CN104929625A - 一种地层探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地层探测方法，该方法包括：在探测器上设置由多个发射线圈和接收线圈组成的线圈系，所述多个发射线圈发射不同频率的探测信号；调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数；根据要探测的目标深度和对应的所述优化位置参数设置所述线圈系，并向所述目标深度的地层发射所述不同频率的探测信号；测量所述目标深度的地层对所述探测信号的响应信号。该方法能够同时使用多个频率对同一深度的地层进行探测，获取更丰富的探测数据，提高探测效率。

Description

一种地层探测方法

技术领域

本发明涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种地层探测方法。

背景技术

在地层勘探中，为了确定所勘探的底层是否具有油气开采价值，一般要通过一系列的测量、计算得到反映原状地层的参数来确定该地层的油气饱和度和油气层厚度，进而决定是否开采、开采规划以及采用的具体开采方式等。

在现有的探测方法中，为了更好的识别低对比度油气层，常采用电法测井仪器来探测地层的电学参数(如电阻率、介电常数)，由探测器向目标深度的地层发射一个固定频率的探测信号，通过测量目标深度的地层对探测信号的反射信号来确定地层的电阻率和介电常数，但目前所采用的探测器所采用的探测信号的频率较为单一，探测深度也受到探测频率的限制，不容易调节，测量不便，应用范围有限。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种地层探测方法，该方法可同时使用多个频率对同一深度的地层进行探测，获取更丰富的探测数据，提高探测效率。

为达到上述目的，本发明实施例提出的地层探测方法，包括：在探测器上设置由多个发射线圈和接收线圈组成的线圈系，所述多个发射线圈发射不同频率的探测信号；调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数；根据要探测的目标深度和对应的所述优化位置参数设置所述线圈系，并向所述目标深度的地层发射所述不同频率的探测信号；测量所述目标深度的地层对所述探测信号的响应信号。

可选的，所述调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数，包括：获取所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线；确定所述预设深度和所述预设响应参数值对应的目标点；调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使得所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线都经过所述目标点；将所述发射线圈与所述接收线圈的距离记为相应频率下所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数。

可选的，所述不同频率的探测信号包括多频率的低频信号，或者多频率的高频信号，或者兼有低频信号和高频信号的多频率信号。

可选的，所述响应信号包括矢量电位和矢量电流，所述方法还包括：根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到目标深度的地层的复电阻率频谱和介电常数。

可选的，所述方法还包括：根据所述复电阻率频谱与介电常数及频散特性的对应关系，获取所述目标深度的地层的含油气饱和度。

可选的，所述探测器的线圈系包括至少6个发射线圈和2个接收线圈，采用感应测井或电磁波测井方式接收所述响应信号，所述发射线圈与所述接收线圈的距离是所述发射线圈与所述2个接收线圈的中点的距离。

可选的，所述方法还包括：根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到所述响应信号的相位差频谱和幅度比频谱；根据所述相位差频谱和幅度比频谱，获取所述目标深度的地层的厚度。

所述线圈系同向缠绕在绝缘棒上，依次为6个发射线圈和2个接收线圈，绝缘棒缠绕线圈的位置为固定宽度和深度的单元槽。

所述线圈系的测量频率范围为250kHz到8MHz，特征频率为250kHz，500kHz，1MHz，2MHz，4MHz，8MHz。

述发射线圈和接收线圈半径为0.075m，所述2个接收线圈之间的距离为0.25m，所述调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数，具体包括：

当所述预设深度为1.1m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.051m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.299m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.649m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2.216m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2.267m；

当所述预设深度为0.8m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.71m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.816m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.217m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.351m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.516m；

当所述预设深度为0.5m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.351m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.402m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.485m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.599m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.733m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.867m。

通过本发明方法的实施例，可以同时使用多个频率的探测信号对目标深度的地层进行探测，在一次测量之后即可得到不同频率的探测信号对应的多个响应信号，使得到的测量数据更丰富，测量过程更加简便快捷。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的地层探测方法的流程图；

