一种雷达测井标准井模型的建立方法与流程

本发明属于石油地质勘探技术领域，具体涉及一种雷达测井标准井模型的建立方法。

背景技术：

石油测井仪器是获知储存于深部地层空间油气分布状况的测量工具。测井获得的原始测量值，如电阻率测井获得的测井原始信号是以mV为单位，并不直接反映岩石的地学特性，需要通过精确的转换才能成为反映地层物理参数的工程值，同时，还必须保证同一类型的测井仪器计量的统一。目前，石油测井仪器主要是用刻度方法实现这种精确转换和保证同一类测井仪器间的测量结果的一致性。

其中，采用标准井(也叫刻度井、模型井)来进行测井仪器的刻度和标定是比较常用的方法。刻度井是在实验条件下人工建立的一定井径一定岩性的物理模型，用来刻度和标定测井仪器。现有技术中，华东地质学院邓明琪(视电阻率测井横模型井的研制与测定，邓明琪，华东地质学院学报)建立了全空间的电阻率测井用的标准井。电阻率测井和极化率测井，都是采用梯度电极系和电位电极系来探测的，它们都有一定的探测范围(或探测半径)其探测范围与电极距大小、电极系周围介质的电阻率及其分布有关。吉林大学测井实验室也建造了自己的电法试验井，结构和华东地质学院类似，只不过采用半空间模型。用水槽模型模拟不同厚度、单一高电阻率地层条件。吉林大学模型实验室还设计了地面探地雷达用的砂槽模型，底部埋设了许多已知模型，在池顶部进行雷达测量，所用天线为900MHz屏蔽天线。

现有技术中，CN2900785Y公开了一种移动式随钻自然伽马刻度井，包括外壳、填充材料、井眼，外壳是金属圆桶，外侧有吊钩，井眼是玻璃钢圆桶，位于外壳内部轴线上，在外壳和井眼所形成的环形空间内浇注有含钾、铀、钍矿石的填充材料。该刻度井的量值可直接向自然伽马API行业标准溯源，且随钻自然伽马测井仪可连同钻铤一起在刻度井中进行刻度，修正钻铤对自然伽马计数率的影响，满足了随钻自然伽马测井仪刻度的需要。CN104763415A公开了一种电成像刻度井群，至少包括一口或一口以上用于电成像测井仪器的校验与刻度的刻度井，刻度井至少包括岩石模块，设置在岩石模块中间的仪器过孔；在岩石模块内壁图像的后面包含有径向缝隙。该刻度井群通过岩石模块内壁图像后面的径向缝隙来保证测量信号的回流，从而提高了电成像测井仪器对图像的成像精度。

利用测井技术判断、分析井眼附近是否存在裂缝、孔洞及其分布情况，才能准确认识、评价油气藏。常规的取芯填图以及地球物理测井能提供一些岩石质量的信息，但只对井眼周围有限范围敏感。现有的测井仪器径向探测深度浅(小于3m)，大多数测井方法只能测量距井眼几毫米到几米范围的地层，难以识别井周原状地层的构造情况和储层参数的分布情况，为储层的正确评价带来了一定的困难。由于井眼的布局所限，许多重要的地质特征将被错过；虽然可通过在同一地区增加井眼，但由于经济上的原因而不现实的。

雷达测井是一种对孔洞、裂缝等测距、测方位，同时能测某一方向一定距离的特定的介电常数与电导率的测井方法，有别于一般的电磁波测井。在测井时，雷达测井仪器沿井眼下放到井底，进行上提测井，通过向井眼周围地层全向发射瞬态超宽带电磁波脉冲，利用瞬态脉冲在地层中的传输特性来获取地层信息，进而解释井周地层构造。它具有较大的径向探测距离和相对较高的分辨率，属于国际上比较新的测井技术发展方向，是钻孔雷达应用领域的拓展方向之一。

