井間測井深度與速度同步控制定位系統及方法
【專利摘要】井間測井深度與速度同步控制定位系統及方法，包括發射井的磁偶極子、接收井的磁偶極子、地面發射系統、地面接收系統和接收井測量系統；地面發射系統和地面接收系統通過控制系統、絞車電機等實現發射井和接收井的深度與速度閉環控制，通過ZigBee無線通訊模式進行深度與速度信息的同步傳輸，從而保證了發射井和接收井的測井深度與速度的一致性。接收井接收到電磁響應信號經測井電纜傳輸給測井車上的計算機，測井車計算機上的地層解釋軟件根據接收信號的時間特性可以直接得出距離特性，通過遍歷整個井深，就可測出兩井之間各水平方向的電磁響應特性，進而實現剩余油富集區水平和垂直位置的精確定位。
【專利說明】井間測井深度與速度同步控制定位系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及井間電磁測井【技術領域】，特別涉及井間測井深度與速度同步控制定位系統及方法，即采用電磁法進行井間儲層探測時發射井和接收井之間的測井深度與速度的同步閉環控制。
【背景技術】
[0002]井間是油氣資源分布的重要區域，井間油氣儲層的準確識別是提高采收率的關鍵。但經過注水開發后只能采出地下總儲量的30%左右，約70%的原油仍然殘留在井間成為剩余油，這些剩余油儲量對于增加可采儲量和提高采收率是一個巨大的潛力。經濟的快速發展，對石油和天然氣的需求逐年增大，供求矛盾日益突出，剩余油的開采是提高采收率的關鍵，對保障能源供給，促進國民經濟持續快速發展有重要的作用。
[0003]目前進行井間儲層探測的方法主要有井間地震法和井間電磁法。井間地震法被認為是儲層識別和油藏動態監測的常規方法。油田開發中地震勘探與電磁勘探方法的基礎研究表明，在水驅、氣驅及油層界面高度降低過程中，地層所表現出的非均質性明顯，電性差異遠大于地震信號的差異，電磁方法對此十分敏感，而地震方法不能直接探測到這些變化。
[0004]井間電磁法是一種電阻率測井方法，即根據電阻率的不同區分介質的屬性，其探測方法是在發射井的不同位置處發射激勵信號，在接收井的全井段接收電磁信號，根據電磁信號的不同，求解出體現介質特性的電阻率。但由于采用的激勵信號是連續的時諧信號，得到的電磁響應信號表現的是電磁波傳播路徑上多種介質的總體平均特性，無法對剩余油的富集區進行定位，因而需要在測量過程中變換發射信號的位置，并且每變換一次發射位置，接收井就要進行一次全井段的測量，進而通過對交叉路徑電磁響應的復雜計算，得出剩余油富集區的垂直位置和水平位置。這種方法存在的主要問題是測井工作量很大，發射井的激勵點不可能分布的太多，不便于進行精細測井，是一種點測法。本發明采用的激勵信號是瞬態信號，根據接收信號的時間特性可以直接得出距離特性，結合發射井與接收井中發射與探測系統的深度和速度的同步，就可實現剩余油富集區水平和垂直位置的精確定位。
[0005]查閱目前的專利和相關文獻，有關井間儲層探測的專利三個:在專利號為201210491890.1 “一種井間電磁瞬變監測系統及其監測方法”的專利，介紹了一種井間電磁瞬變監測系統及其監測方法，但并未提及發射井和接收井之間實現同步的實施方法；在專利號為201110241747.2 “井間并行電阻率CT測試方法”中，公開了一種井間并行電阻率CT測試方法，同樣未提及兩口井之間是如何實現同步的；在專利號為201210184272.2 “井間電磁測井系統”介紹了一種井間電磁測井系統，但未提及在進行井間測試時，如何實現信號的同步。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供井間測井深度與速度同步閉環控制系統及方法，利用該方法和系統，使發射井和接收井的測井深度和速度實現同步，保證了發射與接收信號在垂直方向是一一對應的，進而根據時域接收信號的時間特性與距離特性的對應關系，可確定出介質的水平位置，通過上述方法，準確地獲取油氣富集區的水平和垂直位置。
