I值上。另外，为了使深度d-dy的下行平均V/I值等于深度d的上行平均值，一常数加到深度d-dy的Vi/I值上。这两个步骤生成水平偏移dx/2且垂直偏移dy的虚拟的两行测量电极。在本实施例中，使这虚拟的两行中，第一行的每个测量电极面对第二行的一测量电极。
然后，根据本实施例，在由组合测量生成的两行中计算得到的V1/I值之间计算垂直电势差dVy/I。然后如下计算规范化的电场Eyi/I＝dVy/(I.dy)(8)规范化电场的水平分量以与参照根据本发明的方法的第一实施例所述相同的方式计算。然后，在第一例中，该水平分量在与垂直分量矢量相加之前深度移位。在这种情况中，每个被测点面对每个测量电极，并从所述测量电极垂直偏移两行之间的偏移dy的一半。在第二例中，则是电场的垂直分量在与所述水平分量矢量相加之前深度移位到水平分量的水平。在这种情况中，每个被测点位于每个测量电极所在的位置。
该实施例生成在垂直偏移dy的各测量电极上垂直采样的图像，垂直偏移dy表示垂直分辨率。根据传统的采样理论，优选在dy/2或更小的间隔垂直采样。如果垂直采样为dy/2，则生成两组独立的交叉测量。第一组在深度d、d-dy、d-2dy等，第二组在d-dy/2、d-3dy/2等，其中d是记录开始的深度。
在根据本发明的方法的优选的第三实施例中，如参照图6的示意性说明，在位于连接不同行的两个相邻测量电极的每条线的中点处的被测点上确定两个方向上的电场分量。这使得电场的垂直和水平分量，以及因此整个电场，可在被测点上确定。
测量位于不同行上的相邻两个测量电极之间的电势差。每个电势差大致得到在连接相邻电极的线的方向上的电场。
横跨阵列，测量方向在和180-之间交替改变，其中＝tan-1(2dy/dx)。δVi和δUi分别表示在每个被测点7i的和180-方向上的电势差，无论是否对所述电势差直接测量。
如图6所示，对于被测点72，其中δVi(δV2)是通过本发明的装置的电势测量装置直接测量，而没有对δUi(δU2)测量。但是，可通过以下所述的插值方法由分别在相邻被测点71和73上直接测量δUi-1(δU1)和δUi+1(δU3)获得δU2的值。
在被测点7i上的总电场Ei(即它的x分量和y分量Exi和Eyi)可由下式计算δVi＝D(cosExi+sinEyi)＝Exidx/2+Eyidy (9)以及δUi＝D(-cosExi+sinEyi)＝Eyidy-Exidx/2(10)其中D为不同行的相邻测量电极之间的对角线距离。
这得到Exi＝(δVi-δUi)/dx (11)Eyi＝(δVi+δUi)/2dy (12)由此可得到|Ei|为 类似地，如果在其它被测点7i上没有对δVi直接测量，可从直接测量相邻的δVi-1和δVi+1获得插值的值。由此，可最终获得连接一行的测量电极与另一行的相邻电极的每条线的中点上总的电矢量场。
由此，根据本发明的该优选方法要求通过插值从δUi-1和δUi+1中获得δUi。如果电场在被测点i附近大致为常数，可通过简单的算术平均从δUi-1和δUi+1获得δUi。如果在地层的具有大的电阻率差的两层之间的边界附近，电场不会是常数，如图7所示。在图7中，灰线表示在下方的低电阻率材料与上方的高电阻率材料之间的层边界AB附近流动的电流。黑色虚线表示当垫片横跨边界垂直向上移动时被测点1、2、3的轨迹。在这种情况中，简单的平均不起作用。
在图8上，实线表示会在这些被测点上根据欧姆定律测得的δU1，2，3曲线δU＝D(-cosρJx+sinρJy)＝Eyidy-Exidx/2 (13)其中，ρ为电阻率而Jx和Jy是在x和y方向上的电流密度。虚线是δU1和δU3的算术平均值。显然，该算术平均值与δU2曲线的近似度较差。
在这种条件下，基于深度拟合原理(depth matching principle)的插值步骤会提供较好的结果。参照图8，该插值步骤会在δU1与δU3找到相应点，而引至δU2的实曲线该插值步骤对于线性边界显然有效的同时，还具有更广泛的通用性。由于以上步骤在隔开距离dx(两行间水平偏移)的两条曲线之间插值，只要距离dx上的不均一性边缘可通过一条直线良好近似，它就可以得到良好的结果，其中距离dx通常为几毫米。
如果电流在进行拟合的深度之间改变，电场应在进行以上所述步骤之前分割，如上所述。
图9表示一钻孔的例子，其中利用根据本发明的装置测量地层的电阻率。根据本发明的方法，该装置的每个垫片3压向覆盖钻孔壁的泥浆层1。然后电流电极4和返回电极5将电流注入到地层2内。如根据本发明的方法的其中一个实施例所述，测量这些测量电极6之间的电势差，所述电势差表示地层的电阻率。
