專(zhuān)利名稱(chēng)：先行測(cè)井系統(tǒng)的制作方法
先行測(cè)井系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在與井有關(guān)的各種操作中，執(zhí)行測(cè)井以獲得與其中形成井眼的地下環(huán)境有關(guān)的信 息。測(cè)井儀在井下部署在具有各種傳感器的井眼內(nèi)以獲得有助于了解和使用井的數(shù)據(jù)。在 一些應(yīng)用中，隨鉆測(cè)井技術(shù)用于獲得鉆井眼時(shí)的數(shù)據(jù)。然而，現(xiàn)有的測(cè)井系統(tǒng)從地下環(huán)境的 一些區(qū)域(例如，測(cè)井系統(tǒng)的前方或前面的區(qū)域)獲得信息的能力可能受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
總之，本發(fā)明提供一種用于通過(guò)測(cè)井系統(tǒng)從期望的地下區(qū)域獲取數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方 法。測(cè)井系統(tǒng)被構(gòu)造成在井眼中使用并且使用具有發(fā)射器天線的發(fā)射器模塊。另外，測(cè)井 系統(tǒng)包括具有接收器天線的接收器模塊，并且接收器模塊與發(fā)射器模塊間隔開(kāi)。發(fā)射器天 線和接收器天線被定向?yàn)槟軌蛟谥T如測(cè)井系統(tǒng)的前面的期望的方向上具有靈敏度。


以下參照

本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件， 其中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電阻率陣列；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的電阻率陣列；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、對(duì)于在各種發(fā)射器_接收器距離的情況下獲得 的IOkHz振幅測(cè)量值的探測(cè)深度的示例；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電阻率陣列；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電阻率陣列；圖6A和圖6B顯示傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)電阻率陣列的振幅響應(yīng)；圖6C和圖6D顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電阻率陣列的振幅響應(yīng)；圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的序列方法；圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電阻率陣列；圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的天線模塊；圖10A-10F顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)于具有電阻率對(duì)比的二維邊界的各種
測(cè)量值；圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于獲得與地下環(huán)境有關(guān)的數(shù)據(jù)的測(cè)井系統(tǒng)的 示意圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的類(lèi)似于圖11的測(cè)井系統(tǒng)但顯示了所述測(cè)井系統(tǒng)的 另一個(gè)示例的示意圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的類(lèi)似于圖11的測(cè)井系統(tǒng)但顯示了所述測(cè)井系統(tǒng)的 另一個(gè)示例的示意圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的類(lèi)似于圖11的測(cè)井系統(tǒng)但顯示了所述測(cè)井系統(tǒng)的 另一個(gè)示例的示意圖15是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的類(lèi)似于圖11的測(cè)井系統(tǒng)但顯示了所述測(cè)井系統(tǒng)的 另一個(gè)示例的示意圖；圖16是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、限定電磁耦合張量并說(shuō)明所述電磁耦合張量與 天線方位的關(guān)系的圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、在大致垂直井中使用的測(cè)井系統(tǒng)的模型圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、在大致水平井中使用的測(cè)井系統(tǒng)的模型圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、有在大致垂直井中的測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出 的結(jié)果的圖示；圖20是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、有在大致水平井中的測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出 的結(jié)果的圖示；圖21是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的、使用三個(gè)發(fā)射器和接收器系統(tǒng)的測(cè)井系統(tǒng) 示例的示意圖；圖22是顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、使用傾斜定向TX和RCV天線的圖示；圖23是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于給定一組參 數(shù)示出了與階梯式(st印down)下降的電阻率剖面(或電阻率分布)有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度 的結(jié)果的圖示；圖24是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式下降的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖25是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式下降的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖26是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式下降的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖27是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于給定一組參 數(shù)示出了與階梯式升高(step up)的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖28是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式升高的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖29是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式升高的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖30是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例輸出的、對(duì)于另一組參數(shù) 示出了與階梯式升高的電阻率剖面有關(guān)的測(cè)井儀靈敏度的結(jié)果的圖示；圖31A-31B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、相對(duì)于階梯式升高和階梯式降低的電阻率 剖面對(duì)于衰減和相移來(lái)說(shuō)先行(look-head)范圍與TX RCV間隔的圖示；圖32是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、在兩個(gè)不同的發(fā)射頻率下對(duì)于階梯式降低的地 層電阻率剖面來(lái)說(shuō)相對(duì)于電阻率水平和電阻率對(duì)比與關(guān)于衰減范靈敏度的測(cè)井系統(tǒng)有關(guān) 的圖示。圖33是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、顯示在兩個(gè)電阻率對(duì)比下的檢測(cè)范圍和階梯式 降低的電阻率剖面的圖示；圖34是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、提供與使用測(cè)井系統(tǒng)的一個(gè)示例有關(guān)的階梯式 降低的剖面及其它信息的示例的圖解；
