一种随钻侧向电阻率测量装置及测量方法与流程

本发明属于石油勘探开发过程中的随钻测井领域，涉及一种随钻侧向电阻率测量装置及测量方法。

背景技术：

1、在石油勘探开发过程中，地层电阻率是一个必不可少的测井参数。随钻测井技术不仅能提供钻井工程参数，有效进入储层，还能实时获取岩性、饱和度、孔隙度等地层信息，实现地质导向和地层评价，解决恶劣井眼条件下钻井和测井施工难题，在大斜度井/水平井以及海上油气勘探开发中广泛应用，随钻测井技术与电缆测井技术相比，具有获取地层信息时效性高，提高勘探开发速度等技术优点。

2、随钻电阻率测井主要采用电磁波和侧向电流测井两种方式，目前各油田区块大多采用电磁波测井方式。但电磁波测井主要应用于中、低阻地层电阻率测量，对于碳酸盐岩等高阻储层，电磁波测井无法准确反映真实电阻率信息，因此其应用范围受限，同时仪器不具备方位电阻率测量功能，无法满足实时地质导向需求。而基于传统电缆侧向仪器原理的随钻侧向电阻率仪器，通常采用对称电极系结构，电极之间绝缘体较长，绝缘体材料无法满足随钻过程长时间耐磨、耐冲刷及机械强度需求，无法进行实钻应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中现有的随钻电阻率测井方法无法准确测量碳酸盐岩等中、高阻储层电阻率的问题，提供一种随钻侧向电阻率测量装置及测量方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提出的一种随钻侧向电阻率测量装置，包括钻铤和数据处理模块；

4、所述钻铤的外壁面设有发射线圈和四个方位接收电极；四个所述方位接收电极设在所述钻铤的周向，且四个所述方位接收电极位于所述钻铤的中间位置；所述发射线圈包括第一发射线圈和第二发射线圈，所述第一发射线圈和所述第二发射线圈分别套设在所述钻铤的两端；四个所述方位接收电极均与所述数据处理模块相连用于获取随钻侧向电阻率。

5、优选地，四个所述方位接收电极等间距设在所述钻铤的周向。

6、优选地，所述第一发射线圈包括绕组和磁芯，所述绕组沿所述磁芯垂直方向均匀绕制；所述磁芯采用高导磁率合金制成。

7、优选地，所述第一发射线圈与所述钻铤之间设有绝缘支架；

8、所述第二发射线圈与所述钻铤之间设有绝缘支架。

9、优选地，所述方位接收电极包括自内到外依次设置的测量电极监督电极、测量电极、钻铤电极、钻铤电极监督电极和电极托架；

10、所述测量电极监督电极与所述测量电极之间，所述测量电极与所述钻铤电极之间，所述钻铤电极与所述钻铤电极监督电极之间，所述钻铤电极监督电极与电极托架之间均填充有绝缘材料；所述测量电极监督电极和所述钻铤电极监督电极等电位。

11、优选地，所述第一发射线圈与方位接收电极之间的源距小于所述第二发射线圈与方位接收电极之间的源距。

12、优选地，所述第二发射线圈为补偿发射线圈。

13、本发明提出的一种随钻侧向电阻率测量装置的测量方法，包括如下步骤：

14、将每个方位接收电极均划分为n个扇区，第一发射线圈产生发射信号，四个方位接收电极将测量信号进行n个扇区数据填充，得到每个方位接收电极的n个扇区测量信号；将四个方位接收电极每个扇区的测量信号送入数据处理模块进行叠加平均，获取第一发射线圈的平均测量值；

15、第二发射线圈产生发射信号，四个方位接收电极将测量信号进行n个扇区数据填充，得到每个方位接收电极的n个扇区测量信号；将四个方位接收电极每个扇区的测量信号送入数据处理模块进行叠加平均，获取第二发射线圈的平均测量值；

16、根据第一发射线圈的平均测量值和第二发射线圈的平均测量值获取随钻侧向电阻率。

17、优选地，地层的视电阻率ra的表达式如下：

18、

19、其中，k为仪器常数；u为发射线圈两端的发射电压，iq为由发射线圈两端产生流入地层后由方位电极测量得到的电流信号。

20、优选地，发射线圈两端的发射电压u的表达式如下：

21、

22、其中，ut为发射线圈初级线电压，nt为发射线圈匝数。

23、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

24、本发明提出的一种随钻侧向电阻率测量装置，通过采用第一发射线圈和第二发射线圈替代传统侧向仪器的发射电极结构来产生发射信号；方位接收电极替代传统侧向仪器的测量电极，并将四个方位接收电极均与数据处理模块相连，能够在第一发射线圈和第二发射线圈发射信号后，四个方位接收电极接收来自电极附近的测量信号，并将最终的信号传输至数据处理模块进行处理，通过数据处理模块获取钻铤在旋转或不旋转状态下不同方位电阻率，因此能够解决现有技术中现有的随钻电阻率测井方法无法准确测量碳酸盐岩等中、高阻储层电阻率的问题。

