井眼電阻率測井工具的地面校準的制作方法
【專利說明】井眼電阻率測井工具的地面校準 發明領域
[0001] 本公開大體涉及井眼測井工具的校準技術，并且更具體地，涉及電阻率測井工具 的地面校準方法。 技術背景
[0002] 在所有部署在井眼中的測井工具中，電阻率工具提供最大探測深度。因此，已在諸 如裝卸或井布置的應用中將電阻率工具廣泛用于探測巖層邊界。此外，此類測井工具還用 于獲取由井眼橫貫的地球巖層的各種其他特征以及與井眼本身的大小和配置相關的數據。 可通過幾種方法包括電纜測井和"隨鉆測井"（"LWD"）來收集與井下條件相關的信息(通常 稱為"測井"）。
[0003] 測井工具所提供的探測深度和發射機與接收機之間的距離成正比。因此，大多數 深讀取工具在它們之間具有非常大的距離。例如，某些深電阻率讀取工具可能長達50-100 英尺，并且它們以低于8KHz的頻率操作，用于在發射機接收機分離較大的情況下補償幾何 增加的衰減。相比之下，標準較淺的工具具有約20英尺的范圍并且使它們優化用于在離儲 集巖的頂部邊界或底部邊界約10英尺范圍內的儲層中進行井布置。
[0004] 沿深讀取工具的在發射機與接收機之間的所需距離形成了校準問題，因為大多數 常規校準方法(例如，空中懸掛、試驗罐或烘箱）需要在某種程度上遠離可能干擾校準測量 信號的任何附近物體。因此，將這些常規校準技術應用于深讀取電阻率工具是不切實際的， 因為工具的敏感體積太大，因而使設備足夠大以完全容納工具也是不可行的。
[0005] 因此，本領域中需要用于校準深讀取電阻率測井工具的實用技術。
[0006] 附圖簡述
[0007] 圖1圖示了根據本公開的某些說明性方法的經過校準的位于支座上的測井工具；
[0008] 圖2A和2B圖示了根據本公開的某些說明性實施方案的分別用于LWD和電纜應用的 電阻率測井工具；
[0009]圖2C示出了根據本公開的某些說明性實施方案的獲取巖層測量信號所必需的在 測井工具內實現的電路的框圖；
[0010]圖3A是根據本公開的某些說明性方法的詳述地面校準方法的流程圖；
[0011] 圖3B是根據本公開的一個或多個替代說明性方法的詳述在用于計算接收機系數 的方法300的塊312處所使用的地面校準方法的流程圖；
[0012] 圖3C是根據本公開的一個或多個替代說明性方法的詳述在用于計算發射機系數 的方法300的塊312處所使用的地面校準方法的流程圖；
[0013] 圖4是根據本公開的一個或多個替代說明性方法的詳述將校準系數應用于建模的 方法的流程圖；
[0014] 圖5是根據本公開的一個或多個替代說明性方法的詳述將校準系數應用于真實測 量的方法的流程圖；
[0015]圖6A-D圖示了示出本文所述校準方法的建模結果的曲線圖A-D;
[0016] 圖7A-D是根據本公開的某些說明性實施方案的示出了測井工具接收機和發射機 校準對隨回路位置變化的偏心效應的敏感度的曲線圖；以及
[0017] 圖8A-D是根據本公開的某些說明性實施方案的示出了測井工具接收機和發射機 校準對隨回路位置變化的回路傾斜角度偏差的敏感度的曲線圖。
【具體實施方式】
[0018] 以下描述了本公開的說明性實施方案和相關方法，因為它們可能用于地面校準方 法，與井眼電阻率測井工具一起使用。為了清楚起見，在本說明書中未描述實際實現方式或 方法的所有特征。當然，應理解，在任何此類實際實施方案的開發中，必須做出許多實現方 式專用的決定以實現開發者的特定目標，例如滿足系統相關的和商業相關的限制，例如符 合系統相關和商業相關的約束條件，所述約束在實施方案中各不相同。此外，還應理解，這 樣的開發工作可能是復雜且費時的，但對于受益于本公開的所屬領域技術人員而言只不過 是常規的任務。本公開的各種實施方案和相關方法的其他方面和優點將從以下說明書和附 圖的描述中變得顯而易見。
[0019]圖1圖示了根據本公開的示例性方法的經過校準的位于支座上的測井工具。如本 文所述，本公開的說明性實施方案描述了用于對電阻率測井工具進行地面校準的各種方 法。首先將測井工具10安置在支座12上。或者，可使測井工具10懸吊在地面位置或以另外方 式緊固在地面位置。將回路14(即，發射機回路14a或接收機回路14b)分別鄰近工具接收機 16和發射機18安置。例如，在一些實施方案中，回路14可為10至20英尺的距離。在某些實施 方案中，使用單獨的外部發射機和接收機進行校準。這種實施方案尤其適合于模塊化工具， 如圖1所示，其中深讀取工具的發射機和接收機位于套環的物理分離零件上。然而，本公開 也適用于一體式測井工具。盡管如此，發射機和接收機的地面校準仍可以單獨進行，這需要 較少的物理空間和間隙進行測量。
