CN110552689A - 一种确定随钻仪器到地层边界距离的方法 - Google Patents
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Abstract
一种确定随钻仪器到地层边界距离的方法，包括：获取待分析钻井的实测电阻率曲线，通过将待分析钻井的实测电阻率曲线与层化真电阻率模型进行对比，确定待分析钻井的井眼所在地层层位，并确定该地层层位及其上下围岩的地层电阻率；根据待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号，利用待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号确定待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离。该方法能够充分发挥随钻电磁波电阻率仪器探测深度深、测井曲线丰富的优势，借助反演与数值仿真技术手段，在不增加测井项目的情况下，能够从已有电阻率测量曲线中获得地层结构参数。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种确定随钻仪器到地层边界距离的方法。
背景技术
随着对油气资源需求的日益增加和剩余资源的减少，油田开发的重点逐步转向海上、沙漠等恶劣环境或者低孔低渗、薄层、边际油藏、页岩油气等非常规油气藏。随着定向井技术的成熟和新的井下工具、仪器的应用，水平井作为陆上高效开发模式而进入了一个蓬勃发展时期。同时，随钻测井也成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻多分支井油藏评价的重要手段，随钻数据处理技术也成为完成大斜度井、水平井钻井设计，实时井场数据采集、解释和现场决策以及指导地质导向钻井的关键技术。
随钻测井具备钻开时间短、测井曲线能够实时反映钻遇地层变化外同时还能够提供多种探测深度曲线、随钻测井数据信息量大、测井曲线丰富(比如电缆电阻率测井双侧向仪器只能提供2条电阻率测量，而随钻电磁波电阻率仪器最多能提供数十条测井曲线)的优点。随钻测井有很多技术优势，因此广泛应用在水平井地质导向、钻后解释评价方面。
同时，随钻测井工具日益丰富，当前国际上LWD能够测量30多种参数(电阻率、伽马、密度、声波、地震、核磁等等)，基本上所有电缆测井项目均有随钻测量与之对应，仪器外径为44.5～216.0mm，基本上能够满足各种定向井的需要。在LWD时效性、高利润的驱使下，世界上大的石油技术服务公司近年加强了随钻技术的研发力度，国外以斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿公司最为著名。
但是，在水平井和大斜度井环境下，随钻电阻率测井曲线受多种环境因素影响，利用测量数据不能直接得到井眼到地层的距离。事实上，测井数据多为地层物性参数和电性参数的反映，尚没有地层结构参数直接输出的测量方法，测量值本身不直接指示随钻仪器到层边界距离，通常要借助反演软件进行计算，因此使得现阶段的工程应用中对随钻仪器到层边界距离确定困难，从而影响地质导向井眼轨迹优化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种确定随钻仪器到地层边界距离的方法，所述方法包括：
井眼所在地层确定步骤、获取待分析钻井的实测电阻率曲线，通过将所述待分析钻井的实测电阻率曲线与层化真电阻率模型进行对比，确定所述待分析钻井的井眼所在地层层位，并确定该地层层位及其上下围岩的地层电阻率；
地层边界距离确定步骤、根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号，利用所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
根据本发明的一个实施例，在所述井眼所在地层确定步骤中，
对所述待分析钻井的实测电阻率曲线进行综合环境校正；
根据实测电阻率曲线的曲线活度，对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理；
将分段处理后的实测电阻率曲线与地层真电阻率模型进行对比，确定所述待分析钻井的井眼所在地层层位。
根据本发明的一个实施例，利用图版法或经验公式法对所述待分析钻井的实测电阻率曲线进行综合环境校正。
根据本发明的一个实施例，对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理的步骤包括：
确定校正后的实测电阻率曲线各位置处的曲线活度；
将所述曲线活度与预设曲线活度阈值进行比较，根据比较结果对校正后的实测电阻率曲线进行分层。
根据本发明的一个实施例，根据如下表达式确定所述曲线活度：
