CN112443315A - 一种磁声电成像测井方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁声电成像测井方法及其装置，利用布置在井孔中的静磁体在井周地层中产生静磁场，超声换能器向周围地层中的目标体激发声波，超声波激励目标体中的正负离子产生振动，在静磁场作用下，产生洛伦兹力，使得电荷分离，在目标体中形成随声波传播而变化的电流分布，电流密度变化会引起空间磁场变化，通过布置线圈，检测电压信号，电压信号反映地层中目标体的电导率特征。应用本发明方法的装置中，静磁体、超声换能器阵列和线圈置于井孔中。激励源激励超声换能器激发声信号，移动控制器控制超声换能器阵列的位置，线圈检测电压信号，经放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元、图像重建系统后，反映井周地层地质结构等信息。

Description

一种磁声电成像测井方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种磁声电成像测井方法及其装置。

背景技术

我国是世界上最大的能源消耗国，目前，勘探和开采无法满足实际需求，石油和天然气对外依存度持续增长，分别达72％和43％，给我国能源革命带来巨大挑战。随着常规油气资源的日渐减少，裂缝性油藏、页岩气等非常规油气资源成为现实的选择，推进非常规油气资源开发，是保障能源安全与国家安全的重要途径。裂缝是非常规油气储层储集空间及运移通道的重要组成部分。因此，无论是在地应力解释、识别断裂等地质构造、作用研究；裂缝性油气藏探明储量过程对油气裂缝储层特性评价；在压裂使得油气层形成裂缝的过程中，裂缝及流体监测以及压裂效果评价等方面，都需要能够对裂缝性地质结构及其中流体特性精准认识的先进技术，裂缝及周围流体介质的定量评价具有重要意义且面临着巨大挑战。

全球成像测井技术发展迅速，由于其对观测裂缝、各向异性、薄互层等复杂非均质地质剖面具有较强的适应能力，是当今世界测井技术的前沿，深受各国高度重视。为从根本上打破技术垄断，研究原创性成像测井方法，创建基于自主知识产权、不受制于人的原创性成像技术，意义重大而深远。

传统的成像测井技术主要有：微电阻率扫描成像测井(FMI)、超声成像测井和核磁共振成像测井，微电阻率扫描成像测井是目前应用效果最好的成像测井方法，其对过井壁裂缝反应灵敏，但其探测深度依然比较浅，对不过井壁裂缝识别效果不佳，对于井眼不规则时测量效果较差；超声成像测井在用于裸眼井探测时，几乎只对井壁粗糙度敏感，且受泥浆影响严重，多用于丼眼测量；核磁共振成像测井对流体性质识别有独特优势，但在裂缝性地层应用效果不明显。现有单一场成像测井技术只能提供井壁表面裂缝图像，亟需一种高分辨率、大探测深度、对“不过井壁裂缝”敏感的成像测井技术和仪器。

地层的碳酸盐岩、碎屑岩等结构都是含流体多孔介质，基于此，提出了一种原创性的电磁场与声场结合的测井新方法，磁声电成像测井方法。

与医学磁声电成像技术不同，磁声电成像测井的目标体环绕于激励检测周围，医学磁声电成像目标体位于激励检测怀抱之中，其不受井孔限制，目标体位于静磁体上方，超声探头一般与磁场方向垂直布置；结构上的变化决定了电磁场、声场耦合特性发生变化，磁场方向、声波激励方式、检测方式均不相同；从检测对象上看，医学磁声电成像检测对象为含电导率异常病变组织的生物组织，磁声电成像测井检测对象为含孔隙砂岩层及裂缝油气储层等。

作为一种新型成像测井技术，其利用电磁场与声场的耦合效应，继承了电成像测井和声成像测井对含油饱和度、裂缝储层同时敏感和分辨率高的优良基因，同时可探测不过井壁裂缝，探测井旁构造，提高探测深度，是一种对复杂裂缝储层探测更有效的电磁与超声结合的成像测井技术。

