CN109915120A - 一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，所述随钻电阻率测井系统包括沿其轴线依次设置的至少一个发射线圈和至少两个与所述发射线圈相距不同距离的接收线圈；包括建立第一数学模型、获取接收线圈幅值比和相位差与地层电阻率的对应关系、建立第二数学模型、模拟各种环境因素下随钻电阻率测井系统的校正衰减电阻率曲线与校正相位差电阻率曲线等步骤。优点是：通过使用该校正方法能够制作出井眼影响校正图版以消除环境因素对仪器的影响，以更准确地进行地层评价；在钻井液与地层电阻率相差较大或者井眼尺寸较大时，随钻电阻率测井系统能够对测出的视电阻率值，需对其进行校正，降低其与真实值之间的偏差。

Description

一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法

技术领域

本发明涉及地层物理分析领域，尤其涉及一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法。

背景技术

随钻电阻率测井是一种重要的地球物理测井方法，广泛应用于各种复杂地质的地层物理分析，它主要用于测量井眼周围岩层的电阻率参数；到目前为止，电阻率测井资料是地层流体饱和度定量评价的主要依据，被认为是最有效的测井方法。

随钻电阻率测井基于电磁波传播原理，电磁波在地层传播过程中，由于地层介质的不同，电磁波的幅值与相位会出现变化，而这种变化与地层电阻率有一定的对应关系；随钻电磁波测井系统的基本结构有多对发射天线和接收天线组成，当仪器工作时，发射天线发射高频电磁波，在周围地层产生交变电磁场，接收天线探测到的电磁波信号与井眼附近地层的电阻率有关。由相位差转化得到的电阻率称为相位差视电阻率,幅度衰减转化得到的电阻率称为衰减视电阻率。其原理是利用电磁波在地层传播过程中不同的介质对电磁波传播的影响差异，通过测量距发射线圈不同距离的两个接收线圈的幅值比和相位差，利用理论模型推导出视电阻率转换方法，得出对应地层的视电阻率。在进行视电阻率转换时，一般忽略井眼、围岩等环境因素的影响。但当钻井液与地层电阻率相差较大或者井眼尺寸较大时，仪器测出的视电阻率值会出现较大偏差，给地层评价造成很大困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，所述随钻电阻率测井系统包括沿其轴线依次设置的至少一个发射线圈和至少两个与所述发射线圈相距不同距离的接收线圈；包括如下步骤：

S1、建立电磁波在各向同性介质中传播的第一数学模型，利用第一数学模型推算出两接收线圈处感应电动势的幅值比和相位差，并获取幅值比和相位差与地层电阻率的对应关系；

S2、根据对应关系，分别获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并绘制成曲线；将衰减视电阻率和相位差视电阻率制作成视电阻率转化数据库；

S3、建立电磁波在多层介质中传播的第二数学模型，模拟出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的校正衰减电阻率曲线与校正相位差电阻率曲线；

S4、绘制出各种不同环境因素下随钻电阻率测井系统的视电阻率校正图版，利用第二数学模型获取校正系数，并将校正系数制作成环境因素校正数据库；

S5、将视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库进行关联，并在实际工况中，输入各种环境因素参数，得到校正后的地层视电阻率数据及曲线。

优选的，步骤S1中，将发射线圈和接收线圈等效为磁偶极子，在圆周坐标系下的各向同性介质中建立第一数学模型，推导出各接收线圈处的感性电动势，进而推算出各接收线圈处感应电动势的幅值比、相位差与地层电阻率的对应关系。

优选的，所述步骤S2中，通过数据计算，输入各种变量参数，获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并将其制作成视电阻率转化数据库。

优选的，所述步骤S3中，将井眼泥浆和地层看作圆柱坐标系下沿井轴对称各向同性的多层介质，发射线圈发射的电磁波在各介质中传播，建立多层介质中的第二数学模型，设置各层介质间的边界条件，得出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的衰减电阻率曲线与相位电阻率曲线。

优选的，步骤S4中，环境因素包括钻井泥浆电阻率值和井眼尺寸。

优选的，步骤S4中，在实际工况中输入各环境因素参数，绘制出各环境因素下的视电阻率校正图版以及各环境因素校正系数，将各环境因素校正系数制作成环境因素校正数据库。

优选的，步骤S5中，采用软件数据算法，建立视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库之间的调用通道，在视电阻率解码软件中，设置环境因素参数，经数据处理后，即得到实时的经环境因素校正后的地层视电阻率数据及曲线。

