本发明涉及油田开发技术，尤指一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法及装置。
背景技术
随着油气勘探开发中大斜度井和水平井的大量应用，常规的电缆测井仪器难以下井，随钻测井技术实现了在钻井过程中地层电阻率的实时测量，很好的解决了这一技术难题。同时，由于随钻测井仪器是在钻开地层的第一时间进行测量，井眼环境对地层的改造程度较低，此时测量得到的地层电阻率更接近原始的地层电阻率，为储层评价提供了更为可靠的测井资料，在实现储层实时评价的基础上，能够进行实时地质导向，为钻井的实时决策和完井优化设计提供重要依据。
随钻电阻率测井技术是最早发展和应用的随钻测井技术之一，国内外随钻电磁波、随钻感应、随钻电阻率的测井技术与随钻测井仪器已实现了现场应用，其中随钻电磁波和随钻电阻率测井技术由于自身的技术优势得到了更为广泛的应用。进入21世纪后，国外随钻电磁波电阻率成像、随钻电阻率成像测井技术相继成熟并进入商业应用阶段，主要用于地质导向和地层评价。随钻电磁波电阻率及其成像技术具有大探深、低电阻率灵敏、泥浆适用性广等优点，但难以适用于高阻薄层评价和井壁电阻率成像。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法及装置，能够实现地层电阻率的精细化测量。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法，所述随钻测井仪器包括：钻铤、发射线圈和电极；所述发射线圈套设在所述钻铤上，在所述发射线圈的外部设有金属外壳，所述金属外壳的外表面设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有第一绝缘结构；所述电极设在所述钻铤上；所述方法包括：
当所述随钻测井仪器放置在井眼中，在所述发射线圈上施加交流电压，通过所述第一绝缘结构隔开所述钻铤表面的电流通路，形成所述钻铤、井眼以及井眼周围地层的电流回路时，确定所述电极外边界的棱边的磁场强度；
根据所述电极外边界的棱边的磁场强度，计算出所述电极的电流；
根据所述电极的电流确定所述随钻测井仪器周围地层的电阻率。
在一个可选方案中，所述确定所述电极外边界的棱边的磁场强度，包括：
确定所述钻铤两端的电压差值；
将所述钻铤两端的电压差值作为磁流大小代入到预先构建的麦克斯韦方程中，以求解出所述电极所在空间中的棱边的磁场强度；
在所述空间中的棱边的磁场强度中获取所述电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，所述确定所述钻铤两端的电压差值，包括：
利用公式
其中，n1表示预设的所述发射线圈的匝数，n2表示预设的所述钻铤、井眼以及井眼周围的地层等同的线圈的匝数，e1表示施加在所述发射线圈上的电压值，e2表示所述钻铤两端的电压差值。
在一个可选方案中，所述在所述空间中的棱边的磁场强度中获取所述电极外边界的棱边的磁场强度，包括：
在所述空间中的具有编号的棱边中找出预定编号的棱边；
在所述空间中的棱边的磁场强度中获取所述预定编号的棱边的磁场强度，作为所述电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，所述根据所述电极外边界的棱边的磁场强度，计算出所述电极的电流，包括：
将所述电极外边界的棱边的磁场强度代入到以下公式中进行计算：
其中，i表示所述电极的电流，hj表示所述电极外边界的第j个棱边的磁场强度，lj表示预设的所述电极外边界的第j个棱边的长度，n表示预设的所述电极外边界的棱边总数。
在一个可选方案中，所述根据所述电极的电流确定所述随钻测井仪器周围地层的电阻率，包括：
根据预设设置的电流和电阻率之间的对应关系，确定与所述电极的电流对应的电阻率，作为所述随钻测井仪器周围地层的电阻率。
一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的装置，所述随钻测井仪器包括：钻铤、发射线圈和电极；所述发射线圈套设在所述钻铤上，在所述发射线圈的外部设有金属外壳，所述金属外壳的外表面设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有第一绝缘结构；所述电极设在所述钻铤上；所述装置包括：
第一确定模块，用于当所述随钻测井仪器放置在井眼中，在所述发射线圈上施加交流电压，通过所述第一绝缘结构隔开所述钻铤表面的电流通路，形成所述钻铤、井眼以及井眼周围地层的电流回路时，确定所述电极外边界的棱边的磁场强度；
计算模块，用于根据所述电极外边界的棱边的磁场强度，计算出所述电极的电流；
第二确定模块，用于根据所述电极的电流确定所述随钻测井仪器周围地层的电阻率。
