用于对地层进行电磁测井的方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种用于有测量的天线响应的组合合成期望的天线响应的方法和设备，以及公开了尤其适于提供所述测量值的天线阵列。这些天线阵列可以包括交叉偶极子天线和双交叉偶极子天线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及用于测井的电磁方法和工具，并且更具体地涉及用于合成天线响 应的改进的天线和方法。
技术介绍
包围井眼的地层的介电常数(或电容率)的测量值被公知为用于提供关于地层 的非常有用的信息。地球地层的不同物质的介电常数广泛地变化(例如，油的介电常数为 2. 2，石灰岩的介电常数为7. 5，而水的介电常数为80)，因此，介电特性的测量值是地层评 价的有用手段。例如，具体地层的岩性和水饱和是已知的，如果可以获得地层的介电常数， 则可以确定孔隙度。类似地，如果岩性和孔隙度是已知的，则可以通过测量地层的介电常数 获得关于含水饱和度的信息。一种改进测量地层介电常数的技术的测井设备是诸如授予Rau并转让给本受让 人的英国专利No.3，944，910(“' 910专利”)所公开的电磁波传播测井仪。此专利公开了 一种测井装置，所述测井装置包括安装在极板(pad)内的间隔开的接收器和发射器，所述 极板推靠在井壁上。微波电磁能发射到地层内，并且已经传播通过地层的能量在接收天线 处被接收。根据所接收到的信号确定在地层中传播的能量的相位移和衰减。然后可以根据 相位移和衰减测量值能够得到地层的介电常数，如果需要，还能够得到地层的电导率。天线的结构是电磁波传播测井仪的成功操作的重要方面。在相对较高的操作频率 (例如，1100MHz)下，信号衰减十分迅速。因此，重要的是具有可以将能量有效地发射到地 层内的发射天线，和具有可以有效地接收已经传播通过地层的能量的接收天线。因为介电 常数和电导率测量值的精度取决于接收到的信号的衰减和相位移的精确测量值，因此必须 使天线随时间以稳定方式工作，并且天线必须处于并保持大致平衡状态。在'910专利中，电磁波传播测井装置中的天线是背腔天线或槽形天线，所述天 线填充有介电材料并且包括探头，该探头是同轴电缆的中心导体的延伸部。还公知的是作 为“探头”的同轴电缆的中心导体横跨槽延伸，并且连接到槽的相对侧的壁。如'910专利 中所公开的，天线的探头沿平行于井眼的纵向方向的方向延伸。这种结构还被公知为“垂 射”天线阵列。授予Clark并转让给本受让人的美国专利No. 4，704，581( “‘ 581专利”) 公开了一种类似的测井装置，但是在所述测井装置中，天线具有沿垂直于井眼的纵向方向 的方向延伸的探头。这种结构被公知为“端射”天线阵列。与垂射天线阵列相比，端射天线 阵列具有较深的探测深度，并且受测井仪的间隙(例如，与泥饼的间隙)的影响较小。另一 方面，与端射天线阵列相比，垂射天线阵列具有更强的信号，并且可以优选地位于相对高损 (低电阻)的测井环境中。基于'910和'581专利的教导的测井装置的示例是由斯伦贝谢技术公司(休 斯顿，得克萨斯州)所售的商品名为EPT 的电磁波传播测井仪。被称作为可适应的 EPTtm(ADEPTtm)的类似测井仪在给定运行期间可以根据天线选择提供垂射操作或端射操 作。ADEPT 测井仪具有两组可变天线，一组是垂射天线阵列，而另一组是端射天线阵列。EPT 或ADEPT 测井仪使用背腔天线(或槽形天线)阵列。基于类似阵列的其它有关测井 仪包括授予Clark的美国专利No. 4，698，572( “‘ 572专利”)。‘572专利公开了结合槽 形天线的电磁波测井仪，与传统的背腔天线相比，所述槽形天线具有提高的特性。此专利中 公开的槽形天线包括用于提高其操作的调谐元件。此外，授予Beren等人的美国专利No. 5，434，507( “‘ 507专利”)公开了具有二 维天线阵列的电磁波测井仪。天线阵列可以包括具有以交叉结构布置的两个导体。这种天 线被公知为交叉偶极子天线。这种二维天线阵列使得可以对包围井眼的地层成象。近年来，在Tabanou的并转让给本受让人的美国专利申请出版物 No. 2006/0145700 ( ‘ 700申请”)中已经公开了印刷电路天线。这些天线可以包括形成 在绝缘层上的印刷电路环形天线。这些环形天线可以被构造成模拟上述传统的槽形天线的 电流通路。这种天线具有减小的轮廓和更加柔性的结构，这使得所述天线在应力下不容易 被破坏，因此在相对恶劣的随钻测井(LWD)应用中尤其有用。虽然上述天线对于获得电磁测井信息来说已经非常可靠，但是所述信息的精度却 受限于由传统的天线产生的混合模式响应。不同天线设计具有不同的辐射特征，所述辐射 特征对特定地层测量可能有益或不利。在介电测井和电阻率测井中，例如，理想的是对存在 于天线阵列与地层之间的间隙层(即，泥饼)具有高垂向分辨率和低灵敏度。具有纯横向 电场(TE)辐射模式的天线对于间隙抗扰性是理想的，而具有纯横向磁场(TM)辐射模式的 天线对于提高垂向分辨率是理想的。然而，当前，对于实现纯TE模式或纯TM模式的井下应 用来说没有实际的天线设计。端射天线阵列主要但不是完全具有TE响应，而垂射天线阵主 要但不是完全具有TM响应。总之，任意天线响应可以被分解成TE响应和TM响应的混合。因此，期望的是具有一种由现有天线的非理想的混合响应合成纯TE响应和纯TM 响应的方法，和具有尤其适于提供在这种合成中所使用的响应的天线阵。
技术实现思路
