CN110513105A - 一种三维阵列感应测井仪器数据处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三维阵列感应测井仪器数据处理系统及方法，包括三个部分：三维感应测井仪器测量装置、数据实时采集系统和数据处理方法。本发明可实现在淡水泥浆、油基泥浆井眼中，仪器居中和偏心情况下，同时测量不同探测深度地层的水平电阻率、垂直电阻率信息以及地层倾角、方位角、自然电位和井中流体电阻率等信息。本发明井下仪器测量得到的数据经地面采集模块输送至三维数据处理模块进行处理，实现仪器居中和偏心情况下测量信号的实时处理；仪器测量装置由三维感应测井仪器、测井车和地面数据采集模块组成；三维数据处理模块包括测量信号预处理单元、三维井眼校正库单元、井眼影响参数快速反演单元、井眼环境校正单元和信号提取单元。
Description
【技术领域】
本发明属于三维电磁波领域的地球物理测井技术领域，涉及一种井眼环境校正和提取处理电磁测量值确定地层水平电阻率、垂直电阻率、各向异性、倾角和方位角的方法，具体涉及一种三维阵列感应测井仪器数据处理系统及方法。
【背景技术】
随着油气资源需求不断增加以及油气勘探开发的不断深入，如何正确评价薄交互储层、裂缝以及页岩气等非常规储层，已成为亟待解决的问题。由于页岩、裂缝和薄交互层均是典型的各向异性储层，用常规测井难以同时获得地层纵、横向电阻率信息，储层评价时往往会低估甚至漏掉有意义工业油气层。
目前三维感应测井技术主要的发展是三维电磁测井，具体就是采用三维电磁测量探头，测量不同方向上的地层电阻率值，以及用于检测地层电阻率的各向异性。三大测井公司斯伦贝谢、贝克—阿特拉斯、哈里伯顿均先后推出了自己的三维成像测井系统。随着低阻油气层的不断开发，开发三维成像测井仪器来探测各向异性地层，成为油田勘探开发提速提效的迫切需求。EILog三维测井系统正是在此背景下开发，通过三维探测器优化、使用新的机电工艺设计，尽可能减小仪器受环境的影响，增强了测量系统的稳定性。但在测井过程中不可避免要受到各种井眼环境因素的影响，且三维线圈系中不同子阵列在测量过程中受到的井眼影响不同，不同分量在复杂环境中，影响不同，且线圈系间距越短的子阵列的交叉分量受到的井眼影响越大，因此为了得到准确的地层水平真电阻率和垂直电阻率，必须在仪器测量响应中消除井眼环境的影响，即进行三维井眼环境的校正。尤其在仪器偏心情况下，泥浆电阻率和地层电阻率对比大等恶劣井眼环境下，三维感应仪器井眼环境校正的效果决定了后续数据处理的电阻率数值的准确性。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种三维阵列感应测井仪器数据处理系统及方法，所述系统通过三维线圈系参数与结构优化、高性能集成电路与三维一体化设计等技术，在保证仪器纵向分辨率和径向探测深度不变的基础上，仪器还可以测量地层水平电阻率、垂直电阻率、各向异性、地层倾角等地质参数。所述方法能够在有限厚层情况下有效地消除井眼环境的影响和提取地层的水平和垂直电阻率以及倾角和方位角信息。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1：采集井下三维阵列感应仪器的实时电压信号，得到实时测井数据；
步骤2：调用刻度系数对实时测井数据进行预处理，将实时测井数据的电压信号转化成实时测量的地层电导率信号；
步骤3：对地层电导率信号进行偏心角校正处理，得到测井数据曲线
步骤4：对测井数据曲线进行三维井眼校正处理，得到去除井眼影响的数据曲线；
步骤5：利用聚焦处理算法对去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲进行井眼校正，通过聚焦滤波数据库进行真分辨率聚焦处理，得到不同探测深度的电阻率曲线；对不同探测深度的电阻率曲线进行趋肤效应校正，得到校正后的几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理，得到若干数据曲线并输出；
步骤6：利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理，然后输出地层水平电阻率、地层垂直电阻率、地层倾角以及方位角信息。
本发明进一步的改进在于：
