專利名稱：一種測井用數據處理設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及測井技術領域，更具體地，本發明涉及鉆井行業的隨鉆測量技術領域，特別是，本發明涉及一種在鉆井工程中用于確定地質導向的測井用數據處理設備。
背景技術：
目前，在諸如油氣勘測、煤層氣、在頁巖地層中俘獲的頁巖氣、采煤等鉆井行業的隨鉆測量領域中，通常采用地層電阻率來形成地層剖面圖和確定儲層的含油飽和度、煤體結構的含氣量及礦物斷層，因此地層電阻率是測井解釋評價油氣、煤、礦產儲藏的主要依據。現在已知的隨鉆電阻率測井技術包括隨鉆側向電阻率測井、隨鉆電磁波傳播電阻率測井和隨鉆感應電阻率測井。隨鉆側向電阻率測井裝置的工作原理主要是由供電電極提供電流，在井眼周圍地層中形成電場，測量地層中電場的分布，得出地層電阻率。隨鉆側向電阻率測井裝置將鉆頭本身作為電極，也可以應用環狀電極和靠近鉆頭的3個紐扣電極進行電阻率測量。在采用鉆頭作為電極的情況下，在泥漿侵入或井眼可能損壞之前，隨鉆側向電阻率測井裝置就可以測量5 10厘米薄層的電阻率。而如果采用3個鈕扣電極陣列，則可進行高分辨率的側向電阻率測量，可減少圍巖的影響，甚至在鹽水泥漿或高電阻率地層中也可以提供地層真電阻率響應。此外，如果應用環狀電扱，則可獲得井眼周圍360°范圍的電阻率信息。然而，隨鉆側向電阻率測井裝置存在如下缺點因為側向電阻率測井屬于直流電法測井，首先要有一個供電電極將直流電流導入地層，然后用一個測量電極測出井內某點的電位，所以只有當井內有導電泥漿提供電流通道時才能使用這種側向電阻率測井方法。然而在實際鉆井作業過程中，例如在石油鉆井過程中，有時為了獲取地層原始含油飽和度信息，需要采用油基泥漿鉆井，甚至采用空氣鉆井，而在這種條件下，則不能使用直流電法測井，即隨鉆側向電阻率測井方法在這些情況下變得不再適用。隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置采用多線圈系設計，傳播頻率為I 8MHz，線圈系基于鉆鋌本體結構，將線圈系纏繞在鉆鋌上，通過測量不同源距接收線圈間幅度比或相位差，然后再換算為地層視電阻率，測得相移淺電阻率和衰減深電阻率。在理想情況下，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的縱向分辨率由兩接收線圈的間距決定，多探測深度的測量數據可以用來解釋侵入狀況，通常認為相位電阻率的探測深度較淺，衰減電阻率具有較大的探測深度。公開號為CN101609169A、題為“ー種提高電磁波電阻率測量精度和擴展其測量范圍的方法”的參考文獻公開了通過對發射天線和接收天線之間互感電動勢進行計算，消除了互感電動勢的幅度衰減ー電阻率轉換圖和相位差-電阻率轉換圖中與地層電阻率無關的互感電動勢、電路零信號、天線系統基值信號，計算獲得相位差及幅度衰減對地層電阻率的轉換。此外，發表于中國石油大學學報的文獻“傾斜線圈隨鉆電磁波電阻率測量儀器基本原理極其在地質導向中的應用”采用各向異性水平層狀介質的磁偶極源并矢green函數、計算傾斜線圈隨鉆電磁波電阻率測量儀器的響應，分析井眼相對傾角和接收線圈傾斜角對接收信號幅度比和相位差的影響，以及傳統儀器和新型儀器在垂直于儀器軸方向的響應曲線角峰的性質，從而更早地預測到地層邊界的存在。然而，盡管現有的各種隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置能夠測得不同探測深度的電阻率，但現有的各種隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置存在如下缺點首先，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置采用的信號頻 率太高，由于電磁波的傳播效應，所以其探測深度有限。其次，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的測量結果會受到地質因素的影響，尤其是圍巖的影響，因為裝置的測量結果并不僅限于接收線圈之間的地層區域，而且與發射線圈到接收線圈之間的整個地層參數有夫，甚至于發射線圈周圍一個較小區域內的地層也會對測量結果產生影響，所以該測井裝置的縱向分辨率在很大程度上依賴于整個裝置所處地層的電阻率。第三，由于隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置的線圈系是纏繞在鉆鋌表面的，所以其制作エ藝非常復雜，而且在使用過程中線圈系極容易受到磨損而損壞，并且當井眼尺寸變化吋，需要重新繞制線圈，維修檢測較為復雜，維護成本高。此外，與隨鉆側向電阻率測井裝置類似，隨鉆電磁波傳播電阻率測井裝置也不能工作在油基泥漿中。隨鉆感應電阻率測井裝置利用電磁感應原理，當在發射線圈中施加幅度和頻率恒定的交流電時，在該線圈的周圍地層中感應出渦流，渦流本身又會形成二次交變電磁場，在二次交變電磁場作應下，接收線圈中產生感應電動勢，該電動勢大小與地層電導率有關，通過測量感應電動勢即可得到地層電阻率。目前的隨鉆感應電阻率測井裝置的線圈系采用ー個發射線圈和兩個接收線圈，所述兩個接收線圈中的一個為主接收線圈，另ー個為補償線圈，線圈系置于鉆鋌側面帶有反射層的V形槽內，測井響應對V形槽正面區域地層的電阻率變化敏感，因此具有定向測量的特點。隨鉆感應電阻率測井裝置由電池供電，在電池頂部裝有一個公扣連接頭，該公扣連接頭可與隨鉆感應電阻率測井裝置底部的母扣連接頭相接，用于向隨鉆感應電阻率測井裝置傳送實時數據，同一個傳感器短節可適用于不同尺寸井眼的要求。這種隨鉆感應電阻率測井裝置的優點是其信號頻率為20kHz，大大低于高頻裝置的頻率，因此不易被地層吸收，探測深度深，測量范圍較大，可達到O. 1-1000歐姆米，而且其結構設計簡單，一個傳感器短節可適用于不同尺寸井眼的需要，維修檢測簡單，且適用不同類型的鉆井液。然而，這種隨鉆感應電阻率測井裝置還存在如下缺點由于該裝置采用由ー個發射線圈和兩個接收線圈組成的、具有単一固定探測深度的線圈系，所以該測井裝置只能提供一個徑向探測深度的地層電阻率，不能用于解釋復雜侵入剖面和劃分滲透層。此外，對于滲透層而言，泥漿侵入使其電阻率在徑向上發生變化，由于在同一深度點只能得到ー個徑向探測深度的電阻率值，因此隨鉆感應電阻率測井裝置不能用來解釋地層侵入狀況，無法確定地層受泥漿侵入的情況和儲層滲透性，不利于油氣層解釋，從而無法用來準確測量地層真電阻率。