本发明的勘察填充有非导电性泥浆的钻孔壁的装置以及相关的方法具有许多优点。首先，与常规的两行布置相比，Z字形布置使得电极的垂直封装更近，提高了垂直分辨率。第二，与先有技术的三行布置相比，Z字形布置在使用数目为三分之二的按钮的同时具有一半的有效垂直按钮间距(两倍的垂直分辨率)。第三，由于每个按钮必须各自具有非常接近其安装的高阻抗缓冲放大器，Z字形阵列比三行阵列更容易实现。
最后，总电场的采用提高了图像的精度。还可显示用任意方向上的电场分量生成的电阻率图像，例如使用电场的垂直分量或水平分量，或局部垂直于层边界的方向(这已由常规的图像分析确定)。使用水平分量可有助于在边界几乎平行于井孔的高斜井内的层边界探测。使用垂直于层边界的电场提供更准确的电阻率差并可区别例如未与层对准的小裂缝这样的特征。
权利要求
1.一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括-垫片，所述垫片具有内表面和外表面且用于压向所述钻孔的壁；-一组测量电极，所述测量电极安装在所述垫片的外表面上，在所述测量电极间测量电势差，用于提供表示地层电阻率的被测点；-源电极和返回电极，两者用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极与所述返回电极之间；其特征在于，所述一组测量电极包括大致水平的两行电极，所述两行电极彼此水平偏移，使得在所述测量电极间测得的电势差既表示地层内每个被测点上的总电场的垂直分量，又表示它的水平分量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，每个被测点位于由三个测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个测量电极属于同一行测量电极，而另一个测量电极属于另一行测量电极。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，每个被测点位于每个测量电极所在的位置。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，每个被测点面对每个测量电极并从所述测量电极垂直偏移所述两行之间的垂直偏移的一半。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻电极的每条线的中点。
6.根据以上权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述垫片由非导电性材料制成。
7.根据权利要求1到5中任意一项所述的装置，其中，所述垫片进一步包括布置在所述源电极与测量电极之间以及测量电极与所述返回电极之间的屏蔽装置，所述屏蔽装置与垫片的外表面齐平或大致齐平。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述垫片由导电性材料制成，所述垫片自身构成屏蔽装置。
9.根据以上权利要求中任意一项所述的装置，其中，进一步包括耦接到所述一组测量电极的电压测量装置，其用于测量所述测量电极之间的所述电势差。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，进一步包括耦接到所述一组测量电极的信号处理装置，其用于根据由所述电压测量装置测得的电势差生成钻孔壁的电阻率图像。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，每个被测点构成钻孔壁的电阻率图像的像素。
12.根据以上权利要求中任意一项所述的装置，其中，所述两行测量电极之间的垂直偏移与水平偏移大致为五分之一英寸。
13.一种用于勘察地质层中的填充有非导电性泥浆的钻孔所经过的钻孔的壁的方法，所述方法包括-将垫片压向所述钻孔壁，所述垫片包括电流电极与返回电极；-在所述电流电极与所述返回电极之间施加电势，产生经由所述电流电极与所述返回电极流入到地层内的电流；-测量所述电流电极与所述返回电极之间位于所述垫片的外表面上的测量电极之间的电势差；-通过所述电势差提供表示钻孔壁电阻率的一组被测点；所述方法进一步包括-将所述测量电极布置成大致水平并且彼此水平偏移的两行；-通过所述电势差推算每个被测点处地层内电场的垂直分量与水平分量；-将所述垂直与水平分量相加以提供每个被测点处地层内的总电场。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，每个被测点位于由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个测量电极属于同一行，而另一个测量电极属于另一行测量电极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，进一步包括-计算在由三个相邻测量电极组成的每个单元组中产生的电场的水平分量和垂直分量；-将所述电场的水平分量深度移位到垂直分量的水平；-将所述两个分量矢量相加以获得所述由三个相邻测量电极组成的每个单元组内的总电场。