CN105298489B - 近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 - Google Patents
近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105298489B CN105298489B CN201510885216.5A CN201510885216A CN105298489B CN 105298489 B CN105298489 B CN 105298489B CN 201510885216 A CN201510885216 A CN 201510885216A CN 105298489 B CN105298489 B CN 105298489B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dielectric constant
- dispersion
- signal
- stratum
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明提供一种近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，由宽带发射天线向井眼外发射一个宽频瞬变脉冲信号，信号穿过地层后，由宽带接收天线接收到电压脉冲序列；对接收到的时域脉冲信号进行分析，利用其时延特性初步评估周围地层的介电常数范围；对时域脉冲信号进行傅里叶变换，与发射脉冲做比较运算，对周围地层介电常数的频散特性进行评估；得到地层含水、含油饱和度；由宽带发射天线向井眼外发射下一个宽脉冲信号，重复以上步骤。本发明实现了对近井眼地层及侵入带的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量，能够提高对地质参数评估的可靠性，能够满足不同深度的测量需求，具有可评估频散信息、数据量丰富、可进行定向测量等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于评估井眼外地层结构和地层特性的连续测量方法，属于地球物理测井中的电法测井和数据处理技术领域。
背景技术
21世纪以来，石油技术人员不断开发出新的能够探测油田地层特性的仪器，其中利用电磁波测量岩石和流体性质的介电测井就是一种新的技术。介电测井可以对含淡水、矿化水或矿化度未知的储层的孔隙度进行测量，根据岩石孔隙度、含水量，可得出与电阻率无关的流体饱和度。测井分析人员可将介电测井结果与深探测仪器获得的数据相结合，用于识别含有油气的地层，这对于稠油油藏是极为重要的信息。
介电常数是表征介质介电特性的物理量，原油的微波频段介电常数约为2～2.4，地层水的介电常数约为78～81，天然气的介电常数约为1，地层骨架的介电常数约为4～8，当地层孔隙被丰富的流体填充时，地层的介电常数便由所含流体及流体饱和度决定，因此，含油、气层的介电常数与含水层的介电常数有明显的区别，可根据介电特性对储层进行区分。介电测井又被称为电磁波传播测井，它被作为一种补充测井方法被提出，这种方法的初衷是通过地层电磁波测量分析淡水环境储层，识别可流动油气。该仪器主要对孔隙网络里的流体响应，并测量含流体孔隙度，进而得出与电阻率无关的流体饱和度。
EPT是第一种真正广泛应用在实际测井中的介电测井仪。EPT使用缝隙天线向垂直钻铤方向发射1.1GHz电磁波，通过计算电磁波通过地层的传播时间tpo，主要测量井壁附近的介电常数。由于EPT使用特高频频率作为发射信号，及缝隙天线本身发射特性，这种仪器的探测距离被限制在几英寸的范围内。为穿透侵入带对原状地层的介电特性进行测量，斯伦贝谢公司随后开发了频率介于电阻率测井与电磁波传播测井的深传播测井(DPT)，这种仪器工作在25MHz，使用的天线类似电阻率测井的线圈天线，所以对深传播测井的分析方法也类似传统的感应测井的分析。DPT通过多线圈阵列实现在不同探测深度下的测量，并可同时给出不同源距下接收信号幅度和相对相位，利用这一系列参数可以反演出地层的电阻率和介电常数。阿特拉斯测井公司在相同时期研制了双频介电测井仪1531/1532，通过向地层发射47MHz和200MHz的电磁波，测量两个接收器信号经过耗散介质的幅度比和相位差，得到耗散介质的介电常数和电阻率两个参数。
斯伦贝谢测井公司开发的“Dielectric Scanner”多频介电测井仪器突破早期介电测井仪频段范围的限制，选择在20MHz到1GHz范围内的四个频率点作为工作频率。除了能在低频下测量地层的电阻率特性、极高频率下测量地层介电特性外，这种先进的仪器还能通过多种频率下采集的高质量数据，分析地层电特性频散获得关于岩石结构和泥质含量的信息。这种介电测井仪的收发装置包括2个发射器和8个接收器，每个收发装置都可以在横向纵向两种极化模式下进行测量，每个测量周期包括72个振幅和72个相位测量。反演这四个测量频率、不同源距下得到的测井数据，能够帮助测井工程师分析从浅层泥饼到深层侵入带的不同深度下的流体饱和度。
