[发明专利]低角度井中的各向异性处理

说明书

技术领域

本发明总体上涉及测井领域，更特别地，涉及使用一个或多个倾斜电磁发射器-接收器对来改善地下地层的电磁测量的技术。

背景技术

在油气勘探及开采领域已知有多种测井技术。这些技术典型地使用装备有适于向已被井眼穿透的地下地层发射能量的源的工具。所述发射的能量可以与周围地层相互作用来产生可以由一个或多个传感器检测及测量的信号。基于所检测到的信号数据，可以获得地层特性的曲线(例如，作为井筒深度的函数的电阻率)。

测井工具的例子可以包括电磁(“EM”)电阻率工具，例如感应或传播工具。所述EM电阻率工具可以被置于井眼中来测量井眼周围地层的电导率(或其倒数，电阻率)。传统的电磁电阻率工具至少包括一个发射器及两个接收器，每个接收器沿工具的轴线被置于离发射器一定距离处。传统的发射器及接收器包括由线圈构成的天线，所述线圈具有环绕支架的一匝或多匝绝缘导线。如本领域所理解的，在互易原理下，这些天线中的每一个可以作为发射器和/或接收器操作。

通过测量接收器中感生出的电压，EM感应工具测量地层的电阻率，该电压由响应于发射器发射的EM信号而在地层中流动的电流感生。在感应工具中，耦接于交流电源的发射器，例如振荡器，产生时变EM信号。来自发射器的EM信号被发送至周围地层中，这在发射器附近的地层内感生波动电流或“涡电流”。地层中的涡电流产生时变EM信号，其在接收器中感生电压。由于例如周围地层的几何扩散及吸收，如果使用一对间隔开的接收器，在所述两个接收器中感生的电压一般具有不同的相位及幅值。EM传播工具以类似的方式操作，但典型地比EM感应工具具有更高的频率。

在很多传统的EM感应及传播测井工具中，发射器及接收器天线以它们的轴线沿工具的纵轴被安装。因此，这些工具实施有具有纵向或轴向磁偶极矩的天线。“横向”天线或线圈具有垂直于工具轴线的磁偶极矩，“倾斜”天线具有既不平行于也不垂直于工具轴线的磁偶极矩。

因为由EM电阻率工具发射及接收的EM信号穿过周围地层，因此由这些工具进行的测量可以提供关于信号穿过的介质的电磁特性的信息。信息(例如距地层边界的距离、地层倾角以及各向异性)可以被从接收到的信号中提取。

在钻井工业中，对精确的井位有不断增长的需求。储层中井眼的优化配置需要定向测量，基于此可以进行导向决策。在油气开采中进一步的需求是确定及表征油气储量。例如，地层各向异性可以被用于确定存在于薄层地层中的低阻油层。

一些最近的专利公开了进行定向测量及获得电阻率各向异性的方法和装置。对于随钻测井应用，授予Sato等人的美国专利第5,508,616号公开了一种具有以不与工具的纵向轴线对正的不同方向倾斜的两个线圈的感应类型工具。所述工具可以适合于可能的地质导向应用。通过一个简单的论点说明所述测量的定向性：所述两个倾斜线圈的灵敏度函数被集中于每个线圈的敏感区域的重叠区。通过旋转所述工具，Sato等人声称可以获得地层的深方位电阻率图像来帮助制定导向决策。然而，该专利并未提供关于如何可获得方位电阻率的任何细节，也未描述任何进一步的定量地质导向决策制定中需要的边界检测/表征技术。

授予Hagiwara等人的美国专利第6,181,138号将Sato等人的单一固定方向线圈扩展到在发射器及接收器位置的位于同地的三正交感应线圈。因为通过正交线圈响应的线性组合可以将聚集方向调整至任意方向，因此没有提及需要工具旋转。

授予Clark等人且被本发明的受让人共同拥有的美国专利第6,297,693号公开了一种使用各种屏蔽设计为轴向、倾斜及横向天线线圈的EM波能量提供选定衰减而进行定向测量的方法和装置。该专利描述了通过倾斜线圈及适当屏蔽进行的一般定向感应及传播测量，以及用于执行井眼补偿的过程。Clark等人清楚地描述了一个发射器及一个接收器线圈的组合，且至少其中之一相对于工具轴线倾斜；以及通过在工具旋转时观测感应信号的随方位角变化，其在地层边界方向检测的应用。耦合的方位角变化可以被用于钻井时的导向。其他已经被授权的关于屏蔽的专利包括授予Rosthal等人的美国专利第6,351,127号以及授予Omeragic等人的美国专利第6,566,881号，所有这些专利都被本发明的受让人共同拥有。