[0007]為了達到上述目的，本發明的實現方案是這樣實現的:
[0008]井間測井深度與速度冋步閉環控制系統，包括發射井的磁偶極子1、接收井的磁偶極子2、地面發射系統3、接收井測量系統5和地面接收系統4 ;磁偶極子I的上接口和地面發射系統3的輸出端相連；磁偶極子2的上接口與地面接收系統4的輸出端相連；地面發射系統3和地面接收系統4都放置在各自的測井車中，并和測井車的面板相連接，地面發射系統3和地面接收系統4之間通過ZigBee無線通訊模式進行數據傳輸；地面接收系統4和接收井測量系統5之間通過測井電纜相連接。
[0009]所述的地面發射系統3用于向接收井提供發射井的測井速度和深度信息以及發射電磁信號，包括控制系統31、絞車電機32、絞車計量輪33、光電編碼器34、深度與速度測量系統35、編碼電路36、發射波形產生電路37、功率驅動電路38和無線模塊39 ;控制系統31的輸出和絞車電機32的輸入相連，絞車電機32的輸出和絞車計量輪33的輸入相連，絞車計量輪33的輸出和光電編碼器34相連，光電編碼器34的輸出和深度與速度測量系統35的輸入相連，深度與速度測量系統35的輸出與編碼電路36的輸入相連，編碼電路36的輸入與發射波形產生電路37的輸出相連接，發射波形產生電路37的一個輸出端口和功率驅動電路38的輸入相連，其另一個輸出端口和控制系統31的輸出，同時編碼電路36的輸出與無線模塊39的輸入相連，功率驅動電路38的輸出通過測井電纜I和磁偶極子I的輸入相連，功率驅動電路38和無線模塊39、編碼電路36根據接收井提供的出現卡死時的井深、速度來調節發射井的井深和速度。發射波形產生電路37輸出發射信號,該信號經功率驅動電路38進行功率放大后，在下降沿波段102到幅值為負的波段105之間輸出信號，該信號經磁偶極子I輸出電磁信號；發射的電磁信號和深度與速度數據經編碼電路36進行編碼后，由無線模塊39傳輸給接收井，磁偶極子I通過測井電纜I和測井車I上的計算機相連。
[0010]所述的地面接收系統4用于接收發射井的測井速度和深度信息以及電磁信號，包括控制系統41、絞車電機42、絞車計量輪43、光電編碼器44、深度與速度測量系統45、無線模塊46和解碼電路47，控制系統41的輸出和絞車電機42的輸入相連，絞車電機42的輸出和絞車計量輪43的輸入相連，絞車計量輪43的輸出和光電編碼器44的輸入相連，光電編碼器44的輸出和深度與速度測量系統45的輸入相連，深度與速度測量系統45的輸出與控制系統41輸入相連，解碼電路47的輸入和控制系統41的輸入相連，解碼電路47的輸出和圖5中的命令識別電路48相連，無線模塊46的輸出和解碼電路47的輸入相連，接收井通過無線模塊46接收到命令后，經解碼電路47進行解碼后，通過命令識別電路48來進行數據和信號的判斷，如果是數據，則解碼出測井深度和速度信息；如果是信號，則通過多路選擇開關49控制是否輸出磁偶極子2接收到的電磁信號，該信號經接收井測量系統5進行處理后上傳。
