專利名稱：高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)了一種感應(yīng)測(cè)井和球形數(shù)字聚焦測(cè)井結(jié)合的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法。
背景技術(shù)：
目前，全國(guó)各大油田均已處于開(kāi)發(fā)后期，主要原油層已全面見(jiàn)水，開(kāi)發(fā)薄儲(chǔ)層成為增加儲(chǔ)量不可忽視的主要途徑，因此，對(duì)薄儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)已成為地質(zhì)家和測(cè)井分析家的當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)現(xiàn)行使用的測(cè)井方法采用雙線圈系的測(cè)量方法，與之配合的儀器包括阿特拉斯的1503雙感應(yīng)——八側(cè)向測(cè)井儀和西安石油勘探儀器總廠的801雙感應(yīng)測(cè)井儀。雙感應(yīng)——八側(cè)向測(cè)井儀存在徑向探測(cè)深度小，縱向分辨率差，且深感應(yīng)線圈系有“盲頻”等問(wèn)題，不利于薄儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)和分析。隨著近代數(shù)字電子技術(shù)，數(shù)字遙測(cè)，遙控技術(shù)和工藝條件逐漸成熟，感應(yīng)測(cè)井發(fā)展的方向是擯棄傳統(tǒng)的聚焦線圈系，采用多頻供電，多陣列測(cè)量方式，同時(shí)采集同相和異相感應(yīng)信號(hào)，在地面進(jìn)行數(shù)字合成，聚焦得到多條不同徑向探測(cè)深度和不同縱向分辨率的電導(dǎo)曲線。虛部信號(hào)分量的準(zhǔn)確測(cè)量及現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的引入，國(guó)外誕生了能夠在不同地質(zhì)條件和工作環(huán)境中更準(zhǔn)確地測(cè)量地層電導(dǎo)率的新型數(shù)字相量感應(yīng)測(cè)井儀器。其中最具代表性的是斯侖貝謝公司的相量感應(yīng)測(cè)井儀(PIT)、阿特拉斯公司的雙相位感應(yīng)測(cè)井儀(DPIL)和哈里伯頓公司的感應(yīng)測(cè)井儀(HRI)。這類儀器在電路設(shè)計(jì)上主要采用高分辨率感應(yīng)模擬電路和球形數(shù)字聚焦模擬電路分別完成數(shù)據(jù)采集后由地面控制系統(tǒng)進(jìn)行二次處理。這樣造成設(shè)備成本大大提高，不利于國(guó)內(nèi)的引進(jìn)和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種將感應(yīng)測(cè)井儀器和球形數(shù)字聚焦測(cè)井儀器方法有效的結(jié)合在一起的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法。
其技術(shù)方案是將感應(yīng)測(cè)井儀和球形數(shù)字聚焦測(cè)井儀的有效結(jié)合，包括地面控制系統(tǒng)、與地面連接的連接器、絕緣短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、井下通訊連接器、高分辨率感應(yīng)模擬電路、球形數(shù)字聚焦模擬電路、線圈系或電極系。數(shù)字電路短節(jié)中的電路包括編碼發(fā)送/接收譯碼電路、數(shù)據(jù)采集/狀態(tài)控制電路、高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其中的高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括脈沖信號(hào)發(fā)生裝置、測(cè)量脈沖信號(hào)及參考脈沖信號(hào)的記數(shù)裝置、同步記數(shù)控制裝置。該方法是指利用信號(hào)檢測(cè)電路測(cè)量到的實(shí)部和虛部電導(dǎo)率分量進(jìn)行反褶積濾波來(lái)消除“圍巖效應(yīng)”和“趨膚效應(yīng)”影響的方法。包括將高分辨率感應(yīng)線圈系和球形聚焦電極系結(jié)合在一起。線圈系包括一個(gè)主接收線圈，并以主接收線圈為中心，至少應(yīng)包括兩組相互對(duì)稱的補(bǔ)償接收線圈、中發(fā)射線圈和深發(fā)射線圈。利用發(fā)射線圈產(chǎn)生等幅、穩(wěn)頻的交變電流，通過(guò)接收線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成兩個(gè)分量，即與發(fā)射電流相位相同的分量為實(shí)部(R)信號(hào)，與發(fā)射電流相位異相的分量為虛部(X)信號(hào)；電極系包括一個(gè)主電極和一個(gè)回流電極，并以主電極為基準(zhǔn)，至少應(yīng)包括兩組相互對(duì)稱的參考電極、屏蔽電極和監(jiān)督電極，通過(guò)測(cè)量主電極與回流電極之間的測(cè)量電流和主電極與屏蔽電極之間的聚焦電流之比值IB/IM，以及測(cè)量電壓，進(jìn)行數(shù)字聚焦。線圈系的信號(hào)與高分辨率感應(yīng)模擬電路連接，電極系的信號(hào)與球形數(shù)字聚焦模擬電路連接，然后兩路模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集/狀態(tài)控制電路連接。
