CN101525999B - 电磁随钻测量系统的适应性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油钻井、矿产开发及地质勘探领域。本发明建立了一种电磁随钻测量系统的适应性分析方法，系统地分析了地层特性、井筒环境、井眼轨迹、地面环境对电磁信号传输的影响，从而对一个地区或一口井进行电磁随钻测量系统的适应性分析。随着气体钻井和充气钻井等低压欠平衡钻井技术推广应用，本发明具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

Description

电磁随钻测量系统的适应性分析方法

技术领域

本发明属于石油钻井、矿产开采及地质勘探领域，本发明尤其涉及一种电磁随钻测量系统的适应性评价方法。

背景技术

目前，在定向钻井施工中普遍采用钻井液脉冲方式的随钻测量系统(MWD)。然而，对于气体钻井及充气钻井，由于流体的可压缩性强，无法产生有效的脉冲信号。电磁随钻测量系统(EM-MWD)是一种实现井下和地面信息通信的新技术，基本上不受钻井液介质的影响，具有信号传输速率高、测量时间短、结构简单、成本低等诸多优势，适用于在气体、泡沫、雾化、充气等钻井液中使用。20世纪70年代初，实用型EM-MWD系统研制成功后，在钻井工程中并未得到广泛的应用，其主要原因是EM-MWD系统的适应性受到一定的限制。由于地层是EM-MWD系统的信道组成部分，而地层是不均匀的，地层电阻率的分布近乎于随机，大地水平分层及钻井液、套管层次的存在及地面井场存在的电磁干扰导致电磁随钻测量系统处于非常复杂的电磁环境中，给确定电磁随钻测量系统的适应性带来了极大的困难。由于电磁随钻测量系统受多方面因素的影响，电磁随钻测量系统的适应性很难确定。当决策者考虑是否使用电磁随钻测量系统时，很难确定准备钻井的地区或是准备开钻的一口井是否能够使用电磁随钻测量系统来进行随钻测量井底信息。因此，必须研究电磁随钻测量系统的适应性评价方法。

目前，只有一些电磁随钻测量系统中有关电磁信号传输理论的研究成果，分析了电磁随钻测量的基本原理，缺少对于复杂环境下电磁随钻测量系统的适应性评价方法。

现有技术其中：

1.《随钻测量电磁信道分析的等效传输线法》(电波科学学报95年10卷第3期)只考虑了均匀地层，没有考虑钻井实际工况下钻井液，套管，地层不均匀性对电磁随钻测量的影响。只是电磁传输理论的分析，没有对电磁随钻测量的适应性的评价。不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

2.《随钻测量电磁传输信道研究》(电波科学学报97年5月第40卷第3期)

也是只考虑了均匀地层，没有考虑钻井实际工况下钻井液，套管，地层不均匀性对电磁随钻测量的影响。只是电磁传输理论的分析，没有对电磁随钻测量的适应性的评价。不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

3.《Electromagnetic field due to a loop antenna in a borehole》IEEE96，34卷。

分析地层中环形天线。采用等效波数等效简化边界条件，将柱向分层煤质-钻井液去掉的方法。再利用微扰法和佳点积分法求取环形的场。该方法可以分析地层中的环形天线，电磁随钻测量系统如果采用环形天线传输距离很短。实际电磁随钻测量系统采用的是非对称的偶极子天线。因此与本发明无关。另外采用等效波数简化边界条件，简化了问题可精度上受到影响。不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

4.《金属套管中的钻杆天线》(电波科学学报92年9月第7卷第3期)

讨论了套管存在情况下钻杆天线的信道，导出了地面测量电位的计算公式。分套管内外套管对钻杆天线传输信道的影响进行了分析。讨论的钻杆天线指的是穿孔外接金属环形式的钻杆天线，所做的分析研究建立在该种形式的钻杆天线上。但是该种钻杆天线结构只能在静止状态下在井底进行传输。在石油钻井过程中，转盘转动，钻具在井底剧烈运动，使该种结构破坏。因此这种结构天线在石油钻井中没有实用性。而本发明所述的电磁随钻测量系统采用的是绝缘接头绝缘形成非对称偶极子天线的结构。

5.《E.M.MWD Data Transmission Status and Perspectives》(石油工程师协会25686)，介绍了电磁随钻测量系统的原理，建立了对信号衰减进行估计的快速估算法。介绍了电磁随钻测量系统的大的组成部分，现场应用的情况。该方法认为信号在油井上的传播如同在同轴电缆的传播，井筒起波导管的作用。该种估算法没有考虑钻井液的影响。套管对传输的影响非常复杂，该估算法考虑套管只采用波导管因子，误差大和实际工况差距很远，不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

6.《Numerical solution to the current integral equations of aboundarypenetrating antenna》电波科学学报[J].2000，15(4)506-511.将地层分为土层岩层，在已有的三层媒质中透层天线电流积分方程基础上，给出了电流积分方程中索末菲积分的低频近似解析公式给出了物理解释。利用三项式全电流域电流基函数，求得了透层天线的输入阻抗。采用静态场近似方法，求出了透层天线在地面上电场分布。但实际钻井过程中存在的钻井液、套管地层分层没有考虑和实际工况差距很远，不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

