[发明专利]将E场天线应用于电阻率测井工具

说明书

本发明提供了一种用于电阻率工具设计的方法和系统。通过使用至少一个E场天线代替磁天线，可以通过较小的系统捕获较强的信号。本发明的更有效的天线设计在包括地质导向、前探和三轴感应的各种工具中具有广泛的应用。

技术领域

本发明总地涉及电阻率测井工具设计领域。在一个实施例中，本发明提供用于随钻测井(LWD)电阻率(诸如地质导向、三轴电阻率和前探等)工具的电磁(EM)天线系统设计。

背景技术

用于电流电阻率工具的天线通常由一个或多个闭合线环组成。在计算天线系统的响应时，这些天线可以被简化为一个磁偶极子或几个具有不同法线方向的磁偶极子的组合。因此，可以被视为磁偶极子的那些天线被称为磁天线。由于将天线视为磁偶极子显著地简化了其信号处理，因此磁天线广泛应用于电流电阻率工具中。然而，磁天线具有缺点。例如，当磁天线充当接收机，并且有效信号仅来自一个方向时，对于天线的任何给定部分，总是存在相应的部分，称为对应部分，使得由天线的这个给定部分生成的大部分信号被其对应部分抵消。原因是LWD工具最常用的频率在兆赫范围内，这使得有效信号的波长比天线尺寸长得多。结果，天线的每个部分在任何时刻都接收到类似的信号。因为天线是闭环，所以天线的每个部分将具有长度相同但在相反方向中接线的对应部分，并且由这两个部分接收的大部分信号将彼此抵消。因此，由天线接收的所得信号的强度将显著降低。在传统的电阻率测井工具(诸如四发射机-双接收机的LWD电阻率工具)中，所有发射机和接收机沿长轴方向设置，并且有效信号来自所有方向。在这种情况下，磁天线接收的信号不会减少。然而，当检测边界距离时，地质导向系统仅从一个方向接收有效信号。结果，由传统磁天线接收的有效信号显著降低，并且不能满足钻井行业对检测范围和精度二者的要求。同时，随着油田勘探的发展，越来越多的高度偏斜或水平的井正被钻探，其中地质导向工具被广泛应用。除了地质导向之外，前探工具和电阻率测量在复杂地层中也有类似的广泛应用。因此，石油工业需要更有效的天线设计。

发明内容

本发明描述了一种用于在钻井期间测量地层电阻率参数的电阻率测井工具的有效系统设计。与仅包含闭合线圈天线的传统电阻率系统不同，本发明采用至少一个E场天线。E场天线不仅有助于新系统捕获更强的信号，还有助于减少工具的尺寸。

在一个实施例中，本发明提供了一种电阻率测井工具，其包括一个或多个发射天线和一个或多个接收天线，其中至少一个发射天线或一个接收天线是电场天线。

在一个实施例中，本发明还提供了一种使用本文公开的电阻率测井工具的方法。

附图说明

图1示出了圆形磁天线，其接收来自一个方向的信号。

图2示出了具有两个地层的模型中的单发射机-单接收机系统。

图3示出了具有两个地层的模型中的接收机周围的电场分布。

图4示出了安装在凹槽底部的E场天线。

图5示出了安装在凹槽的侧壁上的E场天线。

图6示出了电偶极子E场天线，其两个探针沿着与心轴同心的圆弯曲。

图7示出了电偶极子E场天线，其两个探针安装在两个凹槽中。

图8示出了E场天线，其探针沿着与心轴同心的圆弯曲。

图9示出了具有两个串联连接的E场天线的接收机系统。

图10示出了具有两个地层的模型中的新地质导向系统的一个实施例。

图11示出了工具TR(发射机接收机)间隔与由传统地质导向系统接收的有效信号的幅度之间的关系。

图12示出了工具TR间隔与由本发明的新地质导向系统接收的有效信号的幅度之间的关系。

图13示出了简单的地层模型，其中本发明的新地质导向系统工作。