CN106089194B - 利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置和方法，该装置无磁钻铤，其作为整个装置的载体，设有一补偿电阻率测点；电路单元，其安装在无磁钻铤的内部；若干个天线及与每个天线相对应的天线谐调单元分别布置于无磁钻铤的外圆面，且与电路单元相连。本发明包含常规的电阻率测量和方位电阻率测量，利用方位电阻率测量值来分析计算该装置距离地层界面的距离，为钻井提供宝贵的实时地质数据，达到优化钻井质量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种在石油勘探钻井工程中用于地质勘探的利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置和方法。
背景技术
在钻井工程中，钻井工作者和地质工程师需要随时了解井下工具的工作状况、井眼轨道的形态以及地层和井底环境参数，实时地质导向对油气勘探非常重要。地质导向的目的是尽可能的保持钻头在油层中行进，这需要实时的了解井底钻具与地层界面的距离。
常规电磁波电阻率测井仪利用沿仪器轴向布置的纵向线圈系( 即线圈的磁偶极子方向与仪器同轴) 测量地层电阻率。其测量结果基本上是环井周的地层电阻率的总体效果，对地层电阻率在方位上的变化不敏感。更重要的是，常规电磁波电阻率难以确定大斜度或水平井眼离上下围岩边界的距离，尤其是其难于确定方向。常规电磁波电阻率仪的局限性表明其无法满足精确地质导向和地层评价的需求。
随钻方位电磁波电阻率测井仪同时具有常规电磁波电阻率和方位电阻率的测量功能，从而可获得地层倾角、电阻率特征。图3示意了一段截取的地层，由上围岩层、下围岩层和油层组成。利用常规的电磁波补偿电阻率，通常能容易的分辨出油层与围岩层的电阻率差别。然而，由于常规的电磁波补偿电阻率的侧向测量深度非常小，在这个简化的模型中的井下钻具轨迹所示，只有当钻头穿出油层进入上围岩层时，电阻率测量值才会发生变化。本发明所述的方位电阻率装置可实时测量钻具与地层界面的距离，在模型中A点时测得钻具距下方界面更近，在模型中B点时测得钻具距上方界面更近，由此判断出油层向下倾斜，据此，可以提前调整钻井轨迹向下倾斜以避免钻头穿出油层。
利用方位电阻率随钻探测地层界面更有利于钻井过程中的精确地质导向，对提高油气采收率、降低作业成本及风险具有重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置和方法，包含常规的电阻率测量和方位电阻率测量，利用方位电阻率测量值来分析计算该装置距离地层界面的距离，为钻井提供宝贵的实时地质数据，达到优化钻井质量的目的。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置，其特点是，包含：
无磁钻铤，其作为整个装置的载体，设有一补偿电阻率测点；
电路单元，其安装在无磁钻铤的内部；
若干个天线及与每个天线相对应的天线谐调单元分别布置于无磁钻铤的外圆面，且与电路单元相连。
每个天线的旁边都安装一天线谐调单元，若干个所述的天线分别为第一天线、第二天线、第三天线、第四天线、第五天线、第六天线和第七天线。
所述的第一天线、第二天线、第六天线和第七天线为发射天线，所述的第三天线、第四天线和第五天线为接收天线。
所述的第五天线由对称设置在无磁钻铤中心轴线两侧的一对线圈组成，一对线圈的芯部分别排布多个磁芯棒，所述线圈外侧设有天线盖，所述的天线盖开设有槽孔，所述的槽孔与磁芯棒的位置一一对应。
所述的第一天线与第七天线、第二天线与第六天线、第三天线与第四天线分别关于补偿电阻率测点对称；
所述的第五天线位于第二天线与第七天线的对称中心。
一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：
S1，测得补偿电阻率测点处的地层电阻率R；
S2、电路单元激发第二天线和第七天线，且第二天线和第七天线的激发方向一致；
S3，第五天线感应到第二天线发出的激发信号，感应强度为AS1；第五天线感应到第七天线的激发信号，感应强度为AS2，计算补偿后的感应强度AS＝|(AS1-AS2)/2|；
S4，根据地层电阻率R和感应强度AS，查找地层模型图板，获得装置与探测界面的距离。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、各天线调谐单元距离对应的天线非常的近，安装更简单，两者间的连接导线也短，更容易调节各天线到所需的参数，更利于减小干扰、提高温度稳定性。
2、第五天线只接收与该天线中轴线成一定夹角范围内的电磁波射线，因此具有很强的方向性，并且探测深度为常规电阻率探测深度数倍。
3、第一天线与第七天线、第二天线与第六天线、第三天线与第四天线分别关于补偿电阻率测点对称；第五天线位于第二天线与第七天线的对称中心，使第二天线和第七天线的功能得以复用，以更少的天线数实现了四发双收补偿电阻率和双发一收补偿方位电阻率的功能。
4、巧妙利用天线组的特点，获得的方位电阻率感应值是经过补偿的，因此其更加准确；并利用装置同时测量补偿电阻率和方位电阻率的功能，结合地层模型图板，实时的获得装置到地层界面的距离，这种结合了实测、理论和经验数据的方法更加高效和准确，使更有利于钻井过程中的精确地质导向。
附图说明
图1为本发明一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置
图2为方位天线的结构示意图；
图3是背景技术中方位电阻率随钻探测地层界面的作用示意图；
图4是方位电阻率随钻探测地层界面的方法示意图；
图5是装置距地层界面不同距离时方位天线响应示意图；
