CN106068465A - Obm电阻率成像中的双模式平衡 - Google Patents

Abstract

用于评估地层的方法、***和装置。方法可包括：将载体传送到地层钻孔中；以及在一种测量模式中，在进行第一电流测量时，通过将电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极，进行电流测量；以及在进行第二电流测量时，将另一高频电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极。可选地，方法包括在另一种测量模式中，在进行第三电流测量时，通过将电压施加到两组传感器阵列中的每个测量电极，使用测量电极进行进一步电阻率测量。方法包括组合第一电流测量、第二电流测量和第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。可选地，在工具主体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列处于不同的组中。

Description

OBM电阻率成像中的双模式平衡

技术领域

本发明大体上涉及碳氢化合物的勘探，包括穿透地层的钻孔的电子勘测。更具体地说，本发明涉及一种由电阻率工具在充满油基泥浆的钻孔中产生图像的方法和设备。

背景技术

电动地层钻孔测井是众所周知的，且各种装置和技术已经用于该目的。广义来说，有两类装置用于电动钻孔测井装置。在第一类中，使用电流电极将电流注入地层，然后通过感应电极来测定电流或电压降以测定对地层电特性敏感的信号。在第二类中，使用线圈的感应激励来感应地层中的电流，然后同样使用感应接收天线来探测所感应电流的幅度和相位。本发明属于第一类。电阻率成像工具已经被广泛使用了数年用于获得在地层中钻开的钻孔的壁的电阻率图像。

发明内容

在一些方面，本发明涉及评估地层。方法实施例可包括使用与多个传感器阵列上的测量电极相关的载体来评估由钻孔贯穿的地层。多个传感器阵列可包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列。多个传感器阵列中的每个传感器阵列可以包括测量电极中的至少一个测量电极。实施例可包括将载体传送到钻孔中；以及在第一测量模式中，使用测量电极进行指示地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行第一电流测量时，通过将第一电压施加到多个传感器阵列中的每个测量电极，进行第一电流测量；以及在第二测量模式中，使用测量电极进行指示地层的电阻率参数的进一步电流测量，包括：在进行第二电流测量时，将第二电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及在进行第三电流测量时，将与第二电压的极性相反的第三电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及组合第一电流测量、第二电流测量和第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

对于一些实施例，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与连续传感器阵列中的另一个所不同的组中。方法可包括使用每个测量电极的虚拟阻抗以估计电阻率参数，或使用每个测量电极的虚拟阻抗以生成电阻率参数的图像。第一电压、第二电压和第三电压可各自以至少1MHz的频率施加。施加第二电压和施加第三电压可同时进行。第一电压可与第二电压相同。

设备实施例可包括测井工具，其配置成传送在钻孔中；多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵列包括至少一个测量电极；位于测井工具上的多个衬垫，其中每个衬垫包括衬垫体和多个传感器阵列中的至少一个传感器阵列；以及至少一个处理器，其配置成实施本文所描述的方法。例如，处理器可配置成在第一测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行第一电流测量时，通过将第一电压施加到多个传感器阵列中的每个测量电极，进行第一电流测量；在第二测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的进一步的电流测量，包括：在进行第二电流测量时，将第二电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及在进行第三电流测量时，将与第二电压极性相反的第三电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及组合第一电流测量、第二电流测量和第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，其中一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。至少一个处理器可进一步配置成使用每个测量电极的虚拟阻抗以提供电阻率参数的图像。至少一个处理器可配置成以至少1MHz的频率施加第一电压、第二电压和第三电压中的每一个。至少一个处理器可配置成同时施加第二电压和第三电压。第一电压可与第二电压相同。

设备实施例可包括：钻头，其被传送至底部钻具组件(BHA)上用于钻凿钻孔；工具主体，其与底部钻具组件相关联；位于工具主体上的多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵列包括至少一个测量电极；以及至少一个处理器，其配置成实施本文所描述的方法。例如，处理器可配置成在第一测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行第一电流测量时，通过将第一电压施加到多个传感器阵列中的每个测量电极，进行第一电流测量；在第二测量模式中，使用多个传感器阵列上的测量电极进行指示地层的电阻率参数的进一步的电流测量，包括：在进行第二电流测量时，将第二电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及在进行第三电流测量时，将与第二电压极性相反的第三电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及组合第一电流测量、第二电流测量和第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，其中一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。至少一个处理器可进一步配置成使用每个测量电极的虚拟阻抗以提供电阻率参数的图像。至少一个处理器可配置成以至少1MHz的频率施加第一电压、第二电压和第三电压中的每一个。至少一个处理器可配置成同时施加第二电压和第三电压。第一电压可与第二电压相同。

