專利名稱：高頻陣列電磁波傳播測井的方法及其測井儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在石油測井中確定地層的電阻率的方法，尤其涉及采用高頻陣列電磁波傳播來測井的方法。
背景技術(shù)：
先介紹一下高頻陣列電磁波傳播測井的理論基礎(chǔ)。在發(fā)射線圈中通以交變電流。當(dāng)線圈尺寸很小時，可以看成一個點狀磁偶極子，其磁偶極矩隨時間按下面規(guī)律變化M＝M0e-iωt(1)式中M0＝I0StNtI0為電流強(qiáng)度；St為發(fā)射線圈面積；Nt為發(fā)射線圈匝數(shù)。
磁偶極子形成的電磁場可以用馬克斯韋爾方程來描述▿×H→=σE→-iωϵE→▿×E→=iωμH→▿·E→=0▿·H→=0---(2)]]>式中 磁場強(qiáng)度； 表示電場強(qiáng)度；σ為介質(zhì)電導(dǎo)率；μ為介質(zhì)磁導(dǎo)率；ε為介質(zhì)的介電常數(shù)。通過熟知的電動力學(xué)運算，可以求出在磁偶極子的軸線上距場源為Z處的場Eφ=0Hθ=0Hz=M02πZ3(1+ikz)·ei(ωt-kz)=M02πZ3(1+bz+iaz)·e-bz·ei(ωt-az)---(3)]]>
式中k＝a+ib，稱為介質(zhì)的波數(shù)。
a=μωσ2[1+(ωϵσ)2+ωϵσ]12---(4)b=μωσ2[1+(ωϵσ)2+ωϵσ]12---(5)]]>a為相位常數(shù)，b為衰減系數(shù)。
當(dāng)ωε/σ＞＞1，即位移電流占優(yōu)勢時，有a=ωμϵ---(6)]]>式中ε＝ε*·ε0，其中ε*為相對介電常數(shù)；ε0＝10-9/36π(法拉/米)，為真空的介電常數(shù)；在非導(dǎo)磁介質(zhì)中，μ＝μ0＝4π×10-7(亨利/米)，為真空中的導(dǎo)磁率。
所以，a=ωcϵ*---(7)]]>式中c＝3×108米/秒，為真空中的光速。
相應(yīng)地，b=σ2μϵ=188σϵ*---(8)]]>即當(dāng)位移電流占優(yōu)勢時，a與電導(dǎo)無關(guān)；b與場頻無關(guān)。
當(dāng)ωε/σ＜＜1，即傳導(dǎo)電流占優(yōu)勢時，有a=b=ωμσ2=πfμσ---(9)]]>即相位常數(shù)和衰減系數(shù)都只與電導(dǎo)率有關(guān)，而與介電常數(shù)無關(guān)。
注意到(3)式是復(fù)數(shù)形式，可以寫成振幅和相位的表達(dá)式|Hz|=M02πZ3e-bz(1+bz)2+(az)2---(10)]]>φ=az-arctgaz1+bz---(11)]]>在實踐中測量幅度或相位的相對值往往更加有利。因此在測井中更多地采用單發(fā)射雙接收的三線圈系，或雙發(fā)射單接收的三線圈系。在三線圈系中，兩個接收線圈的幅度比值S=|Hz1Hz2|=(z2z1)3e-bΔz(1+bz1)2+(az1)2(1+bz2)2+(az2)2---(12)]]>相位差Δφ=aΔz-arctgaΔz1+b(z1+z2)+(a2+b2)z1*z2---(13)]]>式中，z1和z2分別為遠(yuǎn)接收和近線圈到發(fā)射線圈的源距，Δz為兩個接收線圈之間的間距。
上述(12)、(13)、(4)、(5)式即為高頻陣列電磁波測井方法的基本公式。
因此，電磁波在地層中傳播，其幅度和相位會發(fā)生變化，這些變化與地層的電參數(shù)σ和ε有關(guān)(在幾兆赫以下主要與σ有關(guān))。通過測量幅度和相位的變化，可以求解地層的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。
由于電磁波的探測深度是隨著頻率的降低和電極距的增加而增大，通過合理安排電極距和頻率，可以得到徑向上單調(diào)變化的探測深度，從而確定地層電阻率的徑向剖面。
為了反映井的探測儀徑向上不同深度的地層性質(zhì)，一般采用兩個或兩個以上工作頻率。對于f和f′兩個源頻率，只要選擇z1、Δz和z1′、Δz1′滿足條件aΔz＝a′Δz′，az1＝a′z1′(14)即ff′=Δz′Δz=z1′z1---(15)]]>這時，f和f′兩個源頻率在均勻介質(zhì)中所測得的相位差Δφ是相同的。這就是等參數(shù)條件。如果我們選擇的多個工作頻率都滿足(15)式的條件，則在均勻無限大介質(zhì)中所測得的多條相位差曲線互相重合。