所述步骤2中，得到地层电导率信号后，对地层电导率信号的曲线进行记录点对齐处理，为不同阵列的数据处理提供统一记录深度；将实时采集的温度数据曲线和地层电导率信号利用温度图版和刻度文件，校正温度影响。
所述步骤3中，对地层电导率信号进行偏心角校正处理的具体方法如下：
当三维阵列感应仪器偏心时，利用坐标旋转关系，三维阵列感应仪器偏心有偏角的视电导率张量与仪器偏心无偏角的视电导率张量间关系：
式中为偏心角旋转矩阵；
由(1)式得到ψ≠0时的视电导率张量与间的关系
可以实现得到旋转角提取的计算表达式：
其中，arg表示复数的幅角；
所述偏心角校正由公式(3)可以提取出旋转角ψe，再利用可以得到消除旋转角影响的视电导率由下述表达式表示：
所述步骤4中，三维井眼校正处理的具体方法如下：
根据三维感应仪器受环境影响条件，将井眼半径Br、偏心距ecc、泥浆电导率σmd、水平电导率σht以及各向异性系数λ组合在一起，形成一个五维模型向量m＝(Br,ecc,σmd,σht,λ)，即三维井眼校正库数据库；所述三维井眼校正库数据库包括三维井眼影响库和均值响应库，三维井眼影响库和均值响应库依据三维阵列感应仪器进行正演模拟计算建立；
基于三维井眼校正库数据库，采用多维非线性拟合与自适应迭代反演实现感应测井井眼环境矫正；三维感应测井相应函数d＝f(m)利用三维井眼校正库数据库，计算任意模型向量产生的三维感应响应，则测井响应有限元逼近公式如下：
其中，对于任意给定的模型向量m＝(Br,Ecc,σmd,σh,λ)＝(j1,j2,j3,j4,j5)，表示在井眼校正网格节点中的位置；da(j1,j2,j3,j4,j5)是井眼校正库中对应与节点(j1,j2,j3,j4,j5)的模型向量对应的三维感应测井响应； 分别是井眼半径、偏心距、泥浆电导率、地层水平电导率以及各向异性系数这五个参数上的插值奇函数；
采用自适应迭代反演确定模型向量，对于给定的测井资料，通过自适应迭代反演算法加以解决；设是从测井资料中选出M维测井资料，为确定五维模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)，定义目标函数：
模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)满足条件：
J(x*)＝Min J(x) (6b)
利用测井响应有限元逼近公式，同时计算出含有井眼情况下的理论测井响应V*(m*)和不含井眼情况下的理论测井响应V0(m*)，利用式(7)对测井资料进行井眼校正：
经井眼影响计算后的传输数据进行差值计算，得到井眼环境校正后的测量信号。
所述步骤5中，真分辨率聚焦处理的具体方法如下：
利用聚焦处理算法处理去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲线：
其中，σp(ρk,z)为合成后径向探测深度ρk，纵向深度z处的电导率；k＝1,2,...,K，K是合成探测深度数目；为第j个子阵列在z点的测量值，j＝1,2,...,J，J是子阵列个数；地层电导率的函数是聚焦合成到探测深度ρk时，第j个子阵列的滤波器；σ是地层的电导率；z＝zmin～zmax是聚焦合成的窗口范围。
所述步骤5中，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理的具体方法如下：
设计匹配滤波器hvgfi,使gpvgfi变换为gpvgf(i+1),用数学公式表示为：
gpvgf(i+1)(z)＝hvgfi(z)*gpvgfi(z) (9)
式中，i＝1,2,...,4，gpvgf(i+1)(z)为将要分辨率匹配的目的函数。
所述步骤6中，利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理的具体方法如下：
在三维感应仪器发射较低的频率信号时，khL→0，kvS→0，即(khL)n→0，(kvS)n→0，n＞1，在各向异性介质坐标系中的磁感应张量的解析表达式：
其中，kvS＝khLζ，S＝Lζλ，
通过求解(10)式，能够同时求得θ,γ,σh,σv四个参数；
具体信号提取方法如下：
6-1)利用测量矩阵迹确定水平电阻率，按照下述表达式来进行：
6-2)确定仪器的自旋角γ，按照下述表达式来进行：
6-3)确定地层的倾角，按照下述表达式来进行：
6-4)确定垂直电阻率，按照下述表达式来进行：
