CN107461191B - 一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法，本方法采用轴向天线和横向天线分别作为发射和接收的随钻方位电磁波边界探测仪器提出一种温度刻度方法。仪器加热到最高额定工作温度，放置于空气与已知电导率溶液组成的界面之上，记录不同温度时的定向电动势信号，直至仪器冷却至室温。仪器重新加热至最高额定工作温度，重复步骤，改变仪器与界面距离或改变溶液电导率，记录不同温度时定向电动势信号。分别模拟以上条件下的定向电动势信号作为标准信号，利用标准信号和同温下两不同定向电动势值拟合温度刻度系数。本发明所提供的刻度方法，能使仪器在确定的界面条件下得到相同的定向电动势幅度，从而消除温度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及钻井作业随钻测量和随钻测井技术领域的地层边界探测仪器温度刻度方法，尤其是为地质导向随钻测量系统中提供地层边界预测的一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法。
背景技术
随着油田勘探开发程度的提高和生产的需要，小油层、薄油层、断块油层以及老油田衰竭剩余油藏重新开发利用，由于上述油藏地质构造复杂、常规的直井、定向井以及水平井的钻井技术都无法预测油层界面，导致钻井工具无法引导井身轨迹准确穿越储层。在导向钻井技术的基础上，逐步形成了地质导向钻井技术。由于探测深度的限制，随钻中子密度、伽马在界面预测方面作用有限，目前随钻电磁波仪器在地层界面、油水界面预测和判断方面有着重要应用。
目前斯伦贝谢、哈利伯顿、贝克休斯国际石油工程服务公司相继公布了自己在多分量、多线圈距、多频率仪器方面的专利技术（如美国专利公开号：No.6777940、No.7038455、No.7557580、No.6181138、No.20050140373、No.7375530、No.7483793）在地层评价和地质导向方面获得了广泛的应用并取得了良好的效果。新一代的随钻电磁波电阻率仪器在传统电磁波电阻率的基础上安装了倾斜或横向天线，使测量结果具备方位特性，能更好的预测和判断界面的走向方位，采用倾斜天线时，定向信号为倾斜天线方位指向相差180o时的电动势幅度比值或相位差，因此可以消除掉温度因素的影响。采用横向天线与倾斜天线不同，采用横向天线直接利用横向天线电动势作为定向信号，而横向天线电动势幅度受各种因素的影响，其中温度是主要影响因素之一，必须进行温度刻度。
近几年国内在随钻方位电磁波仪器的设计制造方面发展需迅速，也提出了一系列的随钻方位电磁波电阻率测量方法及装置，例如一种电磁波电阻率随钻测井仪（201410773943.8）、一种随钻电阻率的测量装置及其测量方法（201310698427.9），其基本原理都是增加横向天线，测量ZX分量来实现地层边界和方位的探测，但都没有涉及到ZX分量测量的温度校正方法。
根据电磁感应定律定向感应电动势ε=iωμsH，因此接收天线电动势幅度与磁通量面积、磁场强度参数有关，而磁场强度又与发射电流有关，除此之外每根仪器测量环境温度对仪器的电气因素影响也不同，为了单纯反映地层环境对定向电动势的影响必须进行温度刻度。
发明内容
本发明的目的是为了填补现有技术在温度校正方法的空白，提出了一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法。
本发明的技术方案是：
一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法，该方法针对采用至少包含一个轴向天线和一个横向天线分别作为发射和接收的边界探测仪器（以下简称仪器）；测量不同温度下的定向电动势信号；通过数值模拟定向电动势信号作为标准信号；利用标准信号和不同温度下定向电动势值拟合温度刻度系数；
步骤（410），建立水槽界面模型，利用盐水溶液和空气两种电导率不同的介质模拟地层界面，测量具体界面距离下仪器响应，建立响应模型；
步骤（420），模拟该模型条件下定向电动势，将模拟值作为定向电动势信号标准值，并与步骤（410）测量得到的定向电动势值进行对比，使测量结果与模拟结果吻合，同一温度下定向电动势的标准值与实际测量值的关系为线性关系；
步骤（430），将仪器升温至最高工作温度后取出放置于同一界面位置处，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温；通过记录不同温度下的定向电动势值，拟合温度与定向电动势信号幅度的函数关系；
步骤（440），每次仪器测量冷却至室温后，将仪器重新加热到最高工作温度，取出后放置于不同界面位置处或改变溶液电导率，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温；同样根据测量的不同温度的定向电动势信号拟合该模型界面条件下的温度与定向电动势信号幅度的函数关系；
