CN1740517A - 高频阵列电磁波传播测井的方法及其测井仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高频阵列电磁波传播测井的方法及其测井仪，包括线圈系、发射机、接收机、测量电路，以及输出和通讯电路，在测井仪的线圈系中设置3～5组线圈，并按照使检测出的相位差和幅度比信号转换得到的电阻率曲线探测深度单调变化的条件设置每组线圈的工作频率和电极距；在每个周期内，发射机通过发射线圈发射各自工作频率的高频电磁波；然后测量电路对接收机通过接收线圈收到的电磁波进行相位差分析和幅度比分析，得到2～5组的相位差信号和1～3组的幅度比信号，再求解得到相应的探测深度单调变化的电阻率曲线。本发明采用相对较低的频率，在保持纵向分层能力的同时，增加了仪器的探测深度。

Description

高频阵列电磁波传播测井的方法及其测井仪

技术领域

本发明涉及在石油测井中确定地层的电阻率的方法，尤其涉及采用高频阵列电磁波传播来测井的方法。

背景技术

先介绍一下高频阵列电磁波传播测井的理论基础。在发射线圈中通以交变电流。当线圈尺寸很小时，可以看成一个点状磁偶极子，其磁偶极矩随时间按下面规律变化：

M＝M₀e^-iωt      (1)

式中：M₀＝I₀S_tN_t I₀为电流强度；S_t为发射线圈面积；N_t为发射线圈匝数。

磁偶极子形成的电磁场可以用马克斯韦尔方程来描述：

$\begin{array}{c}\▿\×\stackrel{\→}{H}=\mathrm{\σ}\stackrel{\→}{E}-\mathrm{i\ω\ϵ}\stackrel{\→}{E}\\ \▿\×\stackrel{\→}{E}=\mathrm{i\ω\μ}\stackrel{\→}{H}\\ \▿\·\stackrel{\→}{E}=0\\ \▿\·\stackrel{\→}{H}=0\end{array}---\left(2\right)$

式中：

磁场强度；

表示电场强度；σ为介质电导率；μ为介质磁导率；ε为介质的介电常数。通过熟知的电动力学运算，可以求出在磁偶极子的轴线上距场源为Z处的场：

$\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{\φ}}=0\\ H_{\mathrm{\θ}}=0\\ \mathrm{Hz}=\frac{M_0}{2\mathrm{\π}{Z}^3}(1+\mathrm{ikz})\·e^{i(\mathrm{\ωt}-\mathrm{kz})}\\ =\frac{M_0}{2\mathrm{\π}{Z}^3}(1+\mathrm{bz}+\mathrm{iaz})\·e^{-\mathrm{bz}}\·e^{i(\mathrm{\ωt}-\mathrm{az})}\end{array}---\left(3\right)$

式中：k＝a+ib，称为介质的波数。

$\begin{array}{c}a=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ω\σ}}{2}}{[\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\ω\ϵ}}{\mathrm{\σ}}\right)}^2}+\frac{\mathrm{\ω\ϵ}}{\mathrm{\σ}}]}^{\frac{1}{2}}---\left(4\right)\\ b=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ\ω\σ}}{2}}{[1+{\left(\frac{\mathrm{\ω\ϵ}}{\mathrm{\σ}}\right)}^2+\frac{\mathrm{\ω\ϵ}}{\mathrm{\σ}}]}^{\frac{1}{2}}---\left(5\right)\end{array}$

a为相位常数，b为衰减系数。

当ωε/σ＞＞1，即位移电流占优势时，有：

$a=\mathrm{\ω}\sqrt{\mathrm{\μ\ϵ}}---\left(6\right)$

式中：ε＝ε^*·ε₀，其中：ε^*为相对介电常数；ε₀＝10^-9/36π(法拉/米)，为真空的介电常数；

在非导磁介质中，μ＝μ₀＝4π×10^-7(亨利/米)，为真空中的导磁率。

所以， $a=\frac{\mathrm{\ω}}{c}\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}^{*}}---\left(7\right)$

