一种随钻电磁波测井装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地球物理测井领域，尤其涉及一种随钻电磁波测井装置和方法。
【背景技术】
[0002]地球物理测井是通过在井孔中测量地层的电、声、放射性等物理性质，以辨别地层岩石流体性质的方法，也是勘探和开发油气，金属等矿产资源的重要手段。
[0003]图1为测井装置示意图，其中包括测井仪器114，测井车111，电缆113和滑轮112。通过布置在泥浆117中的测井仪器探头116检测得地层115的信号，然后将信号通过电缆113传输到测井车111上进行数据分析。
[0004]目前，测井仪器通过边钻边测的方式对地层岩石、流体性质进行确定，而随钻电磁波测井装置是测井仪器的重要组成部分，采用随钻电磁波测井技术，通过发射线圈向地层发射电磁波，电磁波在地层中传播；接收端接收发射电磁波，并产生感应电动势(感应电动势携带地层电导率信息)，通过反演或者信号处理可以得出地层中油气含量，来评价和识别地层的电各向异性、分析地质特征，指导地质导向等。
[0005]在地层勘测中，各向异性储层是油气储层的重要研宄目标，以砂泥岩的薄互储层及岩性裂缝型储层为代表，大约占全球储量的百分之三十。这类储层厚度一般很小，主要由不同颗粒大小组成的砂岩层如粉沙、泥质粉沙等交互层叠出现，划分这类储层十分困难。
[0006]采用定向电磁波测井技术，常规定向电磁波通过相位差和幅度比信号判断地层的各向异性存在以下缺点:通过反演方法得到地层的各向异性，且定向电磁波测井的垂直分辨率不高，对层厚较薄的薄互储层的识别能力不强，容易忽视。
[0007]因此，本发明申请提供一个可以在垂直井条件下，测量薄地层电导率和各向异性的随钻电磁波测井装置的设计和相应信号处理方法。本专利申请提供的方法通过新的仪器设计思路提高仪器的垂直分辨率，在信号处理方法上只采用电压信号的实部，摒弃虚部对地层电导率信号响应不明显的缺点，通过两组信号的交替使用可以很好的确定地层的水平电导率、垂直电导率以及储层位置。
【发明内容】
[0008]本发明提供的随钻电磁波测井的装置和方法，用以薄互储层的识别，通过简单的计算过程，实现电磁波测井垂直的高分辨率，避免对较薄的薄互储层的忽略。
[0009]第一方面，本发明提供了一种随钻电磁波测井装置，所述装置包括钻铤和多个线圈，在所述钻铤的第一区域，设置有第一线圈，所述第一线圈所在平面与所述钻铤的横剖面的夹角为 θτ,0°〈 θτ〈180。；
[0010]在所述钻铤的第二区域，分别设置有第二线圈和第三线圈；其中所述第二线圈所在平面与所述第一线圈所在平面相互垂直；所述第三线圈所在平面与所述钻铤的轴线相互垂直；
[0011]所述第一线圈的中心、第二线圈的中心与所述第三线圈的中心分别与所述钻铤的轴线重合。
[0012]优选地，所述第二线圈与所述第三线圈设置在所述第一线圈的一侧，其中，所述第三线圈的中心与所述第二线圈的中心重合；或者
[0013]所述第二线圈与第三线圈分别设置在所述第一线圈的两侧。
[0014]优选地，所述钻铤的外表面包括多个凹槽；所述第一线圈、第二线圈和所述第三线圈分别设置在所述凹槽中，用以将所述第一线圈、第二线圈和所述第三线圈分别固定在所述钻铤的外表面上。
[0015]优选地，所述第一线圈相对所述钻铤的横剖面的夹角为45°。
[0016]优选地，所述钻铤具体为无磁金属钻铤。
[0017]第二方面，本发明实施例提供一种应用第一方面所述的随钻电磁波测井装置的测井方法，利用交流电源为第一线圈提供交流电输入，用以所述第一线圈根据所述交流电产生电磁波；
[0018]第二线圈接收所述电磁波，并产生第一感应电动势；第三线圈接收所述电磁波，并产生第二感应电动势；
[0019]对所述第一感应电动势和所述第二感应电动势进行检测；
[0020]对所述第一感应电动势和所述第二感应电动势分别进行数据处理，得到第一电压分量、第二电压分量;
[0021]根据所述第一电压分量和第二电压分量得到地层各向异性参数。
[0022]优选地，所述地层各向异性参数包括:水平电导率和垂直电导率。
[0023]优选地，所述对所述第一感应电动势和所述第二感应电动势分别进行数据处理，得到第一电压分量和第二电压分量具体为:
[0024]通过相敏检波器对所述第一感应电动势进行电压处理，得到第一电压分量；
[0025]通过所述相敏检波器对所述第二感应电动势进行电压处理，得到第二电压分量。
[0026]优选地，所述根据所述第一电压分量和第二电压分量得到地层各向异性参数具体为:根据所述第二电压分量，进行得到水平电导率；
[0027]根据所述水平电导率和所述第一电压分量得到垂直电导率。
[0028]第三方面，本发明实施例提供一种随钻测井的系统，所述系统包括:
[0029]分别与第二线圈和第三线圈相连接的电压检测电路，用于分别检测第二线圈产生的第一感应电动势和第三线圈产生的第二反应电动势；
