测量钻头处地层电阻率的方法
测量钻头处地层电阻率的方法
【专利摘要】本发明公开了一种测量钻头处地层电阻率的方法，包括：将工具壳体置入井眼中；发射机向地层发射电磁信号；使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位；使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机测得的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率。根据本发明，解决了传统传播电阻率测井工具测点位置到钻头之间距离所产生的测量滞后问题，提升了设备的实用性。
【专利说明】测量钻头处地层电阻率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电阻率测井领域，具体而言，本发明涉及一种测量钻头处地层电阻率的方法。
【背景技术】
[0002]采集井下信息通常使用电气测量方法，如随钻测井(“LWD”)、随钻测量(“MWD”)和电缆测井系统。在石油业众所周知，这些技术早已用来获取井下信息，例如，采用地层电阻率(或电导率；术语“电阻率”和“电导率”，虽在意思上相反，但在エ艺中可交替使用)和各种岩石物理模型(如Archie定律)可以用于确定地层以及相应流体的岩石物理性质。在相关技术中，电阻率是反映多孔地层中油气(如原油或天然气)和水含量的重要參数，因此最好保留产油层(含烃层)里的井眼，尽可能实现最大限度的采收率。
[0003]如图1所示的相关技术中的井底钻孔组件(简写为“BHA”)的结构示意图，其中，BHA100包括:钻头114、ー个设置于钻头处的传感器装置110，一个或多个稳定器104，ー个井下动カ钻具108、ー个随钻测井系统106和钻环102。钻环在钻井操作过程中可视为钻柱的一部分。钻头处的传感器装置110包括:多个小巧的传感器，比如，钻头定位传感器、伽马射线读数器和一个遥测发射机112，用于BHA100监瞀和指示钻井操作。传感器装置110可检测出钻头处的环境条件并将钻头处信息返回至随钻测井系统106，以使其决定BHA100的下ー步动向。井下动カ钻具108用于钻井操作过程中带动钻头114。随钻测井系统106包括各类测井工具，比如:电阻率測量工具、声波測量工具、中子测井仪、密度測量工具和遥测系统。遥测系统，比如:泥浆脉冲遥测系统，可在随钻测井系统106和表层之间建立其通讯连接(图1中未显示)，作为钻头处信息或其它测得信息等即将发送至表层的数据的中继设备。
[0004]钻头处信息包括钻头114周围地层的环境条件信息，作为钻头在实时钻井过程中调整其方向的重要操作和定向參数。
[0005]由于机械复杂性和钻头114周围的空间有限，随钻测井系统106不能直接放在钻头114附近，而应放置在井下动カ钻具108上方，离钻头114至少30英尺。比如，如图2所示，作为随钻测井系统106 —部分的常用传播电阻率测井工具200，通常不得放置在钻头114附近。传播电阻率测井工具200包括:工具壳体202、一台发射机Tl，和一对接收机Rl和R2。发射机Tl通过配置可以发出电磁信号，穿过地层，送至接收机Rl和R2。接收机Rl和R2上产生的电磁信号之间的相位差和振幅衰减可用于计算周围地层的电阻率。较大的信号相位差和振幅衰减表示地层电阻率低。
[0006]然而，由于钻头114周围空间有限，上述传播电阻率测井工具200应放置在井下动カ钻具108上面。因此，传播电阻率测井工具200在測量钻头114周围的环境条件时可能出现滞后(钻头114和传播电阻率测井工具200之间的距离至少为30英尺)。
[0007]针对上述相关技术中钻头和传统传播电阻率测井工具之间的距离引起的測量滞后的问题，目如尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0008]本发明实施例的目的在于提供一种测量钻头处地层电阻率的方法，用以解决上述相关技术中钻头和传统传播测井工具之间的距离引起的測量滞后的问题。
[0009]根据本发明实施例的一方面，提供了一种测量钻头处地层电阻率的方法，包括:将工具壳体置入井眼中；发射机向地层发射电磁信号；使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位；使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率。
[0010]优选地，上述根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率包括:建立換算表；根据換算表将计算得出的振幅衰减和相位差转换成钻头处地层的电阻率。
