CN113359199B - 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法 - Google Patents

一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113359199B
CN113359199B CN202110769989.2A CN202110769989A CN113359199B CN 113359199 B CN113359199 B CN 113359199B CN 202110769989 A CN202110769989 A CN 202110769989A CN 113359199 B CN113359199 B CN 113359199B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
measured
resistivity
excitation
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110769989.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113359199A (zh
Inventor
徐立军
索鹏
孙江涛
孙世杰
谢跃东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202110769989.2A priority Critical patent/CN113359199B/zh
Publication of CN113359199A publication Critical patent/CN113359199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113359199B publication Critical patent/CN113359199B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
    • G01V3/28—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device using induction coils
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00—Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/38—Processing data, e.g. for analysis, for interpretation, for correction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

Abstract

本发明公开了一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，属于随钻测井技术领域。首先将钻铤天线阵列及近钻头天线系中的发射线圈设置为二维线圈，并对其施加激励信号，对被测地质空间进行多角度定向激励扫描。被测地质空间中导磁物质感应产生的磁场、导电物质感应产生的涡流均与激励磁场发生电磁感应，然后利用钻铤天线阵列及近钻头天线系中的接收线圈对电磁感应后的磁场信号进行采集，并将磁场信号转换成电压信号。最后将电压信号转成数字信号，解算出电压信号的幅度衰减和相位差进行处理，解算出被测空间的电阻率分布，进而推算出被测地质空间内三维地质的结构分布。本发明提高了成像的分辨率，增强了被测空间内测量信息的完整性。