6-5)根据测井响应资料mi(x)＝mi(x1,x2,…,xN)，i＝1,2,…,M，M为测井采集数据点数，定义目标函数O(x)：
式中，x＝x(σh,σv,θ,γ)是待反演参数，mi(x)为x的非线性函数；
6-6)满足目标函数最小值的最优解，应该满足如下的条件：
▽xO(x)＝▽pO(x)＝0
6-7)通过求解上式能够完成一次反演迭代，重复这种迭代过程，直到误差矩阵变为零或极小值时，所得到的x就是所要的反演结果x＝x(σh,σv,θ,γ)。
一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理系统，包括：
测井数据采集单元，用于采集井下三维阵列感应仪器的实时电压信号，得到实时测井数据；
预处理单元，用于调用刻度系数对实时测井数据进行预处理，将实时测井数据的电压信号转化成实时测量的地层电导率信号；
偏心角矫正单元，用于对地层电导率信号进行偏心角校正处理，得到测井数据曲线
三维井眼校正元，用于对测井数据曲线进行三维井眼校正处理，得到去除井眼影响的数据曲线；
合成匹配处理单元，用于利用聚焦处理算法对去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲进行井眼校正，通过聚焦滤波数据库进行真分辨率聚焦处理，得到不同探测深度的电阻率曲线；对不同探测深度的电阻率曲线进行趋肤效应校正，得到校正后的几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理，得到若干数据曲线并输出；
信号提取反演单元，用于利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理，然后输出地层水平电阻率、地层垂直电阻率、地层倾角以及方位角信息。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。
一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明为石油、地质的勘探提供了一种高精度的三维阵列感应测井仪及数据处理系统和方法。该仪器可在淡水泥浆、油基泥浆高温高压井眼中实现仪器居中和偏心情况下，同时测量不同探测深度地层的水平电阻率和垂直电阻率信息、地层倾角和方位角及自然电位和井中流体电阻率等信息，利用本发明的自适应数据处理系统和方法，可将三维感应仪器测量的原始信号受到仪器偏心、泥浆电阻率、大井眼等井眼环境参数，进行有效消除对测量信号的影响，提高测井资料的准确性，又能给出反映真实地质情况的地层水平电阻率和垂直电阻率、地层倾角和方位角值。
进一步的，本发明的所有测量线圈一种特殊材料的磁芯结构来增加线圈的磁通量，该设计使三维线圈的测量信号有效满足了采集电路的精度要求。
进一步的，本发明的适应井下高温高压环境采取陶瓷玻璃钢外管，不需要注油的方式，保持线圈系玻璃钢内外压力的平衡。
通过采取上述手段开发的适于一种三维感应测井仪器数据处理系统及其方法已成功应用并开始产业化。仪器数据处理系统及其方法对于其他仪器进行井眼环境校正和数据处理具有重要参考价值。
【附图说明】
图1为三维感应测井仪器数据处理系统；
图2为三维感应仪器结构；
图3为三维数据处理流程；
图4为偏心角校正处理流程；
图5为三维感应信号提取处理流程；
图6为偏心角提取效果；
图7为本发明实测资料数据处理曲线对比处理效果。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明三维感应测井仪器数据处理系统，该系统主要由7个环节组成：三维感应测量仪器1、井眼(不同泥浆填充的电阻率溶液)2、各向异性地层3、吊装设备、数据采集车、三维井眼自适应环境校正模块、三维信号提取处理模块7、经三维感应仪器1测量各向异性地层，得到的三维感应测量信号输送至三维井眼自适应环境校正模块进行测量值的井眼环境校正处理，经由三维信号提取处理模块进行数据提取处理，从而完成三维感应仪器居中和偏心情况下测量信号的数据处理。
仪器测量装置1由三维感应仪器测量探头，采用3组发射，7组接收线圈，其中三维线圈3组组成的阵列线圈系结构，有效解决了对三维各向异性地层的测量；