现有的介电测井技术只能对地层介电常数进行固定频率点的测量，无法实现地层介电常数在连续频谱的测量。尚存在诸多技术不足：一、若在某个测量频率发生因电路或其他未知因素造成的测量偏差，将造成最终评估结果的不准确，且无法评估地层色散特性；二、利用多频方法实现介电色散评估测量周期漫长，信息采集十分复杂，易造成自身干扰；三、多频方法在一个测量周期内需要向地层发射电磁波几十次之多，井下电能有限，分配给用于单次电磁波发射的电能十分有限，大大限制了仪器的信噪比与探测深度。
发明内容
本发明针对目前介电测井仪器不能对井眼周围地层给出连续频率下的介电色散特性测量的难题，提出一种利用瞬变宽频信号对地层介电常数测量的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，对井眼周围地层在连续带宽内的介电常数测量的同时，实现对介电常数在测量带宽内色散特性的评估。
本发明的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，是通过宽频天线向地层发射时域窄脉冲，检测回波频率和时延特性来实现；具体包括以下步骤：
(1)在钻杆上至少安装一个发射天线及一个接收天线，发射天线和接收天线的源距(安装距离)为L；
(2)钻杆钻进，发射天线向井眼外地层发射时长为t0的脉冲信号，计时并检测信号；最小回波信号检测时长tRmin为3.75×10-8L+1.25t0秒，对回波信号的检测时长tR应大于tRmin；结束检测的判断标准为：在tR内，检测到回波信号电压最大值(检测时长tR内最大接收电压)为VRmax，时间段t0内的电压最大值为VR1，若VR1不小于0.01×VRmax，继续等待直到(n-1)t0时间后，第n个长度为t0的时间段内电压最大值VRn不大于0.01×VRmax，视为本次测量中电磁场不对下个检测造成干扰，则结束本次测量；
(3)对于检测到的信号，首先进行时域分析，通过信号时间延迟反演地层介电常数，同时对接收信号进行傅里叶变换，分析反演介电常数频散特性，结合地层框架和孔隙度信息，判断地层流体饱和度；
(4)由发射天线向井眼外地层发射下一个脉冲信号，重复以上步骤，开始下次测量；
(5)采集所有测量次数的数据，对时域信号进行傅里叶变换，得到不同次数测量下的频域地层介电频散，分别绘制出时域测井响应和地层频散响应随钻进深度变化的测井曲线。
所述步骤(1)中发射天线和接收天线的源距(安装距离)L为0.2m～2m。
所述步骤(2)中脉冲信号的参数为：频带范围f1～f2、中心频率f0和脉冲波形(可以根据探测深度、目标地层介电特性改变)。
所述步骤(2)中脉冲信号的带宽为100MHz～2.5GHz。
所述步骤(2)中计算接收脉冲的时延是从触发发射信号为时间起点。
所述步骤(3)中地层流体(含水和含油)饱和度是根据复折射系数混合公式得到，其中εmatrix、εoil、SW和φ分别为地层介电常数、水介电常数、地层框架介电常数、原油介电常数、含水饱和度、地层孔隙度。
所述步骤(3)中地层框架和孔隙度信息通过自然伽马或中子法获得。利用复折射系数混合公式对含水及含油饱和度进行拟合。
所述步骤(5)中地层介电频散，是通过对接收时长内的时域响应做傅里叶变换，建立深度和频率为坐标，频率强度为变量的2D伪色图。
本发明实现了对近井眼地层及侵入带的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量，可以有效简化测量步骤，同时在时域和频域下对测量数据解释能够提高对地质参数评估的可靠性，通过设置不同收发源距，能够满足不同深度的测量需求。通过该方法可以直观地观察接收频谱中心频率、带宽的变换。
附图说明
图1是天线在钻杆上的安装示意图。
图2是测量时间序列示意图。
图3是一个测量周期的流程图。
图4是测量仪器随钻头通过储层时对应时域响应示意图。
图5是测量仪器随钻头通过储层时对应频域响应示意图。
具体实施方式
本发明的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，是由宽带发射天线向井眼外发射一个宽频瞬变脉冲信号，信号穿过地层后，由宽带接收天线接收到电压脉冲序列；对接收到的时域脉冲信号进行分析，利用其时延特性初步评估周围地层的介电常数范围；对时域脉冲信号进行傅里叶变换，与发射脉冲做差分或比例的比较运算，对周围地层介电常数的频散特性进行评估；得到地层含水、含油饱和度；由宽带发射天线向井眼外发射下一个宽脉冲信号，重复以上步骤。具体包括以下步骤：
(1)如图1所示，按照主瓣方向面对面形式，在钻杆101的靠近钻头104的位置安装一个发射天线103和一个接收天线102，发射天线103和接收天线102的源距为L，按照测井深度需求L取值为0.2m～2m。天线均为工作带宽覆盖信号带宽的宽带天线。电磁信号发射和测量由电池供电或井下发电装置供电。收发天线组也可以是一发多收、一收多发、多发多收形式，增加发射、接收天线可以提供多种探测深度。
(2)按照如图2给出的测量时序和图3给出的测量周期流程，完成一次测量周期：
①步骤301：测量周期开始，钻杆钻进；
②步骤302：发射天线103前端电路产生激励脉冲，由发射天线103向井眼外地层发射时长为t0的宽频瞬变脉冲信号201；脉冲信号201的带宽为100MHz～2.5GHz；
③步骤303：以脉冲产生的时刻为起点触发计时器，同时接收电路开始采集接收天线102产生的电压信号(电压脉冲序列)；
④步骤304：到达设定检测时长tR，检测时长tR应大于最小检测时长tRmin，考虑到地层最大相对介电常数约为80，最小检测时长为3.75×10-8L+1.25t0秒，L为发射天线和接收天线的源距。同时对检测到的时域脉冲信号进行存储，待后续信号处理单元进行信号处理分析。
⑤步骤305和306：进行这两个循环步骤的目的是，使当前测量周期的回波、振铃信号等干扰消逝，减少对下次测量的影响。检测时长内最大接收电压是VRmax，继续累加长度为t0的单位等待时长，第n个等待时长中，接收天线接收到的最大电压为VRn，当VRn不大于0.01×VRmax时，视为本次测量周期内电磁场不对下个周期造成干扰，不再累加等待时间。
⑥步骤307：本测量周期结束。
(3)对于检测到的信号，首先进行时域分析，通过信号时间延迟反演地层介电常数，同时对接收信号进行傅里叶变换，分析反演介电常数频散特性，结合地层框架和孔隙度信息，判断地层流体饱和度。
图4给出了钻头104穿过围岩包裹的储层时接收信号的时域测井曲线。脉冲在收发天线间传输的时长与成反比，其中ε和μ分别为周围地层的介电常数和磁导率。围岩401和403是含水30％的沙质岩层，目标地层402是含油30％的沙质岩层。在完成步骤304后，接收天线102产生的信号送至处理器，结合钻进深度得到时域测井曲线。
图5给出了钻头104穿过围岩包裹的储层时接收信号的频域测井曲线。围岩501和503是含水30％的沙质岩层，目标地层502是含油30％的沙质岩层。钻头104在穿过储层时，频域信号的强度明显增强，同时伴随着接收信号中心频率偏移。利用图4和图5两种测井数据处理方法，不仅可以单纯参考脉冲的时延和衰减对地层进行评价，而且可以结合频率的偏移，对地层电学参数的频散特性进行考察。结合其它测井方法，得到地层框架信息，根据复折射系数混合公式可得到地层含水、含油饱和度，实现对地层含流体饱和度的评估，其中εmatrix、εoil、SW和φ分别为地层介电常数、水介电常数、地层框架介电常数、原油介电常数、含水饱和度和地层孔隙度。
(4)由发射天线向井眼外地层发射下一个脉冲信号，重复以上步骤，开始下次测量。
(5)采集所有测量次数的数据，绘制出含水和含油饱和度随钻进深度变化的测井曲线。通过对接收时长内的时域响应做傅里叶变换，建立深度和频率为坐标，频率强度为变量的2D伪色图。通过该方法可以直观地观察接收频谱中心频率、带宽的变换。
采用本发明方法，可对近井眼地层、介电特性进行实时测量，并可以给出测量带宽下的介电频散性质。该方法具有可评估频散信息、数据量丰富、可进行定向测量等优点，以此帮助评估井眼周围地层的含油、气、水饱和度、岩石孔隙度，为储层评价提供一种新的手段，可有效提高储层勘探效率和经济效益。
Claims (8)
1.一种近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在钻杆上至少安装一个发射天线及一个接收天线，发射天线和接收天线的源距为L；
(2)仪器随钻头钻进，发射天线向井眼外地层发射时长为t0的脉冲信号，计时并检测信号；最小回波信号检测时长tRmin为3.75×10-8L+1.25t0秒，对回波信号的检测时长tR应大于tRmin；结束检测的判断标准为：在tR内，检测到回波信号电压最大值为VRmax，时间段t0内的电压最大值为VR1，若VR1不小于0.01×VRmax，继续等待直到(n-1)t0时间后，第n个长度为t0的时间段内电压最大值VRn不大于0.01×VRmax，视为本次测量产生的电磁场不对下个检测造成干扰，则结束本次测量；
(3)对于检测到的信号，首先进行时域分析，通过信号时间延迟反演地层介电常数，同时对接收信号进行傅里叶变换，分析反演介电常数频散特性，结合地层框架和孔隙度信息，判断地层流体饱和度；
(4)由发射天线向井眼外地层发射下一个脉冲信号，重复以上步骤，开始下次测量；
(5)采集所有测量次数的数据，对时域信号进行傅里叶变换，得到不同次数测量下的频域地层介电频散，分别绘制出时域测井响应、地层频散响应随钻进深度变化的测井曲线。
2.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(1)中发射天线和接收天线的源距为L为0.2m～2m。
3.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(2)中脉冲信号的参数为：频带范围f1～f2、中心频率f0和脉冲波形。
4.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(2)中脉冲信号的带宽为100MHz～2.5GHz。
5.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(2)中计算接收脉冲的时延是从触发发射信号为时间起点。
6.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(3)中地层流体饱和度是根据复折射系数混合公式得到，其中εmatrix、εoil、SW和φ分别为地层介电常数、水介电常数、地层框架介电常数、原油介电常数、含水饱和度、地层孔隙度。
7.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(3)中地层框架和孔隙度信息通过自然伽马或中子法的方法获得。