Description

一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法
技术领域
本发明属于随钻测井技术领域，具体是一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，用于钻井过程中对井下地质空间的三维精确成像。
背景技术
在油气资源的勘探与开发过程中，为获取精确的地层地质信息，需测量电阻率、自然伽马、中子孔隙度、光电吸收指数以及声波等多种工程参数，而电阻率是区分油、气、水三种介质的重要电学参数，为评价油气藏含水(油)饱和度提供了主要依据，因此测量电阻率在后续的地质决策、钻井优化和储层评价等方面具有重要意义。
随着油气资源的不断开发，大斜度井和水平井等常规油气藏已开采殆尽，困难和边缘油气藏，油层更薄、规模更小、裂缝油藏和物性差的油藏逐渐成为油气勘探开发的新方向，由于这些油藏的地质状况复杂，传统的随钻电阻率测量方法只能提供二维定性分布，导致地层地质信息获取不完全，油气钻遇率低等不足，无法满足复杂油气资源勘探开发的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明融合了聚焦磁场扫描和开域层析成像两项关键技术，将传统测量方法得出的二维定性分布提升为真正的三维成像，提高了被测地质空间的分辨率，丰富了被测地质空间的信息量，为后续地质决策、钻井优化和储层评价等提供重要的理论依据。
具体步骤如下：
步骤一、将钻铤天线阵列及近钻头天线系中的发射线圈均设置为二维线圈，对二维发射线圈施加两路相位关系满足0<|Φ2-Φ1|≤90°的激励信号，结合钻铤自身的旋转产生三维聚焦磁场，对被测地质空间进行多角度定向激励扫描。
Φ1、Φ2分别表示两路激励信号的相位。
步骤二、在三维聚焦磁场激励下，被测地质空间中导磁物质感应产生的磁场、导电物质感应产生的涡流均与激励磁场发生电磁感应；
步骤三、利用钻铤天线阵列及近钻头天线系中的接收线圈对电磁感应后的磁场信号进行采集，并将磁场信号转换成电压信号。
电磁感应是指线圈中磁通量的变化(磁场信号)产生感应电动势(电压信号)。
步骤四、利用AD转换电路将电压信号转成数字信号，利用数值计算法解算出电压信号的幅度衰减和相位差；
幅度衰减EAtt公式如下：
Figure BDA0003150645480000021
其中，V1和V2分别是两个接收线圈测得的感应电动势；
Figure BDA0003150645480000022
A1和A2分别是两个感应电动势的幅度；
Figure BDA0003150645480000023
和
Figure BDA0003150645480000024
分别是两个感应电动势的相位；
相位差
Figure BDA0003150645480000025
计算公式如下：
Figure BDA0003150645480000026
步骤五、基于开域层析成像法对电压信号的幅度衰减和相位差进行处理，解算出被测空间的电阻率分布，进而推算出被测地质空间内三维地质的结构分布。
具体过程如下：
步骤501、在被测区域内构建虚拟边界，在虚拟边界上假设零边界约束，对被测区域依次进行有限元剖分和离散化处理；
步骤502、根据被测区域内不同的激励角度和位置，得到不同的灵敏度矩阵和相应的实际测量值；
步骤503、将多角度激励扫描得到的若干灵敏度矩阵合成被测区域的总灵敏度矩阵，将若干实际测量值合成被测区域的总测量值；
步骤504、利用主成分 分析法对总灵敏度矩阵和总测量值矩阵进行数据降维处理；
步骤505、利用降维处理后的总灵敏度矩阵S和总测量值矩阵U，对被测空间内所有离散化单元的电阻率进行求解；
U＝SG
G为被测空间的电阻率模型参数矩阵，对该矩阵进行不断的迭代和修正，得到最终求解的电阻率矩阵。
步骤506、利用色度图对各离散化单元的电阻率结果进行显示，从而实现对井下地质空间的三维精确成像。
本发明的优点在于：
1)、一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，采用磁场旋转扫描技术对被测地质空间进行激励，改变了传统单线圈单一角度定向激励的模式，实现了多角度定向激励扫描；一方面提升了被测空间内从不同方向上采集的测量信号均具有较高的信噪比，进而提高后续成像的分辨率；另一方面增强了被测空间内测量信息的完整性，为后续开域层析成像及直接三维图像重建提供丰富的测量数据。
2)、一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，采用开域层析成像技术对被测数据进行数据处理，突破了层析成像技术对传感器阵列几何结构及分布的要求，扩大了被测区域的范围，为层析成像技术能在更多工业领域应用奠定了理论基础。
附图说明
图1为本发明的一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法整体流程图；
图2为本发明开域层析成像法解算出电阻率的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明的实施方式做详细、清楚的描述。
本发明一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，与传统的单线圈激励方式不同，本方法主要基于聚焦磁场理论，提出磁场旋转扫描的激励方式，融合了磁场旋转扫描和开域层析成像两项关键技术，克服了传统方法获取有效数据量少和成像分辨率低的不足。
如图1所示，具体步骤如下：
步骤一、将钻铤天线阵列及近钻头天线系中的发射线圈均设置为二维线圈，对二维发射线圈施加两路相位关系满足0<|Φ2-Φ1|≤90°的激励信号，结合钻铤自身的旋转产生三维聚焦磁场，对被测地质空间进行多角度定向激励扫描。
Φ1、Φ2分别表示两路激励信号的相位。激励磁场的场强相对稳定、方向发生周期性旋转，从而对不同角度的地质环境进行定向激励扫描，在不同频率激励信号的作用下，实现对地质空间不同深度的测量。
步骤二、在三维聚焦磁场激励下，被测地质空间中导磁物质感应产生的磁场、导电物质感应产生的涡流均与激励磁场发生电磁感应；
在聚焦磁场激励下，根据电磁感应原理，被测地质空间中导磁物质感应产生的磁场、导电物质感应产生的涡流均与激励信号产生的激励磁场发生调制作用，结果将会对被测空间周围的接收线圈上的测量信号的相位和幅值产生影响。通过采集不同频率、角度激励下接收线圈中的电压信号，从而得到整个被测空间中的物场调制信息。被测空间中地质结构的差异表现在岩石孔隙率和电导率的不同，因此物场调制信息包含了被测空间内地质结构的差异，通过对调制信息的解调得出被测空间内地质结构分布信息。
步骤三、利用钻铤天线阵列及近钻头天线系中的接收线圈对电磁感应后的磁场信号进行采集，并将磁场信号转换成电压信号。
电磁感应是指线圈中磁通量的变化(磁场信号)产生感应电动势(电压信号)。
步骤四、利用AD转换电路将电压信号转成数字信号，利用数值计算法解算出电压信号的幅度衰减和相位差；
信号解调是从电压信号中提取幅值和相位信息的过程，是随钻电阻率测量方法中的关键环节之一，本方法中采用数字解调方式，具体方案是：
由高速模数转换器对被测电压信号进行采样，然后利用高性能数字信号处理器件通过数值计算的方法解调出被测信号的幅值和相位信息。与模拟解调相比，数字解调具有速度更快、性能更加稳定、性价比高等优点。
幅度衰减EAtt公式如下：
Figure BDA0003150645480000041
其中，V1和V2分别是两个接收线圈测得的感应电动势；
Figure BDA0003150645480000042
A1和A2分别是两个感应电动势的幅度；
Figure BDA0003150645480000043
和
Figure BDA0003150645480000044
分别是两个感应电动势的相位；
相位差
Figure BDA0003150645480000045
计算公式如下：
Figure BDA0003150645480000046
步骤五、基于开域层析成像法对电压信号的幅度衰减和相位差进行处理，解算出被测空间的电阻率分布，进而推算出被测地质空间内三维地质的结构分布。
基于开域层析成像算法，同时融合图像重建等多种其它算法，完成对被测信号的数据处理，从而实现对被测地质空间的三维精确重建。如图2所示，具体过程如下：
步骤501、在被测区域内构建虚拟边界，在虚拟边界上假设零边界约束，对被测区域依次进行有限元剖分和离散化处理；
步骤502、根据被测区域内不同的激励角度和位置，得到不同的灵敏度矩阵和相应的实际测量值；
步骤503、将多角度激励扫描得到的若干灵敏度矩阵合成被测区域的总灵敏度矩阵，将若干实际测量值合成被测区域的总测量值；
步骤504、利用主成分 分析法对总灵敏度矩阵和总测量值矩阵进行数据降维处理；
由于多角度扫描存在被测区域重叠问题，因此不同灵敏度矩阵和实际测量值都将存在信息冗余，利用主成分 分析等方法对总灵敏度矩阵和总测量值矩阵进行数据降维处理，从而减少数据之间的信息冗余，提高了成像速率和数据计算效率；
步骤505、利用降维处理后的总灵敏度矩阵S和总测量值矩阵U，对被测空间内所有离散化单元的电阻率进行求解；
U＝SG
G为被测空间的电阻率模型参数矩阵，对该矩阵进行不断的迭代和修正，得到最终求解的电阻率矩阵。
步骤506、利用色度图对各离散化单元的电阻率结果进行显示，从而实现对井下地质空间的三维精确成像。