其中，E(d)表示d点的活度函数值，x(i)表示实测电阻率曲线在i点处的电阻率值，表示x(i)在区间[d-n,d+n]内的平均值，2n表示窗长。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：
层化真电阻率模型构建步骤，获取所述待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据，通过对所述邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行反演得到所述地层真电阻率模型。
根据本发明的一个实施例，所述层化真电阻率模型构建步骤包括：
对所述待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行预处理；
对预处理后的电阻率测井数据进行综合环境校正；
根据校正后的电阻率测井数据对所述邻井和/或导眼井的的电阻率测井曲线进行层化处理，得到方波化数据，构建得到层化模型；
建立最小残差目标函数，对所述层化模型进行逐段反演，确定所述层化模型中各地层的原状地层真电阻率，得到所述层化真电阻率模型。
根据本发明的一个实施例，在所述地层边界距离确定步骤中，
固定所述待分析钻井的井眼所在地层层位的地层电阻率不变，利用预设电磁波仪器测井响应模拟算法模拟随钻电磁波仪器在同等环境下不同井眼倾角所对应的地层电阻率，得到模拟直井电阻率；
根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位及其上下围岩的地层电阻率和模拟直井电阻率确定所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号。
根据本发明的一个实施例，所述预设电磁波仪器测井响应模拟算法包括：
确定含有完全匹配层的三维电磁波散射问题的矢量边电场强度值；
根据所述矢量边电场强度值确定发射线圈在特定源距处的接收线圈所产生的感应电动势；
根据所述感应电动势确定所述接收线圈所对应的电阻率测量值。
根据本发明的一个实施例，通过对包含共形完全匹配层的电磁波散射问题的矢量描述方程的泛函表达式进行求解，确定含有完全匹配层的三维电磁波散射问题的矢量边电场强度值。
根据本发明的一个实施例，所述泛函表达式包括：
其中，F表示泛函表达式，Es表示电磁波散射场的电场强度，v表示求解区域，μr表示地层相对磁导率，εr表示地层相对介电常数，▽表示二阶微分算子，Es表示电磁波散射场的电场强度，表示对角张量，K0表示全局系数矩阵。
根据本发明的一个实施例，根据如下表达式确定所述边界计量信号：
其中，Peak表示边界计量信号，Ra|Dip＝θ表示井眼与地层界面法线夹角为θ时的地层电阻率，Ra|Dip＝0表示井眼与地层界面法线夹角为0时的地层电阻率。
根据本发明的一个实施例，在所述地层边界距离确定步骤中，基于边界计量信号-边界距查询图版库，利用所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
根据本发明的一个实施例，在所述地层边界距离确定步骤中，利用预设模型-边界距查询图版库，根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
根据本发明的一个实施例，根据如下步骤构建模型-边界距查询图版库：
根据随钻电磁波电阻率仪器测量量程和地层背景电阻率分布信息构建三层地层模型，利用预设电磁波仪器测井响应模拟算法模拟所述三层地层模型中不同模型参数所对应的测井响应，得到模型-测井响应库；
根据测井响应与边界距之间的对应关系，将所述模型-测井响应库转换为模型-边界距查询图版库。
本发明所提供的确定随钻仪器到地层边界距离的方法借助随钻仪器数值仿真和测量值来确定边界计量信号，并利用图版法获得随钻仪器到地层边界距。该方法能够充分发挥随钻电磁波电阻率仪器探测深度深、测井曲线丰富的优势，借助反演与数值仿真技术手段，在不增加测井项目的情况下，能够从已有电阻率测量曲线中获得地层结构参数。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明一个实施例的确定随钻仪器到地层边界距离的方法的实现流程示意图；
图2是根据本发明一个实施例的构建层化真电阻率模型的实现流程示意图；
图3是根据本发明一个实施例的随钻电磁波电阻率仪器井眼校正图版；
图4是根据本发明一个实施例的构建得到的待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测量数据的层化模型示意图；
图5是根据本发明一个实施例的确定出待分析钻井的井眼所在地层层位的实现流程示意图；
图6是根据本发明一个实施例的对校正后的实测电阻率曲线进行分层处理的实现流程示意图；
图7是根据本发明一个实施例的边界计量信号-边界距查询图版库的示意图；
图8是根据本发明一个实施例的显示效果图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