本发明的有益效果是：1、本方法能够制作出井眼影响校正图版以消除环境因素对仪器的影响，以期更准确地进行地层评价。2、在钻井液与地层电阻率相差较大或者井眼尺寸较大时，随钻电阻率测井系统能够对测出的视电阻率值，需对其进行校正，降低其与真实值之间的偏差。3、

附图说明

图1是本发明实施例中校正方法的流程图；

图2是本发明实施例中随钻电阻率测井系统在均匀介质工作环境下的简化示意图；

图3是衰减视电阻率和相位差视电阻率的曲线示意图；

图4是随钻电阻率测井系统实际工作环境简化示意图；

图5是不同电阻率泥浆视电阻率校正图版；

图6是不同尺寸井眼视电阻率校正图版。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，所述随钻电阻率测井系统包括沿其轴线依次设置的至少一个发射线圈和至少两个与所述发射线圈相距不同距离的接收线圈；包括如下步骤：

S1、建立电磁波在各向同性介质中传播的第一数学模型，利用第一数学模型推算出两接收线圈处感应电动势的幅值比和相位差，并获取幅值比和相位差与地层电阻率的对应关系；

S2、根据对应关系，分别获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并绘制成曲线；将衰减视电阻率和相位差视电阻率制作成视电阻率转化数据库；

S3、建立电磁波在多层介质中传播的第二数学模型，模拟出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的校正衰减电阻率曲线与校正相位差电阻率曲线；

S4、绘制出各种不同环境因素下随钻电阻率测井系统的视电阻率校正图版，利用第二数学模型获取校正系数，并将校正系数制作成环境因素校正数据库；

S5、将视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库进行关联，并在实际工况中，输入各种环境因素参数，得到校正后的地层视电阻率数据及曲线。

本实施例中，步骤S1中，将发射线圈和接收线圈等效为磁偶极子，在圆周坐标系下的各向同性介质中建立第一数学模型，推导出各接收线圈处的感性电动势，进而推算出各接收线圈处感应电动势的幅值比、相位差与地层电阻率的对应关系。

本实施例中，所述步骤S2中，通过数据计算，输入各种变量参数，获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并将其制作成视电阻率转化数据库。

本实施例中，所述步骤S3中，将井眼泥浆和地层看作圆柱坐标系下沿井轴对称各向同性的多层介质，发射线圈发射的电磁波在各介质中传播，建立多层介质中的第二数学模型，设置各层介质间的边界条件，得出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的衰减电阻率曲线与相位电阻率曲线。

本实施例中，步骤S4中，环境因素包括钻井泥浆电阻率值和井眼尺寸。

本实施例中，步骤S4中，在实际工况中输入各环境因素参数，绘制出各环境因素下的视电阻率校正图版以及各环境因素校正系数，将各环境因素校正系数制作成环境因素校正数据库。

本实施例中，步骤S5中，采用软件数据算法，建立视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库之间的调用通道，在视电阻率解码软件中，设置环境因素参数，经数据处理后，即得到实时的经环境因素校正后的地层视电阻率数据及曲线。

本实施例中，通过采用上述方法，当钻井液与地层电阻率相差较大或者井眼尺寸较大时，仪器测出的视电阻率值与真实值会出现较大偏差，能够对其进行校正。

本实施例中，所述随钻电阻率测井系统包括沿其轴线依次设置的至少一个发射线圈和至少两个与所述发射线圈相距不同距离的接收线圈；当随钻电阻率测井系统工作时，径向放置的发射线圈通以高频电流，将在发射线圈周围产生高频电磁波，并在周围的地层中感应出涡流，接收线圈在电磁场的作用下形成感应电动势。地层介质不同，接收线圈的感应电动势各异。接收线圈探测到电磁波的幅值比和相位差与接收线圈附近地层电阻率有关，测量点即为两接收线圈中点。通过麦克斯韦方程，可推算出接收线圈处感应电动势幅值比、相位差与地层电阻率的对应关系。当测得接收线圈感应电动势的幅值比与相位差后，计算得出的两接收线圈接收信号幅值比、相位差和地层电阻率之间的转换关系，即可获取测量点处的视电阻率值。

本实施例中，由时变电磁场的麦克斯韦方程，发射线圈通以高频电流I＝I₀e^iωt，ω为电流角频率，在圆柱坐标系下的各向同性介质中，电磁场满足下列波动方程：

A_θ为圆柱形坐标下的矢量磁位，J_θ为电流密度，k为波数，r为径向坐标，z为轴向坐标。

A_θ、k满足以下关系：

E_θ＝-iωA_θ (2)

