地下层成像的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括：具有一内表面和一外表面以压向所述钻孔的壁的一垫片；安装在所述垫片的外表面上的一组测量电极，在所述测量电极之间测量电势差以提供表示所述地层的电阻率的被测点；一源电极和一返回电极用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极和所述返回电极之间。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大致涉及一种对地下层(earth formation)的成像。具体地，本专利技术涉及一种设置于被按压到地层壁上的垫片(pad)上以勘察矿井周围的电压电极矩阵的改良布置，并涉及一种使用所述垫片对地下层成像的方法。
技术介绍
为勘探烃矿床，特别需要准确识别钻孔中不同深度处的地质层的性质。这些性质中很多在结构上非常微小，例如在分层、非均匀成分、孔隙特性、裂缝等上。例如，裂缝的取向、密度和长度对储集岩的动态特性起到重要作用。根据用于钻井的泥浆的类型，采用两种类型的测量技术。其中，涉及在导电性泥浆中测量的技术如美国专利US 4,567,759所公开。涉及在非导电性泥浆中测量的其它技术如美国专利US 6,191,588所公开。用于勘察地层导电性的工具采用形成电压电极而非电流电极的非导电性垫片和按钮，如US 4,468,623所述。电流注入电极偏离垫片设置，或更优选地，直接位于其端部。但无论哪种，两个注入部分都配置成电流大致与垫片平行地通过地层且因此优选与地层边界大致垂直地流动。这样，两按钮间电势差与面对该按钮的材料的电阻率成比例。如该专利记载，事实上，电流大致垂直于地层边界的流动被认为是一种理想状态。因此，提供单电流源和单电流回路的简化的非导电性垫片就足够了。但是，实际上这样的一维电流不能保证电流总是大致垂直于层边界流动。层边界例如在斜井或水平井中可能会与电流平行地对准。该情况下，流过不同层的电流不会相等，并且由层边界相对侧上的两对电极测得的电压差将无意义。而且，我们知道在地下层中会出现高阻抗夹层(streak)，如果这样的夹层位于电流源和电流回路之间，则不会有电流场产生，也不会检测到电压。美国专利US 6,191,588提出提供一种具有一对不平行的电流源和电路回路的工具，以在两个方向上测量电压降并进行矢量分析。该技术也与将电极布置成具有偏移行的矩阵的布置相合。在第一例中，建议配置成两行，在第二实施例中，配置成三行。但是，为得到良好的分辨率和信噪比，电极按钮的尺寸和间距是重要的。尤其是，为得到良好分辨率，需要接近地间隔配置按钮，而为得到良好的空间带宽，又需要所占面积小。因此，US 6,191,588中给出的方案是不能完全令人满意的。首先，考虑到电极的垂直封装(packing)，该文件中两行的布置会导致较差的垂直分辨率。其次，三行的配置结构垂直分辨率更差并且还需要大量电极，而由于每个按钮都需连接到各自的高阻抗缓冲放大器，这种配置更尤为难以实现。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于在非导电性泥浆井中进行地下层成像的装置及方法，既能提高测量的分辨率，又易于实现。为此，本专利技术提出一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括-具有一内表面和一外表面且用于压向所述钻孔的壁的一垫片；-安装在所述垫片的外表面上的一组测量电极，在所述测量电极之间测量电势差，以提供表示所述地层的电阻率的被测点；-一源电极和一返回电极，两者用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极与所述返回电极之间；根据本专利技术，所述一组测量电极包括大致水平的两行电极，所述两行电极彼此水平偏移，使得在所述测量电极之间测得的电势差既表示地层内每个被测点上的总电场的垂直分量，又表示它的水平分量。由此本专利技术的装置提供一种非常令人满意的一组测量电极的配置，该配置便于在垫片上实现且能获得地层的更好的图像分辨率。在本专利技术的装置的第一实施例中，每个被测点位于由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个属于同一行，而另一个属于另一行测量电极。该实施例显著减少测量电极的数目。实际上，它只用n+2个测量电极提供n个被测点，同时进行n+1个电势差测量。