[发明专利]用于测量钻孔泥浆电阻率的方法和设备

说明书

技术领域

本文中公开的本主题的实施例大体涉及用于测量诸如钻孔泥浆的流体的电阻率的方法和系统。

背景技术

在过去的年月里，随着化石燃料价格的增加，开发新生产油田的利益大幅增加。在钻机上，从泥浆池通过钻柱泵送泥浆，从钻柱上，泥浆从钻头上的喷嘴喷出，在该过程中清洁且冷却钻头。携带粉碎或切碎的岩石的泥浆通过在钻柱与钻进的钻孔侧部或钻孔的套管之间的环形空间向上带回到表面。在表面处，泥浆被过滤并回到泥浆池。

为了测量所钻进的地质构造的电特性，要求钻孔中流体(即，泥浆)的电阻率的准确知识，以从电流、电感或其它测量技术中移除其影响。

常规地，使用放置于钻柱(即，钻进钻孔时建置的分段的管路)中的工具来测量泥浆电阻率。当泥浆经过该工具的开口端测量管时得到泥浆电阻率的瞬时值。使用低频交流电流和四个电极(两个外部电流电极和两个中央电压电极)来执行使用常规工具的泥浆电阻率测量。根据欧姆定律，在两个中央电压电极之间测量的电压与经过其的电流的比率得到电阻率R，其为经过中央电压电极之间的测量管的流体的属性。使用电阻率R和该工具的已知几何特性(诸如，在中央电压电极之间的距离和流体通过的并垂直于电流方向的测量管的面积)来计算泥浆电阻率。

上文所述的常规测量的一个问题在于使用不准确的电流值来获得电阻率R。实际上，由外部电流电极注入的电流分成在测量管内的电流电极之间流动的一部分，和在电流电极之间通过测量管外侧的钻孔中的泥浆流动的一部分。因此，注入的电流中的一些从测量电极转移开，从而在测量中引入不确定性和可变性。

尝试了具有形形色色的结果的对该问题的一些解决方案，所尝试的解决方案受到额外误差影响。在一个尝试的解决方案中，处于零(接地)电位的至少一个‘屏蔽’电极作为对四个电极的补充、在四个电极的外侧沿流体和电流方向放置，以迫使在电路上在测量管外侧通过该钻孔的电位差为零，从而迫使所有电流流过测量管。这种方法的缺点在于它要求平行控制环路来正确地维持在(多个)屏蔽电极上的电压。

在另一尝试解决方案中，测量电流分流成两个等效路径，该两个等效路径返回放置于测量管中点的电极。因此，执行两个单独的测量且忽略仍流出到钻孔内的任何其它电流，因为其并不通过测量设备返回。这个技术提供两个同步的结果，而不解决结果中的哪一个更正确的难题。

上述尝试的解决方案都没有正确地且决定性地解决在测量管外侧流动的电流的问题。因此，将要求提供克服上述问题和缺陷的系统和方法。

发明内容

根据示范性实施例，流体电阻率测量设备包括流体柱限定结构、两个电流注入电极、电压测量电极和两个额外电极。流体柱限定结构配置为允许其电阻率待测量的流体填充流体柱限定结构内的流体柱。两个电流注入电极安置于流体柱限定结构内沿纵向的不同位置处。两个电流注入电极配置为将已知电流注入流体柱内。电压测量电极沿纵向的不同测量位置处位于两个电流注入电极的位置之间安置于流体柱限定结构内。电压测量电极配置为测量横跨至少一个测量柱的电压，测量柱为流体柱的一部分。两个额外电极沿纵向位于两个电流注入电极的位置的外侧安置于流体柱限定结构内。两个额外电极电连接到彼此以具有相同电位。

根据另一示范性实施例，制造流体电阻率测量设备的方法包括将两个额外电极沿纵向安装于流体柱限定结构内，两个额外电极电连接到彼此以具有相同电位。该方法还包括：将两个电流注入电极沿纵向在额外电极之间安装于流体柱限定结构内和将测量电极沿纵向在两个电流注入电极之间安装于流体柱限定结构内。

根据另一示范性实施例，测量流体电阻率的方法包括：(i)沿纵向在不同的电流注入位置处将已知电流注入流体柱内；(ii)测量横跨电流注入位置之间的包括于流体柱中的至少一个测量流体柱的电压；和(iii)基于测量电压、已知电流和已知几何特性来计算流体电阻率，其中流过测量柱中的流体的电流为已知电流的一部分且基于沿纵向在电流注入位置之间的中心距离与沿纵向在位于中心距离外侧的额外电极的两个位置中的每一个与电流注入位置中相应更靠近的一个之间的距离之和之间的比率来确定。

附图说明

合并于本说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，且与说明书一起解释这些实施例。在附图中：

图1为根据示范性实施例的电阻率测量工具的示意图；

图2为根据另一示范性实施例的电阻率测量工具的示意图；