图2是本发明一个具体实施例的获取线圈系的优化位置参数的流程图；

图3a是本发明实施例探测深度0.5m线圈系各频率信号的伪几何因子示意图；

图3b是本发明实施例探测深度0.8m线圈系各频率信号的伪几何因子示意图；

图3c是本发明实施例探测深度1.1m线圈系各频率信号的伪几何因子示意图；

图4是本发明一个实施例的线圈系结构示意图；

图5a是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度0.5m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图5b是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度0.5m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图6a是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度0.5m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图6b是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度0.5m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图7a是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度0.5m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图7b是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度0.5m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图8a是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度0.8m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图8b是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度0.8m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图9a是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度0.8m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图9b是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度0.8m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图10a是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度0.8m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图10b是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度0.8m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图11a是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度1.1m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图11b是本发明实施例目标层厚度0.5m时探测深度1.1m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图12a是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度1.1m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图12b是本发明实施例目标层厚度1.0m时探测深度1.1m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图13a是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度1.1m线圈系各频率下的幅度比信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图13b是本发明实施例目标层厚度1.5m时探测深度1.1m线圈系各频率下的相位差信号在三层地层模型中的响应曲线示意图；

图14a是本发明实施例探测深度0.5m线圈系幅度比信号半幅点法分层能力对比；

图14b是本发明实施例探测深度0.5m线圈系相位差信号半幅点法分层能力对比；

图15a是本发明实施例探测深度0.8m线圈系幅度比信号半幅点法分层能力对比；

图15b是本发明实施例探测深度0.8m线圈系相位差信号半幅点法分层能力对比；

图16a是本发明实施例探测深度1.1m线圈系幅度比信号半幅点法分层能力对比；

图16b是本发明实施例探测深度1.1m线圈系相位差信号半幅点法分层能力对比。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考附图描述根据本发明实施例的地层探测方法。

本发明的实施例采用具有线圈系的探测器对地层进行探测，线圈系包括接收线圈和发射线圈，在利用探测器对目标深度的地层进行探测的过程中，首先采用发射线圈向目标深度的地层发射某一频率或某几个频率的探测信号，所发射的探测信号穿过所述目标深度的地层，地层受到探测信号的影响，产生具有一定幅度和相位的响应信号。当这些响应信号被接收线圈接收到时，这些信号对应的矢量电位和矢量电流等参数就可以被测量到。

图1是本发明一实施例提出的地层探测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：

S101：在探测器上设置由多个发射线圈和接收线圈组成的线圈系，所述多个发射线圈发射不同频率的探测信号。

具体地，根据电频谱测井方法的要求，所述线圈系可以提供频率从250kHz～8MHz范围的电信号的发射和接收，具有0.5m、0.8m和1.1m三个探测深度。需要理解的是，通过对线圈系进行设置，还可以对更多不同深度的地层进行探测。

在本发明的具体实施例中，多个发射线圈可以分别发送不同频率的探测信号，利用交流电的互感原理测量地层的导电性。

S102：调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数。

具体地，由于不同深度的地层对同一频率探测信号的响应信号具有不同的响应参数值，当该响应参数值为预设响应参数值时，该频率的探测信号的探测深度随发射线圈与接收线圈之间距离的变化而变化。因此，可以通过调节发射线圈与接收线圈之间的距离，使得预设深度的地层对特定频率的探测信号的响应参数等于所述预设响应参数值，并依次调节各频率的发射线圈与接收线圈的距离，使得预设深度的地层对各频率的探测信号的响应参数均等于所述预设响应参数值，以实现对预设深度的地层的多频测量，进而可实现对任意深度地层的多频率测量。

在本发明的一个实施例中，所述响应参数可以反映探测范围内介质响应信号占总响应信号的比例。

进一步地，如图2所示，调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数，具体可以包括以下步骤：

S201：获取所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线。

在交流电测井中，对于感应测井的径向探测深度，伪几何因子理论具有明确定义，而对于电磁波测井的径向探测深度目前尚无统一定义。为便于比较，本实施例仍采用伪几何因子来定义本发明中所涉及的探测器的径向探测深度。

S202：确定所述预设深度和所述预设响应参数值对应的目标点。

具体地，可以根据探测需求预先确定预设响应参数值，将预设深度与该预设响应参数值对应的点设为目标点。

S203：调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使得所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线都经过所述目标点。