针对现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种新的确定随钻仪器到地层边界距离的方法，该方法能够利用常规随钻电磁波仪器测量的电阻率变化曲线来确定随钻仪器到地层界面的距离。
图1示出了本实施例所提供的确定随钻仪器到地层边界距离的方法的实现流程示意图。
如图1所示，本实施例中，该方法会在步骤S101中获取待分析钻井的实测电阻率曲线，并在步骤S102中将上述待分析钻井的实测电阻率曲线与层化真电阻率模型进行对比，从而确定出待分析钻井的井眼所在地层层位。本实施例中，待分析钻井优选地为斜井或水平井。
由于该方法在步骤S102种采用层化真电阻率模型来确定待分析钻井的井眼所在地层层位，因此该方法可以事先构建得到上述层化真电阻率模型。具体地，本实施例中，该方法优选地通过层化真电阻率模型构建步骤来构建上述层化真电阻率模型。在层化真电阻率模型构建步骤中，该方法会获取待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据，并通过对上述邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行反演来得到上述地层真电阻率模型。
图2示出了本实施例中构建层化真电阻率模型的实现流程示意图。
如图2所示，本实施例中，该方法会首先在步骤S201中对获取到的待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行预处理。本实施例中，该方法对上述电阻率测井数据所进行的预处理包括假值剔除处理和曲线平滑处理。
具体地，本实施例中，该方法优选地通过如下价值数据评判指标来进行假值剔除处理：
其中，Erk表示第k个采样点的假值指标函数，Rai表示第i个采样点的测井响应(例如地层电阻率值)，Rak表示第k个采样点的测井响应(例如地层电阻率值)，m表示窗长。
当假值指标函数满足预设条件时，该方法也就可以将该采样点的测井响应判定为假值数据，并对该假值数据进行剔除。具体地，本实施例中，该方法在判定采样点的测井响应是否为假值数据时所采用的预设条件可以为以下条件中的任意一个：
其中，a和b表示假值判断的上下边界。a和b的具体取值可以根据实际情况配置为不同的合理值，例如，本实施例中，a和b优选地分别配置为0.2和5。
当假值指标函数满足以上条件中的任意一个时，该方法也就可以将该采样点的测井响应判定为假值数据。
当然，在本发明的其它实施例中，该方法在判定采样点的测井响应是否为假值数据时所采用的预设条件还可以根据实际需要配置为其它合理条件，本发明不限于此。
本实施例中，该方法优选地在完成假值剔除后再对得到的电阻率测井数据进行曲线平滑处理。具体地，该方法优选地利用钟形函数来对假值剔除后的电阻率测井数据进行平滑滤波。
具体地，该方法可以采用如下表达式来对假值剔除后的电阻率测井数据进行平滑滤波：
其中，Ti表示第i个采样点值，l表示滤波窗长，k1、k2…、kl+1均表示系数。
本实施例中，上述表达式(3)可以具体取值为：
当然，在本发明的其它实施例中，该方法还可以采用其它合理方式来对通过假值剔除处理所得到的电阻率测井数据进行曲线平滑处理，本发明不限于此。
同时，还需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，该方法既可以仅采用假值剔除处理和曲线平滑处理中的某一种处理方式来进行数据预处理，也可以还采用其它未列出的合理方式来进行数据预处理，本发明同样不限于此。
如图2所示，在完成对待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据的预处理后，该方法会在步骤S202中对预处理后的电阻率测井数据进行综合环境校正。
具体地，本实施例中，该方法在步骤S202中优选地利用图版法或经验公式法来对预处理后的电阻率测井数据进行环境校正。其中，图3示出了本实施例中的随钻电磁波电阻率仪器井眼校正图版，图版横轴为电阻率测量值变化，纵轴为校正系数变化。在使用该图版进行校正时，该方法会先通过电阻率测量值度数在横轴上确定出对应的位置，随后再做一条平行于纵轴的直线并与图版中对应测量模式下的曲线相交，该交点所对应的纵轴值即为校正系数。电阻率测量值乘以该校正系数所得到的数值即为校正后的电阻率值。
当然，在本发明的其它实施例中，该方法还可以采用其它合理方式来对预处理后的电阻率测井数据进行环境校正，本发明不限于此。
在完成综合环境校正过程后，该方法会在步骤S203中根据校正后的电阻率测井数据对待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井曲线进行层化处理，从而得到方波化数据，这样也就构建得到了层化模型。
