近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于评估井眼外地层结构和地层特性的连续测量方法，属于地球 物理测井中的电法测井和数据处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 21世纪W来，石油技术人员不断开发出新的能够探测油田地层特性的仪器，其中 利用电磁波测量岩石和流体性质的介电测井就是一种新的技术。介电测井可W对含淡水、 矿化水或矿化度未知的储层的孔隙度进行测量，根据岩石孔隙度、含水量，可得出与电阻率 无关的流体饱和度。测井分析人员可将介电测井结果与深探测仪器获得的数据相结合，用 于识别含有可动油气的地层，运对于稠油油藏是极为重要的信息。
[0003] 介电常数是表征介质介电特性的物理量，原油的微波频段介电常数约为2~2. 4， 地层水的介电常数约为78~81，天然气的介电常数约为1，地层骨架的介电常数约为4~ 8,当地层孔隙被丰富的流体填充时，地层的介电常数便由所含流体及流体饱和度决定，因 此，含油、气层的介电常数与含水层的介电常数有明显的区别，可根据介电特性对储层进行 区分。介电测井又被称为电磁波传播测井，它被作为一种补充测井方法被提出，运种方法的 初衷是通过地层电磁波测量分析淡水环境储层，识别可流动油气。该仪器主要对孔隙网络 里的流体响应，并测量含流体孔隙度，进而得出与电阻率无关的流体饱和度。
[0004] EPT是第一种真正广泛应用在实际测井中的介电测井仪。EPT使用缝隙天线向垂 直钻挺方向发射1.IGHz电磁波，通过计算电磁波通过地层的传播时间tp。，主要测量井壁附 近的介电常数。由于EPT使用特高频频率作为发射信号，及缝隙天线本身发射特性，运种仪 器的探测距离被限制在几英寸的范围内。为穿透侵入带对原状地层的介电特性进行测量， 斯伦贝谢公司随后开发了频率介于电阻率测井与电磁波传播测井的深传播测井值PT)，运 种仪器工作在25MHz，使用的天线类似电阻率测井的线圈天线，所W对深传播测井的分析方 法也类似传统的感应测井的分析。DPT通过多线圈阵列实现在不同探测深度下的测量，并可 同时给出不同源距下接收信号幅度和相对相位，利用运一系列参数可W反演出地层的电阻 率和介电常数。阿特拉斯测井公司在相同时期研制了双频介电测井仪1531/1532,通过向地 层发射47MHz和200MHz的电磁波，测量两个接收器信号经过耗散介质的幅度比和相位差， 得到耗散介质的介电常数和电阻率两个参数。
[0005] 斯伦贝谢测井公司开发的"DielectricScanner"多频介电测井仪器突破早期介 电测井仪频段范围的限制，选择在20MHz到IGHz范围内的四个频率点作为工作频率。除了 能在低频下测量地层的电阻率特性、极高频率下测量地层介电特性外，运种先进的仪器还 能通过多种频率下采集的高质量数据，分析地层电特性频散获得关于岩石结构和泥质含量 的信息。运种介电测井仪的收发装置包括2个发射器和8个接收器，每个收发装置都可W 在横向纵向两种极化模式下进行测量，每个测量周期包括72个振幅和72个相位测量。反 演运四个测量频率、不同源距下得到的测井数据，能够帮助测井工程师分析从浅层泥饼到 深层侵入带的不同深度下的流体饱和度。
[0006] 现有的介电测井技术只能对地层介电常数进行固定频率点的测量，无法实现地层 介电常数在连续频谱的测量。尚存在诸多技术不足：一、若在某个测量频率发生因电路或 其他未知因素造成的测量偏差，将造成最终评估结果的不准确，且无法评估地层色散特性； 二、利用多频方法实现介电色散评估测量周期漫长，信息采集十分复杂，易造成自身干扰； Ξ、多频方法在一个测量周期内需要向地层发射电磁波几十次之多，井下电能有限，分配给 用于单次电磁波发射的电能十分有限，大大限制了仪器的信噪比与探测深度。
【发明内容】
[0007] 本发明针对目前介电测井仪器不能对井眼周围地层给出连续频率下的介电色散 特性测量的难题，提出一种利用瞬变宽频信号对地层介电常数测量的近井眼地层的介电常 数频散特性在宽频谱的连续测量方法，对井眼周围地层在连续带宽内的介电常数测量的同 时，实现对介电常数在测量带宽内色散特性的评估。
