CN103291277A

CN103291277A - 一种用于三维阵列感应测井仪的刻度装置

Info

Publication number: CN103291277A
Application number: CN2012100529069A
Authority: CN
Inventors: 俞燕明; 肖加奇; 谢昱北; 李强; 张国艳; 王林
Original assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Current assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN103291277B

Abstract

本发明涉及一种三维阵列感应测井仪的刻度装置，其特征在于包括：刻度环，包括中间刻度环和设置在所述中间刻度环两侧的对称刻度环，其中所述中间刻度环和对称刻度环通过转动轴形成整体连接且可绕所述转动轴旋转；刻度电阻，与刻度环耦接；倾斜器件，用于调整所述中间刻度环的倾斜角；转动器件，用于调整所述刻度环的方位角；以及移动器件，用于将整个刻度装置沿着三维阵列感应测井仪的轴进行移动；其中所述刻度装置被配置为通过调整所述中间刻度环的倾斜角以及整体调整所述刻度环的方位角来刻度所述三维阵列感应测井仪的各个分量。

Description

一种用于三维阵列感应测井仪的刻度装置

技术领域

本发明涉及石油测井领域，尤其涉及一种用于三维阵列感应测井仪的三环刻度装置。

背景技术

在均匀无限大地层的前提假设上，传统的感应测井仪只能给出水平方向的一维电阻率，很容易漏测储层，特别是低估或者漏测各向异性特性明显的薄砂泥岩油气藏。随着钻井技术的发展，大井眼、大斜度井的比例越来越高，对感应测井的要求也越来越高。因此，需要设计新型的三维阵列感应测井仪来同时测量水平和垂直地层电阻率以满足现在的需求。新型三维阵列感应测井仪需要设计相应的刻度装置，模拟不同水平和垂直电导率、不同倾斜和方位角度的地层，完成刻度。

三维阵列感应测井仪刻度装置设计需要满足测井仪各个分量对刻度装置的响应信号需要和测井仪各个分量对常用电导率大小的地层的响应范围相匹配。一般情况下，测井仪分量对刻度装置的响应信号需要达到测井仪分量对常用电导率大小的地层的最大响应信号的50%以上。传统的三维阵列感应测井仪的刻度装置，诸如陈涛等人以公布号CN 102003171A公开的题为“一种三维感应测井仪刻度装置”的刻度装置（其全部公开内容通过引用结合到本文），以及诸如D. M. Homan, R. A. Rosthal等人的题为“"Electromagnetic logging tool calibration system”的美国专利号 US 7414391 B2中描述的刻度装置（其全部公开内容通过引用结合到本文），采用单斜环刻度装置，通过改变刻度装置的倾斜角和方位角来模拟不同方向的地层，得到各个分量对刻度装置的最大响应信号。但是，单斜环刻度装置对xx、yy、xy、yx分量的响应信号较小，影响这四个分量的刻度准确度。

发明内容

为了解决上述问题中的一个或多个，本发明提供一种三维阵列感应测井仪的刻度装置，其特征在于包括：刻度环，包括中间刻度环和设置在所述中间刻度环两侧的对称刻度环，其中所述中间刻度环和对称刻度环通过转动轴形成整体连接且可绕所述转动轴旋转；刻度电阻，与刻度环耦接；倾斜器件，用于调整所述中间刻度环的倾斜角；转动器件，用于调整所述刻度环的方位角；以及移动器件，用于将整个刻度装置沿着三维阵列感应测井仪的轴向移动；其中所述刻度装置被配置为通过调整所述中间刻度环的倾斜角以及整体调整所述刻度环的方位角来刻度所述三维阵列感应测井仪的各个分量。

