一種地層界面探測的電掃描方法和裝置製造方法
2024-02-29 23:09:15
一種地層界面探測的電掃描方法和裝置製造方法
【專利摘要】現有的井下地層界面探測工具需要繞軸線轉動工具殼體以測量和記錄井眼周圍的地層信號，通過對測到的地層信號的計算處理得出地層界面的方位和距離。但有時需要在工具殼體靜止的情況下探測地層界面信息。本發明提出了一種地層界面探測的電掃描方法和裝置實現了在靜止工具殼體上探測出地層邊界的方位和距離的目的。
【專利說明】一種地層界面探測的電掃描方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及油井中的電測油井法。具體地說涉及一種地層界面探測的電掃描方法和裝置。
【背景技術】
[0002]採集井下信息通常使用電氣測量方法，如隨鑽測井(「LWD」)、隨鑽測量(「MWD」)和電纜測井系統。在石油業眾所周知，這些技術早已用來獲取井下信息，例如，採用地層電阻率(或電導率；術語「電阻率」和「電導率」，雖在意思上相反，但在工藝中可交替使用)和介電常數等確定地層的巖石物理性質以及所含的液體。收集到的井下信息可以幫助描述多孔地層裡烴(如原油或天然氣)以及反映其它情況，用以識別不同地層之間的地層界面。因此，最好保持鑽頭在產油層(含烴層)裡鑽進，以儘可能實現最大限度的採收率。
[0003]隨鑽測井、隨鑽測量和電纜測井系統中可以採用各種測量工具。其中，一種工具為電阻率測量工具。如圖1所示的相關技術中的電阻率測量工具示意圖，它包括鑽柱100、一對發射機Tl和T2，用於向周圍地層發射電磁信號；一對接收機Rl和R2，用於接收來自發射機Tl和T2的電磁信號和在鑽柱100遠端近鑽頭的信號。相對於發射機T2，T1更接近接收機Rl和R2。
[0004]在圖1中，鑽柱100旋轉並在第一地層102間移動,移向第一地層102和第二地層104之間的地層界面106。當鑽柱100接近地層界面106時，來自發射機Τ2的電磁信號108開始穿透地層界面106，通過第二地層104，然後由接收機Rl和R2接收。然而，與此同時，來自發射機Tl的電磁信號110隻能通過第一地層102，然後由遠處的接收機Rl和R2接收。因此，發射機Tl測得的電阻率數據不同於發射機Τ2測量的電阻率數據，該測量的電阻率的差異即可表明存在地層界面106。
[0005]為將電阻率測量工具固定在產油層裡，電阻率測量工具的操作不僅需要地層邊界的位置信息，還需要其方向信息。圖1所示的電阻率測量工具，無法確定地層界面106相對於鑽柱100的方向。因此，「定向」電阻率測量工具應運而生。定向電阻率測量工具可以在旋轉的同時，在不同的方位角收集信息。如圖2所示的被分為多個面元(或區域)的井眼示意圖，其中，將一個井眼分為多個面元(或領域)200?230。傳統上，面元的數量為16或32。地層邊界的位置和方向可以根據每個面元測量得出電阻率之間的關係結果來計算得出。然而，該定向電阻率測量工具在進行機械旋轉時也會有一些缺點。例如，定向電阻率測量工具的振動會明顯影響測量數據的精度。此外，機械旋轉速度受物理環境限制。
[0006]針對上述問題，相關技術中已採取了一些避免振動的措施，比如將定向電阻率測量工具逐一固定在每個面元，進行該面元的測量。該方法雖然可以解決上述振動問題，但卻會明顯延長數據測量的處理過程。
[0007]如上所述，上述定向電阻率測量工具存在以下不足:機械旋轉引起的振動或搖晃，降低了數據測量的精確度，固定位置的測量方式又降低了測量的效率；可見目前的定向電阻率測量工具無法滿足實際工作的需求。[0008]針對在上述定向電阻率測量工具無法滿足實際工作需要的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0009]為此，本發明所要解決的技術問題在於定向電阻率測量工具無法滿足實際工作需要的問題。從而提出一種地層界面探測的電掃描方法和裝置。
[0010]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:
[0011]一種地層界面探測的電掃描方法，包括:
[0012]在井眼中部署一個柱狀的工具殼體；在工具殼體上部署有第一發射機、第二發射機和接收機；第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向；
[0013]調製第一發射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩；使得第一發射機與第二發射機同時發射信號時，電磁信號的總磁矩矢量能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描；
[0014]利用接收機接收和測量來自第一發射機和第二發射機的調製電磁信號，並基於接收機接收到和測量到的電磁信號的振幅和相位計算地層界面的方向和位置。
[0015]所述第一發射機、第二發射機和接收機在方向上相互垂直。
[0016]所述接收機的方向平行於所述工具殼體的縱向軸線。
[0017]所述由第一發 射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩根據方程? m\ = ^Ocos(Qzl)