替换方法实施例可包括将载体传送到钻孔中；以及使用测量电极进行指示地层的电阻率参数的电流测量，其包括：在进行第一电流测量时，将第一电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及在进行第二电流测量时，将与第一电压极性相反的第二电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极。

在一些实施例中，对于载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与阵列中的另一个所不同的组中。方法可包括使用每个测量电极的虚拟阻抗以估计电阻率参数，或使用每个测量电极的虚拟阻抗以生成电阻率参数的图像。第一电压和第二电压中的每一个可以至少1MHz的频率施加。施加第一电压和施加第二电压可同时进行。第一电压可与第二电压相同。一些实施例可包括使用第一测量和第二测量以生成电阻率参数的图像。

这里相当宽泛地概述了本发明一些特征的示例，目的在于可以更好地理解下面的详细描述并正确评价其对于本领域的贡献。

附图说明

为了详细理解本发明，应结合附图参考下面对于实施例的详细描述，其中相同的元件采用相同的附图标记，其中：

图1示出了根据本发明实施例的悬吊在钻孔中的示例性成像工具；

图2是根据本发明实施例的钻孔成像器***的示意性外部视图；

图3A示出了根据本发明实施例的用于电流成像器的高频双端传感器阵列，其用于获得钻孔中的地层的多个电阻测量值；

图3B示出了根据本发明实施例的传感器阵列的示意图；

图4示出了工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路；

图5A和图5B示出了水平分层模型的测量阻抗的数值模拟；

图6A和图6B示出了根据本发明实施例的井下工具的示意性截面图；

图7示出了用于交替模式的工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路；

图8示出了根据本发明实施例的工具在运行时的电流流动；

图9A和图9B示出了根据本发明实施例的示出方位分辨率的测量阻抗的数值模拟；

图10示出了根据本发明实施例的另一传感器阵列的示意图；

图11示出了使用与用于单电极实施例的对齐模式相对的交替模式的测量阻抗的差异的数值模拟；

图12以流程图形式示出了根据本发明实施例的用于评估地层的一种方法。

具体实施方式

在一些方面，本发明涉及钻孔周围地层的电流电阻率成像。在其他方面，本发明涉及估计所关注的参数，诸如，例如地层的电阻率。用于估计电阻率的说明性方法可包括获取并利用表征地层电阻率的信息。该信息可通过布置到钻孔中的工具来获取。为进行上下文说明，下面描述了用于布置并使用这种工具来获取该信息的示例性***。

当在高温和高压钻孔环境下测井的同时，获得具有足以成像的分辨率的足够精确的信息，是一种技术挑战。从以往看来，电流成像工具包括至少一个电流发送器，其将电流引入到地层，以及至少一个返回电极，在此处电流穿过心轴返回到工具。电阻(或复阻抗)可在两个电极之间测量。理想地，电流直接从电流发送器流经地层并通过返回电极返回。然而，在一些井下情形中，电阻率工具由填充有油基钻探流体(“泥浆”)的间隙与地层分隔开。间隙可沿着钻孔长度呈一致性，或可由于钻孔不规则度而经历变化。

油具有高电阻率，因而对于电流型装置是有问题的。对于电流测量最好的情况将会是，如果所有电流线在衬垫(“垫上”)内关闭。但是，在低电阻地层(～1欧姆-米)和大间隙(>1毫米)的情况下，大量的电流穿过地层泄漏到心轴。这由于大心轴面积(与衬垫相比)和低地层电阻率而成为“有利的路径”。这种泄漏是一种不希望出现的减少测量的电流以及向测量阻抗增加附属项的现象。因此，测量阻抗的值受到泥浆、钻孔不规则度和心轴的影响。

