专利名称：用于在地下电磁测量系统中引导能量的装置和方法
用于在地下电磁测量系统中 引导能量的装置和方法
背景技术：
测井是用在石油和煤气工业中的已知地下测量技术的代表性例 子，用于识别和记录与地下地质地层有关的各种特性，以便可以识别 和产生位于与实钻井眼交叉的区域中的烃储备。在测井过程中寻求的 特殊地层特性包括但不限于周围岩石地层的描述性和定量评估以及 其中所包含的烃的类型和量。典型地，可辨别的烃储备的交叉区域构 成整个井眼分布的大约百分之一或更少。
在目前已知的由Houston, Texas的Baker Hughes z〉司所使用 的测井协议中，采用至少具有下列组件的测井系统用于测量地层数 据的井底测量系统(例如电阻型地层成像器)；用于存储和分析取回 的数据的计算机化地面数据获取系统；用作与井底测量系统的机械和 数据通信链路的电缆或电线；以及用于在井眼内升高和降低测量系统 的某种类型的升降机。
在一个实施例中，首先将地层成像器下降至井底，然后慢慢地回 升，在成像器降低和升高时探测附近的地质地层。该过程沿电线向地 面获取设备(例如计算机或其它处理器)提供连续的数据流。然后， 取回的数据被记录在"测井曲线"上，测井曲线将关于地层的信息显示 为深度的函数。所述数据也被以数字形式记录用于后续处理。由于单 个测量不能明确确定井底地层中烃的存在，因此通常重复执行多遍所 述过程，以便获得期望的信息。只有当认定井包含经济上值得开发的 数量的烃时，才完成并产生所述井。
在每个深度间隔寻求的数据量主要取决于其与被认为包含烃的 地层的接近度。在这个关注地带之上以及远离这个关注地带，通常只 进行最少的测量。这些测量绘制被穿透的地层，并跟踪完成和生成所
述井的进展。越接近和跨越预计的含烃地带，所述测量非常详细并且 会花上许多小时(或几天)来完成。
然而，已知的测井系统的缺点在于成像器常常不能集中在从深 处在被认定包含烃的地层内的更远、更深点获得的数据，而是同等地 考虑所有的数据，甚至从被认定不存在烃的更近、更大范围的区域获 得的数据。例如，由于成像器通常缺少引导从地层感应的电流的手段， 因此，位于被测量地层的远处、偏移区域内的数据点被认为与深处在 已知储备的范围内的点同样相关。因此，迫切需要一种在地下电磁测 量系统中引导能量的装置和方法，其中，忽略远离疑似储备的偏移数 据点，并且更好地限定更深地位于疑似储备内的数据点的空间分辨 率。
发明内容
提供一种在地下电磁测量系统中引导能量的装置，包括发送部 件，用于将电磁信号发送到地下介质内；接收部件，用于当所述电磁 信号从所述地下介质返回时，接收所述电磁信号；以及能量引导部件， 设置成与所述发送部件和所述接收部件的至少一个磁通信。
还提了一种在地下电磁测量系统中引导能量的方法，包括将 电磁信号发送到地下介质内；当所述电磁信号从所述地下介质返回 时，接收所述电磁信号；以及使用磁器件来修改所述电磁信号。
图1A示出用于在地下电磁测量系统中引导能量的装置，其中， 信号传感器包括发送器和接收器，并且其中，示出了在-XY方向上 从地质地层感应的电流的形状和位置。
图1B示出图1A所示的用于在地下电磁测量系统中引导能量的 装置，除了从地层感应的电流的形状和位置被置于-XZ方向上。
图2示出根据本发明的用于在地下电磁测量系统中引导能量的 装置，其中，从地层感应的电流被设置成与能量引导部件通信。
具体实施例方式
本发明总体上涉及一种用于在地下电磁测量系统中引导能量的 装置和方法，并且特别地(非限制性实施例)，涉及一种地下地层成 像器，用于使用被发送到相关地质地层内并从相关地质地层出来的动 态磁场，来增加在时域中记录的测量结果的空间分辨率。当朝向所述 地层发送主电磁发送场时，获得稳态磁场。在建立稳态磁场之后，电 流停止，并且在主场改变其磁状态之后，立即从地层感应电响应。根
据法拉第定律产生所述感应的电响应，法拉第定律说明线圏的磁环 境的变化将引起在线圏内感应电压。
在本发明的一个实施例中，提供一种装置，包括配有能量引导部 件的感应型发送器-接收器线團。在另一实施例中，所述能量引导部 件还包括非导电磁体。在又一实施例中，所述能量引导部件还包括直 流(DC)非导电磁体。
通过在从地层感应的瞬时电流上引导磁场，瞬时电流扩散的速率 被显著减小，并且实现了电流密度的轴向束长度的增加。由于电流密 度在比缺少能量引导部件的配置中可能的距离更长的距离上被轴向 增加，实现了地层同质的不连续性的更高垂直和方位分辨率。
