用于钻井和测井的重力技术制造技术

本发明专利技术公开一种在诸如钻井和测井等应用中使用重力的技术。该些技术提出（１）使用重力传感器阵列的重力测井；（２）使用重力测量创建的密度假剖面；（３）使用单个或多个重力传感器实施随钻重力测量（ＧＭＷＤ）；和（４）使用ＧＭＷＤ的地质向导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开一般涉及重力及其在诸如钻井和测井等应用中的使用。
技术介绍
A.地下重力背景地下重力可能开始于Airy(1856)在1826、1828、和1854年间进行的摆测，Airy通过测量各种矿井顶底间的间隔垂直梯度以设法确定地球的平均密度。von Sterneck在1883和1885年以及Rische从1871到1902年开展了类似的测量。直到20世纪30年代便携式重力仪的研制，才有可能广泛的研究地下重力。从那时起，已经在矿井中进行了重力测量以确定相邻岩石的密度，确定地球的平均密度，以及用来研究由与矿体相关的大的正密度反差引起的异常垂直梯度。20世纪50年代首次提出了用于钻井重力测井的井下重力仪的概念，高精度井下重力仪(BHGM)的研制开始于20世纪60年代。地下重力测量(例如在钻孔中或在矿井中)被用于探测异常密度构造或者侧向密度变化。通常，这些密度变化主要由地层、构造或成岩作用效应造成，所述效应导致相等重力的地下同重力等值线离开水平线。然而，解释密度变化是困难的，部分原因是密度模型不唯一——换句话说，不同的模型可以用来描述相同的密度变化。理论上，可以设计无数个密度-体积模型组合以产生相同的重力异常。但是，在许多情况下，均匀的、水平层状地层可以被假定为有用的模型，因为地层环境重力测量通常是侧向的或者接近侧向的并且在侧向上具有相对均匀的密度。在这种地区，地下重力数据可以容易地转换为精确、唯一的间隔密度剖面。在可探测的钻孔距离内，在褶皱地层、断层、不整合、侵入、或者是岩性、孔隙度或者孔隙流体(由于局部沉积或者后生沉积过程造成的)的侧向变化交叉或者发生的地区，侧向密度变化可能很有意义。在这些情况下，由于同密度面一般所知有限而且可能在形态上很复杂，所以钻孔重力资料的分析更加困难。虽然大多数其他的地球物理测井工具只能在钻孔的局部采样，但传统的BHGM测井可以为大体积的岩石采样。因此，它受到的在所有钻井中在一定程度上均涉及的钻井泥浆、流体侵入、井壁不平度、地层损害等的影响很小。BHGM测井在原地对密度和孔隙度的直接测量和对描述孔隙成分特征的能力构成了它应用于油气勘探和生产的基础。井下重力勘察已被证明有价值，至少因为(1)高的相对或绝对精度；(2)直接的密度响应；和(3)调查大体积岩层的能力。由于它对视密度测量的能力，井下重量测定也有用。传统测井工具只能深入地层的几英寸，然而钻孔重力可以采样几十到几百米的地层。使BHGM成为石油工业内很有吸引力的测井工具的一个方面是它能在离钻孔大距离的范围内探测天然气、石油和水之间的接触的能力。它也可以在多套管柱和地层损害的情况下完成这些，其中多套管柱和地层损害降低了很有竞争力的用来追踪流体饱和度的脉冲中子工具的效率，在低矿化水的条件下，也是如此。B.地下重力物理学重力勘探运用牛顿万有引力定律，Force=Gm1m2r2----(1)]]>这条定律表明，在任何两个大物体之间，存在和它们的质量成正比、和它们之间距离的平方成反比的力。因此，引力的大小随着质量的增加而增加，却随它们间距离的增大而迅速减小。比例常数G是万有引力常数。重力传感器(或重力仪)使用非常灵敏的质量平衡装置来测量作用在试验负载(通常叫检测质量)上的重力。利用牛顿第二运动定律，作用在试验负载m2上的力可以表示为Force＝m2g(2)式中g是由于重力导致试验负载受到的重力或重力加速度，方程(1)和(2)可以合并为g=Forcem2=Gm1r2----(3)]]>这样重力可以表示为每单位面积受到多少单位的力或加速度。在地球物理学中，在伽利略之后，将厘米/秒命名为“gal”。陆地、航空以及海洋重力调查通常用milli-gal或mgal的单位来记录，钻孔重力勘察通常用micro-gal或μgal给出结果。尽管重力是张量，但大多数勘探重力仪只对重力在当地铅垂线方向的垂直分量gz敏感。所以重力仪的试验负载受到的加速度为 其中如图1所示。通常，重力勘探包括岩石的空间分布，它们的密度和体积部分已知或者可被推断。因为质量＝密度×体积，我们可重新将方程(4)写为 式中ρ是密度，V是体积。因实用的目的，我们将方程(5)对整个体积积分 方程(6)计算在任意点处由任意质量造成的重力垂直分量，其中质量由密度和体积确定。这样可以利用方程(6)构建密度模型以模拟提出的地质模型和它们的重力场，从而模型可以和实际测量的重力值对比。很多商业软件包都可以完成这些。它们中的很多是基于Talwani(1965)提出的算法。若假设地球为无转动并且密度呈放射状对称分布的理想球体，半径为R，质量为M，那么，由方程(3)，地球表面的重力为g=GMR2----(7)]]>地球表面重力的自由空气梯度为∂g∂rr=R=-83πGρ‾R----(8)]]>式中ρR是地球的体积平均密度。在离地球中心半径r的地球内部任意一点处，半径为r的球体的质量由下式给出mr=4π∫0rρ(r)r2dr]]> 式中ρr是内部密度，是r的函数。用方程(7)中的M代替方程(9)中的mr，导出该点处的重力(Benfield，1937)g=4πGr2∫0rρ(r)r2dr----(10)]]>由于r和R之间的球壳的净引力为0(Ramsey，1940)。该点处的重力垂直梯度为∂g∂r=4πGr2∂∂r∫0rρ(r)r2dr+∫0r(r2)dr∂∂r4πGr2----(11)]]>缩写为∂g∂r=4πGρ‾-83πGρ‾r----(12)]]>式中ρ是半径为r的无穷薄球壳的密度， 是半径为r的球体内部的平均密度。更详细的讨论见Airy(1856)，Miller和Innes(1953)，Gutenberg(1959)，Hammer(1963)，和Beyer(1971)等。从方程(8)，我们可知方程(12)的第二项是无转动球体地球的重力自由空气垂直梯度。为了精确预测地球上任意点处的地球引力场，我们必须以最可能的精度知道并校正形状和密度分布。由于旋转，地球不是真正的球体，所以在赤道膨胀、在极地被压扁。它的形状可被近似地描述为离心率为1/297的扁球。通过用正常的自由空气梯度代替方程(12)中的第二项，可以考虑地球的旋转和大致椭圆体形状，所述正常的自由空气梯度可在作为纬度φ的函数的平均海平面处，利用基于最佳适配的重力基准模型的球体模型确定。这个标准的基准模型是由国际测地和地球物理联合会(International Union本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括地下测井设备；以及和所述地下测井设备连接的多个重力传感器，所述传感器隔开已知距离以形成重力传感器阵列。

【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：马克E安德，
申请(专利权)人：马克E安德，
类型：发明
国别省市：US[美国]