近井眼地層的介電常數頻散特性在寬頻譜的連續測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于評估井眼外地層結構和地層特性的連續測量方法，屬于地球 物理測井中的電法測井和數據處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 21世紀W來，石油技術人員不斷開發出新的能夠探測油田地層特性的儀器，其中 利用電磁波測量巖石和流體性質的介電測井就是一種新的技術。介電測井可W對含淡水、 礦化水或礦化度未知的儲層的孔隙度進行測量，根據巖石孔隙度、含水量，可得出與電阻率 無關的流體飽和度。測井分析人員可將介電測井結果與深探測儀器獲得的數據相結合，用 于識別含有可動油氣的地層，運對于稠油油藏是極為重要的信息。
[0003] 介電常數是表征介質介電特性的物理量，原油的微波頻段介電常數約為2~2. 4， 地層水的介電常數約為78~81，天然氣的介電常數約為1，地層骨架的介電常數約為4~ 8,當地層孔隙被豐富的流體填充時，地層的介電常數便由所含流體及流體飽和度決定，因 此，含油、氣層的介電常數與含水層的介電常數有明顯的區別，可根據介電特性對儲層進行 區分。介電測井又被稱為電磁波傳播測井，它被作為一種補充測井方法被提出，運種方法的 初衷是通過地層電磁波測量分析淡水環境儲層，識別可流動油氣。該儀器主要對孔隙網絡 里的流體響應，并測量含流體孔隙度，進而得出與電阻率無關的流體飽和度。
[0004] EPT是第一種真正廣泛應用在實際測井中的介電測井儀。EPT使用縫隙天線向垂 直鉆挺方向發射1.IGHz電磁波，通過計算電磁波通過地層的傳播時間tp。，主要測量井壁附 近的介電常數。由于EPT使用特高頻頻率作為發射信號，及縫隙天線本身發射特性，運種儀 器的探測距離被限制在幾英寸的范圍內。為穿透侵入帶對原狀地層的介電特性進行測量， 斯倫貝謝公司隨后開發了頻率介于電阻率測井與電磁波傳播測井的深傳播測井值PT)，運 種儀器工作在25MHz，使用的天線類似電阻率測井的線圈天線，所W對深傳播測井的分析方 法也類似傳統的感應測井的分析。DPT通過多線圈陣列實現在不同探測深度下的測量，并可 同時給出不同源距下接收信號幅度和相對相位，利用運一系列參數可W反演出地層的電阻 率和介電常數。阿特拉斯測井公司在相同時期研制了雙頻介電測井儀1531/1532,通過向地 層發射47MHz和200MHz的電磁波，測量兩個接收器信號經過耗散介質的幅度比和相位差， 得到耗散介質的介電常數和電阻率兩個參數。
[0005] 斯倫貝謝測井公司開發的"DielectricScanner"多頻介電測井儀器突破早期介 電測井儀頻段范圍的限制，選擇在20MHz到IGHz范圍內的四個頻率點作為工作頻率。除了 能在低頻下測量地層的電阻率特性、極高頻率下測量地層介電特性外，運種先進的儀器還 能通過多種頻率下采集的高質量數據，分析地層電特性頻散獲得關于巖石結構和泥質含量 的信息。運種介電測井儀的收發裝置包括2個發射器和8個接收器，每個收發裝置都可W 在橫向縱向兩種極化模式下進行測量，每個測量周期包括72個振幅和72個相位測量。反 演運四個測量頻率、不同源距下得到的測井數據，能夠幫助測井工程師分析從淺層泥餅到 深層侵入帶的不同深度下的流體飽和度。
[0006] 現有的介電測井技術只能對地層介電常數進行固定頻率點的測量，無法實現地層 介電常數在連續頻譜的測量。尚存在諸多技術不足：一、若在某個測量頻率發生因電路或 其他未知因素造成的測量偏差，將造成最終評估結果的不準確，且無法評估地層色散特性； 二、利用多頻方法實現介電色散評估測量周期漫長，信息采集十分復雜，易造成自身干擾； Ξ、多頻方法在一個測量周期內需要向地層發射電磁波幾十次之多，井下電能有限，分配給 用于單次電磁波發射的電能十分有限，大大限制了儀器的信噪比與探測深度。
【發明內容】