Claims (3)

1.一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、将钻铤天线阵列及近钻头天线系中的发射线圈均设置为二维线圈，对二维发射线圈施加两路相位关系满足0<|Φ2-Φ1|≤90°的激励信号，结合钻铤自身的旋转产生三维聚焦磁场，对被测地质空间进行多角度定向激励扫描；
Φ1、Φ2分别表示两路激励信号的相位；
步骤二、在三维聚焦磁场激励下，被测地质空间中导磁物质感应产生的磁场、导电物质感应产生的涡流均与激励磁场发生电磁感应；
步骤三、利用钻铤天线阵列及近钻头天线系中的接收线圈对电磁感应后的磁场信号进行采集，并将磁场信号转换成电压信号；
步骤四、利用AD转换电路将电压信号转成数字信号，利用数值计算法解算出电压信号的幅度衰减和相位差；
步骤五、基于开域层析成像法对电压信号的幅度衰减和相位差进行处理，解算出被测空间的电阻率分布，进而推算出被测地质空间内三维地质的结构分布；
具体过程如下：
步骤501、在被测区域内构建虚拟边界，在虚拟边界上假设零边界约束，对被测区域依次进行有限元剖分和离散化处理；
步骤502、根据被测区域内不同的激励角度和位置，得到不同的灵敏度矩阵和相应的实际测量值；
步骤503、将多角度激励扫描得到的若干灵敏度矩阵合成被测区域的总灵敏度矩阵，将若干实际测量值合成被测区域的总测量值；
步骤504、利用主成分 分析法对总灵敏度矩阵和总测量值矩阵进行数据降维处理；
步骤505、利用降维处理后的总灵敏度矩阵S和总测量值矩阵U，对被测空间内所有离散化单元的电阻率进行求解；
U＝SG
G为被测空间的电阻率模型参数矩阵，对该矩阵进行不断的迭代和修正，得到最终求解的电阻率矩阵；
步骤506、利用色度图对各离散化单元的电阻率结果进行显示，从而实现对井下地质空间的三维精确成像。
2.如权利要求1所述的一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，其特征在于，步骤三中所述的电磁感应是指线圈中磁通量的变化产生感应电动势。
3.如权利要求1所述的一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法，其特征在于，所述的步骤四中，幅度衰减EAtt公式如下：
Figure FDA0003150645470000021
其中，V1和V2分别是两个接收线圈测得的感应电动势；
Figure FDA0003150645470000022
A1和A2分别是两个感应电动势的幅度；
Figure FDA0003150645470000023
和
Figure FDA0003150645470000024
分别是两个感应电动势的相位；
相位差
Figure FDA0003150645470000025
计算公式如下：
Figure FDA0003150645470000026
CN202110769989.2A 2021-07-06 2021-07-06 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法 Active CN113359199B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110769989.2A CN113359199B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110769989.2A CN113359199B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113359199A CN113359199A (zh) 2021-09-07
CN113359199B true CN113359199B (zh) 2022-07-08