根据本发明的一般实施例可包括一种通过使用与多个传感器阵列相关联的载体用于评估由钻孔贯穿的地层的方法。所述方法可包括：在第一测量模式中，在多个传感器阵列中使用测量电极，以通过将相同极性的第一高频电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极以及将相反极性的第二高频电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极，进行电阻率测量。第一组阵列和第二组阵列可以交替围绕载体的圆周，以使同一组中不会出现两个连续的阵列。在第二模式中，可以使用所有测量电极在相同的高频电压下进行测量。在一些方面，新颖的处理可以结合来自第一模式和第二模式的测量来模拟测量的虚拟“平衡”模式。

图1示意性地示出了具有井下工具10的电阻率成像***100，其配置为获取信息用于产生地层80的电阻率图像或地层80的其他所关注的参数。***100可包括竖立在钻台70上的常规井架60。可以是刚性或非刚性的传送装置(载体15)，可配置为将井下工具10传送入邻近地层80的钻孔50。载体15可以是钻柱、连续油管、钢丝绳、电子线缆、钢缆等。井下工具10可以与另外的工具相联接或结合，例如一些或所有的信息处理***(嵌入)。因此，根据该结构，工具10可在钻井期间和/或钻孔50形成之后使用。虽然示出了土地***，本发明的教导也适用于海上或海底应用中。载体15可以包括用于电力和/或数据的嵌入导体，以在地面和井下设备(例如七导体电缆)之间提供信号和/或电力通信。载体15可以包括底部钻具组件，其可以包括用于旋转钻头的钻井马达。钻井液(“泥浆”)90可以存在于地层80和井下工具10之间，以使得钻井液90影响从地层获得的电阻率测量的值。

表面控制单元或控制器65接收来自井下传感器40和用于***100中的其他传感器的信号，并且根据提供给表面控制单元65的编程指令来处理这些信号。表面控制单元65可以在显示器/监视器上显示所需的参数和其他信息，这些信息和参数***作者利用。表面控制单元65可以是基于计算机的单元，其可包括信息处理装置75。表面控制单元65还可以在井下工具10上的合适位置处与井下控制单元20进行通信。表面控制单元65可以处理与操作有关的数据和来自传感器40的数据，并且可以控制由***100执行的一个或多个井下操作。

在一个实施例中，与传感器40相关联的电子装置30可以配置为记录和/或处理所获得的信息。为了在单个行程期间执行处理，该工具可以使用“高带宽”传输来将传感器40获取的信息传输到表面用于分析。例如，用于传输所获取的信息的通信线可以是光纤、金属导体或任何其他合适的信号传导介质。应当理解的是，使用“高带宽”通信线路可允许表面人员“近乎实时”监视和控制操作。

在图1中示出的***的新颖点为：表面控制单元65和/或井下控制单元20配置为执行不属于现有技术的某些方法(下面将讨论)。表面控制单元或井下控制单元可以配置成根据本文描述的方法来控制上述传感器和评估所关注的参数。通过使用以下描述的方法，使用一个或多个模型来控制这些构件。

图2是钻孔成像器***的示意性外观图。包含成像***的工具10包括传感器40，该传感器40包含电阻率阵列26。可选地，成像器***可以包括其他传感器，诸如泥浆单元30或周向声波井下电视32。电子模块28和38可以位于***中的合适位置，而不一定位于所示的位置。这些构件可以以常规已知的方式安装在心轴34上。上述组件的外径可以为约5英寸，并且长为约15英尺。包括磁强计和加速度计或惯性制导***的定向模块36可以安装在成像组件26和32的上方。仪器10的上部分38可以含有遥测模块，用于以常规方式从井上各个部件到表面控制单元65进行数据样本的采样、数字化和传输。如果获得声学数据，这些数据可以以模拟形式被保留，以便传输到表面，然后由表面控制单元65数字化。

图3A示出了用于电流成像器的高频双端传感器阵列350，该电流成像器用于获得根据本发明实施例的钻孔中的地层的多个电阻率测量。阵列350包括测量电极305a、305b……305n。在图3所示的情形中，方位地放置测量电极。这并不意味着对于本发明的限制。在另一个方面，多个垂直隔开的测量电极可以对应于垂直隔开的电流电极。在又一个方面，多个测量电极可以包括垂直地和方位地隔开的测量电极的组合。采用圆盘状纽扣电极的其他电极结构可以被使用。所有这样的实施例在本发明的范围内。