[0007] 本發明針對目前介電測井儀器不能對井眼周圍地層給出連續頻率下的介電色散 特性測量的難題，提出一種利用瞬變寬頻信號對地層介電常數測量的近井眼地層的介電常 數頻散特性在寬頻譜的連續測量方法，對井眼周圍地層在連續帶寬內的介電常數測量的同 時，實現對介電常數在測量帶寬內色散特性的評估。
[0008] 本發明的近井眼地層的介電常數頻散特性在寬頻譜的連續測量方法，是通過寬頻 天線向地層發射時域窄脈沖，檢測回波頻率和時延特性來實現；具體包括W下步驟：
[0009] (1)在鉆桿上至少安裝一個發射天線及一個接收天線，發射天線和接收天線的源 距（安裝距離）為L;
[0010] 似鉆桿鉆進，發射天線向井眼外地層發射時長為t。的脈沖信號，計時并檢測信 號；最小回波信號檢測時長tKmin為3. 75X10 8L+1. 25t。秒，對回波信號的檢測時長tK應大 于tumm;結束檢測的判斷標準為：在內，檢測到回波信號電壓最大值（檢測時長內最大 接收電壓）為VlW，時間段t。內的電壓最大值為VK1，若VkI不小于0. 01XVKmax，繼續等待直 到（n-1)t。時間后，第η個長度為t。的時間段內電壓最大值VU。不大于0. 01XVum。、，視為本 次測量中電磁場不對下個檢測造成干擾，則結束本次測量；
[0011] (3)對于檢測到的信號，首先進行時域分析，通過信號時間延遲反演地層介電常 數，同時對接收信號進行傅里葉變換，分析反演介電常數頻散特性，結合地層框架和孔隙度 信息，判斷地層流體飽和度；
[001引 （4)由發射天線向井眼外地層發射下一個脈沖信號，重復W上步驟，開始下次測 量；
[0013] (5)采集所有測量次數的數據，對時域信號進行傅里葉變換，得到不同次數測量下 的頻域地層介電頻散，分別繪制出時域測井響應和地層頻散響應隨鉆進深度變化的測井曲 線。
[0014] 所述步驟（1)中發射天線和接收天線的源距（安裝距離）L為0. 2m~2m。
[001引所述步驟似中脈沖信號的參數為：頻帶范圍~f2、中屯、頻率f。和脈沖波形（可W根據探測深度、目標地層介電特性改變）。
[001引所述步驟（2)中脈沖信號的帶寬為lOOMHz~2. 5GHz。
[0017] 所述步驟（2)中計算接收脈沖的時延是從觸發發射信號為時間起點。
[0018] 所述步驟（3)中地層流體（含水和含油）飽和度是根據復折射系數混合公式
丫守到，其中《fcnrnti。。、S、?ter、ematrix、 ε。11、S,和巧分別為地層介電常數、水介電常數、地層框架介電常數、原油介電常數、含水飽 和度、地層孔隙度。
[001引所述步驟（3)中地層框架和孔隙度信息通過自然伽馬或中子法獲得。利用復折射 系數混合公式對含水及含油飽和度進行擬合。
[0020] 所述步驟巧）中地層介電頻散，是通過對接收時長內的時域響應做傅里葉變換， 建立深度和頻率為坐標，頻率強度為變量的2D偽色圖。
[0021] 本發明實現了對近井眼地層及侵入帶的介電常數頻散特性在寬頻譜的連續測量， 可W有效簡化測量步驟，同時在時域和頻域下對測量數據解釋能夠提高對地質參數評估的 可靠性，通過設置不同收發源距，能夠滿足不同深度的測量需求。通過該方法可W直觀地觀 察接收頻譜中屯、頻率、帶寬的變換。
【附圖說明】
[0022] 圖1是天線在鉆桿上的安裝示意圖。
[0023] 圖2是測量時間序列示意圖。
[0024] 圖3是一個測量周期的流程圖。
[00巧]圖4是測量儀器隨鉆頭通過儲層時對應時域響應示意圖。
[0026] 圖5是測量儀器隨鉆頭通過儲層時對應頻域響應示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 本發明的近井眼地層的介電常數頻散特性在寬頻譜的連續測量方法，是由寬帶發 射天線向井眼外發射一個寬頻瞬變脈沖信號，信號穿過地層后，由寬帶接收天線接收到電 壓脈沖序列；對接收到的時域脈沖信號進行分析，利用其時延特性初步評估周圍地層的介 電常數范圍；對時域脈沖信號進行傅里葉變換，與發射脈沖做差分或比例的比較運算，對周 圍地層介電常數的頻散特性進行評估；得到地層含水、含油飽和度；由寬帶發