发明内容

本发明的目的是克服现有成像测井技术对不过井壁裂缝识别效果不佳、成像深度浅等不足，提出一种磁声电成像测井方法和测井装置，所述的测井方法应用电磁场与声场耦合成像技术，继承了电成像对裂缝敏感和超声成像分辨率高的优势，可通过井孔周围地层电导率分布反映地层特征，识别出不过井壁的井孔周围内部的裂缝，同时能够提高探测深度。

本发明利用布置在井孔中的静磁体在井周地层中产生静磁场，位于井孔中的超声换能器向周围地层中激发超声波，超声波激励地层目标体中的正负离子产生振动，在静磁场作用下，产生洛伦兹力，使得电荷分离，进而在地层目标体中形成随声波传播而变化的电流分布，电流密度变化会引起空间磁场变化，通过布置的线圈，感应到空间磁场变化产生感应电压，检测电压信号，根据电压信号与地层电导率之间的关系，电压信号反映地层中目标体的电导率特征，通过图像重建，反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息。

考虑到测井应用目标的特殊性，磁体、超声换能器阵列和线圈的布置方式是是否能有效接收信号的关键，需同时考虑井孔结构的影响，磁体、超声换能器阵列和线圈布置方向对信号检测的影响。静磁体产生的静磁场在井周地层沿井孔径向分布；受井孔尺寸的限制，超声换能器阵列沿井孔轴向排布；超声激励方向倾斜于井壁，作用于静磁体磁场分布的地层区域；则振动方向与静磁场垂直的声场分量和静磁场作用，产生电流分布，线圈布置于磁场和超声主要作用区域的井壁内侧。

应用本发明测井方法的测井装置主要包括激励源、超声换能器组成的超声换能器阵列、静磁体、移动控制器、线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统。超声换能器阵列、静磁体、线圈布置于井孔中，静磁场分布作用于井周地层，位于井孔中的超声换能器阵列在激励源的激励下激发声波信号，移动控制器控制超声换能器阵列移动，超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁场共同作用下产生电流分布，线圈贴放于井壁内侧，用于检测电压信号，放大器和滤波器用于对线圈检测到的电压信号进行放大和滤波处理，通过数据采集单元采集数据，通过数据处理单元对采集到的数据进行进一步的处理，最后由图像重建系统重建地层目标体图像。

本发明磁声电成像测井装置中，所述的激励源、超声换能器阵列和静磁体组成磁声电信号的激励系统，所述的线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统组成磁声电信号的检测系统。激励系统中，激励源的输出端连接超声换能器阵列的输入端，移动控制器连接超声换能器控制其移动，控制超声换能器在井孔中移动扫描，检测系统中，线圈贴放在井孔内壁，线圈连接放大器的输入端，放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理单元的输入端，数据处理单元的输出端连接图像重建系统的输入端；激励源施加与超声换能器阵列参数相匹配的脉冲信号，超声换能器产生声信号，声信号作用于井周地层，同时在静磁场作用下，在井周地层产生电流分布，由线圈测量井壁上的电压信息，将测量的电压信号输入给放大器，经放大器放大后将信号输出给滤波器，信号经滤波器滤波后输入给数据采集单元，通过数据采集单元采集数据，将采集的数据输入给数据处理单元，对采集到的数据进行进一步处理，最后由图像重建系统进行图像重建。

本发明所述的测井装置实现磁声电成像测井的过程如下：

静磁体布置方向以磁场在井周地层的为沿井孔径向分布为原则；受井孔尺寸的限制，超声换能器阵列沿井孔轴向排布；超声激励方向倾斜于井壁，作用于静磁体磁场分布的地层区域，则振动方向与静磁场垂直的声场分量和静磁场作用，产生电流分布，线圈布置于磁场和超声主要作用区域的井壁内侧上。

激励源激发脉冲信号激励超声换能器阵列产生声信号。

超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁体共同作用下产生电流分布。

贴放于井壁内侧的线圈检测电压，将线圈检测到的电压信号进行放大、滤波和数据采集及数据处理。

通过对携带目标体电导率信息的电压信号进行处理后，进行图像重建，图像可反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息等。

