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随钻电阻率测井视电阻率测量方法、设备及可读存储介质

2021-02-01 02:49:07

随钻电阻率测井视电阻率测量方法、设备及可读存储介质

  技术领域

  本发明属于随钻电阻率测井技术领域,涉及一种随钻电阻率测井视电阻率测量方法、设备及可读存储介质。

  背景技术

  在石油勘探与开发工程中,电阻率是区分地层信息的一个非常重要的参数。在视电阻率的测量方法中,随钻电阻率测井可边钻边探测地层电阻率,实时反演地层真电阻率。与电缆电阻率测井相比,随钻电阻率测井不需要预先钻井再进行测量,省去了钻井后固井、测量的工序,使得勘探成本大大降低,勘探速度大大提高,因此其应用越来越广泛。

  在实际随钻测井的过程中,往往遇到裂缝、坍塌以及薄层等复杂地层时,同时针对岩石孔隙度及渗透率较低的情况,传统的随钻测井仪器在大斜度井/水平井探测过程中,对于复杂的高阻地层,在电阻率测量方面遇到了很大的困难与挑战,使得针对高阻复杂地层的方位电阻率测量成为关键难题。传统的随钻测井仪器在高阻地层时,往往出现测量结果不准确的问题,主要是地层电阻太大,发射的电流全部从泥浆回流到钻铤,不能流经地层,导致探测地层的视电阻率测量不准确。

  发明内容

  本发明的目的在于克服上述现有技术中高阻地层的视电阻率测量不准确的缺点,提供一种随钻电阻率测井视电阻率测量方法、设备及可读存储介质。

  为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

  本发明第一方面,一种随钻电阻率测井视电阻率测量方法,钻铤仪器上设置若干方位测量电极以及若干线圈,若干线圈环形缠绕在钻铤仪器上,每个线圈均能够发射和接收电流,在钻铤仪器上预设聚焦位置,所述预设聚焦位置一侧至少包括第一线圈,另一侧至少包括第二线圈;若干方位测量电极均设置在第一线圈和第二线圈之间;所述测量方法包括以下步骤:

  S1:获取第一线圈和第二线圈交替发射时聚焦位置处钻铤的轴向电流;

  S2:按照第一缩放倍数调整第一线圈的发射电流,按照第二缩放倍数调整第二线圈的发射电流;使得第一线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流与第二线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流的大小相等且方向相反;

  S3:将第一线圈发射时测量电极测量的电流缩放第一缩放倍数,得到第一测量电极电流;将第二线圈发射时测量电极测量的电流缩放第二缩放倍数,得到第二测量电极电流;

  S4:根据第一测量电极电流、第二测量电极电流以及第二线圈钻铤电压得到视电阻率,其中,第二线圈钻铤电压为第二线圈发射时,在钻铤内产生的轴向电流为1A时,第二线圈处钻铤的电压。

  本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法进一步的改进在于:

  所述预设聚焦位置与任一线圈的轴向上下边之间留有间隙。

  所述预设聚焦位置设置线圈时,聚焦位置处钻铤的轴向电流通过下式得到:

  IRi=NRiI′Ri

  其中,IRi表示聚焦位置处线圈Ri所在位置处钻铤的轴向电流;NRi表示聚焦位置处线圈Ri的匝数;I′Ri表示聚焦位置处线圈Ri的电流。

  所述预设聚焦位置未设置线圈时,定义聚焦位置两侧距离最近的线圈为第三线圈和第四线圈;聚焦位置处钻铤的轴向电流通过下式得到:

  

  

  其中,I10表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,聚焦位置处钻铤的轴向电流;I20表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,聚焦位置处钻铤的轴向电流;d30表示第三线圈到聚焦位置的中心距离;d40表示第四线圈到聚焦位置的中心距离;I13表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第三线圈处钻铤的轴向电流;I14表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第四线圈处钻铤的轴向电流;I23表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第三线圈处钻铤的轴向电流;I24表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第四线圈处钻铤的轴向电流。

  所述S4的具体方法为:

  通过下式得到视电阻率RaL:

  

  其中,VT2表示第二线圈钻铤电压,第二线圈钻铤电压为第二线圈发射时,在钻铤内产生的轴向电流为1A时,第二线圈处钻铤的电压;IM1表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,测量电极的电流;IM2表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,测量电极的电流;a表示第一线圈的发射电流的缩放倍数;b表示第二线圈的发射电流的缩放倍数;

  KL为线状软聚焦模式下的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  本发明第二方面,一种随钻电阻率测井视电阻率测量方法,所述钻铤仪器上设置若干方位测量电极以及若干线圈,若干线圈环形缠绕在钻铤仪器上,每个线圈均能够发射和接收电流,在钻铤仪器上预设聚焦位置、第一线圈、第二线圈、第三线圈和第四线圈,所述聚焦位置一侧为包括第一线圈和第三线圈,且第一线圈距离聚焦位置比第三线圈远;另一侧为第二线圈和第四线圈,且第二线圈距离聚焦位置比第四线圈远;所述聚焦位置为相邻的第三线圈和第四线圈组成的钻铤环状区域,所述测量方法包括以下步骤:

  S1:获取第一线圈和第二线圈交替发射时聚焦位置处钻铤的轴向电流;

  S2:按照第一缩放倍数调整第一线圈的发射电流,按照第二缩放倍数调整第二线圈的发射电流;使得第一线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流与第二线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流的大小相等且方向相反;

  S3:将第一线圈发射时聚焦位置流出的电流缩放第一缩放倍数,得到第一聚焦位置电流;将第二线圈发射时聚焦位置流出的电流缩放第二缩放倍数,得到第二聚焦位置电流;

  S4:根据第一聚焦位置电流、第二聚焦位置电流以及第二线圈钻铤电压得到视电阻率,其中,第二线圈钻铤电压为第二线圈发射时,在钻铤内产生的轴向电流为1A时,第二线圈处钻铤的电压。

  本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法进一步的改进在于:

  所述聚焦位置处钻铤的轴向电流通过下式得到:

  

  

  其中,I10表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,聚焦位置处钻铤的轴向电流;I20表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,聚焦位置处钻铤的轴向电流;I13表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第三线圈处钻铤的轴向电流;I14表示第一线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第四线圈处钻铤的轴向电流;I23表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第三线圈处钻铤的轴向电流;I24表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第四线圈处钻铤的轴向电流。

  所述S4的具体方法为:

  通过下式得到视电阻率RaC:

  

  其中,VT2表示第二线圈钻铤电压,第二线圈钻铤电压为第二线圈发射时,在钻铤内产生的轴向电流为1A时,第二线圈处钻铤的电压;I21表示第二线圈发射时,在钻铤的轴向电流为1A时,第一线圈处钻铤的轴向电流;

  KC为环状软聚焦模式下的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  本发明第三方面,一种计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述随钻电阻率测井视电阻率测量方法的步骤。

  本发明第四方面,一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述随钻电阻率测井视电阻率测量方法的步骤。

  与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

  本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法,首先获取第一线圈和第二线圈交替发射时聚焦位置处钻铤的轴向电流,然后将第一线圈的发射电流和第二线圈的发射电流按照缩放倍数进行调整,使得聚焦位置处钻铤的轴向电流为零,即第一线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流与第二线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流的大小相等且方向相反,这样在聚焦位置处形成软聚焦效果,聚焦位置处的电流垂直钻铤表面流出,进而增加发射的电流在地层中的流经距离,采集的电流能够更准确的表征地层特性,进而提升探测地层的视电阻率测量的准确性,使得在复杂地层中能够完成对地质导向和地层评价的关键任务。

  进一步的,基于聚焦位置的调整,能够实现不同的探测深度,满足各种探测情况。

  附图说明

  图1为本发明实施随钻电阻率测井数据合成方法流程框图;

  图2为本发明实施例随钻测井仪器线圈及方位测量电极的位置示意图;

  图3为本发明实施例线圈的缠绕原理图;

  图4为本发明实施例线圈T2单独工作时的原理图;

  图5为本发明实施例线圈T3单独工作时的原理图;

  图6为本发明实施例线圈T2和线圈T3同时工作实现方位浅探测模式的原理图;

  图7为本发明实施例线圈T2和线圈T3同时工作实现方位中探测模式的原理图;

  图8为本发明实施例线圈T4单独工作时的原理图;

  图9为本发明实施例线圈T3单独工作时的原理图;

  图10为本发明实施例线圈T4和线圈T3同时工作实现方位中深探测模式的原理图;

  图11为本发明实施例线圈T4和线圈T3同时工作实现方位深探测模式的原理图;

  图12为本发明实施例线圈T4和线圈T3同时工作实现环状探测模式的原理图。

  具体实施方式

  为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。

  需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

  下面结合附图对本发明做进一步详细描述:

  参见图1,本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法,首先是线状软聚焦方法的描述。钻铤仪器上设置若干方位测量电极以及若干线圈,若干线圈环形缠绕在钻铤仪器上,每个线圈均能够发射和接收电流,在钻铤仪器上预设聚焦位置,所述预设聚焦位置一侧至少包括第一线圈,另一侧至少包括第二线圈;若干方位测量电极均设置在第一线圈和第二线圈之间。

  所述随钻电阻率测井视电阻率测量方法包括以下步骤:

  S1:获取第一线圈和第二线圈交替发射时聚焦位置处钻铤的轴向电流。

  S2:按照第一缩放倍数调整第一线圈的发射电流,按照第二缩放倍数调整第二线圈的发射电流;使得第一线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流与第二线圈发射时预设聚焦位置处钻铤的轴向电流的大小相等且方向相反。

  S3:将第一线圈发射时测量电极测量的电流缩放第一缩放倍数,得到第一测量电极电流;将第二线圈发射时测量电极测量的电流缩放第二缩放倍数,得到第二测量电极电流。

  S4:根据第一测量电极电流、第二测量电极电流以及第二线圈钻铤电压得到视电阻率,其中,第二线圈钻铤电压为第二线圈发射时,在钻铤内产生的轴向电流为1A时,第二线圈处钻铤的电压。

  基于所述钻铤仪器上环形缠绕的多个线圈及多个方位测量电极的位置,通过模拟控制不同线圈组合发射,进而在不同位置形成软聚焦效果实现不同的探测深度,聚焦位置的电流能够在地层中流经更远的距离,进而有效提升探测地层的视电阻率的准确性,解决随钻测井仪器在高阻区测量结果不准确的问题,使得在复杂地层中能够完成对地质导向和地层评价的关键任务。

  下面详细介绍本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法的各个步骤,以四个线圈为例进行说明,但不以此为限。

  参见图2,钻铤仪器有4个线圈,分别为T1/R1、T2/R2、T3/R3和T4/R4,其中采用T表示处于发射状态,采用R表示处于接收状态。T1/R1、T2/R2、T3/R3和T4/R4到方位测量电极M的距离依次增大,T1/R1、T2/R2和T4/R4在方位测量电极M上面,T3/R3在方位测量电极M下面。为了说明随钻测井仪器发射线圈的工作原理,以发射状态的T2线圈为例说明仪器的工作原理,其中T2线圈的缠绕方式参见图3,其他线圈缠绕方式、工作原理与T2线圈相同。

  T2线圈发射时,其采用变压器原理,当发射线圈提供一个低频交变信号后,钻铤内部形成会产生电流,其表达式为I=NT2IT2。其中NT2为T2线圈的匝数,IT2为T2线圈输入的线电流,因此只需要为T2线圈提供一个较小的电流,依据表达式钻铤内部就会产生较大的电流。同样采用变压器原理,通过给定T2线圈的电压,依据表达式即可计算出T2线圈所在位置处钻铤电压U的表达式,结果为其中VT2为T2线圈输入的线电压。反过来,线圈作为接收线圈时,可通过测量接收线圈的线电流反推在接收线圈所在位置的钻铤轴向电流:I=NR2I′R2;其中I表示R2线圈所在位置处钻铤的轴向电流;I′R2表示R2线圈测得的线电流,同理依据R2测量的线电压反推所在位置处钻铤的电压:其中V′R2为R2线圈测得的线电压,U为R2线圈所在位置处钻铤的电压。

  由于方位测量电极M分布在4个象限上,因此在推导公式的过程中采用方位i处的方位测量电极M,用Mi表示。

  参见图4,本发明实施例T2线圈单独工作时的原理图,当T2线圈输入1A交变电流时,钻铤内部分为高压区和低压区,其中T2线圈下部为高压区,T2线圈上部为低压区,高压区电流从钻铤的表面流出,低压区电流从钻铤的表面流入。钻铤内在T1线圈处的轴向电流为I21,从方位测量电极Mi流出的电流为钻铤内在R3线圈处的轴向电流为I23。

  参见图5,本发明实施例T3线圈单独工作时的原理图,当T3线圈输入1A交变电流时,钻铤内部分为高压区和低压区,其中T3线圈上部为高压区,T3线圈下部为低压区,高压区电流从钻铤的表面流出,低压区电流从钻铤的表面流入。钻铤内在T1线圈处的轴向电流为I31,从方位测量电极Mi流出的电流为钻铤内在R2线圈处的轴向电流为I32,由互易性原理可以得到I32=I23。

  参见图6,本发明实施例仪器T2线圈和T3线圈同时工作时方位浅探测的原理图,此时T2线圈下部和T3线圈上部为高压区,T2线圈上部和T3线圈下部为低压区。通过控制T2线圈与T3线圈的电流使得钻铤内部R1线圈位置的轴向电流大小相等,方向相反,径向电流集中从R1线圈位置垂直流出,进而达到聚焦的效果,为本实施例的第1种探测模式。

  为了达到上述效果,由图4和图5得到T2线圈和T3线圈在R1线圈处产生的轴向电流分别为I21和I31,为了保证R1线圈处轴向电流相等,T2线圈和T3线圈的输入电流比值为I31/I21,为了提高电流的信号,令T2线圈的输入电流为I31/I32,由图5可以得到轴向电流在钻铤内部流经R1后流经R2,所以I31大于I32,此时T2线圈工作时从方位测量电极Mi流出的电流为令T3线圈的输入电流为I21/I23,由图4可以得到轴向电流在钻铤内部流经R1线圈后流经R3线圈,所以I21大于I23,此时T3线圈工作时从方位测量电极Mi流出的电流为T2线圈和T3线圈同时工作时,由于控制T2线圈和T3线圈的电流比,使得在R1线圈处的轴向电流大小相等,此时R1线圈处流出的径向电流垂直于钻铤表面流出地层,所以在方位测量电极Mi处的电流受到R1位置的影响较大。这里的聚焦位置不在测量电极Mi处,而是在R1处聚焦,聚焦后原理图如图6所示,聚焦后的电流在R1处垂直于钻铤表面流出,而测量电极Mi还是会有轴向分量,比传统没有聚焦模式,其轴向分量较小,使得测量电极Mi探测深度深一些,命名为浅探测模式,从方位测量电极Mi流出的电流为计算第i个方位视电阻率的表达式为:

  

  式中KL1i为第1种探测模式下第i个方位电极的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  其中RaL1i表示第1种探测模式下第i个方位电极的视电阻率;I23表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3线圈处钻铤的轴向电流;VT3表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,T3线圈处钻铤的电压;表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的电流;I21表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流;表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的电流;I31表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流。

  参见图5,本发明实施例仪器线圈T2和线圈T3同时工作时线状中探测的原理图,此时线圈T2下部和线圈T3上部为高压区,线圈T2上部和线圈T3下部为低压区。通过控制线圈T2与线圈T3的电流使得钻铤内部方位测量电极Mi位置的轴向电流大小相等,方向相反,径向电流集中从方位测量电极Mi位置垂直流出,进而达到聚焦的效果,为本实施例的第2种探测模式。

  为了达到上述效果,由图4和图5得到线圈T2和线圈T3在方位测量电极Mi处产生的轴向电流分别为I20和I30,为了保证方位测量电极Mi处轴向电流相等,线圈T2和线圈T3的输入电流比值为I30/I20,为了提高电流的信号,令线圈T2的输入电流为I30/I32,由图5可以得到轴向电流在钻铤内部流经方位测量电极Mi后流经线圈R2,所以I30大于I32,此时线圈T2工作时从方位测量电极Mi流出的电流为令线圈T3的输入电流为I20/I23,由图4可以得到轴向电流在钻铤内部流经方位测量电极Mi后流经R3,所以I20大于I23,此时线圈T3工作时从方位测量电极Mi流出的电流为线圈T2和线圈T3同时工作时,控制线圈T2和线圈T3的电流比,使得在方位测量电极Mi处的轴向电流大小相等,此时方位测量电极Mi处流出的电流垂直于钻铤表面,这里的聚焦位置在测量电极Mi处,聚焦后原理图如图7所示,聚焦后的电流在Mi处垂直于钻铤表面流出,因此这种模式下测量电极Mi探测深度比浅探测模式深,其没有轴向分量,命名为中探测;从方位测量电极Mi流出的电流为计算第i个方位视电阻率的表达式为:

  

  式中KL2i为第2种探测模式下第i个方位电极的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  其中RaL2i表示第2种探测模式下第i个方位电极的视电阻率;I23表示实际分时发射情况下,线圈T2工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3线圈处钻铤的轴向电流;VT3表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,T3线圈处钻铤的电压;表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的径向电流;I20表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的径向电流;I30表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流。

  方位测量电极Mi只能测量所在位置处钻铤流出的电流,所在位置处的轴向电流无法测量,需要通过方位测量电极Mi两侧线圈处的轴向电流通过线性插值求得,具体表示为:

  

  

  其中I30表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;I20表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;d10表示R1到方位测量电极Mi的中心距离;d30表示R3到方位测量电极Mi的中心距离;I31表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1处钻铤的轴向电流;I33表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A;I21表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流;I23表示实际分时发射情况下,T2线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3线圈处钻铤的轴向电流。

  参见图8,本发明实施例仪器T4线圈单独工作时的原理图,当T4线圈输入1A交变电流时,钻铤内部分为高压区和低压区,其中T4线圈下部为高压区,T4线圈上部为低压区,高压区电流从钻铤的表面流出,低压区电流从钻铤的表面流入。钻铤内在R1线圈处的轴向电流为I41,从方位测量电极Mi流出的电流为钻铤内在R3线圈处的轴向电流为I43。

  参见图9,本发明实施例仪器T3线圈单独工作时的原理图,当T3线圈输入1A交变电流时,钻铤内部分为高压区和低压区,其中T3线圈上部为高压区,T3线圈下部为低压区,高压区电流从钻铤的表面流出,低压区电流从钻铤的表面流入。钻铤内在R1线圈处的轴向电流为I31,从方位测量电极Mi流出的电流为钻铤内在R4线圈处的轴向电流为I34,由互易性原理可以得到I34=I43。

  参见图10,本发明实施例仪器T4线圈和T3线圈同时工作时的第3种探测模式的原理图,此时T4线圈下部和T3线圈上部为高压区,T4线圈上部和T3线圈下部为低压区。通过控制T4线圈与T3线圈的电流使得钻铤内部R1线圈位置的轴向电流大小相等,方向相反,径向电流集中从R1线圈位置垂直流出,进而达到聚焦的效果,即为本实施例的第3种探测模式。

  为了达到上述效果,由图8和图9得到T4线圈和T3线圈在R1线圈处产生的轴向电流分别为I41和I31,为了保证R1线圈处轴向电流相等,T4线圈和T3线圈的输入电流比值为I31/I41,为了提高电流的信号,令T4线圈的输入电流为I31/I34,由图9可以得到轴向电流在钻铤内部流经R1线圈后流经R4线圈,所以I31大于I34,此时T4线圈工作时从方位测量电极Mi流出的电流为令T3线圈的输入电流为I41/I43,由图8可以得到轴向电流在钻铤内部流经R1线圈后流经R3线圈,所以I41大于I43,此时T3工作时从方位测量电极Mi流出的电流为T4线圈和T3线圈同时工作时,控制T4线圈和T3线圈的电流比,使得在R1线圈处的轴向电流大小相等,此时R1线圈处流出的径向电流垂直于钻铤表面流出地层,所以在方位测量电极Mi处的电流受到R1线圈位置的影响较大。这里的聚焦位置不在测量电极Mi处,而是在R1处聚焦,聚焦后原理图如图10所示,聚焦后的电流在R1线圈处垂直于钻铤表面流出,而测量电极Mi还是会有轴向分量。但是这种模式下电流回流的路径较长,前面的两种模式电流回流到T2线圈的上部和T3线圈的下部,回流路径较短。这里的电流回流路径较长,回流到T4线圈的上部和T3线圈的下部,因此即使这种模式下的电流有轴向分量,但是其回流路径变长,探测深度增加,因此命名为中深模式,从方位测量电极Mi流出的电流为计算第i个方位视电阻率的表达式为:

  

  式中KL3i为第3种探测模式下第i个方位电极的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  其中RaL3i表示第3种探测模式下第i个方位电极的视电阻率;I43表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3处钻铤的轴向电流;VT4表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,T4线圈处钻铤的电压;表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的电流;I41表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1处钻铤的轴向电流;表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的电流;I31表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流。

  参见图11,本发明实施例仪器T4线圈和T3线圈同时工作时的第4种探测模式的原理图,此时T4线圈下部和T3线圈上部为高压区,T4线圈上部和T3线圈下部为低压区。通过控制T4线圈与T3线圈的电流使得钻铤内部方位测量电极Mi位置的轴向电流大小相等,方向相反,径向电流集中从方位测量电极Mi位置垂直流出,进而达到聚焦的效果,即为本实施例的第4种探测模式。

  为了达到上述效果,由图8和图9得到T4线圈和T3线圈在方位测量电极Mi处产生的轴向电流分别为I40和I30,为了保证方位测量电极Mi处轴向电流相等,T4线圈和T3线圈的输入电流比值为I30/I40,为了提高电流的信号,令T4线圈的输入电流为I30/I34,由图9可以得到轴向电流在钻铤内部流经方位测量电极Mi后流经R2线圈,所以I30大于I34,此时T4工作时从方位测量电极Mi流出的电流为令T3线圈的输入电流为I40/I43,由图8可以得到轴向电流在钻铤内部流经方位测量电极Mi后流经R3线圈,所以I40大于I43,此时T3线圈工作时从方位测量电极Mi流出的电流为T4线圈和T3线圈同时工作时,控制T4线圈和T3线圈的电流比,使得在方位测量电极Mi处的轴向电流大小相等,这里的聚焦位置在测量电极Mi处,聚焦后原理图如图11所示,聚焦后的电流在Mi处垂直于钻铤表面流出,因此这种模式下测量电极Mi的电流回流路径较长且没有轴向分量,因此探测深度最深,命名为深探测模式,从方位测量电极Mi流出的电流为计算第i个方位视电阻率的表达式为:

  

  式中KL4i为第4种探测模式下第i个方位电极的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  其中RaL4i表示第4种探测模式下第i个方位电极的视电阻率;I34表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R4线圈处钻铤的轴向电流;VT4表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,T4处钻铤的电压;表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的径向电流;I40表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi表面流出的径向电流;I30表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流。

  方位测量电极Mi只能测量所在位置处钻铤流出的电流,所在位置处的轴向电流无法测量,需要通过方位测量电极Mi两侧线圈处的轴向电流通过线性插值求得,具体表示为

  

  

  其中I30表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;I40表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,方位测量电极Mi处钻铤的轴向电流;d10表示R1线圈到方位测量电极Mi的中心距离;d30表示R3线圈到方位测量电极Mi的中心距离;I31表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1处钻铤的轴向电流;I33表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A;I41表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流;I43表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3线圈处钻铤的轴向电流。

  本发明还公开了一种随钻电阻率测井视电阻率测量方法,为了达到更深聚焦效果,采用‘环状’电极聚焦的方法,其中将R1线圈和R2线圈之间的钻铤部分等效为一个大环,控制T4线圈和T3线圈工作时的电流大小,使得在等效环状电极处的轴向电流相等,环状软聚焦原理具体推导过程如下:

  T4线圈工作时,从R1线圈和R2线圈之间钻铤流出的电流为(I42-I41),R1线圈至R2线圈之间位置处钻铤的轴向电流为I40;T3线圈工作时,从R1线圈和R2线圈之间钻铤流出的电流为(I31-I32),R1线圈至R2线圈之间位置处钻铤的轴向电流为I30,为了保证R1至R2中间位置处钻铤的轴向电流相等,所以令T4线圈和T3线圈的输入电流比值为I30/I40,为了提高电流的信号,令T4线圈的输入电流为I30/I34,同理可得I30大于I34,此时T4线圈工作时R1线圈至R2线圈之间位置处的环状电极流出的电流为令T3线圈的输入电流为I40/I43,同理可得I40大于I43,此时T3线圈工作时R1线圈至R2线圈之间的环状电极流出的电流为

  T4线圈和T3线圈同时工作时,控制T4线圈和T3线圈的电流比,使得在R1线圈至R2线圈中间位置处的钻铤轴向电流大小相等,此时R1线圈至R2线圈之间位置处的环状电极流出的电流全部等效成垂直于钻铤表面流出,此种模式称为环状软聚焦模式,为本实施例的第5种探测模式。此时,从R1线圈至R2线圈之间位置处的环状电极流出的电流为所以其视电阻率的表达式为:

  

  由于R1线圈至R2线圈中间位置处不能测量钻铤的轴向电流,所以采用取平均值的办法,具体表示为:

  

  

  代入表达式得到:

  

  式中KC为第5种探测模式下的仪器常数,通过电阻率为Rt的无限大均匀地层模型计算:

  

  其中RaC表示环状探测模式下计算的视电阻率;I43表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R3线圈处钻铤的轴向电流;VT4表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,T4线圈处钻铤的电压;I31表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流;I42表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R2线圈处钻铤的轴向电流;I32表示实际分时发射情况下,T3线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R2线圈处钻铤的轴向电流;I41表示实际分时发射情况下,T4线圈工作,在钻铤轴向上感应电流为1A时,R1线圈处钻铤的轴向电流。

  本发明实施例与现有技术相比,针对传统的方位侧向电阻率成像仪器在高阻区测量不准确的问题,采用新型的软聚焦计算方法,通过在聚焦位置处两侧的发射电极分时发射电流,模拟等效两个发射线圈同时工作,并控制发射线圈的输出电流比值,实现聚焦远探测;采用不同的发射线圈工作和不同的聚焦位置,其中通过在方位测量电极处聚焦实现线状软聚焦,在钻铤等效环状电极处聚焦实现环状软聚焦,得到不同的探测模式。本发明通过软聚焦的方法能有效解决随钻测井仪器在高阻区测量结果不准确的问题,使得在复杂地层中能够完成对地质导向和地层评价的关键任务。

  本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明随钻电阻率测井视电阻率测量方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

  基于这样的理解,在示例性实施例中,还提供了一种计算机可读存储介质,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于该计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中,所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备,包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

  在示例性实施例中,还提供计算机设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现所述各个实施例方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessingUnit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

  以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

《随钻电阻率测井视电阻率测量方法、设备及可读存储介质.doc》
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