\m2 = ^Ocos(Qzl)
[0018]進行調製，其中，ml和m2分別為作用在第一發射機和第二發射機的磁矩，mO為磁矩的量級，Ω為調製電磁信號的磁矩的電掃描的角頻率，t為電掃描開始後的持續時間。
[0019]所述角頻率可調整。
[0020]進一步包括:測量在不同電掃描角度下來自第一發射機和第二發射機的調製電磁信號。
[0021]進一步包括:建立換算表，通過該換算表方便根據接收機收到和測量得到的電磁信號振幅和相位來計算地層界面的位置和方向。
[0022]進一步包括:檢索與工具殼體耦合的測井工具的地層電阻率信號。
[0023]一步包括:建立換算表，通過該換算表方便根據接收機收到和測量得到的電磁信號振幅和相位來計算地層界面的位置和方向以及從測井工具中檢索到的地層電阻率來計算地層界面的位置和方向。
[0024]一種地層界面探測的電掃描裝置，包括:
[0025]柱狀的工具殼體；
[0026]第一發射機,部署在所述工具殼體,沿著第一方向；
[0027]第二發射機，部署在所述工具殼體，沿著第二方向；
[0028]其中，所述第一發射機和所述第二發射機發射電磁信號，其磁矩具有可調製性，使得電磁信號總磁矩的矢量在所述第一發射機和所述第二發射機同時發射時能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描；第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向；[0029]接收機，部署在所述工具殼體，平行於所述工具殼體的縱向軸線；
[0030]其中，所述接收機接收和測量所述第一發射機和所述第二發射機發出的調製電磁信號，得出所述調製電磁信號的振幅和相位，並根據所述電磁信號的振幅和相位計算地層界面方向和位置。
[0031]工具殼體是一個鑽杆或鑽柱。
[0032]所述第一發射機與所述第二發射機並置排列或在所述第二發射機軸向距離處。
[0033]所述第一發射機、第二發射機和接收機都至少有一天線。
[0034]述第一發射機的第一方向垂直於所述第二發射機的第二方向。
[0035]所述接收機的方向垂直於所述第一發射機的第一方向和所述第二發射機的第二方向。
[0036]所述由第一發射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩根據方程
I m\ = ///Ocos(Qzl)
j
]m2 -/7/0 Cos(Qzt)? ，
[0037]進行調製，其中，ml和m2分別為作用在第一發射機和第二發射機的磁矩，mO為磁矩的量級，Ω為調製電磁信號的磁矩的電掃描的角頻率，t為電掃描開始後的持續時間。
[0038]所述第一發射機和所述第二發射機包括:發射機電路，用於調製待發出的電磁信號。
[0039]所述接收機包括:接收機電路，用於處理接收到的電磁信號和分析所述電磁信號的振幅和相位。
[0040]所述接收機電路與一個處理器耦合，所述處理器用於協助計算地層界面的位置和方向。
[0041]所述處理器與一個儲存設備耦合，所述儲存設備用於儲存換算表，以使所述接收機根據所述換算表、測量得出的所述振幅和相位計算地層界面方向和位置。
[0042]一種地層界面探測的電掃描裝置，包括:
[0043]柱狀的工具殼體；
[0044]第一發射機,部署在所述工具殼體；
[0045]第二發射機，部署在所述工具殼體，並垂直於所述第一發射機；
[0046]所述第一發射機和所述第二發射機發射電磁信號，其磁矩具有可調製性，使得第一發射機和所述第二發射機同時發射電磁信號時，電磁信號總磁矩的矢量能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描，第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向；
[0047]接收機，部署在所述工具殼體，並平行於所述工具殼體的縱向軸線；
[0048]其中，所述接收機接收和測量所述第一發射機和所述第二發射機發出的調製電磁信號，得出所述調製電磁信號的振幅和相位，並根據所述電磁信號的振幅和相位計算地層界面方向和位置。
[0049]所述裝置還包括測井工具，用於測量地層電阻率。
[0050]所述接收機還包括一個換算表，用於將所述接收機測量得到的所述電磁信號的振幅和相位，以及所述測井工具測得的地層電阻率轉換為地層界面的位置和方向。
[0051]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:[0052]根據本發明實施例，通過部署有第一發射機、第二發射機和接收機的工具殼體檢測地層界面的方向和位置，避免了機械旋轉引起的振動或搖晃，提升了數據測量的精確度，並保證了測量的效率，因此解決了定向電阻率測量工具無法滿足實際工作需求的問題，提升了設備的實用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0053]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0054]圖1是根據相關技術的常用電阻率的測量工具的示意圖；
[0055]圖2是根據相關技術的分為多個面元(或扇形區)用於測井的井眼示意圖；
