专利名称：增益校正式测量值的制作方法
增益校正式测量值
与其它申请的交叉参考
本申请依据美国专利法119条(e)款要求2010年4月29日提出申请的美国临时 申请号61/329，425的优先权及权益。依据美国专利法120条，本申请是2009年5月4日 提出申请的共同待决的美国专利号12/434，888和2011年2月18日提出申请的共同待决 的美国专利号13/030，780的部分继续申请。
技术背景领域
本公开大体来说涉及使用井下测井工具对围绕井眼的地下岩层进行测井，尤其涉 及获得增益校正式测量。
背景技术：
测井工具已用于井眼很长时间，例如用于岩层评估测量，以推测围绕钻孔的岩层 和岩层中流体的特性。常用的测井工具包括电磁工具、核工具及核磁共振(NMR)工具，但也 使用许多其它工具类型。
早期测井工具在钻出井眼之后通过绳索式电缆进入井眼。这类绳索式工具的现代 型式仍被广泛使用。然而，对于钻井时信息的需要促进了随钻测量(MWD)工具和随钻测井 (LffD)工具的产生。MWD信息工具通常提供钻井参数，诸如，钻头重量、扭矩、温度、压力、方 向和斜度。LWD工具通常提供岩层评估测量值，诸如，电阻率、粘度和NMR分布。MWD和LWD 工具往往具有绳索式工具常用的部件(例如，发射和接收天线)，但MWD及LWD工具必须被 建构成不仅仅能够承受恶劣的钻井环境，还能在这种环境下工作。发明内容
—种用以获得增益校正式测量值的方法。提供一种具有一个或多个阵列的测量工 具，其中该阵列包括两个共定位式三轴发射器和两个共定位式三轴接收器。使用发射器和 接收器来获得测量值。由已获得的测量值形成阻抗矩阵，且将阻抗矩阵相组合以提供增益 校正式测量值。设备可或者为一种具有一个或多个阵列的随钻测井工具，其中每一个阵列 包括发射器、接收器和降压件，且其中接收器接收到的信号从降压件接收到的信号中减去， 反之亦然。切槽式屏蔽物可被并入工具的任一实施方案中。切槽可形成一个或多个岛元件。 材料被安置于切槽中。岛和屏蔽物主体具有将岛限于屏蔽物主体内的互补锥形侧面。
通过以下描述和随附的权利要求书，其它方面和优势将显而易见。
附图简述


图1示出了一种示例性井场系统。
图2展示了现有技术的一种电磁测井工具。
图3示意性地展示了根据本公开的一种具有倾斜发射器和共定位式三轴正交接 收器的简单双线圈工具。
图4示意性地展示了根据本公开的一种具有共定位式三轴倾斜发射器和倾斜接 收器的测井工具。
图5展示了根据本公开的一种具有共定位式三轴倾斜正交发射器和接收器的工具。
图6展示了根据本公开的两个磁性偶极的一般几何位置。
图7展示了根据本公开的倾斜线圈坐标。
图8示意性地展示了根据本公开的围绕钻铤的三轴磁矩ml、m2和m3，其中线圈在 方位上定向为间隔开120度且相对于工具轴的倾角为54. 74度。
图9为根据本公开的用于一组共定位式三轴线圈的未缠绕型屏蔽物的示例性切 槽图案。
图10示意性地展示了根据本公开的具有45度倾斜角的共定位式双轴天线。黑色 的中心环表示校准线圈。
图11示意性地展示了根据本公开的具有45度倾斜角的共定位式天线。黑色的中 心环表示校准线圈。
图12a、图12b和图12c分别展示了根据本公开的六个、十个和十二个切槽的切槽设置。
图13示出了根据本公开的一种将岛件附接到屏蔽物的方法。
图14a、图14b和图14c分别展不了根据本公开的切槽长度为三英寸、四英寸和六 英寸的十个切槽的切槽设置。
图15展示了根据本公开的切槽长度为六英寸的十个切槽的切槽配置和倾斜角为 45度的天线。
图16展示了根据本公开的一种具有和不具有屏蔽物的示例性三轴LWD工具。
图17展示了根据本公开的在400kHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距 对倾角和各向异性的张量相位响应。
图18展示了根据本公开的在400kHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距 对倾角和各向异性的张量衰减响应。
图19展示了根据本公开的在400kHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距 对方位和各向异性的张量相位响应。
图20展示了根据本公开的在400kHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距 对方位和各向异性的张量衰减响应。
图21展示了根据本公开的在2MHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距对 倾角和各向异性的张量相位响应。
图22展示了根据本公开的在2MHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距对 倾角和各向异性的张量衰减响应。