式中：c＝3×10⁸米/秒，为真空中的光速。

相应地， $b=\frac{\mathrm{\σ}}{2}\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ϵ}}}=188\frac{\mathrm{\σ}}{\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}^{*}}}---\left(8\right)$

即：当位移电流占优势时，a与电导无关；b与场频无关。

当ωε/σ＜＜1，即传导电流占优势时，有：

$a=b=\sqrt{\frac{\mathrm{\ω\μ\σ}}{2}}=\sqrt{\mathrm{\πf\μ\σ}}---\left(9\right)$

即相位常数和衰减系数都只与电导率有关，而与介电常数无关。

注意到(3)式是复数形式，可以写成振幅和相位的表达式：

$\left|\mathrm{Hz}\right|=\frac{M_0}{2\mathrm{\π}{Z}^3}{e}^{-\mathrm{bz}}\sqrt{{(1+\mathrm{bz})}^2+{\left(\mathrm{az}\right)}^2}---\left(10\right)$

$\mathrm{\φ}=\mathrm{az}-\mathrm{arctg}\frac{\mathrm{az}}{1+\mathrm{bz}}---\left(11\right)$

在实践中测量幅度或相位的相对值往往更加有利。因此在测井中更多地采用单发射双接收的三线圈系，或双发射单接收的三线圈系。在三线圈系中，两个接收线圈的幅度比值：

$S=\left|\frac{{\mathrm{Hz}}_1}{{\mathrm{Hz}}_2}\right|={\left(\frac{z_2}{z_1}\right)}^3{e}^{-\mathrm{b\Δz}}\sqrt{\frac{{(1+{\mathrm{bz}}_1)}^2+{\left({\mathrm{az}}_1\right)}^2}{{(1+{\mathrm{bz}}_2)}^2+{\left({\mathrm{az}}_2\right)}^2}}---\left(12\right)$

相位差 $\mathrm{\Δ\φ}=\mathrm{a\Δz}-\mathrm{arctg}\frac{\mathrm{a\Δz}}{1+b(z_1+z_2)+(a^2+b^2)z_1*z_2}---\left(13\right)$

式中，z₁和z₂分别为远接收和近线圈到发射线圈的源距，Δz为两个接收线圈之间的间距。

上述(12)、(13)、(4)、(5)式即为高频阵列电磁波测井方法的基本公式。

因此，电磁波在地层中传播，其幅度和相位会发生变化，这些变化与地层的电参数σ和ε有关(在几兆赫以下主要与σ有关)。通过测量幅度和相位的变化，可以求解地层的电导率和介电常数。

由于电磁波的探测深度是随着频率的降低和电极距的增加而增大，通过合理安排电极距和频率，可以得到径向上单调变化的探测深度，从而确定地层电阻率的径向剖面。

为了反映井的探测仪径向上不同深度的地层性质，一般采用两个或两个以上工作频率。对于f和f′两个源频率，只要选择z₁、Δz和z₁′、Δz₁′满足条件：

     aΔz＝a′Δz′，az₁＝a′z₁′(14)

即 $\frac{\sqrt{f}}{\sqrt{f^{\′}}}=\frac{{\mathrm{\Δz}}^{\′}}{\mathrm{\Δz}}=\frac{{z_1}^{\′}}{z_1}---\left(15\right)$

这时，f和f′两个源频率在均匀介质中所测得的相位差Δφ是相同的。这就是等参数条件。如果我们选择的多个工作频率都满足(15)式的条件，则在均匀无限大介质中所测得的多条相位差曲线互相重合。

从(15)式可以看出，频率的开方与源距成反比。我们知道，频率越高，电极距越小，探测越浅；频率越低，电极距越大，探测就越深。也就是说，在选取不同频率和电极距时，各条相位差曲线在径向上探测深度是不同的。当地层有泥浆侵入时，径向电阻率分布不均匀，相位差曲线会发生分离。通过相位差曲线的分离或重合，就可以直观地划分渗透层和非渗透层，识别储集层。通过径向二维反演解释软件，可以求出冲洗带-过渡带-原状地层的径向电阻率分布。