[0008] 本发明的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，是通过宽频 天线向地层发射时域窄脉冲，检测回波频率和时延特性来实现；具体包括W下步骤：
[0009] (1)在钻杆上至少安装一个发射天线及一个接收天线，发射天线和接收天线的源 距（安装距离）为L;
[0010] 似钻杆钻进，发射天线向井眼外地层发射时长为t。的脉冲信号，计时并检测信 号；最小回波信号检测时长tKmin为3. 75X10 8L+1. 25t。秒，对回波信号的检测时长tK应大 于tumm;结束检测的判断标准为：在内，检测到回波信号电压最大值（检测时长内最大 接收电压）为VlW，时间段t。内的电压最大值为VK1，若VkI不小于0. 01XVKmax，继续等待直 到（n-1)t。时间后，第η个长度为t。的时间段内电压最大值VU。不大于0. 01XVum。、，视为本 次测量中电磁场不对下个检测造成干扰，则结束本次测量；
[0011] (3)对于检测到的信号，首先进行时域分析，通过信号时间延迟反演地层介电常 数，同时对接收信号进行傅里叶变换，分析反演介电常数频散特性，结合地层框架和孔隙度 信息，判断地层流体饱和度；
[001引 （4)由发射天线向井眼外地层发射下一个脉冲信号，重复W上步骤，开始下次测 量；
[0013] (5)采集所有测量次数的数据，对时域信号进行傅里叶变换，得到不同次数测量下 的频域地层介电频散，分别绘制出时域测井响应和地层频散响应随钻进深度变化的测井曲 线。
[0014] 所述步骤（1)中发射天线和接收天线的源距（安装距离）L为0. 2m~2m。
[001引所述步骤似中脉冲信号的参数为：频带范围~f2、中屯、频率f。和脉冲波形（可W根据探测深度、目标地层介电特性改变）。
[001引所述步骤（2)中脉冲信号的带宽为lOOMHz~2. 5GHz。
[0017] 所述步骤（2)中计算接收脉冲的时延是从触发发射信号为时间起点。
[0018] 所述步骤（3)中地层流体（含水和含油）饱和度是根据复折射系数混合公式
丫守到，其中《fcnrnti。。、S、?ter、ematrix、 ε。11、S,和巧分别为地层介电常数、水介电常数、地层框架介电常数、原油介电常数、含水饱 和度、地层孔隙度。
[001引所述步骤（3)中地层框架和孔隙度信息通过自然伽马或中子法获得。利用复折射 系数混合公式对含水及含油饱和度进行拟合。
[0020] 所述步骤巧）中地层介电频散，是通过对接收时长内的时域响应做傅里叶变换， 建立深度和频率为坐标，频率强度为变量的2D伪色图。
[0021] 本发明实现了对近井眼地层及侵入带的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量， 可W有效简化测量步骤，同时在时域和频域下对测量数据解释能够提高对地质参数评估的 可靠性，通过设置不同收发源距，能够满足不同深度的测量需求。通过该方法可W直观地观 察接收频谱中屯、频率、带宽的变换。
【附图说明】
[0022] 图1是天线在钻杆上的安装示意图。
[0023] 图2是测量时间序列示意图。
[0024] 图3是一个测量周期的流程图。
[00巧]图4是测量仪器随钻头通过储层时对应时域响应示意图。
[0026] 图5是测量仪器随钻头通过储层时对应频域响应示意图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明的近井眼地层的介电常数频散特性在宽频谱的连续测量方法，是由宽带发 射天线向井眼外发射一个宽频瞬变脉冲信号，信号穿过地层后，由宽带接收天线接收到电 压脉冲序列；对接收到的时域脉冲信号进行分析，利用其时延特性初步评估周围地层的介 电常数范围；对时域脉冲信号进行傅里叶变换，与发射脉冲做差分或比例的比较运算，对周 围地层介电常数的频散特性进行评估；得到地层含水、含油饱和度；由宽带发