[0030]连接所述电压检测电路的相敏检波器，用于分别对所述第一感应电动势和所述第二感应电动势进行数据处理。因此，发明实施例提供一种随钻电磁波测井装置和方法，通过钻铤上设置一个发射线圈、一个水平设置的接收线圈和一个与发射线圈所在平面相互垂直的一个接收线圈，得到地层各向异性参数，能够高分辨率地得到垂直电导率，避免测井中，对层厚较薄的薄互储层忽略，增加油气层的检测。
【附图说明】
[0031]图1为测井装置示意图；
[0032]图2为本发明实施例一提供的一种随钻电磁波测井装置结构示意图；
[0033]图3为本发明实施例二提供的一种随钻电磁波测井方法的流程图；
[0034]图4为本发明实施例三提供的一种随钻电磁波测井系统示意图；
[0035]图5为本发明实施例提供的第三线圈产生的感应电动势电压实部分量值随地层水平电导率的变化图；
[0036]图6为本发明实施例提供的第二线圈产生的感应电动势电压实部分量值随地层水平电导率的变化图；
[0037]图7为本发明实施例提供的第三线圈电压虚部分量值随地层水平电导率的变化图；
[0038]图8为本发明实施例提供的第二线圈电压虚部分量值随地层水平电导率的变化图。
【具体实施方式】
[0039]本发明实施例用于对地层各向异性的勘测，主要用于对较薄的薄互储层的识别，通过本发明实施例提供的一种随钻电磁波测井装置和方法，对地层的信号进行检测，得到地层各向异性参数中的水平电导率和垂直电导率，对地层的各向异性进行评价和估测。
[0040]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0041]实施例一
[0042]图2为本发明实施例一提供的一种随钻电磁波测井装置结构示意图。
[0043]如图2所示，随钻电磁波测井装置包括:钻铤10和多个线圈11 ;钻铤10可以采用无磁金属材料或者硬度强度较强的无磁性材料制作，以更有利于地井的开采，且在对多个线圈通电时不产生阻抗现象，造成检测信号误差。在钻铤10的外表面上设置多个凹槽(图中为示出)，将多个线圈分别设置在凹槽中，用于将多个线圈11分别固定在钻铤10的外表面上。
[0044]在钻铤10的第一区域，设置有第一线圈111，第一线圈111所在平面与钻铤10的横剖面的夹角为θτ，0° < θτ<180°。
[0045]第一线圈111用于向地层发射电磁波。第一线圈111的匝数可以根据测井需要的信号能量确定，通常是100匝。
[0046]在钻铤10的第二区域，分别设置有第二线圈112和第三线圈113 ;所述第一线圈111的中心、第二线圈112的中心与所述第三线圈113的中心分别与所述钻铤的轴线重合，且所述第三线圈113的中心与所述第二线圈112的中心相重合。第二线圈112所在平面与第一线圈111所在平面相互垂直；所述第三线圈113所在平面与所述钻铤10的轴线相互垂直；也就是说，第二线圈112所在平面与钻铤10的横剖面的夹角为θκ，01与θ κ互为余角。换句话说，第二线圈112相对所述钻铤10的横剖面倾斜设置，第二线圈112所在平面的法线与第一线圈所在平面的法线正交；第三线圈113水平设置。
[0047]其中，第二线圈112与第三线圈113还可以分别设置在第一线圈111的两侧。
[0048]第二线圈112与第三线圈113分别用于接收第一线圈111发射的电磁波。第一线圈111和第二线圈112、第三线圈113的中心源距通常小于0.3米。
[0049]在一个优选实施例中，第一线圈111和第二线圈112、第三线圈113的中心源距设置为 0.254 米；01为45°，Θ ,为-45°。
[0050]因此，本发明实施例提供一种随钻电磁波测井装置，通过钻铤上设置一个发射线圈、一个水平设置的接收线圈和一个与发射线圈所在平面相互垂直的一个接收线圈，得到地层各向异性参数，能够高分辨率的得到垂直电导率，避免测井中，对储层较薄的薄互储层忽略，增加油气层的检测。
[0051]下面采用实施例一提供的随钻电磁波测井装置得到地层的各向异性的过程进行详细描述。
[0052]实施例二
[0053]图3为本发明实施例二提供的一种随钻电磁波测井方法的流程图；
[0054]根据图3所示，随钻电磁波测井方法包括以下步骤:
[0055]步骤201，第一线圈发射电磁波。
[0056]具体地，第一线圈连接交流电源，交流电源为第一线圈提供交流电，交流电通常为2ΜΗζο当利用交流电源为第一线圈提供交流电输入，也就是为交流电源给第一线圈通电时，第一线圈产生电磁波，并向地层发射电磁波。
[0057]步骤202，第二线圈接收电磁波产生第一感应电动势；第三线圈接收电磁波产生第二感应电动势。
[0058]步骤203，对第一感应电动势和第二感应电动势进行检测。
[0059]具体地，通过外部连接的电压检测电路，分别对第一感应电动势和第二