使用多个天线确定全电磁耦合张量制造技术

公开了一种井下电磁测井工具，其具有沿着测井工具的纵轴间隔开的两个或多个天线组，每个天线组具有一个天线或近端定位或并置的多个天线，每个天线组具有至少一个倾斜天线，至少一个天线组除了倾斜天线之外，还具有至少一个横向或轴向天线，并且任何给定的天线组对包括至少四个天线。测井工具设置在穿透地层的井孔中，并且在旋转的同时测量工具旋转角度，从一个天线组发射电磁信号，并且利用另一个天线组接收电磁信号。使用接收的电磁信号和测量的工具旋转角来确定电磁耦合张量的元素，并且推断使用所确定的电磁耦合张量的一个或多个元素的地层的性质。

DETERMINATION OF ALL-ELECTROMAGNETIC COUPLING TENSOR USING MULTIPLE ANTENNAS

A downhole electromagnetic logging tool is disclosed, which has two or more antenna groups spaced along the longitudinal axis of the logging tool. Each antenna group has one antenna or multiple antennas positioned or juxtaposed near-end. Each antenna group has at least one tilted antenna, and at least one antenna group has at least one lateral or axial antenna in addition to the tilted antenna, and any given antenna. A set of antennas includes at least four antennas. Logging tools are set in boreholes penetrating the formation, and rotate at the same time measuring the rotation angle of tools, transmitting electromagnetic signals from one antenna group, and receiving electromagnetic signals using another antenna group. The elements of the electromagnetic coupling tensor are determined by using the received electromagnetic signal and the rotation angle of the measuring tool, and the stratigraphic properties of one or more elements using the determined electromagnetic coupling tensor are inferred.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多个天线确定全电磁耦合张量优先权要求本申请要求2016年8月15日提交的美国专利申请号15/236,682的优先权。
本公开总体上涉及井下测井工具领域，尤其涉及井下电磁测井工具。具体地，公开了使用包括设置在井孔中的多个天线的工具来确定地层的全电磁耦合张量的各种技术。
技术介绍
在烃勘探和生产领域中已知各种测井技术。这些技术使用配备有发射器的仪器或工具，这些发射器用于将能量发射到已经被井孔穿透的地下地层中。在本说明书中，地下地层中。在本说可互换使用，以指示例如电磁仪器(或工具)，电缆工具(或仪器)或随钻测井(loggingwhiledrilling)工具(或仪器)。发射的能量与周围地层相互作用以产生信号，然后由一个或多个传感器对该信号进行检测和测量。通过处理检测到的信号数据，可以生成地层性质的分布。包括电磁感应和波传播测井工具的电磁测井工具用于确定井孔周围地层的电性质。这种测井工具获得与地层的电阻率(或其倒数，电导率)有关的测量值，当被解释时，允许人们推断地层和其中的流体的各种岩石物理性质。电磁感应电阻率测井的物理原理是众所周知的。电磁测井工具使用发射器和接收器天线。在一些实施例中，这种天线可以用作发射器和/或接收器。本领域技术人员将理解，天线可以在一个瞬间用作发射器而在另一个瞬间用作接收器。还应当理解，由于互易(reciprocity)原理，这里公开的发射器-接收器配置是可互换的，即“发射器”可以用作“接收器”，反之亦然。常规的电磁测井工具采用磁偶极矩基本上沿着工具的纵向轴线的轴向发射器和接收器天线。这些工具没有方位角敏感性。在大角度或水平井中，利用轴向天线获得的测量结果不包含关于地层方向性的信息，该信息允许区分井孔是否接近例如从上方或下方的导电层。例如，这种信息用于井位应用中。已经公开了一种测井工具，其包括一个或多个天线，这些天线具有相对于工具轴倾斜或横向的磁偶极矩，例如在美国专利号5,508,616、美国专利号6,163,155，美国专利号6,476,609，美国专利号7,656,160，美国专利号8,466,683、美国专利号7,755,361、美国专利公开号20140292340、以及美国专利号9,389,332中所描述的那些天线。这种测井工具能够提供包含关于地层方向性的信息的定向测量。它进一步提供了用于各种地层评估应用的更多信息。例如，在美国专利号7,656,160、美国专利号7,755,361和美国专利号8,466,683中，提出了使用具有三个倾斜的发射器(接收器)线圈和倾斜的接收器(发射器)线圈的测井工具的方法来确定电磁场耦合的全张量，该电磁场耦合的全张量又用于确定地下地层性质。“倾斜的”发射器和接收器线圈的磁矩具有沿z轴即工具旋转轴的非零分量，但不完全与z轴对齐。为了说明，在图1A和图1B中示出来自美国专利号7,755,361的两个实施例。图1A示出了两个倾斜的发射器104,108和两个倾斜的接收器106,110，而图1B示出了一个倾斜的发射器104和三个倾斜的接收器106,110,112。