图23展示了根据本公开的在2MHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距对 方位和各向异性的张量相位响应。
图24展示了根据本公开的在2MHz频率下36英寸的Tl和12英寸的R12间距对 方位和各向异性的张量衰减响应。
图25展示了根据本公开的三层各向异性岩层模型。
图26展示了根据本公开的在400kHz下均质无限大岩层的衰减响应。
图27展示了根据本公开的在400kHz下均质无限大岩层的相位响应。
图28展示了根据本公开的在2MHz下均质无限大岩层的衰减响应。
图29展示了根据本公开的在2MHz下均质无限大岩层的相位响应。
图30展示了根据本公开的60度倾角式三层岩层在400kHz下运作时对各向异性 比的衰减响应。
图31展示了根据本公开的60度倾角式三层岩层在400kHz下运作时对各向异性 比的相位响应。
图32展示了根据本公开的60度倾角式三层岩层在2MHz下运作时对各向异性比 的衰减响应。
图33展示了根据本公开的60度倾角式三层岩层在2MHz下运作时对各向异性比 的相位响应。
图34展示了根据本公开的各向异性比为2的三层岩层在400kHz下运作时对倾角 的衰减响应。
图35展示了根据本公开的各向异性比为2的三层岩层在400kHz下运作时对倾角 的相位响应。
图36展示了根据本公开的各向异性比为2的三层岩层在2MHz下运作时对倾角的 衰减响应。
图37展示了根据本公开的各向异性比为2的三层岩层在2MHz下运作时对倾角的 相位响应。
图38展示了根据本公开的对azi = O和Rh 响应。
图39
图40测试线圈。ohm-m岩层的72英寸三轴感应展示了根据本公开的具有天线间距的示例性LWD张量电阻率工具。展示了根据本公开的具有天线间距的LWD张量电阻率工具上的示例性倾斜具体实施方式
现将结合附图描述一些实施方案。出于一致性考虑，各个附图中的相同元件用相 同符号表示。在以下描述中，阐述了大量的细节，以用来提供对各个实施方案和/或特征的 理解。然而，本领域技术人员应了解，可在并没有许多这些细节的情况下实施一些实施方 案，并且应了解，源于所描述的这些实施方案的许多变型或修改也是可行的。如本文中所使 用的，术语“上方”和“下方”、“向上”和“向下”、“上部”和“下部”、“向上地”和“向下地”和 其它指出给定点或元件的上方或下方的相对位置的类似术语在本文中用来更清晰地描述 特定实施方案。然而，当此类术语应用到用于斜井或水平井的设备和方法时，此类术语可指 从左到右、从右到左或适当对角关系。
图1示出了可采用各种实施方案的井场系统。井场可为陆上井场或近海井场。在 这个不例性系统中，井眼11通过熟知的旋转式钻井方式形成于地下岩层中。一些实施方案 也可使用定向钻井，如下文将描述的。
钻柱12悬于井眼11中，且具有井底钻具组件100，所述井底钻具组件100的下端包括钻头105。地表系统包括平台和定位于井眼11上的油井架吊杆组件10，所述组件10 包括旋转台16、方钻杆17、吊钩18和旋转转头(swivel) 19。钻柱12通过旋转台16旋转， 所述旋转台16借助未示出的构件供电，所述构件与钻柱的上端处的方钻杆17啮合。钻柱 12悬于吊钩18上，所述吊钩18经由方钻杆17附接到游车(也未示出)和旋转转头19，所 述旋转转头19允许钻柱相对于吊钩的旋转。如所熟知的，也可使用顶部驱动系统。
在这个实施方案的实施例中，地表系统进一步包括存储在井场处形成的泥浆池27 中的钻井液或泥浆26。泵29经由转头19中的端口将钻井液26输送到钻柱12的内部，从 而钻井液能够如方向fii头8所指出的那样向下流动通过钻柱12。钻井液经由钻头105中的 端口离开钻柱12，然后向上循环通过钻柱外部与井眼壁之间的圆环区域，如方向箭头9所 指出的。以这种熟知的方式，钻井液润滑钻头105，并在返回到泥浆池27供再循环时把岩屑 向上载送到地表。
所示出的实施方案的井底钻具组件100包括随钻测井(LWD)模块120、随钻测量 (MWD)模块130、旋转导向系统和发动机，以及钻头105。
如本领域中所已知的，LWD模块120安设于特定类型的钻铤中，且可含有一个或多 个已知类型的测井工具。还应了解，可采用一个以上LWD和/或MWD模块，例如，如120A处 所示。(或者，全文对120位置处的模块的提及也可指120A位置处的模块。)LWD模块包括 有关测量、处理和存储信息的能力，以及有关与地表设备通信的能力。在这个实施方案中， LffD模块包括电阻率测量装置。
如本领域中所已知的，MWD模块130也安设于特定类型的钻铤中，且可含有一个或 多个用于测量钻柱和钻头的特征的装置。MWD工具进一步包括用于生成供应到井下系统的 电力的设备(未示出)。这个设备通常可包括由钻井液的流动提供动力的泥浆涡轮生成器， 应了解，也可采用其它电力和/或蓄电池系统。在这个实施方案中，MWD模块包括以下各种 类型的测量装置中的一个或多个钻头重量测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、震动 测量装置、粘性/滑性测量装置、方向测量装置和斜度测量装置。