显然与微电阻率扫描成像测井不同，本发明不受地层中裂缝是否过井壁的影响；与超声成像不同，本发明磁声电成像测井的声信号只经过一次衰减，有利于提高探测深度和信号强度。磁声电成像测井与医学磁声电成像的不同之处在于，从结构上看，目标体与激励检测相对位置不同，医学成像目标处于激励检测怀抱之中，而测井成像目标体环绕于激励检测周围；结构上的变化决定了电磁场、声场耦合特性发生变化，磁场方向、声波激励方式、检测方式均不相同；从检测对象上看，医学磁声电成像检测对象为含电导率异常病变组织的生物组织，磁声电成像测井检测对象为含孔隙砂岩层及裂缝油气储层等。

附图说明

图1本发明磁声电成像测井装置框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明利用布置在井孔中的静磁体在井周地层中产生静磁场，位于井孔中的超声换能器向周围地层中激发超声波，超声波激励地层目标体中的正负离子产生振动，在静磁场作用下，产生洛伦兹力，使得电荷分离，进而在地层目标体中形成随声波传播而变化的电流分布，电流密度变化会引起空间磁场变化，通过布置线圈，感应到空间磁场变化产生感应电压，检测电压信号，根据电压信号与地层电导率之间的关系，电压信号反映地层中目标体的电导率特征，通过图像重建，反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息。

如图1所示，所述的磁声电成像测井装置主要包括激励源、超声换能器组成的超声换能器阵列、静磁体、移动控制器、线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统。超声换能器阵列、静磁体、线圈布置于井孔中，静磁场分布作用于井周地层，位于井孔中的超声换能器阵列在激励源的激励下激发声波信号，移动控制器控制超声换能器阵列移动，超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁场共同作用下产生电流分布，线圈贴放于井壁内侧，用于检测电压信号，放大器和滤波器用于对线圈检测到的电压信号进行放大和滤波处理，通过数据采集单元采集数据，通过数据处理单元对采集到的数据进行进一步的处理，最后由图像重建系统重建地层目标体图像。

考虑到测井应用目标的特殊性，磁体、超声换能器阵列和线圈的布置方式是是否能有效接收信号的关键，需同时考虑井孔结构的影响，以及磁体、超声换能器和线圈布置方向对信号检测的影响。超声换能器在井孔中倾斜放置，超声信号作用至静磁场分布区域，线圈贴放于井壁内侧。为了更有效地激励磁声电信号，静磁体布置方向以磁场在井周地层的沿井孔径向分布为原则；受井孔尺寸的限制，超声换能器阵列沿井孔轴向排布，超声激励方向倾斜于井壁，作用于静磁体磁场分布的地层区域，则振动方向与静磁场垂直的声场分量和静磁场作用，产生电流分布，线圈布置于磁场和超声主要作用区域的井壁内侧。

本发明磁声电成像测井装置中，所述的激励源、超声换能器阵列和静磁体组成磁声电信号的激励系统，所述的线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统组成磁声电信号的检测系统。激励系统中，激励源的输出端连接超声换能器阵列的输入端，移动控制器连接超声换能器控制其移动，控制超声换能器在井孔中移动扫描；检测系统中，线圈贴放在井孔内壁，线圈连接放大器的输入端，放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理单元的输入端，数据处理单元的输出端连接图像重建系统的输入端，；激励源施加与超声换能器阵列参数相匹配的脉冲信号，超声换能器产生声信号，声信号作用于井周地层，同时在静磁场作用下，在井周地层产生电流分布，由线圈测量井壁上的电压信息，将测量的电压信号输入给放大器，经放大器放大后将信号输出给滤波器，信号经滤波器滤波后输入给数据采集单元，通过数据采集单元采集数据，将采集的数据输入给数据处理单元，对采集到的数据进行进一步处理，最后由图像重建系统进行图像重建。