從(15)式可以看出，頻率的開方與源距成反比。我們知道，頻率越高，電極距越小，探測越淺；頻率越低，電極距越大，探測就越深。也就是說，在選取不同頻率和電極距時，各條相位差曲線在徑向上探測深度是不同的。當(dāng)?shù)貙佑心酀{侵入時，徑向電阻率分布不均勻，相位差曲線會發(fā)生分離。通過相位差曲線的分離或重合，就可以直觀地劃分滲透層和非滲透層，識別儲集層。通過徑向二維反演解釋軟件，可以求出沖洗帶-過渡帶-原狀地層的徑向電阻率分布。
基于上述理論，俄國研制的高頻感應(yīng)等參數(shù)測井儀VIKIZ使用5個發(fā)射線圈和6個接收線圈，工作頻率為0.875MHz、1.75MHz、3.5MHz、7MHz和14MHz，測量5種頻率的電磁波在地層中傳播的相位差，得到5條等參數(shù)相位差曲線。其電極系統(tǒng)長度2.0米；最大探測半徑在5Ohm-m情況下為1.0米，在50Ohm-m情況下為1.6米；其探測深度有30，50，75，115，165cm 5種，分層能力為30cm。
該儀器垂直分辨率高，能在剖面中識別薄夾層并確定其真實厚度。在有侵入地層能判別徑向非均質(zhì)性并提供相關(guān)參數(shù)，能判定侵入帶前沿的低阻環(huán)帶。但是其具有以下的局限性和不足1)探測深度不足，總體來說，相位測量具有較好的分層能力，同時具有較差的探測深度。盡管VIKIZ能夠提供5條徑向上不同探測深度的曲線，但總體說來其探測深度仍嫌不足。
2)儀器參數(shù)的選擇受到限制，由于采用等參數(shù)設(shè)計，限制了工作頻率的選取條件。特別是儀器選用了14MHz這樣的高頻。而在這樣高的頻率下，介電常數(shù)的影響是不能忽略的。
3)信息資源的浪費，儀器采用5個工作頻率，只測量5條相位差曲線，許多有用信息被忽略了。此外，接收信號的幅度或相對幅度能夠提供更深探測的信息，這些信息被忽略掉也是可惜的。
另外，該方法還有線圈系設(shè)計受到限制、電子線路復(fù)雜化等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高頻陣列電磁波傳播測井的方法，采用相對較低的頻率，且能在保持縱向分層能力的同時，增加儀器的探測深度。本發(fā)明還要提供一種可實現(xiàn)該方法的測井儀。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種高頻陣列電磁波傳播測井方法，包括以下步驟(a)在測井儀的線圈系中設(shè)置3～5組單發(fā)雙收或雙發(fā)單收線圈，并按照使檢測出的相位差和幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線的探測深度在各種地層條件下單調(diào)變化的條件，設(shè)置每組線圈的工作頻率和電極距；(b)在每個周期內(nèi)，發(fā)射機(jī)通過每個發(fā)射線圈發(fā)射各自工作頻率的高頻電磁波，接收機(jī)通過對應(yīng)的接收線圈接收這些電磁波；(c)對接收線圈收到的電磁波進(jìn)行相位差分析和幅度比分析，得到2～5組的相位差信號和1～3組的幅度比信號，再求解得到相應(yīng)的探測深度單調(diào)變化的電阻率曲線。
進(jìn)一步地，上述測井方法還可具有以下特點所述步驟(a)設(shè)置了四組線圈，第一組線圈采用第一工作頻率，電極距短；第二組線圈采用第一工作頻率，但電極距較長；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率，而電極距最長，所述步驟(c)中，是分析得到所述四組線圈接收信號的相位差信號，以及第三組和/或第四組線圈的接收信號的幅度比信號。
進(jìn)一步地，上述測井方法還可具有以下特點所述第一組線圈電極距為0.4～0.6m，第二組線圈電極距為0.9～1.1m，第三組線圈電極距為1.0～1.3m，第四組線圈電極距為1.5～1.8m；所述第一工作頻率為0.2MHz～1.5MHz，所述第二工作頻率為1.5MHz～10MHz。