图6是计算装置距地层界面距离的地层模型图板。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置，包含：无磁钻铤1，其作为整个装置的载体，设有一补偿电阻率测点11；电路单元2，其安装在无磁钻铤1的内部；若干个天线及与每个天线相对应的天线谐调单元4分别布置于无磁钻铤1的外圆面，且与电路单元2相连，电路单元2的功能是控制天线的发射和接收，进行分析和计算，天线调谐单元4的功能是按各天线的电气特征分别进行补偿，使天线性能达到设计要求。
每个天线的旁边都安装一天线谐调单元4，若干个所述的天线分别为第一天线3、第二天线5、第三天线6、第四天线7、第五天线8、第六天线9和第七天线10。
其中补偿电阻率测点11为虚拟的仪器测量点，第一天线3与第七天线10距该点38.5英寸，第二天线5与第六天线9距该点17.5英寸，第三天线6与第四天线7距该点3.5英寸，第五天线距该点10.5英寸。第二天线5和第七天线10距第五天线8的距离均为28英寸。
上述的第一天线3、第二天线5、第六天线9和第七天线10为发射天线，所述的第三天线、第四天线和第五天线为接收天线，第三天线和第四天线为无方向性的接收天线，第五天线为方向敏感的接收天线。
参见图4，TX2镜像和TX4镜像为虚拟天线，分别相对地层界面与第二天线5和第七天线10对称。在某个时间段，第二天线5和第七天线10先后激发矢量向右的电磁波，经过地层界面对电磁波的反射，被第五天线8感应到，其感应强度相当于激发电磁波是从TX2镜像和TX4镜像发出的。
参见图5，设第二天线5激发时第五天线8感应强度AS1，第七天线激发时第五天线感应强度AS2，则在理论上AS1与AS2应绝对值相等、相位相反，且当装置与地层界面越远时感应强度越小。
由于仪器在制造时的误差，AS1与AS2在绝对值上会有所偏差。为了补偿去除误差，通过将AS2相位取反后，与AS1取平均值得到补偿后的值AS，即AS＝|(AS1-AS2)/2|。
参见图6，地层模型图板由一系列理论数据和经验数据形成，根据地层电阻率R和感应强度AS，查找地层模型图板，获得装置与探测界面的距离。
另外，AS1与AS2的相互镜向可以消除地层电阻率各向异性对方位电阻率测量的影响，从而突出地层边界的响应。
如图2所示，上述的第五天线由对称设置在无磁钻铤中心轴线两侧的一对线圈（201、204）组成，一对线圈的芯部分别排布多个磁芯棒203，所述线圈203外侧设有天线盖205，所述的天线盖开设有槽孔，所述的槽孔与磁芯棒203的位置一一对应。
上述的第一天线3与第七天线10、第二天线5与第六天线9、第三天线6与第四天线7分别关于补偿电阻率测点11对称，组成四发双收补偿常规电阻率，测量地层电阻率R；
所述的第五天线8位于第二天线5与第七天线10的对称中心，组成双发一收补偿方位电阻率。
一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的方法，该方法包含如下步骤：
S1，通过常规方法测得补偿电阻率测点处的地层电阻率R；
S2，电路单元激发第二天线5和第七天线10，且第二天线5和第七天线10的激发方向一致；
S3，第五天线8感应到第二天线5发出的激发信号，感应强度为AS1；第五天线8感应到第七天线10的激发信号，感应强度为AS2，计算补偿后的感应强度AS＝|(AS1-AS2)/2|；
S4，根据地层电阻率R和感应强度AS，查找地层模型图板，获得装置与探测界面的距离。
综上所述，本发明一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置，包含常规的电阻率测量和方位电阻率测量，利用方位电阻率测量值来分析计算该装置距离地层界面的距离，为钻井提供宝贵的实时地质数据，达到优化钻井质量的目的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.一种利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置的方法，所述装置包括：无磁钻铤，其作为整个装置的载体，设有一补偿电阻率测点；电路单元，其安装在无磁钻铤的内部；若干个天线及与每个天线相对应的天线谐调单元分别布置于无磁钻铤的外圆面，且与电路单元相连；
每个天线的旁边都安装一天线谐调单元，若干个所述的天线分别为第一天线、第二天线、第三天线、第四天线、第五天线、第六天线和第七天线；所述的第一天线、第二天线、第六天线和第七天线为发射天线，所述的第三天线、第四天线和第五天线为接收天线；
其特征在于，该方法包含如下步骤：
S1，测得补偿电阻率测点处的地层电阻率R；
S2，电路单元激发第二天线和第七天线，且第二天线和第七天线的激发方向一致；
S3，第五天线感应到第二天线发出的激发信号，感应强度为AS1；第五天线感应到第七天线的激发信号，感应强度为AS2，计算补偿后的感应强度AS＝|(AS1-AS2)/2|；
S4，根据地层电阻率R和感应强度AS，查找地层模型图板，获得装置与探测界面的距离。
2.如权利要求1所述的利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置的方法，其特征在于，所述的第五天线由对称设置在无磁钻铤中心轴线两侧的一对线圈组成，一对线圈的芯部分别排布多个磁芯棒，所述线圈外侧设有天线盖，所述的天线盖开设有槽孔，所述的槽孔与磁芯棒的位置一一对应。
3.如权利要求1所述的利用方位电阻率随钻探测地层界面的装置的方法，其特征在于，所述的第一天线与第七天线、第二天线与第六天线、第三天线与第四天线分别关于补偿电阻率测点对称；
所述的第五天线位于第二天线与第七天线的对称中心。
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