[发明专利]油基钻井液随钻侧向方位测井装置和方法

摘要

本发明公开了一种油基钻井液随钻侧向方位测井装置和方法。它包括：正弦交流激励源、随钻侧向方位测井传感器、信号采集模块以及计算机。本发明采用基于电磁感应原理的激励方式，替代传统的直接激励方式，克服了后者的局限性；基于电容耦合原理建立测井的等效电路模型，利用数字相敏解调技术解决油基钻井液下的电流信号检测问题；采用纽扣形状的电极，实现对不同方位上地层的探测，进而可在钻井过程中获得地层电阻率成像等测井信息。本发明具有结构简单可靠、测量精度高、测量范围大等优点，为油基钻井液条件下的随钻测井提供了一种可供借鉴的方法。

主权项

1.一种基于油基钻井液随钻侧向方位测井装置的随钻侧向方位测井方法，所述油基钻井液随钻侧向方位测井装置包括正弦交流激励源(1)、随钻侧向方位测井传感器(2)、信号采集模块(3)以及计算机(4)，所述的随钻侧向方位测井传感器(2)包括钻铤(5)、钻头(6)、螺线环形激励线圈(7)和若干纽扣电极(8)；在测井作业时，随钻侧向方位测井传感器(2)位于井眼(10)内，在随钻侧向方位测井传感器(2)和井壁的间隙充满油基钻井液(11)，在井眼(10)之外则是被测地层(9)；所述的螺线环形激励线圈(7)由环形磁芯及绕在环形磁芯上的线圈构成；该螺线环形激励线圈(7)安装在钻铤(5)上，与钻铤(5)相绝缘，并与正弦交流激励源(1)相连，若干纽扣电极(8)镶嵌安装在钻铤(5)下部的不同高度处，共同构成一个纽扣电极阵列；每个纽扣电极(8)含有一个绝缘环(12)，绝缘环(12)使得钻铤(5)和纽扣电极(8)不接触，纽扣电极(8)通过信号采集模块(3)和钻铤(5)下部相连，信号采集模块(3)与计算机(4)相连；其特征在于它的步骤如下：1)设置正弦交流激励源(1)的激励信号为其中U_i为正弦交流激励电压的有效值，f为激励电压的频率，随钻侧向方位测井传感器(2)的激励方式是基于电磁感应原理的；螺线环形激励线圈(7)可看作变压器的原边，其匝数为N_t；钻铤(5)看作变压器的副边，其匝数为1；在正弦激励电压u_i的作用下，在钻铤(5)上会产生感生电动势，以螺线环形激励线圈(7)为分界，将钻铤(5)上部的电势定义为0，下部电势定义为其中k是考虑到电磁损耗而定义的传感器系数；2)纽扣电极(8)具有和钻铤(5)下部相同的交流电势，基于电容耦合原理，在交流激励的作用下，纽扣电极与井壁通过油基钻井液(11)形成耦合电容C₁，地层等效成一个视电阻R_f，井壁和钻铤(5)上部形成耦合电容C₂，三者相串联构成一个交流测量电路；从纽扣电极(8)出发的交流电流i₀流经该交流测量电路通路，最终回到钻铤(5)上部；3)由于耦合电容C₁和C₂的存在，交流电流i₀与激励电压u_i在相位上相差交流电流i₀通过信号采集模块(3)转化为数字信号序列u₀(n)，并传送给计算机(4)，在计算机(4)上，利用数字相敏解调技术求得u₀(n)的幅值A₀和相位求得地层视电阻R_f：接着，基于已知的不同方位地层的视电阻，即可获得地层电阻率成像信息。