步骤（450），通过至少两次全温度刻度，确定不同温度下的刻度系数a、b，通过多项式拟合温度与刻度系数的关系，并将结果保存于仪器内。
上述方案进一步包括：
所述仪器测量定向电动势的幅度测量采用均方根电路，幅度信号测量受温度影响；均方根电路的幅度测量特性为在温度不定的条件下，幅度测量值与真实值为线性关系，即：y=ax+b；
其中：y为实测信号幅度，x为信号真实幅度，系数a、b均与温度有关；
利用至少两个温度下的定向电动势信号标准值和同一温度下的测量值求得温度刻度系数a和b；不同温度下的定向电动势信号响应与理论模拟曲线规律相同，通过温度刻度可使不同温度条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线重合。
所述步骤（410）是根据仪器的线圈距和工作频率、仪器与界面的距离以及已知溶液的电导率和空气电导率建立响应模型，计算该条件下的定向电动势信号。
数值建模过程中空气电导率取小于0.001S/m的任意值。
本发明的方法中针对采用轴向天线和横向天线分别作为发射和接收的随钻方位电磁波边界探测仪器。该温度刻度方法中通过加热装置将仪器加热到最高额定工作温度，取出后放置于空气与已知电导率溶液组成的界面之上，仪器工具面角为0o或180o，记录该界面条件下不同温度时的定向电动势信号，直至仪器冷却至室温。仪器重新加热至最高额定工作温度，至少重复以上步骤一次，改变仪器与界面距离或改变溶液电导率，记录不同温度时定向电动势信号。分别模拟以上条件下的定向电动势信号作为标准信号，利用标准信号和同样温度下两个不同的定向电动势值拟合温度刻度系数。本发明所提供的刻度方法，能使仪器在确定的界面条件下得到相同的定向电动势幅度，从而消除温度的影响，特别适用于为地质导向随钻测量系统中提供地层边界预测。
附图说明
图1为本发明的随钻方位电磁波仪器天线排布示意图；
图2为本发明中不同温度下接收天线测量信号幅度随温度的变化关系图；
图3为本发明中边界探测仪器响应模拟与实测数值对比图；
图4为本发明实施例中的温度刻度流程。
其中：101、轴向发射天线，102、轴向发射天线，103、轴向发射天线，104、轴向发射天线，105、为轴向发射天线，106、轴向接收天线，107、轴向接收天线，108、横向接收天线，210、定向电动势温升曲线，理论模拟曲线310，320、温度1条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线，330、温度2条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线。
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、完整的描述。所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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，均属于本发明保护范围。
参照附图4，附图4表示了本发明实施例中温度刻度流程。该方法针对采用至少包含一个轴向天线和一个横向天线分别作为发射和接收的边界探测仪器；测量不同温度下的定向电动势信号；通过数值模拟定向电动势信号作为标准信号；利用标准信号和不同温度下定向电动势值拟合温度刻度系数。
其中：步骤410为建立水槽界面模型，利用盐水溶液和空气两种电导率不同的介质模拟地层界面，测量具体界面距离下仪器响应。步骤420为模拟该模型条件下定向电动势，通过数值模拟得出定向电动势并与步骤410测量得到的定向电动势值进行对比，使测量结果与模拟结果吻合。步骤430为将仪器升温至最高工作温度后取出放置于同一界面位置处，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温。通过记录不同温度下的定向电动势值，拟合温度与定向电动势信号幅度的关系。步骤440将仪器重新加热到最高工作温度，取出后放置于不同界面位置处或改变溶液电导率，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温。同样拟合该模型界面条件下的温度与定向电动势信号幅度的关系。步骤450通过至少两次全温度刻度，确定不同温度下的刻度系数a，b，通过多项式拟合温度与刻度系数的关系，保存于仪器内。
参照附图1，附图1表示的是本发明实施例中提供的随钻方位电磁波边界探测仪器天线排布示意图。其中101、102、103、104、105为轴向发射天线，106、107为轴向接收天线，108为横向接收天线。101和102、103和104分别关于106和107对称，105和102关于108对称。101、102、103、104、106、107提供常规电磁波电阻率的测量，105、102、108提供定向电磁波电动势测量。
根据电磁感应定律定向感应电动势ε=iωμsH，因此接收天线电动势幅度与磁通量面积、磁场强度参数有关，而磁场强度又与发射电流有关，除此之外每根仪器测量环境温度对仪器的电气因素影响也不同，为了单纯反映地层环境对定向电动势的影响必须进行温度刻度。