技术实现思路
公开了一种井下电磁测井工具，其具有沿着测井工具的纵轴间隔开的两个或多个天线组，每个天线组具有一个天线或近端定位或并置的多个天线，每个天线组具有偶极矩相对于测井工具的纵向轴线倾斜的至少一个倾斜天线，至少一个天线组除了偶极矩相对于测井工具的纵向轴线倾斜的至少一个天线之外，还具有偶极矩相对于测井工具的纵向轴线横向或轴向的至少一个天线，并且任何给定的天线组对包括至少四个天线。测井工具设置在穿透地层的井孔中，并且在旋转的同时测量工具旋转角度，从一个天线组发射电磁信号，并且利用另一个天线组接收电磁信号。使用接收的电磁信号和测量的工具旋转角来确定电磁耦合张量的一些或全部元素，并且使用所确定的电磁耦合张量的一个或多个元素来确定地层的性质(properties)。提供本
技术实现思路
是为了介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本
技术实现思路
不旨在识别所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述中最好地理解本专利技术。需要强调的是，根据工业上的标准实践，各种特征未按比例绘制。实际上，为了清楚讨论，可以任意增加或减少各种特征的尺寸。参考以下附图描述确定的实施例。在整个附图中通常使用相同的数字来引用相同的特征和组件。参考以下附图描述确定电磁(EM)张量的所有九个元素的系统和方法的实施例。图1A是具有两个倾斜发射器和两个倾斜接收器的现有技术电磁测井工具的示意图。图1B是具有一个倾斜发射器和三个倾斜接收器的现有技术电磁测井工具的示意图。图2A是根据本公开的具有两个倾斜发射器、一个轴向发射器和一个倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图2B是图2A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图3A是根据本公开的具有两个倾斜发射器、一个轴向接收器和一个倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图3B是图3A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图4A是根据本公开的具有倾斜发射器、横向发射器、轴向发射器和倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图4B是图4A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图5A是根据本公开的具有倾斜发射器、横向发射器、倾斜接收器和轴向接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图5B是图5A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图6A是根据本公开的具有倾斜发射器、横向发射器和两个倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图6B是图6A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图7A是根据本公开的具有倾斜发射器、横向发射器、倾斜接收器和横向接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图7B是图7A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器、倾斜接收器和横向接收器的磁矩之间的相对方位角。图8A是根据本公开的具有两个倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图8B是图8A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图9A是根据本公开的具有倾斜发射器、两个横向发射器和倾斜接收器的电磁测井工具的一个实施例的示意图。图9B是图9A的实施例的端视图，其示出了根据本公开的倾斜发射器、横向发射器和倾斜接收器的磁矩之间的相对方位角。图10A示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。图10B示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。图10C示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。图10D示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。图10E示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。图10F示出了根据本公开的可用于确定电磁耦合张量的流程图的一部分。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：提供井下电磁测井工具，所述测井工具具有沿着所述测井工具的纵向轴线间隔开的两个或多个天线组，每个天线组具有一个天线或者近端定位或并置的多个天线，每个天线组具有至少一个具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的天线，至少一个天线组除了具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的至少一个天线之外，还具有：具有相对于所述测井工具的纵向轴线横向或轴向的偶极矩的至少一个天线，并且任何给定的天线组对包括至少四个天线；将所述测井工具布置在穿透地层的井孔中；旋转所述测井工具；在旋转所述测井工具的同时，测量工具旋转角度；在旋转所述测井工具的同时，从一个天线组发射电磁信号；在旋转所述测井工具的同时，利用另一个天线组接收电磁信号；使用接收到的电磁信号和测量的工具旋转角度，确定电磁耦合张量的一些或所有元素；以及使用所确定的电磁耦合张量的一个或多个元素来推断地层的性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.15 US 15/236,6821.