CN111550233A - 探测地层边界的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种探测地层边界的方法，其通过方位电阻率探边工具来实现，工具包括第一发射线圈、第二发射线圈、接收线圈和电控模块且集成在钻铤上，方法的步骤如下：划分为n个分扇区；电控模块分时驱动第一、第二发射线圈发射电磁波，并持续采集接收线圈上接收到的电磁波，经对比计算，得到幅度值和相位值，再结合传感器采集的方位数据，将幅度值和相位值统计到各自对应的分扇区内；对幅度值和相位值进行数据处理，并获得与地层边界和方位电阻率探边工具的距离及角度有直接相关性的参数。本发明中工具结构原理简单、实用性强且适用性广，探边方法科学合理、步骤简便，能够完全满足国内石油勘探钻井工程的需求。
Description
技术领域
本发明涉及石油勘探钻井工程领域，尤其是一种探测地层边界的方法。
背景技术
随着钻采技术进步，无线随钻测井仪器越来越多的现场应用，方位电阻率边界探测工具是近年来水平井随钻实时跟踪中急需的探边仪器,对水平井优化井眼轨迹、评价油水关系复杂的油气藏以及薄油层开发起到了积极的作用。目前国内的探边仪器及探边的方法在技术上尚不成熟，难以实现应用，严重制约了钻采技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种原理简单、设计合理、技术成熟且探边效果好的探测地层边界的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种探测地层边界的方法，所述方法通过方位电阻率探边工具来实现，所述方位电阻率探边工具包括第一发射线圈、第二发射线圈、接收线圈和电控模块；第一发射线圈和第二发射线圈上下对应地套装在钻铤的外壁上，且第一、第二发射线圈与钻铤同轴设置；接收线圈分为中轴线平行设置且彼此相连的第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈和第二接收线圈左右对称安装在钻铤的外壁两侧，且第一接收线圈和第二接收线圈的中轴线与钻铤的中轴线相垂直设置；第一发射线圈和第二发射线圈关于接收线圈上下对称设置；电控模块固接在钻铤的内壁或外壁上且分别与第一发射线圈、第二发射线圈和接收线圈电连接，电控模块用于驱动第一发射线圈和第二发射线圈发射电磁波，并采集接收线圈上接收到的电磁波，电控模块上还集成有测量实时工具面的传感器，以便于能实时确定接收线圈指向的方向；
所述方法包括以下步骤：
步骤S1、以钻铤的横截面为工具面并将该工具面沿其周向均匀划分为n个分扇区，对每个分扇区分别定义一用于区分的扇区号；
步骤S2、电控模块分时驱动第一发射线圈和第二发射线圈发射电磁波，并持续采集接收线圈上接收到的电磁波，将采集的电压波形与驱动的电压波形进行对比计算，得到第一发射线圈和第二发射线圈每个发射时点所对应的幅度值和相位值，再结合传感器采集的方位数据，将得到的幅度值和相位值统计到各自对应的分扇区内；
步骤S3、对各个分扇区内的幅度值和相位值进行数据处理，并获得与地层边界和方位电阻率探边工具的距离及角度有直接相关性的参数。
进一步地，所述步骤S3的具体过程如下：
步骤S31、首先分别将第一发射线圈和第二发射线圈所对应的幅度值和相位值转换成实部信号和虚部信号；
步骤S32、去除分扇区实部信号平均值和虚部信号平均值；
步骤S33、进行余弦曲线拟合并提取出关键参数；
步骤S34、对第一发射线圈和第二发射线圈进行对称补偿；
步骤S35、将处理后获得的初相角参数换算成与其对应的分扇区的扇区号，以便于存储和发送。
进一步地，在每个测量周期内，所述电控模块先驱动第一发射线圈发射电磁波至少2秒钟，再驱动第二发射线圈发射电磁波至少2秒钟。
进一步地，所述电控模块对第一发射线圈和第二发射线圈的驱动波形为固定幅值的400kHZ的正弦波。
进一步地，所述钻铤的外壁上上下对应形成有两个环形槽，并分别用于安装第一发射线圈、第二发射线圈；所述钻铤的外壁上关于其中轴线左右对称形成有两个凹槽，并分别用于安装第一接收线圈和第二接收线圈。
本发明的有益效果是：
本发明基于方位电阻率探边工具设计了一种全新的探边方法，其中方位电阻率探边工具结构原理简单、实用性强且适用性广，探边方法科学合理、步骤简便，能够完全满足国内石油勘探钻井工程的需求。
本发明可应用于随钻测井工具，实现实时探测地层边界功能，采用了电磁波探测技术，探测深度和适用性均优于现有的探边仪器。
本发明的应用对水平井优化井眼轨迹、评价油水关系复杂的油气藏以及薄油层开发起到了积极的作用。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为本发明中方位电阻率探边工具的主视图；
