CN1492239A - 高分辨率感应测井方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应测井和球形数字聚焦测井结合的高分辨率感应测井方法。实施该方法的装置包括地面控制系统、与地面连接的电缆、绝缘短节、数字电路短节、高分辨率感应模拟电路、球形数字聚焦模拟电路、高分辨率感应线圈系和球形数字聚焦电极系组成，其特征是将高分辨率感应线圈系和球形聚焦电极系结合在一起，线圈系包括发射线圈和接收线圈，利用发射线圈的产生等幅、稳频的交变电流，通过接收线圈中的感应电动势形成两个分量；电极系通过测量主电极与回流电极之间的测量电流和主电极与屏蔽电极之间的聚焦电流之比值I_B/I_M，以及测量电压，进行数字聚焦，经数字电路处理后测量电导率的方法。

Description

高分辨率感应测井方法

一、技术领域：本发明公开了一种感应测井和球形数字聚焦测井结合的高分辨率感应测井方法。

二、背景技术：目前，全国各大油田均已处于开发后期，主要原油层已全面见水，开发薄储层成为增加储量不可忽视的主要途径，因此，对薄储层的评价已成为地质家和测井分析家的当务之急。我国现行使用的测井方法采用双线圈系的测量方法，与之配合的仪器包括阿特拉斯的1503双感应——八侧向测井仪和西安石油勘探仪器总厂的801双感应测井仪。双感应——八侧向测井仪存在径向探测深度小，纵向分辨率差，且深感应线圈系有“盲频”等问题，不利于薄储层的评价和分析。随着近代数字电子技术，数字遥测，遥控技术和工艺条件逐渐成熟，感应测井发展的方向是摈弃传统的聚焦线圈系，采用多频供电，多阵列测量方式，同时采集同相和异相感应信号，在地面进行数字合成，聚焦得到多条不同径向探测深度和不同纵向分辨率的电导曲线。虚部信号分量的准确测量及现代信号处理技术的引入，国外诞生了能够在不同地质条件和工作环境中更准确地测量地层电导率的新型数字相量感应测井仪器。其中最具代表性的是斯仑贝谢公司的相量感应测井仪(PIT)、阿特拉斯公司的双相位感应测井仪(DPIL)和哈里伯顿公司的感应测井仪(HRI)。这类仪器在电路设计上主要采用高分辨率感应模拟电路和球形数字聚焦模拟电路分别完成数据采集后由地面控制系统进行二次处理。这样造成设备成本大大提高，不利于国内的引进和应用。

三、发明内容：本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种将感应测井仪器和球形数字聚焦测井仪器方法有效的结合在一起的高分辨率感应测井方法。

其技术方案是将感应测井仪和球形数字聚焦测井仪的有效结合，包括地面控制系统、与地面连接的连接器、绝缘短节、数字电路短节、井下通讯连接器、高分辨率感应模拟电路、球形数字聚焦模拟电路、线圈系或电极系。数字电路短节中的电路包括编码发送/接收译码电路、数据采集/状态控制电路、高精度模-数转换电路，其中的高精度模-数转换电路包括脉冲信号发生装置、测量脉冲信号及参考脉冲信号的记数装置、同步记数控制装置。该方法是指利用信号检测电路测量到的实部和虚部电导率分量进行反褶积滤波来消除“围岩效应”和“趋肤效应”影响的方法。包括将高分辨率感应线圈系和球形聚焦电极系结合在一起。线圈系包括一个主接收线圈，并以主接收线圈为中心，至少应包括两组相互对称的补偿接收线圈、中发射线圈和深发射线圈。利用发射线圈产生等幅、稳频的交变电流，通过接收线圈中的感应电动势形成两个分量，即与发射电流相位相同的分量为实部(R)信号，与发射电流相位异相的分量为虚部(X)信号；电极系包括一个主电极和一个回流电极，并以主电极为基准，至少应包括两组相互对称的参考电极、屏蔽电极和监督电极，通过测量主电极与回流电极之间的测量电流和主电极与屏蔽电极之间的聚焦电流之比值I_B/I_M，以及测量电压，进行数字聚焦。线圈系的信号与高分辨率感应模拟电路连接，电极系的信号与球形数字聚焦模拟电路连接，然后两路模拟信号经A/D转换与数据采集/状态控制电路连接。

