CN116856920B - 一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法及仪器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法及仪器。所述随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法包括：获取随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差；获取温度校正表；通过温度校正表对所述实测幅度比和实测相位差进行校正，从而获取校正后的幅度比和校正后的相位差；根据所述校正后的幅度比和校正后的相位差获取补偿电阻率。本申请的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法通过记录仪器在全温度段的测量数据，得到温度校正表，对仪器进行温漂补偿，消除温度对测量结果的影响，减小系统误差和动态温漂的影响，提高仪器的测量精度。

Description

一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法及仪器

技术领域

本申请涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法以及随钻方位电磁波电阻率仪器。

背景技术

地质导向技术是在大斜度井或水平井钻井过程中，通过工程应用软件，整合钻井工程技术参数、地质物性参数及随钻测井、录井等实时地质信息数据，经过地质研究人员综合储层情况开展随钻分析，预测即将钻遇的地质情况，实时调整仪器在储层中的井眼轨迹，从而提高钻遇率的一项先进的随钻测井技术。早期的随钻测井技术探测深度较浅、无方向性，无法满足复杂的井下地层环境，随钻电磁波测井技术应运而生，该技术采用多线圈、多角度、多频率的天线系结构实现地层电阻率的测量。Schlumberger公司于2005年推出了行业内最早商业化的方位电磁波工具PeriScope，各大油田技术服务公司相继推出类似工具，代表性的产品有BakerHuges公司的AziTrack和Halliburton公司的ADR等。近年来，国内加大了对随钻方位电磁波技术的研究，并取得了重要进展。

随钻方位电磁波电阻率仪器包括两部分测量内容：补偿电阻率和方位电阻率。补偿电阻率通过测量两个轴向接收天线的幅度比和相位差获得，方位电阻率通过测量水平接收天线的绝对电压信号的幅度和相位信息获得。对于测井仪器而言，其内部的电子线路、调谐模块、收发天线以及天线磁芯等受自身差异和井下地层温度的影响，测量参数可能出现无规律变化，测量精度也随之发生改变。尤其在高阻地层，幅度比和相位差的微小变化都会导致电阻率的测量产生巨大偏差。由此可见，温度是制约仪器性能指标的重要因素。为提高仪器的测量精度，下井前有必要对仪器进行温度标定，从而提高仪器分辨率以及分辨薄层能力。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

本发明的一个方面，提供一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，所述随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法包括：

获取随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差；

获取温度校正表；

通过温度校正表对所述实测幅度比和实测相位差进行校正，从而获取校正后的幅度比和校正后的相位差；

根据所述校正后的幅度比和校正后的相位差获取补偿电阻率。

可选地，所述获取温度校正表采用如下方法获取：

通过采用无磁装置对仪器整机进行加温，记录仪器在静止状态下随温度变化得到的补偿幅度比和相位差，通过多项式拟合算法计算，从而形成温度校正表。

可选地，所述随钻方位电磁波电阻率仪器包括第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线；

所述随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差包括：

第一发射天线-第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线-第四发射天线实测相位差；

第二发射天线-第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线-第三发射天线实测相位差。

可选地，所述第二发射天线-第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线-第三发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。

可选地，所述第一发射天线-第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线-第四发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。

可选地，所述随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法进一步包括：

通过所述第三接收天线、第四接收天线进行地层边界探测。

可选地，所述通过所述第三接收天线、第四接收天线进行地层边界探测包括：

采集第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号；

采集噪声信息；

通过噪声信息对第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号进行去噪处理，从而获取去除噪声的有效反射信号。

本申请还提供了一种随钻方位电磁波电阻率仪器，所述随钻方位电磁波电阻率仪器包括控制系统、方位接收电路、第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线；其中，

所述控制系统、方位接收电路、所述第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线配合，从而实现如上所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法。

可选地，所述方位接收电路包括噪声补偿电路、信号调理电路和采集电路；其中，

信号调理电路对微弱的电信号进行放大、滤波处理，得到信噪比良好的待采样信号；采集电路对满足要求的信号进行采集，并在处理器内完成幅度和相位的计算。

有益效果：

本申请的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法通过记录仪器在全温度段的测量数据，得到温度校正表，对仪器进行温漂补偿，消除温度对测量结果的影响，减小系统误差和动态温漂的影响，提高仪器的测量精度。

附图说明

图1为本申请一实施例的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法的流程示意图。

图2是随钻方位电磁波电阻率仪器的结构示意图。

图3是随钻方位电磁波电阻率仪器的信号接收与发送示意图。

图4是方位电阻率测量信号示意图。

图5是方位接收电路示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本申请一实施例的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法的流程示意图。

