测井探边装置、方法及钻井设备与流程

1.本技术涉及地质勘探开发技术领域，特别地涉及一种测井探边装置、方法及钻井设备。


背景技术：

2.随钻地质导向技术是油气藏勘探开发的重要手段，对目的层准确入靶、实时规避钻井风险和水平井油气产能最大化至关重要，其关键之一在于能否实现测井前视，进而及时发现地层界面或异常体。随钻电磁波前视测井仪器(如schlumberger公司的emla)借助于多分量磁场信号组合和模块化结构设计，探测范围可达数十米，较好的满足了随钻前视远探测的需求。
3.然而，现有的随钻电磁波前视测井仪器的发射天线与接收天线之间的源距过长，导致不同短节间信号同步困难，且现有的随钻电磁波前视测井仪器在进行探边检测时，由于前方地层界面引起的测量磁场的散射信号弱、信噪比低，还会导致探边检测结果不准确。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本技术提供一种测井探边装置、方法及钻井设备。
5.第一方面，本技术提供了一种测井探边装置，应用于钻井设备，所述装置包括：
6.所述磁偶极子发射模组，用于发射磁场信号；
7.所述电偶极子接收模组，用于接收由所述磁场信号产生的电场信号；
8.所述处理模组，其与所述电偶极子接收模组连接，以用于对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；
9.其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。
10.上述实施方式中，磁偶极子发射模组可以发射磁场信号，使得磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组可以接收感应电磁场在周围介质产生的电场信号，利用电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的特点，保证根据电场信号能够获取准确的测井的探边结果，继而保证该测井探边装置对测井进行探测的探边结果的准确性，也能够实现在该测井探边装置中磁偶极子发射模组与电偶极子接收模组之间的源距较短的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。
11.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述磁偶极子发射模组包括：
12.激励信号源，用于产生激励信号；
13.磁偶极子发射天线，其与所述激励信号源连接，以用于根据所述激励信号发射磁场信号。激励信号源可以产生激励信号，从而保证磁偶极子发射天线能够根据激励信号源产生磁场信号，即实现磁偶极子发射天线发射出磁场信号。
14.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述激励信号源为交流信号
源。交流信号源可以产生交变电流，从而使得磁偶极子发射天线根据交变电流产生磁场信号。
15.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述磁偶极子发射天线包括至少一个闭合线圈，所述闭合线圈所在平面与所述钻杆的轴线垂直。
16.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述磁偶极子发射天线包括两个以上闭合线圈，所述闭合线圈所在平面与所述钻杆的轴线垂直；
17.所述激励信号源，其分别与每个所述闭合线圈连接，以用于单独向每个闭合线圈提供的激励信号。
18.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述电偶极子接收模组包括电偶极子接收天线。
19.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述电偶极子接收天线包括至少一个非闭合线圈。
20.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置中，所述非闭合线圈所在平面与所述钻杆之间有夹角。
21.第二方面，本技术提供了一种测井探边方法，应用于测井探边装置，所述方法包括：
22.通过磁偶极子发射模组发射磁场信号；
23.通过电偶极子接收模组接收由所述磁场信号产生的电场信号；
24.通过与所述电偶极子接收模组连接的处理模组，对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；
25.其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。
26.第三方面，本技术提供了一种钻井设备，包括钻头、钻杆及上述第一方面任一项所述的测井探边装置，所述钻头设置于所述钻杆的前端，所述测井探边装置设置于所述钻杆上。
27.与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
28.本技术提供的一种测井探边装置、方法及钻井设备，该测井探边装置应用于钻井设备，所述装置包括：所述磁偶极子发射模组，用于发射磁场信号；所述电偶极子接收模组，用于接收由所述磁场信号产生的电场信号；所述处理模组，其与所述电偶极子接收模组连接，以用于对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。磁偶极子发射模组可以发射磁场信号，使得磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组可以接收感应电磁场在周围介质产生的电场信号，利用电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的特点，保证根据电场信号能够获取准确的测井的探边结果，继而保证该测井探边装置对测井进行探测的探边结果的准确性，也能够实现在该测井探边装置中磁偶极子发射模组与电偶极子接收模组之间的源距较短的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。
