CN101069105A - 具有误差校准系统的多发射机和接收机测井设备 - Google Patents

Abstract

一种用于获得地下地质构造的电磁传播测量的设备和方法，并且该地质构造由钻孔横穿。该设备包括用于传送电磁信号的发射机和用于接收所传送的信号的第一和第二接收机。该设备进一步包括用于将校准信号注入进第一接收机和第二接收机的电路，和用于处理未校准的接收机信号和校准信号，以获得电磁传播测量的处理器，该电磁传播测量没有由该系统的接收单元引进的误差。该处理器可以包括用于校正与第一接收机和第二接收机相关的数据获取误差的接收机数据获取电路。

Description

具有误差校准系统的多发射机和接收机测井设备

本申请是2002年9月9日申请的我的目前共同待审批的申请序列号No.10/237,439的部分后续申请。

技术领域

本发明涉及测井领域。更具体地说，本发明涉及用于消除电磁传播波设备所固有的数据获取误差的新颖的装置和技术。本发明还涉及一种用于在测井期间测量钻孔周围的地质构造的电阻率和当钻探操作时录井的装置和方法。

背景技术

地层电阻率通常用于评价钻孔周围的地质构造。地层电阻率表示在地质构造中存在碳氢化合物。具有高电阻率的多孔地层通常表示它们主要被碳氢化合物充满，而具有低电阻率的多孔地层表示这样的构造主要被水充满。

过去已经开发了用于测量地层电阻率的设备。这些设备中有许多通过测量传送电磁波的属性来测量地层电阻率。例如，图1示出一种早期的无补偿的传播波电阻率测井仪，包括一个发射机和两个接收机，以在两个传播路径上测量电磁波属性。属性P11表示从发射机(Tx)到第一接收机(Rx1)的传播路径的电磁传播属性，而P12表示与用于P11相同但是从发射机到第二接收机(Rx2)的传播路径的电磁传播属性。典型地，测量的传播属性是衰减和相位。差动测量(M)是通过采用在P12和P11之间的差值形成的。这个差值允许与该系统的发射机单元相关的任何误差从最终的测量(M)中除去。该测量(M)然后经由函数(f)被转换为地层电阻率(R)，该函数(f)提供在差动传播属性(M)和周围地层电阻率之间的关系。

图2表示在属于Clark等(1990)的美国专利No.4,949,045和属于Clark等(1990)的美国专利No.4,968,940中描述的另一种传播波电阻率测井仪。当与在图1中示出的“无补偿的”测井仪相比的时候，这个提供的测井仪改善测量精度并且降低对钻孔不规则影响的敏感性。这样的测井仪包括两个发射机和位于这两个发射机之间的接收机对，并且被称为钻孔补偿的测井仪。M_U表示从发射机(Tx1)向上传送的电磁波的差动测量，并且M_D表示从发射机(Tx2)向下传送电磁波的差动测量。钻孔补偿的测量M_BHC可以通过对向上传送测量M_U和向下传送测量M_D求平均来计算。通过函数(f)将传播属性(M_BHC)转换为电阻率，以类似于无补偿的测井仪的方式来确定地层电阻率。通过平均来自向上和向下传送电磁波的测量，可以降低钻孔褶皱对于测量地层电阻率的影响。这个平均值还除去对应于该系统的两个接收机单元Rx1和Rx2的误差。类似无补偿的设备，该钻孔补偿设备还通过使用差动接收机测量M_U和M_D来消除与该系统的发射单元相关的误差。

虽然钻孔补偿的测井仪比常规的无补偿的测井仪提供更加精确的地层电阻率测量，但是这样的技术需要大约为无补偿测井仪两倍长的测井仪。具有一个径向探测深度的无补偿测井仪的测井仪长度直接与发射机和接收机对之间的间距相关。发射机和接收机对之间较长的间距比较短的间距提供更大的探测深度，并且因此需要更长的测井仪主件。如在专利′045和′940中描述的具有与无补偿测井仪等效的径向探测深度的钻孔补偿测井仪的测井仪长度将大约两倍长，因为需要上部及下部两个发射机单元。

另一种补偿测井仪在属于Clark等(1997)的美国专利No.5,594,343中描述，其中该发射机不对称地位于接收机对的两侧上。类似于先前描述的′045和′940专利，这样的测井仪也需要在接收机对的每侧上安置至少一个发射机，并且也需要长的测井仪主件。

如上所述的补偿测井仪在钻孔中需要长的测井仪主件，以正确地安置发射机和接收机。长的测井工具不仅需要额外的材料和更多的制造成本，而且在窄的或者偏斜的钻孔中它们很可能别住或者卡住。这个问题在具有减小入口半径的多边井眼和在高度偏斜的井眼中尤其严重。据此，存在一种具有降低成本的改进系统的需要，该系统也能够便于测井仪在井眼内移动，同时采集关于地质构造特征的有用信息，诸如电阻率及其他地质构造指标。

发明内容

本发明提供一种用于评价穿过地质构造的钻孔附近的的地质构造属性的系统。该系统包括可移动地贯穿钻孔的测井仪主件，与测井仪主件相啮合用于产生进入地质构造的信号的第一发射机，紧邻第一发射机与测井仪主件相啮合用于产生进入地质构造的信号的第二发射机，与测井仪主件相啮合用于接收由第一和第二发射机产生的信号的第一接收机，以及紧邻第一接收机与测井仪主件相啮合用于接收由第一和第二发射机产生的信号的第二接收机。

本发明的另一个实施例提供一种装置，该装置包括可移动地贯穿钻孔的测井仪主件，与测井仪主件相啮合用于产生进入地质构造的电磁波的第一发射机，紧邻第一发射机与测井仪主件相啮合用于产生进入地质构造的电磁波的第二发射机，与测井仪主件相啮合用于接收由第一和第二发射机产生的电磁波能量并且产生代表该电磁波能量的电信号的第一接收机，紧邻第一接收机与测井仪主件相啮合用于接收由第一和第二发射机产生的电磁波能量并且产生代表该电磁波能量的电信号的第二接收机，以及用于处理由第一和第二接收机产生的电信号的控制器。

