地層邊界檢測和地層電阻率測量的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油領域，具體而言，涉及地層邊界檢測和地層電阻率測量的裝置。
【背景技術】
[0002] 在石油行業，運用隨鉆測井(LWD)、隨鉆測量(MWD)和電纜測井系統等電氣測量技 術來收集井下信息這樣的技術在業內人人皆知。這一類技術一直都被用來測定地層電阻率 (或導電性;雖然這兩個專業術語"電阻率"和"導電性"是相反的兩個概念，但是在這一技術 中經常相互替換。），并且不同巖石的物理模型(例如阿爾奇定律)可以用來測定地層及其相 應流體的巖石物理性質。根據現有技術，電阻率是一個用于劃定碳氫化合物(例如原油或天 然氣）以及多孔地層含水量的重要參數。
[0003]隨著現代鉆井與測井技術的發展，"水平鉆井"以其能夠增加產油層(含碳氫化合 物的地層)浮露深度的優勢而備受人們的青睞。"水平鉆井"是指在地質構造角度較小的地 方鉆井。最好盡可能將鉆井井眼定位在產油層，以便最大程度確保其恢復程度。因此，鉆井 井眼的后續鉆井工作就需要用到帶方向性靈敏度功能的定向電阻率測井儀來確定其鉆井 決策。在得到地層界面識別、地層角度探測以及斷裂特征等測量結果后，就可以制定出相應 的鉆井決策。
[0004] 定向電阻率測量值一般包括發射和/或接收橫向模式(X-模式或y-模式)或混合模 式(X-模式和z-模式）電磁波。這類測量適用于不同的天線配置，比如，圖1A中的橫向天線 配置(X-模式）、圖1B中的雙-刨床天線配置、圖1C中的鞍型天線配置(X-模式、z-模式和混合 模式）以及圖1D中的傾斜天線配置等。圖1A中的橫向天線的磁矩指向與（橫向天線使用的） 定向電阻率測井儀的縱軸垂直。圖1B、1C和1D中的各種天線配置能夠發送或接收磁場的橫 向分量，從而得到定向電阻率測量值。
[0005] 定向電阻率測井儀的其中一項最重要的運用就是地質導向一一通過精確定位產 油層邊界和調節鉆井井眼方向引導鉆頭在產油層范圍內作業，防止越界。標準的地層邊界 檢測如圖2A所示，圖中用一個X-模式天線TX_X或一個y-模式天線TX_Y來向地層發射電磁 能，并利用ζ-模式接收器1?_2來接收電磁信號。如果激活y_模式發射器ΤΧ_Υ并且測井儀周 圍有地層界面或邊界，那么當測井儀圍繞其縱軸旋轉一圈時，ζ-模式接收器1?_2就會收到 圖2Β中所示的正弦波。根據測量出的正弦信號，就可以確定邊界的走向。然而，這一方案并 不能夠測量出地層電阻率。它只能檢測出地層邊界或異常等地層不均勻性。
[0006] 圖3Α展示的是地層邊界檢測的另一項現有技術，圖中用一個X-模式發射器天線 ΤΧ_Χ或一個y-模式天線ΤΧ_Υ來向地層發射電磁能并利用另一個X-模式接收器RX_X或y-模 式接收器1?_￥來接收電磁信號。如果激活X-模式發射器TX_X并且測井儀周圍有地層界面或 邊界，那么當測井儀圍繞其縱軸旋轉一圈時，X-模式接收器RX_X就會收到圖3Β中所示的正 弦波。通過對比圖2B和圖3B中的正弦波，我們會發現圖3B中的正弦波有兩次完整的循環，這 就表明地層邊界有可能位于其中一個相反的方向。雖然一個由X-模式發射器和X-模式接 收器組成的系統能夠測量地層電阻率，但是要以此專業測定出地層邊界方向的話還存在一 定難度。
[0007] 如上所述，盡管定向電阻率測井儀一直用于商業用途，但是仍有必要對天線配置 進行改良，以便讓定向電阻率測井儀不但能夠測量地層電阻率，而且能夠專業測定出地層 邊界的方向。
【發明內容】
[0008] 本發明的目的在于提供地層邊界檢測和地層電阻率測量的裝置，以解決上述的問 題。