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在由所述由三个相邻测量电极组成的单元组形成的三角形的垂直中线的中点上测量电场的垂直分量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，总电场的垂直分量由下式得到Eyi＝dVyl＝(Vi-1+Vi+1)/2-Vi＝(δVi+1+δVi)/2，其中，dVy是算得的垂直电势差，Vi等是每个测量电极的电势，而δVi和δVi+1是所述相邻测量电极之间测得的电势差。
18.根据权利要求15到17中任意一项所述的方法，其中，在所述由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的水平边的中心测量电场的水平分量。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，总电场的水平分量由下式得到Exi＝dVxl/dx，其中，dVxl是算得的水平方向上的电势差，由dVxl＝Vi+1-Vi-1＝δVi+1-δVi得到，其中，Vi等是每个测量电极的电势，而δVi与δVi+1则是所述相邻测量电极之间测得的电势差。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，进一步包括-测量在第一测量深度d两行测量电极相对一基准的电势；-在第二测量深度和第三测量深度重复测量所述两行测量电极的电势，所述第二深度和第三深度分别与第一测量深度间隔成d+dy和d-dy，其中，dy对应于两行测量电极之间的垂直偏移；-组合所述三个测量深度上的电极电势，以提供一组虚拟的测量电极，其中，第一行的每个电极面向第二行的电极；以及-在所述一组虚拟的测量电极的电极之间测量电势差，以提供所述一组被测点。
21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻测量电极的每条线的中点。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，进一步包括-测量第一对相邻测量电极与第二对相邻测量电极之间的电势差，其中，所有所述测量电极都是不同的，并且每一对测量电极由属于一行的测量电极与属于另一行的测量电极组成；-对所述两个电势差进行插值，以获得在一对虚拟的相邻测量电极之间计算的第三计算电势差，每个所述虚拟的相邻测量电极位于连接同一行的第一对和第二对电极中的电极的线的中点上。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，总电场的水平和垂直分量分别由下式得到Exi＝(δVi-δUi)/dx，以及Eyi＝(δVi+δUi)/2dy其中，δVi＝D(cosExi+sinEyi)＝Exidx/2+Eyidy，以及δUi＝D(-cosExi+sinEyi)＝Eyidy-Exidx/2其中，D为不同行的相邻测量电极之间的对角线距离，dy和dx分别为两行测量电极之间的垂直和水平偏移，为测量相邻测量电极之间电势差的方向。
24.根据权利要求13到23中任意一项所述的方法，其中，进一步包括-根据每个被测点上的总电场生成钻孔壁的电阻率图像，所述被测点构成所述图像的像素。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，进一步包括-由钻孔壁的所述电阻率图像确定地层中层边界的位置和取向。
全文摘要
本发明涉及一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括具有一内表面和一外表面以压向所述钻孔的壁的一垫片；安装在所述垫片的外表面上的一组测量电极，在所述测量电极之间测量电势差以提供表示所述地层的电阻率的被测点；一源电极和一返回电极用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极和所述返回电极之间。
文档编号G01V3/38GK1846150SQ200480024951
公开日2006年10月11日 申请日期2004年7月7日 优先权日2003年7月10日
发明者菲利普·切昂, 安德鲁·海曼, 丹尼斯·皮特曼, 理查德·布洛曼坎普 申请人:普拉德研究及发展中心