本发明的方法包括步骤：在钻孔中部署测井仪主件，在钻孔中选择的位置上从第一发射机产生电磁波能量，在钻孔中选择的位置上从第二发射机产生电磁波能量，响应由第一和第二发射机产生的电磁波能量来操作第一和第二接收机以产生代表该电磁波能量的电信号，以及将所述电信号传送给控制器。

在此处公开的第二个优选实施例中，公开了一种用于评价紧邻于横穿这样的构造的钻孔的地质构造属性的设备和方法。该方法包括在钻孔内提供设备，并且该设备包括设置在设备上用于传送信号进入地质构造之内的第一发射机；设置在该设备上用于接收所发送信号的第一和第二接收机；和用于处理接收机信号的处理器装置。

该方法包括产生从发射机进入地质构造之内的信号，和在第一和第二接收机上接收所发送的信号。该方法进一步包括借助于校准电路将校准信号注入进第一接收机和第二接收机，和在处理器装置内处理来自地质构造的接收信号和校准信号。该方法包括校正与该系统的第一和第二接收机单元相关的误差，并且确定电阻率测量。

在一个优选实施例中，处理未校准的接收机信号和校准信号的步骤包括测量由第一接收机和第二接收机提供的未校准信号的相位差。此外，在一个优选实施例中，处理未校准的接收机信号和校准信号的步骤包括通过如下计算相位差来计算无数据获取误差的相位差：

PD＝(θ_M1-θ_M2)-(θ_MC1-θ_MC2)

-其中PD是无获取误差的相位差；

-θ_M1是来自第一接收机的未校准信号的测量的相位；

-θ_M2是来自第二接收机的未校准信号的测量的相位；

-θ_MC1是来自第一接收机的校准信号的测量的相位；

-θ_MC2是来自第二接收机的校准信号的测量的相位。

在一个实施例中，该校准信号是在第一频率上，并且接收机信号是在第一频率上，并且该方法进一步包括时分复用未校准的接收机信号与该校准信号。时分复用的步骤可以通过顺序地激活发射机，并且然后激活校准电路来实现。

另外，第二个实施例包括频率域多路复用方案，并且该方法可以进一步包括通过借助于可操作地与处理器装置关联的频率域多路复用电路提供频率差值来从接收的信号中分离该校准信号。

在一个优选实施例中，频率差被如下选择：

ΔF＝N/t_a，

其中ΔF是在接收机和校准信号之间的频率差；

N是整数；

t_a是获取时间间隔。

按照本发明的教导，该校准信号可以被注入到接收机单元的前端，从而对接收单元串联增加该校准信号。

在一个优选实施例中，利用电流回路将该校准信号注入接收机前端，并且其中该电流回路具有放置在其中的电流互感器，并且该方法进一步包括借助于电流采样电阻采样回路中的电流。

此外，该设备可以提供有第三接收机，并且该方法进一步包括将校准信号注入进第三接收机中。该方法可以进一步包括计算用于第一接收机和第二接收机的差动校准数值，计算用于第二接收机和第三接收机的差动校准数值，和计算用于第一接收机和第三接收机的差动校准数值。

还公开了一种用于获得地下地质构造的电阻率测量的设备。该地下地质构造被钻孔横穿。该设备包括用于传送信号进入地质构造之内的发射机，用于接收所发送信号的第一和第二接收机，和用于将校准信号注入进第一接收机和第二接收机中的装置。该设备可以进一步包括用于处理未校准的接收机信号和校准信号以获得电阻测量的装置。

该处理器装置可以包括用于校正与第一接收机和第二接收机相关的数据获取误差的接收机数据获取电路。

在一个实施例中，该信号注入装置包括对第一接收机和第二接收机串联施加校准信号的装置。该设备可以提供有第三接收机，并且该设备进一步包括将校准信号注入进第三接收机中的装置。该设备可以进一步包括用于计算第一接收机和第二接收机的差动校准数值的装置；用于计算第二接收机和第三接收机的差动校准数值的装置；以及用于计算第一接收机和第三接收机的差动校准数值的装置。

在一个优选实施例中，该处理装置进一步包括用于测量无误差的第一接收机和第二接收机之间相位差的装置。该相位差测量装置如下计算相位差：

PD＝(θ_M1-θ_M2)-(θ_Mc1-θ_MC2)

-其中PD是无误差的相位差；

-θ_M1是来自第一接收机的未校准信号的测量的相位；

-θ_M2是来自第二接收机的未校准信号的测量的相位；

-θ_Mc1是来自第一接收机单元的校准信号的测量的相位；

-θ_MC2是来自第二接收机单元的校准信号的测量的相位。

在一个实施例中，该校准信号是在第一频率上，并且接收机信号是在第一频率上，并且该设备进一步包括可操作地与处理装置关联的装置，用于时分复用未校准的接收机信号与校准信号。该时分复用装置包括用于顺序地激活发射机和可操作地与处理装置关联的校准信号注入电路的装置。

该设备可以进一步包括通过频率差从接收的地层信号中分离校准信号的频率域多路复用装置。分离装置的频率差是如下选择的：

ΔF＝N/t_a，

其中ΔF是频率差；

N是整数；

t_a是获取时间间隔。

在一个优选实施例中，频率域多路复用装置当处理校准信号时消除接收的地层信号，并且当处理接收的地层信号时消除校准信号。

另外，该校准信号可以使用电流回路注入进第一接收机和第二接收机前端中。该电流回路可以包含放置在其中的电流互感器，并且该设备进一步包括借助于电流采样电阻采样在回路中的电流的装置。