钻孔雷达仪器在结晶岩石中的探测范围可大于100m。除了探测范围之外，雷达可在每一重点深度进行上百次的重复探测，通过对这些探测结果的平均迭加，仪器的信噪比可得到很大的提高。实际中，脉冲是宽带的，分辨率可能好于一个波长。对于RAMAC系统来说，在岩石中的波长大约为2-5m，因而，许多反射体能达到厘米级精度。但同时，也需要对雷达测井仪器进行刻度与标定。

国内外建造的标准井(也叫刻度井、模型井)很多，但多限于常规测井，包括放射性测井(自然伽马测井、能谱测井、密度测井、补偿中子测井)、声波测井、碳氧比测井、电阻率测井、固井质量等。目前，还没有可用于雷达成像测井标定的标准井的报道；用未知的地质条件无法检验雷达测井仪器整体的可靠性、有效性等，而关于雷达成像测井的模型试验井或标准井建立方法在国内外未有公开报导。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种雷达测井标准井模型的建立方法，建立用于雷达测井仪器的刻度和标定的标准井，检验雷达测井仪器有关探测方面的技术指标。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种雷达测井标准井模型的建立方法，包括下列步骤：

1)根据雷达测井的技术指标确定标准井模型的整体形态，长轴延伸方向模拟地层深度方向；

2)确定标准井模型的背景介质；

3)在标准井模型上设置人工井眼，人工井眼紧邻标准井模型的一侧面设置，井轴方向沿标准井模型的长度方向延伸；

4)确定标准井模型中用于雷达测井仪器刻度和标定的目标体的属性、尺寸、形状、位置、角度和填充介质，所述目标体设置在远离人工井眼的一侧。

步骤1)中，标准井模型的整体形态为三维箱型结构，长度保证雷达测井仪器的深度记录点相对于目标体能在人工井眼中移动至少10m；宽度不小于雷达测井仪器的最大探测距离。优选的，标准井模型的长度应保证雷达测井仪器的深度记录点相对于目标体的有效移动距离大于25m。一般的，移动距离越长，越有利于目标探测。

所述标准井模型的长度为30m，从距离井口5m到25m处布设目标体。

所述标准井模型的宽度为7.5m；人工井眼与其紧邻的标准井模型的一侧面的距离为0.5m。该设置方案能满足雷达测井仪器最大探测距离7m的要求。

所述人工井眼采用内径20cm的高强度玻璃钢管，要求能注入钻井泥浆。

所述标准井模型的高度定为3m。高度的设定满足结构稳定性和数据采集稳定性即可。

在设置标准井模型的外形尺寸时，应充分考虑占地面积、施工难度及填充原料成本等，采用满足上述尺寸要求的最小值即可。

所述标准井模型的背景介质为石灰岩。对石灰岩和混凝土进行介电常数和电导率测试，背景介质需符合实验条件需要。

所述标准井模型水平放置，长轴方向沿水平方向延伸；人工井眼的井轴从井口到井底逐渐向下倾斜。人工井眼的井轴与水平方向具有一定的夹角，且从井口到井底逐渐向下倾斜，方便雷达测井仪器进入人工井眼。

人工井眼的井轴每延伸10m，竖直方向上向下倾斜0.2m。

步骤4)中，目标体的确定方法为：

根据雷达测井仪器刻度和标定的需要设置多个不同属性、尺寸、形状、位置、角度和填充介质的目标体，模拟测试各个目标体单独存在和组合存在时的信号特征，基于目标体之间的信号干扰最小化，确定目标体的设置方案。