基于上述理论，俄国研制的高频感应等参数测井仪VIKIZ使用5个发射线圈和6个接收线圈，工作频率为0.875MHz、1.75MHz、3.5MHz、7MHz和14MHz，测量5种频率的电磁波在地层中传播的相位差，得到5条等参数相位差曲线。其电极系统长度2.0米；最大探测半径在5Ohm-m情况下为1.0米，在50Ohm-m情况下为1.6米；其探测深度有30，50，75，115，165cm 5种，分层能力为30cm。

该仪器垂直分辨率高，能在剖面中识别薄夹层并确定其真实厚度。在有侵入地层能判别径向非均质性并提供相关参数，能判定侵入带前沿的低阻环带。但是其具有以下的局限性和不足：

1)探测深度不足，总体来说，相位测量具有较好的分层能力，同时具有较差的探测深度。尽管VIKIZ能够提供5条径向上不同探测深度的曲线，但总体说来其探测深度仍嫌不足。

2)仪器参数的选择受到限制，由于采用等参数设计，限制了工作频率的选取条件。特别是仪器选用了14MHz这样的高频。而在这样高的频率下，介电常数的影响是不能忽略的。

3)信息资源的浪费，仪器采用5个工作频率，只测量5条相位差曲线，许多有用信息被忽略了。此外，接收信号的幅度或相对幅度能够提供更深探测的信息，这些信息被忽略掉也是可惜的。

另外，该方法还有线圈系设计受到限制、电子线路复杂化等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高频阵列电磁波传播测井的方法，采用相对较低的频率，且能在保持纵向分层能力的同时，增加仪器的探测深度。本发明还要提供一种可实现该方法的测井仪。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高频阵列电磁波传播测井方法，包括以下步骤：

(a)在测井仪的线圈系中设置3～5组单发双收或双发单收线圈，并按照使检测出的相位差和幅度比信号转换得到的电阻率曲线的探测深度在各种地层条件下单调变化的条件，设置每组线圈的工作频率和电极距；

(b)在每个周期内，发射机通过每个发射线圈发射各自工作频率的高频电磁波，接收机通过对应的接收线圈接收这些电磁波；

(c)对接收线圈收到的电磁波进行相位差分析和幅度比分析，得到2～5组的相位差信号和1～3组的幅度比信号，再求解得到相应的探测深度单调变化的电阻率曲线。

进一步地，上述测井方法还可具有以下特点：所述步骤(a)设置了四组线圈，第一组线圈采用第一工作频率，电极距短；第二组线圈采用第一工作频率，但电极距较长；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率，而电极距最长，所述步骤(c)中，是分析得到所述四组线圈接收信号的相位差信号，以及第三组和/或第四组线圈的接收信号的幅度比信号。

进一步地，上述测井方法还可具有以下特点：所述第一组线圈电极距为0.4～0.6m，第二组线圈电极距为0.9～1.1m，第三组线圈电极距为1.0～1.3m，第四组线圈电极距为1.5～1.8m；所述第一工作频率为0.2MHz～1.5MHz，所述第二工作频率为1.5MHz～10MHz。

进一步地，上述测井方法还可具有以下特点：所述步骤(a)设置了五组线圈，第一组线圈采用第一工作频率和第一电极距；第二组线圈采用第一工作频率和大于第一电极距的第二电极距；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率和大于第二电极距的第三电极距，第五组线圈采用低于第二工作频率的第三工作频率，以及大于第二电极距的第三电极距；并且，所述步骤(c)中，是分析得到所述五组线圈接收信号的相位差信号，以及第四组和/或第五组线圈的接收信号的幅度比信号。

进一步地，上述测井方法还可具有以下特点：所述第一电极距为0.35～0.55m，所述第二电极距为0.75～0.95m；所述第三电极距为0.85～1.15m，所述第四电极距为1.45～1.75m，所述第五电极距为1.85～2.15m；所述第一工作频率为3MHz～10MHz，所述第二工作频率为1MHz～3MHz，所述第三工作频率为0.2MHz～1MHz。