在正常操作中，高频电压V施加在测量电极和衬垫体307之间。每个测量电极305a、305b……305n(即“纽扣”)可操作地耦合有测量复值电流J_i的相敏分析器。表观阻抗Ⅴ/J_i的实部可归因于测量电极前的地层电阻率。

当衬垫与钻孔壁之间6的明显间隙(例如大于1毫米)和低电阻率地层(例如大约1欧姆-米)组合时，大量电流“离垫”泄露至心轴。这种泄漏是一种不期望出现的减少测量的电流以及向估计阻抗增加附属项的现象。后者偶然性导致信号动态范围的劣化。

图3B示出了根据本发明实施例的传感器阵列350的示意图。传感器阵列耦合至心轴34并由各自的支撑构件(臂)42支撑自心轴34。高频电压V施加在测量电极305和衬垫体307之间，从而激励电流。电流一旦离开电极305便穿过可变的衬垫地层隔开间隙，然后穿过地层的邻近纽扣部分以返回到地面(例如其他金属构件)。电流可以由两条并行路径行进。第一路径是穿过“近”地层区到衬垫体307。第二路径是穿过“远”区到心轴34(“离垫”)。

图4示出了工具、泥浆和地层的测量电路的等效电路。图4表示单个衬垫和单个测量电极(也称为“纽扣”)，如在传统的对齐模式中一样，其中所施加的电压V对于所有衬垫来说是相同的。估计的所关注的第一参数ReZ_纽扣是阻抗的实际部分，这是使用估计的，其用于正常或正模式可以被计算为：

这表明所需值附加地受到附属项(上式中的第二项)的影响。要估计的值和附属项之间的比率取决于衬垫与地层的间隙、地层电阻率和心轴长度。如果下列任何为真，Z_心轴的模量可能明显高于Z_衬垫的模量：i)间隙非常小(例如小于0.1毫米)，ⅱ)地层电阻率高(例如大于10欧姆-米)，或iii)心轴短(例如小于5米)。在这种情况下，向心轴的泄露自然是小的，因此得到：

相关的污染与电极的前部区域和衬垫的前部区域之间的比率成比例。在这种情况下，比率为约0.2，并且因此污染是可以容忍的。然而，通常上述条件均未能满足。例如，如果衬垫-地层间隙超过了阈值，那么由于心轴区域与衬垫相比具有更大的尺寸，对应电容耦合变得比心轴-地层耦合更为脆弱。同时，如果地层为低电阻，那么也有可能

|Z_心轴|＜＜|Z_衬垫|而ReZ_心轴＞＞ReZ_衬垫(由于趋肤效应)。

由于电流的主要部分通过心轴，而不是通过感测纽扣返回，发生在正模式中的情况对于测量来说是不期望的。在这种情况下，阻抗的实部被心轴的阻抗污染：

且附属第二项较大。

图5A和图5B示出了Re Z_纽扣，1使用(“正”)模式502用于水平分层模型的测量阻抗的数值模拟。图5A处于对数标度；图5B处于线性标度。可容易看出，附属项是相当大的，导致信号动态范围的显著降低。

通过消除附属项，信号动态范围可显著增加以允许地层电阻率的绝对测量。这可以通过使用***中的第二衬垫和新型“交替”测量模式来实现。图7描绘了对应的等效电路(其中下标是指纽扣标识符)。在交替测量模式中，装置配置成使得两个电压符号相反：衬垫1为V而衬垫2为-V，而非施加相同电压到两个衬垫上(如在“正”模式中)。显而易见，如果Z_纽扣，1＝Z_纽扣，2到心轴(以及到衬垫)的泄漏为零，那么电路中点的电势(对应于图3B中邻近纽扣区域的边界)为零，且测量提供无附属项的精确值。当这两个阻抗并非刚好相等时，泄漏不为零；但是，如果Z_纽扣，1，Z_纽扣，2它们彼此接近，其比正模式中少得多，因而减轻了由附属项产生的测量污染。

在任意(可能非常不同)Z_纽扣，1，Z_纽扣，2的一般情况下，交替模式“本身”可能无法提供它们的精确值。该问题通过如下方法(称为“双模式平衡”)解决：对以下两者进行测量，正模式#10：