[0009] 在本發明的實施例中提供了地層邊界檢測和地層電阻率測量的裝置的一個方案， 旋轉鉆井井眼內的電阻率測井儀;第一，部署在電阻率測井儀上的第一臺發射器開槽天線 發射電磁信號;接收接收器開槽天線的電磁信號，且第二臺接收器開槽天線與第一臺發射 器開槽天線部署在同一直線上；電阻率測井儀旋轉一圈的期間，從第一條開槽天線(第一臺 接收器開槽天線)和第二條開槽天線(第二臺接收器開槽天線）的感應電壓中提取正弦波； 導出地層邊界方向信息；電阻率測井儀旋轉期間且存在旋轉角度時，從第二條(第二臺接收 器開槽天線)和第三條開槽天線（第三臺接收器開槽天線）的感應電壓中提取最高-最低幅 值，然后導出地層電阻率以及地層邊界的距離和方向的信息。第二，部署在測井儀上的第一 臺接收器開槽天線以及部署在測井儀上的第二臺接收器開槽天線對面的第二臺發射器開 槽天線發射出電磁信號;接收第一臺接收器和第二臺接收器開槽天線的電磁信號；提取第 一臺接收器和第二臺接收器開槽天線上感應電壓之間的第一個微分相位。第三，部署在第 一臺接收器開槽天線以及部署在測井儀上的第二臺接收器開槽天線對面的第三臺發射器 開槽天線發射出電磁信號;接收第一臺接收器和第二臺接收器開槽天線的電磁信號;提取 第一臺接收器和第二臺接收器開槽天線上感應電壓之間的第二個微分相位。第四，通過之 前導出的第一微分相位和第二微分相位的平均值來導出補償微分相位;通過將導出的補償 微分相位運用到預先計算好的轉換表內，從而得到地層電阻率。
[00?0]在一種實施方式中，第一、第二和第三開槽天線都沿同一直線安裝在測井儀本體 軸心上，其中第一開槽天線用作發射器的天線，而第二開槽天線和第三開槽天線則用作一 對接收器天線。用接收器組之間的微分相位和衰減量來表明地層電阻率。測井儀旋轉期間， 其中一臺接收器的信號變化將提供附近地層邊界信息。
[0011] 在一種實施方式中，第一、第二和第三臺發射器開槽天線以及第一臺接收器開槽 天線和第二臺接收器開槽天線都將嵌入到電阻率測井儀（內部接線)外表面區域，形成一個 "凹區"。
[0012] 在一種實施方式中，通過一根電纜將"凹區"的一側端壁與位于該區另一端的同軸 電纜連接器的中心導線連接起來，形成一個磁偶極子，從而產生磁場。
[0013] 在一種實施方式中，同軸電纜連接器會把"凹區"的電纜連接到電路上，以便信號 傳輸。
[0014] 本發明實施例還提供了地層邊界檢測和地層電阻率測量的方法的另一個方案，部 署在電阻率測井儀(帶縱軸和外表面）內的磁偶極天線包括在測井儀上形成的一個缺口、一 個部署在測井儀外表面下方的同軸電纜連接器以及一根將缺口的一側端壁與位于該區另 一端的軸電纜連接器的中心導線連接起來的電纜。這一缺口和這根電纜就形成了一個磁偶 極子，因而能夠發射或接收電磁信號。
[0015] 在一種實施方式中，磁偶極天線還包括填充在缺口中的導磁物質。
[0016] 在一種實施方式中，滲透性材料就是用于提升磁偶極子發射和接收性能的磁性材 料。
[0017] 在一種實施方式中，磁性材料都是從鐵氧體材料、非導電磁性合金、鐵粉以及鎳鐵 合金組成的物質中提煉出來的。
[0018] 在其他方案中，磁偶極天線還包括填充在缺口內的防護材料。
[0019] 在其他方案中，防護材料包括環氧樹脂。
[0020] 在其他方案中，該缺口呈圓形。
[0021 ]在其他方案中，該缺口成矩形。
[0022]在其他方案中，磁偶極天線還包括外表面的多個凹槽。越過測井儀的這個缺口可 以提升電磁信號的發射和接收能力。
[0023]在其他方案中，凹槽呈橢圓形。
[0024] 本發明實施例中還提供了用于測量地層定向電阻率的裝置，該裝置包括一個帶縱 軸和外表面的電阻率測井儀、測井儀外表面形成的且同測井儀縱軸平行的多個插槽和插槽 內的多條電線以及連接插槽端壁的多條電纜，最終形成磁偶極天線。磁偶極天線至少組成 了一個發射器-接收器天線組，用于執行電磁信號的發射和接收功能。
[0025] 在一種實施方式中，該裝置還包括一個用來連接電纜和線路的同軸電纜連接器， 用來處理處理待發射或接收的電磁信號。
[0026] 在一種實施方式中，這一裝置還包括測井儀外表面形成的多個凹槽，通過測井儀 的這些插槽可以提升電磁信號的發射和接收性能。
[0027] 在一種實施方式中，測井儀上的凹槽與插槽是垂直的。
[0028] 在其他方案中，這一裝置還包括填充在插槽內的導磁材料。<