另外，對于不同類型的泥漿侵入以及不同徑向探測深度的電阻率而言，其油氣水層特征是不同的，根據多條不同探測深度電阻率曲線受泥漿侵入影響程度的不同、以及在油氣水層中所表現出來的差異特征可以識別油氣，所以多深度電阻率測量對于隨鉆測井裝置來說是非常重要的，然而目前的這種隨鉆感應電阻率測井裝置卻無法達到這個要求，因為它的線圈系設計結構固定，每ー種線圈系只能提供ー種深度的電阻率，要得到不同探測深度的電阻率，就得用不同的線圈系進行多次測量，由此導致這種隨鉆感應電阻率測井方式在鉆井工程實際應用中是很難實現的。綜上所述，無論是上述哪種隨鉆電阻率測井裝置，其都存在諸多缺陷，并且，上述各種隨鉆電阻率測井裝置都只致力于徑向探測深度的方法研究和計算，而并未提及或涉及到前向探測深度。然而，隨著各類隨鉆電阻率測井裝置的發射天線和接收天線的數量的不斷增多，發射頻率降低，前向深度探測對于鉆井工程而言變得越來越重要，因此，目前在鉆井測井領域中對于隨鉆前向探測方法的需求變得愈來愈迫切。
發明內容
為了克服上述現有的隨鉆電阻率測井技術所存在的一個或多個缺陷，本發明提供了一種新的隨鉆測井方法及其相應的數據處理設備，其在鉆井過程中不但能夠實時測量鉆井前向地層電阻率變化，還能夠分辨鉆進過程中前方不同的電阻率層界面特征。根據本發明的數據處理設備包括
均質地層可選點判定裝置(1403、1404)，其用于判定測井裝置當前所選取的兩個連續測量點是否均能作為均質地層可選點；
基值確定裝置(1406)，其用于在所述均質地層可選點判定裝置(1403、1404)的判斷結果為是的情況下，根據兩個所述均質地層可選點來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值和相位差基值；
標準值確定裝置(1407)，其用于根據所述幅度比基值和相位差基值來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的幅度比標準值和相位差標準值；
出層閾值設定裝置(1408 )，其用于根據所述幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測目的層的出層閾值；
第三一第η測量點選取及計算裝置(1409)，其用于繼續選取下一個測量點進行至少兩次測量，并計算在當前所選取的測量點處、測井裝置的ー對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量；以及
低阻地層判定裝置(1410)，其包括出層閾值判定単元(14101)，該單元用于判斷所述當前所選取的測量點處的幅度比變化量和/或相位差變化量是否大于所述出層閾值；如果是，則判定測井裝置前方出現低阻地層。相比較徑向深度探測而言，根據本發明的前向深度探測具有下列重要意義首先，根據本發明的前向深度探測可有效地控制鉆井工程造斜段軌跡；公知的水平段測量地層通常是先假定水平層狀分布，當開始造斜時，電阻率測井裝置與這些水平層狀地層近乎垂直，因而徑向探測響應只能反映某個層面的測量地層的電阻率變化情況，而前向探測響應卻具有多個前向探測深度，其可反映不同的鉆井深度上的測量地層的電阻率變化，可以有效識別層邊界和油水觸面，調整造斜弧度使之準確平滑，進而保證造斜段鉆井質量。其次，當鉆井進入復雜的大斜度井或水平井段時，根據本發明的前向深度探測可對鉆井前端地層進行不同深度的前向探測，其比徑向探測方法更直接和準確，可預先判斷薄油層、復雜褶皺及互夾層，從而有效繞開斷層以及沿高dip儲層長距離鉆迸，獲得最高油氣有效鉆遇率。根據本發明的測井方法及相應的數據處理設備可以在鉆井過程中實時地測量地層的電阻率變化率的變化特征，實時分辨地層界面及油水界面，捕捉進入油氣儲集層的最佳時機，并且在高地層傾角及各向異性地層水平井中，能夠長距離預測鉆頭前方地質信息并及時調整井眼軌跡，控制鉆具穿行在油藏最佳位置，從而獲得最大觸油面，非常適合于在石油工程中進行地質導向。
圖I示出了根據本發明優選實施例的一種測井裝置；
圖2示出了根據本發明的測井方法所采用的ニ層地層模型圖； 圖3示出了電阻率對比度為10/1地層幅度衰減響應隨地層界面位置的變化關系圖； 圖4示出了電阻率對比度為10/1地層相位移響應隨地層界面位置的變化關系 圖5示出了電阻率對比度為50/1地層幅度衰減響應隨地層界面位置的變化關系圖； 圖6示出了電阻率對比度為50/1地層相位移響應隨地層界面位置的變化關系 圖7示出了電阻率對比度為200/1地層幅度衰減響應隨地層界面位置的變化關系圖； 圖8示出了電阻率對比度為200/1地層相位移響應隨地層界面位置的變化關系 圖9示出了根據本發明優選實施例的測井裝置中的天線系T2-R1-R2在2MHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本征值的對照表；
圖10示出了根據本發明優選實施例的測井裝置中的天線系T2-R1-R2在400kHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本征值的對照表；
圖11示出了根據本發明優選實施例的測井裝置中的天線系T1-R1-R2在2MHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本征值的對照表；
圖12示出了根據本發明優選實施例的測井裝置中的天線系T1-R1-R2在400kHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本征值的對照表；
圖13示出了根據本發明優選實施例的隨鉆測井方法的流程 圖14示出了根據本發明優選實施例的測井用數據處理設備的方框圖。