井眼(不同泥浆填充的电阻率溶液)2由不同的环境参数组成，包括井眼半径(Br)、仪器测量装置1的偏心距(Ecc)、井眼泥浆电导率(σmd)；各向异性地层3由表示不同介质中的水平电导率(σht)以及各向异性系数(λ)；
吊装设备4由固定架和天滑轮4和地滑轮5悬挂在井眼2附近并且包括在其下端处的表层套管。所述电缆6由天滑轮4装置，和采集车5所述转盘接合接到数据采集车，进行测井资料采集处理。
三维井眼自适应环境校正模块由数据预处理单元、仪器偏心角校正单元、参数反演单元和自适应井眼校正单元组成。
三维信号提取处理模块7由井眼校正后的测量信号矩阵确定水平电阻率，其次，确定仪器的自旋角，和地层的倾角，最后，确定地层垂直电阻率。
如图2所示，在原来仅有z方向线圈的基础上增加了正交的x和y方向的线圈。由于井眼大小的限制，x和y方向的接收线圈不可能沿x和y轴线方向布置，只能沿z方向布置。这样x或y方向的发射和接收线圈在同一个平面内。本发明采用了三分量发射和三分量接收方式同时测量全张量磁场分量(Hxx、Hyy、Hzz、Hxy、Hxz、Hyx、Hyz、Hzx、Hzy)，该仪器除了包含有着7个子列的共轴线圈系(提供电导率中的ZZ分量)，而且还包含着3个子阵列的共面线圈系(提供电导率的和以及交叉分量信息)。每个子阵列由一个发射和两个接收线圈组成，其中一个为主接收线圈，另一个为屏蔽线圈，抵消直耦分量。2个工作频率(26.325、52.65kHz)这样它将阵列感应测井z方向线圈与三分量感应测井x和y方向结合在一起，不但能实现传统的阵列感应测量，而且提供反映地层电各向异性测量。
如图3所示，本发明公开了一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1：采集井下三维阵列感应仪器的实时电压信号，得到实时测井数据；通过地面采集模块，完成实时采集三维阵列感应仪器测井数据，并同时将测井数据送入预处理单元；
步骤2：调用刻度系数对实时测井数据进行预处理，将实时测井数据的电压信号转化成实时测量的地层电导率信号；得到地层电导率信号后，对地层电导率信号的曲线进行记录点对齐处理，为不同阵列的数据处理提供统一记录深度；将实时采集的温度数据曲线和地层电导率信号利用温度图版和刻度文件，校正温度影响。
仪器在井下测量实时采集数据，经过地面采集模块，得到7组线圈系的78条实部电压信号，送入预处理单元，数据预处理单元，主要对仪器在井下测量实时采集数据，经过地面采集车，将测量信号，送入预处理单元，完成调用刻度系数将电压信号转化为转化成实时测量的地层电导率信号，然后对电导率信号曲线进行记录点对齐，为不同阵列的数据处理提供统一记录深度；进一步，利用实时采集得到的温度数据曲线和测量地层电导率信号，利用温度图版和刻度文件，利用温度拟合校正技术，校正温度影响。
步骤3：对地层电导率信号进行偏心角校正处理，得到测井数据曲线将预处理单元输出的78条地层电导率信号输入仪器偏心角校正单元，利用偏心角提取和偏心角校正算法，对78条实地层电导率信号进行校正得到78条测井数据曲线对地层电导率信号进行偏心角校正处理的具体方法如下：
上述偏心角提取和偏心角校正处理算法利用下述表达式实现校正。由于仪器本身的旋转，共面发射线圈(Tx,Ty)和接收线圈(Rx,Ry)与坐标轴xt和yt可能不一致，他们之间的夹角称为偏心角ψ。当三维阵列感应仪器偏心时，视电导率张量所有分量均不等于零，利用坐标旋转关系，三维阵列感应仪器偏心有偏角的视电导率张量与仪器偏心无偏角的视电导率张量间关系：
由(1)式得到ψ≠0时的视电导率张量与间的关系
对比式(2)两边各个元素，可以得到偏心角的两个估计公式：
在仪器偏心角校正单元中，利用式(3)计算得到的偏心角，确定偏心角旋转矩阵从而得到偏心角校正公式：
由式(2)可以实现得到旋转角提取的计算表达式：
其中，arg表示复数的幅角；
所述偏心角校正由公式(5)可以提取出旋转角ψe，再利用可以得到消除旋转角影响的视电导率由下述表达式表示：
步骤4：将仪器偏心角校正单元输出的78条地层电导率信号输入仪器井眼校正单元，利用三维井眼校正算法，对78条实地层电导率信号进行复杂环境井眼校正得到78条测井数据曲线。对测井数据曲线进行三维井眼校正处理，得到去除井眼影响的数据曲线；上述井眼校正单元包括三维井眼校正库数据库和井眼校正处理算法利用下述表达式实现校正。
