一种组合式传播和横向电阻率井下仪器制造技术

一种具有感应／传播天线和横向电阻率天线的组合式电阻率测井仪器，其中所述的天线设置在井下管子的凹槽内，其中横向电阻率天线具有设置在凹槽内的绝缘基层；设置在绝缘基层上的环形天线；以及设置在凹槽上的防护罩。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及地下勘探和开发领域，尤其是，本专利技术涉及测量 井眼所穿过地层电阻率性质的方法和装置。
技术介绍
电阻率测井仪器被用来测量井眼周围地层的电阻率已经好多年 了。通常，电阻率测量是在井眼完钻之后将电缆传输测井装置下入井 眼而进行的。然而，电缆测量必须具有钻井时间与进行测量时间之间 的延迟。 一种较好的方法是在钻井的同时进行这样的测量，以便如果 需要可采取正确的措施。例如，如果实时可用的井眼信息可用于调整 泥浆重量以避免伤害地层和提高井的稳定性。此外，实时地层测井数 据可用于使钻头直接指向所需的方位(即地质导向)。另一方面，如 果在延迟之后进行测量，钻井液("泥浆，，)可侵入地层并改变井眼 区域附近的性质。由于这些原因，随钻测井(LWD)和随钻测量(MWD) 技术发展起来。在本公开中，LWD将用于既包括LWD技术也包括MWD 技术。图U示出了布置于井眼内典型的LWD系统。钻柱1悬挂在井眼 3内，其底端连接有钻头5。钻柱1和其连接的钻头5在下井时由转 盘9带动旋转，这使得钻头5得以穿透地层11。在钻头5钻穿地层 11时，泥浆被向下泵入并穿过钻柱1的中心孔以润滑钻头5及将岩 屑从井底经过井眼3和泥浆管线13携至地面。在钻头5的后面为LWD 钻铤15部分，其可包括一系列的电阻率传感器15a或本领域所公知 的任何其他类型的传感器。可以理解，在本公开中所用的"传感器" 包括天线、螺线管以及电极(其可用作发射器和/或接收器)。电阻 率传感器15a在钻头5钻穿地层11时测量地层11的电阻率，从而在 泥浆侵入地层11之前进行测量。通常，有两种类型的测量地层横向电阻率的LWD仪器和感应或传播仪器。这些仪器中的每一种取决于电石兹(EM)测量原理。传播型的仪器向地层发射高频电场，以通过测量接收器内感应出的电压或测量 一对接收器之间或发射器与接收器之间的差值响应来确定井眼和地 层响应。例如，对于传播仪器来说，输入信号的相位和振幅可相对于 用于激励接收器的信号的相位和振幅在多个接收器的每一个接收器 处进行测量。感应型接收器产生感生出电流以在地层内流动的磁场。 这些电流产生第二磁场，其作为设置在距发射器天线一定距离处的接 收器天线内感应电压而被测量。感应和传播仪器在使用包括绝缘泥浆中工作Sk:。常用的感应和传;番;义器不用于解决井眼周围的电阻率变化。常规的感应或传播仪器使用线绕线圏或螺线管作为发射器和接 收器天线。通过在仪器本体周围缠绕线圏并使其封装在绝缘填料内， 然后用橡胶密封整个组件，从而使该天线设置在所述仪器上。虽然感 应仪器和传播仪器一般以不同的频率工作，并且在某些情况下可用于 探测不同的地下性质(如使用传播仪器探测地层的介电性能)，但是 在大多数的情况下，它们以相似的方式用来测量地层电阻率。因而， 此处对感应仪器的任何参考可理解为可与传播仪器进行互换，反之亦然。横向仪器通常使用一个或多个天线或者电极向地层发射低频横 向磁场以通过测量流过地层到达接收器的电流来确定井眼和地层响 应。这一技术在利用如水基泥浆的传导性泥浆而钻出的相对有阻地层 中工作得最好。横向电阻率仪器在井眼周围地层电阻率测量中一般响 应于方^立的变^f匕。为了向地层发生横向磁场，横向仪器一般使用环形发射器，其是 通过在环形导磁芯体(环形芯体)周围缠绕导线而制成的。为了探测 地层中流动的电流，横向仪器使用电极(如环形电极或者钮扣电极)接收器或环形接收器。在常规的LWD仪器中，环形发射器或接收器通 常固定在套筒内，该套筒在组装的最后阶段被滑到钻铤上。图1B示出了典型的横向电阻率仪器。如图所示，所述的仪器具 有两个设置在钻铤15内的发射器Tl和T2。两个监控天线MQ和M2 也包括在其内。发射器(电流发生器)天线Tl和T2及监控天线M0和M2被示为环形线圈，其将在下面被详细描述。