圖35是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、顯示可以使用測(cè)井系統(tǒng)獲得與地層的各向異性 和相對(duì)傾角有關(guān)的結(jié)果的示例的圖示；圖36是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、顯示作為四個(gè)不同構(gòu)造傾角的函數(shù)的測(cè)量值的 示例的圖示；圖37是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、顯示由測(cè)井系統(tǒng)輸出的表示確定諸如粘土沙位 置的接近性和存在的地下特征的測(cè)量值的示例；圖38是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、顯示由測(cè)井系統(tǒng)輸出的表示層間厚度的估計(jì)的 測(cè)量值的示例的圖示；圖39是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、表示用于利用測(cè)井系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的、其中使用直 接反演的過(guò)程的一個(gè)示例的流程圖；圖40是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、表示用于利用測(cè)井系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)的、其中使用直 接反演的過(guò)程的一個(gè)示例的另一個(gè)流程圖；圖41是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、其中由測(cè)井系統(tǒng)使用先行反演以確定與地下環(huán) 境有關(guān)的信息的示例的示意42是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的、其中由測(cè)井系統(tǒng)使用先行反演以確定與地 下環(huán)境有關(guān)的信息的另一個(gè)示例的示意圖；和圖43是根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例的、其中由測(cè)井系統(tǒng)使用先行反演以確定與地 下環(huán)境有關(guān)的信息的另一個(gè)示例的示意圖。
具體實(shí)施例方式在以下說(shuō)明中，說(shuō)明許多細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員要理解的是在不需要這些細(xì)節(jié)的情況下可以實(shí)施本發(fā)明，并且可以由所述實(shí)施例進(jìn)行多 種變化和修改。本發(fā)明的實(shí)施例涉及具有改進(jìn)特性的電阻率陣列。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及在地 層評(píng)價(jià)中使用這些測(cè)井儀的方法。本發(fā)明的實(shí)施例可以允許對(duì)更加復(fù)雜的地層模型(即， 具有更多參數(shù)的地層模型)做反演和/或可以提高電阻測(cè)量值反演的穩(wěn)健性(減少不確定 性)。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以通過(guò)提供更多測(cè)量值而增加地層電阻率評(píng)價(jià)的靈活性，所述 更多測(cè)量值中的每一個(gè)都可以具有對(duì)不同地層模型的不同的響應(yīng)。本發(fā)明的一些實(shí)施例提供具有模塊化設(shè)計(jì)的電阻率陣列。模塊化設(shè)計(jì)有助于對(duì)不 同的測(cè)量需求安裝不同的測(cè)井儀結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)擴(kuò)展發(fā)射器、接收器組合的數(shù)量(例如， 具有四個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器、從而形成4發(fā)射器-接收器陣列的一個(gè)實(shí)施例)，可以獲得 更多的探測(cè)深度。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以包括可以用作收發(fā)器(即，用作發(fā)射器和接收器)的天 線。這還提供了測(cè)井儀結(jié)構(gòu)靈活度。在本實(shí)施例中，對(duì)于相同的數(shù)量的模塊來(lái)說(shuō)，可以獲得 更多數(shù)量的發(fā)射器、接收器組合。此外，在不需要以類(lèi)似于授予Minerbo等人公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān) 利申請(qǐng)No. 2003/0085707A1中的方式延長(zhǎng)測(cè)井儀的長(zhǎng)度的情況下，可以實(shí)現(xiàn)定向測(cè)量的對(duì) 稱(chēng)化。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及在距離接收器的遠(yuǎn)距離處(例如，> 90英尺)具有發(fā)射 器接頭(sub)以允許對(duì)儲(chǔ)層的復(fù)雜性具有選擇性的靈敏度的測(cè)井儀。這樣一個(gè)實(shí)施例可以具有放置在傳統(tǒng)的底部鉆具組合的外側(cè)(遠(yuǎn)離所述傳統(tǒng)的底部鉆具組合)的獨(dú)立供給動(dòng)力 的發(fā)射器接頭。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及將發(fā)射器放置在鉆頭處或所述鉆頭內(nèi)部、或非常靠近鉆 頭，以便具有先行能力。這樣一個(gè)實(shí)施例可以具有獨(dú)立供給動(dòng)力的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信能力。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及使至少一個(gè)模塊位于分開(kāi)的井或井眼內(nèi)。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及使用適應(yīng)預(yù)期地層的測(cè)量頻率對(duì)地層電阻率進(jìn)行估計(jì) 的方法。頻率范圍例如可以達(dá)到200KHz。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及組合本發(fā)明的模塊與現(xiàn)有LWD電阻率陣列。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及線圈設(shè)計(jì)，所述線圈設(shè)計(jì)具有多個(gè)繞組以允許對(duì)于寬范 圍的頻率來(lái)說(shuō)可使用相同的天線。多個(gè)繞組可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及振幅測(cè)量值到相位、相對(duì)相位和振幅、以及相移和衰減 (傳播)的延伸，這需要接頭以包括在十英尺的范圍內(nèi)的具有相對(duì)較長(zhǎng)間隔的兩個(gè)接收器 天線。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及在有或沒(méi)有金屬屏蔽的情況下定向天線(共同定位或 緊密靠近定位)的實(shí)施。測(cè)井儀樽塊化 本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及具有模塊化設(shè)計(jì)的電阻率陣列。如這里所使用的，“電阻 率陣列”是包括在鉆柱上的不同位置處連接的至少一個(gè)接收器模塊和至少一個(gè)發(fā)射器模塊 的結(jié)構(gòu)。模塊化設(shè)計(jì)允許發(fā)射器和接收器天線放置在BHA內(nèi)的不同位置處，或者放置在BHA 上方的鉆柱內(nèi)的位置處。例如，圖1顯示了電阻率陣列，所述電阻率陣列包括與其它LWD或 MWD測(cè)井儀27、28、29、30 —起放置在BHA內(nèi)的4個(gè)發(fā)射器模塊21、22、23、24和一個(gè)接收器 模塊25。通過(guò)將發(fā)射器和/或接收器模塊插入在標(biāo)準(zhǔn)BHA上的不同位置處(如圖2中所 示)，或者將所述發(fā)射器和/或接收器模塊插入在鉆柱上的不同位置處，可以實(shí)現(xiàn)具體的探 測(cè)深度以?xún)?yōu)化使用這種深電阻率測(cè)量的地層模型反演過(guò)程。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射器 模塊21可以距離接收器模塊25大約90-100英尺。此外，一個(gè)或多個(gè)模塊可以放置在附近 的井眼內(nèi)以提供大的間隔陣列。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)過(guò)度增加發(fā)射器天線與相對(duì)應(yīng)的接收器天線之間的間隔會(huì)使接 收器拾取和耦合來(lái)自發(fā)射器的信號(hào)的能力變得復(fù)雜。本發(fā)明的實(shí)施例可以在發(fā)射器模塊或 接收器模塊中使用三軸向天線，其中，三軸向天線模塊具有三個(gè)天線，所述三個(gè)天線具有沿 三個(gè)不同方向的磁矩。三軸向天線模塊將確保三軸向天線的橫向分量中的至少一些可以形 成與相對(duì)應(yīng)的發(fā)射器或接收器的橫向分量的大致耦合。因?yàn)楫?dāng)裝配鉆柱時(shí)，難以確保單個(gè) 天線發(fā)射器與單個(gè)天線接收器對(duì)齊，從而當(dāng)間隔增加時(shí)增加了難度，因此使用三軸向天線 收發(fā)器(或接收器)是有利的。相反，三軸向天線收發(fā)器(或接收器)將總是具有與電阻 率陣列中相對(duì)應(yīng)的接收器(或收發(fā)器)的磁矩大致對(duì)齊的分量。此外，三軸向天線收發(fā)器 允許確定諸如傾角、各向異性、鄰層影響的地層特性。圖3顯示對(duì)于存在具有電阻率對(duì)比為I-IOohm的邊界時(shí)在發(fā)射器-接收器距離為 10英尺、30英尺、60英尺和90英尺的情況下獲得的IOkHz振幅測(cè)量值的探測(cè)深度的示例。 假設(shè)鉆柱(因此電阻率陣列)平行于邊界并且位于遠(yuǎn)離邊界的各種距離處。如圖4中所示， 10英尺陣列對(duì)邊界不是非常敏感；10英尺陣列顯示僅在邊界附近的細(xì)微大小變化。30英尺陣列比較敏感，從而顯示在邊界處的不同過(guò)渡(transition)。60英尺更加敏感；60英尺 顯示邊界周?chē)@著的電阻率過(guò)渡。