附图说明
29.在下文中将基于实施例并参考附图来对本技术进行更详细的描述。
30.图1为本技术实施例一提供的一种测井探边装置的结构示意框图。
31.图2为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的结构示意图。
32.图3为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
33.图4为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
34.图5为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
35.图6为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
36.图7为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
37.图8为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的另一结构示意图。
38.图9为本技术实施例二提供的一种测井探边装置的非闭合线圈组合示意图。
39.图10为本技术实施例三提供的一种测井探边方法的流程示意图。
40.附图标号：
41.100-测井探边装置；110-磁偶极子发射模组；120-电偶极子接收模组；130-处理模组。
42.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
43.以下将结合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，借此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本技术实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本技术的保护范围之内。
44.实施例一
45.请参阅图1，本发明提供一种测井探边装置100，该装置应用于钻井设备，所述装置包括如下模组：
46.所述磁偶极子发射模组110，用于发射磁场信号；
47.所述电偶极子接收模组120，用于接收由所述磁场信号产生的电场信号；
48.所述处理模组130，其与所述电偶极子接收模组120连接，以用于对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；
49.其中，所述磁偶极子发射模组110与所述电偶极子接收模组120均设置于所述钻井设备的钻杆上。
50.磁偶极子发射模组110可以发射磁场信号，磁场信号被发射至周围介质后，磁场信号在介质中产生相位的滞后和幅度的衰减，滞后和衰减的量与介质的电参数有关。磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组120可以接收感应电磁场在周围介质产生的反馈信号，该反馈信号为电场信号。由于电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的独特优势，因此电偶极子接收模组120接收的电场信号被送入处理模组130后，处理模组130则可以对该电场信号进行处理并准确的得到周围介质的进行探测，得到准确的探边结果，同时也使得测井探边装置100能够测量的范围扩大。
51.此外，由于电偶极子接收模组120接收的电场信号具备的特点，可以实现在磁偶极
子发射模组110与电偶极子接收模组120之间的源距在较的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。该测井探边装置100中的磁偶极子发射模组110与电偶极子接收模组120之间的源距则不大于10米。
52.该测井探边装置100采用磁偶极子发射模组110激发形成的磁场信号与电场信息，即混合电磁偶极子，再通过优选其分量及其组合进行随钻测井探边工作。同时，利用电场信号强度大、衰减慢及信噪比高的独特优势，解决传统探边仪器探测深度与源距之间的矛盾，在较短源距条件下能够实现地层界面的前视远探测。此外，该测井探边装置100还可以有效的提高井下钻具前方与侧前方的地层描述精度，提高油气勘探开发效益，且该测井探边装置100的结构简单，成本较低。
53.综上所述，本技术提供一种测井探边装置100，应用于钻井设备，所述装置包括：所述磁偶极子发射模组110，用于发射磁场信号；所述电偶极子接收模组120，用于接收由所述磁场信号产生的电场信号；所述处理模组130，其与所述电偶极子接收模组120连接，以用于对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；其中，所述磁偶极子发射模组110与所述电偶极子接收模组120均设置于所述钻井设备的钻杆上。磁偶极子发射模组110可以发射磁场信号，使得磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组120可以接收感应电磁场在周围介质产生的电场信号，利用电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的特点，保证根据电场信号能够获取准确的测井的探边结果，继而保证该测井探边装置100对测井进行探测的探边结果的准确性，也能够实现在该测井探边装置100中磁偶极子发射模组110与电偶极子接收模组120之间的源距较短的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。