具體實施例方式某些術語在本申請文件中自始至終用來指示特定系統部件。如本領域的技術人員將認識到的那樣，通常可以用不同的名稱來指示相同的部件，因而本申請文件不意圖區別那些只是在名稱上不同而不是在功能方面不同的部件。在本申請文件中，以開放的形式使用術語“包括(comprise)”、“包含(incIude)”和“具有(have)”，并且因此應將其解釋為意指“包括但不限干…”。此外，在本文中可能使用的術語“基本上”、“實質上”或者“近似地”涉及行業所接受的對相應術語的容差。如在本文中可能采用的術語“耦合”包括直接耦合和經由另外的組件、元件、電路、或者模塊的間接耦合，其中對于間接耦合來說，介于其間的組件、元件、電路、或模塊不更改信號的信息但是可調整其電流水平、電壓水平、和/或功率水平。推斷的耦合(例如其中ー個元件通過推斷耦合至另ー個元件)包括以與“耦合”同樣的方式在兩個元件之間的直接和間接的耦合。在以下說明中，出于解釋的目的，闡述許多特定細節以便提供對本發明的透徹理解。然而，對于本領域的技術人員來說將顯而易見的是，可以在沒有這些特定細節的情況下實施本發明的裝置、方法和設備。在本說明書中對“實施例”、“示例”或類似語言的提及意指結合該實施例或示例所描述的特定特征、結構或特性被包括在至少那ー個實施例或示例中，但不一定會被包括在其它的實施例或示例中。在本說明書中的不同位置中的措辭“在一個實施例中”、“在優選實施例中”或類似措辭的各種實例并不必定全部涉及同一實施例。下面結合優選實施例和說明書附圖對本發明作進ー步描述。圖I示出了根據本發明優選實施例的一種測井裝置——電磁波傳播電阻率探測裝置，其包括鉆鋌本體12、天線陣列7-11、13-15、內部電子線路(圖中未示出)以及用于耦合各部件的固化密封件。如圖I中所示，鉆鋌本體12在本實施例中優選地由一根圓柱形且內有軸向貫通孔的不銹鋼材料制成，該鉆鋌本體12的外表面上優選地刻有多個優選為環形或橢環形的凹 槽，該凹槽用于安裝發射天線或接收天線。在圖I所示出的優選實施例中，天線陣列包括4個發射天線Tl (如附圖標記11所示)、T2 (如附圖標記14所示)、T3 (如附圖標記13所示)和T4 (如附圖標記15所示)，以及4個接收天線Rl (如附圖標記7所示)、R2 (如附圖標記8所示)、R3 (如附圖標記9所示)和R4 (如附圖標記10所示)。如圖I所示，發射天線和接收天線從圖I的左側至圖I的右側(即為從鉆挺本體12的鉆挺尾端到鉆頭端)的排列順序優選為接收天線R3、發射天線T3、發射天線Tl、接收天線R1、接收天線R2、發射天線T2、發射天線T4、和接收天線R4。其中，在本優選實施例中，接收天線Rl和R2之間的中點為測量點，發射天線Tl、T2、T3和T4優選地分別以該測量點為中心對稱地安裝。接收天線Rl和R2優選地是安裝角均為零的接收天線對，而接收天線R3和R4為另ー對以所述測量點為對稱中心的接收天線對，如圖I所示，該接收天線R3和R4優選地位于鉆鋌的兩端。該接收天線R3和R4的安裝角可以任意設置，在本實施例中其被優選地(但不僅限于)設置為45°和-45°。對于任何一個發射天線與ー對接收天線對(例如發射天線Tl與接收天線Rl和R2)而言，當發射天線被激發時，電磁信號通過周圍地層及鉆鋌本體傳播，經過地層反射及透射而在接收天線上產生電磁感應信號，該電磁感應信號經由接收天線進行信號采集，然后經由內部電子線路進行放大、濾波等信號處理，最后轉化為傳播地層的電阻率的函數。當該測井裝置(在本實施例中為電磁波傳播電阻率探測裝置)在井下運行時，如果該裝置前方的地層電參數(例如地層電阻率對比度)不變，則就意味著沒有層邊界出現，此時反射到接收天線上的電磁信號就會不變，而如果該裝置前方的地層電參數改變，則就意味著有層邊界出現，此時反射到接收天線上的電磁信號將產生改變，從而產生ー個信號差，不斷地對這個信號差進行采集計算，則可獲得前向探測的距離。根據本發明的測井裝置(在本實施例中為電磁波傳播電阻率探測裝置)中的任意一個發射天線和任一組接收天線對的組合都可以產生一條前向探測曲線，通過對所有的前向探測曲線進行比較及處理，可以消除環境影響(例如井眼影響)和測量誤差，從而可以提高測井裝置的前向探測精度。下面，將結合附圖來詳細描述根據本發明另一優選實施例的ー種特定的隨鉆測井方法。如圖13所示，根據本發明優選實施例的測井方法——電磁波傳播電阻率前向探測方法，包括如下步驟
在步驟1301中，將隨鉆測井裝置(優選地例如圖I所示的電磁波傳播電阻率前向探測裝置)放置到某深度位置處的高阻目的層中，在測井裝置持續鉆進時該測井裝置進行連續探測，其探測方向與該測井裝置(優選地為圖I所示的電磁波傳播電阻率前向探測裝置)的軸向移動方向一致。在步驟1302中，選取兩個連續測量點(例如第一測量點和第二測量點)，在每個測量點處進行至少兩次連續測量。在步驟1303中，如果在第一測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量AM和相位差變化量APSD在其各自的預定閾值范圍(例如預定幅度比變化量閾值范圍可以為0-0. 03dB或其他預定范圍，預定相位差變化量閾值范圍為0°-0. 1°或其他預定范圍)內，則將該第一測量點作為第一均質地層可選點保存。在步驟1304中，如果在第二測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸 向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔΑδ和相位差變化量△ PSD都在所述各自的預定閾值范圍內，則將該第二測量點作為第二均質地層可選點保存。如果在步驟1303和1304中經判斷沒有找到符合上述條件的兩個均質地層可選點，則返回步驟1302，繼續進行隨鉆測量，依此類推，直到找到符合條件的兩個均質地層可選點為止。當經由步驟1303和1304找到了第一和第二均質地層可選點之后，在步驟1305中，將上述第一和第二均質地層可選點處所測得的所述第一接收線圈與所述第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值(即，在這兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個幅度比的平均值)或均方根和相位差的平均值(在兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個相位差的平均值)或均方根分別作為與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值Λ O和相位差基值ASDO。