用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法及装置与流程

1.本发明涉及石油、天然气钻井作业随钻测量或随钻测井技术领域，具体地说，涉及一种用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法及装置。


背景技术：

2.在油田勘探和开发过程中，需要测量地层地质信息和工程参数。随着勘探开发技术的不断进步，对测量参数的准确性和多样性要求越来越高。所需要的参数往往包含地层环境参数、井下钻具位置、方位以及钻井环境参数等。
3.目前已经有多种常规电缆测井仪器以及随钻测井仪器可以提供以上参数。电磁波电阻率仪器作为评价地层性质的重要仪器可以提供地层电阻率信息，来对地层含油性进行评价。仪器往往包含一个或者多个发射和接收天线来接收地层感应信号。根据采用频率不同，分为感应电阻率仪器和电磁波电阻率仪器。对于随钻电磁波电阻率仪器来说通常采用接收线圈的幅度比或相位差来转换得到地层电阻率信息，幅度电阻率和相位电阻率的转换关系基于严格的电磁场理论，但在转换模拟过程中，仪器结构细节不可能完全考虑到，会导致实际的转换模版与理论转换模板会存在一定的偏差，导致电阻率转换结果不准确。与普通感应电阻率仪器仪器不同，随钻电磁波电阻率工作频率较高，一般有两个工作频率(2mhz，400khz)，在如此高的频率条件下，doll几何因子不再适用，因此也就不能用传统的刻度环来刻度仪器。
4.目前斯伦贝谢、哈利伯顿、贝克休斯等国际石油工程服务公司相继公布了自己在多分量、多线圈距、多频率仪器方面的专利技术，基于此推出了随钻方位电磁波仪器，在地层评价和地质导向方面获得了广泛的应用并取得了良好的效果，但均未说明仪器的电阻率刻度方法。
5.近几年国内在随钻电磁波电阻率的仪器研发上取得比较大的进展，但在仪器刻度尤其是实体刻度方法方面研究较少，基本都是建立刻度灌并调整里面溶液来进行刻度，但对转换曲线怎么修正并未提及。文章《随钻电磁波电阻率仪器吊零刻度原理及试验》对该实验过程进行了描述，但该实验方法对电阻率较高的刻度点实现起来有比较大的难度，需要对溶液进行提纯，工作量巨大，而且并未提及具体的对电阻率转换模板的校正方法。
6.因此，本发明提供了一种用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法及装置。


技术实现要素：

7.为解决上述问题，本发明提供了一种用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法，所述方法包含以下步骤：
8.步骤一：基于电磁波电阻率仪器模型及其工作频率模拟得到所述电磁波电阻率仪器模型的理论幅度比以及理论相位差分别对应的电阻率转换曲线；
9.步骤二：对所述电阻率转换曲线空气吊零后进行求导分析，优选得到多个实体刻
度点；
10.步骤三：通过特定溶液调制所述实体刻度点所对应的电阻率，模拟确定该电阻率下所述特定溶液的体积尺寸；
11.步骤四：测量并记录所述特定溶液所对应的电阻率环境下电磁波电阻率仪器实际测量得到的实测幅度比以及实测相位差；
12.步骤五：计算所述实测幅度比以及所述实测相位差与所述理论幅度比以及所述理论相位差的差值，通过所述差值对所述电阻率转换曲线进行修正。
13.根据本发明的一个实施例，在所述步骤一中，所述电磁波电阻率仪器模型采用径向分层模型，考虑钻铤尺寸，地层模型采用无限大地层模型。
14.根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，空气吊零后的所述理论幅度比以及所述理论相位差采用对数形式表示。
15.根据本发明的一个实施例，在所述步骤二中，优选得到两个所述实体刻度点，分别为第一实体刻度点以及第二实体刻度点，所述第一实体刻度点在第一预设范围内，所述第二实体刻度点在第二预设范围内。
16.根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，所述特定溶液为盐水，利用盐水在特定容器内调配所述实体刻度点所对应的电阻率。
17.根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，所述特定容器的径向尺寸大于第一预设半径，所述第一预设半径的设定原则是保证响应不受所述特定溶液外其他介质的影响。
18.根据本发明的一个实施例，在所述步骤四中，对所述实测幅度比以及所述实测相位差进行空气吊零后转换为对数值。
19.根据本发明的一个实施例，所述步骤五中，具体包含以下步骤：
20.基于多个所述实体刻度点，对所述电阻率转换曲线进行划分，得到多个待修正范围；