本发明的优点包括该设备和方法提供一种实时校正传播波设备的数据获取误差的方式，该传播波设备使用多个接收机去测量传播参数，诸如衰减和相位差。

本发明的另一个优点是，该公开的校准方法与其他的方法相比较是不复杂的，该其他的方法使用类似传播测量的深度校准，以确定由接收机数据获取电子设备引进的误差。

又一个优点是更简单的校准方法，其不需要钻孔深度信息。另一个优点是与电子参数的时间漂移相关的误差消除。再一个优点是校准的双接收机传播测量实时向下钻进计算。

附图说明

图1表示常规的无补偿传播波电阻率测井仪。

图2表示一种形式的常规的补偿传播波电阻率测井仪。

图3表示传播波电阻率系统的示意图。

图4表示导致补偿测量的两个深度位置的示意图。

图5表示借助于补偿测井仪降低钻孔不规则的影响。

图6表示无补偿测井仪的不对称纵向响应。

图7表示补偿测井仪的对称纵向响应。

图8表示深度偏移补偿测井仪的总体布置。

图9至12表示用于深度偏移补偿传播波电阻率测井仪的不同的发射机和接收机结构。

图13表示用于深度偏移补偿测井仪的方框图。

图14表示用于电子误差补偿的深度调整过程。

图15表示结合提供接收机数据获取误差的自动校准特点的传播波电阻率设备的方框图。

图16表示结合校准电流回路和电流互感器以将接收机校准信号注入接收机前端的传播波电阻率设备的方框图。

具体实施方式

本发明提供独特的传播波电阻率系统。该系统能够提供如图3所示的两个探测深度。测井仪10包括携带标识为发射机对14的两个发射机和标识为接收机对16的两个接收机的测井仪主件12。第一发射机Tx1设置紧邻于第二发射机Tx2。设置在离发射机对14的所选距离上的是第一接收机Rx1和第二接收机Rx2。

属性P11表示从第一发射机Tx1到第一接收机Rx1的传播路径的电磁属性。属性P12表示从第一发射机Tx1到第二接收机Rx2的传播路径的电磁属性。对于第二发射机Tx2表示了类似的属性，其中属性P21表示从第二发射机Tx2到第一接收机Rx1的传播路径，并且P22表示从第二发射机Tx2到第二接收机Rx2的传播路径。

测井仪10提供来自接收机对16的两个差动测量(M_RS和M_RL)。使用短间距发射机TX2从接收机对16得到M_RS，并且使用长间距的发射机TX1从接收机对16得到M_RL。可以利用函数f和g将这两个测量转换为电阻率。

除了两个双接收机测量(M_RS和M_RL)之外，可以从发射机对14产生两个额外的差动测量(M_TS和M_TL)。使用短间距的接收机Tx2从发射机对14得到M_TS，使用长间距的发射机Tx1从发射机对14得到M_TL。如果发射机对14之间的间距等于接收机对16的间距，那么将双发射机测量M_TS和M_TL转换为电阻率的函数可以是与用于来自接收机对16的双接收机测量相同的函数(f和g)。

这个发明实施例对图2中示出的标准钻孔补偿设备的一个优点是，本发明提供两个不同的间距和两个不同的探测深度。通过使用接收机对16测量和发射机对14测量，钻孔不规则影响在这个新的实施例中被降低。这个新的补偿方法是通过深度移动以在深度方面将来自发射机对14的数据对准来自接收机对16的数据来实现的，如图4所示。

如图4所示，可以借助于发射机对14测量产生接收机对16测量的平均值，以获得两个补偿的电阻率测量。这个补偿的测量将会具有降低的钻孔不规则影响，这类似于常规的钻孔补偿设备。以这样的方式，本发明在具有显著地短于标准钻孔补偿设备的测井仪主件的装置中实现钻孔补偿。此外，提供了具有不同探测深度的两个测量，代替图2中示出的常规钻孔补偿设备具有的单个探测深度。如在此处使用的，属于“深度偏移补偿”用于描述使用深度调整接收机对16和发射机对14数据的补偿方法。

图4表示来自接收机对16和发射机对14的测量如何被平均以产生补偿的电阻率。这个过程可以通过平均双发射机传播测量与双接收机传播测量，然后将该平均测量变换为电阻率，或者另外地，通过平均从双发射机测量计算的电阻率与从双接收机测量计算的电阻率来实现。

具备该补偿的钻孔不规则影响的降低在图5中表示。如该图所示，当比较补偿的测量与无补偿的测量的时候，来自将井径扩大两个英寸的洞或者钻孔冲刷的影响对于测量的电阻率导致非常小的偏移。

除了钻孔不规则的影响之外，在图4中表示的该补偿的装置还除去典型地与无补偿设备关联的纵向响应不对称性。当与测井仪退出导电层的钻井日志相比的时候，该不对称在构造地层界面表现出来，其中，作为距无补偿测井仪的深度的函数的测量电阻率的钻井日志将具有与当测井仪进入导电层时不同的特征。这个效果在图6中表示。

这个不对称的纵向响应结果可以通过检查来自接收机对16的无补偿测量来解释。当该设备的接收机对16从上部进入电阻性的地层界面之时，相应的发射机已经穿过该地层。在这个位置上，传送电磁波的较大部分被包含在该电阻性的地层中。当接收机对16横贯较低的地层界面之时，由于相应的发射机不再嵌入电阻性地层中，相反的情况发生在底部地层界面上。以这样的方式，传送电磁波的较小部分在这个位置包含在电阻性层中，并且这种几何的效果导致电阻率日志在构造地层界面的顶和底部上具有不同的形状。通过使用接收机对16和发射机对14测量，这种纵向响应不对称性的影响被平均，以一致的对称方式提供响应地层界面的测量，而与测井仪穿过地层界面时的测井仪几何形状无关。通过这种补偿方案提供的对称响应在图7中示出。

接收机和发射机误差(利用标准钻孔补偿测井仪消除)仍然存在。来自接收机对16的双接收机测量包含接收机误差，并且来自发射机对14的双发射机测量包含发射机误差，但是，上述的误差可以借助于结合进装置设计中的电子特点来补偿，如稍后在这个文献中描述的那样。

深度偏移补偿的传播波电阻率测井仪20的一个实施例在图8中示出。四个参数可以描述测井仪20天线的位置和总体布置。这四个参数是发射机的总数(J)，接收机的总数(K)，在上发射机TxJ和下接收机Rx1(Z_min)之间的间距，以及在相邻的发射机和接收机天线之间的间距。四个不同的测井仪总体布置例子在图9至12中表示，其中表示了接收机和发射机的不同组合。

如上所述，发射机设置在接收机下面。但是，可以使用将接收机放置在发射机下面的结构，并且将具有与发射机放置在接收机下面的设备相同的响应。发射机和接收机的放置高于或者低于另一个取决于期望的实现方式。

先前描述的深度偏移补偿的方法可以通过恰当地在深度方面调整均等间距的双接收机和双发射机数据扩展为其他可允许的测井仪布局。由这种方法提供的不同的探测深度的总数等于独特的发射机对接收机对间距的总数(N_TRR)。深度偏移补偿传播波电阻率测井仪30的3发射机3接收机版本的方框图在图13中表示。测井仪30包含一个发射机电路32，该发射机电路经由电子开关34驱动三个不同的发射机天线Tx1、Tx2和Tx3之一。通常在获取控制器和处理器36中编程的获取程序的控制下依次选择这些发射机。三组类似的接收机电子设备38同时从三个接收天线Rx1、Rx2和Rx3获取该数据。本地振荡器为发射机和接收机混频电路40提供频率基准。在混频器40之后，接收机信号被传送至低通滤波器42，然后传送到多信道模数转换器44上。

获取控制器和处理器模块36引导获取电子设备的顺序和时间，并且还获取和处理测量数据。还由模块36提供了接受来自用户的命令和传送数据到用户的接口。这样的接口可以连接到遥测系统(未示出)，以提供实时获取和发送数据的装置，诸如在钻探时确定地层电阻率方面。

虽然深度偏移补偿降低钻孔不规则的影响，并且提供对称纵向响应，但是与发射机和接收机关联的电子误差最好是使用额外的补偿方法。该电子补偿方法包括直接利用电子电路测量发射机误差，通过深度调整计算接收机误差以及比较来自不同的发射机-接收机对的等效传播测量。在图14中针对三发射机和三接收机测井仪表示该处理过程。在这个例子中，电子校准仅仅需要四个数值，两个靠近的接收机对的差动传播测量误差，和两个靠近的发射机对的差动传播测量误差。典型地，这些差动传播测量是衰减和相位差，但是该校准处理还可以应用于其它的测量。参考图14，在深度位置A上，使用接收机Rx1的Tx1和Tx2的发射机传播测量可以写为：

A₁₁＝E_Tx1+P11_A+E_RX1

A₂₁＝E_Tx2+P21_A+E_RX1

其中E_Tx1和E_Tx2是分别与发射机Tx1和Tx2关联的误差，并且E_RX1是与接收机Rx1关联的误差。使用Rx1的Tx1和Tx2的双发射机传播测量可以写为：

M_TM＝A21-A11＝(E_Tx2+P21_A+E_Rx1)-(E_Tx1+P11_A+E_Rx1)

或者

M_TM＝(P21_A-P11_A)+(E_Tx2-E_Tx1).       (1)

数值(P21_A-P11_A)是待测量的没有误差的差动传播特性。与接收机Rx1关联的误差抵消，而保留误差(E_Tx2-E_Tx1)是由于发射机Tx1和Tx2。在这个例子中，M_TM是中等间距的差动传播测量。可以进行短间距M_TS和长间距M_TL双发射机传播测量的类似推导。M_TS和M_TL可以写为：

M_TS＝A31-A21＝(P31_A-P21_A)+(E_Tx3-E_Tx2) (2)

和

M_TL＝A23-A13＝(P23_A-P13_A)+(E_Tx2-E_Tx1).(3)

如公式1、2和3所示，在M_TS、M_TM和M_TL中的误差全都是差动发射机误差。

这些差动发射机误差是通过采样发射机电流46和发射机电压48以及通过推导出用于每个发射机对14获取的数据的校正因子直接在测井仪中测量。来自发射机感测电路50的输出被以类似接收机信号的方式处理，并且传送给模数转换器44。该差动发射机误差因而通过形成采样的发射机信号的某些特征的差值来计算。例如，可以通过采样信号的相位差计算该差动发射机相位误差，并且可以通过采样发射机信号的幅度差值计算差动发射机衰减误差。由于通过相同的电路处理这些发射机感测输出，因而当计算这些差动校正量时，任何与获取电路关联的系统误差被消除。在已经通过采样的发射机信号计算差动发射机误差之后，上述的误差可以从M_TS、M_TM和M_TL中减去，以消除与该系统的发射机单元关联的误差。

以类似的方式，可以推导出用于双接收机传播测量的表达式。参考图14，在深度位置A上，使用接收机Tx2的Rx1和Rx2的接收机传播测量可以写为：

A₂₂＝E_Tx2+P22_A+E_Rx2，

A₂₁＝E_Tx2+P_21A+E_Rx1，

双接收机传播测量数据M_RM因而可以写为：

M_RM＝A21-A22＝(E_Tx2+P21_A+E_Rx1)-(E_Tx2+P22_A+E_Rx2)

或者

M_RM＝(P21A-P22A)+(E_RX1-E_RX2).(4)

可以进行短间距M_RS和长间距M_RL双接收机传播测量的类似推导。M_RS和M_RL可以写为：

M_RS＝(P31A-P32A)+(E_Rx1-E_RX2).        (5)

和

M_RL＝(P12A-P13A)+(E_RX2-E_Rx3).        (6)

如公式4、5和6所示，在M_RS、M_RM和M_RL中的误差全都是差动接收机误差。

差动接收机误差可以借助于如上所述的发射机误差测量和借助于包括深度调整和比较来自不同的发射机-接收机对的等效传播测量的处理过程确定。再次参考图14，测井仪主件已经从深度位置A移动量ΔZ到达深度位置B。如在图14中表示，在位置A上许多传播路径等效于在位置B上其他的传播路径。例如，P11_A等效于P22_B，P12_A等效于P23_B等等。如果在该系统中不存在发射机或者接收机误差，用于传播路径P11_A的测量A11将等于用于传播路径P22_B的测量B11。通过以上介绍的发射机误差，该测量A11可以写为：

A₁₁＝E_Tx1+P11_A+E_RX1

类似地，B22的表示式可以写为：

B22＝E_Tx2+P22_B+E_RX2，

形成A11和B22的差值导致：

A11-B22＝(E_Tx1+P11_A+E_RX1)-(E_TX2+P22_B+E_RX2)

其简化为：

A11-B22＝(E_RX1-E_RX2)+(E_Tx1-E_TX2)+(P11_A-P22_B).