图2是随钻方位电磁波电阻率仪器的结构示意图。

在本实施例中，随钻方位电磁波电阻率仪器结构如图2所示。仪器天线组合采用四发四收对称式天线系结构，发射天线TX1～TX4为轴向天线，接收天线RX1和RX2为轴向天线，用于测量补偿电阻率；接收天线RX3和RX4为水平天线，用于测量地层边界、地层各向异性等信息。两组接收天线共用四个发射天线，完成补偿电阻率和地层边界的探测。

补偿电阻率测量过程中，TX1～TX4分时发射400kHz和2MHz的电磁波信号，RX1和RX2接收经地层衰减的电磁波信号，时序如图3所示，仪器内部通过记录RX1和RX2接收信号的幅度和相位获取幅度比和相位差信息。TX1和TX4、TX2和TX3相对接收天线RX1、RX2均为对称式结构。

如图1所示的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法包括：

步骤1：获取随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差；

步骤2：获取温度校正表；

步骤3：通过温度校正表对所述实测幅度比和实测相位差进行校正，从而获取校正后的幅度比和校正后的相位差；

步骤4：根据所述校正后的幅度比和校正后的相位差获取补偿电阻率。

本申请的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法通过记录仪器在全温度段的测量数据，得到温度校正表，对仪器进行温漂补偿，消除温度对测量结果的影响，减小系统误差和动态温漂的影响，提高仪器的测量精度。

在本实施例中，所述随钻方位电磁波电阻率仪器包括第一发射天线

(TX1)、第二发射天线(TX2)、第三发射天线(TX3)、第四发射天线(TX4)、第一接收天线(RX1)、第二接收天线(RX2)、第三接收天线(RX3)、第四接收天线(RX4)；

所述随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差包括：

第一发射天线-第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线-第四发射天线实测相位差；

第二发射天线-第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线-第三发射天线实测相位差。

在本实施例中，第一发射天线-第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线-第四发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。

在本实施例中，当T1发射时，得到接收信号的幅度比和相位差，记为：

phase shift₁(相位差)＝φ_T1R2-φ_T1R1；

当T4发射时，得到接收信号的幅度比和相位差，记为：

在本实施例中，通过计算TX1和TX4所得幅度比和相位差的均值后，得到补偿后的幅度比和相位差，记为：

此处的幅度比和相位差，会在仪器内部存储计算，可以理解为补偿后的实测幅度比和相位差。Amplitude ratio₁和Amplitude ratio₄得到的是T1和T4两个单独发射天线的实测幅度比和相位差，由于T1和T4在机械结构上完全对称，因此得到上述两个幅度比的均值从而在仪器结构上对测量结果进行补偿。

在本实施例中，所述第二发射天线-第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线-第三发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。

在本实施例中，第二发射天线-第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线-第三发射天线实测相位差的获取方式与第一发射天线-第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线-第四发射天线实测相位差的获取方式相同，在此不再赘述。

在本实施例中，获取温度校正表采用如下方法获取：

通过采用无磁装置对仪器整机进行加温，记录仪器在静止状态下随温度变化得到的补偿幅度比和相位差，通过多项式拟合算法，以温度为自变量，幅度比和相位差为因变量，根据仪器内部记录数据，选择合适的拟合阶数，得到随温度变化的幅度比和相位差拟合曲线，从而形成温度校正表。

具体而言，当其他外界条件不变时，幅度比和相位差会随着温度的变化而变化，本发明设计了一种温度校正方案，以消除温度变化对仪器测量数据的影响。通过采用无磁装置对仪器整机进行加温，记录仪器在静止状态下随温度变化得到的补偿幅度比和相位差，通过多项式拟合算法计算，形成温度校正表，以消除温度变化对补偿电阻率测量产生的影响。

仪器加温设备选用无磁装置，且保证仪器周边6m的范围内无铁磁性物质，排除温度以外的其他因素产生影响。仪器从常温逐步升温至仪器可正常工作的额定温度(如150℃)，记录降温过程中仪器的测量数据。为保证仪器测量数据的有效性和可靠性，要保证降温速度均匀，在此过程中，配置仪器工作状态为钻井模式，记录各个温度点的幅度比和相位差。测量完成后，通过计算得到不同温度点与常温下幅度比和相位差的差值，形成温度校正表，温度校正表记录了常温数据到任一温度的幅度比和相位差差值，ΔAmplitude ratio和Δphase shift为该温度与常温的幅度比和相位差差值，即为温度变化造成的计算误差。