所述属性包括孔洞、铁板和裂缝；所述填充介质包括水和空气。

目标体的确定方法中，模拟测试以下9种情况的信号特征，基于目标体之间的信号干扰最小化，确定目标体的设置方案：

①模拟背景介质和所有目标体的组合，得到所有目标体对应的信号；

②仅模拟背景介质，无任何目标体，得到标准井模型各个侧面的反射信号；

③仅模拟背景介质和最小含水孔洞，得到最小含水孔洞的反射信号；

④仅模拟背景介质和最小空气孔洞，得到最小空气孔洞的反射信号；

⑤模拟背景介质、最小含水孔洞和最小空气孔洞，得到两孔洞的反射信号；

⑥模拟背景介质和全部孔洞，得到所有孔洞的反射信号；

⑦仅模拟背景介质和铁板，得到铁板的反射信号；

⑧模拟背景介质和离人工井眼最近的含水裂缝、空气裂缝，得到两裂缝的反射信号；

⑨模拟背景介质和离人工井眼最远的含水裂缝，得到该裂缝的反射信号。

在确定目标体的设置方案时，先假设多个目标体存在，目标体与人工井眼的径向距离大于5m，目标体最小尺寸达到10cm；依据模拟信号进行目标体删减和调整的依据是：通过仿真计算要能实现探测距离、分辨率等技术指标。

目前，雷达成像测井系统能够在2000m的裸眼井中进行勘探工作，径向探测距离大于5m，能够探测井眼周围的孔洞群、裂缝区、地质断层及岩层交界面，并能对井周地层结构进行成像。

本发明的雷达测井标准井模型的建立方法，综合考虑标准井井眼周围的岩性，井中目标体布置的位置、大小、形状及距井眼的距离，及模型建立后数值模拟等相关内容，实现了雷达测井标准井模型的建立，用于检验雷达成像测井仪器的性能，以及标定仪器测量精度和调试仪器分辨率等，具有良好的效果。

本发明的雷达测井标准井模型的建立方法，考虑了周围介质、不同属性目标体(如大小、形状、远近、位置和角度等)，为正确评价储层油气构造提供了技术依据。

附图说明

图1为实施例1的标准井模型的三维模型图；

图2为所有目标体的模拟结果；

图3为无目标体的模拟结果；

图4为仅有孔洞1的模拟结果；

图5为仅有孔洞2的模拟结果；

图6为仅有孔洞1和孔洞2的模拟结果；

图7为仅有孔洞1、孔洞2、孔洞3、孔洞4的模拟结果；

图8为仅有铁板的模拟结果；

图9为仅有裂缝1和裂缝2的模拟结果；

图10为仅有裂缝3的模拟结果；

图11为实施例1最终所得雷达测井标准井的实际施工图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的雷达测井标准井模型的建立方法，包括下列步骤：

1)根据雷达测井的技术指标确定标准井模型的整体形态，长轴延伸方向模拟地层深度方向，具体为：

设置标准井模型的整体形态为三维箱型结构，水平放置，长度方向沿水平方向延伸；

长度保证雷达测井仪器的深度记录点相对于目标体能在人工井眼中移动至少10m；其长度设置为30m，从距离井口5m到25m处为用于布设目标体的区域；

宽度为7.5m，满足雷达测井仪器的最大探测距离7m的要求；

高度为3m，满足结构稳定性和数据采集稳定性的要求；

2)根据地质条件确定标准井模型的背景介质为石灰岩；

3)在标准井模型上设置人工井眼(内径20cm的高强度玻璃钢管，能注入钻井泥浆)，人工井眼紧邻标准井模型的右侧面设置，与其紧邻的标准井模型的右侧面的距离为0.5m；

人工井眼的井轴方向沿标准井模型的长度方向延伸，井轴从井口到井底逐渐向下倾斜，且人工井眼的井轴每延伸10m，竖直方向上向下倾斜0.2m(即整个标准井模型中，人工井眼从井口到井底在竖直方向上向下偏移0.6m)；

4)确定标准井模型中用于雷达测井仪器刻度和标定的目标体的属性、尺寸、形状、位置、角度和填充介质，所述目标体设置在远离人工井眼的一侧；

目标体的确定方法具体为：根据雷达测井仪器刻度和标定的需要设置多个不同属性、尺寸、形状、位置、角度和填充介质的目标体，模拟测试各个目标体单独存在和组合存在时的信号特征，基于目标体之间的信号干扰最小化，确定目标体的设置方案；所述属性包括孔洞、铁板和裂缝；所述填充介质包括水和空气。