[0011]所述的接收井測量系統5包括命令識別電路48，多路選擇開關49，信號調理電路50，信號采集電路51和數據傳輸電路52 ;命令識別電路48輸出和多路選擇開關49的輸入相連，多路選擇開關49輸出和信號調理電路50的輸入相連,信號調理電路50輸出和信號采集電路51的輸入相連，信號采集電路51輸出和數據傳輸電路52的輸入相連，多路選擇開關49輸出和磁偶極子2相連，數據傳輸電路52通過測井電纜2和測井車2的計算機相連。通過信號調理電路50對地層響應電磁信號進行放大濾波等處理后、經信號采集電路51對信號進行采集，然后通過數據傳輸電路52傳輸到地面接收系統4。
[0012]所述的無線模塊39和無線模塊46采用ZigBee技術開發而成。
[0013]如遇到接收井磁偶極子2卡死的情況，則地面接收系統4通過無線模塊46把接收井目前所處的深度和速度數據發送給地面發射系統3中的無線模塊39，然后由地面發射系統3保證發射井保持到原來的深度和速度，直到接收到接收井正常后再測井。
[0014]井下磁偶極子在地面發射系統3和地面接收系統4的控制下，以相同的速度上升，邊上升邊測試，測試結果可存儲在地面系統中，以便進行后續的信號處理。
[0015]井間測井深度與速度同步閉環控制方法，基本步驟如下:
[0016]步驟一:地面發射系統3和所在的測井車面板相連；地面接收系統4和接收井所在的測井車面板相連。
[0017]步驟二:給地面發射系統3所在的測井車面板和地面接收系統4所在的測井車面板供電。
[0018]步驟三:地面發射系統3通過控制系統31輸出測井深度和速度信息，然后由絞車電機32控制絞車計量輪33輸出設定的測井深度，同時控制光電編碼器34輸出設定的測井速度信息，保證發射井中的磁偶極子I在設定的測井深度和速度下工作；同時深度與速度測量系統35測試當前磁偶極子I所處的測井深度和速度信息，通過無線模塊39傳輸給無線模塊46。
[0019]步驟四:地面接收系統4接收到無線模塊46接收的發射井中磁偶極子I的測井深度和速度信息后，通過控制系統41輸出測井深度和速度信息，然后由絞車電機42控制絞車計量輪43輸出設定的測井深度，同時控制光電編碼器44輸出設定的測井速度信息，保證接收井中的磁偶極子2在設定的測井深度和速度下工作；同時深度與速度測量系統45測試當前磁偶極子2所處的測井深度和速度信息，并把該信息傳輸給控制系統41。
[0020]步驟五:地面發射系統3和地面接收系統4均要控制深度和速度的同步，使發射井和接收井在同一深度處測量水平地層的特性，以便于對介質體的徑向位置進行定位。如遇到接收井中的磁偶極子2卡死的情況，則地面接收系統4通過無線模塊46把接收井中目前所處的深度和速度信息發送給地面發射系統中的無線模塊39，然后由地面發射系統3保證發射井保持到原來的深度和速度，直到接收到接收井正常后再測井。
[0021]步驟五所述的對介質體的徑向位置進行定位具體為:
[0022]步驟一:在保持深度與速度同步的基礎上，發射井每次遇到圖3所述的正向和反向激勵信號的下降沿102和103時，向接收井發送信號，使接收井中的磁偶極子開始接收電磁響應信號，這就保證了發射信號結束后接收井中的磁偶極子才工作，所獲取的信息完全是來自于地層的二次場，即完全體現了地層的插性，消除了發射信號產生的一次場所產生的直接耦合無關。
[0023]步驟二:地面發射系統3每次在圖3所述的正向和反向激勵信號的上升沿100和101時，向接收井發送信號，使接收井中的磁偶極子停止接收電磁響應信號，并開始處理和存儲所接收到的信號，并準備開始獲取下一次的電磁響應信號。
[0024]步驟三:地面接收系統4每次接收到電磁響應信號后，記錄下接收井的深度信息和對應的電磁響應信號電動勢U。
[0025]步驟四:根據磁偶極子在全空間的電磁響應特性，由時間域瞬變電磁法的基本理論可得出式(I)和式(2)
【權利要求】