一种方法，包括：提供井下电磁测井工具，所述测井工具具有沿着所述测井工具的纵向轴线间隔开的两个或多个天线组，每个天线组具有一个天线或者近端定位或并置的多个天线，每个天线组具有至少一个具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的天线，至少一个天线组除了具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的至少一个天线之外，还具有：具有相对于所述测井工具的纵向轴线横向或轴向的偶极矩的至少一个天线，并且任何给定的天线组对包括至少四个天线；将所述测井工具布置在穿透地层的井孔中；旋转所述测井工具；在旋转所述测井工具的同时，测量工具旋转角度；在旋转所述测井工具的同时，从一个天线组发射电磁信号；在旋转所述测井工具的同时，利用另一个天线组接收电磁信号；使用接收到的电磁信号和测量的工具旋转角度，确定电磁耦合张量的一些或所有元素；以及使用所确定的电磁耦合张量的一个或多个元素来推断地层的性质。2.根据权利要求1所述的方法，其中一个天线组位于发射器子站中，并且另一个天线组位于接收器子站中。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线组中的一个天线组中的多个天线中的至少两个被并置。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述天线组中的至少两个能够以互易方式操作。5.根据权利要求1所述的方法，其中确定电磁耦合张量的一些或所有元素包括：使用由第一发送器/接收器天线对发送和接收的电磁信号，来确定在特定的天线组对内，所述第一发射器/接收器天线对的第0、第1和第2谐波系数中的一个或多个；使用由第二发射器/接收器天线对发送和接收的电磁信号，来确定在所述特定的天线组对内，所述第二发射器/接收器天线对的第0、第1和第2谐波系数中的一个或多个；使用由第三发射器/接收器天线对发送和接收的电磁信号，来确定在所述特定的天线组对内，所述第三发射器/接收器天线对的第0、第1和第2谐波系数中的一个或多个；使用所确定的谐波系数，来确定特定耦合张量元素的一个或多个线性组合；使用所确定的特定耦合张量元素的一个或多个线性组合，来确定一个或多个相对增益；以及使用所确定的谐波系数和所确定的相对增益中的一个或多个相对增益，来确定其他特定耦合张量元素。6.根据权利要求5所述的方法，其中权利要求5的三个发射器/接收器天线对中的至少一个包括倾斜天线，并且权利要求5的三个发射器/接收器天线对中的至少一个包括横向或轴向天线。7.根据权利要求1所述的方法，还包括使用所推断的性质来进行地质导向决策或执行地层评估。8.一种装置，包括：沿着电磁测井工具的纵向轴线间隔开的两个或多个天线组，所述电磁测井工具布置在穿透地层的井孔中，每个天线组具有一个天线或者近端定位或并置的多个天线，每个天线组具有至少一个具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的天线，至少一个天线组除了具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩的至少一个天线之外，还具有：具有相对于所述测井工具的纵向轴线横向或轴向的偶极矩的至少一个天线，并且任何给定的天线组对包括至少四个天线；测井工具旋转角度测量设备；以及处理器，所述处理器能够：控制电磁能量从至少一个天线组的传输；控制通过至少一个其他天线组对于电磁能量的接收；控制通过工具旋转角度测量设备对于工具旋转角度的测量；确定电磁耦合张量的一些或全部元素；以及使用所述电磁耦合张量的元素来推断所述地层的性质。9.根据权利要求8所述的装置，其中一个天线组位于发射器子站中，并且另一个天线组位于接收器子站中。10.根据权利要求8所述的装置，所述处理器进一步能够使用所推断的性质来进行地质导向决策或执行地层评估。11.根据权利要求8所述的装置，其中：所述天线组中的一个天线组具有两个倾斜天线和轴向天线，所述倾斜天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩，所述轴向天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线轴向的偶极矩；所述天线组中的另一个天线组具有倾斜天线，所述倾斜天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩；并且其中包含倾斜天线的偶极矩和所述纵轴的平面都不平行。12.根据权利要求8所述的装置，其中：所述天线组中的一个天线组具有两个倾斜天线，所述倾斜天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩；所述天线组中的另一个天线组具有倾斜天线和轴向天线，所述倾斜天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线倾斜的偶极矩，所述轴向天线具有相对于所述测井工具的纵向轴线轴向的偶极矩；并且其中包含倾斜天线的偶极矩和所述纵向轴向的平面都不共面。13.根据权利要求8所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，
申请(专利权)人：奥力登科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US