仪器下井过程中，会记录地层温度的变化供后期数据处理使用。下井作业结束后，提取记录的温度和幅度比、相位差数据。此时通过查询温度校正表，得到下井温度对应的幅度比和相位差校正值，将该温度下的测井数据减去对应的校正值，即可消除地层温度对测量结果的影响。

举例来说，仪器下井作业时，会一直记录随地层深度变化的温度以及该温度下对应的其他测量数据(包括幅度比和相位差)。待井下作业结束，仪器出井后，提取内存数据。假设温度100℃时，仪器会记录一组幅度比和相位差，记为实测幅度比和实测相位差。温度记录表中记录了100℃与常温数据温差下的幅度比和相位差差值，即ΔAmplitude ratio和Δphase shift。此时，为消除温度对测量结果的影响，即用100℃时，得到的实测幅度比和实测相位差减去ΔAmplitude ratio和Δphase shift，便是地层对仪器产生的影响，利用此结果反演可以得到地层电阻率信息。

在本实施例中，随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法进一步包括：

通过所述第三接收天线、第四接收天线进行地层边界探测。

在本实施例中，通过所述第三接收天线、第四接收天线进行地层边界探测包括：

采集第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号；

采集噪声信息；

通过噪声信息对第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号进行去噪处理，从而获取去除噪声的有效反射信号。

在本实施例中，方位信号作为地层指向性参数，与补偿电阻率关联后，为系统提供导向指引。目前使用一组水平天线RX3和RX4接收400kHz和2MHz的电磁波信号，实现地层边界探测。

水平天线式结构，避免了直耦信号的影响，使得方位天线接收信号完全反应地层边界信息。随钻方位电磁波电阻率仪器所测方位信号为绝对电压信号，绝对电压信号的幅度和相位受仪器零部件噪声和温漂噪声的综合影响，会降低测量精度。

本发明提出一种方法，即在仪器工作的发射信号期间，对仪器进行噪声补偿，如图4所示。噪声补偿可以最大限度消除仪器本底噪声、温漂噪声对测量结果的综合影响，且该时段采集的噪声信号与有效方位信号时间间隔小于500ms，此时间内仪器噪声水平、地层温度变化对仪器的影响忽略不计。

方位接收电路如图5所示，包含接收天线、噪声补偿电路、信号调理电路和采集电路。其中，接收天线RX3和RX4接收来自地层边界的反射信号；信号调理电路对微弱的电信号进行放大、滤波处理，得到信噪比良好的待采样信号；采集电路对满足要求的信号进行采集，并在处理器内完成幅度和相位的计算。

在本实施例中，噪声补偿电路受FPGA控制，实现对开关电路的控制，在有效信号通道和噪声通道之间进行的切换。

本申请在接收天线和信号调理电路之间增加噪声补偿电路，通过采集电路模块的处理器对噪声补偿电路进行控制，实现有效反射信号和仪器噪声信号的切换。在每次采集有效反射信号前，处理器控制噪声补偿电路为噪声采集模式，此时有效接收信号被关断，采集若干噪声点，noise_i，i取1～N，并在采集方位信号前，利用仪器内部处理器对其进行叠加降噪，避免异常信号干扰，取得均值后的仪器底噪记为：

举例来说，处理器控制噪声补偿电路切换至噪声采集模式，采样率与有效信号采样频率相同，频率为96kHz，每次采集1024采样点，即N＝1024，时间约10ms。对采集的1024个噪声点进行叠加降噪后，得到仪器底噪值。

这样，每一组发射信号前均会采集对应的噪声信号，而采集的有效方位信号在去除噪声信号后，进行的绝对幅度和相位提取计算可以弱化仪器本底噪声、温漂噪声对测量结果的影响，从而提高测量精度。以发射天线T1发射400kHz信号为例，在信号发射之前，仪器内部处理器计算得到噪声均值Noise，当T1发射信号时，接收天线RX4采集发射信号，采样点记为Sample₁、Sample₂…Sample_m，此时的采样点受环境及仪器自身的影响，因此在进行数据处理前，对采样点进行预处理，去掉上述因素对采样数据的影响，得到如下采样点：Sample₁-Noise、Sample₂-Noise、…Sample_m-Noise。经过预处理后的采样点最大可能地减少了电路噪声、温漂噪声等因素对接收信号的影响，可以更加准确的提取信号的绝对电压和相位信息，从而达到噪声补偿的效果，提高方位信号的测量精度。

