CN113803061A - 用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法，其包含：基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果；通过构建的地层模型确定边界探测信号在地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库；在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据；依据刻度结果以及响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。本发明考虑了实时泥浆传输速率以及地质导向精度的要求，提高了编码的利用率，并且保留了边界探测信号的方位特性。

Description

用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置

技术领域

本发明涉及石油、天然气钻井作业随钻测量或随钻测井技术领域，具体地说，涉及一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置。

背景技术

在油田勘探和开发过程中，需要测量地层地质信息和工程参数。随着勘探开发技术的不断进步，对测量参数的准确性和多样性要求越来越高。所需要的参数往往包含地层环境参数、井下钻具位置、方位以及钻井环境参数等。目前已经有多种常规电缆测井仪器以及随钻测井仪器可以提供以上参数。随钻方位电磁波电阻率仪器作为地质导向核心仪器可以提供地层电阻率信息以及地层边界信息。实时上传信息量的增加对传输速率提出了更高的要求，在实时泥浆传输速率无法大幅提高的情况下，优化编码方法，提高编码利用率显得尤为必要。

现有技术公布了一种随钻深探测电阻率成像工具和方法，该工具采用轴向发射天线和横向接收天线，利用接收天线测得的电动势与仪器工具面角的关系来确定地层方位信息，采用双发双收来实现补偿测量，消除井眼以及电气误差，并结合随钻电磁波电阻率测得的电阻率信息进行方位电阻率成像。该技术中采用两个接收线圈的电动势的差来消除电气、井眼误差，很大程度削弱了信号的幅度，同时该装置在成像时需与电磁波电阻率仪器同时使用。该技术没有具体给出方位视电阻率的合成公式。

现有技术提出了一种随钻电磁波电阻率测量方法及装置，通过产生特定频率的电磁波功率信号，利用发射天线将电磁波发射到地层中，通过两个接收天线分别接收含有被测地层信息的电磁波功率信号，生成两路含有被测地层信息的电磁波功率信号，对两路含有被测地层信息的电磁波功率信号分别进行带通滤波，并将经过带通滤波后的两路含有被测地层信息的电磁波功率信号分别进行带通滤波，并将带通滤波后的信号通过AD采样后生成两路电磁波采样数字信号，对两路电磁波采样信号的每一路电磁波采样信号进行混频变换和低通滤波，生成每一路电磁波采样数字信号的幅值信息和相位信息，生成采样数字信号的幅值比和相位差，根据图表反演生成电阻率图板。该技术只具备基本的电阻率测量功能，而且该装置和方法不具备方位特性，无法进行电阻率成像。

现有技术提出一种方位电磁波电阻率测量装置，包括：四个轴向发射天线，其中三个发射天线位于接收天线一侧，一个轴向刻度天线位于接收天线另一侧，分别将2MHz和400KHz的电磁波信号发射出去；两个轴向接收天线，用于接收电磁波信号，并生成两路电磁波的幅度和相位信息；一对横向接收天线，接收两侧最远端的轴向发射天线产生的电磁波信号，并按扇区分别保存电磁信号的实部和虚部信息；方位电阻率成像装置，用于处理和分析方位电动势数据和电阻率数据，并将方位电动势数据与电阻率数据结合形成方位电磁波电阻率。以上技术都没有提供边界探测信号实时上传编码方法。

因此，本发明提供了一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一：基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对所述边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果；

步骤二：通过构建的地层模型确定边界探测信号在所述地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库；

步骤三：在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据；

步骤四：依据所述刻度结果以及所述响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对所述幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，具体包含以下步骤：

建立井眼与地层边界平行的水平井地层模型作为所述地层模型，模拟全电阻率对比度条件，通过差值查询确定所述地层模型条件下的所述动态响应范围。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

基于仪器边界探测阈值，对不同扇形区采集得到的所述幅度动态数据中的定向电动势信号进行筛选，得到有效定向电动势信号以及无效定向电动势信号。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

对所述有效定向电动势信号分别进行正弦拟合以及余弦拟合，提取所述定向电动势信号的特征，并转化得到第一拟合系数以及第二拟合系数。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

对所述第一拟合系数以及所述第二拟合系数取绝对值后取对数，得到待编码数据。

根据本发明的一个实施例，所述步骤四中，具体包含以下步骤：

基于所述编码位数对所述待编码数据进行线性编码，得到所述编码结果。

根据本发明的一个实施例，所述步骤四中，具体包含以下步骤：

对原始值为正以及负的所述边界探测信号分别编码，并对所述无效定向电动势信号中的阈值上定向电动势信号以及阈值下定向电动势信号分别确定为一个编码。

根据本发明的一个实施例，依据所述刻度结果以及所述响应数据库确定所述仪器边界探测阈值。

根据本发明的一个实施例，在地质导向过程中，对所述编码结果进行解算得到结算结果，通过所述结算结果反映井眼与地层边界的相对位置与距离以及所述地层模型的类型。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码装置，所述装置包含：

