[发明专利]利用具有联合线圈结构的天线随钻测量方向电阻率的设备和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及电阻率法测井领域。更具体地说，本发明涉及一种提供带有联合线圈天线的方向电阻率仪来进行地层的方向电阻率测量的设备和方法。

背景技术

众所周知，在石油产业中会使用电测法来采集井下信息，如随钻测井(LWD)，随钻测量(MWD)以及线缆测井系统。这种技术已被用来获得地层电阻率(或电导率)，尽管“电阻率”和“电导率”是相对概念，但它们在本领域中通常可以交替使用。还可以应用各种岩石物理模型(例如阿尔奇定律)来相应确定地层岩石以及其中流体的物理属性。如现有技术所知，电阻率是界定多孔隙地层中碳氢化合物及水含量的重要参数。

通常，人们都是竖直钻井，井道基本上垂直于地质构造层。由于钻孔周围的地层在所有方向上都基本相同，因此不需要在方位上对用于测量周围地层电阻率的LWD或MWD仪器进行设置。LWD或MWD仪器的旋转不会显著影响测量的电阻率。为此，如图1A所示，现有的电阻率仪通常包括与一个或多个发射线圈和保持不同轴向间距的接收线圈，并且接收线圈和发射线圈的位置确定，从而发射/接收电阻率仪纵轴的平行方向上的轴向电磁波。发射线圈中的交流电在地层中产生相应的交变电磁场。由于钻孔周围地层中感应交变电磁场相关的电磁感应现象，在接收线圈上产生感应电压。如现有技术所知，测量的电压可用来估算地层电阻率。

然而，“水平钻井”渐受青睐，所述水平钻井是指钻井与地质构造层之间至少具有一定角度，因为这样可以提高产油层(具有碳氢化合物的地层)的外露长度并克服竖直钻井的困难。在进行水平钻井时，最好尽可能地将钻孔保持在产油层中，从而达到最佳回采率。因此，需要具有方位灵敏度的方向电阻率仪来决定随后钻探钻孔的转向操作。可以根据地层分层识别、地层角度探测以及断裂表征等测量结果来进行转向决定。

方向电阻率测量通常包括发射和/或接收横向模式(X模或Y模)或混合模式(如X模和Z模的混合模式)电磁波。已知多种用于进行这种测量的天线配置，例如，如图1B所示的横向天线配置(X模)、如图1C所示的双平天线配置、如图1D所示的鞍式天线配置(X模和Z模，混合模式)以及如图1E所示的倾斜式天线。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用具有联合线圈结构的天线随钻测量方向电阻率的设备和方法，所要解决的技术问题是尽管商业上已经采用方向电阻率仪，但仍然需要改进方向电阻率仪中的线圈配置。

本发明的另一目的在于，提供一种利用具有联合线圈结构的天线随钻测量方向电阻率的设备和方法，所要解决的技术问题是需要进一步改进线圈配置，使其能够接收轴向(Z模)电磁波及横向(X模和/或Y模)电磁波，并且轴向电磁波和横向电磁波都可叠加用于进行方向或/和非方向电阻率测量。

本发明的再一目的在于，提供一种利用具有联合线圈结构的天线随钻测量方向电阻率的设备和方法，所要解决的技术问题是需要进一步改进线圈配置，使方向电阻率仪芯轴具有机械强度并促进电磁波的传播。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一优选实施方案中，一种用于进行地层方向电阻率测量的设备包括：电阻率仪，其具有纵轴和外表面；第一天线，其部署在外表面下方，具有轴向模式线圈和横向模式线圈，形成联合线圈结构，用于处理信号；第二天线，其部署在外表面下方并且与第一天线在轴向上间隔；以及至少两组分布在外表面上的狭槽。轴向模式线圈具有平行于电阻率仪纵轴的中心轴。横向模式线圈具有垂直于电阻率仪纵轴的中心轴。第一组狭槽的延伸方向不同于第二组狭槽。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

一些实施方案中，轴向模式线圈处理轴向电磁波。

一些实施方案中，横向模式线圈处理横向电磁波。

一些实施方案中，联合结构配置为使轴向模式线圈处理的信号和横向模式线圈处理的信号叠加。

一些实施方案中，第一天线作为用来发射电磁波的发射天线或用来接收电磁波的接收天线。

一些实施方案中，在第一天线作为发射天线时，第二天线作为接收天线。

一些实施方案中，在第一天线作为接收天线时，第二天线作为发射天线。

一些实施方案中，第二天线是绕线方向垂直于电阻率仪纵轴部署的导线环。

一些实施方案中，轴向模式线圈是绕线方向垂直于电阻率仪纵轴部署的导线环。

其他实施方案中，横向模式线圈具有两个轴向导线段和两个环向导线段。

其他实施方案中，其中一个环向导线段与轴向模式线圈连接。