[发明专利]大范围脉冲感应测井仪及其用法

说明书

本发明涉及勘测由钻井穿越的地层构造的方法和装置。更具体地说，本发明涉及一扩大范围、脉冲式感应测井装置，其中，在邻近的地层构造内由二次场所提供的振幅/时间信号（在由一系列强大的电磁能初级脉冲照射以后）能被检测和处理，使得有关的地层构造参数，即传导系数和/或介质常数能够精确地指示出来。

这里使用的术语“脉冲”，意味着虽然感应测井探头可以沿着穿透结构层的钻井（孔）连续地移动，但初级能量由每一测井位上的一个高能瞬时脉冲群组成。

从一个钻井中对地层构造进行感应测井是一种业已成熟的商用方法。在这种作业中，用作传入邻近地层的强度恒定磁场，用一恒定频率和低稳态电平的交流电驱动一源天线产生。通常用一电平衡的接收线圈装置响应邻近地层构造中的感生涡流。然后，用由涡流产生的二次磁场在接收器线圈装置中产生一电压信号。测得的电压信号随邻近地层的构造的导电率不同而变化。通常，只有被检测的信号电压中的与驱动电流同相的分量才被用作振幅-深度曲线来指示传导率和电阻率。

许多技术论文和出版物讨论了上述感应测井的工作原理。假如采取适当的措施，连续检测得的电压信号就会与规范化到通常遇到的地层构造值的范围的测井地层的导电率和电阻率成正比和成线性关系。

然而，某些效应趋向于对用这样的先有技术测井系统所测得的数据的精确性产生有害的影响。其中，一种是非线性效应，它主要由不同部分的涡流的相互作用引起的，这就是所谓的一种“集肤效应”，这种集肤效应随着工作频率、源和接收线圈阵的有效长度和邻近地层构造的导电率的变化而变化。虽然，这些有害的变化可以通过适当挑选操作频率和有效的线圈装置长度大体上加以减小或消除，但这种制约因素限制了系统的应用。例如，为了在横向增加测井系统的范围，就必须增加系统线圈的有效长度。但是，源和接收线圈阵之间的间距较大时，由于集肤效应，测得信号的非线性度就会相应增加。

为了修正前述集肤效应问题，已经提出了几种方法。在一种这样的装置中，用一种函数（功能）电路来根据预定功能修正测得的信号。在另一装置中，消除了90°相位差信号（据说在一给定的导电率和频率值范围内似近地等于同相检测信号的集肤效应分量）。

另一种不利影响也限制了常规感应测井装置的检测结果的精确性。这种不利影响涉及到（ⅰ）邻近地层构造可以是非均质的（也就是除了地层构造的真正导电率以外，还有许多导电区存在于邻近地层构造中），（ⅱ）要测量的地层构造的上面和下面地层有可能影响信号的响应。这些情况在利用已有技术时，就会在累积的数据中产生相当大的误差。

还有另一种不利影响是钻井（孔）里有大量钻探的泥浆，泥浆沿钻井的侧壁形成泥饼，从而有可能使泥浆渗透入构造层。结果，钻井的直径起了变化，在测量数据时，探头由于泥饼的存在而偏移了不同横向距离。因此引入了另一个对数据的正确性不利的因素。

为部分地克服前述的不利影响，在已有技术的系统中设计了不同的天线阵和有关电路，以提供多种各不相同的径向测井设备，但是，这些分开的设备必须设计使它们的操作各自独立，以补偿各种不利的因素。例如各个信号常常用龙卷曲线圈（tornado）或时间范畴计算法，例如加权重因素作为补偿。这些储存的权重因素结合起来使用以消除除了考虑中区域的以外的其它区域的影响。

虽然已有技术的交流电感应测井装置是有效的，但是，它们的实用性受到横向范围（距离）小、垂直分辨率低，地层真正导电率测量精度不够，以及它们不能测定地层的倾角或地层构造不规则的范围和方位。

因此，本发明的基本目的是提供一种新的、改进的感应式测井方法和装置，从而可以获得大大改善的精确度、范围、分辨率和可靠性的测井纪录。

本发明提供一种脉冲感应测井装置，该装置包括一穿越钻井（孔）的测井探头、在井孔下方有一微机/控制器电路与地面一分开的主计算机/控制器相连。主计算机/控制器和钻井（孔）下的微处理机/控制器构成了-数字计算机的网络并产生脉冲测井代码（通-断），用作周期地使发射线圈由具有高峰值功率的电流短脉冲驱动。由此，周期地产生一强大的电磁（EM）能的初级（一次）脉冲，进入邻近地层构造供感应测井之用。当探头在钻井中连续提升时，这些高能的脉冲以周期的时间间隔，在测井位之间的预定距离上发出。