本发明提供的高频阵列电磁波传播测井仪包括线圈系、发射机、接收机、测量电路，以及输出和通讯电路，其特征在于，所述线圈系包括3～5组单发双收或双发单收线圈，所述发射机通过所述线圈系产生2～3个不同频率的高频电磁波，所述测量电路对于各组线圈系接收到的高频信号进行分析得到2～5组相位差信号和1～3组幅度比信号，所述输出和通讯电路用于输出分析得到的相位差信号和幅度比信号，并且，所述每组线圈的工作频率和电极距的设置使得检测出的相位差和幅度比信号转换得到的电阻率曲线的探测深度在各种地层条件下单调变化。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述线圈系包括四组线圈：第一组线圈采用第一工作频率，电极距短；第二组线圈采用第一工作频率，但电极距较长；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率，而电极距最长，并且，所述测量电路不仅测量这四组线圈接收信号的相位差，对其中第三组和第四组线圈的接收信号还测量其幅度比。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述第一工作频率为1.5MHz～10MHz，所述第二工作频率为0.2MHz～1.5MHz。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述第一组线圈电极距为0.4～0.6m；第二组线圈电极距为0.9～1.1m；第三组线圈电极距为1.0～1.3m，第四组线圈电极距为1.5～1.8m。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述线圈系包括五组线圈：第一组线圈采用第一工作频率和第一电极距；第二组线圈采用第一工作频率和大于第一电极距的第二电极距；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率和大于第二电极距的第三电极距，第五组线圈采用低于第二工作频率的第三工作频率，以及大于第二电极距的第三电极距，并且，所述测量电路不仅测量这五组线圈接收信号的相位差，对其中第四组和第五组线圈的接收信号还测量其幅度比。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述第一工作频率为3MHz～10MHz，所述第二工作频率为1MHz～3MHz，所述第三工作频率为0.2MHz～1MHz。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述第一电极距为0.35～0.55m，所述第二电极距为0.75～0.95m；所述第三电极距为0.85～1.15m，所述第四电极距为1.45～1.75m，所述第五电极距为1.85～2.15m。

进一步地，上述测井仪还可具有以下特点：所述各组线圈中，两个接收线圈或者两个发射线圈之间的距离为0.05～0.4m。

由上可知，采用本发明方法，在保持了VIKIZ仪器很强的纵向分层能力，同时增加了仪器的探测深度，这一点对于低阻地层尤其有意义。同时，因为只采用两个工作频率测量得到四条相位差曲线和两条幅度比曲线，大大简化了仪器结构和仪器的电路设计。

附图说明

图1A是本发明第一实施例采用2个工作频率的测井仪的示意图。

图1B是本发明第二实施例采用3个工作频率的测井仪的示意图。

图2是第一实施例方法得到的6条电阻率曲线的纵向特性曲线图。

图3是第一实施例方法得到的6条电阻率曲线的径向微分特性曲线图。

图4是第一实施例方法得到的6条电阻率曲线的径向积分特性曲线图。

图5A～图5C分别是第二实施例采用3个工作频率得到的7条电阻率曲线在5Ω.M地层的纵向特征、径向微分特性和径向积分特性的曲线图。

图6A～图6C是分别是第二实施例采用3个工作频率得到的7条电阻率曲线在50Ω.M地层的纵向特征、径向微分特性和径向积分特性的曲线图。

具体实施方式

在本发明中，采用相位差和幅度比曲线转换得到的电阻率曲线来做资料解释，因而可以不必满足等参数条件，只要转换后的电阻率曲线径向探测深度是单调变化的，而且覆盖适当的范围，就可以通过径向二维反演解释软件，求出冲洗带-过渡带-原状地层的径向电阻率分布。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