根据本发明的优选方面，所述刻度环由铜导线制成。

根据本发明的优选方面，所述刻度环的方位角通过旋转装置改变，所述刻度环的方位角变化范围是0到360度。

根据本发明的优选方面，所述刻度装置的所述中间刻度环的倾斜角通过倾斜器件改变，所述倾斜角变化范围是0到80度。

根据本发明的优选方面，除了所述刻度电阻和刻度环外，其他部件由非金属材料制成。

根据本发明的优选方面，其中，刻度XX分量时，刻度环的方位角为0度。

根据本发明的优选方面，其中，刻度YY分量时，刻度环的方位角为90度。

根据本发明的优选方面，其中，刻度XY和YX分量时，刻度环的方位角都为45度。

根据本发明的优选方面，其中，所述非金属材料是环氧树脂。

根据本发明的优选方面，其中，各个刻度环的半径相等。

本发明的优点在于：本发明通过三环刻度装置提高测井仪的xx、yy、xy、yx分量对刻度装置的响应信号大小，从而提高仪器刻度的准确度。所提供的三环刻度装置可以准确调整中间刻度环的倾斜角和整体的方位角，通过使用最佳角度优化各个分量对刻度装置的响应信号，使得测井仪对刻度装置的响应信号达到对常用电导率大小的地层的最大响应信号的50%以上，提高刻度的准确度。同时，该装置简单、可靠、刻度结果准确、使用方便，能够准确建立三维阵列感应测井仪各个分量的测量值和实际地层电导率的对应关系。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，可以更容易地理解本发明实施例的各种特征。贯穿附图，相同的附图标记表示相同或相似的元素，并且在附图中：

图1图示了依照本发明的一个实施例的一种三维阵列感应测井仪的示例性刻度装置；

图2是单发单收三维阵列感应测井仪的XX、XY、YX、YY分量对挂接不同刻度电阻的如图1所示的三环刻度装置和单斜环刻度装置的响应信号的示意图；

图3是单发单收三维阵列感应测井仪的XX、YY、XY、YX分量响应随如图1所示的三环刻度装置的方位角变化的关系图；

图4是三维阵列感应测井仪地面无环刻度(A)、有环刻度(B)的示意图；

图5是三维阵列感应测井仪吊起刻度的示意图。

具体实施方式

为了简单和说明性目的，主要参照实施例的例子来描述实施例的原理。在下面的描述中，阐明了许多具体细节以便提供对实施例的彻底了解。然而，对本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以在并不限于这些具体细节的情况下实施这些实施例。在其它实例中，没有详细描述公知的方法和结构以免不必要地模糊所述实施例。

图1图示了依照本发明的一个实施例的一种三维阵列感应测井仪的示例性刻度装置100。该刻度装置100包括多个刻度环11-13、刻度电阻（未示出）、倾斜器件、转动器件以及移动器件。该多个刻度环11-13包括中间刻度环12和设置在所述中间刻度环两侧的对称刻度环11、13，其中所述中间刻度环12和对称刻度环11、13通过转动轴14形成整体连接且可绕所述转动轴14而旋转。根据本发明的一个实施例，各个刻度环的半径相等。刻度电阻与刻度环耦接以形成闭合环路。所述中间刻度环的法向与坐标z轴形成的夹角称为倾斜角β，该倾斜角β通过所述倾斜器件来调整，且所述倾斜角β变化范围是0到80度。而刻度环的法向与xz平面成形成的夹角称为方位角α，所述刻度环的方位角α通过旋转装置改变，且所述刻度环的方位角变化范围是0到360度。所述刻度装置被配置为通过调整所述中间刻度环的倾斜角β以及整体调整所述刻度环的方位角α来刻度所述三维阵列感应测井仪的各个分量。

根据本发明的一个实施例，所述刻度环优选地由铜导线制成，而除了所述刻度电阻和刻度环外，刻度装置100的其他部件可由非金属材料制成。所述非金属材料包括但不限于环氧树脂。

图2是单发单收三维阵列感应测井仪的XX、YY、XY、YX分量对挂接不同刻度电阻的根据本发明的三环刻度装置100（如图1所示）和单斜环刻度装置的响应信号的示意图。模拟结果通过有限元方法获得。测井仪的发射频率是20kHz，源距是1m。三环刻度装置中心位于发射线圈和接收线圈的中点，各个环半径为0.5m，外面的对称刻度环中点距离为1m，刻度环线径是0.01m。倾斜刻度装置中心位于发射线圈和接收线圈的中点，环半径为0.5m，刻度环线径是0.01m。采用欧拉角(α,β)描述刻度环或线圈系的法向，即方位角用α表示，倾角用β表示。三环刻度环装置的倾斜角定义为中间倾斜刻度环的法向和z轴的夹角，单斜环刻度装置的倾斜角定义为刻度环的法向和z轴的夹角。0度定义为中间刻度环的法向平行于z轴，90度定义为中间刻度环法向在xy平面上。三环刻度器的方位角定义为三环刻度器整体轴向和xz平面的夹角。单斜环刻度装置方位角定义为刻度环法向和xz平面的夹角，0度定义为刻度环法向位于xz平面上，90度定义为刻度环法向在yz平面上。两种刻度装置在刻度XX、YY、XY、YX分量时使用同样的倾斜角和方位角。刻度XX分量时使用欧拉角(0，45)，刻度YY分量时使用欧拉角（90，45），刻度XY和YX分量时使用欧拉角（45，45）。如图2所示，在刻度环线径、半径和位置相同的情况下，三环刻度装置的最大响应信号是单斜环刻度装置的5倍左右。