和被测量；

和交替模式#2：

和被测量，

其中上标是模式号。然后定义虚拟“平衡”模式#3，其为正模式和交替模式的线性组合：

模式#3＝模式#2+a·模式#1， (2.1)

且满足条件：

$J_1^{\left(3\right)}+J_2^{\left(3\right)}=0---\left(2.2\right)$

因而，从(2.1)-(2.2)，我们有如下公式用于复值系数a：

$a=-\frac{J_1^{\left(2\right)}+J_2^{\left(2\right)}}{J_1^{\left(1\right)}+J_2^{\left(1\right)}}.---\left(2.3\right)$

条件(2.2)意指没有电流从图7中的中点通过衬垫或心轴到达地面。即，这个点的电势刚好为零，因此值Z_纽扣，1，Z_纽扣，2刚好为：

注意到，这里的分母恰好彼此相反(参见(2.2))，因而Z_纽扣，1和Z_纽扣，2之间的差别“在于分子”。现在让我们将上面所展示的方法运用到具有多个衬垫的工具中。衬垫被分为两组：奇数编号和偶数编号(参见图6A和图6B)。即，任何衬垫的两个相邻衬垫属于另一组。当所有衬垫上的所有纽扣具有相同电势V时，在正模式#1上进行输出电流测量，且然后当“奇数”衬垫上的所有纽扣再次具有电势V而“偶数”衬垫上的所有纽扣具有相反电势-V时，在交替模式#2上进行输出电流测量。平衡模式#3由相同关系(1)和以下条件限定

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(3\right)}=0,---\left(2.5\right)$

其中N是纽扣的总数(在当前EI-2设计中N＝60)。因而，复值系数a的公式(2.3)变为：

$a=-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(2\right)}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(1\right)}}---\left(2.6\right)$

且邻近纽扣阻抗的公式(4)采用以下形式：

其中在“奇数”衬垫处sign_i＝1，且在“偶数”衬垫处sign_i＝-1。通过分析平衡模式上的电流图案，我们注意到，除非到衬垫主体和到心轴的泄漏小到可以忽略不计，电流从“奇数”衬垫的电极“径向且方位地”流至“偶数”衬垫的电极(参见图8)。因而，在该模式中，工具既不是在“垫上”也不是“离垫”——它“跨垫”。

图6A和6B说明根据本发明实施例的井下工具的示意性截面。井下工具600包含具有6个高频成像器传感器阵列(601至606)的心轴610，所述成像器传感器阵列(601至606)通过相应的支撑部件(臂)612从心轴610支撑。参考图6A，在第一方法实施例中，以“交替测量模式”产生测量，其中施加于任何两个连续传感器阵列的相应电压是不同的，但是施加于交替传感器阵列的相应电压是相同的。即，阵列被划分为两组：奇数编号阵列在第一组中且偶数编号阵列在第二组中。任何阵列的两个相邻阵列均属于另一组。

在一些实施方案中，施加于连续传感器阵列的相应电压是相反的。相反电压意指一个电压为负并且一个电压为正，但是每个电压的绝对值基本上是相同的。所有奇数编号衬垫均以施加电压V操作，而所有偶数编号衬垫均以相反符号的电压-V操作。例如，传感器阵列601、603和605具有电压值V，但是传感器阵列602、604和606均具有电压值-V。因此，至心轴的残余泄漏与这两组衬垫之间的电容式耦合中的不平衡成比例。因此，泄漏远小于所有衬垫均具有相同电势V(“对齐测量模式”，图6B)的情况。

在第二种技术中，可以交替测量模式和对齐测量模式中的每一个来进行测量。接着可以使用这两种测量通过实际上结合模拟“平衡模式”的测量来估计电阻值，其中通过所有纽扣的总输出电流为零，即，泄漏刚好为零。除消除电流泄漏之外，平衡模式的模拟测量还修正了由于不平衡衬垫-地层间隙引起的方位图像假影。

条件(X)意指没有电流通过衬垫或心轴从图8B中的终点到达地面。即，这个点的电势刚好为零，因此Z_纽扣，1、Z_纽扣，2的值刚好为：

输出电流J_i的测量在所有衬垫上的所有电极具有相同电势V时是以对齐模式进行，且接着再次以交替模式进行。平衡模式是由相同关系(1)和条件定义

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(3\right)}=0$

其中N是纽扣的总数(在当前EI-2设计中)。因此，复值系数a的公式(3)变为：

$a=-\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(2\right)}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{J}_i^{\left(1\right)}}$