具体地，本实施例中，该方法在步骤S203中优选地利用拐点法对待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井曲线进行层化处理，其中，优选地利用差分代替微分的方式来通过求解测井曲线二阶差分等零点得到拐点位置。
其中，二阶差分方程可以表示为：
其中，g(x)表示拐点函数，f(x)表示采样点位置在x时的测井响应，h表示步长。
当拐点函数g(x)的取值等于零时采样点位置x即为拐点位置。
图4示出了本实施例中构建得到的待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测量数据的层化模型。其中，图中左侧为邻井电阻率测量曲线，水平直线为由电阻率曲线进行地层分层；图中右侧为由测井曲线产生的层化模型图，其中，不同灰度表征不同电阻率值。
在得到待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测量数据的层化模型后，再次如图2所示，本实施例中，该方法会在步骤S204中建立最小残差目标函数，并利用该最小残差目标函数对上述层化模型进行反演，从而确定出层化模型中各地层的原状地层真电阻率，这样也就得到了层化真电阻率模型。
具体地，本实施例中，该方法通过对比模型正演相应和实测数据残差平方和来构建最小残差目标函数。其中，上述最小残差目标函数可以表示为：
其中，f(x)表示残差目标函数，r(x):Rn→Rm表示关于x的非线性函数，ri(x)表示关于x的非线性函数的第i分量，m表示未知量总数，n表示正演响应曲线总数。
该方法通过梯度下降法求解上述最小残差目标函数雅克比矩阵，形成雅克比线性方程组，求解该方程组以及计算得到最小残差目标函数的最速下降方向。其中，存在：
其中，Y表示向量r在x上的偏导矩阵(雅可比矩阵)，表示求x各分量上偏导，表示以r为变量求偏导数。
本实施例中，该方法可以按照如下表达式来计算目标函数的梯度：
其中，Y(x)表示r(x)的雅克比矩阵，g(x)表示目标函数的梯度，m表示未知量总数。
求解目标函数，可以在最速下降方向上确定出步长。根据求得的模型改变方向和改变步长，可以确出模型改变量，并利用该模型改变量来改变模型，这样也就可以完成一次模型更新过程。
本实施例中，该方法通过所设置的循环终止条件来循环调用模型更新过程，直至满足该循环终止条件，这样也就可以最终得到地层测井参数，从而确定出层化模型中各地层的原状地层电阻率，进而得到层化真电阻率模型。
当然，在本发明的其它实施例中，该方法还可以根据实际情况来采用其它合理方式来确定层化真电阻率模型，本发明不限于此。
再次如图1所示，在步骤S102中，本实施例所提供的方法会通过将获取到的待分析钻井的实测电阻率曲线与层化真电阻率模型进行对比来确定出待分析钻井(例如大斜度井或水平井等)的井眼所在地层层位。
如图5所示，本实施例中，该方法首先会在步骤S501中对提取到的随钻电磁波电阻率曲线(即待分析钻井的实测电阻率曲线)进行综合环境校正。其中，该方法对实测电阻率曲线进行综合环境校正的原理以及过程与上述步骤S202相同，故在此不再进行赘述。
在完成综合环境校正过程后，该方法会在步骤S502中根据测井曲线响应幅度来对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理。具体地，本实施例中，该方法优选地基于曲线活度来对校正后的实测电阻率曲线进行分层处理。
如图6所示，本实施例中，在基于曲线活度来对校正后的实测电阻率曲线进行分层处理的过程中，该方法首先会在步骤S601中确定校正后的实测电阻率曲线各位置处的曲线活度。具体地，该方法优选地采用如下表达式来确定曲线活度：
其中，E(d)表示d点的活度函数值，x(i)表示实测电阻率曲线在i点处的电阻率值，表示x(i)在区间[d-n,d+n]内的平均值，2n表示窗长。
在得到各位置处的曲线活度后，该方法会在步骤S602中将各位置处的曲线获取与预设曲线活度阈值进行比较，并在步骤S603中根据比较结果对校正后的实测电阻率曲线进行分段。
当然，在本发明的其它实施例中，该方法在步骤S502中还可以采用其它合理方式对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理，本发明不限于此。
再次如图5所示，本实施例中，在完成对实测电阻率曲线的分段处理过程后，该方法会在步骤S503中将分段处理后的实测电阻率曲线与地层真电阻率模型进行对比，从而确定出待分析钻井的井眼所在地层层位。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，该方法在步骤S102中还可以采用其它合理方式来根据待分析钻井的实测电阻率曲线和层化真电阻率模型来确定出待分析钻井的井眼所在地层层位，本发明不限于此。
再次如图1所示，在确定出待分析钻井的井眼所在地层层位后，该方法还可以在步骤S103中利用地层真电阻率模型来确定出井眼所在地层层位的地层电阻率，同时也可以确定出井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率。