[0011]优选地，上述发射机向地层发射电磁信号包括:将发射机产生的电信号转换成相应的电磁信号。
[0012]优选地，上述使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位包括:使用发射信号耦合器耦合发射机的天线上生成的电信号。
[0013]优选地，上述根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的振幅计算振幅衰减包括:计算发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号之间的振幅衰减P =201(^(1^/\)，其中，A为接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为エ具壳体的几何因数， A0为发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
[0014]优选地，Atl=Ilco UcAie O ;其中，I为发射机的天线产生的电流；I表示发射机的天线的周长；《为信号角频率；U ^为地层的滲透率。
[0015]优选地，上述根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的相位计算相位差包括:计算发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号之
间的相位差=タ-％，其中，P为接收机上诱导产生的电磁信号的相位；％为发射信号
耦合器测得的电信号的相位。
[0016]根据本发明实施例，将工具壳体置入井眼中，并通过发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位，以及使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位，进而计算电信号与电磁信号之间的振幅衰减和相位差，得到钻头处地层的电阻率。该方式能够比较及时地测量钻头周围环境，解决了传统传播电阻率测井工具测点位置到钻头之间距离所产生的測量滞后问题，提升了设备的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进ー步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1是相关技术提供的井底钻孔组件(“BHA”)的结构示意图；
[0019]图2是相关技术提供的传播电阻率测井工具的示意图；
[0020]图3A是本发明实施例提供的工具壳体的透视图；
[0021]图3B是本发明实施例提供的配置有一台发射机、一台发射信号耦合器和一台接收机的装置的示意图；[0022]图3C是本发明实施例提供的配有一台发射机、一台发射信号耦合器、一台接收机、一个控制器和处理器模块和一个储存设备的装置的示意图；
[0023]图4是本发明实施例提供的相位差对比地层电阻率的換算表的数据示意图；
[0024]图5是本发明实施例提供的衰减对比地层电阻率的換算表的数据示意图；
[0025]图6是本发明实施例提供的測量钻头处地层电阻率的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下文中将參考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互組合。
[0027]本发明实施例还提供了一种测量钻头处地层电阻率的装置，包括:
[0028]ー个工具壳体；
[0029]一台配置在该工具壳体上的发射机；
[0030]一台配置在该工具壳体上的接收机，位于发射机的轴向距离处；
[0031]一台发射信号耦合器，与发射机和接收机天线耦合在一起。
[0032]上述发射机生成电信号，通过发射天线将该电信号转换成电磁信号发射到地层里。接收机测量地层中的电磁信号的振幅和相位。发射信号耦合器将部分电磁信号与发射机的天线发射的电磁信号直接耦合起来，并测量耦合电磁信号的振幅和相位。其中，接收机接收到的电磁信号和耦合在发射信号耦合器上的电信号的振幅衰减和相位差用于计算地层电阻率。
[0033]在某些实例中，发射机和接收机可以包括至少一条天线，用于发射或接收电磁信号。
[0034]在某些实例中，天线用于将电信号转换成电磁信号或将电磁信号转换成电信号。
[0035]在某些实例中，发射机可以包括发射机电路，通过配置生成和放大电信号。
[0036]在某些实例中，发射机电路可以包括ー个阻抗调谐电路，通过配置调整发射机内的天线阻抗。
[0037]在某些实例中，接收机可以包括一台接收机电路，通过配置处理发射机的电磁信号的振幅和相位数据。