54.实施例二
55.在实施例一的基础上，本实施例通过具体实施案例对实施例一中的方法进行说明。
56.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置100中，所述磁偶极子发射模组110包括：激励信号源，用于产生激励信号。磁偶极子发射天线，其与所述激励信号源连接，以用于根据所述激励信号发射磁场信号。
57.其中，激励信号源为交流信号源，交流信号源可以产生交变电流，从而使得磁偶极子发射天线根据交变电流产生磁场信号。激励信号源可以产生激励信号，从而保证磁偶极子发射天线能够根据激励信号源产生磁场信号，即实现磁偶极子发射天线发射出磁场信号。为了保证磁偶极子发射天线发射出磁场信号稳定的磁场信号，激励信号源可以产生稳定的激励信号，从而也保证测井探边装置100的稳定工作。此外，可以对激励信号源产生的激励信号的大小、频率等进行控制，从而实现对磁偶极子发射天线发射出磁场信号的大小及变化频率等。
58.所述磁偶极子发射天线包括至少一个闭合线圈，所述闭合线圈所在平面与所述钻杆的轴线垂直。闭合线圈指用作磁偶极子发射天线的线圈形式为闭合状，在发射信号时可等效为磁偶极子，发射信号为磁场信号。
59.磁偶极子发射天线可以包括一个闭合线圈，也可以包括多个闭合线圈。在磁偶极子发射天线包括多个闭合线圈时，为了保证发射信号的一致，多个闭合线圈可以为相同的闭合线圈。
60.可以理解地，此处对闭合线圈的形状及大小均不作限制，可以根据实际需求进行选择。
61.根据本技术的实施例，可选的，上述测井探边装置100中，所述磁偶极子发射天线包括两个以上闭合线圈，所述闭合线圈所在平面与所述钻杆的轴线垂直；
62.在磁偶极子发射天线包括多个闭合线圈时，激励信号源分别与每个所述闭合线圈连接，以用于单独向每个闭合线圈提供的激励信号。
63.测井探边装置100中的电偶极子接收模组120包括电偶极子接收天线。该电偶极子接收天线包括至少一个非闭合线圈。非闭合线圈指电偶极子接收天线为非闭合状，或者屏蔽一半信号的闭合线圈，其实质等同于非闭合线圈，此时电偶极子接收天线的可等效为电偶极子，其接收的信号为电场信号。
64.此外，非闭合线圈所在平面与所述钻杆之间有夹角，该夹角的大小范围为0-90度之间。在电偶极子接收天线包括多个非闭合线圈时，每个非闭合线圈的开口位置可以不相同。
65.具体地，当磁偶极子发射天线包括一个闭合线圈，电偶极子接收天线包括一个非闭合线圈的情况时，请参看图2，闭合线圈和非闭合线圈可以直接设置于所述钻杆上，在钻杆上的位置无前后之分。且闭合线圈所在的平面与钻杆的轴线垂直，也就是说，闭合线圈与钻杆之间的夹角为90度，而非闭合线圈与钻杆之间则可以有任意角度的夹角。当磁偶极子发射天线包括一个闭合线圈，电偶极子接收天线包括多个非闭合线圈的情况时，闭合线圈和非闭合线圈可以直接设置于所述钻杆上，闭合线圈与非闭合线圈在钻杆上设置的位置可以为任意的，例如，请参看图3，闭合线圈可以设置于钻杆的一侧，而多个非闭合线圈则设置于钻杆的另一侧，此外可以理解地，闭合线圈也可以设置于钻杆的另一侧。闭合线圈可以设置于多个非闭合线圈之间，请参看图4，图4中仅有一个闭合线圈，该闭合线圈一侧设置有一个非闭合线圈，且该非闭合线圈向一侧倾斜，而该闭合线圈另一侧设置有两个非闭合线圈，其中的一个非闭合线圈所在的平面与钻杆的轴线垂直，而另一个非闭合线圈则向另一侧倾斜。当磁偶极子发射天线包括多个闭合线圈，电偶极子接收天线包括多个非闭合线圈的情况时，闭合线圈和非闭合线圈可以直接设置于所述钻杆上，闭合线圈与非闭合线圈在钻杆上设置的位置可以为任意的，例如，请参看图5，多个闭合线圈可以设置于钻杆的一侧，而多个非闭合线圈则设置于钻杆的另一侧，此外可以理解地，多个闭合线圈与多个非闭合线圈的位置也可互换，此外，图5中所述的多个闭合线圈和多个非闭合线圈的数量不相等，但此处多个多个闭合线圈和多个非闭合线圈的数量也可以相等，多个闭合线圈和多个非闭合线圈的数量具体可根据实际的需求进行设定。多个闭合线圈还可以设置于多个非闭合线圈之间，其中，多个闭合线圈可以全部设置于多个非闭合线圈之间，多个闭合线圈还可以与多个非闭合线圈任意设置，请参看图6，图6中的两个闭合线圈相邻设置，两个相邻的闭合线圈一侧为四个非闭合线圈，另一侧设置三个非闭合线圈。请参看图7，非闭合线圈与闭合线圈混合设置，其具体设置方式此处不作限制，图7仅为一种情况的示意。
66.作为一种实施方式，非闭合线圈的开口位置也可以不同，且每个非闭合线圈的开口也可以不同。请参看图8，钻杆一侧设置有一个闭合线圈，与该闭合线圈相邻设置有开口的位置不同四个非闭合线圈、开口位置相同的两个非闭合线圈以及一个开口位置及大小与其他非闭合线圈均不相同的非闭合线圈。此外，多个非闭合线圈的开口位置之间也可以是
有规律的，例如，请参看图9，图9中仅示出了非闭合线圈，图9中从左侧开始的第一个非闭合线圈开口为基准点，从第二个非闭合线圈开始，每个非闭合线圈的开口处依次与第一个非闭合线圈呈45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
周向的角度。