随后，该方法会在步骤S104中根据步骤S103中所得到的待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号。
本实施例中，该方法在步骤S104中优选地首先模拟出随钻电磁波仪器在同等环境下不同井眼倾角所对应的地层电阻率，得到模拟直井电阻率，随后再根据待分析钻井的井眼所在地层层位及其上下围岩的地层电阻率和模拟直井电阻率确定待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号。
具体地，本实施例中，该方法会利用同一地层在直井和斜井两种测井环境下的曲线响应(例如地层电阻率)来确定边界计量信号。例如，本实施例中，待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号可以根据如下表达式确定，即电阻率与边界计量信号之间的关系可以采用如下表达式来表征：
其中，Peak表示边界计量信号，Ra|Dip＝θ表示井眼与地层界面法线夹角Dip为θ时的电阻率，Ra|Dip＝0表示井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率。
这样，边界计量信号与仪器测量环境的关系也就可以采用如下表达式来表征：
其中，Rs表示围岩电阻率，Rt表示井眼所在地层层位的电阻率。
根据表达式(11)可知，对于本实施例所提供的方法来说，由于待分析钻井为斜井或水平井，因此其井眼与地层界面法线夹角Dip为θ时的电阻率Ra|Dip＝θ即为实测电阻率，而井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0(即模拟直径电阻率)则无法直接得到。
针对该问题，本实施例所提供的方法优选地利用随钻电磁波仪器测井相应模拟算法来模拟随钻电磁波仪器在同等环境下不同井眼倾角所对应的地层电阻率，这样也就可以确定出井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0。即，在固定待分析钻井的井眼所处地层层位的电阻率不变的情况下，将井斜角修改为直井模型，并模拟仪器在同等环境下(即仅仅井斜角存在差异)的随钻电磁波仪器的测井响应，这样也就可以得到井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0。
具体地，本实施例中，该方法会首先从随钻电磁波电阻率测量的工作原理出发，构建随钻电磁波仪器测井响应模拟算法。
从麦克斯韦方程出发，在等距曲面上，构成共形完全匹配层的各向异性媒质可以表示为和的形式，其中：
其中，表示对角张量，u1、u2和u3表示局部正交坐标系的单位坐标系，u1、u2指向局部坐标原点所在等距曲面的主方向，u3指向该点处等距曲面的外法线方向，u1、u2和u3构成右手坐标系。s1、s2和s3表示u1、u2和u3对应局部坐标系方向的复延拓变量。
假设u1、u2和u3所对应的局部正交坐标系的取值分别为ξ1、ξ2和ξ3，且ξ3在S上取值为零，那么ξ3取固定值构成距S为ξ3的等距曲面S′。如果S上一点P的主曲率半径分别为r01(ξ1,ξ2)和r02(ξ1,ξ2)，那么对于曲面S′上的点P′(ξ1,ξ2,ξ3)来说，其主曲率半径分别为r1(ξ1,ξ2,ξ3)＝r01(ξ1,ξ2)+ξ3和r2(ξ1,ξ2,ξ3)＝r02(ξ1,ξ2)+ξ3。
上式括号中的变量决定了共形完全匹配层的吸收特性，其中，有：
其中，s表示ξ3方向的复延拓变量，并且存在：
当P点处的主曲率半径分别为r01(ξ1,ξ2)和r02(ξ1,ξ2)为无穷大时，表达式(13)可以简化为平面完全匹配层的张量表达式：
当r01＝∞且r02＝∞时，可以得到柱面完全匹配层表达式：
当r01＝r02＝ρ时，可以得到球面完全匹配层表达式：
其中，表示局部坐标系的x分量、y分量、z分量，sx、sy、sz表示局部坐标系的x、y、z方向复延拓分量，表示柱坐标系下径向单位分量，表示表示柱坐标系下径向分量积分，ρ表示柱坐标系下径向分量，sz表示柱坐标系下z向单位分量，sρ表示柱坐标系下z向分量，表示柱坐标系下周向分量，表示球坐标下径单位向分量，表示球坐标下径向分量积分，r表示球坐标下径向分量，sr表示球坐标下切向分量，表示球坐标下周向分量，Sr表示求解球面区域积分。
由于随钻三维正演仿真求解域采用的是圆柱体，所以本实施例中优选地主要接收柱面完全匹配层。完全匹配层各向异性介质的本征参数具有以下形式：
其中，μr和εr分别表示地层相对磁导率和相对介电常数，μ0和ε0分别表示真空磁导率和真空介电常数，表示对角张量，表示介电张量。
对角张量包含了共形完全匹配层的信息，在匹配层以外的地方对角张量将为单位阵I。
本实施例中，在圆柱坐标系下，对角张量的系数分别为：