接下來，在步驟1306中，確定并存儲與所測高阻目的層的地層電阻率對應的所述幅度比和相位差的標準值，即將與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的上述幅度比基值JtfO和相位差基值與各種地層的相應預定本征值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最為接近的那ー種類型的地層的本征值作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值，存儲所述幅度比標準值和相位差標準值。可選地，在步驟1307中，根據與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測高阻目的層的出層閾值。具體而言，當測井裝置靠近低阻邊界時，會造成所述測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比和相位差的變化，測井裝置越靠近低阻邊界，所述實測的幅度比相對于幅度比的標準值的變化量(即差值)、以及所述實測的相位差相對于相位差的標準值的變化量(即差值)就越大，當該幅度比變化量和相位差變化量達到或超過預定數值時，通常認為測井裝置的前方出現低阻地層。所述預定數值即為本文所述的出層閾值。需要注意的是，該出層閾值對于不同的測量地層可以由本領域技術人員根據實際測量地層的特征及測量情況設定為不同的預定數值，一般可通過當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度來加以確定，優選地，無論當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度如何，均可以將出層閾值設為幅度比標準值或相位差標準值的1%_30% ;進一步優選地，當所述電阻率對比度為1/10時，可以優選地將出層閾值設為所述幅度比標準值或相位差標準值的10%。上述出層閾值的確定方式以及數值僅是示例性的，并不應當構成對本發明保護范圍的限制，本領域技術人員可以根據實際情況通過其他方式選擇合適的數值。如圖所示，在步驟1308中，繼續選取下一個測量點，在下一個測量點處進行至少兩次測量，計算在該測量點處沿測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔΛ#和相位差變化量APSD。
在步驟1309中，判斷步驟1308中所計算的幅度比變化量Ailtf和相位差變化量APSD是否大于出層閾值；如果大于，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；如果不大干，則存儲當前的幅度比變化量ΔΛ 和相位差變化量APSD，之后判斷是否到了預定的第η個測量點，如果否，則返回步驟1308，繼續進行下一測量點的選取及幅度比變化量Δ4 和相位差變化量APSD的計算，如果是到了預定的第η個測量點，則進入到步驟1310。需要注意的是，此處的η根據地層的特征及測量的速度由技術人員根據實際情況來選擇，例如，如果對于較軟的地層(比如說瀕海地區中的砂巖)，則η的取值可以相對小一些，而對于較硬的地層(比如說頁巖)，則η的取值可以相對大ー些，通常，對于普通地層而言，η優選地可選為20-30，但本發明絕不限制與此，其可以是其他適合的取值。在步驟1310中，根據之前所存儲的各測量點處的幅度比變化量iUii和相位差變化量APSD來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢；
如果所述變化趨勢為從第三個測量點到第η個測量點，所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增(即第m+1個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量分別比第m個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量大，所述m=l，2，…，n-1)，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；
否則如果所述變化趨勢總體為同向遞增，則也判定為所述測井裝置的前方為低阻地層；本文所述的總體同向遞增是指雖然所述變化趨勢中間有起伏(也就是說，在某測量點處的幅度比變化量和相位差變化量相對于前一測量點處的幅度比變化量和相位差變化量而言有所減小)，但是例如至少70%的測量點保持著同向遞增的趨勢，該百分比也是由技術人員根據實際測量情況來預先設定的，所述70%僅為示例性的，并不構成對本發明保護范圍的限制。如果所述變化趨勢既未同向遞增，又未總體同向遞增，則判定所述測井裝置的前方沒有出現低阻地層。根據本發明的另ー優選實施例，在上述步驟1305中所述的基值確定過程中，可以通過磁偶極源并矢格林函數來計算得到第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。作為示例，圖9 一 12示出了幾種示例性的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差的本征值對照表，該本征值對照表中的相應物理量通過磁偶極源并矢格林函數來計算得至IJ。其中，圖9示出了根據本發明優選實施例的測井裝置天線對T2-R1-R2在2MHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本征值的對照表；圖10示出了根據本發明優選實施例的測井裝置天線對T2-R1-R2在400kHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本征值的對照表；圖11示出了根據本發明優選實施例的測井裝置天線對T1-R1-R2在2MHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本征值的對照表；圖12示出了根據本發明優選實施例的測井裝置天線對T1-R1-R2在400kHz的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本征值的對照表。此外，根據本發明的再一優選實施例，所述測井方法還優選地包括采用索末菲爾德積分計算前方低阻地層到測井裝置(例如根據本發明的電磁波傳播電阻率前向探測裝置)的距離。本申請的圖2示出了優選地采用根據本發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置進行前向探測的測井方法所用到的ニ層地層模型圖。