8.根据权利要求1所述的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，其特征是，所述步骤(5)中地层介电频散，是通过对接收时长内的时域响应做傅里叶变换，建立深度和频率为坐标，频率强度为变量的2D伪色图。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510885216.5A CN105298489B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510885216.5A CN105298489B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105298489A CN105298489A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105298489B true CN105298489B (zh) | 2017-12-19 |
Family
ID=55196218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510885216.5A Active CN105298489B (zh) | 2015-12-03 | 2015-12-03 | 近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105298489B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111123264A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-08 | 桂林理工大学 | 一种考虑介质频散和衰减补偿的探地雷达逆时偏移成像方法 |
| CN113882853B (zh) * | 2020-07-03 | 2024-06-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种用于传输近钻头随钻测井数据的方法 |
| CN112394072B (zh) * | 2020-11-26 | 2021-10-22 | 西安石油大学 | 一种基于Micro-CT岩芯宽频介电常数表征方法和装置 |
| CN114063170B (zh) * | 2021-11-26 | 2023-05-23 | 中国石油大学(华东) | 基于复介电特征频散的水合物储层饱和度原位定量评价方法 |
| CN118569013A (zh) * | 2024-04-24 | 2024-08-30 | 中国石油大学(北京) | 基于数字岩屑随钻评价地层岩石力学性质的方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0646810A2 (en) * | 1993-10-01 | 1995-04-05 | Halliburton Company | Measurement of dielectric properties of fluids in a well |
| CN103197311A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-07-10 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波波速测量装置以及测量方法 |
| CN104863578A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-26 | 电子科技大学 | 一种井中雷达的电导率测井方法 |
| CN104929625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-23 | 中国石油天然气集团公司 | 一种地层探测方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7656747B2 (en) * | 2005-07-22 | 2010-02-02 | Halliburton Energy Services, Inc. | Ultrasonic imaging in wells or tubulars |
| US20140230536A1 (en) * | 2013-02-15 | 2014-08-21 | Baker Hughes Incorporated | Distributed acoustic monitoring via time-sheared incoherent frequency domain reflectometry |
-
2015
- 2015-12-03 CN CN201510885216.5A patent/CN105298489B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0646810A2 (en) * | 1993-10-01 | 1995-04-05 | Halliburton Company | Measurement of dielectric properties of fluids in a well |