其中，表示柱面坐标系对角张量，表示柱面坐标系径向分量积分，表示柱面坐标系周向方向张量，表示柱面坐标系周向方向张量，sρ表示柱坐标系下z向分量，ρ表示柱坐标系下径向分量，tρ、tzl和tzu分别表示完全匹配层柱面径向和上、下底面的厚度，sz表示柱坐标系下z向单位分量，z表示柱坐标维度，ρm、zml和zmu表示完全匹配层与求解域交界面的位置。α表示衰减系数，其最佳值随着电磁场发射体尺寸的增大而逐渐增大。
在含有完全匹配层等各向异性媒质的区域内，满足如下麦克斯韦方程组：
其中，▽表示二阶微分算子，Es和Hs分别表示电磁波散射场的电场强度和磁场强度，μr和εr分别表示地层相对磁导率和相对介电常数。表示完全匹配层的张量本构参数，在局部坐标系下为单轴张量形式，存在：
其中，ξ1、ξ2和ξ3表示三重正交的局部坐标。实际计算中需要将局部坐标系下的张量变换到直交坐标系下，即进行如下的矩阵相似变换：
其中，J表示坐标变换的雅克比矩阵。由于局部坐标三重正交，因此存在：
JT＝J-1 (28)
根据表达式(24)和(25)可知，含有完全匹配层的三维电磁波散射问题可以用如下的矢量波动方程进行描述：
实用广义变分原理，表达式(29)对应的反函数表达式为：
其中，v表示积分求解区域，K0表示全局系数矩阵。
求解上面的泛函表达式，便可以得到包括共形完全匹配层的电磁波散射问题的矢量边电场强度值。对计算得到的矢量边电场强度值进行相应的处理，便可以求得发射线圈在一定源距处的接收线圈产生的感应电动势，继而根据该感应电动势计算得到接收线圈的电阻率测量值，由此也就构建得到了电磁波仪器测井相应模拟算法。
利用随钻电磁波仪器测井相应模拟算法，该方法也就可以在固定井眼所在地层层位的电阻率不变的情况下，将井斜角改为直径模型，进而模拟得到仪器在同等环境下的仪器测井响应，这样也就可以得到井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0。
需要指出的是在，在本发明的其它实施例中，该方法还可以采用其其它合理方式来确定井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0，本发明不限于此。
在得到井眼与地层界面法线夹角Dip为0(即等效为直井)时的电阻率Ra|Dip＝0后，利用表达式(11)，该方法也就可以确定出待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号。
再次如图1所示，本实施例中，该方法会在步骤S105中利用步骤S104中所得到的待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号来确定待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离。
具体地，本实施例中，该方法在步骤S105中优选地基于边界计量信号-边界距查询图版库，来根据待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号来确定待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离。
图7示出了本实施例中边界计量信号-边界距查询图版库的示意图，图中横坐标表示随钻仪器到边界距离，纵坐标为边界计量信号响应强度。根据图7所示，当确定出待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号的取值后，根据待分析钻井的井眼所在地层层位的电阻率Rs及其围岩电阻率Rt也就可以从边界计量信号-边界距查询图版库中确定出所需要的曲线，进而确定出与待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号的取值所对应的边界距的取值，这样也就得到的待分析专精的井眼所在地层层位的层边界的距离。
需要指出的是，在本发明的其它实施例中，根据实际需要，在得到待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率后，该方法还可以利用预设模型-边界距查询图版库来确定所述待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离。其中，预设模型-边界距查询图版库包含不同环境下不同地层电阻率所对应的边界距数据。因此，该方法根据所得到的待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率直接查询预设模型-边界距查询图版库，也就可以快速地确定出待分析钻井的井眼所在地层层位的层边界的距离，这样有助于提高整个地层边界距离确定方法的效率。
为了构建上述模型-边界距查询图版库，本实施例中，该方法会根据根据随钻电磁波电阻率仪器测量量程和地层背景电阻率分布信息构建三层地层模型，随后再利用预设电磁波仪器测井响应模拟算法模拟三层地层模型中不同模型参数所对应的测井响应，得到模型-测井响应库。在得到模型-测井响应库后，该方法会根据测井响应与边界距之间的对应关系，将模型-测井响应库转换为模型-边界距查询图版库。本实施例中，在构建模型-边界距查询图版库的过程中，优选地根据测量效果选择测井质量较好、探测深度较深的电阻率曲线来合成边界计量信号。