第一实施例

本实施例的双频阵列电磁波测井仪的中间部分是安装在玻璃钢骨架上的线圈系，外面有玻璃钢管承压，以允许电磁波透过玻璃钢管发射到地层中去。线圈系的两端为钢外壳，内装有发射机、接收机、测量电路、输出和通讯电路等。

图1示出了本实施例线圈系的结构，如图所示，包括在一条直线上排列的2个发射线圈T1、T2和8个接收线圈R1～R8，组成了四组单发双收的线圈，整个探头的电极系统长度为1.8米。其中：

第一组线圈由发射线圈T2和接收线圈R7、R8组成，工作频率为6.4MHz，电极距为0.5米(均指发射线圈到两个接收线圈中点的距离，当采用双发单收结构时，则指两个发射线圈中点到接收线圈的距离)，接收线圈间距为0.1米，该组线圈用于测量高频电磁波的相位差F05。

第二组线圈由发射线圈T2和接收线圈R3、R4组成，工作频率为6.4MHz，电极距为1.0米，接收线圈间距为0.1米，该组线圈用于测量高频电磁波的相位差F10。

第三组线圈由发射线圈T1和接收线圈R5、R6组成，工作频率为0.8MHz，电极距为1.1米，接收线圈间距为0.3米，该组线圈除测量高频电磁波的相位差F11外，还测量幅度比S11。

第四组线圈由发射线圈T1和接收线圈R1、R2组成，工作频率为0.8MHz，电极距为1.65米，接收线圈间距为0.3米，该组线圈除测量高频电磁波的相位差F16外，还测量幅度比S16。

发射机能够在一组发射线圈T1、T2中依次激发高频电磁振荡，振荡频率分别为0.8MHz和6.4MHz。T1和T2各发射一次为一个周期，一个周期为0.1秒。

接收机和测量电路用于接收8组接收线圈R1-R8收到的信号，把它转换成中频信号，测量出4组接收线圈R1-R2、R3-R4、R5-R6、R7-R8的相位差信号和其中两组接收线圈R1-R2、R5-R6的幅度比信号，然后把代表地层电阻率的这些信号传输到输出和通讯电路。

输出和通讯电路用于接收地面的控制命令，并将测量结果按一定顺序输送到地面处理。

相应地，本实施例测井方法的流程包括以下步骤：

步骤一，在探测仪的线圈系中设置4组线圈，采用2个工作频率，分别测量4组相位差信号，并在其中两组线圈测量2组幅度比信号，线圈系具体的配置上面已经介绍，这里不再重复；

步骤二，在每个周期内，发射机通过线圈T1和T2分别发射一次频率为0.8MHz和6.4MHz的电磁波，接收机通过线圈R1和R2，R5和R6接收0.8MHz的电磁波，线圈R3和R4，R7和R8接收6.4MHz的电磁波；

步骤三，对每组接收线圈收到的电磁波进行相位分析，对R1-R2、R5-R6两组线圈收到的电磁波还进行幅值分析，得到4组接收线圈的相位差信号和两组接收线圈的幅度比信号；

步骤四，对得到的4组相位差和2组幅度比信号根据式(12)和(13)求解得到6条相应的不同探测深度的电阻率曲线，再进行后续分析。

在地面处理时，对6条电阻率曲线，可进一步反演得到纵向多层、径向4象元(分为井眼泥浆、冲洗带、过渡带和原状地层)的电阻率分布图像，反演结果可以用数据表或曲线图的形式给出，也可以用基于数据场成像技术的剖面图形式给出。

图2示出了在5Ω-m情况下检测得到的6条电阻率曲线的纵向特性，可以反映出曲线的分层能力，在测量中，为了确定地层的边界，至少要有一条分层能力好的曲线，其它分层能力差的曲线可以通过反复迭代来获得纵向分辨率匹配。从图中可看出，对应于测量到的相位差F05和F10的电阻率曲线在测量点(即0点)处响应灵敏，具有良好的分层能力，为0.3米。