進(jìn)一步地，上述測井方法還可具有以下特點所述步驟(a)設(shè)置了五組線圈，第一組線圈采用第一工作頻率和第一電極距；第二組線圈采用第一工作頻率和大于第一電極距的第二電極距；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率和大于第二電極距的第三電極距，第五組線圈采用低于第二工作頻率的第三工作頻率，以及大于第二電極距的第三電極距；并且，所述步驟(c)中，是分析得到所述五組線圈接收信號的相位差信號，以及第四組和/或第五組線圈的接收信號的幅度比信號。
進(jìn)一步地，上述測井方法還可具有以下特點所述第一電極距為0.35～0.55m，所述第二電極距為0.75～0.95m；所述第三電極距為0.85～1.15m，所述第四電極距為1.45～1.75m，所述第五電極距為1.85～2.15m；所述第一工作頻率為3MHz～10MHz，所述第二工作頻率為1MHz～3MHz，所述第三工作頻率為0.2MHz～1MHz。
本發(fā)明提供的高頻陣列電磁波傳播測井儀包括線圈系、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量電路，以及輸出和通訊電路，其特征在于，所述線圈系包括3～5組單發(fā)雙收或雙發(fā)單收線圈，所述發(fā)射機(jī)通過所述線圈系產(chǎn)生2～3個不同頻率的高頻電磁波，所述測量電路對于各組線圈系接收到的高頻信號進(jìn)行分析得到2～5組相位差信號和1～3組幅度比信號，所述輸出和通訊電路用于輸出分析得到的相位差信號和幅度比信號，并且，所述每組線圈的工作頻率和電極距的設(shè)置使得檢測出的相位差和幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線的探測深度在各種地層條件下單調(diào)變化。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述線圈系包括四組線圈第一組線圈采用第一工作頻率，電極距短；第二組線圈采用第一工作頻率，但電極距較長；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率，而電極距最長，并且，所述測量電路不僅測量這四組線圈接收信號的相位差，對其中第三組和第四組線圈的接收信號還測量其幅度比。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述第一工作頻率為1.5MHz～10MHz，所述第二工作頻率為0.2MHz～1.5MHz。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述第一組線圈電極距為0.4～0.6m；第二組線圈電極距為0.9～1.1m；第三組線圈電極距為1.0～1.3m，第四組線圈電極距為1.5～1.8m。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述線圈系包括五組線圈第一組線圈采用第一工作頻率和第一電極距；第二組線圈采用第一工作頻率和大于第一電極距的第二電極距；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率和大于第二電極距的第三電極距，第五組線圈采用低于第二工作頻率的第三工作頻率，以及大于第二電極距的第三電極距，并且，所述測量電路不僅測量這五組線圈接收信號的相位差，對其中第四組和第五組線圈的接收信號還測量其幅度比。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述第一工作頻率為3MHz～10MHz，所述第二工作頻率為1MHz～3MHz，所述第三工作頻率為0.2MHz～1MHz。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述第一電極距為0.35～0.55m，所述第二電極距為0.75～0.95m；所述第三電極距為0.85～1.15m，所述第四電極距為1.45～1.75m，所述第五電極距為1.85～2.15m。