例如，本实施例中，该方法可以以井眼轨迹所在地层层位以及上下围岩的电阻率为背景，构建模型-边界距查询图版库。例如，以随钻电磁波电阻率仪器SpeedSight-ResStd为例，仪器工作频率为2MHz和500KHz，电阻率测量量程为0.02Ω·m～2000Ω·m，根据常见地层电阻率变化范围，可以建立得到如下的模型-边界距查询图版库：
设置正演仿真模型-边界距查询图版库包含的仪器参数，例如：仪器半径7in、线圈半径6.75in、6发2收线圈结构、发射线圈距仪器中点距离分别15in、-15in、25in、-25in、45in、-45in，接收线圈间距6in；钻铤相对磁导率1，钻铤为良导体，仪器工作频率2MHz和500KHz；
设置正演仿真模型-边界距查询图版库包含的井眼尺寸8in～14in变化，步长间隔0.25in；泥浆电阻率0.02ohm.m～3ohm.m变化，步长间隔0.01ohm.m；
设置正演仿真模型-边界距查询图版库包含的地层参数电阻率0.1ohm.m～2000ohm.m变化，步长间隔0.1ohm.m；
设置层边界距变化0.1m～20m，步长间隔0.1m；
相对介电常数10。
本实施例中，该方法所构建得到的模型-边界距查询图版库的参数优选地包括：仪器数据、井径数据、泥浆电阻率数据、边界距数据以及地层电阻率数据，其中，地层模型库的参数按照指定维度顺序排列。例如，地层模型库中的参数可以按照井径数据-泥浆电阻率数据-边界距数据-地层电阻率数据的维度顺序排列，每一维度数据按增序排序。排序完成后，地层模型库的索引也就建立完成。
由于模型-边界距查询图版库存储有不同组的井径数据、泥浆电阻率数据、边界距数据、地层电阻率数据，因此该方法在得到待分析钻井的井眼所在地层层位及其围岩的地层电阻率后，结合实际施工数据(例如井径数据、泥浆电阻率数据等)也就可以确定出该组数据所对应的边界距数据，这样也就得到的待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离。
本实施例中，在得到待分析钻井的随钻仪器到井眼所在地层层位的层边界的距离后，该方法会将该结果以格式化的方式进行输出。具体地，本实施例中，该方法会将得到的随钻仪器到地层边界距离以指定的个数(该个数的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值)保存，并将得到的随钻仪器到地层边界距离显示在数据处理系统软件上，从而得到如图8所示的显示效果图。
从上述描述中可以看出，本发明所提供的确定随钻仪器到地层边界距离的方法借助随钻仪器数值仿真和测量值来确定边界计量信号，并利用图版法获得随钻仪器到地层边界距。该方法能够充分发挥随钻电磁波电阻率仪器探测深度深、测井曲线丰富的优势，借助反演与数值仿真技术手段，在不增加测井项目的情况下，能够从已有电阻率测量曲线中获得地层结构参数。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。
Claims (15)
1.一种确定随钻仪器到地层边界距离的方法，其特征在于，所述方法包括：
井眼所在地层确定步骤、获取待分析钻井的实测电阻率曲线，通过将所述待分析钻井的实测电阻率曲线与层化真电阻率模型进行对比，确定所述待分析钻井的井眼所在地层层位，并确定该地层层位及其上下围岩的地层电阻率；
地层边界距离确定步骤、根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号，利用所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述井眼所在地层确定步骤中，
对所述待分析钻井的实测电阻率曲线进行综合环境校正；
根据实测电阻率曲线的曲线活度，对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理；
将分段处理后的实测电阻率曲线与地层真电阻率模型进行对比，确定所述待分析钻井的井眼所在地层层位。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，利用图版法或经验公式法对所述待分析钻井的实测电阻率曲线进行综合环境校正。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对校正后的实测电阻率曲线进行分段处理的步骤包括：
确定校正后的实测电阻率曲线各位置处的曲线活度；
将所述曲线活度与预设曲线活度阈值进行比较，根据比较结果对校正后的实测电阻率曲线进行分层。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定所述曲线活度：
