[发明专利]用于对地层进行电磁测井的方法和设备

说明书

本申请是申请号为200880119215.8、申请日为2008年12月3日、发明名称为轮转印刷机印刷机组中的组合装置的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开总体涉及用于测井的电磁方法和工具，并且更具体地涉及用于合成天线响应的改进的天线和方法。

背景技术

包围井眼的地层的介电常数(或电容率)的测量值被公知为用于提供关于地层的非常有用的信息。地球地层的不同物质的介电常数广泛地变化(例如，油的介电常数为2.2，石灰岩的介电常数为7.5，而水的介电常数为80)，因此，介电特性的测量值是地层评价的有用手段。例如，具体地层的岩性和水饱和是已知的，如果可以获得地层的介电常数，则可以确定孔隙度。类似地，如果岩性和孔隙度是已知的，则可以通过测量地层的介电常数获得关于含水饱和度的信息。

一种改进测量地层介电常数的技术的测井设备是诸如授予Rau并转让给本受让人的英国专利No.3,944,910(“′910专利”)所公开的电磁波传播测井仪。此专利公开了一种测井装置，所述测井装置包括安装在极板(pad)内的间隔开的接收器和发射器，所述极板推靠在井壁上。微波电磁能发射到地层内，并且已经传播通过地层的能量在接收天线处被接收。根据所接收到的信号确定在地层中传播的能量的相位移和衰减。然后可以根据相位移和衰减测量值能够得到地层的介电常数，如果需要，还能够得到地层的电导率。

天线的结构是电磁波传播测井仪的成功操作的重要方面。在相对较高的操作频率(例如，1100MHz)下，信号衰减十分迅速。因此，重要的是具有可以将能量有效地发射到地层内的发射天线，和具有可以有效地接收已经传播通过地层的能量的接收天线。因为介电常数和电导率测量值的精度取决于接收到的信号的衰减和相位移的精确测量值，因此必须使天线随时间以稳定方式工作，并且天线必须处于并保持大致平衡状态。

在′910专利中，电磁波传播测井装置中的天线是背腔天线或槽形天线，所述天线填充有介电材料并且包括探头，该探头是同轴电缆的中心导体的延伸部。还公知的是作为“探头”的同轴电缆的中心导体横跨槽延伸，并且连接到槽的相对侧的壁。如′910专利中所公开的，天线的探头沿平行于井眼的纵向方向的方向延伸。这种结构还被公知为“垂射”天线阵列。授予Clark并转让给本受让人的美国专利No.4,704,581(“′581专利”)公开了一种类似的测井装置，但是在所述测井装置中，天线具有沿垂直于井眼的纵向方向的方向延伸的探头。这种结构被公知为“端射”天线阵列。与垂射天线阵列相比，端射天线阵列具有较深的探测深度，并且受测井仪的间隙(例如，与泥饼的间隙)的影响较小。另一方面，与端射天线阵列相比，垂射天线阵列具有更强的信号，并且可以优选地位于相对高损(低电阻)的测井环境中。

基于′910和′581专利的教导的测井装置的示例是由斯伦贝谢技术公司(休斯顿，得克萨斯州)所售的商品名为EPT^TM的电磁波传播测井仪。被称作为可适应的EPT^TM(ADEPT ^TM)的类似测井仪在给定运行期间可以根据天线选择提供垂射操作或端射操作。ADEPT^TM测井仪具有两组可变天线，一组是垂射天线阵列，而另一组是端射天线阵列。EPT^TM或ADEPT^TM测井仪使用背腔天线(或槽形天线)阵列。基于类似阵列的其它有关测井仪包括授予Clark的美国专利No.4,698,572(“′572专利”)。′572专利公开了结合槽形天线的电磁波测井仪，与传统的背腔天线相比，所述槽形天线具有提高的特性。此专利中公开的槽形天线包括用于提高其操作的调谐元件。

此外，授予Beren等人的美国专利No.5,434,507(“′507专利”)公开了具有二维天线阵列的电磁波测井仪。天线阵列可以包括具有以交叉结构布置的两个导体。这种天线被公知为交叉偶极子天线。这种二维天线阵列使得可以对包围井眼的地层成象。

近年来，在Tabanou的并转让给本受让人的美国专利申请出版物No.2006/0145700(“′700申请”)中已经公开了印刷电路天线。这些天线可以包括形成在绝缘层上的印刷电路环形天线。这些环形天线可以被构造成模拟上述传统的槽形天线的电流通路。这种天线具有减小的轮廓和更加柔性的结构，这使得所述天线在应力下不容易被破坏，因此在相对恶劣的随钻测井(LWD)应用中尤其有用。