CN105626059A - 一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统及其方法，包括地面采集单元和井下测量单元以及电缆三部分；所述地面采集单元中的地面供电模块将直流或交流电提供给井下测量单元中井下电路电源和地面同步处理模块、地面高精度AD转换电路及地面显示保存模块，所述井下电路电源将电流提供给井下瞬变电磁激发电源供电(大电流)，也给井下电子线路供电(小电流)；所述井下瞬变电磁激发主电源将电流提供给功率模块,该系统及方法通过在套管井内连续测量瞬变电磁场响应得到套管外地层的电阻率，获得剩余油评价所需要的地层电阻率曲线，不受接触影响，施工容易，工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及石油工程测井施工中套管井地层电阻率测量和剩余油评价的专用仪器，特别是涉及一种瞬变电磁模拟信号进行测井的系统及其方法。
背景技术
在石油开发的过程中，为了评价地层的剩余油饱和度，需要通过套管对地层电阻率进行有效测量。即在套管内测量套管外地层的电阻率。由于套管的高电导率和磁导率的影响，不论用直流还是用交流方法，仪器实现起来非常困难。目前的过套管地层电阻率测量方法是直流法，电极扎到套管上供电，只能够定点测量，受接触影响大，对井眼要求高，施工难度大，测井成功率低。为了满足剩余油评价的要求，需要在套管井内连续地测量套管外地层的电阻率。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统及其方法，该系统及方法通过在套管井内连续测量瞬变电磁场响应得到套管外地层的电阻率，获得剩余油评价所需要的地层电阻率曲线，不受接触影响，施工容易，工作效率高。
针对现有技术中存在的问题，本发明采用如下技术方案：
一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统，包括地面采集单元和井下测量单元以及电缆三部分；所述地面采集单元中的地面供电模块将直流或交流电提供给井下测量单元中井下电路电源和地面同步处理模块、地面高精度AD转换电路及地面显示保存模块，所述井下电路电源将电流提供给井下瞬变电磁激发电源供电(大电流)，也给井下电子线路供电(小电流)；所述井下瞬变电磁激发主电源将电流提供给功率模块；
所述井下测量单元同时启动控制模块，所述控制模块将控制信号分别发送给驱动模块和选通电路，所述驱动模块将驱动信号发送给所述功率模块，所述功率模块按照驱动信号的要求控制发射模块中的电流通、断激发瞬变电磁场；
所述选通电路接收控制信号后选择井下接收模块响应信号，即所述选通电路将多路信号选通其中之一以后发送给滤波放大模块，所述滤波放大模块将滤波信号发送功率放大模块，所述功率放大模块将放大信号通过电缆发送给地面同步处理模块；
所述地面同步处理模块将多个源距的原始响应波形放大处理并发送给地面高精度AD转换电路进行模数转换，所述地面高精度AD转换电路将转换数字信号发送给地面显示保存模块；
所述地面显示保存模块将数字信号与空气状态下所测量的的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存。
所述接收模块由多个接收线圈组成。
本发明还可以采用如下技术方案：
一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的方法，包括如下步骤：
第一，地面采集单元通过地面供电模块将直流或交流信号提供给井下测量单元中井下电路电源，同时，地面供电模块还将直流或交流信号提供给地面同步处理模块、地面高精度AD及地面显示保存模块，所述井下电路电源将电流提供给井下瞬变电磁激发主电源；所述井下瞬间电磁激发主电源将瞬变电磁激发电流提供给功率模块；
第二，所述井下测量单元启动控制模块，所述控制模块将控制信号分别发送给驱动模块和选通电路，所述驱动模块将驱动信号提供给所述功率模块，所述功率模块根据驱动信号控制发射模块中的电流的通断，按照控制模块提供的信号激发瞬变电磁场；
第三，所述选通电路接收控制信号后选择井下接收模块的响应，同时，所述选通电路将多路信号的其中一路选通以后信号发送给滤波放大模块，所述滤波放大模块将滤波信号发送功率放大模块，所述功率放大模块将放大信号通过电缆发送给地面同步处理模块；；
第四，所述地面同步处理模块将经过选通以后的多个源距的原始响应波形信号发送给地面高精度AD转换电路，所述地面高精度AD转换电路将转换数据信号发送给地面显示保存模块；