[0038]在其它实例中，发射信号耦合器可以包括ー个耦合电路，通过配置记录下发射机天线的电信号，并帮助測量这些电信号的振幅和相位。
[0039]在其它实例中，上述装置还可以包括耦合在发射信号耦合器或接收机上的控制器和处理器模块，计算接收机接收到的电磁信号与发射信号耦合器的电磁信号的振幅和相位之间的振幅衰减和相位差。
[0040]在其它实例中，上述控制器和处理器模块与ー储存设备耦合。储存设备中储存有換算表，用以将计算得出的振幅衰减和相位差转换为相应地层的电阻率。
[0041]本发明实施例还提供了一种测量钻头处地层电阻率的方法，该方法包括以下步骤:将工具壳体置入井眼中；发射机将电磁信号传入地层，使用一台发射信号耦合器測量发射机天线上生成的电信号的振幅和相位，使用一台接收机测量发射机电磁信号的振幅和相位，井根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机上诱导产生的电磁信号的振幅和相位来计算振幅衰减和相位差。[0042]在某些实例中，该方法还包括建立換算表，加速将得出的振幅衰减和相位差转换成相应的电阻率这ー计算过程。
[0043]在某些实例中，发射机向地层发射电磁信号包括:将发射机上的电信号转换成相应的电磁信号。
[0044]在某些实例中，使用一台发射信号耦合器测量发射机天线上生成的电信号的振幅和相位包括:使用发射信号耦合器耦合发射机天线的电信号。
[0045]在某些实例中，发射信号耦合器上测得的电信号与接收机上诱导产生的电磁信号的振幅之间的振幅衰减可通过方程P=ZOlogGcAAci)表达；其中，A为接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为工具壳体的几何因数，可通过校准确定'A0为发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
[0046]在其它实例中，上述A可通过方程A=Il Co U 0/ (16 3)得到，其中，I为发射机天线生成的电流；I表示发射机天线的周长(因为天线为圆形，该周长即为圆形的周长)为信号角频率(因信号为正弦信号，该角频率即该正弦信号的角频率);Po为地层的滲透率(地层滲透率是描述介质允许流体穿过它的能力)。
[0047]在其它实例中，发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的相位之间的相位差可通过方程△#= 0 - %得到，其中，0为接收机上诱导产生的电磁信号的相位；％为发射信号耦合器测得的电信号的相位。
[0048]本发明实施例还提供了另ー种測量钻头处地层电阻率的装置，包括:
[0049]ー个工具壳体；
[0050]一台配置在上述工具壳体上的发射机；
`[0051]一台配置在上述工具壳体上的接收机，位于上述发射机的轴向距离处；
[0052]—台与上述发射机的天线稱合在一起的发射信号稱合器，以及与发射机稱合在一起的控制器和处理器模块；
[0053]上述控制器和处理器模块，用于控制、測量、操作和计算接收机诱导产生的电磁信号和发射信号耦合器上耦合的电信号的振幅的衰减和相位差；
[0054]上述发射信号耦合器耦合部分来自发射机天线的电信号，并测量耦合电磁信号的振幅和相位。上述发射机生成电信号，并将该电信号转换成待发射到地层的电磁信号。接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位。
[0055]在某些实例中，上述装置还包括:与控制器和处理器模块耦合在一起的储存设备，用以储存換算表，将计算得出的振幅衰减和相位差转换成相应的电阻率。
[0056]在其它实例中，上述发射机和接收机各自至少有一条天线。
[0057]在其它实例中，上述发射机包括一台发射机电路，通过配置生成并放大电信号。
[0058]下面通过具体实例进行说明。
[0059]图3A所示为本发明实施例提供的工具壳体的透视图，该工具壳体可以用于測量钻头处地层的电阻率。其中，工具壳体202配有一台发射机300、一台发射信号耦合器304和一台接收机302，所有这些设备均放置在钻头114附近，用以对钻头处电阻率进行测量。发射机300和接收机302包括至少一条天线，用以发射/接收电磁信号和/或将电信号/电磁信号转换成电磁信号/电信号。
[0060]图3B所示为本发明实施例提供的配有上述发射机300、发射信号耦合器304和接收机302的装置的示意图，部分为方块图。发射机300可以发出电磁信号，穿过地层，开始电阻率的测量过程。优选地，本实施例的发射机300包括一台发射机电路306，可通过配置生成和/或放大电信号。此类电信号可以转换为相应的电磁信号，发射至周围地层。发射信号耦合器304可以与发射机300耦合，并通过配置耦合一小部分来自发射机300的天线的电信号。优选地，发射信号I禹合器304包括一台I禹合电路308,该稱合电路308通过配置，可以记录此类来自发射机300的耦合电信号，并测量此耦合电信号的振幅和相位。上述接收机302位于发射机300的轴线距离处，可接收来自发射机300的电磁信号。优选地，接收机302包括一台接收机电路310，可通过配置测量接收到的电磁信号的振幅和相位。