7.《Electricdrill-string telemetry》journal of computational physics2003，导出任意分层媒质中垂直偶极子的格林函数的基础上，给出了建立垂直透层天线Hallen积分方程的一般方法。对地下三层媒质进行了数值计算。考虑了地层分层并对地下三层媒质进行了数值分析。但是却没有考虑钻井液、套管。和实际工况差距很远，不能用来评价电磁随钻测量系统的适应性。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，建立了一套电磁随钻测量系统的适应性分析方法，系统地分析了地层特性(地层电阻率等)、井筒环境(钻井液、套管等)、井眼轨迹、地面环境(井场发电机等)等对电磁信号传输的影响，得到了一些影响规律，从而可以对一个地区或一口井进行电磁随钻测量系统的适应性评价。

本发明为了实现发明目的，发明内容为：

电磁随钻测量系统的适应性分析方法，所述分析方法用于通过地层特性、井筒环境、井眼轨迹、地面环境对电磁信号传输的影响，从而对一个地区或一口井进行电磁随钻测量系统的适应性评估；

所述分析方法包括：

(1)理想条件下电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤：

所述理想条件为在不考虑地层的不均匀性，套管，钻井液条件下，取地层为均匀有耗介质；

可得：地表面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为：

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2a{Z}_{01}{k}^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kb}\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kx}\right)]$

其中：r，l和g，c分别表示传输线单位长度的串联电阻、串联电感、并联电导和并联电容；k为复波数，b为钻杆半径，b₁，b₂为传输线模型的等效半径；x为地面接收电极间距；ρ为地面上两点在径向的距离；μ₀，ε₀，σ₀分别为磁导率、介电常数和电导率。ω为时谐电磁场的角频率，τ为金属钻杆的壁厚，ρ_f，ρ_m分别为地层和钻杆的电阻率；Z₀₁为特征阻抗，γ₀₁为传播常数，a为常系数；下标1和下标2分别表示钻杆的井下电极；

(2)钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤：

在实际钻井中存在着钻井液，所述钻井液对电磁随钻测量传输系统的工作存在一定的影响；

可得，地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

式中，

$k_2^2={\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\μ}}_0({\mathrm{\ϵ}}_2+j\frac{{\mathrm{\σ}}_2}{\mathrm{\ω}})$

其中，b为钻杆半径，(b₁-b)为泥浆层厚度，d为上段等效传输线的等效半径，d′为下段等效传输线的等效半径；σ_m，ρ_m钻杆电阻率和电导率；σ₁，ρ₁，ε₁，μ₁分别为钻井液的电阻率，电导率，介电常数，磁导率；c为常系数；

(3)套管对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤：

在实际钻井过程中不仅存在钻井液的形成的柱面分层，而且还存在套管的影响；分析步骤中分电磁随钻测量工具在套管内、外两种情况；c₁为常系数；

a，当激励源在套管内时

可得，地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压：

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c_1{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

b，当激励源在套管外时

所述套管外钻杆天线等效电路为串联电路，激励源产生的激励电流经过上部钻杆及套管流入大地，再经过下部钻杆回到激励源负极；

将套管段和大地构成的等效传输线作为第一等效传输线(1)，套管外部钻杆和大地构成的等效传输线作为第二等效传输线(2)；分别计算等效传输线参数，得到特征常数z_0i和γ_0i。i＝1，2分别表示第一和第二等效传输线(1，2)；

可得，地面接收电压为：

$v_{\mathrm{rec}}=I_0\left\{z_{11}\right[\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z_{02}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)]-z_{02}[\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z_{02}}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)\left]\right\}\frac{\ln \left(\frac{x}{b_2}\right)}{\ln \left(\frac{{2h}_1}{b_2}\right)}$

其中l₂＝h₁-h₀；b₂为套管半径；X为地面接收天线间距；根据等效传输线方程求得上部钻杆得输入阻抗z₁₁和下部钻杆阻抗z₂₁这样可以得到传输线上任意点电流和电压值；

(4)地层不均匀性对电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤：

实际地层具有不均匀性，将不均匀性地层分层；取每个分层为均匀地层，建立模型实际地层；所述分层根据地层电阻率测井数据进行分层，用于模拟实际地层的不均匀性；且所述地层电阻率在0～10Ωm内；

即根据探测到的地层电阻率分层，将地层分为N层，i为第1～N层；计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布公式 $I_1\left(z\right)=\frac{I_0}{1-e^{-2{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}}[e^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z}-e^{-{\mathrm{\γ}}_{01}(2h_1-z)}];$ 分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i；后根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；根据等效传输线方程，激励源和末端的边界值，推导出分段均匀有损传输线的输入阻抗，电流和电压分布；当钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场；

可得，地面接收电压为：

${\mathrm{\φ}}_0\left(\mathrm{\ρ}\right)=-j\frac{\mathrm{\ω}}{k_0^2}B\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}{J}_0\left(\mathrm{\λa}\right)H_0^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\λ\ρ}\right)\left[S_0{\mathrm{\γ}}_0{e}^{-\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m{d}_m-{\mathrm{\γ}}_i(Z_i-z^{\′})}\right]\mathrm{\λd\λ}$