上述方案还包括高分辨率感应模拟电路，由信号接收切换电路、差分滤波放大电路、程控相敏检波电路、7极点滤波电路、压频转换电路构成。球形数字聚焦模拟电路包括信号切换电路、差分滤波放大电路、相敏检波电路、压-频转换电路。

本发明具有：1、深/中感应纵向分辨率高，径向探测深度大，有利于划分薄储层；2、球形聚焦测井仪采用软件进行数字聚焦，简化了仪器的设计与制造，增加了仪器的稳定性；3、采用高精度模—数转换电路，降低了噪声影响；4、测井过程中进行实时自刻度，降低了温漂对测量结果带来的影响；5、深、中感应及球形数字聚焦的纵向分辨率相互匹配，并且测量点处于同一位置；6、采用非线性反褶积滤波方法处理测量数据，对“围岩效应”和“趋肤效应”进行了较好的校正，使测量结果更真实可靠；7、深/中感应在0.6米的纵向分辨率水平上均无“盲频”。

四、附图说明：

图1是本发明的电路原理框图；

图2是线圈系对称分布示意图；

图3是电极系对称分布示意图；

图4是数字信号处理原理框图；

图5是高精度模-数转换电路原理框图；

图6是高分辨率感应模拟电路原理框图；

图7是球形数字聚焦模拟电路原理框图

五、具体实施方式：

下面参照附图对本发明做进一步描述：

在发射线圈中通过等幅、稳频的交变电流后，以井筒为轴心的无数多个地层单元环中就会产生感应电流，感应电流的大小与地层单元环电导率成正比。这些电流环产生的电磁场称为二次场。二次场会在接收线圈中产生感应电动势，其大小问题反映了地层电导率的高低，因此可以通过测量接收线圈中二次场引发的感应电动势来测量地层电导率。接收线圈中的感应电动势有两个分量，与发射电流相位同相的分量示为R信号，与发射电流相位异相的分量称为X信号。

图2是本发明采用的一种完全对称结构线圈系。它由7个线圈构成，其中包括2个深发射线圈、2个中发射线圈、1个主接收线圈和2个补偿接收线圈。当然全对称线圈系结构并不是唯一的，通过合理选择发射及接收线圈的个数、匝数及线圈之间的距离和排列方式可以构成具有不同径向探测深度和纵向分辨率的全对称结构线圈系。经合理设计的全对称结构线圈系能够在提高纵向分辨率的同时兼有较大的径向探测深度，且可以大大降低井眼影响。

通过电子线路测量复合聚焦线圈系接收线圈中的R信号和X信号并利用刻度系数将其转换成复视电导率后(包含实部电导率和虚部电导率两个分量)进行实时反褶积滤波和数据合成，可以有效降低“围岩效应”和“趋肤效应”的影响，从而获得比较真实可靠的地层视电导率。

根据J.H.Moran等人的研究结果可知，如果双线圈系处于均匀介质中，则接收线圈中的R信号为

       V_R□Kб-(2/3)Kб(L/δ)                           (1)X信号为

       V_X≈2K/(ωμL²)-(2/3)Kб(L/δ)                  (2)上面两式中，K为仪器常数，L为线圈距，δ为趋附效应深度，δ正比于1/б，б为地层电导率。

将R信号转换成实部视电导率б_R，则

         б_R≈б-Cб^3/2                              (3)

(3)式中第二项近似为“趋肤效应”引起的误差。

(2)式中第一项为复合聚焦线圈系的互感信号，它约等于零，因此将X信号转换成虚部视电导率б_X，则

         б_X≈Cб^3/2                                 (4)

由(3)、(4)两式可以看出，厚地层中的电导率为

         б≈б_R+б_X                                 (5)

在薄层中，X信号与“趋肤效应”引起的误差虽然形状相似，但具有不同的纵向分辨率，另外，薄层电导率测量值受围岩影响也很大，因此需要开发一套非线性数据滤波方法。进行“围岩效应”和″趋附效应″校正。为此我们针对高分辨率感应测井仪线圈系研制开发出了分别用于深、中感应测量信号处理的非线性滤波器。图4为高分辨率感应测井仪的信号处理流程图。