图2为本发明中方位电阻率探边工具的侧视图；
图3为本发明的流程图。
其中，1-第一发射线圈、2-第二发射线圈、3-接收线圈、4-电控模块、5-钻铤。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1和图2所示，本发明中的方位电阻率探边工具包括第一发射线圈1(以下简称“T1”)、第二发射线圈2(以下简称“T2”)、接收线圈3和电控模块4，T1、T2、接收线圈3和电控模块4集成安装在钻铤5上。
T1和T2与钻铤5同轴设置且上下对应地套装在钻铤5的外壁上，具体地，钻铤5的外壁上上下对应形成有两个环形槽，T1和T2一一对应地绕在两个环形槽内，之后可再通过两个环状盖板(图中未示)一一对应地扣装并锁定在两个环形槽上，以将T1和T2限位固定，其中两个环状盖板还开有若干个条形通孔。为了适应钻铤5的外壁，T1和T2均优选为圆形线圈。
接收线圈3包括第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈和第二接收线圈彼此相连且两者的中轴线相平行设置，第一接收线圈和第二接收线圈左右对称安装在钻铤5的外壁两侧，第一接收线圈和第二接收线圈的中轴线与钻铤5的中轴线相垂直设置，且T1和T2关于接收线圈3上下对称设置。具体地，钻铤5的外壁上关于其中轴线左右对称形成有两个凹槽，第一接收线圈和第二接收线圈各自缠绕在一安装板(图中未示)上，两个安装板均为弧形板并能够一一对应地匹配置入在钻铤5外壁上的两个凹槽内，之后可再通过两个弧状盖板(图中未示)一一对应地扣装并锁定在两个凹槽上，以将绕有第一接收线圈和第二接收线圈的两个安装板限位固定，其中，两个弧状盖板上还开有若干个条形通孔。另外，接收线圈3可以是矩形线圈或是圆形线圈。
电控模块4固接在钻铤5的外壁上且分别与T1、T2和接收线圈3电连接，电控模块用于驱动T1和T2发射电磁波，并采集接收线圈3上接收到的电磁波，电控模块4上还集成有测量实时工具面的传感器(优选为磁力计传感器)，以便于能实时确定接收线圈3指向的方向。
本发明中的方位电阻率探边工具特别适用于旋转工况，当钻铤5以大于30RPM的速度转动时，电控模块4驱动T1或T2发射电磁波2秒钟，可以扫描到整个圆周。通过检测接收线圈3上的电压信号，得到某一时点的幅度值和相位值。由于电控模块4集成了测量实时工具面的传感器，即使在旋转时也能实时确定侧向线圈3指向的角度，因此可以将该时点测量的幅度值和相位值对应到某一分扇区上。
如图3所示，本发明的探测地层边界的方法，具体步骤如下：
步骤S1：以钻铤5的横截面为工具面，将该工具面沿其周向均匀划分为16个分扇区，并对每个分扇区分别定义一个扇区号。
步骤S2：电控模块4分时驱动T1和T2发射电磁波，并持续采集接收线圈上接收到的电磁波，将采集的电压波形与驱动的电压波形进行对比计算，得到T1和T2每个发射时点所对应的幅度值和相位值，再结合传感器采集的方位数据，将得到的幅度值和相位值统计到各自对应的分扇区内。
其中，电控模块4对T1和T2的驱动时序为分时驱动，具体地，电控模块4先驱动T1发射电磁波至少2秒钟，再驱动T2发射电磁波至少2秒钟，以保证每个发射线圈均能够至少转动一圈并扫描到整个圆周。电控模块4对T1和T2的驱动波形为固定幅值的400kHZ的正弦波。
具体地，T1发射时点所对应的16分扇区的幅度值为T1RA_S1、T1RA_S2、T1RA_S3、......、T1RA_S16，相位值为T1RP_S1、T1RP_S2、T1RP_S3、......、T1RP_S16。T2发射时点所对应的16分扇区的幅度值为T2RA_S1、T2RA_S2、T2RA_S3、......、T2RA_S16，相位值为T2RP_S1、T2RP_S2、T2RP_S3、......、T2RP_S16。
这些数据受到地层倾角、噪声、采样漂移的影响，与地层边界距离和位置的关系相关性不高，因此需进行处理。
步骤S3：对各个分扇区内的幅度值和相位值进行数据处理，并获得与地层边界和方位电阻率探边工具的距离及角度有直接相关性的参数。
其中步骤S3的具体过程如下：
步骤S31：首先分别将T1和T2所对应的幅度值和相位值转换成实部信号和虚部信号。
T1_real_S(i)＝T1RA_S(i)*COS(T1RP_S(i))
T2_real_S(i)＝T2RA_S(i)*COS(T2RP_S(i))
T1_img_S(i)＝T1RA_S(i)*SIN(T1RP_S(i))
T2_img_S(i)＝T2RA_S(i)*SIN(T2RP_S(i))
步骤S32：再去除分扇区实部信号平均值和去除分扇区虚部信号平均值。
T1_Dreal_S(i)＝T1_Dreal_S(i)－average(T1_Dreal_S(1)，......，T1_Dreal_S(16))
