利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率系统误差的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及石油钻井测井技术领域中的一种随钻电磁波电阻率系统误差消除方 法。
【背景技术】：
[0002] 在石油行业地质导向钻井和随钻测井中，通常通过随钻电磁波电阻率测量装置获 得地层电阻率来划分地层剖面、鉴别油气层、确定储层的含油饱和度，是测井解释评价油气 储藏的主要依据。
[0003] 目前，公知的随钻电磁波电阻率测井仪通常利用电磁波传播原理，发射线圈发射 电磁波，电磁波经过地层传播之后被不同间距的接收线圈接收，得到多组接收信号的相位 差和幅度比，经过转换之后，获得相位差电阻率或幅度衰减电阻率。由于接收线圈系及接收 电路非共有部分随井下环境的变化而发生性能改变，给测量带来了系统误差（附加幅度比 和相位差)，从而影响仪器的测量精度。为了提高仪器测量精度，需要消除系统误差。在现 有技术中，有以下几种不同的误差修正方法。
[0004] 第一种方法是采用对称结构线圈系，发射线圈对称安装在接收线圈两侧，利用线 圈结构的对称性，通过对相同探测深度的测量值进行平均，实现消除系统误差及井眼补偿。 这种消除系统误差的方法简单，测量装置结构实现难度小，但由于线圈系为对称结构，装置 的长度较长，在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中容易造成仪器弯曲、卡钻的情况。
[0005] 第二种方法是采用非对称结构线圈系，发射线圈安装在接收线圈一侧，发射线圈 之间的距离和接收线圈之间的距离相等，利用发射和接收电磁波的互易性和深度偏移测量 方式来消除系统误差。这种测量装置长度短，结构紧凑，但要求每次测量时，发射器位置与 前一次测量时接收器位置严格对齐，因此限制了钻进速度，降低了钻井时效。
[0006] 第三种方法是采用非对称结构线圈线，在接收线圈系的中点安装刻度线圈，利用 刻度线圈发射电磁波，接收线圈线接收后计算出系统误差。该结构由于刻度线圈离两个接 收线圈的距离很近，线圈系加工困难，而且测量误差大。
[0007] 第四种方法也是采用非对称结构，要求至少含有3个发射线圈分布于接收线圈的 两端，且要求第i个发射线圈的源距Li满足如下条件=Li = (-1) η [Zmin+(i-1) X Λ z]，i = 1，2, 3,. . .，n (Zmin表示最小的源距）然后通过对所有不同源距线圈的响应进行线性加权来 消除系统误差及进行井眼补偿。该方法中所有的线圈系的测量值都参与计算，各系数难以 确定，当发射线圈较多时候，消除误差效果不明显。
【发明内容】
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[0008] 本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种仪器长度较短、且能够准确、 实时的修正测量系统误差的利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量系统误差的方法。
[0009] 本发明的技术方案包括：
[0010] 一种利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，在钻铤表面安装两个 接收线圈，在接收线圈的一侧安装两个以上发射线圈；在接收线圈的另一侧安装至少1个 刻度线圈，刻度线圈到接收线圈中点的距离满足倍数β e (0.8, 1.2);通过发射线圈和刻 度线圈单独激励，利用某一发射线圈、与其相邻的发射线圈和对应的刻度线圈的测量结果 进行处理，消除测量系统误差。
[0011] 上述利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，针对刻度线圈为1个 刻度线圈T。时，两个接收线圈定义为RpR2，发射线圈定义为T1, T2，…，Tn，发射线圈T1, T2，… ，Tn到接收线圈RpR2中点的距离分别定义为L1, L2，…，Ln ;刻度线圈T。到接收线圈RpR2中 点的距离定义为L。，满足L。= β XL1，通过发射线圈和刻度线圈T1, T2，…，Tn，T。单独激励， 札、R2测量得到的包含系统误差幅度比或者相位差的测量值分别为A 1, A2，…，Αη，Α。，设Xi是 经化、A。、Ap1加权平均的结果，某一发射线圈T i激励，Rp R2接收得到无系统误差的测量值 ATi可用如下表达式表征：