三维井眼校正库数据库，包括三维井眼影响库、均值响应库，井眼响应库和均值响应库是依据三维阵列感应仪器进行正演模拟计算建立的数据库。根据三维感应仪器受环境影响条件，形成一个五维模型向量m＝(Br,ecc,σmd,σht,λ)，响应校正库。在本发明中，整个校正库，选择9个不同的井眼半径、11个不同的偏心距、22个不同的泥浆电导率、22个不同的地层水平电导率以及22个不同的各向异性系数，最后形成五维空间上的数据节点，其中根据井眼校正处理的精度和速度的要求，各个维度上网格节点分布，井眼半径(9个节点)：0.06、0.08、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.22m；偏心距(11个节点)：0.0、10.、20.、30.、40.、50.、60.、70.、80.、90.、100.0％；泥浆电导率(22个节点)：0.01、0.1、0.2、0.5、0.8、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、13.0、16.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0、100.0S/m；地层水平电导率(22个节点)：0.001、0.01、0.02、0.05、0.08、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、8.0、10.0S/m；各向异性系数(17个节点):0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0。
三维井眼校正处理的具体方法如下：
根据三维感应仪器受环境影响条件，将井眼半径Br、偏心距ecc、泥浆电导率σmd、水平电导率σht以及各向异性系数λ组合在一起，形成一个五维模型向量m＝(Br,ecc,σmd,σht,λ)，即三维井眼校正库数据库；所述三维井眼校正库数据库包括三维井眼影响库和均值响应库，三维井眼影响库和均值响应库依据三维阵列感应仪器进行正演模拟计算建立；
三维自适应井眼校正算法，本发明在基于三维井眼校正库，构建三维响应单元中，采用多维非线性拟合与自适应迭代反演实现三维感应测井井眼环境校正。
基于三维井眼校正库数据库，采用多维非线性拟合与自适应迭代反演实现感应测井井眼环境矫正；三维感应测井相应函数d＝f(m)利用三维井眼校正库数据库，计算任意模型向量产生的三维感应响应，则测井响应有限元逼近公式如下：
其中，对于任意给定的模型向量m＝(Br,Ecc,σmd,σh,λ)＝(j1,j2,j3,j4,j5)，表示在井眼校正网格节点中的位置；da(j1,j2,j3,j4,j5)是井眼校正库中对应与节点(j1,j2,j3,j4,j5)的模型向量对应的三维感应测井响应；
分别是井眼半径、偏心距、泥浆电导率、地层水平电导率以及各向异性系数这五个参数上的插值奇函数；
在三维自适应井眼参数反演中，采用自适应迭代反演确定模型向量，对于给定的测井资料，如何确定相应的地层参数，是井眼环境校正中非常重要的问题，通过自适应迭代反演算法加以解决；设是从测井资料中选出M维测井资料，为确定五维模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)，定义目标函数：
模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)满足条件：
J(x*)＝Min J(x) (8b)
利用测井响应有限元逼近公式，同时计算出含有井眼情况下的理论测井响应V*(m*)和不含井眼情况下的理论测井响应V0(m*)，利用式(7)对测井资料进行井眼校正：
经井眼影响计算后的传输数据进行差值计算，得到井眼环境校正后的测量信号。
步骤5：利用聚焦处理算法对去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲线进行井眼校正，通过聚焦滤波数据库进行真分辨率聚焦处理，得到不同探测深度的电阻率曲线；对不同探测深度的电阻率曲线进行趋肤效应校正，得到校正后的几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理，得到若干数据曲线并输出；