在一个可选方案中，所述第一确定模块包括：
确定单元，用于确定所述钻铤两端的电压差值；
计算单元，用于将所述钻铤两端的电压差值作为磁流大小代入到预先构建的麦克斯韦方程中，以求解出所述电极所在空间中的棱边的磁场强度；
获取单元，用于在所述空间中的棱边的磁场强度中获取所述电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，所述确定单元具体用于，
利用公式
其中，n1表示预设的所述发射线圈的匝数，n2表示预设的所述钻铤、井眼以及井眼周围的地层等同的线圈的匝数，e1表示施加在所述发射线圈上的电压值，e2表示所述钻铤两端的电压差值。
在一个可选方案中，所述计算模块具体用于，
将所述电极外边界的棱边的磁场强度代入到以下公式中进行计算：
其中，i表示所述电极的电流，hj表示所述电极外边界的第j个棱边的磁场强度，lj表示预设的所述电极外边界的第j个棱边的长度，n表示预设的所述电极外边界的棱边总数。
本发明实施例至少包括：当所述随钻测井仪器放置在井眼中，在所述发射线圈上施加交流电压，通过所述第一绝缘结构隔开所述钻铤表面的电流通路，形成所述钻铤、井眼以及井眼周围地层的电流回路时，确定所述电极外边界的棱边的磁场强度；根据所述电极外边界的棱边的磁场强度，计算出所述电极的电流；根据所述电极的电流确定所述随钻测井仪器周围地层的电阻率。从本发明实施例可见，本发明方案的线圈型激励方式相比于电极型激励方式适用性更强。而且在对地层钻进的过程中可以实时测量井眼的井壁附近地层的电阻率，减少作业下井的次数，缩短了作业时间，降低了钻井成本。另外，通过绝缘结构将电极设在钻铤上，实现了对流出钻铤表面的电流进行聚焦，可实现探测一定深度地层的电阻率，为油气储层评价和判断地层方位奠定了基础。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的一种随钻测井仪器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种随钻测井仪器的工作原理的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种确定电极外边界的棱边的磁场强度的方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电极的电流与地层电阻率之间的关系图；
图6为本发明实施例提供的一种三层地层模型示意图；
图7为本发明实施例提供的一种地层深度与地层电阻率之间的关系图；
图8为本发明实施例提供的一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的装置的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的装置的结构示意图。
图1和图3中所标各部件名称如下：
01钻铤，02发射线圈，03电极，04第一绝缘结构，05第二绝缘结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本发明实施例提供一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法，如图1所示，该随钻测井仪器包括：钻铤01、发射线圈02和设置在钻铤01上的电极03。发射线圈02套设在钻铤01上；在发射线圈02的外部设有金属外壳(图1中并未画出金属外壳)，金属外壳的外表面设有环形凹槽，环形凹槽内设有第一绝缘结构04；当随钻测井仪器放置在井眼中，且在发射线圈02上施加交流电压时，第一绝缘结构04可以隔开钻铤01表面电流通路，从而形成流经钻铤01、井眼以及井眼周围地层的电流回路。电极03可以通过第二绝缘结构05设在钻铤01上，使得电极03与钻铤01不接触，第二绝缘结构05的设计增加了电极03电流的聚焦效果。发射线圈02实现信号发射的作用，电极03实现信号接收的作用。需要说明的是，钻铤01是使用导电材质制作成的钻铤，比如钻铤01是金属钻铤。发射线圈02可以是螺线环形线圈，电极03可以是纽扣电极，由于纽扣电极的体积比较小，因此纽扣电极能够进一步地保证地层电阻率测量的准确性。
如图2所示，基于随钻测井仪器实现电阻率测量的方法包括：
步骤101、当所述随钻测井仪器放置在井眼中，在所述发射线圈上施加交流电压，通过所述第一绝缘结构隔开所述钻铤表面的电流通路，形成所述钻铤、井眼以及井眼周围地层的电流回路时，确定电极外边界的棱边的磁场强度。
需要说明的是，如图3所示，当随钻测井仪器放置在井眼中，并外部的电源向发射线圈02施加交流电压时，基于电磁感应原理，发射线圈02作为磁流激励源，磁流激励源在钻铤01两侧形成电压差，在电压差的驱动下，电流从钻铤01的一侧流出，形成轴向电流，经过井眼和地层返回到钻铤01的另一侧，形成径向电流，以形成钻铤01、井眼和地层的电流回路。