且邻近纽扣阻抗的公式(X)呈现以下形式：

其中在“奇数”衬垫处sign_i＝1，且在“偶数”衬垫处sign_i＝-1。

电流从“奇数”衬垫的电极径向地且方位地流至“偶数”衬垫的电极(参照图8)。

代替反号交替的是，可使用任何其他等效基准来构造平衡模式。例如，可对“奇数”衬垫上的电势V和“偶数”衬垫上的零电势进行第一组测量，且可以将第二组测量颠倒。然而，使用反号交替测量结合对齐测量可以是有利的，因为每种测量均足以单独提供图像。

模拟的虚拟工具包括各自具有方位角大小为39.375°的8个衬垫。使用8个衬垫工具避免了模拟中的数值假影。首先，对以下基准进行模拟，其包含1欧姆-米地层，其具有厚度从0.5英寸增加至4英寸的10欧姆-米层。

模拟使用以下参数：

返回到Re Z_纽扣，1使用图5A和5B中所示的交替模式504进行的测量阻抗的模拟，容易明白的是，本发明的交替模式大幅改进了关于相同电势测量的工具的垂直分辨率：动态范围(最大值/最小值比)从1.6增加至9。我们还看出，附属项几乎是整个对数中的常量。

参考图9A和9B，另一模拟比较方位角分辨率。应当注意的是，需要适当的校准；出于这个目的，对交替模式的响应相对于方位角已针对均匀介质1欧姆-米进行了计算并且接着用于所述校准。结果已由这个曲线校准。

对于图9A的模拟，地层由厚度(在钻孔壁上)从0.6250”至3.75”的交替的1欧姆-米和10欧姆-米的部分组成，不存在垂直依赖关系。间隙还是恒定的1/8英寸。此外，很显然交替模式提供了比对齐模式更好的解决方案：动态范围从对齐模式测量902的2.5增加到交替模式结果904的10，这是理论上的极限。平衡模式结果906明显不同于交替模式——系数a的模量只有0.000120——并且因此几乎没有区别。

对于图9B的模拟，模拟的间隙是不均衡的。对于从0度至50度的方位角的间隙等于1/8英寸，否则为1/24英寸。因此，第一衬垫的间隙是所有其他衬垫的三倍，这导致了***不平衡。我们可以看到，交替模式具有伪像——在315度的方位角处的测量电阻率的显著跳跃。由此可以得出结论，该伪像是由不均衡的间隙引起的。平衡结果916现在明显不同于交替结果914(|a|＝0.06)，而我们看到矫正成功去除315度的伪像。

图10示出了根据本发明实施例的另一传感器阵列的示意图。传感器阵列1002可以与随钻测量(MWD)应用结合使用。例如，工具1000可以包括6.75英寸钻柱1004，其在心轴1020的相对侧上具有两个传感器。每个传感器包括1平方英寸的测量电极1010，其伸出心轴1020距离3/8英寸。因此，8.5英寸钻孔中的间隙为0.5英寸。测量电极1010可以由电绝缘1012围绕。传感器具有如上的相反的极性。

图11示出了使用与用于单电极实施例的对齐模式相对的交替模式的测量阻抗ReZ_纽扣，1的差异的数值模拟。地球模型与图5A和5B相同。很显然对齐模式具有比在有线的情况下更好的解决方案——现在它的动态范围为6，而不是图5A获得的值1.6——由于较小的间隙(0.875英寸而不是2.25英寸)。因而，相应的电容耦合按比例更强。因此，泄漏路径较短。同样，交替模式结果1104展示比对齐模式1102更好的解决方案。动态范围从6增加至9。

图12以流程图形式示出根据本发明的用于评估由钻孔50(图1)贯穿的地层80的方法1200。步骤1210包括将载体输送到钻孔中。步骤1220包括在第一测量模式中，在多个传感器阵列中使用测量电极，以使电阻率测量指示地层的电阻率参数。在第一模式中，在进行第一电阻率测量时，通过将第一高频电压施加到第一组传感器阵列中的每个测量电极来进行测量；以及在进行第二电阻率测量时，通过将不同于第一高频电压的第二高频电压施加到第二组传感器阵列中的每个测量电极来进行测量。这些测量可以同时进行。