21.基于所述实测幅度比、所述实测相位差、所述理论幅度比以及所述理论相位差，结合实测空刻值以及理论空刻值分别确定多个所述待修正范围对应的修正值；
22.通过所述修正值对所述电阻率转换曲线进行修正，得到修正后的刻度校正曲线。
23.根据本发明的一个实施例，所述步骤五中，具体包含以下步骤：
24.基于所述第一实体刻度点以及所述第二实体刻度点，对所述电阻率曲线进行划分，得到第一待修正范围、第二待修正范围、第三待修正范围以及第四待修正范围；
25.利用实测空刻值以及理论空刻值计算得到所述第一待修正范围对应的第一修正值；
26.利用所述实测空刻值、所述理论空刻值以及所述第一实体刻度点对应的实测值与理论值计算得到所述第二待修正范围对应的第二修正值；
27.利用所述第一实体刻度点对应的实测值与理论值以及所述第二实体刻度值对应的实测值与理论值计算得到所述第三待修正范围对应的第三修正值；
28.利用所述实测空刻值、所述理论空刻值以及所述第二实体刻度点对应的实测值与理论值计算得到所述第四待修正范围对应的第四修正值；
29.基于所述第一修正值、所述第二修正值、所述第三修正值以及所述第四修正值对
所述电阻率转换曲线进行修正，得到修正后的刻度校正曲线。
30.根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正装置，所述装置包含：
31.第一模块，其用于基于电磁波电阻率仪器模型及其工作频率模拟得到所述电磁波电阻率仪器模型的理论幅度比以及理论相位差分别对应的电阻率转换曲线；
32.第二模块，其用于对所述电阻率转换曲线空气吊零后进行求导分析，优选得到多个实体刻度点；
33.第三模块，其用于通过特定溶液调制所述实体刻度点所对应的电阻率，模拟确定该电阻率下所述特定溶液的体积尺寸；
34.第四模块，其用于测量并记录所述特定溶液所对应的电阻率环境下电磁波电阻率仪器实际测量得到的实测幅度比以及实测相位差；
35.第五模块，其用于计算所述实测幅度比以及所述实测相位差与所述理论幅度比以及所述理论相位差的差值，通过所述差值对所述电阻率转换曲线进行修正。
36.本发明提供的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法及装置考虑到了电磁波电阻率仪器的细节，针对实体刻度进行了电阻率转换曲线的修正，解决了现有技术中溶液需要提纯且工作量巨大的缺点；并且，本发明能够用于地层评价和地质导向过程中，对随钻电磁波电阻率仪器的精确地层评价及地质导向有重要指导作用。
37.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
38.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
39.图1显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法流程图；
40.图2显示了根据本发明的一个实施例的相位差电阻率转换理论曲线图；
41.图3显示了根据本发明的一个实施例的幅度比电阻率转换理论曲线图；
42.图4显示了根据本发明的一个实施例的相位差对电导率对数变化率理论曲线图；
43.图5显示了根据本发明的一个实施例的幅度比对电导率对数变化率理论曲线图；
44.图6显示了根据本发明的一个实施例的相位差电阻率刻度修正曲线图；
45.图7显示了根据本发明的一个实施例的幅度比电阻率刻度修正曲线图；以及
46.图8显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正装置结构框图。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。
48.图1显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修
正方法流程图。
49.如图1，在步骤s101中，基于电磁波电阻率仪器模型及其工作频率模拟得到电磁波电阻率仪器模型的理论幅度比以及理论相位差分别对应的电阻率转换曲线。
50.如图1，在步骤s102中，对电阻率转换曲线空气吊零后进行求导分析，优选得到多个实体刻度点。
51.如图1，在步骤s103中，通过特定溶液调制实体刻度点所对应的电阻率，模拟确定该电阻率下特定溶液的体积尺寸。
52.如图1，在步骤s104中，测量并记录特定溶液所对应的电阻率环境下电磁波电阻率仪器实际测量得到的实测幅度比以及实测相位差。
53.如图1，在步骤s105中，计算实测幅度比以及实测相位差与理论幅度比以及理论相位差的差值，通过差值对电阻率转换曲线进行修正。