25、进一步地，四个方位接收电极等间距设在钻铤的周向，目的是为了准确获取钻铤上下左右四个方位的电阻率信息。

26、进一步地，磁芯采用高导磁率合金制成，目的是为了增加磁导率。

27、进一步地，在第一发射线圈与钻铤之间，第二发射线圈与钻铤之间均安装绝缘支架，目的是为了保证两个发射线圈与钻铤之间相互绝缘，同时在绝缘支架上均匀刻槽，保证线圈绕组均匀分布，减少磁芯漏磁。

28、进一步地，通过调控钻铤电极监督电极和测量电极监督电极等电位来实现测量电极和钻铤电极等电位，从而增强电阻率聚焦测量功能，降低井下泥浆电阻率过低导致高阻地层电阻率测量响应差的问题。将钻铤电极监督电极和测量电极监督电极置于最内环和最外环，根据场的连续性原理，通过调控钻铤电极监督电极和测量电极监督电极等电位，可实现钻铤电极和测量电极等电位。

29、进一步地，第一发射线圈与接收电极之间，第二发射线圈与方位接收电极之间的源距不相等，有效缩短了仪器本体和绝缘体长度。

30、本发明提出的一种随钻侧向电阻率测量装置的测量方法，通过第一发射线圈和第二发射线圈发射信号，再将接收的信号填充进n个扇区，得到每个扇区的测量信号，将每个扇区的测量信号均传输至数据处理模块进行叠加平均，从而获取第一发射线圈和第二发射线圈的平均测量值，根据平均测量值获取电阻率，测量方法简单，便于实现。

技术特征：

1.一种随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，包括钻铤(1)和数据处理模块(13)；

2.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，四个所述方位接收电极(2)等间距设在所述钻铤(1)的周向。

3.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，所述第一发射线圈(3)包括绕组(5)和磁芯(6)，所述绕组(5)沿所述磁芯(6)垂直方向均匀绕制；所述磁芯(6)采用高导磁率合金制成。

4.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，所述第一发射线圈(3)与所述钻铤(1)之间设有绝缘支架；

5.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，所述方位接收电极(2)包括自内到外依次设置的测量电极监督电极(7)、测量电极(8)、钻铤电极(9)、钻铤电极监督电极(10)和电极托架(11)；

6.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，所述第一发射线圈(3)与方位接收电极(2)之间的源距小于所述第二发射线圈(4)与方位接收电极(2)之间的源距。

7.根据权利要求1所述的随钻侧向电阻率测量装置，其特征在于，所述第二发射线圈(4)为补偿发射线圈。

8.采用权利要求1～7中任意一项所述的随钻侧向电阻率测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的随钻侧向电阻率测量装置的测量方法，其特征在于，地层的视电阻率ra的表达式如下：

10.根据权利要求9所述的随钻侧向电阻率测量装置的测量方法，其特征在于，发射线圈两端的发射电压u的表达式如下：

技术总结
本发明公开了一种随钻侧向电阻率测量装置及测量方法，通过采用第一发射线圈和第二发射线圈替代传统侧向仪器的发射电极结构来产生发射信号；方位接收电极替代传统侧向仪器的测量电极，并将四个方位接收电极均与数据处理模块相连，能够在第一发射线圈和第二发射线圈发射信号后，四个方位接收电极接收来自电极附近的测量信号，并将最终的信号传输至数据处理模块进行处理，通过数据处理模块获取钻铤在旋转或不旋转状态下不同方位电阻率，能够解决现有技术中现有的随钻电阻率测井方法无法准确测量碳酸盐岩等中、高阻储层电阻率的问题。第一发射线圈与接收电极之间及第二发射线圈与方位接收电极之间的源距不相等，通过补偿处理算法有效缩短了仪器长度。

技术研发人员：陈刚,阳质量,陈鹏,朱军,骆庆锋,王珺,郭怡潇,马丽,和丽真,祝环芬,耿尊博,同荣鑫,袁晓波,宫璇
受保护的技术使用者：中国石油天然气集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17