CN112904433A - 瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法：发射线圈和接收线圈连接，测井时整体沿井轴运动；每组接收线圈对称设置于发射线圈上下两侧，每组接收线圈均获得相同的瞬变电磁响应波形；将任一组接收线圈接收到的两个形状相同的瞬变电磁响应波形输入差分放大器，获得响应差波形；将不同地层每个响应差波形峰值取出，得到峰值随深度变化曲线；或将每个响应差波形峰值附近响应取绝对值并叠加，得到峰值随深度变化曲线；对响应差波形的峰值或叠加的绝对值进行刻度；依据套管井地层的几何因子差对刻度之后的峰值随深度变化曲线建模，经反卷积处理后获得地层电导率；每组接收线圈接收的波形均重复上述过程，得到不同源距测量的地层电导率。

Description

瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法
技术领域
本发明涉及一种电阻率测井方法，更具体的说，是涉及一种瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法。
背景技术
瞬变电磁测井响应波形中有很大的信号是无用信号，与地层电导率无关。在套管井内，用线圈激发时，套管井内的响应也是一样，套管的响应幅度很大，占据了波形的主要成分，地层电导率所占据的部分很小，只有千分之一，相差3个数量级。在实际测井过程中，测井波形的形状除了在经过套管接箍时有变化外，基本上没有变化。
发明内容
为了将地层的信号直接进行测量，根据线圈激发的瞬变电磁测量原理：套管井内接收线圈中心有磁力线穿过，接收线圈有感应电动势；套管井内发射线圈上、下两端磁场分布一致，接收到的响应相同。本发明提出一种瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法。我们设计了这样的测量方法和对应的线圈结构以及线路连接方式。本方法解决了实际测量时无用信号幅度大，有用信号幅度小，淹没在噪声信号之中的问题。将无用信号直接在前置放大器处抵消，仅仅将有用信号的差直接放大，采集到的这个差值信号是地层电导率差异所引起的，实现了直接对电导率差的测量。使得无用信号的影响被消除，无用信号浪费的宝贵的采集精度得以有效利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，包括以下步骤：
步骤一，将发射线圈和接收线圈沿同轴线硬连接在一起，仪器整体沿井轴放置于待测套管井中，测井时仪器整体沿井轴运动；所述接收线圈两两为一组，每组接收线圈均对称设置于发射线圈上下两侧，每组接收线圈在空气中或均匀模型中均获得相同的瞬变电磁响应波形；
步骤二，将任意一组接收线圈接收到的两个形状相同包含发射线圈上下不同地层电导率信息的瞬变电磁响应波形分别输入到差分放大器的两个差分输入端，经过差分放大器相减以后获得发射线圈上下不同地层产生的涡流再次激发信号的差，即响应差波形；
步骤三，仪器运动过程中，将不同地层的每个响应差波形的峰值取出，得到峰值随深度变化的曲线；或者将每个响应差波形峰值附近的响应取绝对值并叠加，得到叠加的绝对值随深度变化的曲线；
步骤四，用刻度装置对响应差波形的峰值或者叠加的绝对值进行刻度；
步骤五，依据套管井地层的几何因子差对刻度之后的峰值随深度变化曲线建模，经过反卷积处理以后获得地层的电导率；
从响应差波形获得的峰值随深度变化曲线对应于上、下两个接收线圈所对应的几何因子的差与地层电导率的卷积，在发射线圈中心所在位置的地层其几何因子为0，以该位置为反向对称点，几何因子反向对称；
步骤六，对其余每组接收线圈接收的波形均按照步骤二至步骤五过程进行处理，得到不同源距测量的地层电导率。
步骤一中所述接收线圈的圈数和结构均相同。
步骤二中所述差分放大器的数量等于接收线圈的组数。
步骤四中所述刻度装置由套管和套管外介质组成，在套管内放置发射线圈和接收线圈，套管外介质以发射线圈的中点为分界点，两侧用不同电导率的介质组成。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