由于传播路径相同，则项(P11_A-P22_B)等于零。这允许差动接收机误差可以表示为：

(E_RX1-E_Rx2)＝(A11-B22)+(E_TX2-E_Tx1)

类似地，其余的差动接收机误差可以表示为：

(E_Rx2-E_Rx3)＝(A22-B33)+(E_Tx3-E_Tx2).

本发明允许确定所有四个需要的差动测量误差，包括两个差动发射机测量误差和两个差动接收机测量误差。借助于定义的差动误差，可以从适宜的双发射机测量M_TS、M_TM和M_TL减去该差动发射机误差，并且从适宜的双接收机测量M_RS、M_RM和M_RL中减去差动接收机误差，从而提供没有与该系统的发射机和接收机单元关联的误差的传播测量。

可以标识其他的差动误差，诸如，从测量A11和B22推导出的差动接收机误差(E_RX1-E_RX2)。使用A21和B32的替换关系式可用于获得如下用于(E_RX1-E_RX2)的另一个表达式：

(E_Rx1-E_Rx2)＝(A21-B32)+(E_Tx3-E_Tx2).

还可以推导出(E_Rx2-E_Rx3)类似的替换版本，从而通过平均每个差动误差的所有可能的确定来降低差动误差中的噪声。此外，由于它们不会直接作为深度的函数而变化，因而可以通过平均在深度上的测定值进一步降低差动误差中的噪声。出现这种情况是因为导致差动误差中漂移的主要机制是时间、温度或者压力，而不是深度。

该控制器能够通过平均取自钻孔内两个所选位置的地质构造的无补偿双接收机电阻率测量与无补偿双发射机电阻率测量数据，产生地质构造的补偿电阻率测量。这种平均提供具有对称纵向响应的补偿电阻率测量并且降低钻孔不规则的影响。该控制器还能够通过平均取自钻孔内两个所选位置的地质构造的双接收机传播测量(诸如，衰减和相位差)与双发射机传播测量数据，产生地质构造的补偿电阻率测量数据。这种平均结果形成具有对称纵向响应的补偿电阻率测量并且降低钻孔不规则的影响。

来自该系统的发送和接收单元的误差的补偿可以通过测量由第一和第二发射机产生的电流和电压，通过测量由第一和第二接收机产生的电信号的电流和电压，以及通过操作控制器以从在上述的电流和电压测量之间的差值中推导出用于发射机传播误差的校正量来进行。此外，该控制器可以操作以用于从发射机传播误差的校正量和从深度调整的接收机传播测量推导出接收机传播误差。

本发明与现有技术测井仪相比具有很大的优点。这些优点包括较短的测井仪长度，利用较少天线的多个探测深度，电磁波测井仪不对称纵向响应的补偿，钻孔不规则影响的补偿，和由该装置的发射机和接收机单元所引起的误差的补偿。

因此，利用测量发射机电流和电压的电子电路消除与双发射机测量关联的数据获取误差的补偿。通过利用电子发射机误差补偿并且通过从每个接收机获取的数据推导出校正因子来消除与双接收机测量数据关联的数据获取误差。这种接收机误差补偿过程如先前描述地需要一种类似传播测量的深度调整技术，以确定由接收机数据获取电子设备引进的误差。

在第二个实施例中，该实施例是本申请的优选实施例，将参考图15和16描述一种实时校正传播波设备的数据获取误差的装置和方法，该传播波设备使用多个接收机测量传播参数，诸如衰减和相位差。这个第二个优选实施例不需要使用深度调整的传播测量，以除去在由接收机数据获取系统引进的双接收机测量中的误差。这简化了接收机单元误差的校正，并且允许这些校正在处理器向下钻进的过程中被实时执行。

现在参考图15，现在将描述第二个优选的传播波电阻率设备60的方框图，该传播波电阻率设备60结合提供接收机数据获取误差的自动校准的特点。

图15概述新的接收机校准方案的基本概念。如图15所示，校准信号经由校准信号注入电路62、64被注入进每个接收机(Rx1和Rx2)的前端。这个校准信号被串联施加至接收天线Rx1和Rx2，并且因此被电子地增加给接收信号。接收信号和注入的校准信号被分别地利用接收机数据获取电子设备和放大器66、68处理。通过利用相同的获取电子设备测量接收信号和校准信号，可以消除该获取电子设备的误差。

该电阻率设备60的操作类似于相对图13论述的电阻率测井仪30的操作。图15的优选实施例描述接收机对Rx1、Rx2和校准信号注入电路62、64。该发射机电子设备70产生导致发射机天线Tx产生电磁传播波的信号。该发射机电子设备70由发射机和校准信号源装置74控制，该发射机和校准信号源装置74进而由获取控制器和处理器76控制。

该接收机Rx1、Rx2接收已经从发射机Tx传送的信号。该信号然后被分别地传递给放大器和数据获取电子装置66、68。如前所述，该校准信号注入电路62、64已经将校准信号注入进接收机Rx1、Rx2的前端。该数据获取电子设备66、68将测量接收信号和校准信号，随后接收信号和校准信号将被传递给该获取控制器和处理器76。该获取控制器和处理器76将计算相位差，并且随后计算电阻率。