54.具体来说，在步骤s101中，电磁波电阻率仪器模型采用径向分层模型，考虑钻铤尺寸，地层模型采用无限大地层模型。
55.一般来说，随钻电磁波电阻率仪器根据电磁波穿过不同物性地层(电导率、磁导率、介电常数)时幅度和相位的变化反演得到地层的物性参数。本发明中随钻电磁波电阻率仪器所采用的转换模型为无限大均匀地层模型，只考虑仪器的径向尺寸，如下：
[0056][0057]
phase＝arg(v
r1
)-arg(v
r2
)
[0058]
其中，amp表示幅度比；phase表示相位差；arg表示取相位角；v
r1
、v
r2
分别表示两个接收线圈的感应电动势。
[0059]
针对同一种随钻电磁波电阻率仪器来说，仪器尺寸保持不变，电阻率转换方法为1维的，即电阻率只与幅度比和相位差一个参数有关。
[0060]
在确定介电模型后，图2的电阻率转换函数为1维的，即：
[0061]
r
pha
＝f(pha)
[0062]
r
amp
＝f(amp)
[0063]
其中，pha、amp分别为随钻电磁波电阻率仪器所测得的两个接收线圈的相位差和幅度比。目前的随钻电磁波仪器的转换模板基本都是采用以上模型。
[0064]
本发明考虑钻铤径向尺寸以及井眼的模型，接收线圈所处的磁场可以表达为入射波、反射波和透射波的叠加，利用以下模型可以精确模拟得到更加精确的幅度电阻率和相位电阻率的转换关系：
[0065][0066][0067]
其中，为复磁导率，ω为工作频率，σ2为泥浆电导率，r＝min(ρ,b)，r＝max(ρ,b)，b为线圈半径，i为电流强度，k为波数，a2、b2为常数，由边界条件导出。
[0068]
图2以及图3分别为模拟线圈距(发射天线到两个接收天线的距离)分别为40in、
32in工作频率为2mhz时的相位电阻率和幅度电阻率转化曲线。其中曲线201为相位电阻率转化曲线，曲线301为幅度电阻率转化曲线(幅度比已扣除几何扩散影响)。幅度比和相位差与电导率(与电阻率成倒数关系)转换关系呈单调性。
[0069]
具体来说，在步骤s102中，空气吊零后的理论幅度比以及理论相位差采用对数形式表示。
[0070]
具体来说，在步骤s102中，优选得到两个实体刻度点，分别为第一实体刻度点以及第二实体刻度点，第一实体刻度点在第一预设范围内，第二实体刻度点在第二预设范围内。
[0071]
具体来说，优选2个实体刻度点，2个实体刻度点分别在5ω.m～20ω.m电阻率范围(第一预设范围)以及0.5ω.m～2ω.m电阻率范围(第二预设范围)内，其中，5ω.m～20ω.m范围内选定第一实体刻度点，0.5ω.m～2ω.m范围内选定第二实体刻度点。
[0072]
图4显示了理论相位差所对应的电阻率转换曲线对电导率求导后的曲线，曲线401为两个接收天线相位差与电导率的变化率，即相位差对电导率求导，通过求导分析可以发现相位差与电导率的变化关系，从而优选出多个实体刻度点。
[0073]
曲线401从趋势大致可以分为3段，即曲线段402(电导率从0.001s/m到0.005s/m)、曲线段403(电导率从0.005s/m到1s/m)、曲线段404(电导率从1s/m到10s/m)。
[0074]
在曲线段403范围内选取第一实体刻度点，为了实体刻度方便，实体刻度点一般取5ω.m～20ω.m范围内电阻率值。第二实体刻度点取在曲线段403和曲线段404交界附近，即一般取在0.5ω.m～2ω.m范围内电阻率值。
[0075]
如图4，电阻率从1000ω.m(或更大)到200ω.m(即电导率从0.001s/m到0.005s/m)以及电阻率从1ω.m到0.1ω.m(即电导率从1s/m到10s/m)，相位随电导率变化率基本不变，由此可以确定在以上两段范围内相位差与电导率呈对数线形关系，其中，电阻率从1000ω.m(或更大)到200ω.m范围内的修正值为常数，即通过空气吊零后的实测空刻值与理论空刻值的差值得到。1ω.m到0.1ω.m范围内(即电导率从1s/m到10s/m)的修正值为常数，修正值通过第二实体刻度点的实测值与理论值的差值得到。
[0076]
图5显示了理论幅度比所对应的电阻率转换曲线对电导率求导后的曲线，曲线501为两个接收天线幅度比与电导率的变化率，即幅度比对电导率求导，通过求导分析可以发现幅度比与电导率的变化关系，从而优选出实体刻度点。
[0077]
如图5，从曲线501趋势大致可以分为3段，即曲线段502(电导率从0.005s/m到0.02s/m)、曲线段503(电导率从0.02s/m到1s/m)、曲线段504(电导率从1s/m到10s/m)。
[0078]