67.作为一种实施方式，可以选择四个闭合线圈为一组发射阵列，闭合线圈与钻杆呈90度夹角。可以选择发射频率在300khz，其中，该发生频率可调，范围在100khz-500khz之间。此外，每个闭合线圈可以工作在同一工作频率，也可工作在各自不同的工作频率。所有的闭合线圈可以采取同侧放置方式。选择八个非闭合线圈组成接收阵列，可以选择直接开口的非闭合线圈，也可以选择线圈无开口但部分线圈被屏蔽的非闭合线圈，每个非闭合线圈接收线圈与转杆之间的夹角为90
°
，源距选择0.5米-5米之间变化。以八个非闭合线圈中的第一个非闭合线圈的开口为基准点，从第二个非闭合线圈开始，其开口处依次与第一个非闭合线圈呈45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
周向的角度。每个非闭合线圈即可以接收四个非闭合线圈的综合信号，也可以分别接收不同频率的单独闭合线圈发射的信号。对应于闭合线圈的放置方式，所有的非闭合线圈也采取同侧方式放置。
68.作为另一种实施方式，可以选择四个闭合线圈为一组发射阵列，闭合线圈与钻杆呈90度夹角。可以选择发射频率在300khz，其中，该发生频率可调，范围在100khz-500khz之间。此外，每个闭合线圈可以工作在同一工作频率，也可工作在各自不同的工作频率。闭合线圈采取两侧放置方式，一组2个发射线圈，分别放置到接收阵列的两侧。选择八个非闭合线圈组成接收阵列，可以选择直接开口的非闭合线圈，也可以选择线圈无开口但部分线圈被屏蔽的非闭合线圈，每个非闭合线圈接收线圈与转杆之间的夹角为90
°
，源距选择0.5米-5米之间变化。以八个非闭合线圈中的第一个非闭合线圈的开口为基准点，从第二个非闭合线圈开始，其开口处依次与第一个非闭合线圈呈45
°
、90
°
、135
°
、180
°
、225
°
、270
°
、315
°
周向的角度。每个非闭合线圈即可以接收四个非闭合线圈的综合信号，也可以分别接收不同频率的单独闭合线圈发射的信号。对应于闭合线圈的放置方式，所有的非闭合线圈放置到发射阵列中间。
69.此外，本技术还提供一种钻井设备，包括钻头、钻杆及上述测井探边装置100，钻头设置于所述钻杆的前端，所述测井探边装置100设置于所述钻杆上。钻井设备用于在进行勘探过程中对地质进行钻井动作，钻杆前部设置的钻头可以对地质进行钻探开发，而钻杆上设置的测井探边装置100则能够保证工作人员能够及时了解钻头所在的地质环境，从而对钻头的方向进行调整。
70.实施例三
71.在实施例一的基础上，本发明还提供一种应用于实施例一中的测井探边装置的方法。
72.请参看图10，该方法应用于测井探边装置，包括如下步骤：
73.步骤s101：通过磁偶极子发射模组发射磁场信号；
74.步骤s102：通过电偶极子接收模组接收由所述磁场信号产生的电场信号；
75.步骤s103：通过与所述电偶极子接收模组连接的处理模组，对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；
76.其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。
77.综上所述，该方法先通过磁偶极子发射模组发射磁场信号，然后再通过电偶极子接收模组接收由所述磁场信号产生的电场信号，最后通过与所述电偶极子接收模组连接的处理模组，对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。磁偶极子发射模组发射磁场信号，使得磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组可以接收感应电磁场在周围介质产生的电场信号，利用电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的特点，保证根据电场信号能够获取准确的测井的探边结果，继而保证该测井探边装置对测井进行探测的探边结果的准确性，也能够实现在该测井探边装置中磁偶极子发射模组与电偶极子接收模组之间的源距较短的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。
78.综上，本技术提供的一种测井探边装置、方法及钻井设备，该测井探边装置应用于钻井设备，所述装置包括：所述磁偶极子发射模组，用于发射磁场信号；所述电偶极子接收模组，用于接收由所述磁场信号产生的电场信号；所述处理模组，其与所述电偶极子接收模组连接，以用于对所述电场信号进行处理并得到测井的探边结果；其中，所述磁偶极子发射模组与所述电偶极子接收模组均设置于所述钻井设备的钻杆上。磁偶极子发射模组可以发射磁场信号，使得磁场信号在周围介质中形成感应电磁场，电偶极子接收模组可以接收感应电磁场在周围介质产生的电场信号，利用电场信号具备强度大、衰减慢及信噪比高的特点，保证根据电场信号能够获取准确的测井的探边结果，继而保证该测井探边装置对测井进行探测的探边结果的准确性，也能够实现在该测井探边装置中磁偶极子发射模组与电偶极子接收模组之间的源距较短的条件下实现钻具前方及侧前方周向地层属性及界面位置的探测。
79.在本技术实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的系统和方法实施例仅仅是示意性的。
80.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
81.虽然本技术所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本技术而采用的实施方式，并非用以限定本技术。任何本技术所属技术领域内的技术人员，在不脱离本技术所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本技术的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。