为了表示用于除去该数据获取误差的方法，将给出双接收机相位差的测量。θ_Rx1和θ_Rx2代表来自天线Rx1和Rx2的接收信号的真实相位。此外，φ_E1代表由Rx1的获取电子设备引进的相位误差，并且φ_E2代表由Rx2的获取电子设备引进的相位误差。产生的测量相位因而可以表示为：

θ_M1＝θ_Rx1+φ_E1

θ_M2＝θ_Rx2+φ_E2

该双接收机相位差的测量值通过形成下列差值计算：

PD_UC＝θ_M1-θ_M2

PD_UC＝(θ_Rx1+φ_E1)-(θ_Rx2+φ_E2)

改写PD_UC，我们得到：

PD_UC＝(θ_Rx1-φ_RX2)+(θ_E1-φ_E2)      (7)

如以上的公式所示，测量的相位差PD_UC包含与由Rx1和Rx2的获取电子设备引进的相位误差关联的误差项。PD_UC是未校准的相位差测量。

使θ_Cal代表校准信号的相位，注入的校准信号的测量相位可以表示为：

θ_MC1＝θ_Cal+φ_E1

θ_MC2＝θ_Cal+φ_E2

我们因而可以使用测量的校准相位去校正被引入双接收机相位差测量值中的误差φ_E1和φ_E2。

PD＝PD_UC-(θ_MC1-θ_MC2)

PD＝(θ_Rx1-φ_RX2)+(θ_E1-φ_E2)-(θ_MC1-θ_MC2)

PD＝(θ_Rx1-φ_RX2)+(θ_E1-φ_E2)-((θ_Cal+φ_E1)-(θ_Cal+φ_E2))

PD＝(θ_Rx1-φ_RX2)                     (8)

如以上公式(8)所示，PD不含与获取电子设备关联的误差。此外，以上的公式示出如何抵消数值θ_Cal，这表明为了从相位差的测量值中除去获取电子误差不需要已知θ_Cal的值。

虽然以上所述的例子表示该装置和方法可以如何适用于相位差传播测量，但是相同的技术可以适用于其他的传播测量。例如，可以使用相同的处理校准双接收机衰减测量。除了以分贝表示的相应信号幅度电平替换信号相位之外，该方法与相位差校准方法相同。用于衰减例子的关系式如下：

AT＝(A_M1-A_M2)-(A_MC1-A_MC2)，

AT＝(A_Rx1-A_Rx2)+(A_E1-A_E2)-(A_MC1-A_MC2)

AT＝(A_Rx1-A_Rx2)+(A_E1-A_E2)-((A_Cal+A_E1)-(A_Cal+A_E2))

AT＝(A_RX1-A_Rx2)                     (9)

-其中AT是以分贝表示的无误差衰减；

-A_M1是以分贝表示的来自第一接收机的未校准信号的测量幅度；

-A_M2是以分贝表示的来自第二接收机的未校准信号的测量幅度；

-A_MC1是以分贝表示的来自第一接收机单元的校准信号的测量幅度；

-A_MC2是以分贝表示的来自第二接收机单元的校准信号的测量幅度；

-A_Rx1是在第一接收机上以分贝表示的接收信号的真实幅度；

-A_Rx2是在第二接收机上以分贝表示的接收信号的真实幅度；

-A_Cal是以分贝表示的校准信号的真实幅度；

-A_E1是以分贝表示的由第一接收机的单元引进的幅度测量中的误差；

-A_E2是以分贝表示的由第二接收机的单元引进的幅度测量中的误差。

按照本发明的教导，存在至少两种注入和测量该校准信号的方法。第一种是时间多路复用。如果校准信号的频率被选择为与接收信号的频率完全相同，如果校准信号在存在接收信号的时候被注入，则这两个信号将互相干扰。获取控制器可以通过时间多路复用接收信号与校准信号来克服信号干扰。这是通过使获取控制器顺序地激活发射机，然后激活校准信号电路来实现的。这提供接收数据与校准数据的时间多路复用序列。

可以使用的第二种方法是频率域多路复用。该方法从接收的信号中将该校准信号分离小的频率差。只要频率差被选择为：

ΔF＝N/t_a，                     (10)

其中N是整数，并且t_a是获取时间间隔，这两个信号可以独立地处理。通过以上的限制施加ΔF确保当处理校准信号时，接收信号可以被完全抵消，并且当处理接收信号时，该校准信号可以被完全抵消。使ΔF很小，确保可以通过该校准信号准确地测量影响接收信号的获取电子误差。例如，如果该接收信号被假设为在2.00MHz上，并且获取时间间隔是1.0秒，那么ΔF可以等于10Hz。这会将校准信号放置在2.000010MHz上，并且将接收信号放置在2.000000MHz上。在这个相对小的频率分隔上，借助于校准信号测量的电子误差便会准确地反映被引入接收信号的误差。

用于该校准的装置的一个重要方面是注入的校准信号的差动精度。也就是说，在注入进每个接收机的校准信号中需要非常小的差别，或者巳知的和稳固的差别。在两个校准信号之间的任何未考虑的差别将导致在最终传播测量中的误差。例如，在相位差测量的情况下，注入进Rx1的校准信号的相位必须等于注入进Rx2的校准信号的相位。如果在这两个校准信号中存在相位差，那么这些差值必须已知并且不变。因此，校准装置的实施是重要的。

现在参考图16，示出了将差动校准误差减到最小的装置的优选实施例。应当注意到，在不同的附图中相同的数字涉及相同的部分。在这个实施例中，该校准信号被使用电流回路78、80注入进Rx1、Rx2的接收机前端。与发射机和校准信号源74电子相连的校准电流源装置86产生电流I，该电流I被传递给电流回路78、80。电流互感器82、84被放置在电流回路78、80中，并且设置在接收机的前端附近，在相应的接收机Rx1/Rx2的回路中采样电流。经由电流互感器次级上的低值电阻88、90，该采样电流被转换为小的电压，该电压与接收信号串联相加。由于流入电流回路的电流的幅度和相位在回路中的任一点上基本上相等，因此在每个接收机上产生的校准信号将跟踪并且将任何潜在的差动校准信号误差减到最小。该电流互感器还在接收机之间提供电压绝缘，并且防止接收机信号任何的相互耦合。