1.井間測井深度與速度同步閉環控制系統，其特征在于，包括發射井的磁偶極子(I)、接收井的磁偶極子(2)、地面發射系統(3)、接收井測量系統(5)和地面接收系統(4);發射井的磁偶極子(I)的上接口和地面發射系統(3)的輸出端相連；接收井的磁偶極子(2)的上接口與地面接收系統(4)的輸出端相連；地面發射系統(3)和地面接收系統(4)都放置在各自的測井車中，并和測井車的面板相連接，地面發射系統(3)和地面接收系統(4)之間通過ZigBee無線通訊模式進行數據傳輸；地面接收系統4和接收井測量系統5之間通過測井電纜相連接。
2.根據權利要求1所述的井間測井深度與速度同步閉環控制系統，其特征在于，所述的地面發射系統(3)用于向接收井提供發射井的測井速度和深度信息以及發射電磁信號，包括控制系統(31)、絞車電機(32)、絞車計量輪(33)、光電編碼器(34)、深度與速度測量系統(35 )、編碼電路(36 )、發射波形產生電路(37 )、功率驅動電路(38 )和無線模塊(39 );控制系統(31)的輸出和絞車電機(32)的輸入相連，絞車電機(32)的輸出和絞車計量輪(33)的輸入相連，絞車計量輪(33)的輸出和光電編碼器(34)相連，光電編碼器(34)的輸出和深度與速度測量系統(35)的輸入相連，深度與速度測量系統(35)的輸出與編碼電路(36)的輸入相連，編碼電路(36)的輸入與發射波形產生電路(37)的輸出相連接，發射波形產生電路(37)的一個輸出端口和功率驅動電路(38)的輸入相連，其另一個輸出端口和控制系統(31)的輸出，同時編碼電路(36)的輸出與無線模塊(39)的輸入相連，功率驅動電路(38)的輸出通過測井電纜I和磁偶極子I的輸入相連，功率驅動電路(38)和無線模塊(39)、編碼電路(36)根據接收井提供的出現卡死時的井深、速度來調節發射井的井深和速度，發射波形產生電路(37)輸出發射信號，該信號經功率驅動電路(38)進行功率放大后，在下降沿波段(102)到幅值為負的波段(105)之間輸出信號，該信號經發射井的磁偶極子(I)輸出電磁信號；發射的電磁信號和深度與速度數據經編碼電路36進行編碼后，由無線模塊(39)傳輸給接收井，發射井的磁偶極子(I)通過測井電纜和測井車上的計算機相連。
3.根據權利要求1所述的井間測井深度與速度同步閉環控制系統，其特征在于，所述地面接收系統(4)用于接收發射井的測井速度和深度信息以及電磁信號，包括控制系統(41)、絞車電機(42)、絞車計量輪(43)、光電編碼器(44)、深度與速度測量系統(45)、無線模塊(46 )、解碼電路(47 )和接收井測量系統(5 )，控制系統(41)的輸出和絞車電機(42 )的輸入相連，絞車電機(42)的輸出和絞車計量輪(43)的輸入相連，絞車計量輪(43)的輸出和光電編碼器(44)的輸入相連,光電編碼器(44)的輸出和深度與速度測量系統(45)的輸入相連，深度與速度測量系統(45)的輸出與控制系統(41)輸入相連，解碼電路(47)的輸入和控制系統(41)的輸入相連，解碼電路(47)的輸出和命令識別電路(48)相連，無線模塊(46 )的輸出和解碼電路(47 )的輸入相連，接收井通過無線模塊(46 )接收到命令后，經解碼電路47進行解碼后，通過命令識別電路(48)來進行數據和信號的判斷，如果是數據，則解碼出測井深度和速度信息；如果是信號，則通過多路選擇開關(49)控制是否輸出磁偶極子(2)接收到的電磁信號，該信號經接收井測量系統(5)進行處理后上傳。