刻度模块，其用于基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对所述边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果；

响应数据库模块，其用于通过构建的地层模型确定边界探测信号在所述地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库；

实际探测模块，其用于在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据；

编码模块，其用于依据所述刻度结果以及所述响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对所述幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

本发明提供的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置考虑了实时泥浆传输速率以及地质导向精度的要求，对边界探测信号的编码方法进行了优化，提高了编码的利用率，并且本发明保留了边界探测信号的方位特性，在地质导向过程中可以反演得到井眼与地层边界的相对位置与距离以及地层模型的类型。本发明特别适用于地质导向钻井系统，能够对随钻方位电磁波实时自动编码，并且能够预测和判断地层界面。

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

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法流程图；

图2显示了根据本发明的一个实施例的全电阻率条件下边界探测信号幅度动态示意图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的地层模型示意图；

图4显示了根据本发明的一个实施例的定向电动势信号响应示意图；

图5显示了根据本发明的一个实施例的编码结果曲线示意图；以及

图6显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码装置结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法流程图。

如图1，在步骤S101中，基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果。

具体来说，对边界探测仪器模型进行刻度是为了测量信号的标准化。

如图1，在步骤S102中，通过构建的地层模型确定边界探测信号在地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库。

进一步地，在步骤S102中，具体包含以下步骤：

建立井眼与地层边界平行的水平井地层模型作为地层模型，模拟全电阻率对比度条件，通过差值查询确定地层模型条件下的动态响应范围(如图2所示)。具体来说，建立响应数据库是可以方便查找在当前地层条件下的边界探测仪器的响应动态范围。

如图1，在步骤S103中，在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据。

进一步地，在步骤S103中，具体包含以下步骤：

基于仪器边界探测阈值，对不同扇形区采集得到的幅度动态数据中的定向电动势信号进行筛选，得到有效定向电动势信号以及无效定向电动势信号。

在一个实施例中，在步骤S103中，具体包含以下步骤：

对有效定向电动势信号分别进行正弦拟合以及余弦拟合，提取定向电动势信号的特征，并转化得到第一拟合系数以及第二拟合系数。

进一步地，在步骤S103中，具体包含以下步骤：

对第一拟合系数以及第二拟合系数取绝对值后取对数，得到待编码数据。

如图1，在步骤S104中，依据刻度结果以及响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

在一个实施例中，在确定的地层模型下，通过查询响应数据库可以得知在该地层模型条件下的边界探测仪器响应动态，比如为0～1000mV，地质导向要求精度0.05m，根据响应转换关系，可以用256个编码满足精度要求。则用0-127位对[0，1000mV]进行编码，128-255位对[-1000mV，0]进行编码。同理如果是与上述同样的地层模型，地质导向精度0.1m，可用128个编码满足编码需求。

进一步地，在步骤S104中，具体包含以下步骤：

基于编码位数对待编码数据进行线性编码，得到编码结果。

进一步地，在步骤S104中，具体包含以下步骤：

对原始值为正以及负的边界探测信号分别编码，并对无效定向电动势信号中的阈值上定向电动势信号以及阈值下定向电动势信号分别确定为一个编码。

在一个实施例中，依据刻度结果以及响应数据库确定仪器边界探测阈值。例如，仪器动态响应范围是1mV-4000mV，但在该工作区块最大动态只有1-100mV，就只对1-100mV进行编码，1-100mV范围内的定向电动势信号为有效定向电动势信号。

在一个实施例中，在地质导向过程中，对编码结果进行解算得到结算结果，通过解结算结果反映井眼与地层边界的相对位置与距离以及地层模型的类型。

具体来说，根据井眼与储层地层边界的相对位置不同或地层模型不同，定向电动势信号幅值或符号不同，对定向电动势信号取绝对值后进行编码可以保留定向电动势信号的方位信息。定向电动势信号与地层界面距离成对数线性关系。

一般来说，编码结果中，每个编码都对应一个实际的感应电压值，举例来说：100mV转换成对数后为2，通过编码规则对2对应的编码为56，那56这个编码实际对应的就是100mV，根据仪器响应规律和相应的模型可以计算出100mV这个信号对应在距地层边界什么位置测出的。

