專利名稱：用于測量鉆孔泥漿電阻率的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中公開的本主題的實施例大體涉及用于測量諸如鉆孔泥漿的流體的電阻率的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在過去的年月里，隨著化石燃料價格的增加，開發(fā)新生產(chǎn)油田的利益大幅增加。在鉆機上，從泥漿池通過鉆柱泵送泥漿，從鉆柱上，泥漿從鉆頭上的噴嘴噴出，在該過程中清潔且冷卻鉆頭。攜帶粉碎或切碎的巖石的泥漿通過在鉆柱與鉆進的鉆孔側(cè)部或鉆孔的套管之間的環(huán)形空間向上帶回到表面。在表面處，泥漿被過濾并回到泥漿池。為了測量所鉆進的地質(zhì)構(gòu)造的電特性，要求鉆孔中流體(即，泥漿)的電阻率的準(zhǔn) 確知識，以從電流、電感或其它測量技術(shù)中移除其影響。常規(guī)地，使用放置于鉆柱(即，鉆進鉆孔時建置的分段的管路)中的工具來測量泥漿電阻率。當(dāng)泥漿經(jīng)過該工具的開口端測量管時得到泥漿電阻率的瞬時值。使用低頻交流電流和四個電極(兩個外部電流電極和兩個中央電壓電極)來執(zhí)行使用常規(guī)工具的泥漿電阻率測量。根據(jù)歐姆定律，在兩個中央電壓電極之間測量的電壓與經(jīng)過其的電流的比率得到電阻率R，其為經(jīng)過中央電壓電極之間的測量管的流體的屬性。使用電阻率R和該工具的已知幾何特性(諸如，在中央電壓電極之間的距離和流體通過的并垂直于電流方向的測量管的面積)來計算泥漿電阻率。上文所述的常規(guī)測量的一個問題在于使用不準(zhǔn)確的電流值來獲得電阻率R。實際上，由外部電流電極注入的電流分成在測量管內(nèi)的電流電極之間流動的一部分，和在電流電極之間通過測量管外側(cè)的鉆孔中的泥漿流動的一部分。因此，注入的電流中的一些從測量電極轉(zhuǎn)移開，從而在測量中弓I入不確定性和可變性。嘗試了具有形形色色的結(jié)果的對該問題的一些解決方案，所嘗試的解決方案受到額外誤差影響。在一個嘗試的解決方案中，處于零(接地)電位的至少一個‘屏蔽’電極作為對四個電極的補充、在四個電極的外側(cè)沿流體和電流方向放置，以迫使在電路上在測量管外側(cè)通過該鉆孔的電位差為零，從而迫使所有電流流過測量管。這種方法的缺點在于它要求平行控制環(huán)路來正確地維持在(多個)屏蔽電極上的電壓。在另一嘗試解決方案中，測量電流分流成兩個等效路徑，該兩個等效路徑返回放置于測量管中點的電極。因此，執(zhí)行兩個單獨的測量且忽略仍流出到鉆孔內(nèi)的任何其它電流，因為其并不通過測量設(shè)備返回。這個技術(shù)提供兩個同步的結(jié)果，而不解決結(jié)果中的哪一個更正確的難題。上述嘗試的解決方案都沒有正確地且決定性地解決在測量管外側(cè)流動的電流的問題。因此，將要求提供克服上述問題和缺陷的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示范性實施例，流體電阻率測量設(shè)備包括流體柱限定結(jié)構(gòu)、兩個電流注入電極、電壓測量電極和兩個額外電極。流體柱限定結(jié)構(gòu)配置為允許其電阻率待測量的流體填充流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體柱。兩個電流注入電極安置于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)沿縱向的不同位置處。兩個電流注入電極配置為將已知電流注入流體柱內(nèi)。電壓測量電極沿縱向的不同測量位置處位于兩個電流注入電極的位置之間安置于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。電壓測量電極配置為測量橫跨至少一個測量柱的電壓，測量柱為流體柱的一部分。兩個額外電極沿縱向位于兩個電流注入電極的位置的外側(cè)安置于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。兩個額外電極電連接到彼此以具有相同電位。根據(jù)另一示范性實施例，制造流體電阻率測量設(shè)備的方法包括將兩個額外電極沿縱向安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)，兩個額外電極電連接到彼此以具有相同電位。該方法還包括將兩個電流注入電極沿縱向在額外電極之間安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)和將測量電極沿縱向在兩個電流注入電極之間安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。根據(jù)另一示范性實施例，測量流體電阻率的方法包括(i)沿縱向在不同的電流注入位置處將已知電流注入流體柱內(nèi)；(ii)測量橫跨電流注入位置之間的包括于流體柱中的至少一個測量流體柱的電壓；和(iii)基于測量電壓、已知電流和已知幾何特性來計 算流體電阻率，其中流過測量柱中的流體的電流為已知電流的一部分且基于沿縱向在電流注入位置之間的中心距離與沿縱向在位于中心距離外側(cè)的額外電極的兩個位置中的每一個與電流注入位置中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率來確定。


合并于本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了一個或多個實施例，且與說明書一起解釋這些實施例。在附圖中圖I為根據(jù)示范性實施例的電阻率測量工具的示意圖；圖2為根據(jù)另一示范性實施例的電阻率測量工具的示意圖；圖3為根據(jù)示范性實施例在電阻率測量工具中測量的測量電流與第二電流之間的比率的曲線圖，該比率對于各種接觸電阻率值，表示為流體電阻率的函數(shù)；圖4為根據(jù)另一示范性實施例制造流體電阻率測量設(shè)備的方法的流程圖；并且圖5為根據(jù)另一示范性實施例示出由測量流體電阻率的方法所執(zhí)行的步驟的流程圖。
具體實施例方式示范性實施例的以下描述參考附圖。不同附圖中相同附圖標(biāo)記標(biāo)識相同或類似元件。以下詳細描述并不限制本發(fā)明。而是本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。為簡單起見，關(guān)于流體電阻率測量工具的術(shù)語和結(jié)構(gòu)討論了以下實施例。但是，之后所討論的實施例并不限于這些系統(tǒng)，而是可應(yīng)用于要求測量開放管中的電阻率的其它系統(tǒng)。說明書全文中對“一個實施例”或“實施例”的提及表示結(jié)合實施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括于所公開的本主題的至少一個實施例中。因此，在說明書全文的各個位置中“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現(xiàn)未必都指的是相同實施例。另外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一個或多個實施例中以任何適當(dāng)方式組合。在圖I中示出根據(jù)示范性實施例的流體電阻率測量工具100。所測量的流體可為鉆孔泥漿。此工具100可合并于電纜-裸井工具管柱中，在移除了鉆柱之后在無套管的鉆孔內(nèi)使用。這種工具管柱可具有大約3 1/2"直徑，且在6-7"直徑的裸井內(nèi)操作。流體電阻率測量工具100可具有大約I"的內(nèi)徑。此處，圖I為沿縱向102的截面圖。工具100包括浸沒于其電阻率待測量的流體中的柱限定結(jié)構(gòu)。流體可沿縱向102沿流體柱105 (包圍工具且還在工具外側(cè)流動的流體)流動。但是，流體可相對于工具靜止。工具100的柱限定結(jié)構(gòu)包括外管110和探針120，它們都由絕緣材料制成。例如，外管110和探針120可由聚醚醚酮(PEEK)制成。探針120可插入于外管110內(nèi)，使得流體柱105為在外管110與探針120之間的流體。在圖2所示的可選實施例250中，柱限定結(jié)構(gòu)可僅為管260，且在該情況下，流體柱265為在管內(nèi)(流動)的流體。多個電極在沿縱向102的不同位置處安裝于探針120上。在其中柱限定結(jié)構(gòu)為管260的圖2所示的可選實施例250中，電極270安裝于管260的內(nèi)表面上(即，無探針)。兩個電流注入電極130和140連接到電流源145，電流源145配置為將低頻交流電 流注入流體柱中。注入電流經(jīng)由流體從電流注入電極中的一個(例如，130)流到電流注入電極中的另一個(例如，140)，電流注入電極具有不同的電位。流體為導(dǎo)體，注入電流分成從電流注入電極130直接流到(即，沿縱向102，沿路徑200a)電流注入電極140的第一電流和從電流注入電極130通過流體間接流動(第二電流沿與第一電流相反的方向流動)以到達電流注入電極140的第二電流。此處，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解本描述聲稱在連續(xù)電流電路中電流的固定方向。對于在測量中使用的低頻交流電流，上文所述的特征(例如，電流分流)類似于連續(xù)電流中的那些，但周期性地改變注入電流的方向。兩個測量電極150和160沿縱向102放置于電流注入電極130與140之間。測量電極150和160配置為連接到電壓測量設(shè)備165，以監(jiān)測跨測量流體柱168的電壓(V測量)。測量流體柱168為流體柱105的一部分且由在測量電極150和160的位置處垂直于縱向102的面積來界定。沿測量流體柱168流動的電流等于第一電流(因此，第一電流小于注入電流)。(i)測量電壓與(ii)沿測量流體柱168流動的第一電流的比率得到在測量流體柱168中的流體的流體電阻率值R。流體電阻率值R然后可與測量流體柱168的已知幾何特性(例如，測量流體柱168的面積和長度)一起用于計算流體電阻率。彼此電連接(即，短路)且因此具有相同電位的兩個額外電極170和180沿縱向102、遠離測量柱168放置于電極130、140、150和160的外側(cè)。額外電極170和180可經(jīng)由線210連接，線210可位于探針120內(nèi)。由于具有相同電位的額外電極170和180的存在，所以第二電流并不在工具100外側(cè)的流體中流動，而是從電流注入電極130和額外電極170通過流體柱105的第一部分190，從額外電極170通過線210到額外電極180，且然后從額外電極180通過流體柱105的第二部分195到電流注入電極140流動。因此，第二電流經(jīng)由已知第二環(huán)路流動，且并不經(jīng)由通過工具100外側(cè)的流體的不可預(yù)測且不典型的路徑流動。換言之，從第一環(huán)路200經(jīng)由電流注入電極130和140注入流體中的電流分成沿兩個不同路徑流動的兩股電流。第一電流(I3W)通過測量柱168在電流注入電極130與140之間流動。第二電流(1_二)從電流注入電極經(jīng)由流體柱105的第一部分190、線210和流體柱105的第二部分195流到另一電流注入電極。
根據(jù)Kirchoff的電荷守恒定律，從第一環(huán)路200注入流體中的電流為第一電流(I*,)和第二電流( 二)之和。在一個實施例中，在電極170與130、130與140和140與180之間的距離(以其中它們沿縱向102沿探針102布置的次序列出它們)大致相等。但是在其它實施例中可使用具有不同關(guān)系的電極之間的距離。在電極170與130、130與140和140與180之間的距離大致相等時，第二電流通過流體行進了一段距離，該距離為第一電流通過電流注入電極130和140之間的流體行進的距離的二倍。假設(shè)除流體電阻率之外的電阻率可忽略，第一電流(I3w)為從第一環(huán)路200注入流體中的電流的2/3。導(dǎo)致測量電位差(V3tt)的第一電流(I3w)并不受測量柱外側(cè)的鉆孔條件影響。第二電流(1_二)然后為從第一環(huán)路200注入流體中的電流的1/3或者為第一電流(1 量)的一半。電流之間的這些關(guān)系的有效性取決于是否假設(shè)除流體電阻率之外的電阻率(例如，線和連接件的電阻率)可忽略。該假設(shè)對于0. 0508m的測量柱長度、0. 001425158m2的測量柱面積和在0. 01至IOOQm范圍內(nèi)的流體電阻率值進行了測試。對于在0. I與0. 5 Q·之間的每個電極的接觸電阻率的測試結(jié)果在圖3中示出。在圖3中，y軸代表第二電流
二)對第一電流(I3w)的比率，且X軸代表以對數(shù)尺度的流體電阻率值。如果該假設(shè)有效，則由于在測試期間所用的實施例在電極170與130、130與140和140與180之間具有大致相等的距離，所以第二電流(1_二)對第一電流(I3w)的比率的值預(yù)期為0.5。在圖3的曲線圖中，線310對應(yīng)于0. I Q的每個電極的接觸電阻率，線320對應(yīng)于
0.2Q的每個電極的接觸電阻率，線330對應(yīng)于0.3 Q的每個電極的接觸電阻率，線340對應(yīng)于0. 4Q的每個電極的接觸電阻率，并且線350對應(yīng)于0.5 Q的每個電極的接觸電阻率。對于鉆孔泥漿電阻率的預(yù)期值范圍在0.2與IOOOQm之間。除流體電阻率之外的電阻率可忽略的假設(shè)看起來適用于大部分預(yù)期值范圍。實際上，電流注入電極和/或測量電極的接觸電阻率具有相對較小的影響，因為，首先，已知電流無論接觸電阻率如何都注入，且對于測量電極而言，假定很小的電流通過。對于更小的電阻率值，具有更長測量柱的工具可通過增加由流體引起的電阻率值而用于減小由除流體電阻率之外的電阻率引起的誤差。由于額外電極的接觸電阻率為流體電阻率測量中的主要誤差源，所以這些連接件由旨在實現(xiàn)最小電阻率的材料并且以旨在實現(xiàn)最小電阻率的方式制成。額外電極的每一個的接觸電阻率可受到電阻率大小和腐蝕的影響。因此，接觸電阻率的影響可通過使用對于額外電極而言“胖”(即，引起較小電阻率的較大區(qū)域)的接觸件，例如通過朝向管的端部延伸來減輕。流體電阻率可由流體電阻率計算單元199來計算，流體電阻率計算單元199配置為接收測量電壓，且配置為使用經(jīng)由電流注入電極130和140注入流體柱105中的已知電流和已知的幾何特性來計算經(jīng)過流體柱限定結(jié)構(gòu)的流體的電阻率。流體電阻率計算單元199可位于鉆孔中或表面處的測量位點附近。測量電壓可經(jīng)由線或無線地傳輸?shù)搅黧w電阻率計算單元199。當(dāng)流體具有低電阻率值時，流體電阻率計算單元199可使用第二電流(1_二)對第一電流(I3W)的比率與測量電阻率的相關(guān)性的知識，如圖3所示，迭代地獲得校正的測量。例如，如果初始計算的電阻率低于在該值處連接電阻率影響電流的比率的預(yù)定電阻率值(例如，圖3的0. 8 Qm)，則流體電阻率計算單元199可使用基于已知的相關(guān)性的電流比率的修正值來計算新的電阻率值且重復(fù)該過程直到實現(xiàn)了收斂。已知的幾何特性可包括垂直于縱向102的流體柱105的面積、沿縱向在測量電極之間的距離以及在⑴兩個電流注入電極130與140之間的距離與(ii)在額外電極(即，170或180)中的每一個與兩個電流注入電極(即，130和140)中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率。流體電阻率計算單元可基于(i)兩個電流注入電極130與140之間的距離與(ii)額外電極(即，170和180)中的每一個與兩個電流注入電極(即，130和140)中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率來估計在兩個測量電極150與160之間流動的已知電流的一部分。兩個電流注入電極130和140和兩個額外電極170和180可沿縱向如下布置，即使得直接流過在兩個電流注入電極130與140之間的流體的第一電流(I3w)為從電流注入電極130或140中的一個通過流體流到兩個額外電極170或180中更靠近的一個和從兩 個額外電極170或180中的另一個流到兩個電流注入電極130或140中的另一個的第二電流二)的二倍。例如，在第二電流二)所流過的流體的電阻率為第一電流(I3w)所流過的沿縱向102在兩個電流注入電極130與140之間的流體的電阻率的二倍時出現(xiàn)電流之間的這種關(guān)系。在第一電流與第二電流之間分流已知注入電流的方式是已知的且可預(yù)測的，因此減輕了在其中使用不準(zhǔn)確的電流值獲得測量流體柱的電阻率R的常規(guī)測量的問題。不同于在至少一個‘屏蔽’電極作為對四個電極的補充并且在四個電極的區(qū)域外側(cè)放置時，不要求平行控制環(huán)路來正確地維持在額外電極上的電壓。此外，不同于在測量電流分流到返回至放置于測量管中點處的電極的兩個等效路徑時，設(shè)備100執(zhí)行單次測量。外管110和插入外管110內(nèi)的探針120可認為是流體柱限定結(jié)構(gòu)。探針120可配置為沿縱向大致插入外管110的中部內(nèi)。但是，在一些實施例中，探針120可配置為插入除了外管110的中部的其它位置。在圖4中示出了根據(jù)示范性實施例制造流體電阻率測量設(shè)備的方法400的流程圖。在S410，該方法400包括將兩個額外電極沿縱向安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。兩個額外電極電連接到彼此以具有相同的電位。在一個實施例中，流體柱限定結(jié)構(gòu)可包括外管和探針、兩個電流注入電極、電壓測量電極和安裝于探針上的兩個額外電極，探針可大致位于外管的中部。在另一個實施例中，流體柱限定結(jié)構(gòu)可以是管，并且兩個電流注入電極、電壓測量電極和兩個額外電極可安裝于管的內(nèi)表面上。在S420，方法400包括將兩個電流注入電極沿縱向在額外電極之間安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。在一個實施例中，可執(zhí)行兩個電流注入電極在探針上的安裝，使得沿縱向在兩個電流注入電極之間的距離為在額外電極中的每一個與兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和的一半。在另一個實施例中，可執(zhí)行兩個電流注入電極上在探針上的安裝，使得沿縱向在兩個電流注入電極之間的距離大致等于在額外電極中的每一個與兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離。方法400還包括在430將測量電極沿縱向在兩個電流注入電極之間安裝于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)。方法400還可將兩個電流注入電極連接到電流源，電流源配置為提供注入經(jīng)過外管的流體內(nèi)的已知電流。方法400還可包括將測量電極連接到流體電阻率計算單元，流體電阻率計算單元配置為接收測量電壓，且配置為使用已知注入電流和已知幾何特性來計算經(jīng)過外管的流體的電阻率。方法400還可包括在流體電阻率計算單元中存儲如下值包括垂直于縱向、在外管內(nèi)側(cè)且在探針外側(cè)的面積的已知幾何特性值、沿縱向在測量電極之間的距離以及在(i)兩個電流注入電極之間的距離與Qi)在額外電極中的每一個與兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率。在圖5中示出了根據(jù)示范性實施例測量流體電阻率的方法500。在S510，方法500包括將已知電流沿縱向在不同的電流注入位置處注入流過流體柱的流體內(nèi)。在S520，方法500包括測量橫跨沿縱向包括于流體柱中的至少一個測量柱的電壓，且在S530，方法500包括基于測量電壓、已知電流和已知幾何特性來計算流體電阻率。 流過測量柱中的流體的電流為已知電流的一部分，且基于沿縱向在電流注入位置之間的中心距離與沿縱向位于中心距離外側(cè)的額外電極的兩個位置中的每一個與電流注入位置中更靠近的一個之間的距離之和之間的比率來確定?？稍谥行木嚯x大致等于沿縱向在額外電極的兩個位置中的每一個與電流注入位置中更靠近的一個之間的距離中的每一個時執(zhí)行方法500。也可在已知幾何特性包括垂直于縱向、在流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)的面積和沿縱向在測量電極之間的距離時執(zhí)行方法500。方法500還可包括迭代地計算校正的電阻率值，當(dāng)電阻率低于預(yù)定電阻率值時，在每次迭代中使用基于電阻率比率的已知相關(guān)性的校正的比率值。所公開的示范性實施例提供設(shè)備、制造方法和測量流體電阻率的方法。應(yīng)了解本 說明書不意圖限制本發(fā)明。相反，示范性實施例意圖涵蓋包括于所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的備選、修改和等效物。另外，在示范性實施例的詳細描述中，陳述了許多具體細節(jié)以便提供對主張權(quán)利的本發(fā)明的全面理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解可在無這種具體細節(jié)的情況下實踐各種實施例。盡管在實施例中以特定組合描述了本示范性實施例的特征和元件，但是每個特征或元件可在沒有實施例的其它特征和元件的情況下單獨使用或者在具有或不具有本文所公開的其它特征和元件的各種組合中使用。本書面描述使用所公開的主題的實例來使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括做出和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何合并的方法。本主題的專利保護范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它實例。這些其它實例意圖在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種流體電阻率測量設(shè)備(100)，包括 流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)，其配置為允許其電阻率待測量的流體填充所述流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)內(nèi)的流體柱(105)； 兩個電流注入電極(130，140)，其沿縱向(102)在不同位置處安置于所述流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述兩個電流注入電極(130，140)配置為將已知電流注入所述流體柱(105)內(nèi)； 電壓測量電極(150，160)，其在所述兩個電流注入電極(130，140)的位置之間沿所述縱向(102)在不同測量位置處安置于所述流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述電壓測量電極(150，160)配置為測量橫跨至少一個測量柱(168)的電壓，所述測量柱(168)為所述流體柱(105)的一部分；和 兩個額外電極(170，180)，其沿所述縱向(102)在所述兩個電流注入電極(130，140)的位置的外側(cè)安置于所述流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)內(nèi)，所述兩個額外電極(170，180)電連接到彼此以具有相同的電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體電阻率測量設(shè)備，其特征在于，還包括 流體電阻率計算單元，其配置為接收所述測量電壓，且配置為使用已知電流和已知幾何特性來計算經(jīng)過所述流體柱限定結(jié)構(gòu)的流體的電阻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體電阻率測量設(shè)備，其特征在于，所述已知幾何特性包括在所述流體在所述流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)流動處垂直于所述縱向的面積、沿所述縱向在所述測量電極之間的距離以及在(i)在所述兩個電流注入電極之間的距離與(ii)在所述額外電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體電阻率測量設(shè)備，其特征在于， 所述流體電阻率計算單元配置為基于在(i)在所述兩個電流注入電極之間的距離和( )在所述額外電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率來估計在所述測量電極之間流動的已知電流的一部分，并且 所述流體電阻率計算單元配置為迭代地獲得校正的電阻率值，當(dāng)所述電阻率低于預(yù)定電阻率值時，在每次迭代中使用基于所述電阻率比率的已知相關(guān)性的校正的比率值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體電阻率測量設(shè)備，其特征在于，所述兩個電流注入電極和所述兩個額外電極沿所述縱向布置，使得在所述兩個電流注入電極之間、通過所述流體柱中的流體流動的電流為在所述兩個額外電極中的任一個與所述兩個電流注入電極中更靠近的一個之間、通過所述流體柱中的流體流動的電流的大約兩倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電阻率測量設(shè)備，其特征在于，沿所述縱向在所述兩個電流注入電極之間的距離大致等于沿縱向在所述額外電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電阻率測量設(shè)備，其特征在于，所述流體柱限定結(jié)構(gòu)包括 外管；和 探針，其插入所述外管內(nèi)， 其中，所述外管和所述探針由電絕緣材料制成，且所述兩個電流注入電極、所述電壓測量電極和所述兩個額外電極沿所述探針沿縱向定位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電阻率測量設(shè)備，其特征在于，所述探針配置為大致沿所述縱向插入所述外管的中部。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電阻率測量設(shè)備，其特征在于，所述流體柱限定結(jié)構(gòu)包括 管，其由電絕緣材料制成， 其中，所述兩個電流注入電極、所述電壓測量電極和所述兩個額外電極沿所述縱向定位在所述管的內(nèi)表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電阻率測量設(shè)備，其特征在于，與在所述兩個電流注入電極之間流動的流體柱的電阻率和在所述兩個額外電極中的一個與所述兩個電流注入電極中更靠近的一個之間流動的流體柱的電阻率相比，所述兩個額外電極的電阻率是可忽略的。
11.一種制造流體電阻率測量設(shè)備(100)的方法(400)，所述方法包括 將兩個相同電位電極(170，180)沿縱向(102)安裝(S410)于流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)內(nèi)，所述兩個額外電極(170，180)電連接到彼此以具有相同電位； 將兩個電流注入電極(130，140)沿所述縱向(102)在所述相同電位電極(170，180)之間安裝(S420)于所述流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)內(nèi)；并且 將測量電極(150，160)沿所述縱向(102)在所述兩個電流注入電極(130，140)之間安裝(S430)于所述流體柱限定結(jié)構(gòu)(110，120)內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括 將所述兩個電流注入電極連接到電流源，所述電流源配置為提供注入經(jīng)過所述流體柱限定結(jié)構(gòu)的流體內(nèi)的已知電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，還包括 將至少一對測量電極連接到流體電阻率計算單元，所述流體電阻率計算單元配置為接收測量電壓，并且配置為使用已知注入電流和所述流體柱限定結(jié)構(gòu)的已知幾何特性來計算所述流體的電阻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制造流體電阻率測量設(shè)備的方法，其特征在于，還包括 在所述流體電阻率計算單元中存儲所述已知幾何特性值，所述值包括(a)在所述流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)、垂直于所述縱向的面積；(b)在所述測量電極之間沿所述縱向的距離；和(c)在⑴在所述兩個電流注入電極之間的距離與(ii)沿縱向在所述相同電位電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述兩個電流注入電極的安裝，使得沿縱向在所述兩個電流注入電極之間的距離為沿縱向在所述相同電位電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和的一半。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述兩個電流注入電極的安裝，使得沿縱向在所述兩個電流注入電極之間的距離大致等于沿縱向在所述相同電位電極中的每一個與所述兩個電流注入電極中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述流體柱限定結(jié)構(gòu)包括外管和探針、所述兩個電流注入電極、所述電壓測量電極和安裝于所述探針上的兩個相同電位電極，所述探針大致位于所述外管的中部。
18.一種測量流體電阻率的方法(500)，包括 沿縱向(102)在不同電流注入位置處將已知電流注入(S510)流體柱(105)內(nèi)； 測量(S520)橫跨在所述電流注入位置之間的包括于所述流體柱(105)中的至少一個測量流體柱(168)的電壓；以及基于所述測量電壓、所述已知電流和所述至少一個測量流體柱(168)的已知幾何特性來計算(S530)流體電阻率， 其中，在所述至少一個測量流體柱(168)中流動的電流基于在(i)沿所述縱向在所述電流注入位置之間的中心距離與(ii)位于所述中心距離外側(cè)的兩個額外電極(170，180)中的每一個與所述電流注入位置中相應(yīng)更靠近的一個之間的距離之和之間的比率來確定。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述中心距離大致等于沿所述縱向、在所述額外電極的位置的每一個與所述電流注入位置中相應(yīng)更靠近一個之間的距離中的每一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述已知幾何特性包括垂直于所述縱向的所述流體柱的面積和沿所述縱向在所述測量電極之間的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量鉆孔泥漿電阻率的方法和設(shè)備。提供用于測量流體電阻率的設(shè)備、設(shè)備的制造方法和測量流體電阻率的方法。用于測量流體電阻率的設(shè)備包括流體柱限定結(jié)構(gòu)，兩個電流注入電極、電壓測量電極和兩個額外電極。流體柱限定結(jié)構(gòu)配置為允許待測量電阻率的流體填充流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體柱。兩個電流注入電極配置為將已知電流注入到流體柱內(nèi)。電壓測量電極配置為測量橫跨包括于流體柱中的測量柱的電壓。沿縱向在兩個電流注入電極的位置外側(cè)安置于流體柱限定結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩個額外電極電連接到彼此。
文檔編號G01N27/07GK102798762SQ20121017923
公開日2012年11月28日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者S·肯尼迪, T·約翰遜, D·麥克利恩 申請人:桑德克斯有限公司