图3是单发单收三维阵列感应测井仪的XX、YY、XY、YX分量响应随示例性三环刻度装置100（如图1所示）的方位角变化的关系图。在该图3中，V_xy曲线和V_yx重合。其中，三环刻度装置的倾斜角是45度，其他参数和图 2的模拟参数一致。通过这个关系图，XX、YY、XY、YX分量的最佳刻度方位角分别取为0度，90度，45度和45度。

图4是三维阵列感应测井仪地面无环刻度(A)、有环刻度(B)的示意图。三维阵列感应测井仪的刻度操作分成以下三个步骤：

步骤1，无环刻度。如图 4(A)所示，将三维阵列感应测井仪置于离地面高度为H _{loop_off}的无感架子上，测井仪测量的响应可以表示为：

（1）

其中，i和j分别表示发射和接收线圈的三个方向x, y和z。表示没有挂接刻度装置时的仪器测量信号，loop_off表示在仪器测量过程中没有挂接刻度装置。是指仪器的增益(Gain)。

表示i方向发射，j方向接收得到的大地视电导率，ground表示大地对视电导率的贡献。H _{loop_off}是指无环刻度环时的仪器离地高度。

是指无环刻度时环境温度为

引起仪器线圈系的误差，sonde是指仪器的线圈系，

是指无环刻度时的环境温度。

是指无环刻度过程中环境温度为所引起的温度相关的误差，

是指环境温度对视电导率测量的贡献。

在无环刻度时候使x方向的刻度环的轴向和地面保持45度方向，避免地层对交叉分量视电导率测量的贡献太小。如图4（A）所示，测井仪的x和y方向和地层的夹角为45度。

步骤2，有环刻度。如图 4(B)所示，三维阵列感应测井仪置于离地面高度为H _{loop_on}的无感架子上，套上刻度环刻度。参照图 1所示的刻度环和三维阵列感应测井仪的示意图。刻度xx分量的时候使用方位角为0，倾斜角为45度。刻度xy分量的时候使用方位角为45，倾斜角为45度。刻度xz分量的时候使用方位角为0，倾斜角为45度。刻度yx分量的时候使用方位角为45，倾斜角为45度。刻度yy分量的时候使用方位角为90，倾斜角为45度。刻度yz分量的时候使用方位角为90，倾斜角为45度。刻度zx分量的时候使用方位角为0，倾斜角为45度。刻度zy分量的时候使用方位角为90，倾斜角为45度。刻度zz分量的时候使用方位角为0，倾斜角为45度。