本发明的球形数字聚焦不是通过硬件电路实现测量电流的聚焦发射，而是交替发射主电流I_M和屏蔽电流I_B，并分别测量参考电压和监督电压，利用软件计算不同地层条件下实现电流聚焦发射时的屏流比I_B/I_M进行数字聚焦并求得冲洗带电阻率。这样既可简化仪器的设计、制造，又能克服硬件聚焦所固有的仪器稳定性问题。该仪器的电极系结构示意图见图3。

实现上述方法的装置包括传感器(感应线圈系、球形聚焦电极系)及模拟电路短节、数字电路短节、绝缘短节构成，其核心部分是数字电路短节。其电气框图如图1所示。

数字电路包括编码发送/接收译码电路、数据采集/状态控制电路、高精度模-数转换电路构成。它有三个功能：①协调控制整个仪器工作状态；②采集处理测量信号；③编码发送测量数据，接收地面测井系统下发的测井指令。高精度模-数转换电路包括参考脉冲信号发生装置、测量脉冲信号及参考脉冲信号记数装置、同步记数控制装置构成。电路框图如图5所示。

模拟信号检测电路在数字电路的控制下向感应线圈系和球形聚焦电极系发射驱动信号，同时接收来自它们的测量信号并对测量信号进行滤波、放大和相敏检波，再送入对应的模数转换通道，由数字电路进行信号采集。

高分辨率感应模拟电路包括信号接收切换电路、低噪声前置放大电路、差分滤波放大电路、程控相敏检波电路、7极点滤波电路、压-频转换电路。其电路原理框图如图6所示。

球形数字聚焦模拟电路包括信号接收切换电路、滤波放大电路、程控相敏检波电路、7极点滤波电路、压-频转换电路。其电路原理框图如图7所示。

绝缘短节的作用是将球形数字聚焦回流电极与下部的电极系实现电气隔离。

Claims (6)

1、高分辨率感应测井方法，实施该方法的装置包括地面控制系统、与地面连接的电缆、绝缘短节、数字电路短节、高分辨率感应模拟电路、球形数字聚焦模拟电路、高分辨率感应线圈系和球形数字聚焦电极系组成，数字电路短节中的电路包括编码发送/接收译码电路、数据采集/状态控制电路、高精度模-数转换电路，其中的高精度模-数转换电路包括脉冲信号发生装置、测量脉冲信号及参考脉冲信号的记数装置、同步记数控制装置，该方法的其特征是：将高分辨率感应线圈系和球形聚焦电极系结合在一起，线圈系包括发射线圈和接收线圈，利用发射线圈的产生等幅、稳频的交变电流，通过接收线圈中的感应电动势形成两个分量，即与发射电流相位相同的分量为实部(R)信号，与发射电流相位异相的分量为虚部(X)信号；电极系通过测量主电极与回流电极之间的测量电流和主电极与屏蔽电极之间的聚焦电流之比值I_B/I_M，以及测量电压，进行数字聚焦；线圈系的信号与高分辨率感应模拟电路连接，电极系的信号与球形数字聚焦模拟电路连接。

2、根据权利要求1所述的高分辨率感应测井方法，其特征是：线圈系包括一个主接收线圈，并以主接收线圈为中心，至少应包括两组相互对称的补偿接收线圈、中发射线圈和深发射线圈。

3、根据权利要求1所述的高分辨率感应测井方法，其特征是：电极系包括一个主电极和一个回流电极，并以主电极为基准，至少应包括两组相互对称的参考电极、屏蔽电极和监督电极。

4、根据权利要求1所述的高分辨率感应测井方法，其特征是：高分辨率感应模拟电路包括信号接收切换电路、差分滤波放大电路、程控相敏检波电路、7极点滤波电路、压频转换电路构成。

5、根据权利要求1所述的高分辨率感应测井方法，其特征是：球形数字聚焦模拟电路包括信号切换电路、差分滤波放大电路、相敏检波电路、压-频转换电路。

6、根据权利要求1所述的高分辨率感应测井方法，其特征是：是指利用信号检测电路测量到的实部和虚部电导率分量进行反褶积滤波来消除“围岩效应”和“趋肤效应”影响的方法。

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