如图3a、图3b、图3c所示分别是探测深度为0.5m、0.8m、1.1m的线圈系的伪几何因子示意图。图中伪几何因子的表达式如下：

$\mathrm{Jxo}\left(\mathrm{RADIUSi}\right)={\∫}_0^{r=\mathrm{RADIUSi}}{G}_r\left(r\right)\mathrm{dr},$

其中，g为几何因子，r为地层的响应半径。

对于同一线圈系，通过调节多个发射线圈与接收线圈的距离，可以使不同频率的探测信号的伪几何因子曲线均能在Jxo等于0.5时重合，对应的径向探测深度为所设计的预设深度。

S204：将所述发射线圈与所述接收线圈的距离记为相应频率下所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数。

举例而言，在本发明一个实施例中，如图4所示是本发明一个实施例的线圈系结构示意图，线圈系由6个发射线圈(T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆)和两个接收线圈(R₁和R₂)组成。根据电频谱测井方法的要求，要求线圈系能够提供频率从250kHz～8MHz范围的电信号的发射和接收，并且具有0.5m、0.8m和1.1m三个不同探测深度。对应于不同的探测深度和不同频率要求，本实施例共设计了3套不同线圈系。

优选地，使发射线圈和接收线圈半径均为0.075m，以两接收线圈中点为轴向零点位置，如表1、表2、表3所示分别是探测深度为0.5m、0.8m和1.1m时对应的线圈系的优化位置参数，其中，T1-T6的发射频率依次为250kHz，500kHz，1MHz，2MHz，4MHz，8MHz。

表1

表2

表3

在实际应用中，根据探测频率和目标深度的不同，还可以有对应的多种线圈系的优化位置参数，以上仅为3种可能的情况。

需要理解的是，本实施例在确定线圈系的优化位置参数过程中采用伪几何因子曲线，但在本发明的具体实施过程中还可以采用几何因子或其他相关的方法来确定线圈系的优化位置参数，在此不再一一列举。

S103：根据要探测的目标深度和对应的所述优化位置参数设置所述线圈系，并向所述目标深度的地层发射所述不同频率的探测信号。

例如，要探测的目标深度为0.5m时即可采用表1所述的优化位置参数设置线圈系中各频率的发射线圈与接收线圈的位置，以对目标深度的地层进行探测。

S104：测量所述探测信号经所述目标深度的地层反射得到的响应信号。

其中，响应信号可以包括矢量电位和矢量电流。

由于响应信号是地层对所述多个频率的探测信号的响应的线性叠加，因此可以根据接收到的响应信号得到所述目标深度的地层对不同频率的探测信号的响应，进而可以通过进一步的计算分析，对地层的状况作出评价。

本实施例通过调节多个发射线圈与接收线圈之间的距离，使探测信号的频率与探测的预设深度匹配，得到探测不同深度使用的线圈系的优化位置参数，在探测时根据优化位置参数对探测器的线圈系进行设置，从而能够同时使用多个频率的探测信号对同一预设深度的地层进行探测得到，一次测量即可得到丰富的探测数据，提高了探测效率。

在本发明的一个实施例中，不同频率的探测信号可以包括多频率的低频信号，或者多频率的高频信号，或者兼有低频信号和高频信号的多频率信号。

本发明另一个实施例的方法还可以包括：根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到目标深度的地层的复电阻率频谱和介电常数，以及根据所述复电阻率频谱与介电常数及频散特性的对应关系，获取所述目标深度的地层的含油气饱和度。

具体地，在测量到所述响应信号对应的矢量电位和矢量电流后，可以进一步得到所述目标深度的地层的复电阻率或复电导率。其中，复电导率和复电阻率分别如下式(1)、(2)表示：

复电导率：σ*(ω)＝[σ′(ω)+ωε″]+j[σ″(ω)+ωε′]        (1)

复电阻率：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}*\left(\mathrm{\ω}\right)\frac{1}{\mathrm{\σ}*\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′\′}}{{({\mathrm{\σ}}^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′\′})}^2+{({\mathrm{\σ}}^{\′\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′})}^2}\\ -j\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′}}{{({\mathrm{\σ}}^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′\′})}^2+{({\mathrm{\σ}}^{\′\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+{\mathrm{\ω\ϵ}}^{\′})}^2}\end{array}---\left(2\right)$