步骤102、根据电极外边界的棱边的磁场强度，计算出电极的电流。
步骤103、根据电极的电流确定随钻测井仪器周围地层的电阻率。
从本发明实施例可见，当随钻测井仪器放置在井眼中，在钻井的过程中向发射线圈上施加交流电压，随着随钻测井仪器的旋转，根据电极外边界的棱边的磁场强度计算经过电极的电流，从而得到随钻测井仪器周围地层的电阻率，本发明方案的线圈型激励方式相比于电极型激励方式适用性更强。而且在对地层钻进的过程中可以实时测量井眼的井壁附近地层的电阻率，减少作业下井的次数，缩短了作业时间，降低了钻井成本。另外，通过绝缘结构将电极设在钻铤上，实现了对流出钻铤表面的电流进行聚焦，可实现探测一定深度地层的电阻率，为油气储层评价和判断地层方位奠定了基础。
在一个可选方案中，在图2对应实施例的基础上，如图4所示，步骤101包括：
步骤1011，确定钻铤两端的电压差值。
步骤1012，将钻铤两端的电压差值作为磁流大小代入到预先构建的麦克斯韦方程中，以求解出电极所在空间中的棱边的磁场强度。
需要说明的是，预先构建的麦克斯韦方程是：
其中，
利用三维矢量边有限元素法求取上述麦克斯韦方程，求解得到电极所在空间中的各棱边的磁场强度。
步骤1013，在空间中的棱边的磁场强度中获取电极外边界的棱边的磁场强度。
需要说明的是，如果电极的外边界是没有棱边的，比如电极是球形或椭圆形的电极，那么可以将电极等效成多边体结构的电极。
在一个可选方案中，在图4对应实施例的基础上，步骤1011包括：
利用公式
其中，n1表示预设的发射线圈的匝数，n2表示预设的钻铤、井眼以及井眼周围的地层等同的线圈的匝数，e1表示施加在发射线圈上的电压值，e2表示钻铤两端的电压差值。
需要说明的是，发射线圈的磁流激励原理可以等效为变压器原理。根据变压器原理，发射线圈可以等效为初级线圈，初级线圈的匝数与发射线圈的匝数相同，都是n1；钻铤、井眼和井眼周围的地层可以等效为匝数为1的次级线圈(即n2＝1)。利用互感耦合原理将初级线圈的电压信号耦合到次级线圈。
在一个可选方案中，在图4对应实施例的基础上，步骤1013包括：
在空间中的具有编号的棱边中找出预定编号的棱边；在空间中的棱边的磁场强度中获取预定编号的棱边的磁场强度，作为电极外边界的棱边的磁场强度。
需要说明的是，电极所在空间中有很多的棱边，预先分别对该空间中的所有棱边进行编号，其中包括电极的棱边的编号，比如，空间中有100个棱边，分别编号为001-100，其中电极的棱边的编号是020-030，如果空间中的所有棱边的磁场强度是已知的情况下，那么可以根据棱边的编号，获取电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，在图2对应实施例的基础上，步骤102包括：
将电极外边界的棱边的磁场强度代入到以下公式中进行计算：
其中，i表示电极的电流，hj表示电极外边界的第j个棱边的磁场强度，lj表示预设的电极外边界的第j个棱边的长度，n表示预设的电极外边界的棱边总数。
需要说明的是，本方案中是利用安培环路定理求解上述公式得到电极的电流，该电极的电流可以反映出随钻测井仪器周围地层的电阻率。
当然，可以使用以下的公式替换上述中的计算电极的电流的公式：
其中，i表示电极的电流，ij表示电极外边界的第j个棱边的电流，hj表示电极外边界的第j个棱边的磁场强度，dl为磁场积分路径微元。
在一个可选方案中，在图2对应实施例的基础上，步骤103包括：
根据预设设置的电流和电阻率之间的对应关系，确定与电极的电流对应的电阻率，作为随钻测井仪器周围地层的电阻率。
需要说明的是，预设设置的电流和电阻率之间的对应关系可以是存储在表格中的对应关系，比如，在表格中存储有：电流i1和对应的电阻率r1，电流i2和对应的电阻率r2…电流im和对应的电阻率rm，m为正整数。预设设置的电流和电阻率之间的对应关系可以是公式，比如，电流和电阻率以下的关系，i＝k×r+a，k和a分别是预设常数。
图5示出了电流和电阻率之间的对应关系，在图5中，电流和电阻率之间具有线性关系。在电极的电流是已知的情况下，利用图5，可以得到随钻测井仪器周围地层的电阻率。
利用上述电阻率测量的方法建立如图6所示的三层地层模型，包含井眼、目的层以及上下围岩层，图6中rm表示井眼电阻率，rs表示围岩电阻率，rt表示目的层电阻率。利用图6示出的三层地层模型进行数值模拟，数值模拟可获得如图7示出的具有一定探测深度的地层视电阻率测量曲线。
本发明实施例提供一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的装置，随钻测井仪器包括：钻铤、发射线圈和电极；发射线圈套设在钻铤上，在发射线圈的外部设有金属外壳，金属外壳的外表面设有环形凹槽，环形凹槽内设有第一绝缘结构；电极设在钻铤上。如图8所示，上述中的装置200包括：第一确定模块201、计算模块202和第二确定模块203。