将预处理单元输出的78条井眼校正后的14条ZZ分量地层电导率信号输入数据合成匹配处理单元，对14条ZZ分量实地层电导率信号进行合成处理得到3组分辨率为0.3m、0.6m和1.2m的曲线，每一组曲线有6条探测深度为0.25m、0.50m、0.75m、1.50m、2.25m、3.0m的曲线，输出合成处理后的3种分辨率6种探测深度的18条处理曲线。
上述数据合成匹配算法利用下述表达式实现校正。将井眼校正处理单元得到14条ZZ分量去除井眼影响的数据曲线，输入到下一级真分辨率聚焦单元，真分辨率聚焦处理的具体方法如下：
利用聚焦处理算法处理去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲线：
其中，σp(ρk,z)为合成后径向探测深度ρk，纵向深度z处的电导率；k＝1,2,...,K，K是合成探测深度数目；为第j个子阵列在z点的测量值，j＝1,2,...,J，J是子阵列个数；地层电导率的函数是聚焦合成到探测深度ρk时，第j个子阵列的滤波器；σ是地层的电导率；z＝zmin～zmax是聚焦合成的窗口范围。
在三维轴向ZZ阵列感应滤波器设计中，将7个子阵列2种频率的14条几何因子响应曲线经过双频趋肤效应校正，得到校正后的7条几何因子曲线利用最优化理论得到不同背景电导率和不同探测深度下的各个子阵列的滤波器。本实施例中建立了7个子阵列在11个背景电导率(0.001、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0和2.0S/m)的真分辨率聚焦滤波器库。通过调用事先算好的聚焦滤波器库进行真分辨率聚焦处理，得到6条不同探测深度的电阻率曲线T10、T20、T30、T60、T90、T120。
根据真分辨率聚焦单元的电阻率曲线T10、T20、T30、T60、T90数据，输入到下一级垂向分辨率匹配处理单元，首先利用要设计7个子阵列2种频率的14条几何因子响应曲线经过双频趋肤效应校正，得到校正后的7条几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理的具体方法如下：
设计匹配滤波器hvgfi，使gpvgfi变换为gpvgf(i+1)，用数学公式表示为：
gpvgf(i+1)(z)＝hvgfi(z)*gpvgfi(z) (10)
式中，i＝1,2,...,4，gpvgf(i+1)(z)为将要分辨率匹配的目的函数。
本实施例中建立了7个子阵列在11个背景电导率(0.001、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0和2.0s/m)的分辨率匹配滤波器库
调用分辨率匹配滤波器进行处理得到3组分辨率为0.3m、0.6m和1.2m的曲线，每一组曲线有6条探测深度为0.25m、0.50m、0.75m、1.50m、2.25m和3.0m的曲线，输出合成处理后的3种分辨率6种探测深度的18条曲线处理，分别命名为AO10～AO120、AT10～AT120、AF10～AF120；
步骤6：将井眼校正单元输出的78条井眼校正后的地层电导率信号输入数据信号提取处理单元，输出地层水平电阻率、垂直电阻率、地层的倾角和方位角信息。将井眼校正处理单元得到78条去除井眼影响的数据曲线，输入到下一级信号提取处理单元；利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理，然后输出地层水平电阻率、地层垂直电阻率、地层倾角以及方位角信息。
利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理的具体方法如下：
在三维感应仪器发射较低的频率信号时，khL→0，kvS→0，即(khL)n→0，(kvS)n→0，n＞1，在各向异性介质坐标系中的磁感应张量的解析表达式：
其中，kvS＝khLζ，S＝Lζλ，
通过求解(11)式，能够同时求得θ,γ,σh,σv四个参数；
具体信号提取方法如下：
6-1)利用测量矩阵迹确定水平电阻率，按照下述表达式来进行：
6-2)确定仪器的自旋角γ，按照下述表达式来进行：
6-3)确定地层的倾角，按照下述表达式来进行：
6-4)确定垂直电阻率，按照下述表达式来进行：
6-5)根据测井响应资料mi(x)＝mi(x1,x2,…,xN)，i＝1,2,…,M，M为测井采集数据点数，定义目标函数O(x)：
式中，x＝x(σh,σv,θ,γ)是待反演参数，mi(x)为x的非线性函数；