图2展示可用作LWD工具120或可作为LWD工具套件120A的部分的工具的实施 例。从图2可看出，上部和下部发射天线T1和T2之间具有上部和下部接收天线R1和民。所 述天线形成于经改良的钻铤中的凹座中，且安装于绝缘材料中。接收器之间的电磁能量的 相移提供勘测深度相对浅处的岩层电阻率的指示，且接收器之间的电磁能量的衰减提供勘 测深度相对深处的岩层电阻率的指示。有关更多细节，可参阅美国专利号4，899，112。运作 时，衰减代表信号和相位代表信号连结到处理器，所述处理器的输出可连结到遥测电路。
最近的电磁测井工具使用一个或多个倾斜或横向天线，同时可使用或并不使用轴 向天线。这些天线可为发射器或接收器。倾斜天线是偶极矩不平行于、也不垂直于工具纵 向轴的天线。横向天线是偶极矩大体上垂直于工具纵向轴的天线，且轴向天线是偶极矩大 体上平行于工具纵向轴的天线。三轴天线是三个天线(也就是天线线圈)设置成相互独立 的天线。就是说，任一天线的偶极矩并不落在由另外两个天线的偶极矩形成的平面内。三 个正交天线(其中一个是轴向天线且另外两个天线是横向天线)是三轴天线的一个实施 例。据说，如果两个天线的偶极矩向量以相同角度与工具纵向轴相交，那么这两个天线具有 相同角度。举例来说，如果两个倾斜天线的偶极矩向量(其尾部在理论上固定于工具纵向 轴上的某点)落在以工具纵向轴为中心且顶点在参考点处的直立圆锥的表面上，那么这两个倾斜天线具有相同倾斜角度。横向天线明显具有相同的90度角，且始终具有90度角而不用管其相对于工具的方位定向。
天线设计的一个可能的实施方案包括多分量线圈。举例来说，可提供用于井下电阻率测量的共定位式三轴倾斜天线。倾斜线圈各自包含围绕钻铤周长的闭合电路的部分， 且可嵌入于围绕工具钻铤的凹座中或嵌入于在钻铤上滑动的非传导性圆柱中。这个设计具有至少一个三轴天线，其可用作发射器(或接收器)且至少一个附加天线沿工具轴替代作为接收器(或发射器)。具有不同间距和频率的多个天线可用于覆盖勘测所要的传导率范围和深度。较远的发射器-接收器间距和/或更具传导性的岩层的效应通过使用较低频率信号来补偿。图3展示了具有倾斜发射器和三轴正交接收器(三个接收器也可相互正交) 的工具。图4展示了具有共定位式三轴倾斜发射器和倾斜接收器的测井工具的磁性偶极等效物，且图5展示了发射器和接收器都是共定位式三轴倾斜天线的另一个实施方案。
可以看出，发射器T和接收器R之间的原始测量值的范数平方是瞬时工具面角的函数，且可以看出，其可分解成一组有限傅里叶系数。以下是耦合两个具有已知定向的磁性偶极的常用公式，如图6所示。图6展示了倾斜的T天线和R天线，并且这两个天线的等效磁性偶极矩相对于工具轴成角度β (图6中β为45度)。然而，如所展示的，天线可具有不同方位定向。T相对于R的方位定向由角度α表示。就是说，α是接收器偶极矩向工具固定式xy平面的投射与发射器偶极矩向同一(平行)平面的投射之间的角度。在钻井期间，如果工具旋转(例如)工具面角(Φ)，那么T和R磁矩将在进行测量时沿工具旋转。
然后，接收器处测得的电压为
权利要求
1.一种用于获得增益校正式测量值的方法，其包括提供一种具有一个或多个阵列的测量工具，其中所述阵列包括两个共定位式三轴发射器和两个共定位式三轴接收器；使用所述两个共定位式三轴发射器和所述两个共定位式三轴接收器来获得测量值；由所述已获得的测量值形成阻抗矩阵；以及将所述阻抗矩阵相组合以提供增益校正式测量值。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述测量工具包括井下测井工具，且所述提供还包括将所述井下测井工具安置于绳索、钻柱或有线钻杆上。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述接收器位于所述发射器之间，且从所述发射器中的一个发射器到所述接收器中的一个接收器的距离大体上等于从另一发射器到另一接收器的距离。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述发射器位于所述接收器之间，且从所述发射器中的一个发射器到所述接收器中的一个接收器的距离大体上等于从另一发射器到另一接收器的距离。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述获得测量值进一步包括持续广播来自包括所述发射器的所述天线中的每一个的信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述获得测量值进一步包括发射和接收多个电磁信号，所述电磁信号中的每一个以不同频率发射。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述获得测量值进一步包括获得三十六个测量值。