电阻率仪器也可包 ^括其他电才及接收器，如环形电才及R和钮扣电极B、 B'。环形电才及R和 钮扣电极B、 B'为设置在钻铤15上的导电电极，但是它们通过绝缘材 料而与钻铤15电隔离。环形电极R为设置在钻铤15周围的导电金属 带。环形电极R通常测量方位平均电流。另一方面，钮扣电极B和 B'通常设置在所述仪器的一侧。钮扣电极B和B'能够进行方位测量和 高分辨率成像。如上所述，感应/传播传感器在利用包括油基泥浆的有阻泥浆而 钻的相对低电阻率(或导电)地层中工作得最好。然而，这些仪器通 常不用于利用井眼周围的方位敏感性来解决电阻率变化。横向仪器更 适于利用导电泥浆来钻有阻地层，并且使用钮扣电极的横向测量一般 对方位变化敏感。由于横向和感应/传播装置在特定的环境中工作得特别好，所以 它们互有优势。然而，司钻由于缺乏必要的信息而难以做出对于特定 井所用仪器类型的正确选择,因此，不同类型的测井仪器常常在一次 测井过程中组合在一起使用。在电缆测井操作中，横向仪器常常与感 应仪器同时使用，以提供浅层探测并更好确认受到导电泥浆侵入的区 域。将这些仪器分别下井在操作上效率不高，在成本上也不合算。此 外，当需要确定泥侵前地层的电阻率时，分别进行测井可产生较差的 精度。由于相对于地层层段和几何形状的测量信号通道从一个测井通 道变到另一通道，也会产生精度不高。因此，在一个仪器内或系统内 为多模式电阻率测量提供不同类型的源/或传感器是理想的。在 一 个仪器内使用两种类型的传感器的电阻率测井的示例在授 权给SincUir等的美国专利US5， 428， 293中已有披露。这一专利中 所描述的测井方法使用低频和高频传感器在多个探测深度进行测量 以检测泥浆的侵入。虽然这些方法建议在同 一 钻铤内使用具有低频和 高频的传感器的仪器，但是并没有详细地披露所迷仪器构造的信息。在设计用于LWD仪器的任意传感器时，在钻井操作期间承受侵蚀 和恶劣环境的防护罩是必要的。因为横向和传播电阻率传感器在不同 的EM测量原理下工作，所以它们具有不同的防护需求。具有置在钻 铤壁中凹槽内的传播电阻率天线和配有防护罩的LWD仪器在本领域 是公知的。传播仪器的构造在授权给Clark等人的美国专利US5， 594， 34 3中进行了详细的描迷。图2A示出了为传播电阻率测量而设置的典型钻铤21的剖面。钻 铤21具有环绕暴露于某一所需深度的钻铤的凹槽29。传播电阻率传 感器25设置在凹槽29内。钻铤21具有设置在其内的内套筒或壳26 从而形成包围电子模块22的空隙。模块22通过穿过钻铤21的壁的 通孔28的电连接27连接到传感器25上。传感器25封装在凹槽29 (如具有玻璃纤维填充物20)内并覆盖有橡胶过成型件(rubber overmolding )19。防护罩2 3附着在凹槽2 9上的过成型件19的外部， 用来防止传感器25在钻井期间受到伤害。钻铤21还可设置有增加传 感器保护的磨损带38。如图2B所示，防护罩23具有多个纵向狭槽 24，狭槽24内装有本领域所公知的绝缘材料。横向电阻率传感器(如环形天线)在地层内感应出磁场。图 示出了常规的横向电阻率传感器，其在Bonner等的"A New Generation of Electrode Resistivity Measurement for Formation Evaluation本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻率测井仪器，其包括：　设置在细长管子上的传播或感应电阻率天线，所述管子具有纵向轴线并适于地下布置；　设置在所述细长管子的凹槽内的横向电阻率传感器；　设置在所述管子上且环绕所述管子的防护罩以覆盖所述凹槽和所述横向电阻 率传感器；以及　包括环形间隔的绝缘机构，所述环形间隔环绕所述管子连续地延伸，以防止电流在所述防护罩内在所述横向电阻率传感器附近沿平行于所述管子的纵向轴线方向流动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA弗雷德特，JS哈尔，MT弗里，D迪安，
申请(专利权)人：施卢默格海外有限公司，
类型：发明
国别省市：PA[巴拿马]