如圖2中所示，各附圖標記分別表示1 :地層I ;2 :地層2 ；3 :地層I和地層2間的層界面；4 :電磁波傳播電阻率前向探測裝置的心軸線；5 :電磁波傳播電阻率前向探測裝置的測量點；6 :電磁波傳播電阻率前向探測裝置的測量點到地層I和地層2間的層界面3的距離；7 :安裝角為零的接收天線Rl ；8 :安裝角優選為零度的接收天線R2 ；9 :安裝角優選為45°的接收天線R3; 10:安裝角優選為-45°的接收天線R4 ;11、安裝角優選為零度的發射天線Tl。根據該ニ層地層模型，所述電磁波傳播電阻率前向探測裝置被設置在地層I中并且垂直于地層I和地層2的界面，通過改變地層界面3到裝置中心點的距離即可獲得在不同電阻率對比度的地層中幅度衰減和相位移的變化。圖3至圖8示出的是根據本發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置的不同發射-接收天線對在采用不同頻率時在不同的電阻率對比度地層的幅度衰減響應或相位移響應隨地層界面位置的變化關系圖。圖3-圖8中的橫坐標表示從地層界面3到裝置中心點的距離，縱坐標表示線圈系在ニ層地層中與在以地層I的電參數為電阻率的均質地層中的響應的差值。假設根據本發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置的幅度衰減閾值為O. 02dB、相位移的閾值為O. 1° (如圖3-圖8中的橫線所示)，則由圖3至圖8可得到該探測裝置中的各天線對在不同電阻率對比度地層中的垂向探測深度。例如，在10/1電阻率對比度地層中，若發射-接收天線對的頻率為2MHz，則16/22in.(即英寸)天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為41 in.和26 in.，32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為56 in.和37 in.;如果發射-接收天線對的頻率為400kHz,則16/22in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為43 in.和35 in.，32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為67in.和 48 in.。在50/1電阻率對比度地層中，若所述頻率取2MHz，則16/22in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為55 in.和35 in.、32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為77 in.和46 in.;若所述頻率取400kHz，則16/22in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為49 in.和44 in.，32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為82 in.和62 in.。在200/1電阻率對比度地層中，若所述頻率取2MHz，則16/22in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為61 in.和43 in.、32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為92 in.和57 in.;若所述頻率取400kHz，則16/22in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為50 in.和47 in.，32/38in.天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為87 in.和71 in.。
由圖3至圖8可以看出，隨著地層電阻率對比度的增加，幅度衰減響應或相位移響應隨地層界面位置的變化更加平緩。隨著地層電阻率對比度和天線對線圈距的増加，所述探測裝置的垂向探測深度増大。在相同電阻率對比度地層中，同一天線對幅度衰減曲線的垂向探測深度大于相位移曲線的垂向探測深度。 在鉆井裝置向前鉆進的過程中，通過根據本發明的設置在鉆井裝置中的所述隨鉆測井裝置實時測量上述幅度衰減或相位移信號的變化可以確定地層界面或油水界面的存在，從而控制鉆具穿行在油藏的最佳位置。如果在鉆井裝置向前鉆進的過程中所述隨鉆測井裝置沒有出現上述幅度衰減或相位移信號的變化，即隨鉆測井裝置的幅度衰減或相位移 信號的讀數基本為一定值，則表示無低阻地層存在；若在鉆井裝置向前鉆進的過程中上述幅度衰減或相位移信號的讀數不為一定值，則表示鉆井裝置前方出現了低阻地層，需及時調整井眼軌跡以避免鉆入低阻地層，從而使鉆井裝置始終位于高阻含油目的層段，進而實現地層界面的鉆前預測和精確地質導向。需要指出的是，本發明雖然參照石油鉆井來描述了優選實施例，但是本發明的測井裝置及測井方法并不僅限于石油鉆井領域，還廣泛地適用于采煤、采礦等其他鉆井行業中。下面，本說明書將進一步描述根據本發明優選實施例的測井用數據處理設備。如圖14所示，根據本發明的數據處理設備優選地包括第一、第二測量點選取裝置1400、第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401、第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402、第一均質地層可選點判定裝置1403、第二均質地層可選點判定裝置1404、存儲裝置1405、基值確定裝置1406、標準值確定裝置1407、出層閾值設定裝置1408、第三—第η測量點選取及計算裝置1409以及低阻地層判定裝置1410。其中，所述第一、第二測量點選取裝置1400選取兩個連續測量點(即第一測量點和第二測量點)，并指示測井裝置在每個所選取的測量點處進行至少兩次連續測量。所述第一、第二測量點選取裝置1400分別耦合到所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401和第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402。所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401用于計算在所述第一、第ニ測量點選取裝置1400所選取的第一測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔΛ 和相位差變化量APSD ；