其中，k_i为复波数，z_di为分层界面距离坐标原点的距离；其中，坐标原点在激励源处；在第i层的总电场将由界面Z_I和Z_i-1传播过来的激励场，表示传输作用的系数S_i和反射作用的系数R_i，而所述每个分层地层中的传输系数和反射系数根据分界面上场的边界条件计算得出；

(5)电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤：

电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤，即总体分析电磁随钻测量系统参数，地层电阻率，实际钻井中存在的套管，钻井液，地层不均匀性等因素对电磁随钻测量系统的适应性影响步骤；

所述本分析步骤在处理钻井液时，利用等效传输线法将钻井液电阻率、介电常数、磁导率引入传输线参数中，本分析步骤将分析钻井液对电磁随钻测量系统适应性的影响；

所述本分析步骤在处理存在套管时，分钻柱在套管内与套管外两种情况，利用等效传输线法将套管电阻率引入传输线参数中，本分析步骤能够分析套管对电磁随钻测量系统适应性的影响；

所述本分析步骤在处理不均匀地层时，根据地层电阻率分层，将不均匀地层分为N层，i为第1～N层。计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布；分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i；后根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；根据等效传输线方程，激励源和末端的边界值，推导出分段均匀有损传输线的输入阻抗，电流和电压分布；当钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场。

所述(5)步骤，即电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤包括：

①数据测量输入步骤：

设定电磁随钻测量系统的发射频率f；已知电磁随钻测量系统的发射功率P_in或电压V_t、电磁随钻测量系统的结构参数h1和h2；测量求取钻杆单位长度电阻r，外径b，内径b_in，壁厚t；测量求取套管单位长度电阻r_tg；测量求取钻井液电阻率r_nj；确定下入套管长度h0；

②设定地面接收机接收的强度范围步骤；即信号范围为adB到bdB；

③处理地层电阻率测井曲线，对地层进行分层步骤：

根据地层电阻率将不均匀地层分为N层，i为第1～N层；对不均匀性地层按地层电阻率测井数据进行分层，用于模拟实际地层的不均匀性；所述地层电阻率取值在0～10Ωm；

④计算各项参数步骤：

依据步骤③的地层分层和钻井分段的物理参数，采用等效传输线法等效层N段均匀有损传输线，计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布；根据传输线方程，钻杆上的电流和电压分布为 $V_1\left(z\right)=V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z}+V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z};$ $I_1\left(z\right)=\frac{1}{Z_{01}}(V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z}-V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z})$ 式中V₁₁，V₁₂可由边界条件确定。上半段的输入阻抗，对于终端开路情况，可计算输入阻抗Z_T1 $Z_{T1}=\frac{V_1\left(0\right)}{I_1\left(0\right)}=Z_{01}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1\right)$

由于下段钻杆部分的几何尺寸远小于地层媒质的趋肤深度，因此用准静场法计算其输入阻抗。输入阻抗为Z_T＝Z_T1+Z_T2

分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i，根据均匀等效传输线法：

$r=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{2\mathrm{\πb\τ}(1-\frac{\mathrm{\τ}}{2b})}$ $l=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}\mathrm{Ln}\frac{d}{b}$

$g_i=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\ρ}}_i\mathrm{Ln}\left(\frac{b_{\mathrm{oi}}}{b_{\mathrm{ii}}}\right)}$ $c_i=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_i}{\mathrm{Ln}\left(\frac{b_{\mathrm{oi}}}{b_{\mathrm{ii}}}\right)};$

根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；传输线单位长度的串联阻抗Z和并联导纳Y；γ₀₁＝(Z·Y)； $Z_{01}={\left(\frac{Z}{Y}\right)}^{1/2}$

⑤分析地层电阻率步骤：即对地层电阻率曲线的曲率进行分析；

⑥判断有无套管步骤；

⑦套管分析步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率小于0.02，即为均匀地层，则按照均匀地层分析，且步骤⑥中存在套管，则进行所述步骤(3)的分析，即进行套管对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤；

⑧钻井液分析步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率小于0.02，即为均匀地层，则按照均匀地层分析，且步骤⑥中无套管，则进行所述步骤(2)的分析，即进行钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤；

⑨计算地面接收场步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率为非均匀地层，且步骤⑥中存在套管，则根据等效传输线方程，激励源和末端的边界条件，推导出分段均匀有损传输线输入阻抗，电流和电压分布根据传输线方程，钻杆上的电流和电压分布为 $V_1\left(z\right)=V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z}+V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z};$ $I_1\left(z\right)=\frac{1}{Z_{01}}(V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z}-V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z})$ 式中V₁₁，V₁₂可由边界条件确定。上半段的输入阻抗，对于终端开路情况，可计算输入阻抗Z_T1

$Z_{T1}=\frac{V_1\left(0\right)}{I_1\left(0\right)}=Z_{01}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1\right)$

由于下段钻杆部分的几何尺寸远小于地层媒质的趋肤深度，因此用准静场法计算其输入阻抗。输入阻抗为Z_T＝Z_T1+Z_T2；钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即计算地面接收机的接收场，

${\mathrm{\Φ}}_0\left(\mathrm{\ρ}\right)=-j\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}{k}_0^2}\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{J}_0\left(\mathrm{\λ\ρ}\right)\left[\underset{i=n_h}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{Z_{i-1}}{\overset{Z_i}{\∫}}I\left(z^{\′}\right)S_0(\mathrm{\λ},z^{\′})e^{-\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m{d}_m-{\mathrm{\γ}}_i(Z_i-z^{\′})}{\mathrm{dz}}^{\′}\right]\mathrm{\λd\λ}$

因此，地面径向上A、B两点之间电位差V_AB＝Φ₀(ρ_B)-Φ₀(ρ_A)

此外，当地层不均匀，且没有套管时按照进行步骤(2)的分析。即进行钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤。

⑩分析干扰信号步骤：在分析的井场或地区中，利用电磁随钻测量系统的接收机和接收电极接收井场存在的电磁干扰信号，分析干扰信号的来源、频率和强度；

适用性分析步骤：在建立了地面接收机接收场与地层电阻率、套管、钻井液、发射频率，发射机发射功率或电压，激励源所处深度即传输距离之间关系后，结合步骤⑩，分析电磁干扰信号对电磁随钻测量系统的影响；得出井或地区的信号传输深度和地面接收机接收的信号强度，确定是否适合应用电磁随钻测量系统来进行随钻测量。

在具体的分析中，所述地面接收机接收信号范围为-90dB到-100dB；

所述(4)地层不均匀性对电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤中，分层可为第一层：0～2Ωm，第二层：2～5Ωm，第三层：5～10Ωm，第四层：10～20Ωm；

且所述电磁随钻测量系统发射频率的范围采用1～20Hz。

本发明建立了一套电磁随钻测量系统的适应性分析方法，分析了主要因素对电磁信号传输的影响规律。对于一口井或一个地区，可以预测出电磁随钻测量系统的有效测量深度，对电磁随钻测量技术的推广应用具有重要意义。

附图说明

图1为理想条件下电磁随钻测量系统的适应性影响示意图；

图2为存在钻井液条件下，对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析示意图；

图3为存在套管条件下，对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析示意图；

图4为本发明中分段均匀有损传输线的示意图；

图5为多地层条件下，已知钻杆上电流分布求取地面上接收场的分析图；

图6为在总电场中，传输作用的系数S_i和反射作用的系数R_i分析示意图；

图7为实施例1的分析结果示意图；

图8为实施例2的分析结果示意图；

图9为地层电阻率对电磁传输影响的分析结果示意图。

以上各幅附图的说明，将结合下列的实施方式，加以说明。

具体实施方式

本发明电磁随钻测量系统的适应性分析包括以下步骤：

(1)理想条件下电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤

理想条件下不考虑地层的不均匀性，套管，钻井液等影响，视地层为均匀有耗介质，如附图1所示。r，l和g，c分别表示传输线单位长度的串联电阻，串联电感，并联电导和并联电容；k为复波数，b为钻杆半径，b₁，b₂为传输线模型的等效半径；x为地面接收电极间距；ρ为地面上两点在径向的距离；μ₀，ε₀，σ₀分别为磁导率、介电常数和电导率。ω为时谐电磁场的角频率，τ为金属钻杆的壁厚，ρ_f，ρ_m分别为地层和钻杆的电阻率；Z₀₁为特征阻抗，γ₀₁为传播常数，a为常系数。用下标1和2分别表示钻杆的井下电极，可得：地表面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2a{Z}_{01}{k}^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kb}\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kx}\right)]$

(2)实际钻井条件下钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响

实际钻井中存在着钻井液，钻井液对电磁随钻测量传输系统的工作存在一定的影响。钻井液对电磁随钻测量系统的影响分析如附图2所示。

图中b为钻杆半径，(b₁-b)为泥浆层厚度，d为上段等效传输线的等效半径，d′为下段等效传输线的等效半径。σ_m，ρ_m钻杆电阻率和电导率；σ₁，ρ₁，ε₁，μ₁为钻井液的电阻率，电导率，介电常数，磁导率；c为常系数

此时，地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-r_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

式中，

$k_2^2={\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\μ}}_0({\mathrm{\ϵ}}_2+j\frac{{\mathrm{\σ}}_2}{\mathrm{\ω}})$

(3)实际钻井条件下套管对电磁随钻测量系统的适应性的影响

实际钻井过程中不仅存在钻井液的形成的柱面分层，而且还存在套管。实际存在套管对电磁随钻测量系统的影响模型附图3，这时分电磁随钻测量工具在套管内外两种情况。c₁为常系数。

a，当激励源在套管内时，

地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压：

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c_1{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

b，当激励源在套管外时，

金属套管外钻杆天线等效电路为串联电路，激励源产生的激励电流经过上部钻杆及套管流入大地，再经过下部钻杆回到激励源负极。将套管段和大地构成的等效传输线作为第一等效传输线1，套管外部钻杆和大地构成的等效传输线作为第二等效传输线2.分别计算等效传输线参数，得到特征常数z_0i和γ_0i。i＝1，2分别表示第一和第二等效传输线1，2。其中l₂＝h₁-h₀。b₂为套管半径。X为地面接收天线间距。根据等效传输线方程求得上部钻杆得输入阻抗z₁₁和下部钻杆阻抗z₂₁这样可以得到传输线上任意点电流，电压值。

则地面接收电压为：

$v_{\mathrm{rec}}=I_0\left\{z_{11}\right[\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z_{02}}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)]-z_{02}[\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z_{02}}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)\left]\right\}\frac{\ln \left(\frac{x}{b_2}\right)}{\ln \left(\frac{{2h}_1}{b_2}\right)}$

根据研究和实际测量表明，短套管对电磁传输信道的影响非常小，而长套管的存在对电磁传输的影响比较明显。当激励源在套管内时存在屏蔽效应，而在套管外时有“传导效应”。

(4).地层不均匀性对电磁随钻测量系统的适应性影响

实际地层是不均匀性，为了分析地层不均匀性对电磁随钻测量系统的影响，将不均匀性地层分层、分段成均匀的地层。每个分层为均匀地层，这样只要分层层数多，构成模型实际地层。不均匀性地层按地层电阻率测井数据进行分层，模拟实际地层的不均匀性。分层按一定标准如：0～2Ωm为一层，2～5Ωm为一层，5～10Ωm为一层10～20Ωm为一层。标准依据地层电阻率对电磁随钻测量传输深度的影响来制定。上述标准主要依据在0～10Ωm以下地层电阻率对电磁随钻测量传输深度影响明显，而地层电阻率比较大时对电磁随钻测量传输深度影响急剧减小的规律。

根据地层电阻率分层将地层分为N层，i为第1～N层。依据地层分层和钻井分段的物理参数采用等效传输线法等效层N段均匀有损传输线，计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布，见附图4。分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i。其次，根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i。根据等效传输线方程，激励源和末端的边界条件，激励源端电流为输入电流；末端电流为0；分层界面边界条件，将导出分段均匀有损传输线输入阻抗，电流和电压分布。钻杆上电流分布得到后可以计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场。

附图5为已知钻杆上电流分布求取地面上接收场的分析图。k_i为复波数，Z_di为分层界面距离坐标原点的距离，坐标原点在激励源处。在第i层的总电场将由界面Z_I和Z_i-1传播过来的激励场，总电场将由图6所示表示传输作用的系数S_i和反射作用的系数R_i。根据分界面上场的边界条件将求出每个分层地层中的传输系数和反射系数。

地面接收电压为：

${\mathrm{\φ}}_0\left(\mathrm{\ρ}\right)=-j\frac{\mathrm{\ω}}{k_0^2}B\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}{J}_0\left(\mathrm{\λa}\right)H_0^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\λ\ρ}\right)\left[S_0{\mathrm{\γ}}_0{e}^{-\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m{d}_m-{\mathrm{\γ}}_i(Z_i-z^{\′})}\right]\mathrm{\λd\λ}$

(5)电磁随钻测量系统适应性综合分析方法

电磁随钻测量系统适应性综合分析方法总体分析电磁随钻测量系统参数，地层电阻率，实际钻井中存在的套管，钻井液，地层不均匀性等因素对电磁随钻测量系统的适应性影响。

该分析方法在处理钻井液时利用等效传输线法将钻井液电阻率、介电常数、磁导率引入传输线参数中，由此分析方法能够分析钻井液对电磁随钻测量系统适应性的影响。

该分析方法在处理存在套管的实际条件时分钻柱在套管内与套管外两种情况，利用等效传输线法将套管电阻率引入传输线参数中，由此分析方法能够分析套管对电磁随钻测量系统适应性的影响。

该分析方法在处理不均匀地层时根据地层电阻率分层将不均匀地层分为N层，i为第1～N层。对不均匀性地层按地层电阻率测井数据进行分层，模拟实际地层的不均匀性，如：0～2Ωm为一层，2～5Ωm为一层，5～10Ωm为一层10～20Ωm为一层。分层依据地层电阻率对电磁随钻测量传输深度的影响来制定，上述标准主要依据在0～10Ωm以下地层电阻率对电磁随钻测量传输深度影响明显，而地层电阻率比较大时对电磁随钻测量传输深度影响急剧减小的规律。

依据地层分层和钻井分段的物理参数采用等效传输线法，等效层N段均匀有损传输线，计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布(见附图4)。分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i。其次，根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i。根据等效传输线方程，激励源和末端的边界条件，其中激励源端电流为输入电流；末端电流为0；分层界面边界条件，将导出分段均匀有损传输线输入阻抗，电流，电压分布。钻杆上电流分布得到后可以计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场。

该分析方法考虑了钻井现场电磁干扰对电磁随钻测量系统的适应性的影响。由于电磁随钻测量系统使用1-20Hz的发射频率，钻井现场存在的低频电磁干扰影响电磁随钻测量系统地面接收机接收信号和解码，甚至出现乱码。每个井场或地区存在的电磁干扰是不同。该评价方法利用接收机接收井场电磁信号，分离，提取出低频电磁干扰信号，以评价电磁干扰对电磁随钻测量系统的影响。

上述综合性分析方法具体的实施步骤如下：

(1)确定以下参数：

①电磁随钻测量系统的发射频率f，结构参数h1和h2，电磁随钻测量系统的发射功率P_in或电压V_t

②根据(2)处理分析得出来地层的水平分层层数N，每个分层地层厚d_i(i＝1，2…N)；每层到地面表层的深度L_i；每个分层的复波数K_i(i＝1，2，3…N)；每个分层地层电阻率。