其中，E(d)表示d点的活度函数值，x(i)表示实测电阻率曲线在i点处的电阻率值，表示x(i)在区间[d-n,d+n]内的平均值，2n表示窗长。
6.如权利要求1～5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
层化真电阻率模型构建步骤，获取所述待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据，通过对所述邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行反演得到所述地层真电阻率模型。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述层化真电阻率模型构建步骤包括：
对所述待分析钻井的邻井和/或导眼井的电阻率测井数据进行预处理；
对预处理后的电阻率测井数据进行综合环境校正；
根据校正后的电阻率测井数据对所述邻井和/或导眼井的的电阻率测井曲线进行层化处理，得到方波化数据，构建得到层化模型；
建立最小残差目标函数，对所述层化模型进行逐段反演，确定所述层化模型中各地层的原状地层真电阻率，得到所述层化真电阻率模型。
8.如权利要求1～7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述地层边界距离确定步骤中，
固定所述待分析钻井的井眼所在地层层位的地层电阻率不变，利用预设电磁波仪器测井响应模拟算法模拟随钻电磁波仪器在同等环境下不同井眼倾角所对应的地层电阻率，得到模拟直井电阻率；
根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位及其上下围岩的地层电阻率和模拟直井电阻率确定所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设电磁波仪器测井响应模拟算法包括：
确定含有完全匹配层的三维电磁波散射问题的矢量边电场强度值；
根据所述矢量边电场强度值确定发射线圈在特定源距处的接收线圈所产生的感应电动势；
根据所述感应电动势确定所述接收线圈所对应的电阻率测量值。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，通过对包含共形完全匹配层的电磁波散射问题的矢量描述方程的泛函表达式进行求解，确定含有完全匹配层的三维电磁波散射问题的矢量边电场强度值。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述泛函表达式包括：
其中，F表示泛函表达式，Es表示电磁波散射场的电场强度，v表示求解区域，μr表示地层相对磁导率，εr表示地层相对介电常数，表示二阶微分算子，Es表示电磁波散射场的电场强度，表示对角张量，K0表示全局系数矩阵。
12.如权利要求8～11中任一项所述的方法，其特征在于，根据如下表达式确定所述边界计量信号：
其中，Peak表示边界计量信号，Ra|Dip＝θ表示井眼与地层界面法线夹角为θ时的地层电阻率，Ra|Dip＝0表示井眼与地层界面法线夹角为0时的地层电阻率。
13.如权利要求1～12中任一项所述的方法，其特征在于，在所述地层边界距离确定步骤中，基于边界计量信号-边界距查询图版库，利用所述待分析钻井的井眼所对应的边界计量信号确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
14.如权利要求1～13中任一项所述的方法，其特征在于，在所述地层边界距离确定步骤中，利用预设模型-边界距查询图版库，根据所述待分析钻井的井眼所在地层层位的上下围岩的地层电阻率确定所述待分析钻井的随钻仪器到所述井眼所在地层层位的层边界的距离。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，根据如下步骤构建模型-边界距查询图版库：
根据随钻电磁波电阻率仪器测量量程和地层背景电阻率分布信息构建三层地层模型，利用预设电磁波仪器测井响应模拟算法模拟所述三层地层模型中不同模型参数所对应的测井响应，得到模型-测井响应库；
根据测井响应与边界距之间的对应关系，将所述模型-测井响应库转换为模型-边界距查询图版库。
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| CN113803061A (zh) * | 2020-06-01 | 2021-12-17 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | 用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置 |
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