上述方案還包括高分辨率感應(yīng)模擬電路，由信號(hào)接收切換電路、差分濾波放大電路、程控相敏檢波電路、7極點(diǎn)濾波電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。球形數(shù)字聚焦模擬電路包括信號(hào)切換電路、差分濾波放大電路、相敏檢波電路、壓-頻轉(zhuǎn)換電路。
本發(fā)明具有1、深/中感應(yīng)縱向分辨率高，徑向探測(cè)深度大，有利于劃分薄儲(chǔ)層；2、球形聚焦測(cè)井儀采用軟件進(jìn)行數(shù)字聚焦，簡(jiǎn)化了儀器的設(shè)計(jì)與制造，增加了儀器的穩(wěn)定性；3、采用高精度?！獢?shù)轉(zhuǎn)換電路，降低了噪聲影響；4、測(cè)井過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)自刻度，降低了溫漂對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)的影響；5、深、中感應(yīng)及球形數(shù)字聚焦的縱向分辨率相互匹配，并且測(cè)量點(diǎn)處于同一位置；6、采用非線性反褶積濾波方法處理測(cè)量數(shù)據(jù)，對(duì)“圍巖效應(yīng)”和“趨膚效應(yīng)”進(jìn)行了較好的校正，使測(cè)量結(jié)果更真實(shí)可靠；7、深/中感應(yīng)在0.6米的縱向分辨率水平上均無(wú)“盲頻”。
四

圖1是本發(fā)明的電路原理框圖；圖2是線圈系對(duì)稱分布示意圖；圖3是電極系對(duì)稱分布示意圖；圖4是數(shù)字信號(hào)處理原理框圖；圖5是高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路原理框圖；圖6是高分辨率感應(yīng)模擬電路原理框圖；圖7是球形數(shù)字聚焦模擬電路原理框圖五具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述在發(fā)射線圈中通過(guò)等幅、穩(wěn)頻的交變電流后，以井筒為軸心的無(wú)數(shù)多個(gè)地層單元環(huán)中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與地層單元環(huán)電導(dǎo)率成正比。這些電流環(huán)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)稱為二次場(chǎng)。二次場(chǎng)會(huì)在接收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小問(wèn)題反映了地層電導(dǎo)率的高低，因此可以通過(guò)測(cè)量接收線圈中二次場(chǎng)引發(fā)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)測(cè)量地層電導(dǎo)率。接收線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有兩個(gè)分量，與發(fā)射電流相位同相的分量示為R信號(hào)，與發(fā)射電流相位異相的分量稱為X信號(hào)。
圖2是本發(fā)明采用的一種完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)線圈系。它由7個(gè)線圈構(gòu)成，其中包括2個(gè)深發(fā)射線圈、2個(gè)中發(fā)射線圈、1個(gè)主接收線圈和2個(gè)補(bǔ)償接收線圈。當(dāng)然全對(duì)稱線圈系結(jié)構(gòu)并不是唯一的，通過(guò)合理選擇發(fā)射及接收線圈的個(gè)數(shù)、匝數(shù)及線圈之間的距離和排列方式可以構(gòu)成具有不同徑向探測(cè)深度和縱向分辨率的全對(duì)稱結(jié)構(gòu)線圈系。經(jīng)合理設(shè)計(jì)的全對(duì)稱結(jié)構(gòu)線圈系能夠在提高縱向分辨率的同時(shí)兼有較大的徑向探測(cè)深度，且可以大大降低井眼影響。
通過(guò)電子線路測(cè)量復(fù)合聚焦線圈系接收線圈中的R信號(hào)和X信號(hào)并利用刻度系數(shù)將其轉(zhuǎn)換成復(fù)視電導(dǎo)率后(包含實(shí)部電導(dǎo)率和虛部電導(dǎo)率兩個(gè)分量)進(jìn)行實(shí)時(shí)反褶積濾波和數(shù)據(jù)合成，可以有效降低“圍巖效應(yīng)”和“趨膚效應(yīng)”的影響，從而獲得比較真實(shí)可靠的地層視電導(dǎo)率。