在曲线段503范围内选取第一实体刻度点，为了实体刻度方便，实体刻度点一般取5ω.m～20ω.m范围内电阻率值。第二实体刻度点取在曲线段503和曲线段504交界附近，即一般取在0.5ω.m～2ω.m范围内。
[0079]
如图5，电阻率从200ω.m(或更大)到50ω.m(即电导率从0.005s/m到0.02s/m)以及电阻率从1ω.m到0.1ω.m(即电导率从1s/m到10s/m)，幅度随电导率变化率基本不变，由此可以确定在以上两段幅度比与电导率呈对数线形关系，其中电阻率从200ω.m(或更大)到50ω.m范围内的修正值为常数，即通过空气吊零后的实测空刻值与理论空刻值的差值得到。1ω.m到0.1ω.m范围内的修正值为常数，修正值通过第二实体刻度点的实测值与理论值的差值得到。
[0080]
具体来说，在步骤s103中，特定溶液为盐水，利用盐水在特定容器内调配实体刻度
点所对应的电阻率。
[0081]
具体来说，在步骤s103中，特定容器的径向尺寸大于第一预设半径，第一预设半径的设定原则是保证响应不受特定溶液外其他介质的影响。
[0082]
具体来说，在步骤s104中，对实测幅度比以及实测相位差进行空气吊零后转换为对数值。
[0083]
具体来说，在步骤s105中，具体包含以下步骤：
[0084]
s1051、基于多个实体刻度点，对电阻率转换曲线进行划分，得到多个待修正范围。
[0085]
s1052、基于实测幅度比、实测相位差、理论幅度比以及理论相位差，结合实测空刻值以及理论空刻值分别确定多个待修正范围对应的修正值。
[0086]
s1053、通过修正值对电阻率转换曲线进行修正，得到修正后的刻度校正曲线。
[0087]
在一个实施例中，在步骤s105中，具体包含以下步骤：
[0088]
s1、基于第一实体刻度点以及第二实体刻度点，对电阻率曲线进行划分，得到第一待修正范围、第二待修正范围、第三待修正范围以及第四待修正范围。
[0089]
s2、利用实测空刻值以及理论空刻值计算得到第一待修正范围对应的第一修正值。
[0090]
s3、利用实测空刻值、理论空刻值以及第一实体刻度点对应的实测值与理论值计算得到第二待修正范围对应的第二修正值。
[0091]
s4、利用第一实体刻度点对应的实测值与理论值以及第二实体刻度值对应的实测值与理论值计算得到第三待修正范围对应的第三修正值。
[0092]
s5、利用实测空刻值、理论空刻值以及第二实体刻度点对应的实测值与理论值计算得到第四待修正范围对应的第四修正值。
[0093]
s6、基于第一修正值、第二修正值、第三修正值以及第四修正值对电阻率转换曲线进行修正，得到修正后的刻度校正曲线。
[0094]
图6为具体通过实体刻度点对相位差电阻率转换曲线进行修正的实施例。
[0095]
如图6，曲线601为相位差电阻率理论转换曲线(理论模拟转化曲线)，点603为空刻吊零点，点604以及点605分别为第一实体刻度点以及第二实体刻度点，曲线602为修正后的相位差转换曲线(刻度校正曲线)。
[0096]
在本实施例中，相位差实测空刻值为0.22889
°
，理论空刻值为0.1608
°
；第一实体刻度点的电阻率为20ω.m，实测相位差值为5.01456
°
，理论相位差值为4.75469
°
；第二实体刻度点的电阻率为1ω.m，实测相位差值为32.8742
°
，理论相位差值为30.75724
°
。
[0097]
如图6，针对相位差电阻率理论转换曲线，基于第一实体刻度点以及第二实体刻度点，对电阻率曲线进行划分，得到第一待修正范围(1000ω.m到200ω.m)、第二待修正范围(200ω.m到第一实体刻度点)、第三待修正范围(第一实体刻度点到第二实体刻度点)以及第四待修正范围(第二实体刻度点到0.1ω.m)。
[0098]
在实际的电阻率转换曲线修正过程中，1000ω.m到200ω.m的修正值为空气环境下理论空刻值与实测空刻值的差值，即0.22889
°-
0.1608
°
＝0.06809
°
。
[0099]
200ω.m到第一实体刻度点以及第一实体刻度点到第二实体刻度点的相位差修正值是线性变化的，其中，200ω.m到第一实体刻度点的相位差变化为(5.01456
°-
4.75469
°
)-(0.22889
°-
0.1608
°
)＝0.1918
°
。第一实体刻度点与第二实体刻度点之间的相位差变化为
(32.8742
°-
30.75724
°
)-(5.01456
°-
4.75469
°
)＝1.8571
°
。
[0100]
由相位差的变化和对应的电阻率(电导率)的变化可以求出相应的变化率，进而分别得到200ω.m到第一实体刻度点以及第一实体刻度点到第二实体刻度点所对应的修正值。
[0101]
第二实体刻度点到0.1ω.m的相位差修正值为常数(32.8742
°-