[0061 ] 在某些实例中，接收机302或者发射信号耦合器304包括控制器和处理器模块(未在图3B中显示)，用以控制测量过程和计算接收机302诱导产生的电磁信号和发射信号耦合器304耦合的电信号之间的振幅衰减和相位差。
[0062]图3C所示为本发明实施例提供的配有上述发射机300、上述发射信号耦合器304、上述接收机302，以及ー个控制器和处理器模块312和ー个储存设备314的装置的示意图，部分为方块图。发射机电路306、发射信号耦合器304和接收机302可以与控制器和处理器模块312连接在一起。控制器和处理器模块312包括一台控制器，该控制器通过配置可以控制系统操作。
[0063]在某些实例中，储存设备314可以与控制器和处理器模块312耦合在一起，储存换算表，用以将计算得出的振幅衰减和相位差转换为相应的地层电阻率。图4和图5分别为相位差和衰减对比地层电阻率的換算表的数据示意图。
[0064]在某些实例中，发射机电路306包括ー个阻抗调谐电路(未在图3A-3C中显示)，用以调整发射机3 00的天线的输入阻抗，使其与发射机电路306的输出电阻匹配。
[0065]本发明实施例中的发射机、接收机和发射信号耦合器的数量和位置仅是为了说明上述方案的一种实现方式，在任何时候都不得限制本发明中发射机、接收机和发射信号耦合器的数量和位置。
[0066]根据电磁理论，天线生成的磁场可以用方程(I)表示。
【权利要求】
1.一种测量钻头处地层电阻率的方法，其特征在于，包括: 将工具壳体置入井眼中； 发射机向地层发射电磁信号； 使用发射信号耦合器測量所述发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位； 使用接收机测量来自所述发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据所述振幅衰减和相位差计算钻头处地层电阻率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述振幅衰减和相位差计算钻头处地层电阻率包括: 建立換算表； 根据所述換算表将计算得出的所述振幅衰减和相位差转换成钻头处地层电阻率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机向地层发射电磁信号包括: 将发射机产生的电信号转换成相应的电磁信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用发射信号耦合器測量所述发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位包括: 使用发射信号耦合器耦合所述发射机的天线上生成的电信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号的振幅计算振幅衰减包括: 计算所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号之间的振幅衰减P =201(^(1^/\)，其中，A为所述接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为所述工具壳体的几何因数，A0为所述发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在干，Atl=IlCo Utl/(16 O ;其中，I为所述发射机的天线产生的电流；1表示所述发射机的天线的周长；?为信号角频率；y ^为地层的渗透率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的所述电磁信号的相位计算相位差包括: 计算所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的所述电磁信号之间的相位差其中，炉为所述接收机上诱导产生的电磁信号的相位；外为所述发射信号耦合器测得的所述电信号的相位。
【文档编号】E21B49/00GK103603657SQ201310376438
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】刘乃震, 赵齐辉, 卢毓周, 李永和, 白锐, 李敬, 刘策, 宋振虎 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司