本公开已经论述了本发明应用具有两个接收机的设备。但是，该装置和方法可以扩展至具有两个以上接收机的任何设备。例如，本发明可以通过将校准信号以类似于开头两个接收机的方式注入进第三接收机适用于具有三个接收机的设备(如图11所示)。该方法因而可以计算三个差动校准量：一个用于Rx1/Rx2对，一个用于Rx2/Rx3对和一个用于Rx1/Rx3对。对于四接收机设备，该方法可以计算用于六个不同对的校准数值，Rx1/Rx2、Rx2/Rx3、Rx3/Rx4、Rx1/Rx3、Rx2/Rx4和Rx1/Rx4。概括地，本发明可用于校准K个总的差动接收机对，这里K被定义为

$K=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}i---\left(11\right)$

并且N等于接收机的总数。

虽然已经按照某些优选实施例描述了本发明，但对于那些普通的本领域技术人员来说显而易见的是，不脱离本发明的范围，在此处可以对本发明的构思进行修改和改进。在此处示出的实施例仅仅是说明本发明的构思，并且不应该解释为限制本发明的范围。

Claims (40)

1.一种获得地下地质构造的电磁传播测量的方法，所述地质构造由钻孔横穿，该方法包括：

-在钻孔内提供设备，所述设备包括：设置在所述设备上用于发送信号的发射机；设置在所述设备上用于接收所发送的信号的第一接收机和第二接收机；和用于处理所接收的信号的处理器装置；

-从发射机产生信号；

-在第一和第二接收机上接收所发送的信号；

-借助于校准电路将校准信号注入进第一接收机和第二接收机；

-在处理器装置内处理接收机信号和校准信号；

-校正与该接收机和第二接收机相关的数据获取误差；

-确定电磁传播测量。

2.根据权利要求1的所述方法，其中处理接收机信号和校准信号的步骤包括通过如下计算相位差来计算无数据获取误差的相位差：

PD＝(θ_M1-θ_M2)-(θ_MC1-θ_MC2)

-其中PD是无获取误差的相位差；

-θ_M1是来自第一接收机的未校准接收机信号的测量相位；

-θ_M2是来自第二接收机的未校准接收机信号的测量相位；

-θ_MC1是来自第一接收机的校准信号的测量相位；和

-θ_MC2是来自第二接收机的校准信号的测量相位。

3.根据权利要求1的所述方法，其中处理接收机信号和校准信号的步骤包括通过如下计算衰减来计算无数据获取误差的衰减：

AT＝(AT_M1-AT_M2)-(AT_MC1-AT_MC2)

-其中AT是以分贝表示的无获取误差的衰减；

-A_M1是以分贝表示的来自第一接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_M2是以分贝表示的来自第二接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_MC1是以分贝表示的来自第一接收机的校准信号的测量幅度；

-A_MC2是以分贝表示的来自第二接收机的校准信号的测量幅度。

4.根据权利要求1的所述方法，其中校准信号是在第一频率上，并且接收信号是在该第一频率上，并且该方法进一步包括：

-时分复用接收机信号与校准信号。

5.根据权利要求4的所述方法，其中时分复用的步骤包括顺序地激活发射机，并且然后激活校准电路。

6.根据权利要求1的所述方法，其中注入校准信号的步骤包括通过借助于可操作地与所述处理器装置关联的频率域多路复用电路从接收机信号中将校准信号分离频率差。

7.根据权利要求6的所述方法，其中频率差被如下选择：

ΔF＝N/t_a

其中ΔF是频率差；

N是整数；

t_a是获取时间间隔。

8.根据权利要求1的所述方法，其中注入校准信号的步骤包括：

-对第一接收机和第二接收机串联地增加校准信号。

9.根据权利要求1的所述方法，其中校准信号被使用电流回路注入进接收机前端。

10.根据权利要求9的所述方法，其中电流回路具有放置在其中的电流互感器，并且该方法进一步包括借助于电流互感器上的电流采样电阻采样回路中的电流。

11.根据权利要求1的所述方法，其中该设备具备第三接收机，并且该方法进一步包括将校准信号注入进该第三接收机中。

12.根据权利要求11的所述方法，进一步包括：

-计算用于第一接收机和第二接收机的差动校准数值；

-计算用于第二接收机和第三接收机的差动校准数值；和

-计算用于第一接收机和第三接收机的差动校准数值。

13.一种用于获得地下地质构造的电磁传播测量的设备，所述地下构造由钻孔横穿，该设备包括：

-设置在所述设备上用于发送电磁信号的发射机；

-设置在所述设备上用于接收所发送的电磁信号的第一接收机和第二接收机；

-用于测量和校正与发射机相关的误差的装置；

-用于将校准信号注入进第一接收机和第二接收机的装置；

-用于处理接收机信号和校准信号以获得电磁传播测量的装置。

14.根据权利要求13的所述设备，其中所述处理器装置包括：

-用于校正与第一接收机和第二接收机相关的数据获取误差的接收机数据获取电路。

15.根据权利要求13的所述设备，其中信号注入装置包括用于对第一接收机和第二接收机串联施加校准信号的装置。

16.根据权利要求15的所述设备，其中该设备具备第三接收机，并且该设备进一步包括用于将校准信号注入进第三接收机中的装置。

17.根据权利要求16的所述设备，进一步包括：

-用于计算第一接收机和第二接收机的差动校准数值的装置；

-用于计算第二接收机和第三接收机的差动校准数值的装置；和

-用于计算第一接收机和第三接收机的差动校准数值的装置。

18.根据权利要求14的所述设备，其中处理装置进一步包括用于如下计算无误差的相位差的装置：

PD＝(θ_M1-θ_M2)-(θ_Mc1-θ_MC2)