| CN103197311A (zh) * | 2013-04-12 | 2013-07-10 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波波速测量装置以及测量方法 |
| CN104863578A (zh) * | 2015-05-06 | 2015-08-26 | 电子科技大学 | 一种井中雷达的电导率测井方法 |
| CN104929625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-09-23 | 中国石油天然气集团公司 | 一种地层探测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105298489A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105298489B (zh) | 近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法 | |
| CA2904674C (en) | Super-resolution formation fluid imaging | |
| CN101482013B (zh) | 一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置 | |
| WO2020078003A1 (zh) | 一种时间域瞬变电磁波测井边界远探测方法 | |
| CN103777247B (zh) | 一种瞬变电磁雷达探测系统及探测方法 | |
| US8937279B2 (en) | Super-resolution formation fluid imaging with contrast fluids | |
| CN201363137Y (zh) | 一种随钻井眼补偿电磁波电阻率测量装置 | |
| US20220299671A1 (en) | Concealed mineral resource prediction method and logging system based on petro-electromagnetism | |
| WO2012109844A1 (zh) | 一种探测金属套管外地层电阻率的井中时域脉冲电磁法 | |
| CN101525999B (zh) | 电磁随钻测量系统的适应性分析方法 | |
| CN105874163B (zh) | 钻井辅助系统 | |
| CN105756676A (zh) | 油气水三相流透射式超声传感器持气率测量方法 | |
| CN113466953A (zh) | 基于核磁共振技术的页岩油甜点探测系统及数据采集方法 | |
| Yi et al. | Electromagnetic measurement while drilling technology based on the carrier communication principle | |
| Liu* et al. | A review for cross-hole electromagnetic methods | |
| CN103174411B (zh) | 一种用于水平井随钻探层测距雷达的电磁波源信号制式 | |
| Ma et al. | Single borehole radar for well logging in a limestone formation: Experiments and simulations | |
| CN110501746A (zh) | 滚动式三维可控源电法监测评价钻井压裂方法 | |
| CN111474592A (zh) | 一种井间电磁探测系统及方法 | |
| CN203614093U (zh) | 一种超宽带随钻测井三维成像采集装置 | |
| CN203630367U (zh) | 一种地面探测地质的系统 | |
| RU2395823C2 (ru) | Способ геонавигации горизонтальных скважин и устройство для его реализации | |
| NO346696B1 (no) | Multikondensatorsystem for elektromagnetisk loggeverktøy | |
| Dawei et al. | Weak signal processing technology of low frequency GPR based on Hilbert-Huang transform and its application in permafrost area gas hydrate exploration | |
| Gao et al. | Optimization for Emission Frequency of Oceanic Impulse Sound Source Logging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |