隨鉆方位電磁波電阻率測量裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油、天然氣鉆井作業(yè)隨鉆測量或隨鉆測井領(lǐng)域，特別適用于地質(zhì)導(dǎo) 向鉆井系統(tǒng)中的一種能預(yù)測和判斷地層界面的隨鉆電磁波電阻率測量裝置及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在油田勘探和開發(fā)過程中，需要測量地層地質(zhì)信息和工程參數(shù)。隨著勘探開發(fā)技 術(shù)的不斷進(jìn)步，對測量參數(shù)的準(zhǔn)確性和多樣性要求越來越高。所需要的參數(shù)往往包含地層 環(huán)境參數(shù)、井下鉆具位置、方位以及鉆井環(huán)境參數(shù)等。
[0003] 目前已經(jīng)有多種常規(guī)電纜測井儀器以及隨鉆測井儀器可以提供以上參數(shù)。電磁波 電阻率儀器作為評價(jià)地層性質(zhì)的重要儀器可以提供地層電阻率信息，來對地層含油性進(jìn)行 評價(jià)。該儀器往往包含一個(gè)或者多個(gè)發(fā)射和接收天線來接收地層感應(yīng)信號。根據(jù)采用頻率 不同，分為感應(yīng)電阻率儀器和電磁波電阻率儀器。對于隨鉆電磁波電阻率儀器來說，通常采 用接收線圈的幅度比或相位差來轉(zhuǎn)換得到地層電阻率信息。方位電磁波電阻率除了用于地 層評價(jià)外主要用來地質(zhì)導(dǎo)向。目前具備方位分辨功能的隨鉆儀器由于探測深度太小，限制 了其在地質(zhì)導(dǎo)向方面的應(yīng)用，而隨鉆方位電磁波電阻率儀器則克服了探測深度小的缺陷， 可以更好的應(yīng)用于地質(zhì)導(dǎo)向。
[0004] 美國專利（No. 6777940)公布了一種隨鉆電磁波電阻率的測井工具，它包括一對 相對于接收天線對稱排列的發(fā)射天線，可以發(fā)射400kHz、l. 2MHz以及2MHz這三種頻率的電 磁波，通過測量兩個(gè)接收線圈之間測量信號的幅度衰減和相位差，從而轉(zhuǎn)化成地層的電阻 率信息。該工具裝置和測量方法可以得到地層的電阻率信息，但不具備方位性質(zhì)，無法給出 方位電阻率信息，也不能確定層界面相對方位。
[0005] 美國專利（No. 7038455)公布了一種多線圈距、多頻率的隨鉆電磁波測井工具，它 包含六個(gè)發(fā)射天線和三個(gè)接收天線，通過不同的發(fā)射天線以及接收天線的組合來實(shí)現(xiàn)多探 測深度的測量，它同樣不具備方位特性。
[0006] 中國公布的發(fā)明專利（N0.CN102704921)提出了一種隨鉆電磁波電阻率測量方法 及裝置，通過產(chǎn)生特定頻率的電磁波功率信號，利用發(fā)射天線將電磁波發(fā)射到地層中，通過 兩個(gè)接收天線分別接收含有被測地層信息的電磁波功率信號，生成兩路含有被測地層信息 的電磁波功率信號，對兩路含有被測地層信息的電磁波功率信號分別進(jìn)行帶通濾波，并將 經(jīng)過帶通濾波后的兩路含有被測地層信息的電磁波功率信號分別進(jìn)行帶通濾波，并將帶通 濾波后的信號通過AD采樣后生成兩路電磁波采樣數(shù)字信號，對兩路電磁波采樣信號的每 一路電磁波采樣信號進(jìn)行混頻變換和低通濾波，生成每一路電磁波采樣數(shù)字信號的幅值信 息和相位信息，生成采樣數(shù)字信號的幅值比和相位差，根據(jù)圖表反演生成電阻率圖板。該專 利只具備基本的電阻率測量功能，而且該裝置和方法不具備方位特性，無法進(jìn)行電阻率成 像和層界面的判斷，在地質(zhì)導(dǎo)向應(yīng)用中受到很大限制。
[0007] 因此，如何解決上述問題，提供一種有效精準(zhǔn)測量出不同方位的電磁波電阻率的 隨鉆方位電磁波電阻率測量裝置及其測量方法，乃業(yè)界所致力的課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是需要提供一種隨鉆方位電磁波電阻率的測量 裝置，該裝置能夠有效精準(zhǔn)測量出不同方位的電磁波電阻率，預(yù)測和判斷地層界面位置。另 外，還提供了 一種隨鉆方位電磁波電阻率的測量方法。
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種隨鉆方位電磁波電阻率的測量裝置， 包括：設(shè)置有天線槽的無磁鉆鋌；安裝于所述無磁鉆鋌上的至少一軸向發(fā)射天線、一對橫 向接收天線以及至少一對軸向接收天線，其中，各個(gè)天線通過所述天線槽發(fā)射和接收電磁 波信號；工具面方位角實(shí)時(shí)測量裝置，其用來提供裝置工具面的實(shí)時(shí)測量，以確定采集數(shù)據(jù) 所處的扇區(qū)；數(shù)據(jù)采集和處理裝置，其通過所述無磁鉆鋌內(nèi)部的線路與所述工具面方位角 實(shí)時(shí)測量裝置電連接，所述數(shù)據(jù)采集和處理裝置用于采集軸向接收天線的信號和按照扇區(qū) 采集該對正交的橫向接收天線的信號，并對采集到的信號進(jìn)行處理得到不同方位的電磁波 電阻率。
[0010] 在一個(gè)實(shí)施例中，包括：在所述無磁鉆鋌上安裝四個(gè)所述軸向發(fā)射天線、兩個(gè)所述 軸向接收天線和一對正交的橫向接收天線，其中，在兩個(gè)所述軸向接收天線的兩側(cè)分別設(shè) 置三個(gè)所述軸向發(fā)射天線和一個(gè)所述軸向發(fā)射天線，并且兩端軸向發(fā)射天線關(guān)于所述一對 正交的橫向接收天線對稱，四個(gè)所述軸向發(fā)射天線分別分時(shí)發(fā)射至少一個(gè)設(shè)定工作頻率的 電磁波信號。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集和處理裝置包括：電磁波電阻率生成單元，其用于 采集對應(yīng)至少一工作頻率的軸向接收天線所接收到的反映地層信息的電磁波信號，通過對 所述電磁波信號的幅度和相位信息進(jìn)行處理以得到不同探測深度的地層的電磁波電阻率 信息；方位電動(dòng)勢生成單元，其用于按照扇區(qū)采集該對橫向接收天線所接收到的反映地層 信息的電磁波信號，獲取電磁場交叉耦合電動(dòng)勢的實(shí)部和虛部信息，進(jìn)而生成不同方位的 電動(dòng)勢信息；方位電磁波電阻率計(jì)算單元，其用于將所述電磁波電阻率信息和所述不同方 位的電動(dòng)勢信息進(jìn)行合成，生成不同方位的電磁波電阻率信息。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述方位電動(dòng)勢生成單元還包括：噪聲消除單元，其按照扇區(qū)方 位對所述電磁場交叉耦合電動(dòng)勢中的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合校正以消除電氣和/ 或機(jī)械引起的噪聲信號；補(bǔ)償單元，其對消除噪聲信號后的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行對 稱發(fā)射補(bǔ)償和/或移動(dòng)過程中的延遲補(bǔ)償，進(jìn)而生成不同方位的電動(dòng)勢信息。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括：方位電磁波電阻率成像單元，其用于用不同顏色表示所 得到的不同方位的電磁波電阻率的大小。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括：界面傾角和距離判斷單元，其用于根據(jù)所得到的不同方 位的電動(dòng)勢信息，處理得到界面傾角和相對位置，來預(yù)測和判斷地層界面，進(jìn)而指導(dǎo)鉆進(jìn)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種隨鉆方位電磁波電阻率的測量方法，包括： 電磁波電阻率生成步驟，采集對應(yīng)至少一工作頻率的軸向接收天線所接收到的反映地層信 息的電磁波信號，通過對所述電磁波信號的幅度和相位信息進(jìn)行處理得到不同探測深度的 電磁波電阻率信息；方位電動(dòng)勢生成步驟，按照扇區(qū)采集至少一對橫向接收天線所接收到 的反映地層信息的電磁波信號，獲取電磁場交叉耦合電動(dòng)勢的實(shí)部和虛部信息，進(jìn)而生成 不同方位的電動(dòng)勢信息；方位電磁波電阻率計(jì)算步驟，將所述電磁波電阻率與所述不同方 位的電動(dòng)勢信息進(jìn)行合成得到不同方位的電磁波電阻率信息。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，在所述方位電動(dòng)勢生成步驟中，進(jìn)一步包括：按照扇區(qū)方位對所 述電磁場交叉耦合電動(dòng)勢中的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合校正以消除電氣和/或機(jī) 械引起的噪聲信號；對消除噪聲信號后的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行對稱發(fā)射補(bǔ)償和/或 移動(dòng)過程中的延遲補(bǔ)償，進(jìn)而生成不同方位的電動(dòng)勢信息。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括：根據(jù)所得到的不同方位的電動(dòng)勢信息，處理得到界面傾 角和相對位置，來預(yù)測和判斷地層界面，進(jìn)而指導(dǎo)鉆進(jìn)。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電磁場交叉耦合電動(dòng)勢包括交叉耦合磁場分量ZX和ZY，通 過至少一個(gè)軸向發(fā)射天線和一對正交的橫向接收天線，同時(shí)測量所述電磁場交叉耦合電動(dòng) 勢的分量ZX和ZY。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，在對消除噪聲信號后的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行對稱發(fā)射補(bǔ) 償?shù)牟襟E中，通過將至少一對軸向發(fā)射天線對稱安裝于橫向接收天線兩側(cè)，且至少采用一 個(gè)橫向接收天線用于測量ZX或ZY分量，進(jìn)而進(jìn)行對稱發(fā)射補(bǔ)償，或者，通過將至少一對橫 向接收天線對稱安裝于軸向發(fā)射天線兩側(cè)，且至少采用一個(gè)軸向發(fā)射天線用于測量ZX或 ZY分量，進(jìn)而進(jìn)行對稱發(fā)射補(bǔ)償。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，在對消除噪聲信號后的交叉耦合磁場分量數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆挺移動(dòng)過 程中的延遲補(bǔ)償?shù)牟襟E中，通過關(guān)于橫向接收天線對稱的兩個(gè)軸向發(fā)射天線分別位于相同 地層位置時(shí)的該橫向接收天線所接收的電磁波信號進(jìn)行補(bǔ)償。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)測量模式中，所采集到的電動(dòng)勢信號的實(shí)部和虛部信息 分別為關(guān)于裝置工具面方位角〇的函數(shù)，如下表示為：
[0022] Re {V (f, t, r)} = aEE1cos ( ) +bEE1sin ( )
[0023] Im {V (f, t, r)} = aIM1cos ( ) +bIM1sin ( )
[0024] 其中，V為橫向接收線圈