[发明专利]油基泥浆中的感应式电阻率成像原理和设备

说明书

技术领域

本发明涉及测井。具体地说，本发明是使用电学方法来成像地下地层的装置和方法。

背景技术

Birdwell(美国专利3,365,658)讲述了使用聚焦电极来确定地下地层的电阻率。将调查电流从中心调查电极发送到相邻地层。通过使用从与调查电极相邻并位于其侧面的附近聚焦电极发出的聚焦电流，将所述调查电流聚焦成从井眼向外的相对窄电流束。Ajam等人(美国专利4,122,387)公开了一种装置，其中，可以通过位于探测仪上的保护电极系统，在穿过地层距离井眼的不同横向距离上进行同时测井记录，所述探测仪通过测井电缆下降到井眼中。单个振荡器控制在距离井眼的所需不同横向深度流过地层的两个地层电流的频率。测井电缆的保护外壳用作保护电极系统之一的电流回路，以及电缆电极组中正好在测井探测仪之上的电缆电极用作第二保护电极系统的电流回路。还公开了测量电缆电极组中的电极与保护电极系统之间的参考电压的两个实施例。

人们提出了使用测量电极阵列来研究地层的技术。例如，参见授权给Baker的美国专利第2,930,969号、授权给Mann等人的加拿大专利第685,727号、授权给Gianzero的美国专利第4,468,623号和授权给Dory等人的美国专利第5,502,686号。Baker的专利提出了多个电极，每个电极由通过软线与按钮电连接的按钮和嵌入软管表面的电线构成。Mann的专利提出了安装在工具或贴片上并且每一个依次引入用于地层的电研究的分立可测量调查电流的小电极按钮阵列。电极按钮处在水平面中，电极之间存在环形间隔，并且描述了依次激发和测量来自电极的调查电流的设备。

Gianzero的专利公开了工具安装的贴片，每个贴片带有多个小的测量电极，各自可测量调查电流从所述多个小的测量电极向井壁注入。测量电极排列成这样的阵列，其中测量电极至少沿着圆周方向(围绕井眼轴)间隔放置，以便随着工具沿着井眼移动，将调查电流注入以预定程度相互重叠的井壁分段中。使测量电极小到可以在井眼的圆周邻接分段上进行详细电研究，以便获得井壁附近的地层的地层学迹象以及断层和它们的取向。在一种技术中，围绕中心电极配备了测量电极的空间闭环阵列，该阵列用于检测中心电极所注入的电能的空间图案。在另一个实施例中，配备了测量电极的线性阵列，以便在井眼的圆周有效邻接分段上将电流注入地层中。电流的分立部分可分开测量，以便随着工具沿着井眼移动，获取代表来自阵列的电流密度的多个调查信号，并从中可以导出井眼的圆周连续分段的详细电图。在测量电极阵列的另一种形式中，将它们排列成诸如圆形的闭环，以便能够直接测量异常的电阻率取向。

Dory的专利公开了将声传感器与贴片安装的电极结合在一起使用。由于在大直径井眼中贴片未必完全覆盖井眼的事实，使用声传感器可以填补通过使用贴片安装电极获得的图像中的空隙。

其全文在这里通过引用而并入的授权给Evans等人的美国专利6,714,014公开了适用于水基泥浆(WBM，water based mud)和油基泥浆(OBM，oil based mud)的电阻率成像的设备。公开在Evans’014专利中的设备基本上是缆绳测井设备。授权给Evans的美国专利6600321是Evans’374申请的一种修正，适用于边钻边测(MWD，measurement while drilling)应用。这两个Evans专利都使用了与地层接触的贴片安装的电极。

上面描述的设备是将电流注入地层中的电流设备。除了Evan的专利之外，它们只在井眼中充满导电液体时才工作。授权给Ritter等人的2003年9月9日提出并全文在这里通过引用而并入的美国专利申请第10/657,870号讲述了将电流、感应和传播电阻率设备用于MWD应用中的井眼成像。电阻率传感器可以安装在贴片、肋条或稳定器上。这里具体公开的是屏蔽单极天线和四极电线。另外，还公开了工作频率为500MHz到1GHz的穿地雷达的使用。Ritter设备的一个实施例涉及使用，例如表面硬化使天线与井壁保持特定偏移的布置。

上面介绍的现有技术都未解决井眼凹凸不平及其对感应测量的影响问题。首先，作为高分辨率成像应用，一般说来，未解决“看清”地层的问题。另外，通常，还未解决泥浆电阻率对测量结果的影响。因此，人们希望拥有估计远离井眼的地层的电阻率的方法和装置。这样的方法应该考虑到井壁上的不规则性，以及泥浆电阻率的影响。本发明可以满足这种需要。

发明内容