Family

ID=77538586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110769989.2A Active CN113359199B (zh) 2021-07-06 2021-07-06 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113359199B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114135274A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 中海油田服务股份有限公司 一种随钻方位固井质量扫描方法和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573013A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 施卢默格海外有限公司 定向电磁波电阻率装置和方法
CN102272633A (zh) * 2008-11-10 2011-12-07 Cbg公司 方位敏感的电阻率测井工具
CN102704921A (zh) * 2012-05-28 2012-10-03 中国石油天然气集团公司 一种随钻电磁波电阻率的测量装置和测量方法
US9841526B2 (en) * 2012-12-31 2017-12-12 Halliburton Energy Services, Inc. Formation imaging with multi-pole antennas
CN112034257A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 斯伦贝谢油田技术（山东）有限公司 一种井下电阻率的计算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1573013A (zh) * 2003-05-22 2005-02-02 施卢默格海外有限公司 定向电磁波电阻率装置和方法
CN102272633A (zh) * 2008-11-10 2011-12-07 Cbg公司 方位敏感的电阻率测井工具
CN102704921A (zh) * 2012-05-28 2012-10-03 中国石油天然气集团公司 一种随钻电磁波电阻率的测量装置和测量方法
US9841526B2 (en) * 2012-12-31 2017-12-12 Halliburton Energy Services, Inc. Formation imaging with multi-pole antennas
CN112034257A (zh) * 2020-09-11 2020-12-04 斯伦贝谢油田技术（山东）有限公司 一种井下电阻率的计算方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Distribution of resistive and conductive structures in Nankai accretionary wedge reveals contrasting stress paths;Marianne Conin,et al.;《Tectonophysics》;20131128;全文 *
Image-guided inversion of electrical resistivity data;J. Zhou,et al.;《Geophysical Journal International》;20140211;全文 *
基于灵敏度分析的实验室电阻率层析成像观测系统优化设计;钟世超等;《中国地球科学联合学术年会2020》;20201018;全文 *
层状各向异性地层中随钻方位电磁测井显式灵敏度矩阵的快速算法与参数化迭代反演;白宇晨;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》;20200815(第8期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113359199A (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1276377C (zh) 使用虚拟源阵列对地下岩层成像的方法
RU2444031C2 (ru) Способ генерирования численных псевдокернов с использованием изображений скважины, цифровых образов породы и многоточечной статистики
CN1318864C (zh) 独立于泥浆类型和钻孔环境而确定倾角的电磁方法
US7519474B2 (en) Method and apparatus for measuring the resistivity of electromagnetic waves of the earth
CN101675360B (zh) 随钻获得的多次通过排列电阻率数据的岩石物性解释
CN105332697B (zh) 一种测量地层垂直电导率的阵列共面线圈系
CN103352696A (zh) 进行地层定向电阻率测量的方法
CN105074505A (zh) 真岩层电阻率的确定
CN102720484B (zh) 一种随钻声波测井仪器及测井方法
CN113359199B (zh) 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量方法
CN103941298A (zh) 瞬变电磁仪和矿井水文地质勘探方法
CN1209499A (zh) 阵列电极系成象测井方法
CN103670387A (zh) 一种地层定向电阻率测量方法及装置
CN105824050A (zh) 隐伏断层探测仪器及分析方法
CN108957589A (zh) 多勘探地球物理场信号接收传感器及传感器串、观测系统
CN113137226A (zh) 便携式岩土体力学参数钻探测试系统及设备
CN109541689B (zh) 一种基于反射波能量特征的介质密实度评价方法
CN215169955U (zh) 基于石墨烯电磁屏蔽的井下时域或频域多分量电磁测量仪
CN1492239A (zh) 高分辨率感应测井方法
CN115017779A (zh) 一种测量压裂缝几何参数的方法及系统
CN202645547U (zh) 高分辨率方位电阻率双侧向测井仪
CN115586577A (zh) 一种定源瞬变电磁非中心点观测数据全时转换方法
CN110513105B (zh) 一种三维阵列感应测井仪器数据处理系统及方法
CN113504573A (zh) 一种基于聚焦磁场的井周电阻率测量装置
CN204225876U (zh) 一种分时驱动的侧向测井装置

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant