[发明专利]用于在非导电性钻井液中微电阻率成像的设备和方法

说明书

相关申请

本申请要求2010年8月26日提交的并且标题为Apparatus and Method for Microresistivity Imaging in Non-Conducing Mud的美国临时申请序列号61/377,162的权益。

技术领域

本发明一般涉及微电阻率测井测量。更特别地，本发明的实施方案涉及适于进行微电阻率测量非导电性钻井液的随钻测井工具。

背景技术

在现有技术的井下应用，如随钻测井(LWD)和电缆测井应用中使用电测量是熟知的。这种技术可例如被利用于确定地下地层电阻率，其与地层孔隙度测量一起可用于指示地层中油气的存在。所属领域中已知具有高电阻率的多孔地层通常含有油气，如原油，而具有低电阻率的多孔地层通常是水饱和的。应了解，所属领域中的术语电阻率和电导率通常可互换使用。所属领域的一般技术人员将容易认识到：这些量是倒数，并且可经由简单数学计算将一者转换为另一者。出于描述的方便而在本文中提及一者或另一者，且并非旨在是限制性意义。

用于进行地下地层的微电阻率测量的技术针对电缆和LWD操作两者在现有技术中是熟知的。微电阻率测井工具通常取决于是否使用导电性(水性)或非导电性(油性)钻井液(泥浆)而利用两个已知测量原理的一者。当利用导电性钻井液时，井孔环状缝隙为电流提供良好导管。主要挑战之一是使电流聚集，使其进入地层。非导电性钻井液的使用引起了不同挑战。油性钻井液可严重阻碍电流流过液体进入地层中。一个重要挑战是致使电流穿透钻井液，使其进入地层。

所属领域的技术人员将理解：当通过水溶性地层(例如，包括盐层)钻井时通常利用油性钻井液。已知油性(非导电性)钻井液的使用大大减小了被构造来与水性(导电性)钻井液一起使用的微电阻率测井工具的有效性。同样，所属领域中一般已知被构造来与油性钻井液一起使用的微电阻率测井工具(例如前述段落中所述)不能很好地适于在导电性钻井液中进行微电阻率测量。

被构造来与非导电性钻井液一起使用的微电阻率传感器通常包括至少四个电极：包括部署在电流注入器与返回电极之间的一对间隔开的电位电极。在使用中，在注入器与返回电极之间传递高频交流电流(例如，以1兆赫兹的数量级)。通常需要高频率以便减小油性钻井液的电阻抗，并且使一部分电流能够穿透地层。也已知使用高频率以致使传感器中和非导电性钻井液中的位移电流。在缺乏这些位移电流时(或当已经导致位移电流时)，电位电极之间的电压降趋于与地层电阻率近似成比例。

虽然在非导电性钻井液中可利用四电极构造，但是在随钻测井应用中仍然有显著困难。例如，钻井操作使得难以将传感器维持紧靠井孔壁。变化的传感器间隙可显著恶化图像分辨率。已进行尝试来使用弹性或装有弹簧的垫以更好地控制传感器间隙，但是这些构造在LWD操作中一般并不机械稳定。因此，所属领域中对适于用于非导电性钻井液中且对于传感器间隙一般不敏感的微电阻率测井工具(和传感器)存在需要。

发明内容

本发明的各个方面旨在解决上文所述的对改进的微电阻率测井传感器的需要。在一个示例性实施方案中，本发明包括具有微电阻率传感器的井下微电阻率测井工具。传感器包括可例如部署在工具主体中(例如，工具主体的翼片外壳部分中)的发送器线圈和至少一个接收器线圈。发送器线圈和接收器线圈优选地界定大体上垂直于测井工具的纵轴的线圈轴。发送器线圈被构造来通过非导电性钻井液将高频交流电流向外径向发送到邻近地下地层中。接收器线圈被构造来接收(测量)指示视地层电阻率的电压响应。在本发明的优选实施方案中，接收器线圈部署在发送器线圈内部并与发送器线圈同轴。

本发明的示例性实施方案可有利地提供若干个技术优点。例如，根据本发明的测井工具可有利地在存在非导电性钻井液时能够微电阻率测量地下地层。此外，对比于常规四电极传感器，本发明的实施方案一般形成相当小的电流回路使得微电阻率测量上的电流回路的自感影响趋于显著减小。本发明的实施方案也趋于比常规四电极传感器有利地对传感器间隙较不敏感。本发明胜过常规四电极传感器的额外优点在于发送和接收导体不与钻井液直接接触，因此避免了可能在导体的暴露表面处发生的电化学效应。已知这些效应通常会增加导体阻抗。由于前述优点，因此根据本发明的用传感器进行的微电阻率测量趋于对真实地层电阻率具有增加的敏感度。