本专利技术涉及一种使用期望的天线阵列的合成响应确定地层特性的方法，包括以下 步骤提供第一天线阵列和第二天线阵列；从第一天线阵列发射器发射第一信号；在两个 或更多个第一天线阵列接收器处接收第一信号；组合第一天线阵列接收器的接收信号以产 生期望点处的第一天线阵列直接响应和在所述期望点处的第一天线阵列导数响应；从第二 天线阵列发射器发射第二信号；在两个或更多个第二天线阵列接收器处接收第二信号；组 合第二天线阵列接收器的接收信号以产生在期望点处的第二天线阵列直接响应和在所述 期望点处的第二天线阵列导数响应；使用第一天线阵列和第二天线阵列的直接响应和导数 响应合成期望点处期望的天线阵列的响应；以及使用合成的响应确定地层特性。本专利技术还涉及一种确定地层特性的测井仪，包括测井仪主体；第一天线阵列和 第二天线阵列，所述第一天线阵列和第二天线阵列携载在测井仪主体上，所述第一天线阵 列和所述第二天线阵列中的每一个都具有至少一个发射器和用于提供接收信号的两个或 更多个接收器；和处理器，所述处理器用于组合第一天线阵列的接收信号和第二天线阵 列的接收信号；产生第一天线阵列直接响应和第二天线阵列直接响应以及第一天线阵列导 数响应和第二天线阵列导数响应；以及合成期望的天线阵列响应，所述期望的天线阵列的 响应用于确定所述地层特性。本专利技术还涉及一种用于在测井仪中使用的天线，包括导体，所述导体中具有腔； 第一导电探头，所述第一导电探头沿第一轴线横跨腔延伸；第二导电探头和第三导电探头， 所述第二导电探头和所述第三导电探头沿垂直于第一轴线的平行轴线横跨腔延伸，其中， 导电探头中没有一个与其它导电探头中的任一个直接电接触。为了避免这种电接触，第一 导电探头或第二和第三导电探头或所有导电探头可以被切槽。附图说明为了更加全面地理解本公开的方法和设备，以下参照附图更加详细地说明实施 例，其中图1示意性地显示设置在形成在地层内的井眼中的测井仪；图2示意性地显示端射天线阵列和由所述端射天线阵列产生的垂直磁偶极子；图3示意性地显示垂射天线阵列和由所述垂射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用期望的天线阵列的合成响应确定地层特性的方法，包括以下步骤：提供第一天线阵列和第二天线阵列；从第一天线阵列发射器发射第一信号；在两个或更多个第一天线阵列接收器处接收所述第一信号；组合所述第一天线阵列接收器的接收信号以产生期望点处的第一天线阵列直接响应和在所述期望点处的第一天线阵列导数响应；从第二天线阵列发射器发射第二信号；在两个或更多个第二天线阵列接收器处接收所述第二信号；组合所述第二天线阵列接收器的接收信号以产生在所述期望点处的第二天线阵列直接响应和在所述期望点处的第二天线阵列导数响应；使用所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的直接响应和导数响应合成所述期望点处期望的天线阵列响应；以及使用合成的所述响应确定所述地层特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-12-6 11/951,414一种使用期望的天线阵列的合成响应确定地层特性的方法，包括以下步骤提供第一天线阵列和第二天线阵列；从第一天线阵列发射器发射第一信号；在两个或更多个第一天线阵列接收器处接收所述第一信号；组合所述第一天线阵列接收器的接收信号以产生期望点处的第一天线阵列直接响应和在所述期望点处的第一天线阵列导数响应；从第二天线阵列发射器发射第二信号；在两个或更多个第二天线阵列接收器处接收所述第二信号；组合所述第二天线阵列接收器的接收信号以产生在所述期望点处的第二天线阵列直接响应和在所述期望点处的第二天线阵列导数响应；使用所述第一天线阵列和所述第二天线阵列的直接响应和导数响应合成所述期望点处期望的天线阵列响应；以及使用合成的所述响应确定所述地层特性。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线阵列中的一个或多个是端射阵列、垂射 阵列、倾斜阵列、或串扰阵列。3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个所述天线阵列中的至少一个天线是电 偶极子天线或磁偶极子天线。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述使用所述第一天线阵列和所述第二天线阵 列的直接响应和导数响应合成所述期望点处期望的天线阵列的响应的步骤使用所述第一 和第二天线阵列中的一个天线阵列的直接响应和另一个天线阵列的导数响应。5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用加权差商计算所述导数响应。6.根据权利要求1的所述方法，其中，所述期望的天线阵列响应是横向电场(TE)模式 响应、横向磁场(TM)模式响应、或所述TE模式响应和所述TM模式响应的组合。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望的天线阵列与所述第一天线阵列和所 述第二天线阵列不同。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地层特性包括电阻率、介电常数、磁导率、井 壁的图像、孔隙度、流体饱和度、流体渗透率、和地层界面中的一个或多个。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供第一天线阵列和第二天线阵列的步骤 还包括提供另外的天线阵列。10.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤 执行井眼补偿。11.一种确定地层特性的测井仪，包括 测井仪主体；第一天线阵列和第二天线阵列，所述第一天线阵列和第二天线阵列携载在所述测井仪 主体上，所述第一天线阵列和所述第二天线阵列中的每一个都具有至少一个发射器和用于 提供接收信号的两个或更多个接收器；和 处理器，所述处理器用于组合所述第一天线阵列的接收信号和所述第二天线阵列的接收信号；产生第一天线阵列直接响应和第二天线阵列直接响应以及第一天...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷扎泰赫里安，塔瑞克M哈巴什，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]