所述第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402用于計算在所述第一、第二測量點選取裝置1400所選取的第二測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量Λ PSD ；
所述第一均質地層可選點判定裝置1403耦合至所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401，且用于判斷在第一測量點處、沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第ニ接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量APSD是否在其各自的預定閾值范圍內，如果是，則將該第一測量點作為第一均質地層可選點保存在存儲裝置1405中。如果否，則指示所述第一、第二測量點選取裝置1400重新選取測量點。優選地，上述預定幅度比變化量閾值范圍可以為0-0. 03dB或其他預定范圍，預定相位差變化量閾值范圍為0°-0. Γ或其他預定范圍。所述第二均質地層可選點判定裝置1404耦合至所述第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402，且用于判斷在第二測量點處、沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量APSD是否在其各自的預定閾值范圍內，如果是，則將該第二測量點作為第二均質地層可選點保存在存儲裝置1405中。如果否，則指示所述第一、第二測量點選取裝置1400重新選取測量點。所述基值確定裝置1406耦合至存儲裝置1405，且用于確定與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值沿 Ο和相位差基值。根據優選實施例，基值確定裝置1406將存儲裝置1405中所存儲的上述第一和第二均質地層可選點處所測得的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值(在這兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個幅度比的平均值)或均方根和相位差的平均值(在兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個相位差的平均值)或均方根分別作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比基值Λ O和相位差基值P·。優選地，所述基值確定裝置1406通過磁偶極源并矢格林函數來計算得到所述第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。要指出的是，所述基值確定裝置1406還可以采用其他已有函數或算法來計算得到所述第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。所述標準值確定裝置1407耦合至所述基值確定裝置1406和存儲裝置1405，并用于確定并存儲與所測高阻目的層的地層電阻率對應的所述幅度比和相位差的標準值。根據優選實施例，所述標準值確定裝置1407用于將與所測高阻目的層的地層電阻率對應的上述幅度比基值O和相位差基值PSD O與各種地層的相應預定本征值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最為接近的那ー種類型的地層的本征值作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值，并將所述幅度比標準值和相位差標準值存儲在存儲裝置1405中。所述出層閾值設定裝置1408耦合至所述標準值確定裝置1407和存儲裝置1405，并用于設定所測高阻目的層的出層閾值。根據優選實施例，所述出層閾值設定裝置1408根據與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測高阻目的層的出層閾值，之后優選地將所述出層閾值存儲在所述存儲裝置1405中。具體而言，當測井裝置靠近低阻邊界時，會造成所述測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比和相位差的變化，測井裝置越靠近低阻邊界，所述實測的幅度比相對于幅度比的標準值的變化量(即差值)、以及所述實測的相位差相對于相位差的標準值的變化量(即差值)就越大，當該幅度比變化量和相位差變化量達到或超過預定數值時，通常認為測井裝置的前方出現低阻地層。所述預定數值即為本文所述的出層閾值。如前所述，該出層閾值對于不同的測量地層可以由本領域技術人員根據實際測量地層的特征及測量情況設定為不同的預定數值，一般可通過當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度來加以確定，優選地，無論當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度如何，均可以將出層閾值設為幅度比標準值或相位差標準值的1%-30% ;進一步優選地，當所述電阻率對比度為1/10時，可以優選地將出層閾值設為所述幅度比標準值或相位差標準值的10%。上述出層閾值的確定方式以及數值僅是示例性的，并不應當構成對本發明保護范圍的限制，本領域技術人員可以根據實際情況通過其他方式選擇合適的數值。