图2显示了根据本发明的一个实施例的全电阻率条件下边界探测信号幅度动态示意图。

如图2，随钻方位电阻率边界探测信号幅度的受地层模型(电阻率对比度)、仪器工作参数(线圈距、工作频率等)以及电路有效动态等影响，在边界探测仪器确定条件下，模拟边界探测仪器在全电阻率对比度(0.1Ω.m:1000Ω.m)条件下的仪器响应动态，并建立边界探测仪器的响应数据库，其中，210区域代表电阻率对比度为(R1:R2)时最大定向电动势信号幅度。220区域不同颜色或深浅代表不同幅度值。

图3显示了根据本发明的一个实施例的地层模型示意图。

如图3，地层模型为双界面地层三层模型，其中，地层310电阻率为1Ω.m，厚度为6m；地层320电阻率为20Ω.m，厚度为6m；地层330电阻率为1Ω.m，厚度为6m。井眼轨迹为340。井眼与地层界面相对夹角85o。

图4显示了根据本发明的一个实施例的定向电动势信号响应示意图。

如图4，曲线400为在图3所示的地层模型条件下定向电动势信号的响应模拟曲线。根据井眼与地层相对位置关系不同，边界探测信号幅度和符号均不同，可以利用边界探测仪器的响应特点来确定井眼的相对位置关系，进行地质导向过程。

图5显示了根据本发明的一个实施例的编码结果曲线示意图。

如图5，确定具体地层模型和边界探测仪器响应情况下，对400响应值进行编码。其中，设定边界探测仪器的响应动态为-2000mV-2000mV，编码位数为8位，即0～255，边界距离判断精度(地质导向精度)为0.1m，根据以上条件对边界探测信号进行对数线形编码，编码结果如曲线500所示。

图6显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码装置结构框图。

如图6，边界探测信号编码装置600包含刻度模块601、响应数据库模块602、实际探测模块603以及编码模块604。

刻度模块601用于基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果。

响应数据库模块602用于通过构建的地层模型确定边界探测信号在地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库。

实际探测模块603用于在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据。

编码模块604用于依据刻度结果以及响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

综上，本发明提供的用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法及装置考虑了实时泥浆传输速率以及地质导向精度的要求，对边界探测信号的编码方法进行了优化，提高了编码的利用率，并且本发明保留了边界探测信号的方位特性，在地质导向过程中可以反演得到井眼与地层边界的相对位置与距离以及地层模型的类型。

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、处理步骤或材料，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。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

步骤一：基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对所述边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果；

步骤二：通过构建的地层模型确定边界探测信号在所述地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库；

步骤三：在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据；

步骤四：依据所述刻度结果以及所述响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对所述幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，具体包含以下步骤：

建立井眼与地层边界平行的水平井地层模型作为所述地层模型，模拟全电阻率对比度条件，通过差值查询确定所述地层模型条件下的所述动态响应范围。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

基于仪器边界探测阈值，对不同扇形区采集得到的所述幅度动态数据中的定向电动势信号进行筛选，得到有效定向电动势信号以及无效定向电动势信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

对所述有效定向电动势信号分别进行正弦拟合以及余弦拟合，提取所述定向电动势信号的特征，并转化得到第一拟合系数以及第二拟合系数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，具体包含以下步骤：

对所述第一拟合系数以及所述第二拟合系数取绝对值后取对数，得到待编码数据。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，具体包含以下步骤：

基于所述编码位数对所述待编码数据进行线性编码，得到所述编码结果。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，具体包含以下步骤：

对原始值为正以及负的所述边界探测信号分别编码，并对所述无效定向电动势信号中的阈值上定向电动势信号以及阈值下定向电动势信号分别确定为一个编码。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，依据所述刻度结果以及所述响应数据库确定所述仪器边界探测阈值。

9.如权利要求1-8中任一项所述方法，其特征在于，在地质导向过程中，对所述编码结果进行解算得到结算结果，通过所述结算结果反映井眼与地层边界的相对位置与距离以及所述地层模型的类型。

10.一种用于随钻方位电磁波边界探测信号的编码装置，其特征在于，所述装置包含：

刻度模块，其用于基于构建的边界探测仪器模型进行边界探测响应模拟，依据模拟结果对所述边界探测仪器模型的边界探测信号进行刻度，得到刻度结果；

响应数据库模块，其用于通过构建的地层模型确定边界探测信号在所述地层模型下的动态响应范围，建立边界探测信号的响应数据库；

实际探测模块，其用于在实际地质导向服务模型条件下，进行实际边界探测得到边界探测信号的幅度动态，得到幅度动态数据；

编码模块，其用于依据所述刻度结果以及所述响应数据库结合实时传输速率以及地质导向精度的要求确定编码位数，对所述幅度动态数据进行编码，得到编码结果并上传。

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