③测量求取钻杆单位长度电阻r，外径b，内径b_in，壁厚t；测量求取套管单位长度电阻r_tg；测量求取钻井液电阻率r_nj；下入套管长度h0；

④地面接收机能够接收到信号强度。目前地面接收机能够接收的信号为-90dB到-100dB。

(2)根据等效传输线理论将钻柱等效为分段均匀的等效传输线；传输线参数：串联电阻，串联电感，并联电导和并联电容。传输线单位长度的串联阻抗为Z_i＝r_i+jωl_i；传输线单位长度的并联导纳为

Y_i＝g_i+jωc_i；r，l和g，c表示传输线单位长度的串联电阻，串联电感，并联电导和并联电容。再分段求取传输线的特性阻抗及传播常数。

(3)求取分段等效传输线的电流分布与电压分布，可得钻杆上电流分布。

(4)钻杆上电流分布得到后可以计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收机的接收场。

(5)(4)中建立了地面接收机接收场与地层电阻率、套管、钻井液、发射频率，发射机发射功率或电压，激励源所处深度即传输距离之间关系。比较地面接收电压，接收机的灵敏度及地面地磁干扰信号的强度，确定电磁随钻测量系统在存在钻井液，套管等复杂情况下的传输深度，地面信号强弱，评价电磁随钻测量系统是否适合在该地区或井进行随钻测量。

下面结合两个具体的实施例对上述过程进行说明。

实施例1

采用参数：钻杆电阻率为0.0001Ω/m；钻杆外半径为127mm；钻杆壁10mm；输入电压1V，发射频率为5HZ，发射天线下部钻杆为10m。

结果如图7：

图中njr表示钻井液的电阻率。表明钻井液一定程度的影响电磁传输深度。如井深度2000m，接收机灵敏度为-80的dB，由图7中看出，电磁随钻测量系统由于钻井液的影响不能适用于该深度上随钻测量。

实施例2

在均匀地层条件下输入参数：地层电阻率为10Ω.m；钻杆电阻率为0.0001Ω/m；钻杆外半径为0.127m；钻杆壁0.01m；输入电压1V，发射频率为5，2，10HZ，发射天线下部钻杆为10m.分析结果如图8所示。

图8中，上图三条曲线分别代表2Hz、5Hz、10Hz的发射频率时地面的接收电压。下图分别代表20Hz、30Hz、50Hz的发射频率时地面的接收电压。当发射机接收灵敏度为-80dB时，发射机发射频率为10Hz则说明在评价的井或地区传输的深度为1500m。如果设计井深超过1500m则电磁随钻测量系统就不能使用该井的随钻测量。如需要随钻测量的深度为2000m，发射机发射频率为10Hz，地面接收机的灵敏度为-100dB则电磁随钻测量系统适用于该井或地区。

图9为地层电阻率对电磁传输影响的分析结果示意图，分析结果表明地层电阻率对电磁传输的影响显著。图中四条曲线为频率分别为2Hz、5Hz、10Hz、20Hz的情况下地面接收电压与地层电阻率关系曲线。

Claims (3)

1.电磁随钻测量系统的适应性分析方法，所述分析方法用于通过地层特性、井筒环境、井眼轨迹、地面环境对电磁信号传输的影响，从而对一个地区或一口井进行电磁随钻测量系统的适应性评估；

所述分析方法包括：

⑴理想条件下电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤：

所述理想条件为在不考虑地层的不均匀性，套管，钻井液条件下，取地层为均匀有耗介质；

可得：地表面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为：

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2a{Z}_{01}{k}^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kb}\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(\mathrm{kx}\right)]$

其中：r，l和g，c分别表示传输线单位长度的串联电阻、串联电感、并联电导和并联电容；k为复波数，b为钻杆半径，b₁，b₂为传输线模型的等效半径；x为地面接收电极间距；ρ为地面上两点在径向的距离；μ₀,ε₀,σ₀分别为磁导率、介电常数和电导率；ω为时谐电磁场的角频率,τ为金属钻杆的壁厚，ρ_f，ρ_m分别为地层和钻杆的电阻率；Z₀₁为特征阻抗，γ₀₁为传播常数，a为常系数；下标1和下标2分别表示钻杆的井下电极；

⑵钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤：

在实际钻井中存在着钻井液，所述钻井液对电磁随钻测量系统的工作存在一定的影响；

可得，地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压为

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

式中，

$k_2^2={\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\ω}}_0({\mathrm{\ϵ}}_2+j\frac{{\mathrm{\σ}}_2}{\mathrm{\ω}})$

其中，b为钻杆半径，(b₁-b)为泥浆层厚度，d为上段等效传输线的等效半径，d′为下段等效传输线的等效半径；σ_m，ρ_m钻杆电阻率和电导率；σ₁，ρ₁，ε₁，μ₁分别为钻井液的电阻率，电导率，介电常数，磁导率；c为常系数；

⑶套管对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤：

在实际钻井过程中不仅存在钻井液的形成的柱面分层，而且还存在套管的影响；分析步骤中分电磁随钻测量工具在套管内、外两种情况；c₁为常系数；

a，当所述电磁随钻测量工具中的激励源在套管内时

可得，地面上钻杆与距离钻杆x处两点的接收电压：

$V_r\left(x\right)=-{\∫}_{b_1}^x{E}_{\mathrm{\ρ}}\mathrm{d\ρ}=\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\γ}}_{01}{V}_{12}}{2c_1{Z}_{01}{k}_2^2}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}[H_0^{\left(1\right)}\left(k_2{b}_1\right)-H_0^{\left(1\right)}\left(k_{2}x\right)]$

b，当所述电磁随钻测量工具中的激励源在套管外时

所述套管外的钻杆天线等效电路为串联电路,激励源产生的激励电流经过上部钻杆及套管流入大地,再经过下部钻杆回到激励源负极；

将套管段和大地构成的等效传输线作为第一等效传输线（1）,套管外部钻杆和大地构成的等效传输线作为第二等效传输线（2）；分别计算等效传输线参数,得到特征常数z_0i和γ_0i；i=1,2分别表示第一和第二等效传输线（1,2）;

可得，地面接收电压为：

$v_{\mathrm{rec}}=I_0\left\{z_{11}\right[\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z02}\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)]-z_{02}[\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(h_1-l_2)\right)+\frac{z_{01}}{z_{02}}\mathrm{ch}\left({\mathrm{\γ}}_{02}{l}_2\right)\mathrm{sh}\left({\mathrm{\γ}}_{01}(z-l_2)\right)\left]\right\}\frac{\ln \left(\frac{x}{b_2}\right)}{\ln \left(\frac{2h_1}{b_2}\right)}$ 其中l₂＝h₁-h₀；b₂为套管半径；X为地面接收天线间距；根据等效传输线方程求得上部钻杆得输入阻抗z₁₁和下部钻杆阻抗z₂₁这样可以得到传输线上任意点电流和电压值；

⑷地层不均匀性对电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤：

实际地层具有不均匀性，将不均匀性地层分层；取每个分层为均匀地层，建立模型实际地层；所述分层根据地层电阻率测井数据进行分层，用于模拟实际地层的不均匀性；且所述地层电阻率在0～10Ωm内；

即根据探测到的地层电阻率分层，将地层分为N层，i为第1～N层；计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布，其公式为

$I_1\left(z\right)=\frac{I_0}{1-e^{-2{\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1}}[e^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z}-e^{-{\mathrm{\γ}}_{01}(2h_1-z)}];$ 分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i；后根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；根据等效传输线方程，激励源和末端的边界值，推导出分段均匀有损传输线的输入阻抗，电流和电压分布；当钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场；可得，地面接收电压为:

${\mathrm{\φ}}_0\left(\mathrm{\ρ}\right)=-j\frac{\mathrm{\ω}}{k_0^2}B\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}{J}_0\left(\mathrm{\λa}\right)H_0^{\left(2\right)}\left(\mathrm{\λ\ρ}\right)\left[S_0{\mathrm{\γ}}_0{e}^{-\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m{d}_m-{\mathrm{\γ}}_i(Z_i-z^{\′})}\right]\mathrm{\λd\λ}$

其中，k_i为复波数，z_di为分层界面距离坐标原点的距离；其中，坐标原点在激励源处；在第i层的总电场将由界面Z_I和Z_i-1传播过来的激励场，表示传输系数s_i和反射系数R_i，而所述每个分层地层中的传输系数s_i和反射系数R_i根据分界面上场的边界条件计算得出；

⑸电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤：

电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤，即总体分析电磁随钻测量系统参数，地层电阻率，实际钻井中存在的套管，钻井液，地层不均匀性这些因素对电磁随钻测量系统的适应性影响步骤；

本分析步骤在处理钻井液时，利用等效传输线法将钻井液电阻率、介电常数、磁导率引入传输线参数中，本分析步骤将分析钻井液对电磁随钻测量系统适应性的影响；

本分析步骤在处理存在套管时，分钻柱在套管内与套管外两种情况，利用等效传输线法将套管电阻率引入传输线参数中，本分析步骤能够分析套管对电磁随钻测量系统适应性的影响；

本分析步骤在处理不均匀地层时，根据地层电阻率分层，将不均匀地层分为N层，i为第1～N层；计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布；分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i；后根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；根据等效传输线方程，激励源和末端的边界值，推导出分段均匀有损传输线的输入阻抗，电流和电压分布；当钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即地面接收系统的接收场。

2.根据权利要求1所述的电磁随钻测量系统的适应性分析方法，其特征在于，

所述⑸步骤，即电磁随钻测量系统适应性综合分析步骤包括：

①数据测量输入步骤：

设定电磁随钻测量系统的发射频率f；已知电磁随钻测量系统的发射功率P_in或电压V_t、电磁随钻测量系统的结构参数h1和h2;测量求取钻杆单位长度电阻r，外径b,内径b_in，壁厚t；测量求取套管单位长度电阻r_tg；测量求取钻井液电阻率r_nj;确定下入套管长度h0；

②设定地面接收机接收的强度范围步骤；即信号范围为adB到b dB；

③处理地层电阻率测井曲线，对地层进行分层步骤：

根据地层电阻率将不均匀地层分为N层，i为第1～N层；对不均匀性地层按地层电阻率测井数据进行分层，用于模拟实际地层的不均匀性；所述地层电阻率取值在0～10Ωm；

④计算各项参数步骤：

依据步骤③的地层分层和钻井分段的物理参数，采用等效传输线法等效层N段均匀有损传输线，计算钻杆天线的输入阻抗和钻杆天线的电流分布；根据传输线方程，钻杆上的电流和电压分布为

$V_1\left(z\right)=V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z}+V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z};$ $I_1\left(z\right)=\frac{1}{Z_{01}}(V_{12}{e}^{-{\mathrm{\γ}}_{01}z}-V_{11}{e}^{{\mathrm{\γ}}_{01}z})$ 式中V₁₁，V₁₂由边界条件确定；上半段的输入阻抗，对于终端开路情况，计算输入阻抗Z_T1 $Z_{T1}=\frac{V_1\left(0\right)}{I_1\left(0\right)}=Z_{01}\mathrm{cth}\left({\mathrm{\γ}}_{01}{h}_1\right)$

由于下段钻杆部分的几何尺寸远小于地层媒质的趋肤深度，因此用准静场法计算其输入阻抗；输入阻抗为Z_T=Z_T1+Z_T2；

分层计算每层的等效传输线参数：串联电阻r_i，串联电感l_i，并联电导g_i和并联电容c_i公式方法

$r=\frac{{\mathrm{\ρ}}_m}{2\mathrm{\πb\τ}(1-\frac{\mathrm{\τ}}{2b})}$ $l=\frac{{\mathrm{\μ}}_0}{2\mathrm{\π}}\mathrm{Ln}\frac{d}{b}$

$g_i=\frac{2\mathrm{\π}}{{\mathrm{\ρ}}_i\mathrm{Ln}\left(\frac{b_{\mathrm{oi}}}{b_{\mathrm{ii}}}\right)}$ $c_i=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_i}{\mathrm{Ln}\left(\frac{b_{\mathrm{oi}}}{b_{\mathrm{ii}}}\right)};$

根据等效传输线参数计算每层的传播常数γ_0i和特性阻抗z_0i；传输线单位长度的串联阻抗Z和并联导纳Y；γ₀₁＝(Z·Y)^1/2；

⑤分析地层电阻率步骤：即对地层电阻率曲线的曲率进行分析；

⑥判断有无套管步骤；

⑦套管分析步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率小于0.02，即为均匀地层，则按照均匀地层分析，且步骤⑥中存在套管，则进行所述步骤⑶的分析，即进行套管对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤；

⑧钻井液分析步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率小于0.02，即为均匀地层，则按照均匀地层分析，且步骤⑥中无套管，则进行所述步骤⑵的分析，即进行钻井液对电磁随钻测量系统的适应性的影响分析步骤；

⑨计算地面接收场步骤：步骤⑤中若地层电阻率变化曲率为非均匀地层，

且步骤⑥中存在套管，则根据等效传输线方程，激励源和末端的边界条件，推导出分段均匀有损传输线输入阻抗，电流和电压分布；即根据等效传输线方程与边界条件，钻杆上电流分布得到后，计算钻杆天线在地面上产生的场，即计算地面接收机的接收场；

${\mathrm{\Φ}}_0\left(\mathrm{\ρ}\right)=-j\frac{\mathrm{\ω}{\mathrm{\μ}}_0}{4\mathrm{\π}{k}_0^2}\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}{J}_0\left(\mathrm{\λ\ρ}\right)\left[\underset{i=n}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{Z_{i-1}}{\overset{Z_i}{\∫}}I\left(z^{\′}\right)S_0(\mathrm{\λ},z^{\′})e^{-\underset{m=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_m{d}_m-{\mathrm{\γ}}_i(Z_i-z^{\′})}{\mathrm{dz}}^{\′}\right]\mathrm{\λd\λ}$

因此，地面径向上A、B两点之间电位差V_AB=Φ₀(ρ_B)-Φ₀(ρ_A)

⑩分析干扰信号步骤：在分析的井场或地区中，利用电磁随钻测量系统的接收机和接收电极接收井场存在的电磁干扰信号，分析干扰信号的来源、频率和强度；

适用性分析步骤：在建立了地面接收机接收场与地层电阻率、套管、钻井液、发射频率，发射机发射功率或电压，激励源所处深度即传输距离之间关系后，结合步骤⑩，分析电磁干扰信号对电磁随钻测量系统的影响；得出井或地区的信号传输深度和地面接收机接收的信号强度，确定是否适合应用电磁随钻测量系统来进行随钻测量。

3.根据权利要求2所述的电磁随钻测量系统的适应性分析方法，

其特征在于，

所述地面接收机接收信号范围为－90dB到－100dB；

所述⑷地层不均匀性对电磁随钻测量系统的适应性影响分析步骤中，分层选择为第一层：0～2Ωm，第二层：2～5Ωm，第三层：5～10Ωm，第四层：10～20Ωm；

且所述电磁随钻测量系统发射频率的范围采用1～20Hz。

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