-其中PD是无获取误差的相位差；

-θ_M1是来自第一接收机的未校准接收机信号的测量相位；

-θ_M2是来自第二接收机的未校准接收机信号的测量相位。

-θ_Mc1是来自第一接收机的校准信号的测量相位；

-θ_Mc2是来自第二接收机的校准信号的测量相位。

19.根据权利要求14的所述设备，其中处理装置进一步包括用于如下计算无误差的衰减的装置：

AT＝(AT_M1-AT_M2)-(AT_MC1-AT_MC2)

-其中AT是以分贝表示的无获取误差的衰减；

-A_M1是以分贝表示的来自第一接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_M2是以分贝表示的来自第二接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_MC1是以分贝表示的来自第一接收机的校准信号的测量幅度；

-A_MC2是以分贝表示的来自第二接收机的校准信号的测量幅度。

20.根据权利要求14的所述设备，其中校准信号是在第一频率上，并且接收机信号是在该第一频率上，并且该设备进一步包括：

-可操作地与处理装置关联的装置，用于时分复用未校准的接收机信号与校准信号。

21.根据权利要求20的所述设备，其中时分复用装置包括用于顺序地激活发射机和校准注入装置的装置。

22.根据权利要求14的所述设备，进一步包括可操作地与处理装置关联的频率域多路复用装置，用于从接收机信号将校准信号分离频率差。

23.根据权利要求22的所述设备，其中频率域多路复用装置的频率差是如下选择的：

ΔF＝N/t_a

其中ΔF是频率差；

N是整数；

t_a是获取时间间隔。

24.根据权利要求23的所述设备，其中频率域多路复用装置当处理校准信号时消除接收机信号，并且当处理接收机信号时消除校准信号。

25.根据权利要求14的所述设备，其中校准信号被串联地增加至第一接收机和第二接收机。

26.根据权利要求25的所述设备，其中校准信号被使用电流回路注入进第一接收机和第二接收机前端。

27.根据权利要求26的所述设备，其中电流回路具有放置在其中的电流互感器，并且该设备进一步包括借助于电流采样电阻采样回路中的电流的装置。

28.一种获得地下地质构造的电磁传播测量的方法，所述地下构造由钻孔横穿，该方法包括：

-在钻孔内提供设备，所述设备包括：设置在所述设备上用于发送电磁信号的发射机；设置在所述设备上用于接收所发送的信号的第一接收机和第二接收机；

-从发射机发送信号；

-在第一和第二接收机上接收信号；

-测量与发射机关联的电流和电压，并且操作处理器从电流和电压测量之间的差值中推导出用于发射机误差的校正量；

-将校准信号注入进第一接收机和第二接收机中；

-在处理器内处理接收机信号和校准信号，用于获得地下构造的电磁传播测量。

29.根据权利要求28的所述方法，其中处理接收机信号和校准信号的步骤包括除去与第一接收机和第二接收机关联的数据获取误差。

30.根据权利要求29的所述方法，其中处理接收机信号和校准信号的步骤包括获得相位差测量值，并且其中相位差测量值是如下计算的：

PD＝((θ_M1-θ_M2)-(θ_Mc1-θ_MC2)，

-其中PD是无获取误差的相位差；

-θ_M1是来自第一接收机的接收机信号的测量相位；

-θ_M2是来自第二接收机的接收机信号的测量相位；

-θ_Mc1是来自第一接收机的校准信号的测量相位；

-θ_Mc2是来自第二接收机的校准信号的测量相位。

31.根据权利要求29的所述方法，其中处理接收机信号和校准信号的步骤包括获得衰减测量，并且其中衰减测量是如下计算的：

AT＝(AT_M1-AT_M2)-(AT_MC1-AT_MC2)

-其中AT是以分贝表示的无获取误差的衰减；

-A_M1是以分贝表示的来自第一接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_M2是以分贝表示的来自第二接收机的未校准接收机信号的测量幅度；

-A_MC1是以分贝表示的来自第一接收机的校准信号的测量幅度；

-A_MC2是以分贝表示的来自第二接收机的校准信号的测量幅度。

32.根据权利要求28的所述方法，其中校准信号是在第一频率上，并且接收机信号是在该第一频率上，并且该方法进一步包括：

-时分复用接收机信号与校准信号。

33.根据权利要求32的所述方法，其中多路复用的步骤是通过顺序地激活发射机，然后激活用于注入校准信号的校准电路来实现。

34.根据权利要求28的所述方法，进一步包括借助于可操作地与处理器关联的频率域多路复用装置从接收机信号中将校准信号分离频率差。

35.根据权利要求34的所述方法，其中频率域多路复用装置的频率差是如下选择的：

ΔF＝N/t_a

其中ΔF是频率差；

N是整数；

t_a是获取时间间隔。

36.根据权利要求35的所述方法，其中频率域多路复用装置当处理校准信号时消除接收机信号，并且当处理接收机信号时消除校准信号。

37.一种用于获得地下地质构造的电阻率测量的设备，所述地下构造由钻孔横穿，该设备包括：

-用于产生发送信号源和校准信号源的装置；

-设置在所述设备上用于发送电磁信号源的发射机；

-设置在所述设备上用于接收所发送的信号的第一接收机和第二接收机；

-用于将校准信号注入进所述第一接收机中的第一校准信号注入电路；

-用于将校准信号注入进所述第二接收机中的第二校准信号注入电路；

-用于数字化来自第一接收机的未校准和校准的信号的第一数据获取电子电路；

-用于数字化来自第二接收机的未校准和校准的信号的第二数据获取电子电路；

-用于接收来自第一和第二数据获取电子设备的数字化数据并且获得电阻率测量的获取处理器。

38.根据权利要求37的所述设备，其中注入的校准信号被串联地增加至第一接收机和第二接收机。

39.根据权利要求37的所述设备，其中注入的校准信号被使用电流回路注入进第一接收机和第二接收机前端。

40.根据权利要求39的所述设备，其中电流回路具有放置在其中的电流互感器，并且该设备进一步包括借助于电流采样电阻采样回路中的电流的装置。

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