第一确定模块201，用于当所述随钻测井仪器放置在井眼中，在所述发射线圈上施加交流电压，通过所述第一绝缘结构隔开所述钻铤表面的电流通路，形成所述钻铤、井眼以及井眼周围地层的电流回路时，确定电极外边界的棱边的磁场强度。
计算模块202，用于根据电极外边界的棱边的磁场强度，计算出电极的电流。
第二确定模块203，用于根据电极的电流确定随钻测井仪器周围地层的电阻率。
在一个可选方案中，在图8对应实施例的基础上，如图9所示，第一确定模块201包括：确定单元2011、计算单元2012和获取单元2013。
确定单元2011，用于确定钻铤两端的电压差值。
计算单元2012，用于将钻铤两端的电压差值作为磁流大小代入到预先构建的麦克斯韦方程中，以求解出电极所在空间中的棱边的磁场强度。
获取单元2013，用于在空间中的棱边的磁场强度中获取电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，在图9对应实施例的基础上，确定单元2011具体用于，
利用公式
其中，n1表示预设的发射线圈的匝数，n2表示预设的钻铤、井眼以及井眼周围的地层等同的线圈的匝数，e1表示施加在发射线圈上的电压值，e2表示钻铤两端的电压差值。
在一个可选方案中，在图9对应实施例的基础上，获取单元2013具体用于，
在空间中的具有编号的棱边中找出预定编号的棱边；在空间中的棱边的磁场强度中获取预定编号的棱边的磁场强度，作为电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，在图8或9对应实施例的基础上，计算模块202具体用于，
将电极外边界的棱边的磁场强度代入到以下公式中进行计算：
其中，i表示电极的电流，hj表示电极外边界的第j个棱边的磁场强度，lj表示预设的电极外边界的第j个棱边的长度，n表示预设的电极外边界的棱边总数。
在一个可选方案中，在图8或图9对应实施例的基础上，第二确定模块203具体用于，
根据预设设置的电流和电阻率之间的对应关系，确定与电极的电流对应的电阻率，作为随钻测井仪器周围地层的电阻率。
在实际应用中，第一确定模块201、计算模块202和第二确定模块203均可由装置200中的cpu、微处理器(microprocessorunit，mpu)、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)或现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)等实现。
本发明实施例提供另一种基于随钻测井仪器实现电阻率测量的装置，该装置包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现的步骤包括：
当随钻测井仪器放置在井眼中，且在发射线圈上施加交流电压时，在钻铤、井眼以及井眼周围的地层中形成电流回路，确定电极外边界的棱边的磁场强度；
根据电极外边界的棱边的磁场强度，计算出电极的电流；
根据电极的电流确定随钻测井仪器周围地层的电阻率。
在一个可选方案中，上述处理器执行计算机程序时实现的步骤具体包括：
确定钻铤两端的电压差值；
将钻铤两端的电压差值作为磁流大小代入到预先构建的麦克斯韦方程中，以求解出电极所在空间中的棱边的磁场强度；
在空间中的棱边的磁场强度中获取电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，上述处理器执行计算机程序时实现的步骤具体包括：
利用公式
其中，n1表示预设的发射线圈的匝数，n2表示预设的钻铤、井眼以及井眼周围的地层等同的线圈的匝数，e1表示施加在发射线圈上的电压值，e2表示钻铤两端的电压差值。
在一个可选方案中，上述处理器执行计算机程序时实现的步骤具体包括：
在空间中的具有编号的棱边中找出预定编号的棱边；
在空间中的棱边的磁场强度中获取预定编号的棱边的磁场强度，作为电极外边界的棱边的磁场强度。
在一个可选方案中，上述处理器执行计算机程序时实现的步骤具体包括：
将电极外边界的棱边的磁场强度代入到以下公式中进行计算：
其中，i表示电极的电流，hj表示电极外边界的第j个棱边的磁场强度，lj表示预设的电极外边界的第j个棱边的长度，n表示预设的电极外边界的棱边总数。
在一个可选方案中，上述处理器执行计算机程序时实现的步骤具体包括：
根据预设设置的电流和电阻率之间的对应关系，确定与电极的电流对应的电阻率，作为随钻测井仪器周围地层的电阻率。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。