介电常数如下式(3)表示：

介电常数： $\mathrm{\ϵ}*\left(\mathrm{\ω}\right)=[{\mathrm{\ϵ}}^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)+\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′\′}}{\mathrm{\ω}}]+j[{\mathrm{\ϵ}}^{\′\′}\left(\mathrm{\ω}\right)-\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′}}{\mathrm{\ω}}]---\left(3\right)$

实际测量过程中，可以采用岩石多频电物理模型，该模型可以用公式(4)表示为如下：

$\mathrm{\ρ}*\left(\mathrm{\ω}\right)={\mathrm{\ρ}}_0[1-{\mathrm{\η}}_1(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω\τ}}_1\right)}^{c_1}})]\×[1-{\mathrm{\η}}_2(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω\τ}}_2\right)}^{c_2}})]---\left(4\right)$

上面的式(1)-(4)中，用星号*标识复数；上标′和″分别代表实部和虚部；ρ*(ω)为目标深度的地层的复电阻率；ω为电场的角频率；ε为介电常数；τ为弛豫时间常数；j为虚数单位；η为极化率，其值在0与1之间；c为频率相关系数，其值也在0与1之间。

ρ₀为零频率时的复电阻率幅度，可以用公式(5)表示如下：

${\mathrm{\ρ}}_0=\frac{{\mathrm{abR}}_W}{{\mathrm{\φ}}^m{S}_W^n}---\left(5\right)$

式(5)中，R_W是地层水电阻率，φ是地层孔隙度。

式(4)和(5)中，S_W表示含水饱和度，则含油气饱和度为1-S_W，因此在上式中Sw是最重要的待求量。其中，τ₁、τ₂分别为第一弛豫时间常数、第二弛豫时间常数；η₁、η₂分别为第一极化率和第一极化率；c₁、c₂分别为第一频率相关系数和第二频率相关系数。τ₁、τ₂、η₁、η₂、c₁、c₂为与含水饱和度有关的参数。

将式(5)代入式(4)，得到下面的式(6)：

$\mathrm{\ρ}*\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{{\mathrm{abR}}_W}{{\mathrm{\φ}}^m{S}_W^n}[1-{\mathrm{\η}}_1(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω\τ}}_1\right)}^{c_1}})]\×[1-{\mathrm{\η}}_2(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω\τ}}_2\right)}^{c_2}})]---\left(6\right)$

式(6)右端除了φ、Rw和角频率ω已知外，其余的均为待求量；而左端项则为该方法的直接测量量。

为了确定式(6)右端的11个未知数，至少需要11个方程组成的方程组才能确定。由于上式是复数方程，其1个等式包含2个实数方程，因而至少得有6个不同的频率点的复电阻率测量(即6个复数方程)才能求出方程右端的Sw参数。而对于多频率的测量，考虑到覆盖复电阻率虚部曲线谷底对应的频率与含水饱和度的敏感性，应尽量让这些频率尽可能地覆盖它，这是避免反演多解性的需要。

假定采用的频率为ω₁，ω₂，…，ω_N，分别测量得到ρ*(ω₁)，ρ*(ω₂)，…，ρ*(ω_N)这N个值，则由式(6)可得：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}*\left({\mathrm{\ω}}_1\right)=\frac{{\mathrm{abR}}_W}{{\mathrm{\φ}}^m{S}_W^n}[1-{\mathrm{\η}}_1(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω}}_1{\mathrm{\τ}}_1\right)}^{c_1}})]\×[1-{\mathrm{\η}}_2(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω}}_1{\mathrm{\τ}}_2\right)}^{c_2}})\\ \mathrm{\ρ}*\left({\mathrm{\ω}}_2\right)=\frac{{\mathrm{abR}}_W}{{\mathrm{\φ}}^m{S}_W^n}[1-{\mathrm{\η}}_1(1-\frac{1}{{\left({\mathrm{j\ω}}_2{\mathrm{\τ}}_1\right)}^{c_1}})]\×[1-{\mathrm{\η}}_2(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω}}_2{\mathrm{\τ}}_2\right)}^{c_2}})]\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{\ρ}*\left({\mathrm{\ω}}_N\right)=\frac{{\mathrm{abR}}_W}{{\mathrm{\φ}}^m{S}_W^n}[1-{\mathrm{\η}}_1(1-\frac{1}{{1+\left({\mathrm{j\ω}}_N{\mathrm{\τ}}_1\right)}^{c_1}})]\×[1-{\mathrm{\η}}_2(1-\frac{1}{1+{\left({\mathrm{j\ω}}_N{\mathrm{\τ}}_2\right)}^{c_2}})]\end{array}\right.---\left(7\right)$