本申请相对于现有技术具有如下优点：

采用无磁装置，对仪器进行温度标定试验，得到温度校正表，记录仪器随温度变化的幅度比和相位差数据；

通过查询温度校正表，得到测试温度与常温的差值，以及对应的幅度比和相位差差值；

实测幅度比和相位差去掉温度对幅度比和相位差产生的影响ΔAmplitude ratio和Δphase shift，得到仅受地层影响的幅度比和相位差数值，进一步求取补偿电阻率信息。

方位电阻率测量过程中，伴随仪器噪声的采集，此噪声包含本底噪声、温漂噪声对仪器结构、电子电路等产生的影响，通过计算去掉该噪声后信号的绝对电压和相位可以提高仪器测量精度，提高仪器探边能力。

本申请还提供了一种随钻方位电磁波电阻率仪器，所述随钻方位电磁波电阻率仪器包括控制系统、方位接收电路、第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线；其中，

所述控制系统、方位接收电路、所述第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线配合，从而实现如上所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法。

在本实施例中，所述方位接收电路包括噪声补偿电路、信号调理电路和采集电路；其中，

信号调理电路对微弱的电信号进行放大、滤波处理，得到信噪比良好的待采样信号；采集电路对满足要求的信号进行采集，并在处理器内完成幅度和相位的计算。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，其特征在于，随钻方位电磁波电阻率仪器包括控制系统、方位接收电路、第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线；所述方位接收电路包括噪声补偿电路、信号调理电路和采集电路；所述随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法包括：

获取随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差；

获取温度校正表；

通过温度校正表对所述实测幅度比和实测相位差进行校正，从而获取校正后的幅度比和校正后的相位差；

根据所述校正后的幅度比和校正后的相位差获取补偿电阻率；

所述随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法还包括：

通过所述第三接收天线、第四接收天线进行地层边界探测：

采集第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号；

采集噪声信息；

通过噪声信息对第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号进行去噪处理，从而获取去除噪声的有效反射信号：

在仪器工作的发射信号期间，第三接收天线以及第四接收天线接收来自地层边界的反射信号；

所述信号调理电路用于对微弱的电信号进行放大、滤波处理，得到信噪比良好的待采样信号；

所述采集电路用于对满足要求的信号进行采集，并在处理器内完成幅度和相位的计算；

通过采集电路模块的处理器对噪声补偿电路进行控制，实现有效反射信号和仪器噪声信号的切换；在每次采集有效反射信号前，处理器控制噪声补偿电路为噪声采集模式，此时有效接收信号被关断，采集若干噪声点，noise_i，i取1～N，并在采集方位信号前，利用仪器内部处理器对其进行叠加降噪，避免异常信号干扰，取得均值后的仪器底噪记为：

所述第三接收天线或第四接收天线所传递的有效反射信号记为Sample₁、Sample₂…Sample_m；

采用如下公式对第三接收天线以及第四接收天线所传递的有效反射信号进行去噪处理包括：

Sample₁-Noise、Sample₂-Noise……Sample_m-Noise；其中，

Sample₁、Sample₂……Sample_m表示第三接收天线或第四接收天线所传递的有效反射信号；

Noise为取得均值后的仪器底噪。

2.如权利要求1所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，其特征在于，所述获取温度校正表采用如下方法获取：

通过采用无磁装置对仪器整机进行加温，记录仪器在静止状态下随温度变化得到的补偿幅度比和相位差，通过多项式拟合算法，以温度为自变量，幅度比和相位差为因变量，根据仪器内部记录数据，选择合适的拟合阶数，得到随温度变化的幅度比和相位差拟合曲线，从而形成温度校正表。

3.如权利要求2所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，其特征在于，所述随钻方位电磁波电阻率仪器包括第一发射天线、第二发射天线、第三发射天线、第四发射天线、第一接收天线、第二接收天线、第三接收天线、第四接收天线；

所述随钻方位电磁波电阻率仪器所在位置的实测幅度比和实测相位差包括：

第一发射天线和第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线和第四发射天线实测相位差；

第二发射天线和第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线和第三发射天线实测相位差。

4.如权利要求3所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，其特征在于，所述第二发射天线和第三发射天线实测幅度比以及第二发射天线和第三发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第二发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第三发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。

5.如权利要求4所述的随钻方位电磁波电阻率仪器使用方法，其特征在于，所述第一发射天线和第四发射天线实测幅度比以及第一发射天线和第四发射天线实测相位差通过如下方法获取：

获取第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

获取第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差；

根据所述第一发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差以及第四发射天线发射信号时所得到接收信号的幅度比和相位差获取。