例如，图1A中示出的本发明的特别而非限制性的实施例中，提 供了 一种地下测量系统，包括至少 一个发送线圏和至少 一个接收线 圏。在该特定实施例中，发送线圏和接收线圏均主要包括以共面方式 设置的感应环，使得它们的磁轴被定向成与被研究的地层垂直或者在 相关测量系统的径向上。也可以使用单个线圏(或多个线圏)来发送 和接收电信号，本领域技术人员会想到许多其它同样效果的系统配 置。
在图1A所示的实施例中，所述线圏具有大致径向形状，虽然可 以釆用许多其它形状、定向和发送接收设备而不脱离本发明的范围和 精神。例如，如果探测环境要求，发送线圏或接收线圏的任何一个(或 二者)可以以非径向方式设置，并且所述接收线圏可以由磁力计或能
够直接测量磁场而非电场变化的另 一接收设备所取代。
在一些实施例中，以下述方式将径向发送线圏设置在被探测地层附近使得作为时间t的函数感应的电流密度环的圆周关系由表达式t<t2<t3来限定，其中tn反映发送电信号的时间。当将电流提供给发 送线圏时，与其相关的磁场也被施加于所述地层。在某些实施例中， 施加于所述地层的所述磁场采取脉冲序列的形式。
在已经建立稳态磁场之后，电流停止(其自然改变磁场的状态)， 并且在磁状态改变之后，立即从地层感应响应电流。然后将响应电流密度投影并映射到相关-XY平面的地面上。在图1B所示的替代实施 例中，提供与图1A所示的系统类似的测量系统，除了磁场的轴已被 改变，使得在地层中感应的电流的形状和位置被设置在-XZ方向上。
图1A和图1B中所示的特殊电流密度特征(即设置在-XY或-XZ方向上的大致同心图案)有时被称为"烟圏"图案，并且之前本领 域的其它人员已经有所描述。请看，例如Nabighian， Misac， Electromagnetic Methods in Applied Geophysics, IG#3， Vol. 1&2 (1988 )， 或 French, Rowland, Time-Domain Electromagnetic Exploration, Northwest Geophysical Associates, Inc. ( 2002 )。
然而，以这样的方式传播的电流的测量的缺点是环的半径趋于 作为时间的函数而非常快速地扩展。因此，所述感应电流也趋于作为 环的径向圆周的函数而变弱，并且阻止了可以检测地层同质的不连续 性的更深轴向穿透。
因此，如图2所示，本发明还提出 一种能量引导器件(例如磁场)， 使得以径向扩散为代价来改善轴向束长度。例如，根据洛伦兹力定律 F=qE+qvXB (其中qE是电力，qvXB是磁力)，根据众所周知的右 手定律，施加于感应电流上的磁场将控制相关电荷载体的方向。
根据发送场的方向，产生的力将电荷载体向内推向对称轴，或者 向外从对称轴推离。在电荷载体被向内推向对称轴的情况下，实现了 增强的轴向束长度，并且地层被比其它可以实现的更深地穿透。其结 果是，获得地层的更好垂直和方位分辨率，并且检测到地层中更深处的不同质性。相反地，如果电荷栽体被推离对称轴，则地层被更大范 围地探测，并且感应电流的束长度被减小。
在图2所示的实施例中，提供了一种测量系统，使得电荷载体被 推回对称轴。其结果是，在存在磁场时在地层中感应的电流在轴向上 更深地探测到地层中，并且忽略了位于关注地带之外的更远的点。
在一个示例性实施例中，所述能量引导器件包括设置成与发送线 圈(如图2所示)电磁通信的共轴磁体。在其它实施例中，采用圆柱 形共轴磁体，以便有助于更集中和均匀的电流密度图案的传播。然而， 在别的实施例中，所述磁体不是圆柱形的，而是# 据特殊测井应用的 需要来定形。
在一些实施例中，所述磁体由非导电材料形成，使得干扰和电流 消耗最小化。然而，在替换实施例中，所述磁体由半导电材料形成， 所述半导电材料在更短地层距离上获得本发明的优点。在又一实施例 中，与磁力计等结合应用所述能量引导器件，使得直接测量与磁场相 关的变化，而在其它实施例中，间接地测量可归因于磁场的存在的电 流密度的变化，如标准接收线圏的情况中那样。
提供前述描述的目的仅在于说明，并不试图描述本发明所有可能 方面。此外，虽然已经参考一些示例性实施例详细地示出和描述了本 发明，但是本领域技术人员可以理解，也可以对所述进行很小变化， 以及各种其它修改、删除和添加，而不脱离其精神或范围。
权利要求
1、一种用于在地下电磁测量系统中引导能量的装置，包括发送部件，用于在地下介质中产生电磁信号；能量引导部件，设置成与所述电磁信号磁通信；以及接收部件，用于从所述地下介质接收返回信号。
2、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述发送部件和所述接收部件形成在结构上集成的设备中。
3、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述发送部件进一步包括发送线圏。
4、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述接收部件进一步包括接收线圏。
5、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述接收部件进一步包括磁力计。
6、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括电磁体。
7、 根据权利要求1的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括固定磁体。
8、 根据权利要求7的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括共轴磁体。
9、 根据权利要求8的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括共轴DC磁体。
10、 根据权利要求7的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括由非导电材料形成的磁体。
11、 根据权利要求7的用于在地下电磁测量系统中引导能量的装 置，其中，所述能量引导部件进一步包括由半导电材料形成的磁体。
12、 一种在地下电磁测量系统中引导能量的方法，包括 将电磁信号发送到地下介质中； 使用磁场来修改所述电磁信号；以及 从所述地下介质接收修改后的返回信号。
13、 根据权利要求12的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，将电磁信号发送到地下介质中进一步包括使用发送线圏来发 送电磁信号。
14、 根据权利要求12的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，当所述电磁信号从所述地下介质返回时接收所述电磁信号进一 步包括使用接收线圏来接收电磁信号。
15、 根据权利要求12的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，当所述电磁信号从所述地下介质返回时接收所述电磁信号进一 步包括使用能够检测磁场变化的接收部件来接收电磁信号。
16、 根据权利要求15的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，所述使用能够检测磁场变化的接收部件进一步包括使用磁力 计。
17、根据权利要求12的在地下电磁测量系统中引导能量的方法，其中，使用磁器件来修改电磁信号进一步包括使用电磁体。
18、 根据权利要求12的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，使用磁器件来修改电磁信号进一步包括使用固定磁体。
19、 根据权利要求18的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，使用固定磁体进一步包括使用固定共轴磁体。
20、 根据权利要求18的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，使用固定磁体进一步包括使用由非导电材料形成的固定磁体。
21、 根据权利要求18的在地下电磁测量系统中引导能量的方法， 其中，使用固定磁体进一步包括使用由半导电材料形成的固定磁体。
全文摘要
一种用于使用发送到地下地质地层中并从地下地质地层感应出的动态磁场来增加由测量系统获得的数据的空间分辨率的装置和方法。当在所述地层引导主电磁发送场时，获得稳态磁场。电流被停止，并且在主场改变其磁状态之后，从地层感应电响应。本发明的装置是配有能量引导部件，例如非导电DC磁聚焦组件的感应型发送器-接收器。通过在地层中感应的瞬时电流上施加定形磁场，瞬时电流径向扩散的速率被减小，并且实现了感应电流密度的轴向束长度的增加，因此，实现了地层同质的不连续性的更高垂直和方位分辨率。
文档编号G01V3/00GK101365965SQ200680047629
公开日2009年2月11日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年10月21日
发明者R·高德, S·W·福尔冈 申请人:贝克休斯公司