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述测量值是在所述测量工具旋转或滑动时获得的。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个三轴发射器中的一个三轴发射器具有与包括所述其它三轴发射器和/或接收器中的一个或多个三轴发射器和/或接收器的天线在方位上有所偏移的天线。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述两个或更多个三轴发射器中的一个或多个三轴发射器和/或所述两个或更多个三轴接收器中的一个或多个三轴接收器各自均具有在方位上间隔开120度且相对于所述测量工具的纵向轴倾斜的天线。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述倾斜天线以近似arcUmv 2的角度倾斜。
12.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述增益校正式测量值来建构校准测量值。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述形成阻抗矩阵进一步包括将所述测量值布置到3*3矩阵中。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述三十六个测量值被布置成四个矩阵。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述组合所述矩阵包括矩阵乘法。
16.—种用于确定地下岩层的岩层特性的设备,其包括一种具有一个或多个阵列的随钻测井工具，其中每一个阵列包括发射器、接收器和降压件，且其中所述接收器接收到的信号从所述降压件接收到的信号中减去，反之亦然。
17.一种用于井下测井工具的屏蔽物，其包括屏蔽物主体，其具有切槽置于其中；一个或多个岛元件，其以所述切槽为界；以及材料，其被安置于所述切槽中；其中所述岛和所述屏蔽物主体具有将所述岛限于所述屏蔽物主体内的互补锥形侧面。
18.如权利要求17所述的屏蔽物，其中所述屏蔽物主体是非传导性的，但被安置于所述切槽中的所述材料是传导性的。
19.如权利要求17所述的屏蔽物，其中所述屏蔽物主体是传导性的，但被安置于所述切槽中的所述材料是非传导性的。
20.如权利要求17所述的屏蔽物，其中所述屏蔽物大体上是电磁透明的。
21.如权利要求17所述的屏蔽物，其中所述井下测井工具是一种感应式或传播式随钻测井工具。
22.一种用于使用大体上非旋转的井下工具来获得阻抗矩阵的方法，其包括提供具有一个共定位式三轴发射器和一个共定位式三轴接收器的所述井下工具；使用所述共定位式三轴发射器和所述共定位式三轴接收器获得测量值；从所述获得的测量值确定所述阻抗矩阵的分量。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述阻抗矩阵的所述分量经组合以提供增益校正式测量值。
24.如权利要求22所述的方法，其中使用测量的增益以提供增益校正式测量值。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述三轴发射器和/或所述三轴接收器具有在方位上间隔开120度且相对于所述井下工具的纵向轴倾斜的天线。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述倾斜天线以arctanV^的角度倾斜。
全文摘要
一种用以获得增益校正式测量值的方法。提供了一种具有一个或多个阵列的测量工具，其中所述阵列包括两个共定位式三轴发射器和两个共定位式三轴接收器。使用发射器和接收器来获得测量值。由所述已获得的测量值形成阻抗矩阵，且将所述阻抗矩阵相组合以提供增益校正式测量值。设备可或者为具有一个或多个阵列的随钻测井工具，其中每一个阵列包括发射器、接收器和降压件，且其中所述接收器接收到的信号从所述降压件接收到的信号中减去，反之亦然。切槽式屏蔽物可被并入所述工具的任一实施方案中。切槽可形成一个或多个岛元件。材料被安置于所述切槽中。所述岛和所述屏蔽物主体具有将所述岛限于所述屏蔽物主体内的互补锥形侧面。
文档编号G01V3/28GK103069304SQ201180025502
公开日2013年4月24日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年4月29日
发明者迪安·M·霍曼, 以马利·勒让德, 瑞扎·塔赫瑞恩, 吉恩·瑟杜, 蔡恩美, 杰拉尔德·N·米尼尔博, 瑟尔吉·克留科夫, 罗伯特·C·史密斯 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司