[0020] 如圖1進一步所示，為了校準發射機18,將外部校準接收機回路14b放置在發射機 18附近，由此記錄從發射機18發出的信號。隨后將所測量的信號與模擬信號進行比較，并且 作為比較的結果，確定發射機18的校準系數。通過使用回路發射機14a以類似的方式完成工 具接收機16的校準。在某些實施方案中，工具發射機18/接收機16與它們相應的回路接收機 14b/發射機14a之間的同步（用來校準相位)可通過將同步線路20放置在它們之間來完成。 線路20可以是有線的也可以是無線的。
[0021] 此后，將所述工具部署在井下并且如圖2A和2B所示進行巖層測量。圖2A和2B圖示 了根據本公開的某些說明性實施方案的分別用于LWD和電纜應用的電阻率測井工具。一旦 被部署，在地面上所計算的工具發射機18和接收機16的校準系數即被應用于在井下獲得的 實信號，由此校準這些測量值。此后，使所校準的測量信號反轉以產生鉆孔和周圍地質巖層 的所需巖石物理特征（即，巖層參數），所述巖石物理特征與巖層的電氣性質或地質性質諸 如層電阻率、層邊界的距離或方向、任意層邊界的2D形狀或巖層電阻率的3D分布相關。在校 準的替代應用模式中，可作為替代將所述校準以反轉形式應用于模型數據。因此，可基于巖 層參數諸如鉆井、井布置、裝卸或地質導向操作來進行井眼操作。
[0022]圖2A圖示了配備有井架4的鉆井平臺2,該井架支撐用于提升和降低鉆柱8的升降 機6。升降機6懸吊頂部驅動器11，該頂部驅動器適于旋轉鉆柱8并使其降低穿過井口 13。鉆 頭15連接至鉆柱8的下端。當鉆頭15旋轉時，會形成穿過各巖層19的井眼17。栗21使鉆井流 體循環通過供給管22到達頂部驅動器11，向下通過鉆柱8的內部，通過鉆頭15的孔，經由鉆 柱8周圍的環形物回到地面，并進入貯留池24中。鉆井流體將鉆肩從鉆孔輸送到池24中，并 幫助保持井眼16的完整性。各種材料可用于鉆井流體，包括但不限于基于鹽水的導電泥漿。
[0023] 將測井工具10整合到鉆頭15附近的井底組件中。在這個說明性實施方案中，測井 工具1〇SLWD工具;然而，在其他說明性實施方案中，測井工具10可用于電纜或管道傳輸測 井應用。測井工具10可以是例如超深讀取電阻率工具。或者，在同一鉆柱中還可連同深讀取 測井工具一起使用非超深讀取電阻率測井工具。說明性測井工具包括例如Halliburton Energy Services公司的INSITE ADR?電阻率工具或LOGIQ ACRt?系統。本領域受益于本公 開的技術人員將認識到，在本公開內可使用各種電阻率測井工具。此外，在某些說明性實施 方案中，測井工具10還可適于在套管井和裸眼井環境中執行測井操作。此外，在某些實施方 案中，用于校準過程的測量信號可能源于不同的鉆孔，優選位于地球的在鉆孔之間存在密 切關系的同一區域中。
[0024] 仍然參照圖2A，當鉆頭15使井眼17延伸通過巖層19時，測井工具10收集與各種巖 層性質以及工具取向和各種其他鉆井條件相關的測量信號。在某些實施方案中，測井工具 10可呈現鉆環的形式，即提供重量和剛度以有助于鉆井過程的厚壁管狀物。然而，如本文所 述，測井工具10包括感應或傳播電阻率的工具，以感測巖層的地質性質和電阻率。可將遙測 接頭28包含在內以將圖像和測量數據/信號傳送到地面接收機30并且從地面接收命令。在 一些實施方案中，遙測接頭28并不與地面通信，而是存儲測井數據以供以后在恢復測井組 件時，在地面上檢索。
[0025]仍然參照圖2A，測井工具10包括系統控制中心（"SCC"）以及必要的處理/存儲/通 信電路，所述電路被通信地耦合到一個或多個傳感器(未示出），所述傳感器用于獲取反映 巖層參數的巖層測量信號。在某些實施方案中，一旦測量信號被獲取，SCC即校準這些測量 信號并且將數據經由遙測接頭28向井上傳遞返回和/或傳遞到其他組合組件。在替代實施 方案中，可使系統控制中心定位在遠離測井工具10的遠程位置，諸如地面或另一個鉆孔，并 且相應地執行處理。本領域受益于本公開的技術人員將很容易明白本公開內的這些及其他 變體。
[0026] 沿測井工具10所使用的測井傳感器為電阻率傳感器，諸如磁傳感器或電傳感器， 并且可實時通信。說明性磁傳感器可包括線圈繞組和螺線管繞組，它們利用感應現象來感 測地球巖層的電導率。說明性電傳感器可包括電極、線性導線天線或環形天線，它們利用歐 姆定律來執行測量。此外，這些傳感器可以是具有方位角力矩方向和方向性的偶極子諸如 傾斜線圈天線的實現。此外，測井傳感器可以適于