可选步骤1230可以包括在第二测量模式中，在多个传感器阵列中使用测量电极，以在进行第三电阻率测量时通过将第三高频电压施加到第一组传感器阵列和第二组传感器阵列中的每个测量电极，进一步得到指示地层电阻率参数的电阻率测量。第三电压可以与第一电压或第二电压相同。

可选步骤1240包括使用第一电阻率测量、第二电阻率测量和第三电阻率测量来评估电阻率参数。例如，这可以通过在特定测量电极处评估电阻率来进行，这取决于第一模式中的特定测量电极中的第一感应电流和第二模式中的特定测量电极中的第二感应电流的线性组合。此外，这可以包括通过在特定测量电极处评估电阻率，这取决于在第一模式中施加到特定测量电极的第一电压和在第二模式中施加到特定测量电极的第二电压的线性组合。可选步骤1250包括使用电阻率测量来提供电阻率参数的图像。

在本文中，术语“信息”可以包括但不限于以下一项或多项：(i)原始数据、(ii)处理后数据和(iii)信号。如上文中所使用的术语“传送装置”或“载体”意指可以用来传送、容置、支撑或以其他方式有利于另一装置、装置构件、装置组合、介质和/或部件使用的任何装置、装置构件、装置组合、介质和/或部件。示例性非限制性传送装置包括盘管类型、接合管类型和其任何组合或部分的钻柱。其他传送装置实例包括套管、电缆、电缆探头、滑线式探头、滴灌、井底接头、BHA、钻柱***物、模块、内部壳体和其基底部分、自推式牵引器。如上文使用，术语“接头”是指配置成部分封闭、完全封闭、容置或支撑装置的任何结构。如上文所使用的术语“信息”包括任何形式的信息(模拟、数字、EM、打印等)。本文的术语“信息处理装置”包括但不限于传输、接收、操控、转换、计算、调制、调换、携带、存储或以其他方式利用信息的任何装置。信息处理装置可以包括用于执行编程指令的微处理器、常驻存储器和***设备。“高频”意指至少1MHz的频率，但是在一些实施例中，可以预期高于1MHz、高于5MHz或高于10MHz的频率。诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语用作指示符，且不代表某个顺序。

再次参考图1，本发明的某些实施例可以利用包括信息处理器11、信息存储介质13、输入装置17、处理器存储器19的硬件环境实施，并且可以包括***信息存储介质9。硬件环境可以在井中、钻机处或远距离位置处。此外，硬件环境的若干构件可以分布在那些位置中。输入装置17可以是任何数据读取器或用户输入装置，诸如数据读卡器、键盘、USB端口等。信息存储介质13存储由检测器提供的信息。信息存储介质13可以包括用于标准计算机信息存储的任何非瞬时计算机可读介质，诸如USB驱动器、存储器棒、硬盘、可移除式RAM、EPROM、EAROM、快闪存储器和光盘或本领域普通技术人员已知的包括基于互联网的存储装置的其他常用存储器存储***。信息存储介质13存储当执行时使信息处理器11执行所公开方法的程序。信息存储装置13还可以存储由用户提供的地层信息，或地层信息可以被存储在***信息存储介质9中，***信息存储介质9可以是任何标准计算机信息存储装置(诸如USB驱动器、存储器棒、硬盘、可移除式RAM)或本领域普通技术人员已知的包括基于互联网的存储装置的其他常用存储器存储***。信息处理器11可以是任何形式的计算机或数学处理硬件，包括基于互联网的硬件。当程序从信息存储介质13加载到处理器存储器19(例如计算机RAM)中时，程序在执行时使信息处理器11检索来自信息存储介质13或***信息存储介质9的检测器信息并处理信息以估计所关注的参数。信息处理器11可以位于地表上或井底。