仪器测量定向电动势（横向接收天线108）的幅度测量采用均方根（RMS）电路，幅度信号测量受温度影响。均方根电路的幅度测量特性为在温度不定的条件下，幅度测量值与真实值为线性关系。即：y=ax+b（1）
其中：y为实测信号幅度，x为信号真实幅度，系数a、b均与温度有关。
参照附图2，附图2表示了本发明实施例中横向接收天线108测量信号幅度随温度的关系，在同样地层界面条件下，定向电动势信号随着温度升高而增加（定向电动势温升曲线210）。将确定地层界面模型条件下的理论模拟值作为标准信号，然后对仪器进行加热到最高工作温度后重新置于同一界面位置处，记录不同温度下的定向电动势幅度，直至冷却至室温。改变仪器与界面距离或改变溶液电阻率，相当于改变了界面模型，即变化定向电动势信号的标准值。对仪器重新加热到最高工作温度后，置于新的界面模型条件下，记录定向电动势信号随温度的关系。利用至少两个温度下的定向电动势信号标准值（理论模拟值）和同一温度下的测量值求得温度刻度系数a和b。
参照附图3，附图3表示为仪器响应理论模拟与不同温度下实测数值对比。理论模拟值已经进行了简单的刻度，没有考虑温度的影响（在本实施例中理论模拟曲线310与温度1条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线320进行对应）。由理论模拟曲线310可以得出在界面处定向电动势信号最大，随着仪器远离界面，定向电动势信号单调递减。不同温度下的定向电动势幅度响应曲线与理论模拟曲线310规律相同，在温度2条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线330明显大于理论模拟曲线310（温度2>温度1），通过温度刻度可使不同温度条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线重合。因此本发明所提供的刻度方法，就是使仪器在确定的界面条件下得到相同的定向电动势幅度，从而消除温度的影响。
Claims (3)
1.一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法，其特征在于：该方法针对采用至少一个轴向天线作为发射天线和接收天线，以及一个横向天线作为接收天线的随钻方位电磁波边界探测仪器；测量不同温度下的定向电动势信号；通过数值模拟定向电动势信号作为标准信号；利用标准信号和不同温度下定向电动势值拟合温度刻度系数；
步骤410，建立水槽界面模型，利用盐水溶液和空气两种电导率不同的介质模拟地层界面，测量具体界面距离下仪器响应，建立响应模型；
步骤420，模拟该模型条件下定向电动势，将模拟值作为定向电动势信号标准值，并与步骤410测量得到的定向电动势值进行对比，使测量结果与模拟结果吻合，同一温度下定向电动势的标准值与实际测量值的关系为线性关系；
步骤430，将随钻方位电磁波边界探测仪器升温至最高工作温度后取出放置于同一界面位置处，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温；通过记录不同温度下的定向电动势值，拟合温度与定向电动势信号幅度的函数关系；
步骤440，每次随钻方位电磁波边界探测仪器测量冷却至室温后，将随钻方位电磁波边界探测仪器重新加热到最高工作温度，取出后放置于不同界面位置处或改变溶液电导率，记录不同温度下定向电动势，直至冷却至室温；同样根据测量的不同温度的定向电动势信号拟合该模型界面条件下的温度与定向电动势信号幅度的函数关系；
所述步骤440中随钻方位电磁波边界探测仪器测量定向电动势的幅度测量采用均方根电路，幅度信号测量受温度影响；均方根电路的幅度测量特性为在温度不定的条件下，幅度测量值与真实值为线性关系，即：y=ax+b；
其中：y为实测信号幅度，x为信号真实幅度，刻度系数a、b均与温度有关；
利用至少两个温度下的定向电动势信号标准值和同一温度下的测量值求得温度刻度系数a和b；不同温度下的定向电动势信号响应与理论模拟曲线规律相同，通过温度刻度可使不同温度条件下测量得到的定向电动势幅度响应曲线重合；
步骤450，通过至少两次全温度刻度，确定不同温度下的刻度系数a、b，通过多项式拟合温度与刻度系数的关系，并将结果保存于仪器内。
2.根据权利要求1所述的一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法，其特征在于：所述步骤410是根据随钻方位电磁波边界探测仪器的线圈距和工作频率、仪器与界面的距离以及已知溶液的电导率和空气电导率建立响应模型，计算该条件下的定向电动势信号。
3.根据权利2要求所述的一种随钻方位电磁波边界探测仪器温度刻度方法，其特征在于：数值建模过程中空气电导率取小于0.001S/m的任意值。
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