根據(jù)J.H.Moran等人的研究結(jié)果可知，如果雙線圈系處于均勻介質(zhì)中，則接收線圈中的R信號(hào)為VR□Kб-(2/3)Kб(L/δ) (1)X信號(hào)為VX≈2K/(ωμL2)-(2/3)Kб(L/δ) (2)上面兩式中，K為儀器常數(shù)，L為線圈距，δ為趨附效應(yīng)深度，δ正比于1/б，б為地層電導(dǎo)率。
將R信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)部視電導(dǎo)率бR，則
бR≈б-Cб3/2(3)(3)式中第二項(xiàng)近似為“趨膚效應(yīng)”引起的誤差。
(2)式中第一項(xiàng)為復(fù)合聚焦線圈系的互感信號(hào)，它約等于零，因此將X信號(hào)轉(zhuǎn)換成虛部視電導(dǎo)率бX，則бX≈Cб3/2(4)由(3)、(4)兩式可以看出，厚地層中的電導(dǎo)率為б≈бR+бX(5)在薄層中，X信號(hào)與“趨膚效應(yīng)”引起的誤差雖然形狀相似，但具有不同的縱向分辨率，另外，薄層電導(dǎo)率測(cè)量值受圍巖影響也很大，因此需要開(kāi)發(fā)一套非線性數(shù)據(jù)濾波方法。進(jìn)行“圍巖效應(yīng)”和″趨附效應(yīng)″校正。為此我們針對(duì)高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀線圈系研制開(kāi)發(fā)出了分別用于深、中感應(yīng)測(cè)量信號(hào)處理的非線性濾波器。圖4為高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀的信號(hào)處理流程圖。
本發(fā)明的球形數(shù)字聚焦不是通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)測(cè)量電流的聚焦發(fā)射，而是交替發(fā)射主電流IM和屏蔽電流IB，并分別測(cè)量參考電壓和監(jiān)督電壓，利用軟件計(jì)算不同地層條件下實(shí)現(xiàn)電流聚焦發(fā)射時(shí)的屏流比IB/IM進(jìn)行數(shù)字聚焦并求得沖洗帶電阻率。這樣既可簡(jiǎn)化儀器的設(shè)計(jì)、制造，又能克服硬件聚焦所固有的儀器穩(wěn)定性問(wèn)題。該儀器的電極系結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置包括傳感器(感應(yīng)線圈系、球形聚焦電極系)及模擬電路短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、絕緣短節(jié)構(gòu)成，其核心部分是數(shù)字電路短節(jié)。其電氣框圖如圖1所示。
數(shù)字電路包括編碼發(fā)送/接收譯碼電路、數(shù)據(jù)采集/狀態(tài)控制電路、高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。它有三個(gè)功能①協(xié)調(diào)控制整個(gè)儀器工作狀態(tài)；②采集處理測(cè)量信號(hào)；③編碼發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)，接收地面測(cè)井系統(tǒng)下發(fā)的測(cè)井指令。高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括參考脈沖信號(hào)發(fā)生裝置、測(cè)量脈沖信號(hào)及參考脈沖信號(hào)記數(shù)裝置、同步記數(shù)控制裝置構(gòu)成。電路框圖如圖5所示。
模擬信號(hào)檢測(cè)電路在數(shù)字電路的控制下向感應(yīng)線圈系和球形聚焦電極系發(fā)射驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)接收來(lái)自它們的測(cè)量信號(hào)并對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和相敏檢波，再送入對(duì)應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，由數(shù)字電路進(jìn)行信號(hào)采集。
高分辨率感應(yīng)模擬電路包括信號(hào)接收切換電路、低噪聲前置放大電路、差分濾波放大電路、程控相敏檢波電路、7極點(diǎn)濾波電路、壓-頻轉(zhuǎn)換電路。其電路原理框圖如圖6所示。
球形數(shù)字聚焦模擬電路包括信號(hào)接收切換電路、濾波放大電路、程控相敏檢波電路、7極點(diǎn)濾波電路、壓-頻轉(zhuǎn)換電路。其電路原理框圖如圖7所示。