進(jìn)一步地，上述測井儀還可具有以下特點所述各組線圈中，兩個接收線圈或者兩個發(fā)射線圈之間的距離為0.05～0.4m。
由上可知，采用本發(fā)明方法，在保持了VIKIZ儀器很強(qiáng)的縱向分層能力，同時增加了儀器的探測深度，這一點對于低阻地層尤其有意義。同時，因為只采用兩個工作頻率測量得到四條相位差曲線和兩條幅度比曲線，大大簡化了儀器結(jié)構(gòu)和儀器的電路設(shè)計。


圖1A是本發(fā)明第一實施例采用2個工作頻率的測井儀的示意圖。
圖1B是本發(fā)明第二實施例采用3個工作頻率的測井儀的示意圖。
圖2是第一實施例方法得到的6條電阻率曲線的縱向特性曲線圖。
圖3是第一實施例方法得到的6條電阻率曲線的徑向微分特性曲線圖。
圖4是第一實施例方法得到的6條電阻率曲線的徑向積分特性曲線圖。
圖5A～圖5C分別是第二實施例采用3個工作頻率得到的7條電阻率曲線在5Ω.M地層的縱向特征、徑向微分特性和徑向積分特性的曲線圖。
圖6A～圖6C是分別是第二實施例采用3個工作頻率得到的7條電阻率曲線在50Ω.M地層的縱向特征、徑向微分特性和徑向積分特性的曲線圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，采用相位差和幅度比曲線轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線來做資料解釋，因而可以不必滿足等參數(shù)條件，只要轉(zhuǎn)換后的電阻率曲線徑向探測深度是單調(diào)變化的，而且覆蓋適當(dāng)?shù)姆秶?，就可以通過徑向二維反演解釋軟件，求出沖洗帶-過渡帶-原狀地層的徑向電阻率分布。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
第一實施例本實施例的雙頻陣列電磁波測井儀的中間部分是安裝在玻璃鋼骨架上的線圈系，外面有玻璃鋼管承壓，以允許電磁波透過玻璃鋼管發(fā)射到地層中去。線圈系的兩端為鋼外殼，內(nèi)裝有發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量電路、輸出和通訊電路等。
圖1示出了本實施例線圈系的結(jié)構(gòu)，如圖所示，包括在一條直線上排列的2個發(fā)射線圈T1、T2和8個接收線圈R1～R8，組成了四組單發(fā)雙收的線圈，整個探頭的電極系統(tǒng)長度為1.8米。其中第一組線圈由發(fā)射線圈T2和接收線圈R7、R8組成，工作頻率為6.4MHz，電極距為0.5米(均指發(fā)射線圈到兩個接收線圈中點的距離，當(dāng)采用雙發(fā)單收結(jié)構(gòu)時，則指兩個發(fā)射線圈中點到接收線圈的距離)，接收線圈間距為0.1米，該組線圈用于測量高頻電磁波的相位差F05。
第二組線圈由發(fā)射線圈T2和接收線圈R3、R4組成，工作頻率為6.4MHz，電極距為1.0米，接收線圈間距為0.1米，該組線圈用于測量高頻電磁波的相位差F10。
第三組線圈由發(fā)射線圈T1和接收線圈R5、R6組成，工作頻率為0.8MHz，電極距為1.1米，接收線圈間距為0.3米，該組線圈除測量高頻電磁波的相位差F11外，還測量幅度比S11。
第四組線圈由發(fā)射線圈T1和接收線圈R1、R2組成，工作頻率為0.8MHz，電極距為1.65米，接收線圈間距為0.3米，該組線圈除測量高頻電磁波的相位差F16外，還測量幅度比S16。
發(fā)射機(jī)能夠在一組發(fā)射線圈T1、T2中依次激發(fā)高頻電磁振蕩，振蕩頻率分別為0.8MHz和6.4MHz。T1和T2各發(fā)射一次為一個周期，一個周期為0.1秒。
接收機(jī)和測量電路用于接收8組接收線圈R1-R8收到的信號，把它轉(zhuǎn)換成中頻信號，測量出4組接收線圈R1-R2、R3-R4、R5-R6、R7-R8的相位差信號和其中兩組接收線圈R1-R2、R5-R6的幅度比信號，然后把代表地層電阻率的這些信號傳輸?shù)捷敵龊屯ㄓ嶋娐贰?br> 輸出和通訊電路用于接收地面的控制命令，并將測量結(jié)果按一定順序輸送到地面處理。