式中，E_θ为电场强度；μ为介质磁导率；σ为电导率；ε为介电常数；

对矢量磁位A_θ进行傅里叶变换,可得：

式中，ξ为傅里叶变换变量；δ(x)为狄克拉函数。

均匀介质中解此微分方程，解得：

其中，R₁＝min(r₁,r)；R₂＝max(r₁,r)；J_n(x)为n阶贝塞尔函数；为n阶第二类汉克尔函数。

根据式(2)、(5)，可得到接收线圈附近的电场强度，进而推出两个接收线圈的感应电动势为：

其中，j＝1,2。

通过计算地层电阻率与两个接收线圈的感应电动势幅值衰减与相位变化关系，即可由接收线圈的幅值比与相位差，之后根据接收线圈的幅值比、相位差与地层电阻率的对应关系，转换得到衰减视电阻率和相位差视电阻率。

本实施例中，随钻电阻率测井系统在井下工作时，电磁波并不是只在地层中传播；随钻电阻率测井系统安装在钻铤上，随钻铤一同向目标地层钻进；钻铤与井眼之间充满循环流动的钻井液，钻井液对钻头进行润滑和冷却，并对钻铤进行清洗。测井系统可以看作浸入在井眼泥浆中，由于随钻测井泥浆入侵时间较短，井眼以外区域可近似看作未受入侵影响的原状地层。当电磁波在地层中传播时，首先要穿过泥浆到达地层中，在发射线圈周围形成电磁场。接收线圈的感应电动势是电磁波穿过泥浆和原状地层得到的。不同介质对电磁波的传播影响各异，介质电导率越高，对电磁波传播影响越大。在使用电导率较低钻井液的井眼中，钻井液对电磁波传播的影响相对较小；而当井眼中钻井液的电导率较高时，钻井液对电磁波传播的影响就会变得明显，如不对其进行校正，将使仪器测的视电阻率出现偏差。而且井眼尺寸也会影响测得视电阻率的准确度，当井眼尺寸较大时，泥浆层厚加大，发射线圈周围的电磁场必定产生变化，从而对系统测量结果产生影响。

本实施例中，将井眼泥浆和地层看作圆柱坐标系下沿井轴对称各向同性的多层介质，假设井眼泥浆为介质1，原状地层为介质2，线圈发射的电磁波在各介质中传播。我们令各层介质中f(r,ξ)为：

其中，j＝1,2

电磁波在多层介质中传播边界条件：

f₁(r₂,ξ)＝f₂(r₂,ξ) (9)

其中，μ₁为泥浆磁导率，μ₂为地层磁导率。

将式(7)、式(8)代入边界条件，可解出未知常数a₁、a₂。则考虑井眼条件下接收线圈感应电动势为：

式中，j＝1,2。

本实施例中，参考均匀介质的视电阻率转换模型(第二数学模型)，由式(11)可精确模拟出各种环境因素影响下随钻电阻率测井系统的校正衰减电阻率曲线与校正相位电阻率曲线，并结合式(6)计算数据，即可制出随钻电阻率测井系统环境影响校正图版，得出不同环境因素下随钻电阻率测井系统的校正系数，并使用校正系数对各种环境影响下视电阻率进行校正。

实施例二

如图2至图6所示，本实施例中，如图2，在理想均匀介质中，T1为发射线圈，RC1为近端接收线圈，与T1的轴向距离为L1；RC2为远端接收线圈，与T1的轴向距离为L2；线圈半径均为r1。当设备工作时，发射线圈通以高频交变电流，发射线圈周围将产生高频电磁波，接收线圈在电磁场的作用下形成感应电压；地层介质电阻率的不同会使接收线圈感应电压产生变化。通过麦克斯韦方程，建立电磁波在均匀各向同性介质中传播的波动方程(第一数学模型)，在各种尺寸、介质特性参数已知的条件下，可求出接收线圈感应电压；通过求得感应电压的相位差和幅值比与地层电阻率的对应关系，可制成视电阻率转化图版，如图3。当随钻电阻率测井系统工作时，系统测得两接收线圈感应电压的相位与幅值后，经过数据处理计算后数据通过传输模块传送到井下输入计算机中，利用计算得出的两接收线圈接收信号幅值比与相位差和地层电阻率转换关系，即可转化为系统所在地层的视电阻率值。

本实施例中，如图4所示，当随钻电阻率测井系统开始工作时，发射线圈发射的电磁波信号先要在井眼泥浆中传播，穿过井眼与地层的边界到达地层中，在接收线圈附近部分电磁波信号从地层传播到井眼中，最后由接收线圈感应到，通过建立的多层介质中电磁波传播模型(第二数学模型)，使用控制变量法，由式(11)可精确模拟出不同井眼条件下(包含不同泥浆以及井眼尺寸)接收线圈接收电磁波信号的幅值与相位，并结合式(6)计算数据，即可制出随钻电阻率测井系统环境影响校正图版，得出校正系数，并利用校正系数对各种环境影响下视电阻率进行校正。