在此發(fā)射器-接收器間隔處，信號(hào)大小在遠(yuǎn)離邊界大約 20-40英尺處開(kāi)始變化。在90英尺陣列的情況下，信號(hào)大小變化得更加顯著。要認(rèn)識(shí)的是 不同探測(cè)深度的組合允許不同徑向距離處的地質(zhì)構(gòu)造的演變。模塊化設(shè)計(jì)使得易于構(gòu)造用 于不同陣列間隔的測(cè)井儀。此外，使用一個(gè)或多個(gè)三軸向天線作為發(fā)射器和/或接收器會(huì) 增加可以獲得的間隔，這提供了相應(yīng)增加的DOI。作為收發(fā)器的樽塊梓頭本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及具有收發(fā)器天線的電阻率陣列設(shè)計(jì)。在這些測(cè)井儀中， 天線沒(méi)有被設(shè)計(jì)成分開(kāi)的發(fā)射器或接收器。相反，同一天線可以用作發(fā)射器或接收器。除了 有利于經(jīng)濟(jì)之外，如圖2中所示，這種提高對(duì)于相同數(shù)量的接頭來(lái)說(shuō)允許更多的探測(cè)深度。圖2顯示具有三個(gè)接頭41、42、43的測(cè)井儀模塊40，所述三個(gè)接頭形成具有間隔D 和DX2的兩個(gè)陣列。因?yàn)樘炀€41和43可以用作發(fā)射器或接收器，因此具有DX3間隔的第 三陣列還可通過(guò)這種測(cè)井儀結(jié)構(gòu)得到。此外，利用收發(fā)器天線，在不需要必須具有屬于公共 井下工具的發(fā)射器和接收器的情況下還可以執(zhí)行定向測(cè)量。例如，可以首先利用作為發(fā)射 器的天線41和作為接收器的天線43、然后利用作為發(fā)射器的天線43和作為接收器的天線 41而獲得一組對(duì)稱(chēng)的測(cè)量值。作為發(fā)射器/收發(fā)器的遠(yuǎn)距離接頭本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及具有遠(yuǎn)離其它BHA工具(例如，接收器或發(fā)射器)放置 的天線接頭的測(cè)井儀。井通常具有限制BHA的實(shí)際長(zhǎng)度的彎曲和轉(zhuǎn)向。因此，傳統(tǒng)的電阻 率測(cè)井儀不能具有被間隔開(kāi)大于BHA的實(shí)際長(zhǎng)度極限(大約150英尺)的距離的發(fā)射器和 接收器。這種測(cè)井儀不能提供當(dāng)放置在具有超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鉆具組件的最大實(shí)際長(zhǎng)度的厚度的儲(chǔ) 層內(nèi)的井軌跡時(shí)可能需要的探測(cè)深度。圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝入遠(yuǎn)距離接頭的電阻率陣列。如圖所示， 電阻率陣列包括在BHA內(nèi)的傳統(tǒng)的UDR51。UDR包括三個(gè)天線(發(fā)射器、接收器或收發(fā) 器)52、53、54。此外沿著鉆柱，電阻率陣列還包括遠(yuǎn)距離模塊55，所述遠(yuǎn)距離模塊包括發(fā)射 器、接收器、或收發(fā)器。遠(yuǎn)距離模塊55中的天線可以與天線52、53、54中的任一個(gè)一起使用 以形成具有大間隔的陣列。通過(guò)將遠(yuǎn)距離模塊55與BHA中其它傳統(tǒng)的電阻率測(cè)井儀一起使 用，發(fā)射器-接收器距離(即，陣列間隔)可以被設(shè)置到任意期望的距離。遠(yuǎn)距離模塊55可 以被獨(dú)立供給動(dòng)力。此外，遠(yuǎn)距離模塊55可以通過(guò)例如無(wú)線遙測(cè)技術(shù)來(lái)操作。在一個(gè)實(shí)施 例中，一個(gè)或多個(gè)鉆鋌63可以位于遠(yuǎn)距離模塊55與天線52、53、54中的一個(gè)或多個(gè)之間。遠(yuǎn)距離模塊55的位置可以被選擇成大約為儲(chǔ)層厚度(或大于所述儲(chǔ)層厚度)。使 陣列間隔大約為儲(chǔ)層厚度(或大于所述儲(chǔ)層厚度)可以提供傳統(tǒng)的電阻率測(cè)井儀以其它方 式得不到的不同的優(yōu)點(diǎn)。例如，圖6C和圖6D顯示長(zhǎng)陣列(所述長(zhǎng)陣列的間隔大約為130英尺的地層厚度) 的振幅響應(yīng)更加簡(jiǎn)單并且清楚地表示地層界面在哪兒。這種額外長(zhǎng)的陣列(尤其是在低頻 區(qū))的響應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)部的復(fù)雜性不敏感。與此相反，如圖6A和圖6B中所示，傳統(tǒng)的現(xiàn)有技 術(shù)電阻率陣列(所述傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)電阻率陣列的間隔小于130英尺的地層厚度)的振幅 響應(yīng)對(duì)層內(nèi)的電阻率變化比較敏感，但是對(duì)地層界面卻不是很敏感。來(lái)自圖6A-6D的結(jié)果 顯示可以根據(jù)正在被鉆進(jìn)的儲(chǔ)層的特性(例如，預(yù)期的地層厚度或最低儲(chǔ)層層電阻率與蓋層和儲(chǔ)層底部的電阻率的比值)有利地選擇傳感器距離(陣列間隔)和操作頻率。具有在鉆頭處的接頭的先行電阻率測(cè)井儀本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及具有先行能力的電阻率測(cè)井儀。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施 例，接頭可以緊鄰鉆頭以類(lèi)似于授予Schaff等人并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專(zhuān)利 No6，057，784中所述的方法放置。所述專(zhuān)利通過(guò)引用在此全文并入。此外，天線還可以放 置在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具上或者直接放置在鉆頭內(nèi)。通過(guò)將收發(fā)器放置在鉆頭處，在每一對(duì)發(fā)射 器/接收線之間的中間距離所取的電阻率測(cè)量點(diǎn)更靠近鉆頭移動(dòng)，從而允許隨鉆時(shí)更快的 反應(yīng)時(shí)間。這種能力允許根據(jù)地質(zhì)事件而發(fā)生早期的實(shí)時(shí)動(dòng)作。此外，還可以通過(guò)使用延 伸超過(guò)電阻率傳感器對(duì)的測(cè)井儀響應(yīng)末端實(shí)現(xiàn)鉆頭的先行能力。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電阻率陣列的一個(gè)示例。如圖所示，電阻率 測(cè)井儀70包括在鉆柱的一個(gè)端部處的鉆頭14。天線73 (所述天線可以是發(fā)射器天線或接 收器天線)緊鄰鉆頭14設(shè)置在鉆柱上。此外，電阻率陣列包括具有三個(gè)收發(fā)器模塊52、53、 54的UDR51，所述三個(gè)收發(fā)器模塊可以用作接收器或發(fā)射器。雖然在此示例中顯示了三個(gè) 收發(fā)器模塊，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到這種測(cè)井儀可以具有或多或少的收發(fā)器 模塊。此外，接收器模塊或發(fā)射器模塊可以替換一個(gè)或多個(gè)收發(fā)器模塊。在一個(gè)實(shí)施例中， 天線73可以是鉆頭14的部件。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，鉆頭附近的天線73具有非縱向磁矩，即，天線73的磁 矩不在平行于鉆柱軸線的方向上。天線73的非縱向磁矩確保天線73具有在橫向方向(即， 垂直于鉆柱軸線的方向)上的磁矩分量。此外，收發(fā)器模塊中的至少一個(gè)(例如，52、53、54) 包括三軸向天線，其中三個(gè)天線具有在三個(gè)不同方位上的磁矩。在一些情況下，三軸向天線 可以具有在三個(gè)正交方位上的磁矩。三軸向天線模塊將確保三軸向天線的橫向分量中的至 少一些可以形成與鉆頭附近的天線73的橫向分量的大致耦合。鉆頭附件的天線73可以是 發(fā)射器、接收器、或收發(fā)器。通常，因?yàn)榻邮掌魈炀€可以經(jīng)受來(lái)自增加振動(dòng)和震動(dòng)或來(lái)自可 能存在的高功率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向測(cè)井儀的更高的電噪音，因此對(duì)于鉆頭附近的天線73來(lái)說(shuō)優(yōu)選 的是發(fā)射器。因此，可以包括動(dòng)力導(dǎo)向部件的馬達(dá)模塊16可能破壞接收器天線。多頻率測(cè)量本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及使用多頻率用于電阻率測(cè)量的測(cè)井儀和方法。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例，可以選擇頻率以更加有效地覆蓋頻譜，從而提高深電阻率測(cè)量的反演精度和 靈活度。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以在每十個(gè)一組分布3個(gè)或更多個(gè)頻率的情況 下獲得測(cè)量值。在鉆井之前或隨鉆時(shí)可以設(shè)定或自動(dòng)選擇這些頻率，以提供最佳的地層反 演。發(fā)射器接收器距離與頻率的組合在確定具有復(fù)雜內(nèi)部層的儲(chǔ)層外界面時(shí)是必須的。對(duì) 于最大靈敏度來(lái)說(shuō)，天線間隔和頻率的組合優(yōu)選地被選擇為遵從以下公式。定義傳播系數(shù)k為k2 = ε μ ω2+ σ μ ω其中ε是電磁介電常數(shù)，μ是電 磁磁導(dǎo)率，σ為電導(dǎo)率，而ω為角頻率。如果L表示發(fā)射器-接收器間隔，則使得|k|. Le
。優(yōu)選地選擇頻率以滿足此判據(jù)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的任意實(shí)施方法來(lái)有效地執(zhí)行多頻率測(cè)量。例如，圖7顯示 用于多頻率測(cè)量的電阻測(cè)量序列的示例。在圖7中所示的方法中，假設(shè)所有TX脈沖具有被 控制的振幅。此外，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在脈沖方法中，如圖7中所示，可以實(shí) 現(xiàn)單個(gè)脈沖以發(fā)射兩個(gè)或更多個(gè)頻率。可以通過(guò)測(cè)量當(dāng)被接收器感測(cè)的實(shí)際電壓來(lái)執(zhí)行信號(hào)測(cè)量?？蛇x地，信號(hào)可以作為一對(duì)不同頻率的脈沖之間的微分信號(hào)而被測(cè)量。接頭與現(xiàn)有LTO泖阱儀的組合本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及具有遠(yuǎn)距離接頭的電阻率陣列，所述遠(yuǎn)距離的接頭如上 所述具有其它傳統(tǒng)的電阻率測(cè)井儀。例如，圖8顯示包括兩個(gè)遠(yuǎn)距離接頭的發(fā)射器55A和 55B、和傳統(tǒng)的LWD電阻率測(cè)井儀的測(cè)井儀，所述傳統(tǒng)的LWD電阻率測(cè)井儀可以用作用于遠(yuǎn) 距離發(fā)射器模塊的接收器以提供具有比傳統(tǒng)的電阻率陣列可以具有的間隔大得多的間隔 的陣列。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到具有用于接收電阻率信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)天線的任 意傳統(tǒng)的電阻率測(cè)井儀可以與如這里所公開(kāi)的遠(yuǎn)距離的接頭發(fā)射器組合使用。使發(fā)射器模 塊與現(xiàn)有的“淺”LWD測(cè)井儀(使用其電阻率天線作為深電阻率接收器)結(jié)合的選擇允許具 有合理化和集成測(cè)量能力。多繞組天線本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及可以在寬頻范圍內(nèi)有效使用的天線。當(dāng)天線用于在一定 頻率下發(fā)射電阻率信號(hào)時(shí)，當(dāng)頻率在天線的自諧振頻率以下時(shí)天線最有效。因此，當(dāng)在寬頻 率范圍內(nèi)使用具體的天線時(shí)，天線在一定頻率范圍內(nèi)可能不會(huì)有效。例如，為了在最高頻率 下發(fā)射，天線的匝數(shù)的數(shù)量應(yīng)該足夠低到線圈自諧振以下。另一方面，為了在較低頻率下優(yōu) 化發(fā)射，需要增加匝數(shù)的數(shù)量。因此，傳統(tǒng)的天線通常具有表示對(duì)想要的工作頻率范圍作出 妥協(xié)的繞組。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，天線可以具有多層繞組；對(duì)于高頻率來(lái)說(shuō)，多層繞組中 的每一層都可以并聯(lián)纏繞，或者對(duì)于較低頻率來(lái)說(shuō)，所述多層繞組中的每一層都可以串聯(lián) 纏繞，以有效地平衡當(dāng)通過(guò)恒定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)天線的阻抗載荷?？梢砸噪娮臃绞娇刂拼?lián)和 并聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的切換。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示例性天線。在此示例中，線圈層101A-101C 串聯(lián)連接以最大化低頻率(例如，大約IkHz范圍)下的發(fā)射中的匝數(shù)的數(shù)量，或者對(duì)于較 高頻率范圍(例如，100kHz)來(lái)說(shuō)所述線圈層并聯(lián)連接。線圈層101A-101C繞心軸102纏 繞。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在天線中可以使用多層線圈以提供對(duì)天線性能的微調(diào)諧。其它電阻率測(cè)量技術(shù)的擴(kuò)展諸如美國(guó)專(zhuān)利No. 6，188，222中所公開(kāi)的傳統(tǒng)的深電阻率測(cè)量基于感應(yīng)機(jī)理，并 且測(cè)量信號(hào)振幅，而不是測(cè)量相位或相移或衰減。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及基于傳播機(jī)理 的深電阻率測(cè)量，并且通過(guò)引入接收器天線測(cè)量相移和衰減(即，差分測(cè)量)，且接收器對(duì) 之間的間隔在大約5-10英尺，其中5-10英尺明顯地比傳統(tǒng)的傳播測(cè)井儀中的接收器對(duì)間 隔(通常限于小于一英尺)長(zhǎng)。由于用于深EM測(cè)量的較低頻率(l-200kHz)，因此期望接收 器對(duì)之間更長(zhǎng)的間隔。接收器對(duì)之間大約5-10英尺的間隔將確?？梢詼y(cè)量的最小相移保 持在 0. 1度范圍內(nèi)。除了使用接收器對(duì)之外，還可以利用諸如圖7中所示的脈沖方法的適當(dāng)?shù)拿}沖方 法執(zhí)行相位和振幅的微分測(cè)量(即，相移和衰減)。圖7中所示的測(cè)量方法可以使用具體頻 率下的發(fā)射脈沖中的一個(gè)(多個(gè))作為時(shí)間參考。假設(shè)脈沖串中的脈沖之間的恒定相位參 考(或時(shí)間差)(還可以通過(guò)無(wú)線遙測(cè)技術(shù)測(cè)量此時(shí)間差，并將所述時(shí)間差通信給接收器)， 可以相對(duì)于參考脈沖確定用于所接收的脈沖串的相位參考(或時(shí)間差)。
相同的技術(shù)(使用參考脈沖的振幅用于比較)還可以應(yīng)用于脈沖串中的每一個(gè)脈 沖與參考脈沖之間的振幅比。在這種情況下，發(fā)射器處的振幅比可以保持恒定或可以測(cè)量 所述振幅比。當(dāng)需要振幅測(cè)量時(shí)，脈沖到達(dá)時(shí)間和振幅比的差分技術(shù)減少了測(cè)量值對(duì)用于 振幅測(cè)量精確的空氣校準(zhǔn)的相關(guān)性。作為示例，圖10A-10F顯示了對(duì)于具有Iohm和IOOohm的電阻率對(duì)比的平坦邊界 使用具有70英尺發(fā)射器-接收器間隔的測(cè)井儀的各種測(cè)量值。此測(cè)井儀具有發(fā)射器天線 和接收器天線，所述發(fā)射器天線和接收器天線具有縱向磁矩(即，在平行于測(cè)井儀的縱向 軸線的方向上的磁矩)。圖IOA和圖IOB分別顯示在各種頻率下的振幅測(cè)量值和相對(duì)振幅測(cè)量值。在圖 IOB中，相對(duì)振幅測(cè)量值相對(duì)于2KHz處的振幅測(cè)量值。圖IOC和圖IOD分別顯示在各種頻 率下的相位測(cè)量值和相對(duì)相位測(cè)量值。在圖IOD中，相對(duì)相位測(cè)量值相對(duì)于2KHz處的相位
測(cè)量值。圖IOE和圖IOF分別顯示當(dāng)利用具有8英尺間隔的一對(duì)接收器進(jìn)行測(cè)量時(shí)在各種 頻率下的相位移測(cè)量值和衰減。在這種間隔的情況下，可以容易地觀察到相位移和衰減的 顯著變化。兩個(gè)測(cè)量值都提供具有不同靈敏度的另一組測(cè)量值，允許在反演過(guò)程期間使用 更多的獨(dú)立測(cè)量值。本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及地質(zhì)導(dǎo)向。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的地質(zhì)導(dǎo)向方法可以使 用上述和/或使用上述方法(例如，多頻率測(cè)量，脈沖方法的使用等)的任意電阻率陣列。具有本發(fā)明的上述實(shí)施例的所有測(cè)量值可以擴(kuò)展到方向測(cè)量值。方向測(cè)量值允許 對(duì)邊界具有更高的靈敏度，并且將相應(yīng)地改進(jìn)反演過(guò)程。在一些實(shí)施例中，天線(一個(gè)或多 個(gè))將具有與標(biāo)準(zhǔn)“軸向”天線結(jié)合的橫向磁偶極子，以從同一天線提供兩個(gè)測(cè)量值。在三 軸向天線中，如上所述，一部分可以與BHA的軸線對(duì)齊，而其它兩部分相對(duì)于所述BHA成角 度。如果期望，還可以通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的屏蔽。將要認(rèn)識(shí)的是可以使用多個(gè) 公知天線設(shè)計(jì)和封裝方法中的一個(gè)實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例的天線(和相關(guān)電子設(shè)備)。例如， 美國(guó)專(zhuān)利No. 6，188，222中所述的測(cè)井設(shè)備可以用于實(shí)施本發(fā)明。雖然這里說(shuō)明的實(shí)施例可以示出了隨鉆測(cè)井儀以有助于解釋本發(fā)明的各種實(shí)施 例，但是本發(fā)明的測(cè)井儀不限于任何具體模式的輸送模式。因此，本發(fā)明的測(cè)井儀可以例如 用于隨鉆測(cè)井、隨起下鉆測(cè)井、線圈鉆井、通過(guò)鉆頭測(cè)井、襯管鉆井、套管鉆井操作。根據(jù)本發(fā)明的可選實(shí)施例，另一個(gè)系統(tǒng)和方法有助于獲得與地下區(qū)域有關(guān)的數(shù) 據(jù)。例如，隨鉆測(cè)井、先行系統(tǒng)可以用于有助于檢測(cè)和測(cè)量各種地下特征和特性。隨鉆測(cè) 井系統(tǒng)可以通過(guò)例如在井眼的鉆進(jìn)期間從隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的前面的區(qū)域獲得數(shù)據(jù)而可以“先 行”。參照?qǐng)D11，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了用于在井眼42內(nèi)執(zhí)行測(cè)井操作的系 統(tǒng)40的示例。在圖示的實(shí)施例中，系統(tǒng)40包括與諸如底部鉆具組合46結(jié)合的隨鉆測(cè)井系 統(tǒng)44。底部鉆具組合46可以包括鉆頭48，所述鉆頭用于鉆井眼42，同時(shí)對(duì)其內(nèi)形成井眼 42的地下區(qū)域48進(jìn)行測(cè)錄。在圖示的實(shí)施例中，包括隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44的底部鉆具組合46可以通過(guò)輸送裝置 50輸送到井下。輸送裝置50的形式可以是鉆桿、撓性管或另一種適當(dāng)類(lèi)型的輸送裝置。另 外，系統(tǒng)40可以包括控制系統(tǒng)52，所述控制系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)挠芯€或無(wú)線通訊線路54耦合到隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44。以示例的方式，控制系統(tǒng)52包括用于處理從隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44接收的 數(shù)據(jù)的基于計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)/處理結(jié)果可以顯示在位于地面位置處適當(dāng)?shù)娘@示器 56(例如，計(jì)算機(jī)監(jiān)視器)上以便操作者使用。在圖11的示例中，隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44包括具有發(fā)射器天線60的發(fā)射器模塊58和具 有接收器天線64的接收器模塊62。在圖示的具體示例中，隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44包括多個(gè)(例 如，兩個(gè))接收器模塊62。發(fā)射器模塊58和接收器模塊或模塊62沿底部鉆具組合46位于 分開(kāi)的位置處，并且選擇間隔以提供期望的探測(cè)深度。發(fā)射器模塊58被定位成靠近底部鉆 具組合46的鉆頭66。例如，發(fā)射器模塊58可以在鉆頭66后面安裝在接頭68上或者以其 它方式緊鄰鉆頭安裝。利用這種系統(tǒng)，朝向鉆頭66推動(dòng)測(cè)量點(diǎn)(取作為發(fā)射器模塊58與 接收器模塊62之間的中點(diǎn))以使得不僅提供徑向靈敏度而且提供發(fā)射器天線60前面的靈 敏度。在圖11中所示的實(shí)施例和如下所述的其它實(shí)施例中，可以使用各種天線結(jié)構(gòu)。例 如，發(fā)射器模塊58可以具有傾斜天線60。傾斜天線的使用表示磁偶極矩不會(huì)與測(cè)井儀軸線 (例如，底部鉆具組合軸線)對(duì)齊，也不垂直于測(cè)井儀軸線的磁偶極矩。接收器模塊62也可 以使用傾斜天線64，或者所述接收器模塊的天線64可以包括其磁偶極矩沿著測(cè)井儀軸線 或垂直于測(cè)井儀軸線的軸向天線。在一個(gè)有用的實(shí)施例中，發(fā)射器模塊和接收器模塊中的 天線的總數(shù)是四，并且可以使用所述四根天線的許多結(jié)構(gòu)。雖然已經(jīng)根據(jù)磁偶極子天線說(shuō)明了天線，但是天線60、64還可以包括電偶極子天 線。以示例的方式，在感應(yīng)和/或傳播測(cè)量中可以使用諸如線圈的磁偶極子天線。電偶極 子天線可以使用電極和/或螺旋管。基于專(zhuān)門(mén)應(yīng)用，發(fā)射器天線和接收器天線的作用可以 互換。圖11中所示的系統(tǒng)40的實(shí)施例將發(fā)射器模塊58直接定位在鉆頭66的后面。以 示例的方式，發(fā)射器模塊58和天線60添加到用于驅(qū)動(dòng)鉆頭66的泥漿馬達(dá)72的鉆頭盒70。 應(yīng)該注意的是每一個(gè)發(fā)射器模塊58還可以包括通過(guò)外部或內(nèi)部電線或通過(guò)車(chē)載電池供給 動(dòng)力的一個(gè)或多個(gè)傳感器74和相關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備76。另外，隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44可以裝入各 種其它模塊78，所述各種其它模塊可以包括基于用于給定應(yīng)用的專(zhuān)門(mén)測(cè)井操作的各種測(cè)井 儀或傳感器。參照?qǐng)D12，示出了類(lèi)似的實(shí)施例，其中鉆頭由旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)80驅(qū)動(dòng)。以示例的方 式，圖11和圖12中所示的實(shí)施例可以將諸如電磁傳感器的傳感器74直接定位在鉆頭66 后面或者與鉆頭66成一體。在可選的實(shí)施例中，一個(gè)傳感器或多個(gè)傳感器74與相對(duì)應(yīng)的 電子設(shè)備76 —起可以直接安裝在圖13中所示的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)80上，或者直接安裝在圖14 中所示的泥漿馬達(dá)72上。在上述實(shí)施例中，可以使用各種天線。例如，發(fā)射器天線60可以 形成為三軸向天線TX，而接收器天線64可以形成為三軸向RCV天線。相對(duì)應(yīng)的傳感器可以 是單獨(dú)的傳感器或者是感應(yīng)/傳播和/或側(cè)向測(cè)井傳感器的組合。在圖15中所示的另一 個(gè)實(shí)施例中，天線是可以具體地用于具有油基泥漿的所鉆的井的環(huán)形電偶極子。在此實(shí)施 例或其它實(shí)施例中，諸如扶正器的另外的部件可以裝入到底部鉆具組合46中。通常，因?yàn)橥ǔ８尤菀椎氐玫絼?dòng)力，因此使發(fā)射器天線位于鉆頭處是有用的。例 如，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)通常使用渦輪機(jī)，可以從所述渦輪機(jī)獲得動(dòng)力。此外，由于鉆頭處或鉆頭 附近較高的震動(dòng)環(huán)境(顫噪聲)，并且由于通常被旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)消耗的大量電力，與通常的隨鉆測(cè)井儀相比，位于鉆頭處或靠近所述鉆頭定位的接收器天線預(yù)計(jì)具有較高的噪音。定向天線是具有不與測(cè)井儀軸線對(duì)齊的偶極矩的天線。在一個(gè)或多個(gè)定向發(fā)射器 天線60放置在鉆頭66上或靠近所述鉆頭放置的情況下，可以得到對(duì)發(fā)射器天線和鉆頭前 面的特征敏感的測(cè)量值。通常，對(duì)于在接收器天線64處感生的電壓的振幅和相位通過(guò)來(lái)自 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器天線60的信號(hào)得到電壓測(cè)量值。電壓與通過(guò)電磁耦合張量與發(fā)射器和 接收器偶極矩的方向和大小成比例。耦合張量取決于發(fā)射信號(hào)的頻率、發(fā)射器/接收器間 隔、和地層參數(shù)。在圖16中，提供圖解以限定電磁耦合張量并且顯示所述電磁耦合張量與天線方 位的關(guān)系。在圖16的示例中，Z軸與測(cè)井儀軸線對(duì)齊，而X軸和Y軸相互垂直并垂直于Z軸。 耦合張力分量的第一字母與接收器的偶極矩方向相對(duì)應(yīng)，而第二字母與發(fā)射器的偶極矩方 向相對(duì)應(yīng)。一旦得到電壓測(cè)量值并且已知接發(fā)射器和接收器天線偶極矩的方位和大小，則 可以得到電磁耦合張量。為了推斷鉆頭66前面的特征的特性，可以使用電磁耦合張量，或 者可以將電磁耦合張量轉(zhuǎn)換成與所述電磁耦合張量相對(duì)應(yīng)的地層參數(shù)張量(例如，電導(dǎo)率 張量)，與所述電磁耦合張量相對(duì)應(yīng)的地層參數(shù)張量則可以用于推斷鉆頭前面的地下區(qū)域 期望的特性?？梢允褂眠@些張量的單個(gè)分量，或者分量的不同組合用于推斷地層特性。例 如，可以使用以下組合中的任一個(gè)ZZ/(XX+YY)，有時(shí)被稱(chēng)作為“諧波電阻率”(HR)；(ZZ-XZ) / (ZZ+XZ) * (ZZ+ZX) / (ZZ-ZX)，有時(shí)被稱(chēng)作為“對(duì)稱(chēng)定向(symmetrized directional) ” (SD)或“一次諧波定向”；XX/YY，有時(shí)被稱(chēng)作為“二次諧波定向”；以及(ZZ+XZ) / (ZZ-XZ) * (ZZ+ZX) / (ZZ-ZX)，有時(shí)被稱(chēng)作為“反對(duì)稱(chēng)定向”(AD)每一個(gè)測(cè)量值包括關(guān)于地層結(jié)構(gòu)的信息(電阻率、分層、傾角、及其它參數(shù))。在操 作中，測(cè)量對(duì)周?chē)貙用舾械捻憫?yīng)，包括如果存在則確定鉆頭66前面的地層界面。還可以 通過(guò)模擬在鉆頭前面沒(méi)有邊界的井眼生成模擬響應(yīng)。例如通過(guò)控制系統(tǒng)52計(jì)算實(shí)際響應(yīng) 與模擬響應(yīng)之間的差。如果差為零，可以得到的結(jié)論是在鉆頭前面沒(méi)有層，但是如果差不為 零，得到的結(jié)論是差可歸因于鉆頭前面的層的存在。在圖17和圖18中，提供圖解以模擬用于生成基本耦合的模擬結(jié)構(gòu)?；抉詈细?據(jù)底部鉆具組合相對(duì)于地層的方位而產(chǎn)生。例如，圖17中所示的模擬結(jié)構(gòu)表示大致縱向方 位，而圖18中所示的模擬結(jié)構(gòu)表示大致橫向方位。圖示的地層還可以相對(duì)于底部鉆具組合 具有相對(duì)傾角。總體參照?qǐng)D19和圖20，圖示的示例被示出為表示在測(cè)井系統(tǒng)44被構(gòu)造成為當(dāng) 穿過(guò)具體的厚度的地層時(shí)具有預(yù)定發(fā)射器-接收器(T-R)天線間隔和預(yù)定頻率的感應(yīng)測(cè) 井儀時(shí)由所述測(cè)井系統(tǒng)生成的結(jié)果。以示例的方式，當(dāng)穿過(guò)5英尺厚的地層時(shí)，T-R間隔 為60英尺，并且頻率為2kHz。以示例的方式，結(jié)果可以顯示在適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)的顯示器56 上。在圖19中，提供了井是大致垂直的先行情況，而在圖20中，提供了井是大致水平的環(huán) 視(look-around)情況。在這些示例中，響應(yīng)是在鉆頭66前面有層產(chǎn)生的信號(hào)與在所述鉆 頭前面沒(méi)有層所產(chǎn)生的信號(hào)之間的差。響應(yīng)被表示為在每一幅圖左側(cè)的振幅比和在每一幅 圖右側(cè)的相位差。在圖19的大致垂直的示例中，ZX和XZ交叉耦合為零。在圖19中所示的先行示例中，僅耦合張量(XX、YY,以及較小范圍的ZZ)和ZZ/(XX+YY)的對(duì)角項(xiàng)顯示了對(duì)可以使用的地層的相關(guān)性。應(yīng)該注意的是當(dāng)在低傾角和各向異 性的地層中使用時(shí)，比值ZZ/(XX+YY)不會(huì)急速變化。在這種示例中，在層上方大約50英尺 的距離處，振幅比響應(yīng)開(kāi)始偏離零，從而指示在鉆頭前面存在不同電阻率的層。當(dāng)測(cè)井儀/ 底部鉆具組合靠近層時(shí)，偏差增加直到第一天線穿過(guò)地層界面，此時(shí)，響應(yīng)顯示最大值。類(lèi) 似地，如圖19的右側(cè)圖所示，響應(yīng)的相位差在地層界面上方大約60英尺處開(kāi)始偏離零。在 所示的響應(yīng)中，除了先前提到的偏差之外，在層上方大約20英尺處具有表示層存在于鉆頭 前面的交疊(crossover)。通常，與振幅比響應(yīng)相比，相位差響應(yīng)具有更大的先行靈敏度。在圖20中所示的環(huán)視示例中，畫(huà)出的所有響應(yīng)顯示與地層的相關(guān)性。在此示例 中，在層前面大約70英尺的距離處，振幅比響應(yīng)開(kāi)始偏離零，從而指示在鉆頭前面存在不 同電阻率的層。當(dāng)測(cè)井儀/底部鉆具組合靠近層時(shí)，偏差通常增加直到第一天線穿過(guò)地層 界面，此時(shí)一定響應(yīng)顯示最大偏差。在所示的響應(yīng)中，在層前面大約10英尺處具有指示層 存在于鉆頭前面的交疊。類(lèi)似地，如圖20的右側(cè)圖所示，響應(yīng)的相位差在地層界面前面大 約50英尺處開(kāi)始偏離零。如圖20中所示，畫(huà)出的響應(yīng)中的任一個(gè)對(duì)鉆頭前面的層敏感，并且可以用于估計(jì) 與鉆頭前面的地層界面的距離。因此，可以不需要所有耦合張量。例如，可以?xún)H使用單個(gè)傾 斜發(fā)射器天線和單個(gè)傾斜接收器天線確定對(duì)稱(chēng)響應(yīng)。上述距離是示例性的并且可由T-R間隔以及在操作中使用的頻率來(lái)控制。通常， 在多于一個(gè)T-R間隔和多于一個(gè)頻率的情況下進(jìn)行測(cè)量以提高對(duì)結(jié)果解釋的可靠程度是 有用的。除了繪制響應(yīng)之外，可以對(duì)響應(yīng)做反演以計(jì)算例如與鉆頭前面的地層界面的距 離，鉆頭前面的地層的電導(dǎo)率、各向異性、和傾角。反演可以是1D、2D或3D。通過(guò)使用T-R 間隔和頻率的不同組合可以具有更加穩(wěn)定和可靠的反演。當(dāng)與鉆頭前面的地層界面的距離 在大約2/3T-R間隔的范圍內(nèi)時(shí)，反演提供對(duì)所述距離的精確估計(jì)。然而，基于地層特性可 以提高所述比值。在先行示例中，先行特征清楚地被顯示為端部特征。RCV響應(yīng)由于先行特征的變 化是測(cè)定體積的，并且可以從TX RCV系統(tǒng)周?chē)牡貙訂为?dú)進(jìn)行。每一個(gè)對(duì)角項(xiàng)可以獨(dú)立使 用，但是在設(shè)置TX和RCV通道的示例中，所述每一個(gè)對(duì)角項(xiàng)被校準(zhǔn)，使得可以確定僅對(duì)地層 特征敏感的絕對(duì)測(cè)量值。因?yàn)橥ǔ０ㄅc放大電子設(shè)備耦合的天線的TX輸出電流和RCV 系統(tǒng)可以具有基于溫度和其它環(huán)境因素的變化，因此要執(zhí)行校準(zhǔn)。如圖19和圖20中所示， 對(duì)單獨(dú)對(duì)角項(xiàng)具有類(lèi)似響應(yīng)的另一個(gè)組合包括獲得比值ZZ/(XX+YY)。生成作為基本耦合的 比值的測(cè)量值具有被校準(zhǔn)使得不需要絕對(duì)測(cè)量值的優(yōu)點(diǎn)?？傮w參照?qǐng)D21的示意圖，提供用于確定校準(zhǔn)測(cè)量值ZZ/(XX+YY)的一個(gè)示例。在 此示例中，可以利用使用耦合到傾斜RCV天線86的三個(gè)傾斜TX天線84的測(cè)井系統(tǒng)得到校 準(zhǔn)測(cè)量值ΖΖ/(ΧΧ+ΥΥ)。對(duì)于每一個(gè)TX RCV對(duì)來(lái)說(shuō)，在接收器處接收的電壓具有常數(shù)項(xiàng)和 一次調(diào)和項(xiàng)和二次調(diào)和項(xiàng)。當(dāng)相對(duì)于測(cè)井儀/底部鉆具組合旋轉(zhuǎn)擬合測(cè)量值時(shí)，同時(shí)確定 RCV通道的相對(duì)增益作為基本耦合。在垂直井或近似垂直井中，交叉耦合項(xiàng)大多數(shù)為零，從 而僅具有作為測(cè)井儀方位定向(工具面)的函數(shù)的恒定特性，因此不能獲得單獨(dú)的相對(duì)增 益(僅可以從一次諧波和二次諧波獲得增益)。為了測(cè)量當(dāng)不存在一次諧波和二次諧波時(shí) 的相對(duì)增益，可以例如使用嵌入在接收器天線或其它適當(dāng)?shù)碾娮釉O(shè)備中的測(cè)試線圈對(duì)接收器天線施加校準(zhǔn)。在圖11中所示的示例中，基本的三發(fā)射器和接收器系統(tǒng)用于確定基本耦 合。在此實(shí)施例中，每一個(gè)發(fā)射器和接收器對(duì)都相對(duì)于測(cè)井儀軸線傾斜45°，并且TX磁矩 在其之間在方位上以120°的角度分布。在圖22中所示的示例中，傾斜定向TX和RCV天線被示出為具有一定的磁偶極矩。 TX和RCV天線位于不同的方位角處。在此示例中，接收器信號(hào)以以下矩陣形式為基本耦合 和系統(tǒng)方位的函數(shù)
= 右側(cè)的RCV磁矩矢量以45°傾斜和垂直。TX磁矩相對(duì)于垂直方向被定向有方位 角a。角度0與TX RCV對(duì)/測(cè)井儀的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)。接收器信號(hào)還可以如下被描述為基本耦合和系統(tǒng)方位的函數(shù)，其中g(shù)為發(fā)射器接 收器通路增益
接收器磁矩與每一個(gè)TX天線相對(duì)于垂直方向一具體方位角α Τ1、α Τ2、α Τ3垂直定 向。每一個(gè)TX RCV對(duì)具有相關(guān)聯(lián)的增益gT1、gT2、gT3。只有當(dāng)增益或至少相對(duì)增益已知時(shí)才 可以由以上公式計(jì)算ZZ、XX+YY和XY-YX。在圖23-30中，以對(duì)電阻率相對(duì)于間隔衰減和相位移的二階變化的先行靈敏度的 圖表形式提供示例?？梢约僭O(shè)0. IdB截止衰減和0.25度相位移。先行探測(cè)深度取決于在 較高頻率下在較低范圍內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)射頻率。與衰減相比，由于天線掃掠(lobe)的存在，相
15位移響應(yīng)更深(對(duì)于兩個(gè)電阻率剖面來(lái)說(shuō))。天線掃掠隨頻率增加?？梢砸灶?lèi)似于環(huán)視反 演的方式使用不同頻率下的衰減和相位移測(cè)量值的組合。在圖23中，示例被圖示為對(duì)于具有60英尺TX RCV間隔的2kHz的實(shí)施例來(lái)說(shuō)在 左側(cè)圖中示出了衰減而在右側(cè)圖中示出了相位移。圖表表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō) 對(duì)階梯式下降的電阻率剖面(2Ωπι-0. 3Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和 0.25度相位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在此示例中，衰減被示出為具有在最低 EM天線的前面大約40英尺的范圍。另一方面，相位移具有較深的范圍，但是存在天線掃掠。在圖24中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 下降的電阻率剖面(2Ωπι-0. 3Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0. 25度 相位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在此示例中，衰減和相位移的范圍都減小了。在圖25中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 下降的電阻率剖面(2Ωπι-0. 3Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0. 25度 相位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在此示例中，范圍減小了，且天線掃掠在衰減中 開(kāi)始出現(xiàn)。在圖26中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 下降的電阻率剖面(2Ωπι-0. 3Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0. 25度 相位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在圖27中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 上升的電阻率剖面(2Ωπι-20Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0.25度相 位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。