【专利摘要】本发明公开了一种测量钻头处地层电阻率的方法，包括：将工具壳体置入井眼中；发射机向地层发射电磁信号；使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位；使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机测得的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率。根据本发明，解决了传统传播电阻率测井工具测点位置到钻头之间距离所产生的测量滞后问题，提升了设备的实用性。
【专利说明】测量钻头处地层电阻率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电阻率测井领域，具体而言，本发明涉及一种测量钻头处地层电阻率的方法。
【背景技术】
[0002]采集井下信息通常使用电气测量方法，如随钻测井(“LWD”)、随钻测量(“MWD”)和电缆测井系统。在石油业众所周知，这些技术早已用来获取井下信息，例如，采用地层电阻率(或电导率；术语“电阻率”和“电导率”，虽在意思上相反，但在エ艺中可交替使用)和各种岩石物理模型(如Archie定律)可以用于确定地层以及相应流体的岩石物理性质。在相关技术中，电阻率是反映多孔地层中油气(如原油或天然气)和水含量的重要參数，因此最好保留产油层(含烃层)里的井眼，尽可能实现最大限度的采收率。
[0003]如图1所示的相关技术中的井底钻孔组件(简写为“BHA”)的结构示意图，其中，BHA100包括:钻头114、ー个设置于钻头处的传感器装置110，一个或多个稳定器104，ー个井下动カ钻具108、ー个随钻测井系统106和钻环102。钻环在钻井操作过程中可视为钻柱的一部分。钻头处的传感器装置110包括:多个小巧的传感器，比如，钻头定位传感器、伽马射线读数器和一个遥测发射机112，用于BHA100监瞀和指示钻井操作。传感器装置110可检测出钻头处的环境条件并将钻头处信息返回至随钻测井系统106，以使其决定BHA100的下ー步动向。井下动カ钻具108用于钻井操作过程中带动钻头114。随钻测井系统106包括各类测井工具，比如:电阻率測量工具、声波測量工具、中子测井仪、密度測量工具和遥测系统。遥测系统，比如:泥浆脉冲遥测系统，可在随钻测井系统106和表层之间建立其通讯连接(图1中未显示)，作为钻头处信息或其它测得信息等即将发送至表层的数据的中继设备。
[0004]钻头处信息包括钻头114周围地层的环境条件信息，作为钻头在实时钻井过程中调整其方向的重要操作和定向參数。
[0005]由于机械复杂性和钻头114周围的空间有限，随钻测井系统106不能直接放在钻头114附近，而应放置在井下动カ钻具108上方，离钻头114至少30英尺。比如，如图2所示，作为随钻测井系统106 —部分的常用传播电阻率测井工具200，通常不得放置在钻头114附近。传播电阻率测井工具200包括:工具壳体202、一台发射机Tl，和一对接收机Rl和R2。发射机Tl通过配置可以发出电磁信号，穿过地层，送至接收机Rl和R2。接收机Rl和R2上产生的电磁信号之间的相位差和振幅衰减可用于计算周围地层的电阻率。较大的信号相位差和振幅衰减表示地层电阻率低。
[0006]然而，由于钻头114周围空间有限，上述传播电阻率测井工具200应放置在井下动カ钻具108上面。因此，传播电阻率测井工具200在測量钻头114周围的环境条件时可能出现滞后(钻头114和传播电阻率测井工具200之间的距离至少为30英尺)。
[0007]针对上述相关技术中钻头和传统传播电阻率测井工具之间的距离引起的測量滞后的问题，目如尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0008]本发明实施例的目的在于提供一种测量钻头处地层电阻率的方法，用以解决上述相关技术中钻头和传统传播测井工具之间的距离引起的測量滞后的问题。
[0009]根据本发明实施例的一方面，提供了一种测量钻头处地层电阻率的方法，包括:将工具壳体置入井眼中；发射机向地层发射电磁信号；使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位；使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率。
[0010]优选地，上述根据振幅衰减和相位差计算钻头处地层的电阻率包括:建立換算表；根据換算表将计算得出的振幅衰减和相位差转换成钻头处地层的电阻率。