本实施例中，如图1所示，将8个不同目标体埋设于标准井模型中人工井眼N的左侧、上部和下部的一定位置，建立标准井模型的三维模型图，8个不同目标体分别为孔洞1(a1)、孔洞2(a2)、孔洞3(a3)、孔洞4(a4)、铁板(b)、裂缝1(c1)、裂缝2(c2)和裂缝3(c3)，具体位置和形状如图1所示，该标准井模型的背景介质为石灰岩M。

模拟测试以下9种情况的信号特征，基于目标体之间的信号干扰最小化，确定目标体的设置方案：

①模拟背景介质(石灰岩)和所有目标体的组合，得到所有目标体对应的信号；

模拟结果如图2所示(石灰岩M的四周为空气D)，在目标体已知的情况下，可以看到所有目标体对应的信号；但是各个目标体的信号之间有干扰，在实际情况下不容易区分。

②仅模拟背景介质(石灰岩)，无任何目标体，得到标准井模型各个侧面的反射信号；

模拟结果如图3所示，该模拟的目的在于显示各个侧面(上、下、左、右)的反射，以及多次反射。

③仅模拟背景介质(石灰岩)和最小含水孔洞(孔洞1(a1))，得到最小含水孔洞的反射信号；

模拟结果如图4所示，在其他目标体不存在的情况下，可以清楚看出小孔洞的反射。

④仅模拟背景介质(石灰岩)和最小空气孔洞(孔洞2(a2))，得到最小空气孔洞的反射信号；

模拟结果如图5所示，在其他目标体不存在的情况下，可以清楚看出小孔洞的反射。

⑤模拟背景介质(石灰岩)、最小含水孔洞(孔洞1(a1))和最小空气孔洞(孔洞2(a2))，得到两孔洞的反射信号；

模拟结果如图6所示，可以看出，两个孔洞的反射有干扰。

⑥模拟背景介质(石灰岩)和全部孔洞(孔洞1(a1)、孔洞2(a2)、孔洞3(a3)、孔洞4(a4))，得到所有孔洞的反射信号；

模拟结果如图7所示，可以看出，四个孔洞的反射连在一起。

⑦仅模拟背景介质(石灰岩)和铁板b，得到铁板的反射信号；

模拟结果如图8所示，可以清楚看出铁板的反射。

⑧模拟背景介质(石灰岩)和离人工井眼最近的含水裂缝(裂缝1(c1))、空气裂缝(裂缝2(c2))，得到两裂缝的反射信号；

模拟结果如图9所示，可以看出裂缝1和裂缝2的反射。

⑨模拟背景介质和离人工井眼最远的含水裂缝(裂缝3(c3))，得到该裂缝的反射信号。

模拟结果如图10所示，可以清楚看到裂缝的反射信号。

由于模型整体较小，因此各边(上、下、左、右)的反射都能观察到，并且产生许多多次波，对目标信号造成很大的干扰；另外，目标单一简单时，较之复杂目标信号要清楚。

为了减小目标之间的干扰，目标体的设置不宜过多，且不同雷达目标体埋设于标准井模型的左侧位置。

通过仿真计算，目标体太多，相互间有干扰，因此调整为最终的6个目标体(4个孔洞和2个裂缝)。

选择6个不同规格的目标体(4个孔洞和2个裂缝)放在不同的位置，满足雷达测井测试在分辨率、探测距离等方面的要求，同时又要避免目标体之间在测试过程的干扰。在这个过程中，模拟测试各个目标体单独存在和组合存在时的信号特征，基于目标体之间的信号干扰最小化并满足雷达测井测试在分辨率、探测距离等方面的要求，确定目标体的设置方案。

综合各影响因素，最终确定了标准井模型设置6个目标体，目标体放置情况(大小、位置、材料)见表1。标准井实际建造过程中使用的6个目标体，如图11所示。

表1目标体的具体位置和形状数据表