【主权项】
1. 一种利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，在钻铤表面安装两个接 收线圈，在接收线圈的一侧安装两个以上发射线圈；其特征是：在接收线圈的另一侧安装 至少1个刻度线圈，刻度线圈到接收线圈中点的距离满足倍数β e (0.8, 1.2);通过发射 线圈和刻度线圈单独激励，利用某一发射线圈、与其相邻的发射线圈和对应的刻度线圈的 测量结果进行处理，消除测量系统误差。
2. 根据权利要求1所述的利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，其特 征是：两个接收线圈定义为LR2，发射线圈定义为T 1, T2，…，Tn，发射线圈T1, T2，…，Tn到接 收线圈Rp R2中点的距离分别定义为L1, L2，…，Ln ;刻度线圈为1个刻度线圈T。时，刻度线 圈T。到接收线圈Rp R2中点的距离定义为L。，满足L。= β XL1，通过发射线圈和刻度线圈 T1, T2，…，Τη，Τ。单独激励，Rp R2测量得到的包含系统误差幅度比或者相位差的测量值分别 为A1, A2，…，Αη，Α。，设Xi是经HAg加权平均的结果，某一发射线圈T i激励，Rp R2接收 得到无系统误差的测量值ATi可用如下表达式表征：
其中，a, b, c为加权系数。
3. 根据权利要求1所述的利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，其特 征是：两个接收线圈定义为LR2，发射线圈定义为T 1, T2，…，Tn，发射线圈T1, T2，…，Tn到接 收线圈Rp R2中点的距离分别定义为L1, L2，…，Ln;当安装j(j > 1)个刻度线圈Tcl, Te2，… ，Tej时，刻度线圈Tcu.到接收线圈Rp R2中点的距离定义为1rj，满足Lcu. = β Xk通过发射 线圈和刻度线圈T1, T2，…，Tn，Tca, Τ?，…，Tcu.单独激励，RpR2测量得到的包含系统误差幅度 比或者相位差的测量值分别为A1, A2，…，An，Ac^ Ae2，…，Α。」，设Xi是经Ai, Ac^ Α?，…，A。」，Ah 加权平均的结果，某一发射线圈Ti激励，Rp R2接收得到无系统误差的测量值ATi可用如下 表达式表征：
其中，a, Id1, ···，、，c为加权系数。
4. 根据权利要求2所述的利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，其特 征是： 假设没有系统测量误差，T1, T2，…，Tn，T。单独激励，Rp R2测量得到的不包含系统误差 的幅度比或者相位差测量值为AT1, AT2，…，ΑΤη，ΑΤ。，假设由接收线圈及接收电路非共有部 分带来的系统误差为AT ekk，由T1, T2，…，Τη，Τ。单独激励，Rp R2接收得到的测量值分别为 A1, A2,…，An，Ac ; 由仪器的测量原理可得：
引入不等于零的加权系数a。a2,…，an, b，满足：ai+afH+an = b = 0· 5 ; 已丄 X AI\+a2 X AT2+... +anX ATn+b X ATc =已丄 X Aj+a2 X A2+... +anX An+b X Tc_ CaJa2+... +an-b) XATeee = aj XA^a2 XA2+***+anXAn+b XAc (I) (I)式表明，满足加权系数ai+a2+-+an = b = 0. 5条件下，利用该系数对带系统误差的 测量值进行加权平均结果等于没有系统误差的值进行加权平均的结果；基于上述结果计算 不包含系统误差的测量值AT1, AT2，…，ATn，AT。； (I)计算AT1 令 Xi = (A^Ac) /2，由（1)式可知， X1 = (ATi+ATj/2, 若β = 1，即L。、L1对称分布于L R2的中点的两侧，由测量原理可知：AT1 = AT。 Xi = (A^Ac)/2 = AT1 若β尹1，由于β e (〇· 8, L 2)，根据测量原理可知，AT1 ^ ATc ; X1 = (A^Ac)/2 ^AT1 当β尹1时，X1误差使用图版法对该误差进行修正或者不进行误差修正； 由上可知，当 i = 1 时，X1 = (Ai+Aj/2 = AT1 = ATc (Π )计算 ATi (i = 2,......，η) ^ Xi = aX Aj+b X Ac+c X A^1 其中，a+c = b = 0.5 (a 尹 0) 根据（I)可得： Xi = a X AVbXAVcXAT^1 从而 ATi= (XfbXATc-CXAIV1Va= (X^bXAT1-CXAIV1Va (2) 由此得到了 ATi的递推公式 (III)通过以上分析可知，ATi可用Xi来表征，表达式如下：