第五，所述地面显示保存模块将数字信号与空气状态下所测量的的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存；
第六，选取所述涡流响应波形的峰值或者响应频谱的峰值作为地层电导率测量值，实现地层电阻率的连续测量并为后期处理提供丰富的地层电阻率原始信息。
所述步骤四中地面同步处理模块处理波形编码识别信号，提供波形的识别并提供地面高精度AD转换电路提供同步信号，保证信号的同步采集。
所述步骤六中的响应波形是用空气或者已知地层电导率的响应与所测量的波形联合处理以去掉直接耦合场和套管、水泥环的二次场，仅仅剩下地层的涡流电磁感应电动势，用该电动势的峰值作为地层电导率的指示，或者用其频谱的峰值(任意一个峰值或者峰的面积)作为地层电阻率的指示曲线，定性指示所测量地层的电阻率，实现连续测量。
本发明有益效果：
1、本发明利用瞬变电磁激发方法，利用电磁感应原理，在套管井内激发瞬变电磁场，是一种非接触测量方法，实现了连续测量，不受接触影响，保证了测量准确性。2、本发明中激发的频谱是连续的，主要频率成分是低频(小于5Hz)，这些频率的电磁感应幅度小，受套管的屏蔽影响小，大部分电磁能量能够穿过套管进入地层，在地层中激发出涡流，涡流再次感应的电动势与地层的电导率成正比，进而可以实现连续测量地层的电阻率。3、在本发明中所获得的原始测井波形包含地层电阻率信息，供后期处理使用，直接将空气的响应作为标准响应，与所测量的原始波形联合处理以后获得涡流的感应电动势响应，该电动势峰值的幅度与地层电导率相关，经过刻度可以变成地层的电阻率现场指示曲线，定性或者定量分析剩余油的分布情况。
附图说明
图1是本发明一种利用瞬变电磁模拟信号进行地层电阻率测井的系统结构示意图。
图2是本发明一种利用瞬变电磁模拟信号进行地层电阻率测井的波形频谱图。
图3是本发明一种利用瞬变电磁模拟信号进行地层电阻率测井的四种原始波形图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步详细地说明：
图1所示，本发明提供一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统，包括地面采集单元1和井下测量单元2和电缆3；所述地面采集单元1中的地面供电模块101将直流或交流信号提供给井下测量单元2中井下电路电源201，同时，所述地面供电模块101将直流或交流信号提供给地面同步处理模块102、地面高精度AD转换电路103及地面显示保存模块104。所述井下电路电源201将大电流提供给井下瞬间电磁激发主电源202；所述井下瞬间电磁激发主电源202将大电流提供给功率模块203，所述井下采集单元2启动控制模块204，所述控制模块204将控制信号分别发送给驱动模块205和选通电路208，所述驱动模块205按照控制信号驱动功率模块203，所述功率模块203控制发射模块206中线圈的电流通和断，激发出强的瞬变电磁场。
所述选通电路208接收控制信号后选择井下接收模块207所接收到的多个响应信号，同时，所述选通电路208将多路信号的其中一路选通以后信号发送给滤波放大模块209，所述滤波放大模块209将滤波信号发送功率放大模块210，所述功率放大模块210将放大信号通过电缆3发送给地面同步处理模块102。
所述地面同步处理模块102将每次选通的多个源距的原始响应波形信号发送给地面高精度AD转换电路103转换为数字信号，所述地面高精度AD转换电路103将数据信号发送给地面显示保存模块104。
所述地面显示保存模块104将数字信号与空气状态下所测量的的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存。
所述接收模块207由多个接收线圈组成。
本发明实际的工作原理为，地面供电模块101是直接将大功率的直流电或者交流电经过电缆供给井下测量单元2，井下测量单元2通过井下电磁激发主电源202和井下电路电源201将接收到的电流分成成两个直流电源。一个是大功率电源，其电压要求稳定，电流最高能够提供到5A；一个是小功率电源，为控制模块204、驱动模块205和选通电路208、滤波放大模块209提供电源。
控制模块204产生控制信号给驱动模块205和选通电路208，所述驱动模块205直接驱动功率模块203中的大功率三极管导通和关断，使发射模块206中线圈的电流快速变化，激发出瞬变电磁场，所述选通电路控制所述接收模块207的四个接收探头，即接收线圈同时受到响应信号，经过多路选通电路208中的选择开关每次使其一路信号进入滤波放大模块209进行滤波放大等信号处理，同时所述功率放大模块210对滤波信号进行功率放大，所述功率放大模块210将放大以后的信号通过电缆3发送给地面同步处理模块102。
地面同步处理模块102处理出井下测量单元2发出的实际测量信号和同步信号，该同步信号给地面高精度AD转换电路103，使地面高精度AD转换电路开始采集地面同步处理模块102处理过的信号，获得图2所示的波形。地面显示保存模块104将地面高精度AD转换电路103传送的波形数据通过按照深度显示、存盘。同时，与空气状态下所测量的响应联合处理，获得涡流电磁感应电动势，取其峰值或者幅度谱的极大值作为地层电阻率测量电压，经过刻度以后变为地层的电阻率。
为解决现有技术问题本发明还可以采用一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的方法，包括如下步骤：
第一，地面采集单元通过地面供电模块将直流或交流信号提供给井下测量单元中井下电路电源，同时，地面供电模块还将直流或交流信号提供给地面同步处理模块、地面高精度AD转换电路及地面显示保存模块，所述井下电路电源将电流提供给井下瞬间电磁激发主电源；所述井下瞬间电磁激发主电源将激发电流提供给功率模块；
第二，所述井下测量单元在接收激发信号的同时启动控制模块，所述控制模块将控制信号分别发送给驱动模块和选通电路，所述驱动模块将驱动信号发射给所述功率模块，所述功率模块将驱动发射模块；
第三，所述选通电路接收控制信号后选择井下接收模块响应信号，同时，所述选通电路将多路信号的其中一路选通以后信号发送给滤波放大模块，所述滤波放大模块将滤波信号发送功率放大模块，所述功率放大模块将放大信号通过电缆发送给地面同步处理模块；
第四，所述地面同步处理模块将经过选通以后的多个源距的原始响应波形信号发送给地面高精度AD转换电路，所述地面高精度AD转换电路将数据信号发送给地面显示保存模块；
第五，所述地面显示保存模块将数字信号与空气状态下所测量的的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存；
第六，选取所述响应波形的峰值或者响应频谱的峰值作为地层电导率测量值，实现地层电阻率的连续测量并为后期处理提供丰富的地层电阻率原始信息。
所述步骤四中地面同步处理模块井下选通以后的波形，其中包含选通编码识别信号，提供波形的识别和向提供地面高精度AD转换电路提供同步信号，保证信号的同步采集。
所述步骤六中的响应波形是通过用空气或者已知地层电导率的响应与所测量的波形联合处理以去掉直接耦合场和套管、水泥环的二次场，仅仅剩下地层的涡流电磁感应电动势，用该电动势的峰值作为地层电导率的指示，或者用其频谱的峰值(任意一个峰值或者峰的面积)作为地层电阻率的指示曲线，定性指示所测量地层的电阻率，实现连续测量。
本发明的方法是利用瞬变电磁激发方式产生的瞬变电磁场进行测量，其频谱是连续的，并且低频幅度大，在套管井内的响应波形也以低频为主。由于频率都比较低，响应波形可以直接通过电缆以模拟量方式传送。即模拟信号可以直接从井下通过电缆传送到受地面，波形形状受到的影响很小，因此，可以设置过套管电阻率瞬变电磁测井模拟测量方法。实现过套管地层电阻率的连续测量。地面供电单元通过直流或者交流方式给井下采集单元，井下采集单元产生控制信号、驱动信号使功率模块中大功率三极管按照所设计的方式导通和断开，使发射模块中激发线圈中的电流产生瞬间快速变化，在套管井内激发出比较强的瞬变电磁场。接收模块中的接收线圈同时接收到这些瞬变电磁响应信号以后，经过选通模块中的开关按照设计好的顺序逐一进入信号处理电路，经过放大模块中的滤波放大以后进行功率放大，加上波形编号信号后一起将信号经过电缆输送到地面同步处理电路。地面同步处理电路首先对波形编号识别信号进行处理产生同步信号给地面高精度AD转换电路，地面高精度AD转换电路对这些模拟信号进行AD转换，将转换以后的数据发送给地面收集模块进行存盘、显示。所述地面收集模块主要是用空气状态下的原始测量信号作为标准信号，用所测量的原始信号与标准信号联合处理，获得反应地层电阻率的工程量，对该工程量进行刻度则得到地层的电阻率。通过本发明的方法最后获得图3所示的频谱分布。从图中我们发现，原始测量波形的频率分布在50Hz以下，这样的频率直接经过3000米的电缆时形状不会受到影响。过去固井质量检测和声波时差测井的原始波形也直接经过电缆传输，其频率是20kHz。这里只有50Hz，可以不考虑电缆对波形形状的影响。根据以上理论和实验结果，设计用电缆直接传送瞬变电磁测井原始波形，以此为基础，设计了瞬变电磁过套管模拟测量方法。
本发明主要依据理论和实验结果设计了套管井地层电阻率的连续测量方法和仪器。所采集的波形中直接获得了套管井原始测量信号，其中有两次电流方向相反的导通和关断激发过程，包含了四次不同的瞬变电磁激发的电磁感应信号，这些信号中有丰富的地层电阻率信息，为后期的综合处理提供了基础，同时，也在理论和实验结果的指导下给出了地层电阻率的指示曲线，定性地显示了所测量地层的电阻率随深度的变化，这种测量是连续的，是非接触测量方式，施工容易，效率高。
本领域的普通技术人员应能理解，在实际应用中，本发明中各部件的设置方式均可能发生某些改变，而其他人员在其启示下也可能做出相似设计。需要指出的是，只要不脱离发明的设计宗旨，所有显而易见的改变及其相似设计，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统，其特征在于,包括地面采集单元和井下测量单元以及电缆；所述地面采集单元中的地面供电模块将直流或交流信号提供给井下测量单元中井下电路电源和地面同步处理模块、地面高精度AD转换电路及地面显示保存模块，所述井下电路电源将电流提供给井下瞬变电磁激发主电源；所述井下瞬变电磁激发主电源将电流提供给功率模块；
所述井下测量单元在接收电流的同时启动控制模块，所述控制模块将控制信号分别发送给驱动模块和选通电路，所述驱动模块将驱动信号发送给所述功率模块，所述功率模块按照驱动信号的要求控制发射模块中的电流通、断激发瞬变电磁场；
所述选通电路接收控制信号后选择井下接收模块响应信号，即所述选通电路将多路信号选通其中之一以后发送给滤波放大模块，所述滤波放大模块将滤波信号发送功率放大模块，所述功率放大模块将放大信号通过电缆发送给地面同步处理模块；
所述地面同步处理模块将多个源距的原始响应波形放大信号发送给地面高精度AD转换电路进行模数转换，所述地面高精度AD转换电路将转换数字信号发送给地面显示保存模块；
所述地面显示保存模块将数字信号与空气状态下所测量的的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存。
2.根据权利要求1所述一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的系统，其特征在于，所述接收模块由多个接收线圈组成。
3.如权利要求1所述一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一，地面采集单元通过地面供电模块将直流或交流信号提供给井下测量单元中井下电路电源，同时，地面供电模块还将直流或交流信号提供给地面同步处理模块、地面高精度AD及地面显示保存模块，所述井下电路电源将信号发送给井下瞬变电磁激发主电源；所述井下瞬变电磁激发主电源将电流提供给功率模块；
第二，所述井下测量单元在接收电流信号的同时启动控制模块，所述控制模块将控制信号分别发送给驱动模块和选通电路，所述驱动模块将驱动信号发射给所述功率模块，所述功率模块根据驱动信号控制发射模块中的电流的通断，按照控制模块提供的信号激发瞬变电磁场；
第三，所述选通电路接收控制信号后选择井下接收模块响应信号，同时，所述选通电路将多路信号的其中一路选通以后发送给滤波放大模块，所述滤波放大模块将滤波信号发送功率放大模块，所述功率放大模块将放大信号通过电缆发送给地面同步处理模块；
第四，所述地面同步处理模块将经过选通以后的多个源距的原始响应波形信号发送给地面高精度AD转换电路，所述地面高精度AD转换电路将转换数据信号发送给地面显示保存模块；
第五，所述地面显示保存模块将数字信号与空气状态下所测量的响应信号进行联合处理获得涡流电磁感应电动势的响应波形后进行显示、保存；
第六，选取所述涡流响应波形的峰值或者响应频谱的峰值作为地层电导率测量值，实现地层电阻率的连续测量并为后期处理提供丰富的地层电阻率原始信息。
4.根据权利要求3所述一种利用瞬变电磁模拟信号进行测井的方法，其特征在于，所述步骤四中地面同步处理模块处理波形编号识别信号，提供波形的识别和向地面高精度AD提供同步信号，保证信号的同步采集。
5.根据权利要求3所述一种利用瞬变电磁进行测井的方法，其特征在于，所述步骤六中的响应波形是通过用空气或者已知地层电导率的响应与所测量的波形联合处理以去掉直接耦合场和套管、水泥环的二次场，仅仅剩下地层的涡流电磁感应电动势，用该电动势的峰值作为地层电导率的指示，或者用其频谱的峰值作为地层电阻率的指示曲线，定性指示所测量地层的电阻率，实现连续测量。
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