提高套后储层油水界面监测精度的监测方法及系统与流程

1.本发明是关于一种提高套后储层油水界面监测精度的监测方法及系统，涉及油气井井下探测领域，特别是涉及套后储层油水界面及注水突进前沿探测领域。


背景技术：

2.在油气井开发过程中，为了能够更好地了解井下储层情况、剥离水油，需要对井下油相和水相的界面变化情况进行精准掌握，因此，对套后储层油水界面进行高精度监测就变得尤为重要。随着油田开发不断深入，瞬变电磁探测技术已广泛应用于井下套管损伤检测、救援井探测定位及套后储层监测等领域。
3.现有技术中公开的基于条带电容的油水分界面高度检测方法，采用共面、平行的条带电容器，条带两端分别直抵水平井筒的上下两边，基于油水分界面高度与条带电容成正比的原理，将油水分界面高度转换为电容大小，然后通过电容数字转换芯片fdc1004实现电容测量，最终实现油水分界面高度的间接测量。该方法适合于低产液水平井分层流油水分界面检测，属于接触式测量方法，无法应用于套外油水界面检测中。现有技术还公开了微波式油水界面检测仪，基于介电常数微波测量原理，通过对油、水以及油水混合区各介质层容性变化的高精度测量，反演各介质层的电性参数变化，开发可测量油水混合层界面的检测设备，实现对油水界面的精确测量。该方法虽然可实现地面油罐液位的测量，但是因井下高温高压等复杂恶劣环境的影响，无法应用于油气井套外储层油水分界面的高精度探测。现有技术还公开了一种探测金属套管外地层电阻率的井中时域脉冲电磁法，采用井下大功率脉冲发射源进行发射，利用接收记录系统记录磁场垂直分量产生的感应电动势随时间变化的数据，通过多次发射-接收，将信号叠加提高信噪比，获取套管外地层相对感生电动势。该方法虽然可通过多次测量，叠加信号在一定程度上提高信噪比，但是套管、水泥环等介质均会对探测信号产生一定的影响，导致叠加后的探测信号仍然包含严重的背景磁噪声，探测精度无法满足套后油水界面高精度监测的需求。
4.综上所述，井下储层介质的复杂性及套管的背景磁噪声等均会严重影响储层油水界面的监测精度，研究高效、准确的油水界面监测方法是油气井探测领域的重要方向之一。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种提高套后储层油水界面监测精度的监测方法及系统。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.第一方面，本发明提供的提高套后储层油水界面监测精度的监测系统，该监测系统包括监测装置、地面处理系统和电缆；
8.所述监测装置，被配置对储层发射信号，并采集监测信号；
9.所述地面处理系统，被配置为对监测信号进行差模抑制及共模抑制，并对共模抑制后的信号进行长时间相干积累，实现储层段油水分界面的识别；
10.所述电缆，被配置为连接所述监测装置以及地面处理系统。
11.进一步地，所述监测装置包括探测模块、电路模块、控制模块和电源模块；
12.所述探测模块，用于通过发射线圈发射信号，并通过接收线圈接收监测信号；
13.所述电路模块，用于给发射线圈提供激励信号，并采集接收线圈随套后储层介质电导率变化的二次涡流场；
14.所述控制模块，用于发送控制指令到所述电路模块，并将采集的信号通过所述电路模块上传到所述地面处理系统；
15.所述电源模块，用于为所述监测装置的各模块提供电能。
16.进一步地，所述探测模块包括磁芯，所述磁芯上间隔缠绕设置有若干个电磁探头，所述电磁探头之间间隔相等，且沿轴向呈线性排布，每个所述电磁探头包括绕制在一起的发射线圈和接收线圈。
17.进一步地，所述发射线圈施加激励信号为双极性阶跃信号或斜阶跃信号。
18.进一步地，所述电路模块包括发射电路、采集电路和传输电路；所述发射电路接收所述控制模块的命令发送信号到发射线圈开始产生激励信号；当接收线圈感应到涡流场信号后，所述采集电路对所述接收线圈感应到的信号进行采集，所述控制模块发送命令将采集到的信号通过所述传输电路上传至所述地面处理系统。
19.进一步地，所述地面处理系统包括差模抑制模块、共模抑制模块和相干累积模块，其中：
20.差模抑制模块，用于对阵元接收响应进行差模抑制；
21.共模抑制模块，用于对差模抑制后的信号进行共模抑制；
22.相干累积模块，用于对共模抑制后的信号进行长时间相干积累，实现储层段油水分界面的识别。
23.进一步地，所述差模抑制模块选取任意两个接收线圈阵元i、j的接收响应进行差模抑制，两个接收线圈阵元差分后的响应分别为：
[0024][0025][0026]
其中，r为套后介质半径，ω为角频率，μ、σ和ε分别为各层介质磁导率、电导率和介电常数，λ为引入变量。
[0027]
进一步地，所述共模抑制模块对差模抑制后的响应进行共模抑制，共模抑制后的输出信号表示为：
[0028][0029]
当阵列电磁探头的总数量为n，可用于差模抑制的探头组合数为n，可用于共模抑制的探头组合数为
[0030]
[0031]
进一步地，所述相干累积模块采用长时间相干积累方法，利用各电磁探头进行长时间监测，通过观察设定时间内监测响应的变化趋势，可分析储层油相和水相的变化趋势，进而准确识别油水界面的位置，具体为：
[0032]
假设观测时间为t，则通过对观测时间内的测试信号进行差模抑制和共模抑制，并进行长时间相干积累，得到各探头对应储层段的输出响应为：
[0033][0034]
第二方面，本发明还提供提高套后储层油水界面监测精度的监测方法，包括：
[0035]
在储层段的井筒内设置监测装置；
[0036]
通过监测装置的探测模块进行探测，获取监测装置的所有接收线圈的感应电动势；
[0037]
选取探测模块的电磁探头中的任意两个接收线圈阵元，各自进行差模抑制，遍历所有接收线圈阵元，对所有接收线圈阵元进行差模抑制；
[0038]
对任意接收线圈阵元差模抑制后的信号进行共模抑制，遍历所有差模抑制后的信号，并对所有组合两两一组进行共模抑制；
[0039]
对观测时间内的所有测试信号进行差模抑制和共模抑制，同时进行长时间相干积累，通过观察设定时间内监测响应的变化趋势，获取储层段油水界面变化位置。
[0040]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0041]
1、本发明通过在储层段布置多个小型化电磁探头，对各电磁探头的发射线圈施加激励，在激励信号关断的间隙，利用接收线圈接收套后储层中随介质电导率变化的二次涡流场，通过对比储层段各电磁探头接收到的二次场信号大小，实现套后油水界面的探测；
[0042]
2、本发明中的套后储层油水界面监测系统，采用呈线性阵列分布的微型化电磁探头，电磁探头的发射线圈和接收线圈绕制在一起，通过对各电磁探头的接收响应进行差模抑制，再对差模抑制后的响应进行共模抑制，以判断提取后的差异信号的方式来判断是否存在油水分界面，有效提高套后储层油水界面监测系统的监测精度；
[0043]
3、本发明通过对储层监测信号进行长时间相干积累，可消除套管、水泥环等背景介质对监测信号的影响，进一步改善监测系统的整体性能。
[0044]
综上，本发明能够提高套后储层油水界面监测系统的精度及信噪比，消除了监测过程中的背景磁噪声，可以广泛应用于套后储层注水突进前沿、油水界面识别等。
附图说明
[0045]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0046]
图1为本发明实施例的套后储层油水界面监测系统结构示意图；
[0047]
图2为本发明实施例的电磁探头在储层段分布示意图；
[0048]
图3为本发明实施例的三阵元差模抑制和共模抑制方法示意图；
[0049]
图4为本发明实施例的模拟测试结果示意图；
[0050]
图5为本发明实施例的油水监测界面高精度识别流程图。
具体实施方式
[0051]
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0052]
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
[0053]
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
[0054]
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
[0055]
本发明涉及一种提高套后储层油水界面监测精度的监测方法及系统，该监测系统包括监测装置、地面处理系统和电缆；监测装置，被配置对储层发射信号，并采集监测信号；地面处理系统，被配置为对监测信号进行差模抑制、共模抑制，并对共模抑制后的信号进行长时间相干积累，实现储层段油水分界面的识别；电缆，被配置为连接监测装置以及地面处理系统。本发明能够提高套后储层油水界面监测系统的精度，提高了监测系统的信噪比，消除了监测过程中的背景磁噪声，可以广泛应用于套后储层注水突进前沿、油水界面识别等。
[0056]
实施例一
[0057]
如图1所示，本实施例提供的提高套后储层油水界面监测精度的监测系统，包括监测装置1、地面处理系统2和电缆3；
[0058]
监测装置1，用于对储层发射信号，并采集监测信号；
[0059]
地面处理系统2，用于对监测信号进行处理以及曲线显示，判断是否存在油水分界面；
[0060]
电缆3，用于连接监测装置1与地面处理系统2，优选地，电缆3即可作为供电连接线，又可作为信号传输线。
[0061]
本发明的一些优选实施例中，监测装置1包括探测模块11、电路模块12、控制模块13和电源模块14。
[0062]
探测模块11，用于发射信号并接收的监测信号；
[0063]
具体地，探测模块11包括磁芯111，磁芯111上间隔缠绕设置有若干个电磁探头112，电磁探头112采用线性阵列小型化电磁探头，电磁探头的数量为大于等于2，各小型化电磁探头之间间隔相等，且沿探头轴向呈线性排布。每个电磁探头112包括绕制在一起的发射线圈和接收线圈，发射线圈与接收线圈均绕制在磁芯111上。通过给发射线圈施加激励信号，在信号关断的间歇，利用接收线圈可接收随套后储层介质电导率变化的二次涡流场。一些实现中，激励信号可为双极性阶跃信号或斜阶跃信号。
[0064]
如图2所示，假设探测模块11共有n个电磁探头，则第n个电磁探头的接收响应可表示为：
[0065][0066]
式中，nr和n
t
分别为接收线圈和发射线圈的匝数，i
t
为发射电流，r为套后介质半径，r1为磁芯半径，ω为角频率，μ、σ和ε分别为各层介质磁导率、电导率和介电常数，μ1为磁芯的磁导率，λ为引入变量，z为收发距，t为观测时间，f(
·
)为与角频率、介质半径、磁导率、电导率、介电常数等相关的函数。分析式(1)可以看出，接收线圈的感应电动势主要与观测时间、介质半径、介质电参数有关，可以通过接收线圈的感应电动势对介质的电阻率(电导率的倒数)进行反演。而套后储层的油相和水相电阻率存在明显差别，因此，可根据接收响应对油相和水相进行区分，进而实现套后油水界面的检测。
[0067]
电路模块12，用于给发射线圈提供激励信号，并通过接收线圈接收随套后储层介质电导率变化的二次涡流场。电路模块主要包括发射电路、采集电路和传输电路。其中，发射电路接收命令发送信号到发射线圈开始产生激励信号；当接收线圈感应到涡流场信号后，采集电路会对接收线圈感应到的信号进行采集，并将采集到的信号通过传输电路上传至地面处理系统2。
[0068]
控制模块13，用于发送控制指令到发射模块，使其为发射线圈提供激励，并控制对接收线圈的信号进行采集，并将采集的信号通过传输电路上传到地面处理系统2，通过分析二次场信号，实现对储层油相和水相的区分。