[0011]优选地，上述发射机向地层发射电磁信号包括:将发射机产生的电信号转换成相应的电磁信号。
[0012]优选地，上述使用发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位包括:使用发射信号耦合器耦合发射机的天线上生成的电信号。
[0013]优选地，上述根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的振幅计算振幅衰减包括:计算发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号之间的振幅衰减P =201(^(1^/\)，其中，A为接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为エ具壳体的几何因数， A0为发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
[0014]优选地，Atl=Ilco UcAie O ;其中，I为发射机的天线产生的电流；I表示发射机的天线的周长；《为信号角频率；U ^为地层的滲透率。
[0015]优选地，上述根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的相位计算相位差包括:计算发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号之
间的相位差=タ-％，其中，P为接收机上诱导产生的电磁信号的相位；％为发射信号
耦合器测得的电信号的相位。
[0016]根据本发明实施例，将工具壳体置入井眼中，并通过发射信号耦合器测量发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位，以及使用接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位，进而计算电信号与电磁信号之间的振幅衰减和相位差，得到钻头处地层的电阻率。该方式能够比较及时地测量钻头周围环境，解决了传统传播电阻率测井工具测点位置到钻头之间距离所产生的測量滞后问题，提升了设备的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进ー步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0018]图1是相关技术提供的井底钻孔组件(“BHA”)的结构示意图；
[0019]图2是相关技术提供的传播电阻率测井工具的示意图；
[0020]图3A是本发明实施例提供的工具壳体的透视图；
[0021]图3B是本发明实施例提供的配置有一台发射机、一台发射信号耦合器和一台接收机的装置的示意图；[0022]图3C是本发明实施例提供的配有一台发射机、一台发射信号耦合器、一台接收机、一个控制器和处理器模块和一个储存设备的装置的示意图；
[0023]图4是本发明实施例提供的相位差对比地层电阻率的換算表的数据示意图；
[0024]图5是本发明实施例提供的衰减对比地层电阻率的換算表的数据示意图；
[0025]图6是本发明实施例提供的測量钻头处地层电阻率的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下文中将參考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互組合。
[0027]本发明实施例还提供了一种测量钻头处地层电阻率的装置，包括:
[0028]ー个工具壳体；
[0029]一台配置在该工具壳体上的发射机；
[0030]一台配置在该工具壳体上的接收机，位于发射机的轴向距离处；
[0031]一台发射信号耦合器，与发射机和接收机天线耦合在一起。
[0032]上述发射机生成电信号，通过发射天线将该电信号转换成电磁信号发射到地层里。接收机测量地层中的电磁信号的振幅和相位。发射信号耦合器将部分电磁信号与发射机的天线发射的电磁信号直接耦合起来，并测量耦合电磁信号的振幅和相位。其中，接收机接收到的电磁信号和耦合在发射信号耦合器上的电信号的振幅衰减和相位差用于计算地层电阻率。
[0033]在某些实例中，发射机和接收机可以包括至少一条天线，用于发射或接收电磁信号。
[0034]在某些实例中，天线用于将电信号转换成电磁信号或将电磁信号转换成电信号。
[0035]在某些实例中，发射机可以包括发射机电路，通过配置生成和放大电信号。
[0036]在某些实例中，发射机电路可以包括ー个阻抗调谐电路，通过配置调整发射机内的天线阻抗。
[0037]在某些实例中，接收机可以包括一台接收机电路，通过配置处理发射机的电磁信号的振幅和相位数据。