絕緣短節(jié)的作用是將球形數(shù)字聚焦回流電極與下部的電極系實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
權(quán)利要求
1.高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，實(shí)施該方法的裝置包括地面控制系統(tǒng)、與地面連接的電纜、絕緣短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、高分辨率感應(yīng)模擬電路、球形數(shù)字聚焦模擬電路、高分辨率感應(yīng)線圈系和球形數(shù)字聚焦電極系組成，數(shù)字電路短節(jié)中的電路包括編碼發(fā)送/接收譯碼電路、數(shù)據(jù)采集/狀態(tài)控制電路、高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路，其中的高精度模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括脈沖信號(hào)發(fā)生裝置、測(cè)量脈沖信號(hào)及參考脈沖信號(hào)的記數(shù)裝置、同步記數(shù)控制裝置，該方法的其特征是將高分辨率感應(yīng)線圈系和球形聚焦電極系結(jié)合在一起，線圈系包括發(fā)射線圈和接收線圈，利用發(fā)射線圈的產(chǎn)生等幅、穩(wěn)頻的交變電流，通過(guò)接收線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成兩個(gè)分量，即與發(fā)射電流相位相同的分量為實(shí)部(R)信號(hào)，與發(fā)射電流相位異相的分量為虛部(X)信號(hào)；電極系通過(guò)測(cè)量主電極與回流電極之間的測(cè)量電流和主電極與屏蔽電極之間的聚焦電流之比值IB/IM，以及測(cè)量電壓，進(jìn)行數(shù)字聚焦；線圈系的信號(hào)與高分辨率感應(yīng)模擬電路連接，電極系的信號(hào)與球形數(shù)字聚焦模擬電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，其特征是線圈系包括一個(gè)主接收線圈，并以主接收線圈為中心，至少應(yīng)包括兩組相互對(duì)稱的補(bǔ)償接收線圈、中發(fā)射線圈和深發(fā)射線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，其特征是電極系包括一個(gè)主電極和一個(gè)回流電極，并以主電極為基準(zhǔn)，至少應(yīng)包括兩組相互對(duì)稱的參考電極、屏蔽電極和監(jiān)督電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，其特征是高分辨率感應(yīng)模擬電路包括信號(hào)接收切換電路、差分濾波放大電路、程控相敏檢波電路、7極點(diǎn)濾波電路、壓頻轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，其特征是球形數(shù)字聚焦模擬電路包括信號(hào)切換電路、差分濾波放大電路、相敏檢波電路、壓-頻轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法，其特征是是指利用信號(hào)檢測(cè)電路測(cè)量到的實(shí)部和虛部電導(dǎo)率分量進(jìn)行反褶積濾波來(lái)消除“圍巖效應(yīng)”和“趨膚效應(yīng)”影響的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種感應(yīng)測(cè)井和球形數(shù)字聚焦測(cè)井結(jié)合的高分辨率感應(yīng)測(cè)井方法。實(shí)施該方法的裝置包括地面控制系統(tǒng)、與地面連接的電纜、絕緣短節(jié)、數(shù)字電路短節(jié)、高分辨率感應(yīng)模擬電路、球形數(shù)字聚焦模擬電路、高分辨率感應(yīng)線圈系和球形數(shù)字聚焦電極系組成，其特征是將高分辨率感應(yīng)線圈系和球形聚焦電極系結(jié)合在一起，線圈系包括發(fā)射線圈和接收線圈，利用發(fā)射線圈的產(chǎn)生等幅、穩(wěn)頻的交變電流，通過(guò)接收線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成兩個(gè)分量；電極系通過(guò)測(cè)量主電極與回流電極之間的測(cè)量電流和主電極與屏蔽電極之間的聚焦電流之比值I
文檔編號(hào)G01V3/18GK1492239SQ0213573
公開(kāi)日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2002年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者馬明學(xué), 陳序三, 楊明濱, 劉昌東, 張憲華 申請(qǐng)人:勝利石油管理局測(cè)井公司