图3示出了在50Ω-m情况下检测得到的6条电阻率曲线的径向微分特性，该曲线可以看出在井的径向平面上，每个单元环对测量信号的贡献，可以看出，对于F05，近处的单元环贡献较大，而对于S16，近处的单元环贡献较小。

图4示出了在50Ω-m情况下检测得到的6条电阻率曲线的径向积分特性，一般来说，将曲线上纵坐标为0.5，即半幅值的点所对应的横坐标，即距离井的径向的距离，定义为它的探测深度。从图中可以看出，对应于相位差F05、F10、F11、F16和幅度比S11、S16的6条电阻率曲线的探测深度单调变化，分别为30，60，100，150，250，300cm。

本实施例的测井仪器的探测半径在5Ohm-m情况下为1.6米(最深的曲线)，在50Ohm-m情况下为3.0米。而探测深度可分为30，60，100，150，250，300cm 6种，分层能力为30cm。和VIKIZ相比，在同样地层的情况下，具有更大的探测深度，电极距还小。

从上述分析可以看出，本实施例在线圈系的设计时，由于充分利用了幅度比的有用信息，采用4组线圈就得到了6条探测深度单调变化的电阻率曲线，而且其探测深度(在50Ω-m时为300cm，在5Ω-m时为160cm)大于背景技术中提到的测量5条相位差曲线的测井仪VIKIZ(165cm)，特别是对低阻地层，引入幅度测量时探测深度会有明显增加。同时，该测井仪还具有较小的电极距(1.8m)和良好的分层能力(30cm)。此外，由于工作频率较少且无需满足等参数条件，其高频与VIKIZ(14MHz)比较可以设置的相对较低(6.4MHz)，避免了介电常数对测量的不利影响。

本发明并不局限于上述实施例线圈系的配置参数，但是在设计各组线圈的频率和电极距时，在不同的地层条件下，各组线圈的探测深度需要单调变化，才能够有效地在有侵入地层判别径向非均质性并提供相关参数，以及判定侵入带前沿的低阻环带等。为了满足这一条件，本发明线圈系的设置需要满足一定条件。

分析表明，线圈系频率、电极距与其探测深度、分层能力有着密切关系，工作频率越高，探测越浅，分层越好；电极距越短，探测越浅；而且在同样电极距和频率条件下，幅度比的探测深度比相位差要深。因此，本发明在设置四组线圈时可按以下方法设置，第一组工作频率高，电极距短，较佳取0.4～0.6m；第二组工作频率与第一组相同，但电极距较长，较佳取0.9～1.1m；第三组电极距与第二组相似(差别小于0.3米)，较佳取1.0～1.3m，但工作频率低，第四组工作频率与第三组一样，而电极距最长，较佳取1.5～1.8m。这四组线圈都测量相位差，其中第三组和第四级还测量幅度比，各组线圈接收线圈之间的间距为0.05～0.4米。这样，就能保证第一组到第四组的相位差、第三组幅度比、第四组幅度比得到的电阻率曲线的探测深度是单调变化的。

在频率的设置上，要求频率足够高，不然幅度比、相位差值很小，检测很困难，而频率太高时介电常数对测量结果有不利影响，探测深度也会下降。一般来说，本实施例设置2个频率时，低频的选择范围可为0.2MHz～1.5MHz，高频的选择范围可为1.5MHz～10MHz。

第二实施例

根据上面的分析，在图1B中给出了采用3个工作频率的另一实施例测井仪的线圈系结构，包括在一条直线上排列的3个发射线圈T1、T2和T3以及10个接收线圈R1～R10，组成了5组单发双收的线圈，整个探头的电极系统长度为2.15米。其中：

第一组线圈由发射线圈T3和接收线圈R9、R10组成，工作频率为6.4MHz，电极距为0.45米，接收线圈间距为0.1米，该组线圈用于测量高频电磁波的相位差Y1。

第二组线圈由发射线圈T3和接收线圈R5、R6组成，工作频率为6.4MHz，电极距为0.85米，接收线圈间距为0.1米，该组线圈用于测量高频电磁波的相位差Y2。

第三组线圈由发射线圈T2和接收线圈R7、R8组成，工作频率为1.6MHz，电极距为1.0米，接收线圈间距为0.2米，该组线圈用于测量高频电磁波的相位差Y3。

第四组线圈由发射线圈T2和接收线圈R3、R4组成，工作频率为1.6MHz，电极距为1.6米，接收线圈间距为0.2米，该组线圈除测量高频电磁波的相位差Y4外，还测量幅度比Y4S。

第五组线圈由发射线圈T1和接收线圈R1、R2组成，工作频率为0.8MHz，电极距为2米，接收线圈间距为0.3米，该组线圈除测量高频电磁波的相位差Y5外，还测量幅度比Y5S。

本实施例采用3个工作频率的测井仪测量5条相位差曲线和2条幅度比曲线，然后可转换成7条不同探测深度的电阻率曲线。图5A～图5C给出了7条电阻率曲线在5Ω.M地层的纵向特征、径向微分特性和径向积分特性的曲线图。图6A～图6C给出了7条电阻率曲线在50Ω.M地层的纵向特征、径向微分特性和径向积分特性的曲线图。从图中可以看出，本实施例的测井仪通过引入幅度测量，探测深度明显增加，现时也具有良好的分层能力。

根据与第一实施例同样的分析，本发明在设置五组线圈时可按以下方法设置，第一组工作频率高，电极距短，较佳取0.35～0.55m；第二组工作频率与第一组相同，但电极距长一些，较佳取0.75～0.95m；第三组电极距与第二组相似(差别小于0.3米)，较佳取0.85～1.15m，但工作频率低；第四组工作频率与第三组一样，而电极距更长，较佳取1.45～1.75m；第五组工作频率最低，而电极距最长，较佳取1.85～2.15m。这五组线圈都测量相位差，其中第四组和第五组还测量幅度比，各组线圈接收线圈之间的间距为0.05～0.4米。这样，就能保证第一组到第五组的相位差、第四组幅度比、第五组幅度比信号转换得到的电阻率曲线的探测深度是单调变化的。

当设置3个频率时，低频可选择0.2Hz～1MHz，中频可选择1MHz～3MHz，高频可选择3MHz～10MHz。

综上所述，本发明通过对线圈系提出的一种新的非等参数设计，使得探测仪具有更好的探测深度，良好的分层能力，同时结构相对简单，电极距小，特别适用于在裸眼井的石油测井中确定地层的电阻率。

应该说明的是，本发明还可以有许多变换方案，在其它的实施例，可以检测5～7条电阻率曲线，其中1～3条可以通过测量幅度比得到，其它用相位差得到。而在线圈系的设置上，较佳设置3～5组线圈，来检测所需的相位差或幅度比。另外，本发明的线圈系也可以由单发双收改为双发单收，两者是互逆的，其它设计都是一样的。

Claims (13)

1、一种高频阵列电磁波传播测井仪，包括线圈系、发射机、接收机、测量电路，以及输出和通讯电路，其特征在于，所述线圈系包括3～5组单发双收或双发单收线圈，所述发射机通过所述线圈系产生2～3个不同频率的高频电磁波，所述测量电路对于各组线圈系接收到的高频信号进行分析得到2～5组相位差信号和1～3组幅度比信号，所述输出和通讯电路用于输出分析得到的相位差信号和幅度比信号，并且，所述每组线圈的工作频率和电极距的设置使得检测出的相位差和幅度比信号转换得到的电阻率曲线的探测深度在各种地层条件下单调变化。

2、如权利要求1所述的测井仪，其特征在于，所述线圈系包括四组线圈：第一组线圈采用第一工作频率，电极距短；第二组线圈采用第一工作频率，但电极距较长；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率，而电极距最长，并且，所述测量电路不仅测量这四组线圈接收信号的相位差，对其中第三组和第四组线圈的接收信号还测量其幅度比。