本实施例中，如图5所示，随钻电阻率测井系统测出的衰减电阻率和相位差电阻率都会随着泥浆电阻率的不同而产生变化；当泥浆电阻率值较高时，视电阻率的校正比例趋近于1，说明泥浆高阻时对电磁波测井仪器响应的影响较小，,可以忽略；随着泥浆电阻率值降低，视电阻率的校正幅度越来越大，说明低电阻率的泥浆对测井影响得影响较大，造成的影响不能够忽略，这也证明了低电阻率的介质对电磁波的吸收较大。

本实施例中，如图6所示，当井眼尺寸较小时，泥浆层厚相对较薄，视电阻率值校正幅度较小；随着井眼尺寸的增大，泥浆层厚加大，介质对电磁波的吸收影响增大，校正幅值逐渐变大。在图中表明：地层电阻率值与泥浆电阻率值较近时，井眼影响校正幅度较小；随着地层电阻率与泥浆电阻率比值的增大，对测井响应的影响加大，校正的幅度逐渐增大。

本实施例中，得到各种环境因素校正数据后，编入函数数据库，随钻电阻率测井系统测得的感应电压信号由视电阻率转化数据库，转化成多组视电阻率数据，将校正图版转化为环境因素校正数据库，编入函数数据库，通过软件数据算法，建立视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库之间的调用通道，在视电阻率解码软件中，可选择环境因素校正界面，设置环境变量参数，经数据处理后，即可绘出经环境影响因素校正后的地层视电阻率数据及曲线。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明通过提供一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，通过使用此方法能够制作出井眼影响校正图版以消除环境因素对仪器的影响，以更准确地进行地层评价；在钻井液与地层电阻率相差较大或者井眼尺寸较大时，随钻电阻率测井系统能够对测出的视电阻率值，需对其进行校正，降低其与真实值之间的偏差。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，所述随钻电阻率测井系统包括沿其轴线依次设置的至少一个发射线圈和至少两个与所述发射线圈相距不同距离的接收线圈；其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立电磁波在各向同性介质中传播的第一数学模型，利用第一数学模型推算出两接收线圈处感应电动势的幅值比和相位差，并获取幅值比和相位差与地层电阻率的对应关系；

S2、根据对应关系，分别获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并绘制成曲线；将衰减视电阻率和相位差视电阻率制作成视电阻率转化数据库；

S3、建立电磁波在多层介质中传播的第二数学模型，模拟出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的校正衰减电阻率曲线与校正相位差电阻率曲线；

S4、绘制出各种不同环境因素下随钻电阻率测井系统的视电阻率校正图版，利用第二数学模型获取校正系数，并将校正系数制作成环境因素校正数据库；

S5、将视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库进行关联，并在实际工况中，输入各种环境因素参数，得到校正后的地层视电阻率数据及曲线。

2.根据权利要求1所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：步骤S1中，将发射线圈和接收线圈等效为磁偶极子，在圆周坐标系下的各向同性介质中建立第一数学模型，推导出各接收线圈处的感性电动势，进而推算出各接收线圈处感应电动势的幅值比、相位差与地层电阻率的对应关系。

3.根据权利要求1所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过数据计算，输入各种变量参数，获取接收线圈处感应电动势的衰减视电阻率和相位差视电阻率，并将其制作成视电阻率转化数据库。

4.根据权利要求1所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：所述步骤S3中，将井眼泥浆和地层看作圆柱坐标系下沿井轴对称各向同性的多层介质，发射线圈发射的电磁波在各介质中传播，建立多层介质中的第二数学模型，设置各层介质间的边界条件，得出各种环境因素下随钻电阻率测井系统的衰减电阻率曲线与相位电阻率曲线。

5.根据权利要求1所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：步骤S4中，环境因素包括钻井泥浆电阻率值和井眼尺寸。

6.根据权利要求5所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：步骤S4中，在实际工况中输入各环境因素参数，绘制出各环境因素下的视电阻率校正图版以及各环境因素校正系数，将各环境因素校正系数制作成环境因素校正数据库。

7.根据权利要求1所述的基于环境因素的随钻电阻率测井系统校正方法，其特征在于：步骤S5中，采用软件数据算法，建立视电阻率转化数据库与环境因素校正数据库之间的调用通道，在视电阻率解码软件中，设置环境因素参数，经数据处理后，即得到实时的经环境因素校正后的地层视电阻率数据及曲线。