对于方程组(7)，当其对应的实数方程个数不少于待求量个数时，不需要岩心物理实验信息的帮助就可以采用最小二乘法直接求出S_W。实际应用中也可以采用其他计算方法来求解，本实施例只简单介绍采用最小二乘法求解。采用最小二乘法求解方法如下：

首先构造一目标函数为了使方程组(7)成立，则Q应取得极小值。根据数学上求极小值的理论，需要寻找一组系数(S_W,η₁,τ₁,c₁,η₂,τ₂,c₂)使得使Q达到最小，则：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂Q}{{\∂S}_w}=\frac{\∂\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[{\mathrm{\ρ}}_1^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)-{\mathrm{\ρ}}_2^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)]}^2}{{\∂S}_w}=0\\ \frac{\∂Q}{{\∂\mathrm{\η}}_1}=\frac{\∂\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[{\mathrm{\ρ}}_1^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)-{\mathrm{\ρ}}_2^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)]}^2}{{\∂\mathrm{\η}}_1}=0\\ .\\ .\\ .\\ \frac{\∂Q}{{\∂c}_2}=\frac{\∂\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[{\mathrm{\ρ}}_1^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)-{\mathrm{\ρ}}_2^{*}\left({\mathrm{\ω}}_k\right)]}^2}{{\∂c}_2}=0\end{array}\right.---\left(8\right)$

这样，通过数学上极小值的计算，可以用最小二乘法求得S_W。

此外，方程组(8)的待定系数与方程个数相等时，也可以用普通的方程组求解方法求解得到。

当方程组(7)中的方程个数少于待求量个数时，需要通过岩心物理实验的帮助才能确定S_W。通过岩心实验的介入，可以获取了更多的信息。这样，相当于在地层井场通过直接测量获得的方程数量不够的情况下，将现场的岩心在实验室加以测量，建立了更多的方程。通过岩心实验所补充的方程，使方程总数量达到要求，从而可以使方程组能够求解。

本实施例的探测器可以采用感应测井或电磁波测井方式进行测量，测量时往发射线圈通以交变电流的方式发射电磁波探测信号，该电磁波在地层中传播时其幅度和相位受地层电学特性影响会发生变化。利用两个离发射线圈不同距离的接收线圈接收该电磁波信号，测量该电磁波得到这两个接收线圈的幅度比和相位差，进而计算出地层的电导率和介电常数，最终再根据前述公式(2)转换成地层的复电阻率。

设所述矢量电位为U，矢量电流为I，则所述测量复电阻率ρ^*(ω)＝K(U/I)，其中，K为仪器系数，由仪器本身决定，为已知固定值。

由于不同频率的响应信号被接收线圈接收时近似线性叠加关系，因此在使用不同频率的探测信号对同一目标深度的地层进行探测时，可以处理得到各个频率对应的响应信号的矢量电位和矢量电流，进而处理得到目标深度的地层的复电阻率频谱。

如前所述，在得到目标地层的含水饱和度值S_W之后，可以得到含油气饱和度(1-S_W)。

需要说明的是，本发明还可以采用从10Hz～10MHz甚至其他更大范围的多个不同频率的探测信号来进行探测。

本实施例的地层探测方法可以通过更简便的探测过程获得更丰富的探测数据，进而对地层油气饱和度的评价更加准确，提高了对油气层的识别度。

可选地，在本发明的一个具体实施例中，还可以根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到所述响应信号的相位差频谱和幅度比频谱，并根据所述相位差频谱和幅度比频谱，获取所述目标深度的地层的厚度。