階梯式上升的剖面類(lèi)似于所示和上述示例的階梯 式下降的剖面。在圖28中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 上升的電阻率剖面(2Ωπι-20Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0.25度相 位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在圖29中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 上升的電阻率剖面(2Ωπι-20Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0.25度相 位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。在圖30中，另一個(gè)示例被圖示為并且表示對(duì)于60英尺2kHz測(cè)井儀來(lái)說(shuō)對(duì)階梯式 上升的電阻率剖面(2Ωπι-20Ωπι)的感應(yīng)靈敏度。已經(jīng)施加了 0. IdB截止衰減和0.25度相 位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)區(qū)域。類(lèi)似于階梯式下降的剖面的示例，圖示的范圍于 頻率成反比例。通過(guò)使用上述截止并且改變T-R間隔，用于ZZ/ (ΧΧ+ΥΥ)衰減和相位移的先行范圍 可以如圖31中所示以圖解的方式表示。如圖31的圖表所示，示例利用IkHz或2kHz的兩 個(gè)發(fā)射頻率。作為說(shuō)明，由于截止參數(shù)，所述范圍達(dá)到平穩(wěn)段持續(xù)更長(zhǎng)的T-R間隔。為了進(jìn) 一步增加所述范圍，如圖31的右側(cè)圖所示可以使用更低的頻率。圖表對(duì)于在2kHz和IkHz 處相對(duì)于階梯式上升和階梯式下降的電阻率剖面的衰減和相位移提供先行范圍對(duì)TXR CV 間隔的示例。所述范圍還取決于對(duì)比率和電阻率水平。例如，在圖32中，提供了在2kHz和5kHz 衰減處對(duì)于階梯式下降的地層剖面在不同的電阻率水平和相對(duì)于頂部電阻率的不同電阻率對(duì)比的圖示。每一個(gè)發(fā)射頻率都具有最佳的電阻率水平(底部鉆具組合周?chē)碾娮杪驶?頂部的電阻率)，其中，對(duì)于較高電阻率水平來(lái)說(shuō)，較高頻率具有更加優(yōu)化的范圍。較高的對(duì) 比在所有頻率下產(chǎn)生更好的范圍。此外，10 Ω m和20 Ω m頂部電阻率分別顯示對(duì)于2kHz和 5kHz來(lái)說(shuō)最好的范圍特征。提高發(fā)射頻率能夠具有更高的電阻率。已經(jīng)施加了 0. IdB截止 衰減和0.25度相位移。圖表上較大的彎曲顯示檢測(cè)的區(qū)域。在此示例中，衰減和相位移的 范圍都減小了。在隨鉆測(cè)井應(yīng)用中，重要的是能夠在鉆頭66前面的電阻率階躍變化與電阻率的 逐漸勻變?cè)黾踊驕p少之間進(jìn)行區(qū)分。總體參照?qǐng)D33，提供圖示法以說(shuō)明先行階躍函數(shù)和勻 變判別。圖示法有助于說(shuō)明隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44相對(duì)于對(duì)電阻率勻變剖面對(duì)階梯式剖面的先 行靈敏度的靈敏度。圖33中的圖示法基于用于兩個(gè)電阻率對(duì)比20Ωπι/2Ωπι禾口 20Ωπι/0. 2Ωπι下的30 英尺勻變下降和階梯式下降的電阻率剖面的檢測(cè)范圍。在此示例中，階梯式下降的剖面的 深度移動(dòng)到勻變尺寸一半的位置。為T(mén)X RCV間隔的范圍(例如，30英尺到100英尺)和頻 率的范圍(例如，2kHz、5kHz、10kHz、20kHz、50kHz、100kHz)提供示例/表示。范圍被取作 為距離勻變開(kāi)始的最早的距離。對(duì)于每一個(gè)對(duì)比，所述范圍與TX RCV間隔的較小部分相對(duì) 應(yīng)。在長(zhǎng)間隔的情況下，僅對(duì)于一些頻率可以得到勻變對(duì)階躍的先行判別。應(yīng)該注意的是 作為頻率的函數(shù)的范圍變化可能由于在較高頻率處存在第二天線掃掠而相當(dāng)復(fù)雜。在圖34中，以圖示法的形式提供另外的示例。圖34對(duì)60英尺間隔在2kHz下提 供與對(duì)比比值為10和100相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)示例。沿著圖34的圖示從左至右移動(dòng)，相對(duì)于均 質(zhì)地層示出了 30英尺勻變，在勻變的中點(diǎn)處相對(duì)于均質(zhì)地層提供階梯式下降的輪廓，并且 最終對(duì)于不同的基本耦合組合相對(duì)于階梯式下降輪廓示出勻變。隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44還提供對(duì)相對(duì)于各向異性地層和非零構(gòu)造傾角的電阻率階梯剖 面的先行靈敏度。如圖35的圖示所示，通過(guò)隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44對(duì)其執(zhí)行先行數(shù)據(jù)采集的地 層的各向異性和相對(duì)傾角沒(méi)有顯著改變基本耦合矩陣的對(duì)角項(xiàng)的特性。ZZ/(XX+YY)是在 許多應(yīng)用中使用的良好的組合測(cè)量值。利用傾角和/或各向異性，交叉耦合XZ和ZX不為 零，因此在獲得先行信息時(shí)還可以使用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)定向測(cè)量值(ZZ+ZX)/(ZZ-ZX)*(ZZ-XZ)/ (ΖΖ+ΧΖ)。圖36的圖示中示出了測(cè)井系統(tǒng)的作為構(gòu)造傾角的函數(shù)的先行能力和環(huán)視能力。 在圖36中，示例被提供用于說(shuō)明作為四個(gè)不同構(gòu)造傾角(0°或垂直、30°、60°、和90°或 水平)的函數(shù)的測(cè)量值。如圖所示，XX和YY測(cè)量值在垂直井中具有顯著的高阻異常(horn) 影響，而YY和ZZ測(cè)量值在水平井中受影響。ZZ/(XX+YY)提供了對(duì)所有角度來(lái)說(shuō)都有效的 測(cè)量值。這種測(cè)量值沒(méi)有包括其它方向測(cè)量值(即，一次諧波和二次諧波定向測(cè)量值)具 有的方向信息。如圖37提供的圖示結(jié)果所示，測(cè)井系統(tǒng)的先行能力還可以用于確定鄰近最佳取 巖芯的粘土沙。隨鉆測(cè)井系統(tǒng)44的先行能力用于確定正好在主儲(chǔ)層上方的粘土沙位置的 接近性和存在，使得可以在粘土沙層或部分中進(jìn)行取巖芯。在由圖37的圖表所示的示例 中，2kHz和20kHz示例說(shuō)明了對(duì)中間層的靈敏度，但是先行能力略微降低，例如，比間隔的 一半還小。然而，如圖38的圖示所示，與電阻層相對(duì)，層厚可以被估計(jì)為對(duì)導(dǎo)電層具有更強(qiáng) 的影響。提供多個(gè)所示和上述圖示以有助于理解這里公開(kāi)的測(cè)井技術(shù)。然而，控制系統(tǒng)52還可以被設(shè)計(jì)成在顯示器56上顯示各種圖表及其它信息，以有助于根據(jù)通過(guò)測(cè)井系統(tǒng)44 和整個(gè)系統(tǒng)40得到的數(shù)據(jù)分析多種地下特征和特性?？傮w參照?qǐng)D39和圖40，提供流程圖以說(shuō)明通過(guò)反演法確定鉆頭66前面的地層特 性的過(guò)程。在圖39的第一示例中，如方框88所示，初始執(zhí)行環(huán)視測(cè)量。如方框90所示，對(duì) 于井眼(例如，井眼42)周?chē)牡貙觼?lái)說(shuō)對(duì)數(shù)據(jù)做反演。然后如方框92所示執(zhí)行先行測(cè)量。 如方框94所示，對(duì)于鉆頭66前面的地層特征來(lái)說(shuō)對(duì)得到的數(shù)據(jù)做反演。通過(guò)圖40的流程圖示出了另一個(gè)示例，其中如方框96所示，初始執(zhí)行環(huán)視測(cè)量。 如由方框98所示，還可執(zhí)行先行測(cè)量。如由方框100所示，對(duì)于所有地層特征來(lái)說(shuō)對(duì)獲得 的測(cè)量數(shù)據(jù)做反演。應(yīng)該注意的是因?yàn)榉囱莼诘貙訉?duì)測(cè)量值的體積效應(yīng)，因此先行能力 和計(jì)算需要底部鉆具組合46周?chē)牡貙咏Y(jié)構(gòu)和電阻率的知識(shí)和反演。具有較短T-R間隔 和較高頻率(減小的探測(cè)深度)的天線可以用于獲得數(shù)據(jù)并且用于確定底部鉆具組合周?chē)?的地層，同時(shí)對(duì)先行特征不敏感。如流程圖所示，直接反演法可以用于同時(shí)對(duì)所有探測(cè)深度 做反演。參照?qǐng)D41-43，先行反演可以被分成兩類(lèi)。如圖41所示，一類(lèi)包括ID反演。雖然 所述方法非常適于其中地層構(gòu)造傾角近似水平的垂直井應(yīng)用，但是此方法對(duì)于寬范圍應(yīng)用 來(lái)說(shuō)是有用的。以示例的方式，此反演技術(shù)可以用于涉及孔隙壓力檢測(cè)、鉆井管理、地質(zhì)停 止(geostopping)、和下放入(landing)儲(chǔ)層內(nèi)的應(yīng)用。第二類(lèi)包括如圖42和圖43表示 的2D/3D反演。使用此反演技術(shù)的應(yīng)用往往在水平井中使用。例如，所述技術(shù)對(duì)于在地質(zhì) 導(dǎo)向和檢測(cè)鉆頭前面的特征(例如，將被避免的引入斷層或頁(yè)巖)時(shí)是有用的。這里所述的系統(tǒng)和方法論可以用于提高與例如井眼前面或包圍井眼的區(qū)域的地 下區(qū)域有關(guān)的數(shù)據(jù)的積累和分析。所述系統(tǒng)和方法論可以用于獲得沿期望方向在多個(gè)探測(cè) 深度處的數(shù)據(jù)，以提高對(duì)給定井地層或其它地下區(qū)域的了解。如上所述，可以選擇發(fā)射器天 線和接收器天線，并且定向所述發(fā)射器天線和接收器天線，以能夠具有徑向靈敏度和/或 在測(cè)井系統(tǒng)前面的靈敏度。例如，所述系統(tǒng)可以提供鉆頭66前面的靈敏度?？梢愿鶕?jù)給定 應(yīng)用的參數(shù)和執(zhí)行測(cè)井操作的環(huán)境來(lái)選擇發(fā)射天線和接收天線的位置和間隔，以有助于檢 測(cè)鉆頭/底部鉆具組合前面的特征。因此，雖然僅在以上已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的少數(shù)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到在本質(zhì)上不背離本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下可以進(jìn)行多種修改。這種修 改旨在包括在如權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于在井中使用的系統(tǒng)，包括發(fā)射器模塊，所述發(fā)射器模塊具有發(fā)射器縱向軸線和發(fā)射器天線；接收器模塊，所述接收器模塊具有接收器縱向軸線和接收器天線，所述接收器模塊沿著底部鉆具組合相對(duì)于所述發(fā)射器模塊位于分開(kāi)的位置處；和處理器，所述處理器用于確定所述底部鉆具組合前面的電阻率對(duì)比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器模塊包括鉆頭，或者所述發(fā)射器模塊 被定位成緊鄰所述鉆頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器天線和/或所述接收器天線包括定向 天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器天線和所述接收器天線是具有偶極 矩的定向天線，所述偶極矩與其相應(yīng)的模塊的縱向軸線以大致相等的角度相交。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器天線和接收器天線具有偶極矩，所述 偶極矩與其相應(yīng)的模塊的縱向軸線以不相等的角度相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器模塊和所述接收器模塊具有組合在 一起的總共至少四個(gè)天線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器天線和所述接收器天線包括磁偶極 子天線、電偶極子天線、或電偶極子天線和磁偶極子天線的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)井下工具，所述一個(gè)或多個(gè)井下工 具位于所述發(fā)射器模塊與所述接收器模塊之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射器天線的位置和所述接收器天線的位 置具有基于期望的先行距離的間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括沿所述底部鉆具組合間隔開(kāi)的多個(gè)接收器模塊。
11.一種用于確定在鉆井系統(tǒng)前面的地層內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比的存在和位置的 方法，包括以下步驟使用井下工具進(jìn)行電阻率測(cè)量以獲得測(cè)量響應(yīng)；基于具體的地層模型計(jì)算所述井下工具的期望響應(yīng)；比較所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)，以確定所述鉆井系統(tǒng)前面的一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì) 比的存在和位置；以及輸出確定的所述一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比的存在和位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使用所述一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比的存在和位置用于進(jìn)行地質(zhì)導(dǎo)向、地層界面檢測(cè)、下 放入井眼中、孔隙壓力檢測(cè)、為巖芯取樣定位、地質(zhì)停止、和鉆井管理。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟確定參考點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)地層界面之間的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟確定所述鉆井系統(tǒng)周?chē)牡貙觾?nèi)的一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比的存在和位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述井下工具包括鉆頭，或者所述井下工具具 有緊鄰所述鉆頭定位的一個(gè)或多個(gè)天線。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述井下工具具有一個(gè)或多個(gè)定向天線。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述比較所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)以確 定所述鉆井系統(tǒng)前面的一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比的存在和位置的步驟包括計(jì)算所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)之間的差。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述測(cè)量響應(yīng)是電磁耦合張量的分量或所述 電磁耦合張量的分量的組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述期望響應(yīng)是電磁耦合張量的分量或所述 電磁耦合張量的分量的組合。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述輸出確定的所述一個(gè)或多個(gè)電阻率對(duì)比 的存在和位置的步驟包括在屏幕上進(jìn)行顯示和/或在有形介質(zhì)上進(jìn)行繪制。
21.一種用于確定鉆井系統(tǒng)前面的地層的特性的方法，包括以下步驟使用井下工具進(jìn)行電阻率測(cè)量以獲得測(cè)量響應(yīng)；基于具體的地層模型計(jì)算所述井下工具的期望響應(yīng)；比較所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)，以確定所述鉆井系統(tǒng)前面的地層的特性；以及輸出確定的所述特性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述特性包括孔隙壓力、地層界面、地層厚度、 地層類(lèi)型、電導(dǎo)率張量、傾角、傾斜方位角、或斷層。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟使用所述特性用于地質(zhì)導(dǎo)向、地層界面檢測(cè)、下放入井眼中、孔隙壓力檢測(cè)、為巖芯取 樣定位、地質(zhì)停止、以及鉆井管理。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟確定參考點(diǎn)與一個(gè)或多個(gè)地層界面之間的距離。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括以下步驟確定所述鉆井系統(tǒng)周?chē)牡貙拥奶匦浴?br> 26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述井下工具包括鉆頭，或者所述井下工具具 有緊鄰所述鉆頭定位的一個(gè)或多個(gè)天線。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述井下工具具有一個(gè)或多個(gè)定向天線。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述比較所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)以確 定所述鉆井系統(tǒng)前面的地層的特性的步驟包括計(jì)算所述測(cè)量響應(yīng)與所述期望響應(yīng)之間的差。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述輸出確定的所述特性的步驟包括在屏幕上進(jìn)行顯示和/或在有形介質(zhì)上進(jìn)行繪制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種先行測(cè)井系統(tǒng)。技術(shù)使用通過(guò)測(cè)井系統(tǒng)從期望的地下區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。測(cè)井系統(tǒng)被構(gòu)造成在井眼中使用并且使用具有發(fā)射器天線的發(fā)射器模塊。另外，測(cè)井系統(tǒng)使用接收器模塊，所述接收器模塊與發(fā)射器模塊間隔開(kāi)并且具有接收器天線。發(fā)射器天線和接收器天線被定向?yàn)槟軌蛟谥T如測(cè)井系統(tǒng)的前面的期望的方向上具有靈敏度。
文檔編號(hào)G01V3/30GK101932955SQ200880113518
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月27日
發(fā)明者以馬利·勒讓德, 吉恩·賽杜克斯, 雷扎·泰赫里安 申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司