[0069]
电源模块14，用于为监测装置1提供电能。
[0070]
本发明的一些优选实施例中，地面处理系统2对接收线圈接收到的二次场信号进行处理，包括差模抑制模块、共模抑制模块和相干累积模块，其中：
[0071]
差模抑制模块，用于对接收线圈阵元接收响应(接收线圈阵元接收响应是指阵列接收线圈中某个接收线圈的响应)进行差模抑制；
[0072]
共模抑制模块，用于对差模抑制后的信号进行共模抑制；
[0073]
相干累积模块，用于对共模抑制后的信号进行长时间相干积累，实现储层段油水分界面的识别。
[0074]
一些实现中，差模抑制模块的实现原理为：为了提高检测精度，选取任意两个阵元(假设阵元编号为i、j)的接收响应进行差模抑制，以抑制测试噪声对信号的影响，两个阵元差分后的响应分别为：
[0075]
[0076][0077]
式中，每个接收线圈有两条输出信号线，一条正输出线，一条负输出线。u
i
是指第i个接收线圈阵元的正输出线上的信号值；u
i-是指第i个接收线圈阵元的负输出线上的信号值；u
j
是指第j个接收线圈阵元的正输出线上的信号值；u
j-是指第j个接收线圈阵元的负输出线上的信号值。
[0078]
另一些实现中，共模抑制模块的实现原理为：对差模抑制后的响应进行共模抑制，以通过提取后的差异信号来判断是否存在油水分界面，共模抑制后的输出信号可表示为
[0079][0080]
通过(4)式可大大改善阵元i和j对应套后储层段的识别能力。然而，由于阵列电磁探头的总数量为n，因此，可用于差模抑制的探头组合数为n，可用于共模抑制的探头组合数为
[0081][0082]
通过将(5)式所有组合数进行共模抑制，并对处理后的信号进行积累，可显著提高瞬变电磁套后储层油水界面监测精度。如图3所示，以三个阵元为例进行说明，差模抑制和共模抑制流程，接收线圈i、接收线圈j、接收线圈k进行差模抑制后，对差模抑制以后的响应进行共模抑制。
[0083]
另一些实现中，相干累积模块的实现原理为：为了消除套管、水泥环等介质对套后油水界面监测系统的影响，本实施例采用长时间相干积累方法，利用各电磁探头进行长时间监测，通过观察设定时间内监测响应的变化趋势，可分析储层油相和水相的变化趋势，进而准确识别油水界面的位置。
[0084]
假设观测时间为t，则通过对观测时间内的测试信号进行差模抑制和共模抑制，并进行长时间相干积累，最终得到各探头对应储层段的输出响应为
[0085][0086]
以两阵元模拟测试结果为例进行说明，通过对两阵元的接收响应进行差模抑制和共模抑制，并进行长时间相干积累，得到的原始测试曲线及得到的阵列输出曲线如图4所示。
[0087]
实施例二
[0088]
如图5所示，本实施例提出的提高套后储层油水界面监测精度的方法，包括过程为：
[0089]
s1、在储层段的井筒内设置监测装置1；
[0090]
s1、通过探测模块11进行探测，获取所有接收线圈的感应电动势，其中，探测模块11可以采用轴向间隔设置的n个线性阵列小型化电磁探头；
[0091]
s3、选取n个线性阵列小型化电磁探头中的任意两个接收线圈阵元，各自进行差模
抑制；
[0092]
s4、遍历所有接收线圈阵元，对所有接收线圈阵元进行差模抑制；
[0093]
s5、对任意接收线圈阵元差模抑制后的信号进行共模抑制；
[0094]
s6、遍历所有差模抑制后的信号，并对所有组合两两一组进行共模抑制；
[0095]
s7、对观测时间t内的所有测试信号进行差模抑制和共模抑制，同时进行长时间相干积累，通过观察一段时间内监测响应的变化趋势，可分析储层油相和水相的变化趋势，获取储层段油水界面变化位置。
[0096]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。