[发明专利]地层边界检测和地层电阻率测量的装置

说明书

本发明提供了地层边界检测和地层电阻率测量的装置，涉及石油领域。该装置通过设置了旋转式圆柱形金属钻具主件，所述钻具主件上面至少部署了五个开槽天线，包括三台发射器开槽天线和两台接收器开槽天线。其中，第一台接收器开槽天线和第二台接收器开槽天线以及第一台发射器开槽天线同位部署在钻具主件表面上，而第二台发射器开槽天线和第三台发射器开槽天线部署在接收器开槽天线相对的钻具主件的对面，使在获取了地层电阻率的同时，也能够确定了地层边界的距离和方向的信息，从而解决了现有技术的不足。

技术领域

本发明涉及石油领域，具体而言，涉及地层边界检测和地层电阻率测量的装置。

背景技术

在石油行业，运用随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)和电缆测井系统等电气测量技术来收集井下信息这样的技术在业内人人皆知。这一类技术一直都被用来测定地层电阻率(或导电性；虽然这两个专业术语“电阻率”和“导电性”是相反的两个概念，但是在这一技术中经常相互替换。)，并且不同岩石的物理模型(例如阿尔奇定律)可以用来测定地层及其相应流体的岩石物理性质。根据现有技术，电阻率是一个用于划定碳氢化合物(例如原油或天然气)以及多孔地层含水量的重要参数。

随着现代钻井与测井技术的发展，“水平钻井”以其能够增加产油层(含碳氢化合物的地层)浮露深度的优势而备受人们的青睐。“水平钻井”是指在地质构造角度较小的地方钻井。最好尽可能将钻井井眼定位在产油层，以便最大程度确保其恢复程度。因此，钻井井眼的后续钻井工作就需要用到带方向性灵敏度功能的定向电阻率测井仪来确定其钻井决策。在得到地层界面识别、地层角度探测以及断裂特征等测量结果后，就可以制定出相应的钻井决策。

定向电阻率测量值一般包括发射和/或接收横向模式(x-模式或y-模式)或混合模式(x-模式和z-模式)电磁波。这类测量适用于不同的天线配置，比如，图1A中的横向天线配置(x-模式)、图1B中的双-刨床天线配置、图1C中的鞍型天线配置(x-模式、z-模式和混合模式)以及图1D中的倾斜天线配置等。图1A中的横向天线的磁矩指向与(横向天线使用的)定向电阻率测井仪的纵轴垂直。图1B、1C和1D中的各种天线配置能够发送或接收磁场的横向分量，从而得到定向电阻率测量值。

定向电阻率测井仪的其中一项最重要的运用就是地质导向——通过精确定位产油层边界和调节钻井井眼方向引导钻头在产油层范围内作业，防止越界。标准的地层边界检测如图2A所示，图中用一个x-模式天线TX_X或一个y-模式天线TX_Y来向地层发射电磁能，并利用z-模式接收器RX_Z来接收电磁信号。如果激活y-模式发射器TX_Y并且测井仪周围有地层界面或边界，那么当测井仪围绕其纵轴旋转一圈时，z-模式接收器RX_Z就会收到图2B中所示的正弦波。根据测量出的正弦信号，就可以确定边界的走向。然而，这一方案并不能够测量出地层电阻率。它只能检测出地层边界或异常等地层不均匀性。

地层边界检测的另一项现有技术，具体地，可以通过一个x-模式发射器天线TX_X或一个y-模式天线TX_Y来向地层发射电磁能并利用另一个x-模式接收器RX_X或y-模式接收器RX_Y来接收电磁信号。如果激活x-模式发射器TX_X并且测井仪周围有地层界面或边界，那么当测井仪围绕其纵轴旋转一圈时，x-模式接收器RX_X就会收到图3中所示的正弦波。通过对比图2B和图3中的正弦波，我们会发现图3中的正弦波有两次完整的循环，这就表明地层边界有可能位于其中一个相反的方向。虽然一个由x-模式发射器和x-模式接收器组成的系统能够测量地层电阻率，但是要以此专业测定出地层边界方向的话还存在一定难度。

如上所述，尽管定向电阻率测井仪一直用于商业用途，但是仍有必要对天线配置进行改良，以便让定向电阻率测井仪不但能够测量地层电阻率，而且能够专业测定出地层边界的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供地层边界检测和地层电阻率测量的装置，以解决上述的问题。