6-6)满足目标函数最小值的最优解，应该满足如下的条件：
▽xO(x)＝▽pO(x)＝0
6-7)通过求解上式能够完成一次反演迭代，重复这种迭代过程，直到误差矩阵变为零或极小值时，所得到的x就是所要的反演结果x＝x(σh,σv,θ,γ)。。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采集井下三维阵列感应仪器的实时电压信号，得到实时测井数据；
步骤2：调用刻度系数对实时测井数据进行预处理，将实时测井数据的电压信号转化成实时测量的地层电导率信号；
步骤3：对地层电导率信号进行偏心角校正处理，得到测井数据曲线
步骤4：对测井数据曲线进行三维井眼校正处理，得到去除井眼影响的数据曲线；
步骤5：利用聚焦处理算法对去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲进行井眼校正，通过聚焦滤波数据库进行真分辨率聚焦处理，得到不同探测深度的电阻率曲线；对不同探测深度的电阻率曲线进行趋肤效应校正，得到校正后的几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理，得到若干数据曲线并输出；
步骤6：利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理，然后输出地层水平电阻率、地层垂直电阻率、地层倾角以及方位角信息。
2.根据权利要求1所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤2中，得到地层电导率信号后，对地层电导率信号的曲线进行记录点对齐处理，为不同阵列的数据处理提供统一记录深度；将实时采集的温度数据曲线和地层电导率信号利用温度图版和刻度文件，校正温度影响。
3.根据权利要求1所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤3中，对地层电导率信号进行偏心角校正处理的具体方法如下：
当三维阵列感应仪器偏心时，利用坐标旋转关系，三维阵列感应仪器偏心有偏角的视电导率张量与仪器偏心无偏角的视电导率张量间关系：
式中为偏心角旋转矩阵；
由(1)式得到ψ≠0时的视电导率张量与间的关系
可以实现得到旋转角提取的计算表达式：
其中，arg表示复数的幅角；
所述偏心角校正由公式(3)可以提取出旋转角ψe，再利用可以得到消除旋转角影响的视电导率由下述表达式表示：
4.根据权利要求1所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤4中，三维井眼校正处理的具体方法如下：
根据三维感应仪器受环境影响条件，将井眼半径Br、偏心距ecc、泥浆电导率σmd、水平电导率σht以及各向异性系数λ组合在一起，形成一个五维模型向量m＝(Br,ecc,σmd,σht,λ)，即三维井眼校正库数据库；所述三维井眼校正库数据库包括三维井眼影响库和均值响应库，三维井眼影响库和均值响应库依据三维阵列感应仪器进行正演模拟计算建立；
基于三维井眼校正库数据库，采用多维非线性拟合与自适应迭代反演实现感应测井井眼环境矫正；三维感应测井相应函数d＝f(m)利用三维井眼校正库数据库，计算任意模型向量产生的三维感应响应，则测井响应有限元逼近公式如下：
其中，对于任意给定的模型向量m＝(Br,Ecc,σmd,σh,λ)＝(j1,j2,j3,j4,j5)，表示在井眼校正网格节点中的位置；da(j1,j2,j3,j4,j5)是井眼校正库中对应与节点(j1,j2,j3,j4,j5)的模型向量对应的三维感应测井响应； 分别是井眼半径、偏心距、泥浆电导率、地层水平电导率以及各向异性系数这五个参数上的插值奇函数；
采用自适应迭代反演确定模型向量，对于给定的测井资料，通过自适应迭代反演算法加以解决；设是从测井资料中选出M维测井资料，为确定五维模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)，定义目标函数：
模型向量m*＝(Br,Ecc,σmd,σht,λ)满足条件：
J(x*)＝Min J(x) (6b)
利用测井响应有限元逼近公式，同时计算出含有井眼情况下的理论测井响应V*(m*)和不含井眼情况下的理论测井响应V0(m*)，利用式(7)对测井资料进行井眼校正：