本发明易于具有不同形式的实施例。虽然已在碳氢化合物生产井的背景下讨论了本发明，但是应当理解的是，本发明可以在任何钻孔环境(例如地热井)中使用。对于在附图中示出的和在本文中详细描述的本发明的具体实施例的理解是，本发明被认为是本发明原理的例证且并不旨在将本发明限制本文中所说明和描述的内容。虽然前述公开涉及本发明的一个模式实施例，但是本领域技术人员将明白各种修改。前述公开意图涵盖所有变化。

Claims (20)

1.一种用于评估由钻孔贯穿的地层的方法，其使用与多个传感器阵列上的测量电极相关联的载体，所述传感器阵列包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中所述多个传感器阵列中的每个传感器阵列包括所述测量电极中的至少一个测量电极，所述方法包括：

将所述载体传送到所述钻孔中；以及

在第一测量模式中，使用所述测量电极进行指示所述地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所述多个传感器阵列中的每个测量电极，进行所述第一电流测量；以及

在第二测量模式中，使用所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的进一步电流测量，包括：

在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及

在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及

组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与所述连续传感器阵列的另一个所不同的组中。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以估计所述电阻率参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以生成所述电阻率参数的图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压各自以至少1MHz的频率施加。

6.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述第二电压和施加所述第三电压同时发生。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压与所述第二电压相同。

8.一种用于评估由钻孔贯穿的地层的设备，所述设备包括：

测井工具，其配置成传送在钻孔中；

多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器阵列包括至少一个测量电极；

位于所述测井工具上的多个衬垫，其中每个衬垫包括衬垫体和所述多个传感器阵列中的至少一个传感器阵列；以及

至少一个处理器，其配置成：

在第一测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所述多个传感器阵列中的每个测量电极，进行所述第一电流测量；

在第二测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的进一步电流测量，包括：

在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及

在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及

组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

9.根据权利要求8所述的设备，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以提供所述电阻率参数的图像。

11.根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成以至少1MHz的频率施加所述第一电压、所述第二电压和所述第三电压中的每一个。

12.根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成同时施加所述第二电压和所述第三电压。

13.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一电压与所述第二电压相同。

14.一种用于在地层中的钻孔的钻凿期间进行所述地层的所关注参数的测量的设备，所述设备包括：

钻头，其被传送至底部钻具组件上用于钻凿所述钻孔；

工具主体，其与所述底部钻具组件相关联；

位于所述工具主体上的多个传感器阵列，其包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中每个传感器包括至少一个测量电极；以及

至少一个处理器，其配置成：

在第一测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的电阻率参数的第一电流测量，其中在进行所述第一电流测量时，通过将第一电压施加到所述多个传感器阵列中的每个测量电极，进行所述第一电流测量；

在第二测量模式中，使用所述多个传感器阵列上的所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的进一步电流测量，包括：

在进行第二电流测量时，将第二电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及

在进行第三电流测量时，将与所述第二电压的极性相反的第三电压施加到所述第二组传感器阵列中的每个测量电极；以及

组合所述第一电流测量、所述第二电流测量和所述第三电流测量以模拟每个测量电极的虚拟阻抗。

15.根据权利要求14所述的设备，其中对于所述工具主体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，一个阵列处于与另一个阵列所不同的组中。

16.根据权利要求14所述的设备，其中所述至少一个处理器进一步配置成使用每个测量电极的所述虚拟阻抗以提供所述电阻率参数的图像。

17.一种用于评估由钻孔贯穿的地层的方法，其使用与多个传感器阵列上的测量电极相关联的载体，所述传感器阵列包括第一组传感器阵列和第二组传感器阵列，其中所述多个传感器阵列中的每个传感器阵列包括所述测量电极中的至少一个测量电极，所述方法包括：

将所述载体传送到所述钻孔中；以及

使用所述测量电极进行指示所述地层的所述电阻率参数的电流测量，包括：

在进行第一电流测量时，将第一电压施加到所述第一组传感器阵列中的每个测量电极；以及

在进行第二电流测量时，将与所述第一电压的极性相反的第二电压施加到所述第二组传感器阵列中的每个测量电极。

18.根据权利要求17所述的方法，其中对于所述载体的圆周周围的任何两个连续传感器阵列，所述连续传感器阵列中的一个处于与所述连续传感器阵列中的另一个所不同的组中。

19.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用所述第一测量和所述第二测量以估计所述电阻率参数。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括使用所述第一测量和所述第二测量以生成所述电阻率参数的图像。