[0056]圖3A是根據本發明實施例的採用定向電阻率測量工具的正面視圖；
[0057]圖3B是根據本發明實施例的為x_y平面上一對X-發射機和一對1-發射機的總磁矩M的示意圖；
[0058]圖3C是根據本發明實施例的圖3A中的定向電阻率測量工具的示意圖(部分用方框圖表示)；
[0059]圖4A是根據本發明實施例的應用電掃描技術實現定向測量的示意圖；
[0060]圖4B是根據本發明實施例的邊界條件下，圖4A的三維圖的透視圖；
[0061]圖4C是根據本發明實施例的其它邊界條件下，圖4A的三維圖的透視圖；
[0062]圖5A是根據本發明實施例的信號振幅對比電掃描角度的數據圖的建模結果示意圖；
[0063]圖5B是根據本發明實施例的單一相位對比電掃描角度的數據圖的建模結果示意圖；
[0064]圖6A是根據本發明實施例的信號振幅對比電掃描角度的數據圖的建模結果示意圖；
[0065]圖6B是根據本發明實施例的單一相位對比電掃描角度的數據圖的建模結果示意圖；
[0066]圖7是根據本發明實施例的相對信號振幅對比邊界距離的數據圖的建模結果；
[0067]圖8是根據本發明實施例的地層界面探測的電掃描方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0068]下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
[0069]圖3A為本發明實施例中定向電阻率測量工具的前視圖。定向電阻率測量工具可以包括工具殼體300，兩個帶X向和j向軸的發射機:一個X-發射機304和y-發射機302，帶Z向軸的接收機:一個Z-接收機306，和在遠端的工具殼體300的鑽頭112。一個與工具殼體300相關的坐標系統(x、y、z)。工具殼體300的縱向軸線的方向被定義為當前坐標系(X、y、z)的Z軸。X-發射機304、y-發射機302和z_接收機306可以包括一個或多個天線，用於發射或接收電磁信號。X-發射機304可以與y-發射機302並置排列，或位於y-發射機302的軸向距離處。兩個發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向。[0070]在其中一個實施例中，工具殼體300為鑽杆或鑽柱。
[0071]在其中一個實施例中，上述發射機方向可變即可調整。
[0072]在本發明實施例中，不需要以任何方法限制任何發射機和接收機的具體數量、方向或形狀。
[0073]為進行定向測量，工具殼體300可不進行機械旋轉，而利用電掃描技術保持當前狀態，在電的驅動下掃描X-發射機304和y-發射機302的總磁矩的極化，模仿工具殼體300的機械旋轉效果。電掃描技術可以從X-發射機304和y-發射機302同時發射出來的調製電磁信號開始。電磁信號的總磁矩矢量能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描。調製電磁信號的磁矩可以通過以下方程(I)表示。
【權利要求】
1.一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，包括: 在井眼中部署一個柱狀的工具殼體；在工具殼體上部署有第一發射機、第二發射機和接收機；第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向； 調製第一發射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩；使得第一發射機與第二發射機同時發射信號時，電磁信號的總磁矩矢量能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描； 利用接收機接收和測量來自第一發射機和第二發射機的調製電磁信號，並基於接收機接收到和測量到的電磁信號的振幅和相位計算地層界面的方向和位置。
2.根據權利要求1所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，所述第一發射機、第二發射機和接收機在方向上相互垂直。
3.根據權利要求2所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，所述接收機的方向平行於所述工具殼體的縱向軸線。
4.根據權利要求1所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，所述由第一發射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩根據方程
5.根據權利要求4所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，所述角頻率可調整。
6.根據權利要求1所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，進一步包括:測量在不同電掃描角度下來自第一發射機和第二發射機的調製電磁信號。
7.根據權利要求1所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，進一步包括:建立換算表，通過該換算表方便根據接收機收到和測量得到的電磁信號振幅和相位來計算地層界面的位置和方向。