T2_Dreal_S(i)＝T2_Dreal_S(i)－average(T2_Dreal_S(1)，......，T2_Dreal_S(16))
T1_Dimg_S(i)＝T1_Dimg_S(i)－average(T1_Dimg_S(1)，......，T1_Dimg_S(16))
T2_Dimg_S(i)＝T2_Dimg_S(i)－average(T2_Dimg_S(1)，......，T2_Dimg_S(16))
步骤S33：再进行余弦曲线拟合并提取出关键参数，利用如下程序计算：
按同样方法计算出T1_real_A、T1_real_φ、T1_img_A、T1_img_φ、T2_real_A、T2_real_φ、T2_img_A、T2_img_φ。
步骤S34：对T1和T2进行对称补偿，具体地，进行倾角补偿，对T1和T2发射时的接收信号进行平均，得到real_A、real_φ、img_A、img_φ。
real_A＝(T1_real_A+T2_real_A)/2
real_φ＝(T1_real_φ+T2_real_φ)/2
img_A＝(T1_img_A+T2_img_A)/2
img_φ＝(T1_img_φ+T2_img_φ)/2
步骤S35：将处理后获得的real_φ和img_φ参数换算成与其对应的分扇区的扇区号，以便于存储和发送。
本发明可应用于无线随钻测井仪器，通过主动激发电磁波对地层进行探测，通过特殊的方法对探测信号控制、采集和处理，以实现对地层边界的探测。探测边界的结果应用于地质导向施工中，可优化井眼轨迹在最富含油气资源的地层穿行，提高钻遇率、单井产量和钻井安全。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种探测地层边界的方法，其特征在于，所述方法通过方位电阻率探边工具来实现，所述方位电阻率探边工具包括第一发射线圈、第二发射线圈、接收线圈和电控模块；第一发射线圈和第二发射线圈上下对应地套装在钻铤的外壁上，且第一、第二发射线圈与钻铤同轴设置；接收线圈分为中轴线平行设置且彼此相连的第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈和第二接收线圈左右对称安装在钻铤的外壁两侧，且第一接收线圈和第二接收线圈的中轴线与钻铤的中轴线相垂直设置；第一发射线圈和第二发射线圈关于接收线圈上下对称设置；电控模块固接在钻铤上且分别与第一发射线圈、第二发射线圈和接收线圈电连接，电控模块用于驱动第一发射线圈和第二发射线圈发射电磁波，并采集接收线圈上接收到的电磁波，电控模块上还集成有测量实时工具面的传感器，以便于能实时确定接收线圈指向的方向；
所述方法包括以下步骤：
步骤S1、以钻铤的横截面为工具面并将该工具面沿其周向均匀划分为n个分扇区，对每个分扇区分别定义一用于区分的扇区号；
步骤S2、电控模块分时驱动第一发射线圈和第二发射线圈发射电磁波，并持续采集接收线圈上接收到的电磁波，将采集的电压波形与驱动的电压波形进行对比计算，得到第一发射线圈和第二发射线圈每个发射时点所对应的幅度值和相位值，再结合传感器采集的方位数据，将得到的幅度值和相位值统计到各自对应的分扇区内；
步骤S3、对各个分扇区内的幅度值和相位值进行数据处理，并获得与地层边界和方位电阻率探边工具的距离及角度有直接相关性的参数。
2.根据权利要求1所述的探测地层边界的方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程如下：
步骤S31、首先分别将第一发射线圈和第二发射线圈所对应的幅度值和相位值转换成实部信号和虚部信号；
步骤S32、去除分扇区实部信号平均值和虚部信号平均值；
步骤S33、进行余弦曲线拟合并提取出关键参数；
步骤S34、对第一发射线圈和第二发射线圈进行对称补偿；
步骤S35、将处理后获得的初相角参数换算成与其对应的分扇区的扇区号，以便于存储和发送。
3.根据权利要求1所述的探测地层边界的方法，其特征在于，在每个测量周期内，所述电控模块先驱动第一发射线圈发射电磁波至少2秒钟，再驱动第二发射线圈发射电磁波至少2秒钟。
4.根据权利要求1所述的探测地层边界的方法，其特征在于，所述电控模块对第一发射线圈和第二发射线圈的驱动波形为固定幅值的400kHZ的正弦波。
5.根据权利要求1所述的探测地层边界的方法，其特征在于，所述钻铤的外壁上上下对应形成有两个环形槽，并分别用于安装第一发射线圈、第二发射线圈；所述钻铤的外壁上关于其中轴线左右对称形成有两个凹槽，并分别用于安装第一接收线圈和第二接收线圈。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200818 |