[0038]在其它实例中，发射信号耦合器可以包括ー个耦合电路，通过配置记录下发射机天线的电信号，并帮助測量这些电信号的振幅和相位。
[0039]在其它实例中，上述装置还可以包括耦合在发射信号耦合器或接收机上的控制器和处理器模块，计算接收机接收到的电磁信号与发射信号耦合器的电磁信号的振幅和相位之间的振幅衰减和相位差。
[0040]在其它实例中，上述控制器和处理器模块与ー储存设备耦合。储存设备中储存有換算表，用以将计算得出的振幅衰减和相位差转换为相应地层的电阻率。
[0041]本发明实施例还提供了一种测量钻头处地层电阻率的方法，该方法包括以下步骤:将工具壳体置入井眼中；发射机将电磁信号传入地层，使用一台发射信号耦合器測量发射机天线上生成的电信号的振幅和相位，使用一台接收机测量发射机电磁信号的振幅和相位，井根据发射信号耦合器测得的电信号和接收机上诱导产生的电磁信号的振幅和相位来计算振幅衰减和相位差。[0042]在某些实例中，该方法还包括建立換算表，加速将得出的振幅衰减和相位差转换成相应的电阻率这ー计算过程。
[0043]在某些实例中，发射机向地层发射电磁信号包括:将发射机上的电信号转换成相应的电磁信号。
[0044]在某些实例中，使用一台发射信号耦合器测量发射机天线上生成的电信号的振幅和相位包括:使用发射信号耦合器耦合发射机天线的电信号。
[0045]在某些实例中，发射信号耦合器上测得的电信号与接收机上诱导产生的电磁信号的振幅之间的振幅衰减可通过方程P=ZOlogGcAAci)表达；其中，A为接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为工具壳体的几何因数，可通过校准确定'A0为发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
[0046]在其它实例中，上述A可通过方程A=Il Co U 0/ (16 3)得到，其中，I为发射机天线生成的电流；I表示发射机天线的周长(因为天线为圆形，该周长即为圆形的周长)为信号角频率(因信号为正弦信号，该角频率即该正弦信号的角频率);Po为地层的滲透率(地层滲透率是描述介质允许流体穿过它的能力)。
[0047]在其它实例中，发射信号耦合器测得的电信号和接收机诱导产生的电磁信号的相位之间的相位差可通过方程△#= 0 - %得到，其中，0为接收机上诱导产生的电磁信号的相位；％为发射信号耦合器测得的电信号的相位。
[0048]本发明实施例还提供了另ー种測量钻头处地层电阻率的装置，包括:
[0049]ー个工具壳体；
[0050]一台配置在上述工具壳体上的发射机；
`[0051]一台配置在上述工具壳体上的接收机，位于上述发射机的轴向距离处；
[0052]—台与上述发射机的天线稱合在一起的发射信号稱合器，以及与发射机稱合在一起的控制器和处理器模块；
[0053]上述控制器和处理器模块，用于控制、測量、操作和计算接收机诱导产生的电磁信号和发射信号耦合器上耦合的电信号的振幅的衰减和相位差；
[0054]上述发射信号耦合器耦合部分来自发射机天线的电信号，并测量耦合电磁信号的振幅和相位。上述发射机生成电信号，并将该电信号转换成待发射到地层的电磁信号。接收机测量来自发射机的电磁信号的振幅和相位。
[0055]在某些实例中，上述装置还包括:与控制器和处理器模块耦合在一起的储存设备，用以储存換算表，将计算得出的振幅衰减和相位差转换成相应的电阻率。
[0056]在其它实例中，上述发射机和接收机各自至少有一条天线。
[0057]在其它实例中，上述发射机包括一台发射机电路，通过配置生成并放大电信号。
[0058]下面通过具体实例进行说明。
[0059]图3A所示为本发明实施例提供的工具壳体的透视图，该工具壳体可以用于測量钻头处地层的电阻率。其中，工具壳体202配有一台发射机300、一台发射信号耦合器304和一台接收机302，所有这些设备均放置在钻头114附近，用以对钻头处电阻率进行测量。发射机300和接收机302包括至少一条天线，用以发射/接收电磁信号和/或将电信号/电磁信号转换成电磁信号/电信号。
[0060]图3B所示为本发明实施例提供的配有上述发射机300、发射信号耦合器304和接收机302的装置的示意图，部分为方块图。发射机300可以发出电磁信号，穿过地层，开始电阻率的测量过程。优选地，本实施例的发射机300包括一台发射机电路306，可通过配置生成和/或放大电信号。此类电信号可以转换为相应的电磁信号，发射至周围地层。发射信号耦合器304可以与发射机300耦合，并通过配置耦合一小部分来自发射机300的天线的电信号。优选地，发射信号I禹合器304包括一台I禹合电路308,该稱合电路308通过配置，可以记录此类来自发射机300的耦合电信号，并测量此耦合电信号的振幅和相位。上述接收机302位于发射机300的轴线距离处，可接收来自发射机300的电磁信号。优选地，接收机302包括一台接收机电路310，可通过配置测量接收到的电磁信号的振幅和相位。