8.根據權利要求1所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，進一步包括:檢索與工具殼體耦合的測井工具的地層電阻率信號。
9.根據權利要求8所述的一種地層界面探測的電掃描方法，其特徵在於，進一步包括:建立換算表，通過該換算表方便根據接收機收到和測量得到的電磁信號振幅和相位來計算地層界面的位置和方向以及從測井工具中檢索到的地層電阻率來計算地層界面的位置和方向。
10.一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，包括: 柱狀的工具殼體； 第一發射機，部署在所述工具殼體，沿著第一方向； 第二發射機，部署在所述工具殼體，沿著第二方向； 其中，所述第一發射機和所述第二發射機發射電磁信號，其磁矩具有可調製性，使得電磁信號總磁矩的矢量在所述第一發射機和所述第二發射機同時發射時能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描；第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向；接收機，部署在所述工具殼體，平行於所述工具殼體的縱向軸線； 其中，所述接收機接收和測量所述第一發射機和所述第二發射機發出的調製電磁信號，得出所述調製電磁信號的振幅和相位，並根據所述電磁信號的振幅和相位計算地層界面方向和位置。
11.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，工具殼體是一個鑽杆或鑽柱。
12.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述第一發射機與所述第二發射機並置排列或在所述第二發射機軸向距離處。
13.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述第一發射機、第二發射機和接收機都至少有一天線。
14.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述第一發射機的第一方向垂直於所述第二發射機的第二方向。
15.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述接收機的方向垂直於所述第一發射機的第一方向和所述第二發射機的第二方向。
16.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述由第
一發射機和第二發射機發射的電磁信號的磁矩根據方程
17.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述第一發射機和所述第二發射機包括:發射機電路，用於調製待發出的電磁信號。
18.根據權利要求10所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述接收機包括:接收機電路，用於處理接收到的電磁信號和分析所述電磁信號的振幅和相位。
19.根據權利要求18所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述接收機電路與一個處理器耦合，所述處理器用於協助計算地層界面的位置和方向。
20.根據權利要求19所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述處理器與一個儲存設備耦合，所述儲存設備用於儲存換算表，以使所述接收機根據所述換算表、測量得出的所述振幅和相位計算地層界面方向和位置。
21.一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，包括: 柱狀的工具殼體； 第一發射機，部署在所述工具殼體； 第二發射機，部署在所述工具殼體，並垂直於所述第一發射機； 所述第一發射機和所述第二發射機發射電磁信號，其磁矩具有可調製性，使得第一發射機和所述第二發射機同時發射電磁信號時，電磁信號總磁矩的矢量能繞著工具殼體軸線作360度的電掃描，第一發射機和第二發射機所發射的電磁波具有不同的極化方向； 接收機，部署在所述工具殼體，並平行於所述工具殼體的縱向軸線； 其中，所述接收機接收和測量所述第一發射機和所述第二發射機發出的調製電磁信號，得出所述調製電磁信號的振幅和相位，並根據所述電磁信號的振幅和相位計算地層界面方向和位置。
22.根據權利要求21所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述裝置還包括測井工具，用於測量地層電阻率。
23.根據權利要求22所述的一種地層界面探測的電掃描裝置，其特徵在於，所述接收機還包括一個換算表，用於將所述接收機測量得到的所述電磁信號的振幅和相位，以及所述測井工具測得的地層電 阻率轉換為地層界面的位置和方向。
【文檔編號】E21B49/00GK103670389SQ201310698295
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】劉策 申請人:貝茲維儀器(蘇州)有限公司