相應(yīng)地，本實施例測井方法的流程包括以下步驟步驟一，在探測儀的線圈系中設(shè)置4組線圈，采用2個工作頻率，分別測量4組相位差信號，并在其中兩組線圈測量2組幅度比信號，線圈系具體的配置上面已經(jīng)介紹，這里不再重復(fù)；步驟二，在每個周期內(nèi)，發(fā)射機(jī)通過線圈T1和T2分別發(fā)射一次頻率為0.8MHz和6.4MHz的電磁波，接收機(jī)通過線圈R1和R2，R5和R6接收0.8MHz的電磁波，線圈R3和R4，R7和R8接收6.4MHz的電磁波；步驟三，對每組接收線圈收到的電磁波進(jìn)行相位分析，對R1-R2、R5-R6兩組線圈收到的電磁波還進(jìn)行幅值分析，得到4組接收線圈的相位差信號和兩組接收線圈的幅度比信號；步驟四，對得到的4組相位差和2組幅度比信號根據(jù)式(12)和(13)求解得到6條相應(yīng)的不同探測深度的電阻率曲線，再進(jìn)行后續(xù)分析。
在地面處理時，對6條電阻率曲線，可進(jìn)一步反演得到縱向多層、徑向4象元(分為井眼泥漿、沖洗帶、過渡帶和原狀地層)的電阻率分布圖像，反演結(jié)果可以用數(shù)據(jù)表或曲線圖的形式給出，也可以用基于數(shù)據(jù)場成像技術(shù)的剖面圖形式給出。
圖2示出了在5Ω-m情況下檢測得到的6條電阻率曲線的縱向特性，可以反映出曲線的分層能力，在測量中，為了確定地層的邊界，至少要有一條分層能力好的曲線，其它分層能力差的曲線可以通過反復(fù)迭代來獲得縱向分辨率匹配。從圖中可看出，對應(yīng)于測量到的相位差F05和F10的電阻率曲線在測量點(即0點)處響應(yīng)靈敏，具有良好的分層能力，為0.3米。
圖3示出了在50Ω-m情況下檢測得到的6條電阻率曲線的徑向微分特性，該曲線可以看出在井的徑向平面上，每個單元環(huán)對測量信號的貢獻(xiàn)，可以看出，對于F05，近處的單元環(huán)貢獻(xiàn)較大，而對于S16，近處的單元環(huán)貢獻(xiàn)較小。
圖4示出了在50Ω-m情況下檢測得到的6條電阻率曲線的徑向積分特性，一般來說，將曲線上縱坐標(biāo)為0.5，即半幅值的點所對應(yīng)的橫坐標(biāo)，即距離井的徑向的距離，定義為它的探測深度。從圖中可以看出，對應(yīng)于相位差F05、F10、F11、F16和幅度比S11、S16的6條電阻率曲線的探測深度單調(diào)變化，分別為30，60，100，150，250，300cm。
本實施例的測井儀器的探測半徑在5Ohm-m情況下為1.6米(最深的曲線)，在50Ohm-m情況下為3.0米。而探測深度可分為30，60，100，150，250，300cm 6種，分層能力為30cm。和VIKIZ相比，在同樣地層的情況下，具有更大的探測深度，電極距還小。
從上述分析可以看出，本實施例在線圈系的設(shè)計時，由于充分利用了幅度比的有用信息，采用4組線圈就得到了6條探測深度單調(diào)變化的電阻率曲線，而且其探測深度(在50Ω-m時為300cm，在5Ω-m時為160cm)大于背景技術(shù)中提到的測量5條相位差曲線的測井儀VIKIZ(165cm)，特別是對低阻地層，引入幅度測量時探測深度會有明顯增加。同時，該測井儀還具有較小的電極距(1.8m)和良好的分層能力(30cm)。此外，由于工作頻率較少且無需滿足等參數(shù)條件，其高頻與VIKIZ(14MHz)比較可以設(shè)置的相對較低(6.4MHz)，避免了介電常數(shù)對測量的不利影響。
本發(fā)明并不局限于上述實施例線圈系的配置參數(shù)，但是在設(shè)計各組線圈的頻率和電極距時，在不同的地層條件下，各組線圈的探測深度需要單調(diào)變化，才能夠有效地在有侵入地層判別徑向非均質(zhì)性并提供相關(guān)參數(shù)，以及判定侵入帶前沿的低阻環(huán)帶等。為了滿足這一條件，本發(fā)明線圈系的設(shè)置需要滿足一定條件。