5.根据权利要求3所述的利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量误差的方法，其特 征是： 假设没有系统测量误差，设当安装j(j > 1)个刻度线圈Tcl，…，Tcu.时，T1J2，··· ，Tn，Tca, Τ?，…，Tcu.单独激励，Rp R2测量得到的不包含系统误差的幅度比或者相位差测量 值为A1, A2，…，Αη，、，，…，1_，假设由接收线圈及接收电路非共有部分带来的系统误差 为ATekk，由T1, T2，…，Tn，Tca, Te2，…，T。」单独激励，Rp R2接收得到的测量值分别为A1, A2，… ,An, Acl, Ac2, , AcJ ; 由仪器的测量原理可得：
引入不等于零的加权系数a。a2,…，an, Id1, b2，…，bj,满足： a1+a2+***+an = b1+b2+***+bJ = 0. 5 ； 已丄 X ATja2 X AT2+... +anX ATjb1 X ATcl+b2 X ATc2+…+bj X ATcj.=已丄 X Aja2 X A2+... +BnXA1^b1XUb2X Tc2+…bj) XATeee = B1XA^a2 XA2+*·· +anX Adb1 X Tcl+b2 X Tc2+…+bj X Tcj (3) (3)式表明，满足加权系数ajaf···+an = W-+bj = 0. 5条件下，利用该系数对带 系统误差的测量值进行加权平均结果等于没有系统误差的值进行加权平均的结果；基于上 述结果计算不包含系统误差的测量值AT 1, AT2，…，ATn，ATc^ ΑΤ?，…，ATcj ; (I)计算AT1 令X1= (AjAj/2,由（3)式可知， X1 = (AT^ATcl)/2, 若β = 1，即L、L1对称分布于札、R2的中点的两侧，由测量原理可知：AT1 = ATca X1 = (AfAcl)/2 = AT1 若β关1，由于β e (〇· 8, L 2)，根据测量原理可知，AT1 ^ ATcl ; X1 = (A^Acl)/2 ^AT1 当β尹1时，X1误差，使用图版法对该误差进行修正或者不进行误差修正； 由上可知，当 i = 1 时，X1 = (AjAcl) /2 = AT1 = ATcl (Π )计算 ATi (i = 2,......，η) 令 Xi = aXAi+biXAd+t^XAc^H+bjXAcj+cXAH 其中，a+c = I^b2+…+bj = 0· 5 (a 尹 0) 根据（3)可得： Xi = aX AT^b1 X ATcl+b2 X ATc2+···+bj X ATCJ+c X AT^1 从而 ATi= (Xi-O3lXATcJb2XATc2+…+bjXAT cj)-c XAIV1Va (4) 由此得到了 ATi的递推公式； (III)通过以上分析可知，ATi可用Xi来表征，表达式如下：
【专利摘要】本发明公开了一种利用刻度天线消除随钻电磁波电阻率测量系统误差的方法，在钻铤表面安装两个接收线圈R1、R2，在接收线圈的一侧安装至少一个发射线圈T1,T2,…,Tn，在接收线圈的另一侧安装至少一个刻度线圈Tc。利用某一线圈Ti、与其相邻的线圈Ti+1、刻度线圈Tc的测量结果进行处理，消除测量系统误差。利用该方法消除了测量系统误差，提高仪器的测量精度，还能够使测井仪长度缩短，减少制造费用，避免在大斜度井或具有小曲率半径的分支井中造成仪器弯曲、卡钻情况的发生。
【IPC分类】E21B47-13, E21B49-00
【公开号】CN104747177
【申请号】CN201410035752
【发明人】杨锦舟, 李勇华, 唐志军, 张海花, 李闪, 肖红兵, 杨全进, 郭淑会, 崔海波
【申请人】中国石油化工集团公司, 中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2014年1月24日