本发明是在原有的仪器测量结果的基础上，经过反复实验和思考以后形成的方法创新和仪器结构和电路连接的创新。三者相互结合解决了瞬变电磁测井过程中无用信号远远大于有用信号的问题，将采集的硬件资源直接用到了对地层电导率信息的采集上，极大地提高了采集有用信号的精度和地层电导率测量的精度。所付出的代价是只能够测量到发射线圈上下地层电导率所引起的响应差，从测量的响应差处理出地层电导率曲线需要借助于套管井的纵向微分几何因子和反卷积方法。这些已经在我们发表的论文中给予了清楚地表述，套管井的纵向微分几何因子可以从套管接箍处的响应获得，借助于套管接箍响应，还可以获得套管井地层的几何因子。
注意所接收到的波形是套管井几何因子相减后的几何因子的差与地层电导率的卷积。
附图说明
图1是发射和接收线圈的对称结构示意图；
图2是差分放大器作为前置放大器以及信号的接法示意图；
图3是单个源距的两个波形处理流程示意图。
附图标记：1-发射线圈；2-第二个源距的接收线圈；3-第一个源距的接收线圈；4-第一个源距接收线圈的对称接收线圈；5-第二个源距接收线圈的对称接收线圈；6-第一个源距接收线圈的接收波形；7-第一个源距接收线圈的对称线圈的接收波形；8-差分放大器或者差分输入仪表放大器；9-输出信号(6、7两者相减以后的信号)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，包括以下步骤：
步骤一，将发射线圈和多组接收线圈沿同轴线硬连接在一起，仪器整体沿井轴放置于待测套管井中，测井时仪器整体沿井轴运动。如图1所示，所述接收线圈两两为一组，每组接收线圈均对称设置于发射线圈上下两侧，每组接收线圈在空气中或均匀模型中均获得相同的瞬变电磁响应波形。每组中的两个接收线圈以发射线圈中心为对称点，圈数和结构一致，所接收到的响应波形一致，完全重合(在无限大均匀介质中)。
步骤二，如图2所示，将任意一组接收线圈接收到的两个形状相同包含发射线圈上下不同地层电导率信息的瞬变电磁响应波形分别输入到差分放大器的两个差分输入端，经过差分放大器相减以后获得发射线圈上下不同地层产生的涡流再次激发信号的差，即响应差波形。其中，所述差分放大器的数量等于接收线圈的组数，即一个差分放大器对应一组接收线圈。所述差分放大器也可以换成差分输入仪表放大器。
步骤三，仪器运动过程中，可以将不同地层的每个响应差波形的峰值取出，得到峰值随深度变化的曲线；也可以将每个响应差波形峰值周围不同时刻的响应值取出，取绝对值以后叠加在一起，得到叠加的绝对值随深度变化的曲线。本步骤得到的曲线，单位为电压。
步骤四，如图3所示，用刻度装置对响应差波形的峰值或者叠加的绝对值进行刻度，刻度后实际上是电导率差曲线，单位为S/m。其中，所述刻度装置由套管和套管外介质组成，在套管内放置发射线圈和接收线圈，套管外介质以发射线圈的中点为分界点，两侧用不同电导率的介质组成。
步骤五，依据套管井地层的几何因子差对刻度之后的峰值随深度变化曲线建模，经过反卷积处理以后获得地层的电导率。
从响应差波形获得的峰值随深度变化曲线对应于上、下两个接收线圈所对应的几何因子的差与地层电导率的卷积，在发射线圈中心所在位置的地层其几何因子为0，以该位置为反向对称点，几何因子反向对称。对于无限大均匀介质或厚度很大的均匀地层，响应差为0。相当于测量到的是发射线圈上下位置地层电导率引起的响应的差异。
步骤六，对其余每组接收线圈接收的波形均按照步骤二至步骤五过程进行处理，得到不同源距测量的地层电导率。
未按本发明中接收线圈和发射线圈的布置方式制作的套管井瞬变电磁电导率测井仪器已经在现场实验，分别取得了5.5英尺和7英寸套管的实际测量资料。在现场测量过程中，测量波形基本上不随地层改变，主要是套管的响应。