4.根據權利要求1所述的井間測井深度與速度同步閉環控制系統，其特征在于，所述的接收井測量系統(5)包括命令識別電路(48)，多路選擇開關(49)，信號調理電路(50)，信號采集電路(51)和數據傳輸電路(52)，命令識別電路(48)輸出和多路選擇開關(49)的輸入相連，多路選擇開關(49)輸出和信號調理電路(50)的輸入相連，信號調理電路(50)輸出和信號米集電路(51)的輸入相連，信號米集電路(51)輸出和數據傳輸電路(52)的輸入相連，多路選擇開關(49)輸出和磁偶極子(2)相連，數據傳輸電路(52)通過測井電纜(2)和測井車(2)的計算機相連；通過信號調理電路(50)對地層響應電磁信號進行放大濾波等處理后，經信號采集電路(51)對信號進行采集，然后通過數據傳輸電路(52 )傳輸到地面接收系統(4 )。
5.井間測井深度與速度同步閉環控制方法，其特征在于，基本步驟如下: 步驟一:地面發射系統(3)和所在的測井車面板相連；地面接收系統(4)和接收井所在的測井車面板相連； 步驟二:給地面發射系統(3)所在的測井車面板和地面接收系統(4)所在的測井車面板供電； 步驟三:地面發射系統(3)通過控制系統(31)輸出測井深度和速度信息，然后由絞車電機(32)控制絞車計量輪(33)輸出設定的測井深度，同時控制光電編碼器(34)輸出設定的測井速度信息，保證發射井中的磁偶極子(I)在設定的測井深度和速度下工作；同時深度與速度測量系統(35)測試當前磁偶極子(I)所處的測井深度和速度信息，通過無線模塊(39 )傳輸給無線模塊(46 )。 步驟四:地面接收系統(4)接收到無線模塊(46)接收的發射井中磁偶極子I的測井深度和速度信息后，通過控制系統(41)，輸出測井深度和速度信息，然后由絞車電機(42)控制絞車計量輪(43)輸出設定的測井深度，同 時控制光電編碼器(44)輸出設定的測井速度信息，保證接收井中的磁偶極子(2)在設定的測井深度和速度下工作；同時深度與速度測量系統(45)測試當前磁偶極子(2)所處的測井深度和速度信息，并把該信息傳輸給控制系統(41)。 步驟五:地面發射系統(3)和地面接收系統(4)均要控制深度和速度的同步，使發射井和接收井在同一深度處測量水平地層的特性，以便于對介質體的徑向位置進行定位，如遇到接收井中的磁偶極子(2)卡死的情況，則地面接收系統(4)通過無線模塊(46)把接收井中目前所處的深度和速度信息發送給地面發射系統中的無線模塊(39)，然后由地面發射系統(3)保證發射井保持到原來的深度和速度，直到接收到接收井正常后再測井。
6.根據權利要求5所述井間測井深度與速度同步閉環控制方法，其特征在于，步驟五所述的對介質體的徑向位置進行定位具體為: 步驟一:在保持深度與速度同步的基礎上，發射井每次遇到正向和反向激勵信號的下降沿(102)和(103)時，向接收井發送信號，使接收井中的磁偶極子開始接收電磁響應信號，這就保證了發射信號結束后接收井中的磁偶極子才工作，所獲取的信息完全是來自于地層的二次場，即完全體現了地層的插性，消除了發射信號產生的一次場所產生的直接耦合無關。 步驟二:地面發射系統(3)在正向和反向激勵信號的上升沿(100)和(101)時，向接收井發送信號，使接收井中的磁偶極子停止接收電磁響應信號，并開始處理和存儲所接收到的信號，并準備開始獲取下一次的電磁響應信號。 步驟三:地面接收系統(4)每次接收到電磁響應信號后，記錄下接收井的深度信息和對應的電磁響應信號電動勢U。 步驟四:根據磁偶極子在全空間的電磁響應特性，由時間域瞬變電磁法的基本理論可得出式(1)和式(2)
【文檔編號】E21B49/00GK103912270SQ201410128801
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】賈惠芹, 黨博, 宋楠, 楊軍峰 申請人:西安石油大學