所述第三一第η測量點選取及計算裝置1409用于繼續選取下一個測量點，在下一個測量點處進行至少兩次測量，計算在該測量點處沿測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ん和相位差變化量APSD。所述低阻地層判定裝置1410分別耦合至存儲裝置1405、出層閾值設定裝置1408以及所述第三一第η測量點選取及計算裝置1409。根據優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410包括出層閾值判定単元14101，其用于判斷所述第三一第η測量點選取及計算裝置1409中所計算的當前測量點的幅度比變化量和相位差變化量APSD是否大于出層閾值；如果大于，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；如果不大于，則優選地將當前測量點的幅度比變化量和相位差變化量APSD存儲在存儲裝置1405中。根據另ー優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括測量點數目判定単元14102和幅度比及相位差變化趨勢判定単元14103。所述測量點數目判定単元14102用于在所述出層閾值判定単元14101判斷當前測量點的幅度比變化量Δ.4 和相位差變化量APSD不大于出層閾值時，判斷當前測量點是否已達到預定的第η個測量點，如果否，則指示所述第三一第η測量點選取及計算裝置1409繼續進行下一測量點的選取及幅度比變化量ΔΛ 和相位差變化量APSD的計算；反之，如果當前測量點為預定的第η個測量點，則指示幅度比及相位差變化趨勢確定単元14103來根據之前所存儲的各測量點(即第3、4、5···η個測量點)處的幅度比變化量ΔΛ 和相位差變化量APSD來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢。如前所述，此處的η根據地層的特征及測量的速度由技術人員根據實際情況來選擇，例如，如果對于較軟的地層(比如說瀕海地區的砂巖)，則η的取值可以相對小一些，而對于較硬的地層(比如說頁巖)，則η的取值可以相對大ー些，通常，對于普通地層而言，η優選地可選為20-30，但本發明絕不限制與此，其可以是其他適合的取值。根據再ー優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括同向遞增變化趨勢判定單元14104，所述同向遞增變化趨勢判定単元14104用于判斷由所述幅度比及相位差變化趨勢確定單元14103確定的所述變化趨勢是否為從第三個測量點到第η個測量點，所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增(即第m+1個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量分別比第m個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量大，所述m=l，2，…，n-1)，如果是，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層。根據又ー優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括總體同向遞增變化趨勢判定単元14105，其用于在判定單元14104的判定結果為否的時候判斷所述變化趨勢是否總體為同向遞增，如果是，則判定為所述測井裝置的前方為低阻地層；如果否，則判定所述測井裝置的前方沒有出現低阻地層。如前所述，此處的總體同向遞增是指雖然所述變化趨勢中間有起伏(也就是說，在某測量點處的幅度比變化量和相位差變化量相對于前ー測量點處的幅度比變化量和相位差變化量而言有所減小)，但是例如至少70%的測量點保持著同向遞增的趨勢，該百分比也是由技術人員根據實際測量情況來預先設定的，所述70%僅為示例性的，并不構成對本發明保護范圍的限制。此外，優選地，上述數據處理設備還包括在所述低阻地層判定裝置1410判定所述測井裝置的前方出現低阻地層時用于采用索末菲爾德積分計算前方低阻地層到所述測井裝置的距離的單元(圖中未示出)。
請注意，可以以硬件、軟件、固件或其組合來實現本優選實施例。在(ー個或多個)各種實施例中，以存儲在存儲器中并由適當的指令執行系統執行的軟件或固件來實現設備組件。如果以硬件實現，如在某些實施例中，則可以用在本領域中全部眾所周知的任何以下技術或其組合來實現設備組件具有用于對數據信號實現邏輯功能的邏輯門的(一個或多個)離散邏輯電路、具有適當組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、(ー個或多個)可編程門陣列(PGA)、現場可編程門陣列(FPGA)等。軟件組件可以包括用于實現邏輯功能的可執行指令的有序列表，可以體現在任何計算機可讀介質中以供指令執行系統、裝置或設備使用或與之相結合地使用，所述指令執行系統、裝置或設備諸如為基于計算機的系統、包含處理器的系統、或能夠從指令執行系統、裝置或設備獲取指令并執行該指令的其它系統。另外，本公開的范圍包括在在硬件或軟件構造的介質中體現的邏輯中體現ー個或多個實施例的功能。已經出于圖示和說明的目的提出了本公開的實施例的前述公開。其并不g在是窮舉的或使本公開局限于所公開的精確形式。根據上述公開，本文所述的實施例的許多變更和修改對于本領域的普通技術人員來說將是顯然的。請注意，上述示例并不意圖是限制性的。還可以預期可以包括許多上述特征的裝置、方法和設備的附加實施例。在研究附圖和詳細說明之后，本公開的其它裝置、方法、設備、特征和優點對于本領域的技術人員來說更加顯而易見。意圖在于將所有此類其它裝置、方法、設備、特征和優點包括在本發明的保護范圍內。除非以其他方式特別說明或在所使用的上下文內以其他方式理解，否則諸如“能夠”、“可”、“可能”或“可以”之類的條件語言一般g在傳達的是某些實施例可以包括但不必須包括某些特征、元件和/或步驟。因此，此類條件語言通常并不g在暗示以任何方式要求一個或多個實施例必須包括特征、元件和/或步驟。應將流程圖中的任何處理說明或方框理解為表示包括用于實現該處理中的特定邏輯功能或步驟的一個或多個可執行指令的代碼部分、或段、模塊，并且替換實施方式被包括在本公開的優選實施例的范圍內，其中，可以不按所示或所討論的順序來執行功能，包括基本上同時地或按照相反順序，其取決于所涉及的功能，如本公開的領域中的理性技術人員將理解的那樣。