30.75724
°
)-(0.22889
°-
0.1608
°
)＝2.0489
°
。
[0102]
图7为具体通过实体刻度点对幅度比电阻率转换曲线进行修正的实施例。
[0103]
其中，曲线701为幅度比电阻率理论转换曲线(理论模拟转化曲线)，点703为空刻吊零点，点704以及点705分别为第一实体刻度点和第二实体刻度点，曲线702为修正后的幅度比转换曲线(刻度校正曲线)。
[0104]
在本实施例中，幅度比实测空刻值为5.25874db，理论空刻值为5.45453db；第一实体刻度点的电阻率为20ω.m，实测幅度比值为5.43512db，理论幅度比值为5.73556db；第二实体刻度点的电阻率为1ω.m，实测幅度比值为8.12613db，理论幅度值为8.85393db。
[0105]
如图7所示，针对幅度比电阻率理论转换曲线，基于第一实体刻度点以及第二实体刻度点，对电阻率曲线进行划分，得到第一待修正范围(500ω.m到100ω.m)、第二待修正范围(100ω.m到第一实体刻度点)、第三待修正范围(第一实体刻度点到第二实体刻度点)以及第四待修正范围(第二实体刻度点到0.1ω.m)。
[0106]
在实际的电阻率转换曲线修正过程中，500ω.m到100ω.m的修正值为空气环境下理论空刻值与实测空刻值的差值，即5.25874db-5.45453db＝-0.19579db。
[0107]
100ω.m到第一实体刻度点以及第一实体刻度点到第二实体刻度点的幅度比修正值是线性变化，其中，100ω.m到第一实体刻度点的幅度比变化为(5.43512db-5.73556db)-(5.25874db-5.45453db)＝-0.1047db。
[0108]
第一实体刻度点与第二实体刻度点之间的相位差变化为(8.12613db-8.85393db)-(5.43512db-5.73556db)＝-0.4274db。
[0109]
由幅度比的变化和对应的电阻率(电导率)的变化可以求出相应的变化率，进而分别得到100ω.m到第一实体刻度点以及第一实体刻度点到第二实体刻度点所对应的修正值。
[0110]
第二实体刻度点到0.1ω.m的幅度比修正值为常数，即(8.12613db-8.85393db)-(5.25874db-5.45453db)＝-0.5320db。
[0111]
总结来说，本发明根据电磁波电阻率仪器模型和工作频率模拟仪器理论幅度比和相位差转换曲线，对转换曲线空气吊零后进行求导分析；优选至少2个实体刻度点；利用盐水或其他溶液调制刻度点所对应的电阻率，模拟确定该电阻率下溶液体积尺寸；测量并记录已知溶液电阻率环境下电磁波电阻率仪器测量得到的实测幅度比和实测相位差，利用实测的幅度比和相位差与该电阻率条件下的理论幅度比和理论相位差之间的差值，对电阻率转换曲线进行修正。
[0112]
图8显示了根据本发明的一个实施例的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正装置结构框图。
[0113]
如图8所示，修正装置8001包含第一模块801、第二模块802、第三模块803、第四模块804以及第五模块805。
[0114]
第一模块801用于基于电磁波电阻率仪器模型及其工作频率模拟得到电磁波电阻率仪器模型的理论幅度比以及理论相位差分别对应的电阻率转换曲线。
[0115]
第二模块802用于对电阻率转换曲线空气吊零后进行求导分析，优选得到多个实体刻度点。
[0116]
第三模块803用于通过特定溶液调制实体刻度点所对应的电阻率，模拟确定该电阻率下特定溶液的体积尺寸。
[0117]
第四模块804用于测量并记录特定溶液所对应的电阻率环境下电磁波电阻率仪器实际测量得到的实测幅度比以及实测相位差。
[0118]
第五模块805用于计算实测幅度比以及实测相位差与理论幅度比以及理论相位差的差值，通过差值对电阻率转换曲线进行修正。
[0119]
综上，本发明提供的用于随钻电磁波电阻率转换曲线刻度的修正方法及装置考虑到了电磁波电阻率仪器的细节，针对实体刻度进行了电阻率转换曲线的修正，解决了现有技术中溶液需要提纯且工作量巨大的缺点；并且，本发明能够用于地层评价和地质导向过程中，对随钻电磁波电阻率仪器的精确地层评价及地质导向有重要指导作用。
[0120]
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0121]
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0122]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。