有环刻度时，测井仪的响应可以表示为：

（3）

其中，i和j分别表示发射和接收线圈的三个方向x, y和z。

表示有环刻度时仪器的测量信号，loop_on表示在仪器测量过程中挂接刻度装置。

是指仪器的增益(Gain)。表示i方向发射，j方向接收的刻度环等效视电导率，calibrator是指刻度时所使用的刻度装置。

表示有环刻度时仪器离地高度为

时的大地视电导率贡献，ground表示大地对视电导率的贡献。

是指有环刻度时环境温度为

对仪器线圈系引起的误差，sonde是指仪器的线圈系，

是指有环刻度时的环境温度。

指有环刻度过程中环境温度为

所引起的温度相关的误差，是指环境温度对视电导率测量的贡献。

步骤3，吊起刻度。吊起刻度就是把测井仪吊起一定的高度，测量测井仪各个分量的探头误差。在吊起的高度

时三维阵列感应测井仪各个分量的响应可以表示为：

（4）

其中，i和j分别表示发射和接收线圈的三个方向x, y和z。

表示吊起刻度时仪器的测量信号，air_hang表示仪器测量时为吊起刻度状态。

是指仪器的增益(Gain)。是指吊起刻度过程中环境温度为

所对应的仪器线圈系的误差，sonde是指仪器的线圈系，

是指吊起刻度时的环境温度。表示吊起刻度时仪器离地高度为

时大地对视电导率的贡献，ground表示大地对视电导率的贡献。

指吊起刻度过程中环境温度为

刻度计算方法

刻度过程中，有环刻度和无环刻度时保持同样环境的温度（

），测井仪和刻度环的方向和离地高度（

），通过公式（3）减去公式（1），得到：

（5）

其中，i和j分别表示发射和接收线圈的三个方向x, y和z。

是指仪器的增益(Gain)。

表示无环刻度时的仪器测量信号，loop_off表示在仪器测量过程中没有挂接刻度装置。

表示有环刻度时仪器的测量信号，loop_on表示在仪器测量过程中挂接刻度装置。表示刻度环等效视电导率，calibrator是指刻度时所使用的刻度装置。根据公式（5），各个分量的增益

可以通过有环刻度和无环刻度的测量值计算得到。

公式（1）和公式（4）相减，当环境温度相同（

）时，得到测井仪的吊起高度和大地对测井仪响应的影响可以表示为：

（6）

其中，i和j分别表示发射和接收线圈的三个方向x, y和z。表示i方向发射，j方向接收得到的大地视电导率，ground表示大地对视电导率的贡献。表示在无环刻度和吊起刻度时大地对视电导率贡献的差别。

是指仪器的增益(Gain)。

一般通过计算机模拟得到测井仪高度和测井仪对地层响应的关系，然后代入公式（4）得到测井仪各个分量的误差

。

本发明的刻度装置可以准确调整中间刻度环的倾斜角和整体的方位角，通过使用最佳角度，优化了各个分量对刻度装置的响应信号，使得测井仪对刻度装置的响应信号达到对常用电导率大小的地层的最大响应信号的50%以上，提高刻度的准确度。同时该装置保证居中刻度。该装置简单、可靠、刻度结果准确、使用方便，能够准确建立三维阵列感应测井仪各个分量的测量值和实际地层电导率的对应关系。

由此，很明显，根据本发明，提供了这样的刻度装置，其完全、或者至少部分满足优于上文所述的现有技术的意图、目的和优点。因此，尽管已经描述了本发明的特定实施例，应当理解本领域技术人员可以提出其替换方案、修改和变化，并且意图使本说明书包括所有这些落入所附的权利要求范围内的替换方案、修改和变化。

另外，为清楚起见并且除非另有说明，当在本发明的说明书以及权利要求书中使用词“包括”和其变形时，目的不是排除其它添加物、部件、整数或步骤。

Claims

1.一种三维阵列感应测井仪的刻度装置，其特征在于包括：

刻度环，包括中间刻度环和设置在所述中间刻度环两侧的对称刻度环，其中所述中间刻度环和对称刻度环通过转动轴形成整体连接且可绕所述转动轴旋转；

刻度电阻，与刻度环耦接；

倾斜器件，用于调整所述中间刻度环的倾斜角；

转动器件，用于调整整个刻度装置的方位角；以及

移动器件，用于将整个刻度装置沿着三维阵列感应测井仪的轴移动；

其中所述刻度装置被配置为通过调整所述中间刻度环的倾斜角以及整体调整所述刻度环的方位角来刻度所述三维阵列感应测井仪的各个分量。

2. 如权利要求1所述的刻度装置，其中，所述刻度环由铜导线制成。

3. 如权利要求1所述的刻度装置，其中，所述刻度环的方位角通过旋转装置改变，所述刻度环的方位角变化范围是0到360度。

4. 如权利要求1所述的刻度装置，其中，所述刻度装置的所述中间刻度环的倾斜角通过倾斜器件改变，所述倾斜角变化范围是0到80度。

5. 如权利要求1~4之一所述的刻度装置，其中，除了所述刻度电阻和刻度环外，其他部件由非金属材料制成。

6. 如权利要求1~4之一所述的刻度装置，其中，刻度XX分量时，刻度环的方位角为0度。

7. 如权利要求1~4之一所述的刻度装置，其中，刻度YY分量时，刻度环的方位角为90度。

8. 如权利要求1~4之一所述的刻度装置，其中，刻度XY和YX分量时，刻度环的方位角都为45度。

9. 如权利要求5所述的刻度装置，其中，所述非金属材料是环氧树脂。

10. 如权利要求1所述的刻度装置，其中，各个刻度环的半径相等。