3、如权利要求2所述的测井仪，其特征在于，所述第一工作频率为1.5MHz～10MHz，所述第二工作频率为0.2MHz～1.5MHz。

4、如权利要求2所述的测井仪，其特征在于，所述第一组线圈电极距为0.4～0.6m；第二组线圈电极距为0.9～1.1m；第三组线圈电极距为1.0～1.3m，第四组线圈电极距为1.5～1.8m。

5、如权利要求1所述的测井仪，其特征在于，所述线圈系包括五组线圈：第一组线圈采用第一工作频率和第一电极距；第二组线圈采用第一工作频率和大于第一电极距的第二电极距；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率和大于第二电极距的第三电极距，第五组线圈采用低于第二工作频率的第三工作频率，以及大于第二电极距的第三电极距，并且，所述测量电路不仅测量这五组线圈接收信号的相位差，对其中第四组和第五组线圈的接收信号还测量其幅度比。

6、如权利要求5所述的测井仪，其特征在于，所述第一工作频率为3MHz～10MHz，所述第二工作频率为1MHz～3MHz，所述第三工作频率为0.2MHz～1MHz。

7、如权利要求5所述的测井仪，其特征在于，所述第一电极距为0.35～0.55m，所述第二电极距为0.75～0.95m；所述第三电极距为0.85～1.15m，所述第四电极距为1.45～1.75m，所述第五电极距为1.85～2.15m。

8、如权利要求4或7所述的测井仪，其特征在于，所述各组线圈中，两个接收线圈或者两个发射线圈之间的距离为0.05～0.4m。

9、一种高频阵列电磁波传播测井方法，包括以下步骤：

(a)在测井仪的线圈系中设置3～5组单发双收或双发单收线圈，并按照使检测出的相位差和幅度比信号转换得到的电阻率曲线的探测深度在各种地层条件下单调变化的条件，设置每组线圈的工作频率和电极距；

(b)在每个周期内，发射机通过每个发射线圈发射各自工作频率的高频电磁波，接收机通过对应的接收线圈接收这些电磁波；

(c)对接收线圈收到的电磁波进行相位差分析和幅度比分析，得到2～5组的相位差信号和1～3组的幅度比信号，再求解得到相应的探测深度单调变化的电阻率曲线。

10、如权利要求9所述的测井方法，其特征在于，所述步骤(a)设置了四组线圈，第一组线圈采用第一工作频率，电极距短；第二组线圈采用第一工作频率，但电极距较长；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率，而电极距最长，所述步骤(c)中，是分析得到所述四组线圈接收信号的相位差信号，以及第三组和/或第四组线圈的接收信号的幅度比信号。

11、如权利要求10所述的测井仪，其特征在于，所述第一组线圈电极距为0.4～0.6m，第二组线圈电极距为0.9～1.1m，第三组线圈电极距为1.0～1.3m，第四组线圈电极距为1.5～1.8m；所述第一工作频率为0.2MHz～1.5MHz，所述第二工作频率为1.5MHz～10MHz。

12、如权利要求9所述的测井仪，其特征在于，所述步骤(a)设置了五组线圈，第一组线圈采用第一工作频率和第一电极距；第二组线圈采用第一工作频率和大于第一电极距的第二电极距；第三组线圈电极距与第二组差别小于0.3m，但采用比第一工作频率低的第二工作频率，第四组线圈采用第二工作频率和大于第二电极距的第三电极距，第五组线圈采用低于第二工作频率的第三工作频率，以及大于第二电极距的第三电极距；并且，所述步骤(c)中，是分析得到所述五组线圈接收信号的相位差信号，以及第四组和/或第五组线圈的接收信号的幅度比信号。

13、如权利要求12所述的测并仪，其特征在于，所述第一电极距为0.35～0.55m，所述第二电极距为0.75～0.95m；所述第三电极距为0.85～1.15m，所述第四电极距为1.45～1.75m，所述第五电极距为1.85～2.15m；所述第一工作频率为3MHz～10MHz，所述第二工作频率为1MHz～3MHz，所述第三工作频率为0.2MHz～1MHz。

Images