经井眼影响计算后的传输数据进行差值计算，得到井眼环境校正后的测量信号。
5.根据权利要求1所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤5中，真分辨率聚焦处理的具体方法如下：
利用聚焦处理算法处理去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲线：
其中，σp(ρk,z)为合成后径向探测深度ρk，纵向深度z处的电导率；k＝1,2,...,K，K是合成探测深度数目；为第j个子阵列在z点的测量值，j＝1,2,...,J，J是子阵列个数；地层电导率的函数是聚焦合成到探测深度ρk时，第j个子阵列的滤波器；σ是地层的电导率；z＝zmin～zmax是聚焦合成的窗口范围。
6.根据权利要求1或5所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤5中，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理的具体方法如下：
设计匹配滤波器hvgfi,使gpvgfi变换为gpvgf(i+1),用数学公式表示为：
gpvgf(i+1)(z)＝hvgfi(z)*gpvgfi(z) (9)
式中，i＝1,2,...,4，gpvgf(i+1)(z)为将要分辨率匹配的目的函数。
7.根据权利要求1所述的基于三维阵列感应测井仪器的数据处理方法，其特征在于，所述步骤6中，利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理的具体方法如下：
在三维感应仪器发射较低的频率信号时，khL→0，kvS→0，即(khL)n→0，(kvS)n→0，n＞1，在各向异性介质坐标系中的磁感应张量的解析表达式：
其中，kvS＝khLζ，S＝Lζλ，
通过求解(10)式，能够同时求得θ,γ,σh,σv四个参数；
具体信号提取方法如下：
6-1)利用测量矩阵迹确定水平电阻率，按照下述表达式来进行：
6-2)确定仪器的自旋角γ，按照下述表达式来进行：
6-3)确定地层的倾角，按照下述表达式来进行：
6-4)确定垂直电阻率，按照下述表达式来进行：
6-5)根据测井响应资料mi(x)＝mi(x1,x2,…,xN)，i＝1,2,…,M，M为测井采集数据点数，定义目标函数O(x)：
式中，x＝x(σh,σv,θ,γ)是待反演参数，mi(x)为x的非线性函数；
6-6)满足目标函数最小值的最优解，应该满足如下的条件：
▽xO(x)＝▽pO(x)＝0
6-7)通过求解上式能够完成一次反演迭代，重复这种迭代过程，直到误差矩阵变为零或极小值时，所得到的x就是所要的反演结果x＝x(σh,σv,θ,γ)。
8.一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理系统，其特征在于，包括：
测井数据采集单元，用于采集井下三维阵列感应仪器的实时电压信号，得到实时测井数据；
预处理单元，用于调用刻度系数对实时测井数据进行预处理，将实时测井数据的电压信号转化成实时测量的地层电导率信号；
偏心角矫正单元，用于对地层电导率信号进行偏心角校正处理，得到测井数据曲线
三维井眼校正元，用于对测井数据曲线进行三维井眼校正处理，得到去除井眼影响的数据曲线；
合成匹配处理单元，用于利用聚焦处理算法对去除井眼影响的数据曲线中的ZZ分量的数据曲进行井眼校正，通过聚焦滤波数据库进行真分辨率聚焦处理，得到不同探测深度的电阻率曲线；对不同探测深度的电阻率曲线进行趋肤效应校正，得到校正后的几何因子曲线，调用聚焦滤波器库在相邻两条曲线中高分辨率曲线变换为低分辨率曲线的滤波器进行处理，得到若干数据曲线并输出；
信号提取反演单元，用于利用信号提取处理算法对去除井眼影响的数据曲线进行处理，然后输出地层水平电阻率、地层垂直电阻率、地层倾角以及方位角信息。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。
10.一种基于三维阵列感应测井仪器的数据处理系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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