具体可以建立经典的三层介质地层模型，即目标层被上下两层电阻率和介电常数参数相同的围岩层包夹。由于频率和线圈距不同时，线圈系的信号幅值相差较大，因此无法直接比较不同频率且不同线圈距的线圈系的幅度比和相位差信号，此处采用归一化后的幅度比和相位差信号(即只比较每组幅度比和相位差信号相对于最大值的变化)。如图5a至图13b所示是采用本实施例的径向探测深度为0.5m、0.8m和1.1m的三套线圈系分别在目标层厚度为0.5m、1.0m和1.5m时探测得到的归一化后的幅度比和相位差曲线。由图5a至图13b可知，探测信号频率越低，幅度比曲线在目标层边缘的变化越小，不利于划分目标层；而相位差曲线在各频率下的相对变化趋势较为统一，可以很好划分目标层。在采用传统的半幅点法来划分目标层厚度时，如图14a至16b所示分别是探测深度为0.5m、0.8m和1.1m的三套线圈系在不同频率条件下使用幅度比和使用相位差曲线获取到的地层厚度与真实地层厚度的相关性实验结果图。由图14a至16b可知，不同频率条件下幅度比曲线对地层的划分能力有一定差距，而不同频率条件下相位差曲线对地层的划分能力较为接近，因此在探测地层厚度时，与比幅度比曲线相比，相位差曲线在不同频率下划分地层厚度的能力相对一致，具有较高的准确性。因此实际应用中可通过相位差曲线来获取目标深度的地层的厚度。

本实施例根据与探测深度对应的优化位置参数来设置探测器线圈系，可以同时使用多个频率的探测信号对目标深度的地层进行探测，在一次测量之后即可得到不同频率的探测信号对应的多个响应信号，一次测量即可得到更丰富的测量数据，测量过程更加简便快捷；另外，通过对分析射信号的矢量电位和矢量电流得到不同频率下相位差曲线和幅度比曲线的变化情况，方便在判断目标地层厚度时采用更好的评价指标，提高了探测对地层的纵向分辨率。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种地层探测方法，其特征在于，包括：

在探测器上设置由多个发射线圈和接收线圈组成的线圈系，所述多个发射线圈发射不同频率的探测信号；

调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数；

根据要探测的目标深度和对应的所述优化位置参数设置所述线圈系，并向所述目标深度的地层发射所述不同频率的探测信号；

测量所述目标深度的地层对所述探测信号的响应信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数，包括：

获取所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线；

确定所述预设深度和所述预设响应参数值对应的目标点；

调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使得所述不同频率的探测信号的伪几何因子曲线都经过所述目标点；

将所述发射线圈与所述接收线圈的距离记为相应频率下所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不同频率的探测信号包括多频率的低频信号，或者多频率的高频信号，或者兼有低频信号和高频信号的多频率信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应信号包括矢量电位和矢量电流，所述方法还包括：

根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到目标深度的地层的复电阻率频谱和介电常数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述复电阻率频谱与介电常数及频散特性的对应关系，获取所述目标深度的地层的含油气饱和度。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述探测器的线圈系包括至少6个发射线圈和2个接收线圈，采用感应测井或电磁波测井方式接收所述响应信号，所述发射线圈与所述接收线圈的距离是所述发射线圈与所述2个接收线圈的中点的距离。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述响应信号的矢量电位和矢量电流得到所述响应信号的相位差频谱和幅度比频谱；

根据所述相位差频谱和幅度比频谱，获取所述目标深度的地层的厚度。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述线圈系同向缠绕在绝缘棒上，依次为6个发射线圈和2个接收线圈，绝缘棒缠绕线圈的位置为固定宽度和深度的单元槽。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述线圈系的测量频率范围为250kHz到8MHz，特征频率为250kHz，500kHz，1MHz，2MHz，4MHz，8MHz。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述发射线圈和接收线圈半径为0.075m，所述2个接收线圈之间的距离为0.25m，所述调节所述多个发射线圈与所述接收线圈的距离，使预设深度的地层对所述每个频率的探测信号的响应信号具有相同的预设响应参数值，得到所述预设深度对应的线圈系的优化位置参数，具体包括：

当所述预设深度为1.1m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.051m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.299m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.649m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2.216m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点2.267m；

当所述预设深度为0.8m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.71m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.816m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.217m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.351m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点1.516m；

当所述预设深度为0.5m时，所述线圈系的优化位置参数为：频率为250kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.351m，频率为500kHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.402m，频率为1MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.485m，频率为2MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.599m，频率为4MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.733m，频率为8MHz的发射线圈距离所述2个接收线圈的中点0.867m。