本发明所述的测井装置实现磁声电成像测井的过程如下：

激励源激发脉冲信号激励超声换能器阵列产生声信号；

超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁体共同作用下产生电流分布；

贴放于井壁内侧的线圈检测电压，将线圈检测到的电压信号进行放大、滤波和数据采集及数据处理；

通过对携带目标体电导率信息的电压信号进行处理后，进行图像重建，图像可反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息等。

Claims (4)

1.一种磁声电成像测井方法，其特征在于：利用布置在井孔中的静磁体在井周地层中产生静磁场，位于井孔中的超声换能器向周围地层中激发超声波，超声波激励地层目标体产生振动，在静磁场作用下，产生洛伦兹力，进而在地层目标体中形成随声波传播而变化的电流分布，电流密度变化会引起空间磁场变化；通过布置与井孔内的线圈，感应到空间磁场变化产生感应电压，检测电压信号，根据电压信号与地层电导率之间的关系，通过图像重建，反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息。

2.应用权利要求1所述的方法的磁声电成像测井装置，其特征在于：所述的磁声电成像测井装置包括激励源、超声换能器组成的超声换能器阵列、静磁体、移动控制器、线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统；超声换能器阵列、静磁体和线圈布置于井孔中，静磁体磁场分布作用于井周地层，位于井孔中的超声换能器阵列在激励源的激励下激发声波信号，移动控制器控制超声换能器阵列移动，超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁场共同作用下产生电流分布；线圈贴放于井壁内侧，用于检测电压信号，放大器和滤波器用于对线圈检测到的电压信号进行放大和滤波处理，通过数据采集单元采集数据，通过数据处理单元对采集到的数据进行进一步的处理，最后由图像重建系统重建地层目标体图像。

3.如权利要求2所述的磁声电成像测井装置，其特征在于：所述的激励源、超声换能器阵列和静磁体组成磁声电信号的激励系统，所述的线圈、放大器、滤波器、数据采集单元、数据处理单元和图像重建系统组成磁声电信号的检测系统；激励系统中，激励源的输出端连接超声换能器阵列的输入端，移动控制器连接超声换能器，控制其在井孔中移动扫描；检测系统中，线圈贴放在井孔内壁，线圈连接放大器的输入端，放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接数据采集单元的输入端，数据采集单元的输出端连接数据处理单元的输入端，数据处理单元的输出端连接图像重建系统的输入端；激励源施加与超声换能器阵列参数相匹配的脉冲信号，超声换能器产生声信号，声信号作用于井周地层，同时在静磁场作用下，在井周地层产生电流分布，由线圈测量井壁上的电压信息，将测量的电压信号输入给放大器，经放大器放大后将信号输出给滤波器，信号经滤波器滤波后输入给数据采集单元，通过数据采集单元采集数据，将采集的数据输入给数据处理单元，对采集到的数据进行进一步处理，最后由图像重建系统进行图像重建。

4.根据权利要求2所述的磁声电成像测井装置，其特征在于：所述的测井装置实现磁声电成像测井的过程如下：

为了更有效地激励磁声电信号，静磁体产生的静磁场在井周地层为沿井孔径向分布；受井孔尺寸的限制，超声换能器阵列沿井孔轴向排布，超声激励方向倾斜于井壁，作用于静磁体磁场分布的地层区域，则振动方向与静磁场垂直的声场分量和静磁场作用，产生电流分布，线圈布置于磁场和超声主要作用区域的井壁内侧上；

激励源激发脉冲信号激励超声换能器阵列产生声信号；

超声换能器阵列产生的声信号作用于地层，在静磁体共同作用下产生电流分布；

由贴放于井壁内侧的线圈检测电压，将线圈检测到的电压信号进行放大、滤波和数据采集及数据处理；

通过对携带目标体电导率信息的电压信号进行处理后，进行图像重建，图像可反映井周地层地质结构、地质裂缝信息，以及地层裂缝中的油、气信息。

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