權利要求
1.一種數據處理設備，其特征在于，該數據處理設備包括 均質地層可選點判定裝置(1403、1404)，其用于判定測井裝置當前所選取的兩個連續測量點是否均能作為均質地層可選點； 基值確定裝置(1406)，其用于在所述均質地層可選點判定裝置(1403、1404)的判斷結果為是的情況下，根據兩個所述均質地層可選點來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值和相位差基值； 標準值確定裝置(1407)，其用于根據所述幅度比基值和相位差基值來確定與所測目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值； 出層閾值設定裝置(1408)，其用于根據所述幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測目的層的出層閾值； 第三一第n測量點選取及計算裝置(1409)，其用于繼續選取下一個測量點進行至少兩次測量，并計算在當前所選取的測量點處、測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量；以及 低阻地層判定裝置(1410)，其包括出層閾值判定單元(14101)，該單元用于判斷所述當前所選取的測量點處的幅度比變化量和/或相位差變化量是否大于所述出層閾值；如果是，則判定測井裝置前方出現低阻地層。
2.如權利要求I所述的數據處理設備，其特征在于，所述均質地層可選點判定裝置(1403、1404)用于判斷在所選取的測量點處、在所述測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量是否在其各自的預定閾值范圍內，如果是，則將參與判斷的所述測量點作為均質地層可選點。
3.如權利要求I或2所述的數據處理設備，其特征在于，所述均質地層可選點判定裝置(1403、1404)如果判斷任何一個所選取的測量點不能作為均質地層可選點，則指示測井裝置重新選取連續測量點。
4.如權利要求1-3之一所述的數據處理設備，其特征在于，所述基值確定裝置(1406)進一步被配置為將在所述兩個均質地層可選點處所測得的所述一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值或均方根和相位差的平均值或均方根分別作為所述幅度比基值和相位差基值。
5.如權利要求I一 4之一所述的數據處理設備，其特征在于，所述標準值確定裝置(1407)進一步被配置為將所述幅度比基值和相位差基值與預定的各種類型地層的相應本征值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最接近的那一種類型的地層的本征值作為與所測目的層的地層電阻率對應的所述幅度比標準值和相位差標準值。
6.如權利要求1-5之一所述的數據處理設備，其特征在于，所述低阻地層判定裝置(1410)進一步包括測量點數目判定單元(14102)和幅度比及相位差變化趨勢判定單元(14103)； 其中所述測量點數目判定單元(14102)被配置為在所述出層閾值判定單元(14101)判斷當前測量點的幅度比變化量和相位差變化量不大于出層閾值時，判斷當前測量點是否已達到預定的第n個測量點； 如果否，則指示所述第三一第n測量點選取及計算裝置(1409)繼續進行下一測量點的選取及幅度比變化量和相位差變化量的計算；反之，如果當前測量點為預定的第η個測量點，則指示幅度比及相位差變化趨勢確定単元(14103)來根據之前所存儲的各測量點處的幅度比變化量和相位差變化量來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢。
7.如權利要求6所述的數據處理設備，其特征在于，所述低阻地層判定裝置(1410)進ー步包括同向遞增變化趨勢判定單元(14104),所述同向遞增變化趨勢判定單元(14104)用于判斷由所述幅度比及相位差變化趨勢確定単元(14103)確定的所述變化趨勢是否為從第三個測量點到第η個測量點，所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增，如果是，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層。
8.如權利要求7所述的數據處理設備，其特征在于，所述低阻地層判定裝置(1410)進ー步包括總體同向遞增變化趨勢判定單元(14105)，其用于在判定單元(14104)的判定結果為否時判斷所述變化趨勢是否總體為同向遞增，如果是，則判定為所述測井裝置的前方為低阻地層；如果否，則判定所述測井裝置的前方沒有出現低阻地層。
9.如權利要求1-8之一所述的數據處理設備，其特征在干，所述基值確定裝置(1406)通過磁偶極源并矢格林函數來計算得到所述兩個均質地層可選點處的相應地層電阻率、幅度比和/或相位差。
10.如權利要求7或8所述的數據處理設備，其特征在于，所述數據處理設備還包括在所述低阻地層判定裝置(1410)判定所述測井裝置的前方出現低阻地層時用于采用索末菲爾德積分計算前方低阻地層到所述測井裝置的距離的単元。
全文摘要
本發明涉及測井用數據處理設備，其包括第一、第二測量點選取裝置、第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置、第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置、第一均質地層可選點判定裝置、第二均質地層可選點判定裝置基值確定裝置、標準值確定裝置、出層閾值設定裝置、第三－第n測量點選取及計算裝置以及低阻地層判定裝置。該數據處理設備可以在鉆井過程中實時地測量地層的電阻率變化率的變化特征，實時分辨地層界面及油水界面，捕捉進入油氣儲集層的最佳時機。
文檔編號E21B49/00GK102628357SQ20111043704
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者劉慶龍, 李作會, 楊錦舟, 林楠, 肖紅兵, 魏寶君 申請人:中國石化集團勝利石油管理局鉆井工藝研究院, 中國石油化工股份有限公司