为此详细研究了瞬变电磁场在套管井内的响应过程。理论计算结果发现：套管井内的发射线圈激发的瞬变电磁能量在发射线圈位置可以动态地穿过套管，之后在地层中快速扩散，同时套管金属内部存在着与地层响应耦合的响应(类似于声波的侧面波)，随着时间的增加，这些耦合响应逐渐又回到套管内壁并进入井内液体，即瞬变电磁能量还可以从套管外壁再反射回井内液体中。反射回井内液体中的响应和瞬变电磁能量以发射线圈为中心，对称地分布于发射线圈上下，在上下对称的位置会激发出完全相同的响应波形。这两个波形是套管的响应，其形状和幅度受套管参数影响大，还分别包含了发射线圈上、下的地层涡流再次激发的响应，该响应与地层电导率成正比。当遇到界面时，这两个波形中的地层涡流再次激发响应会随着靠近或离开地层界面而产生变化，携带不同位置的地层电导率信息。由于这两个波形中套管的响应部分形状相同，借助于瞬变电磁场在无限大介质响应的级数展开发现，无用信号的响应是确定的，只与源距有关。这样便设计了距离发射线圈上下源距相同的接收线圈，以便获得相同的无用信号。在实验室还发现，直接将两个无用信号串联在一起获得的响应并不是响应的差，而是在激发位置的一个冲击，不能像正弦激发那样相互抵消，因此采用了差分仪表放大器进行实验，消除了冲击获得了响应差的波形。这样，从实际测量到原理研究再到原理实验，最终确立了对称接收的线圈结构。在发射线圈的上、下对称位置放置相同圈数和结构的接收线圈，在空气中接收到相同的波形。
将两个相同的波形输入到差分放大器的两个输入端，输出为0，调整放大倍数，使得地层改变时该线圈结构所测量的输出电压达到比较大的数值。刻度方法是用模型装置在发射线圈的两侧制作不同地层电导率的地层，用已知地层的电导率差对响应差波形的幅度进行刻度。
对于已经测量的响应差波形，提取其峰值，形成峰值随深度变化的曲线，用接箍处生成的套管井的几何因子进行反卷积即得地层的电导率。
也可以用测量的响应差波形峰值附近的响应波形取绝对值后叠加生成峰值随深度变化的曲线，对该曲线用接箍处生成的套管井的几何因子进行反卷积得到地层的电导率。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将发射线圈和接收线圈沿同轴线硬连接在一起，仪器整体沿井轴放置于待测套管井中，测井时仪器整体沿井轴运动；所述接收线圈两两为一组，每组接收线圈均对称设置于发射线圈上下两侧，每组接收线圈在空气中或均匀模型中均获得相同的瞬变电磁响应波形；
步骤二，将任意一组接收线圈接收到的两个形状相同包含发射线圈上下不同地层电导率信息的瞬变电磁响应波形分别输入到差分放大器的两个差分输入端，经过差分放大器相减以后获得发射线圈上下不同地层产生的涡流再次激发信号的差，即响应差波形；
步骤三，仪器运动过程中，将不同地层的每个响应差波形的峰值取出，得到峰值随深度变化的曲线；或者将每个响应差波形峰值附近的响应取绝对值并叠加，得到叠加的绝对值随深度变化的曲线；
步骤四，用刻度装置对响应差波形的峰值或者叠加的绝对值进行刻度；
步骤五，依据套管井地层的几何因子差对刻度之后的峰值随深度变化曲线建模，经过反卷积处理以后获得地层的电导率；
从响应差波形获得的峰值随深度变化曲线对应于上、下两个接收线圈所对应的几何因子的差与地层电导率的卷积，在发射线圈中心所在位置的地层其几何因子为0，以该位置为反向对称点，几何因子反向对称；
步骤六，对其余每组接收线圈接收的波形均按照步骤二至步骤五过程进行处理，得到不同源距测量的地层电导率。
2.根据权利要求1所述的瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，其特征在于，步骤一中所述接收线圈的圈数和结构均相同。
3.根据权利要求1所述的瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，其特征在于，步骤二中所述差分放大器的数量等于接收线圈的组数。
4.根据权利要求1所述的瞬变电磁对称结构的过套管电阻率测井方法，其特征在于，步骤四中所述刻度装置由套管和套管外介质组成，在套管内放置发射线圈和接收线圈，套管外介质以发射线圈的中点为分界点，两侧用不同电导率的介质组成。
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