[0061 ] 在某些实例中，接收机302或者发射信号耦合器304包括控制器和处理器模块(未在图3B中显示)，用以控制测量过程和计算接收机302诱导产生的电磁信号和发射信号耦合器304耦合的电信号之间的振幅衰减和相位差。
[0062]图3C所示为本发明实施例提供的配有上述发射机300、上述发射信号耦合器304、上述接收机302，以及ー个控制器和处理器模块312和ー个储存设备314的装置的示意图，部分为方块图。发射机电路306、发射信号耦合器304和接收机302可以与控制器和处理器模块312连接在一起。控制器和处理器模块312包括一台控制器，该控制器通过配置可以控制系统操作。
[0063]在某些实例中，储存设备314可以与控制器和处理器模块312耦合在一起，储存换算表，用以将计算得出的振幅衰减和相位差转换为相应的地层电阻率。图4和图5分别为相位差和衰减对比地层电阻率的換算表的数据示意图。
[0064]在某些实例中，发射机电路306包括ー个阻抗调谐电路(未在图3A-3C中显示)，用以调整发射机3 00的天线的输入阻抗，使其与发射机电路306的输出电阻匹配。
[0065]本发明实施例中的发射机、接收机和发射信号耦合器的数量和位置仅是为了说明上述方案的一种实现方式，在任何时候都不得限制本发明中发射机、接收机和发射信号耦合器的数量和位置。
[0066]根据电磁理论，天线生成的磁场可以用方程(I)表示。
【权利要求】
1.一种测量钻头处地层电阻率的方法，其特征在于，包括: 将工具壳体置入井眼中； 发射机向地层发射电磁信号； 使用发射信号耦合器測量所述发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位； 使用接收机测量来自所述发射机的电磁信号的振幅和相位；以及根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号的振幅和相位计算振幅衰减和相位差；根据所述振幅衰减和相位差计算钻头处地层电阻率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述振幅衰减和相位差计算钻头处地层电阻率包括: 建立換算表； 根据所述換算表将计算得出的所述振幅衰减和相位差转换成钻头处地层电阻率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射机向地层发射电磁信号包括: 将发射机产生的电信号转换成相应的电磁信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用发射信号耦合器測量所述发射机的天线上生成的电信号的振幅和相位包括: 使用发射信号耦合器耦合所述发射机的天线上生成的电信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号的振幅计算振幅衰减包括: 计算所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的电磁信号之间的振幅衰减P =201(^(1^/\)，其中，A为所述接收机上诱导产生的电磁信号的振幅；k为所述工具壳体的几何因数，A0为所述发射信号耦合器测得的电信号的振幅。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在干，Atl=IlCo Utl/(16 O ;其中，I为所述发射机的天线产生的电流；1表示所述发射机的天线的周长；?为信号角频率；y ^为地层的渗透率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的所述电磁信号的相位计算相位差包括: 计算所述发射信号耦合器测得的所述电信号和所述接收机诱导产生的所述电磁信号之间的相位差其中，炉为所述接收机上诱导产生的电磁信号的相位；外为所述发射信号耦合器测得的所述电信号的相位。
【文档编号】E21B49/00GK103603657SQ201310376438
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】刘乃震, 赵齐辉, 卢毓周, 李永和, 白锐, 李敬, 刘策, 宋振虎 申请人:中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井技术服务公司
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