由此，测量电极的数目与n个被测点至少需要2n个测量电极的已知先有技术相比大幅度减少。在根据本专利技术的装置的第二实施例中，每个被测点位于每个测量电极所在的位置，或者每个被测点面对每个测量电极并从所述测量电极垂直偏移所述两行之间垂直偏移的一半。该实施例显著提高垂直分量的水平分辨率。在本专利技术的装置的第三优选实施例中，被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻电极的每条线的中点。如第一实施例，由于每个测量电极用于确定两个被测点，所需测量电极的数目大幅度减少。鉴于在这种情况下电场的垂直与水平分量是在同一点获得而不需要相对彼此进行深度移位，被测点的该位置也是非常令人满意的。在根据本专利技术的装置的一例中，所述垫片由非导电性材料制成。在另一例中，所述垫片还包括布置在源电极与测量电极之间以及测量电极与返回电极之间的屏蔽装置，所述屏蔽装置与垫片的外表面齐平或大致齐平。在这种情况下，所述垫片由导电性材料制成，垫片自身可组成屏蔽装置。优选地，本专利技术的装置包括耦接到所述一组测量电极的电压测量装置，用于测量所述测量电极之间的所述电势差。本专利技术的装置还包括耦接到所述一组测量电极的信号处理装置，用于根据由所述电压测量装置测得的电势差产生钻孔壁的电阻率图像。在这种情况中，每个被测点构成钻孔壁的电阻率图像的一个像素。本专利技术的另一个目的是提供一种用于勘察地质层中的填充有非导电性泥浆的钻孔所经过的钻孔的壁的方法，所述方法包括-将一垫片压向所述钻孔壁，所述垫片包括一电流电极与一返回电极；-在所述电流电极与所述返回电极之间施加一电势，产生一电流经由所述电流电极与所述返回电极流入到地层内；-测量电流电极与返回电极之间位于垫片的外表面上的测量电极之间的电势差；-由所述电势差提供表示钻孔壁电阻率的一组被测点；根据本专利技术，该方法还包括在大致水平并且彼此水平偏移的两行上布置所述测量电极；从所述电势差推算每个被测点处地层内电场的垂直分量与水平分量；以及将所述垂直与水平分量相加，以提供地层内每个被测点上的总电场。在第一实施例中，每个被测点位于由三个相邻测量电极组成的单元组构成的三角形的垂直中线的中点，所述三个测量电极中的两个属于同一行，而另一个属于另一行测量电极。在这种情况中，该方法优选包括这些步骤计算在由三个相邻测量电极组成的每个单元组中产生的电场的水平和垂直分量；将所述电场的水平分量深度移位到垂直分量的水平；将所述两个分量矢量相加，以获得所述三个相邻测量电极组成的每个单元组内的总电场。在第二实施例中，该方法进一步包括在第一测量深度d测量两行测量电极相对一基准的电势；在第二和第三测量深度重复所述两行测量电极电势的测量，所述第二和第三深度分别与第一测量深度间距成d+dy和d-dy，其中dy对应于两行测量电极之间的垂直偏移；组合在三个测量深度上的所述电极电势，以提供一组虚拟的测量电极，其中第一行的每个电极面向第二行的一电极；以及在所述一组虚拟的测量电极的电极之间测量电势差，以提供所述一组被测点。在本专利技术的方法的第三实施例中，所述被测点位于连接一行的测量电极与另一行的相邻测量电极的每条线的中点。在这种情况中，该方法还包括这些步骤测量第一对相邻测量电极与第二对相邻测量电极之间的电势差，其中所有所述测量电极都是不同的电极，并且每一对由属于一行的测量电极与属于另一行的测量电极组成；以及对所述两个电势差插值，以获得在一对虚拟的相邻测量电极之间计算的第三计算电势差，每个所述虚拟的相邻测量电极位于连接来自位于同一行的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于勘察填充有非导电性泥浆的钻孔的壁的装置，所述装置包括：　　　　－垫片，所述垫片具有内表面和外表面且用于压向所述钻孔的壁；　　　　－一组测量电极，所述测量电极安装在所述垫片的外表面上，在所述测量电极间测量电势差，用于提供表示地层电阻率的被测点；　　　　－源电极和返回电极，两者用于向所述地层内注入电流，所述一组测量电极位于所述源电极与所述返回电极之间；　　　　其特征在于，所述一组测量电极包括大致水平的两行电极，所述两行电极彼此水平偏移，使得在所述测量电极间测得的电势差既表示地层内每个被测点上的总电场的垂直分量，又表示它的水平分量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普切昂，安德鲁海曼，丹尼斯皮特曼，理查德布洛曼坎普，
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]