分析表明，線圈系頻率、電極距與其探測深度、分層能力有著密切關(guān)系，工作頻率越高，探測越淺，分層越好；電極距越短，探測越淺；而且在同樣電極距和頻率條件下，幅度比的探測深度比相位差要深。因此，本發(fā)明在設(shè)置四組線圈時可按以下方法設(shè)置，第一組工作頻率高，電極距短，較佳取0.4～0.6m；第二組工作頻率與第一組相同，但電極距較長，較佳取0.9～1.1m；第三組電極距與第二組相似(差別小于0.3米)，較佳取1.0～1.3m，但工作頻率低，第四組工作頻率與第三組一樣，而電極距最長，較佳取1.5～1.8m。這四組線圈都測量相位差，其中第三組和第四級還測量幅度比，各組線圈接收線圈之間的間距為0.05～0.4米。這樣，就能保證第一組到第四組的相位差、第三組幅度比、第四組幅度比得到的電阻率曲線的探測深度是單調(diào)變化的。
在頻率的設(shè)置上，要求頻率足夠高，不然幅度比、相位差值很小，檢測很困難，而頻率太高時介電常數(shù)對測量結(jié)果有不利影響，探測深度也會下降。一般來說，本實施例設(shè)置2個頻率時，低頻的選擇范圍可為0.2MHz～1.5MHz，高頻的選擇范圍可為1.5MHz～10MHz。
第二實施例根據(jù)上面的分析，在圖1B中給出了采用3個工作頻率的另一實施例測井儀的線圈系結(jié)構(gòu)，包括在一條直線上排列的3個發(fā)射線圈T1、T2和T3以及10個接收線圈R1～R10，組成了5組單發(fā)雙收的線圈，整個探頭的電極系統(tǒng)長度為2.15米。其中第一組線圈由發(fā)射線圈T3和接收線圈R9、R10組成，工作頻率為6.4MHz，電極距為0.45米，接收線圈間距為0.1米，該組線圈用于測量高頻電磁波的相位差Y1。
第二組線圈由發(fā)射線圈T3和接收線圈R5、R6組成，工作頻率為6.4MHz，電極距為0.85米，接收線圈間距為0.1米，該組線圈用于測量高頻電磁波的相位差Y2。
第三組線圈由發(fā)射線圈T2和接收線圈R7、R8組成，工作頻率為1.6MHz，電極距為1.0米，接收線圈間距為0.2米，該組線圈用于測量高頻電磁波的相位差Y3。
第四組線圈由發(fā)射線圈T2和接收線圈R3、R4組成，工作頻率為1.6MHz，電極距為1.6米，接收線圈間距為0.2米，該組線圈除測量高頻電磁波的相位差Y4外，還測量幅度比Y4S。
第五組線圈由發(fā)射線圈T1和接收線圈R1、R2組成，工作頻率為0.8MHz，電極距為2米，接收線圈間距為0.3米，該組線圈除測量高頻電磁波的相位差Y5外，還測量幅度比Y5S。
本實施例采用3個工作頻率的測井儀測量5條相位差曲線和2條幅度比曲線，然后可轉(zhuǎn)換成7條不同探測深度的電阻率曲線。圖5A～圖5C給出了7條電阻率曲線在5Ω.M地層的縱向特征、徑向微分特性和徑向積分特性的曲線圖。圖6A～圖6C給出了7條電阻率曲線在50Ω.M地層的縱向特征、徑向微分特性和徑向積分特性的曲線圖。從圖中可以看出，本實施例的測井儀通過引入幅度測量，探測深度明顯增加，現(xiàn)時也具有良好的分層能力。
根據(jù)與第一實施例同樣的分析，本發(fā)明在設(shè)置五組線圈時可按以下方法設(shè)置，第一組工作頻率高，電極距短，較佳取0.35～0.55m；第二組工作頻率與第一組相同，但電極距長一些，較佳取0.75～0.95m；第三組電極距與第二組相似(差別小于0.3米)，較佳取0.85～1.15m，但工作頻率低；第四組工作頻率與第三組一樣，而電極距更長，較佳取1.45～1.75m；第五組工作頻率最低，而電極距最長，較佳取1.85～2.15m。這五組線圈都測量相位差，其中第四組和第五組還測量幅度比，各組線圈接收線圈之間的間距為0.05～0.4米。這樣，就能保證第一組到第五組的相位差、第四組幅度比、第五組幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線的探測深度是單調(diào)變化的。
當(dāng)設(shè)置3個頻率時，低頻可選擇0.2Hz～1MHz，中頻可選擇1MHz～3MHz，高頻可選擇3MHz～10MHz。
綜上所述，本發(fā)明通過對線圈系提出的一種新的非等參數(shù)設(shè)計，使得探測儀具有更好的探測深度，良好的分層能力，同時結(jié)構(gòu)相對簡單，電極距小，特別適用于在裸眼井的石油測井中確定地層的電阻率。
應(yīng)該說明的是，本發(fā)明還可以有許多變換方案，在其它的實施例，可以檢測5～7條電阻率曲線，其中1～3條可以通過測量幅度比得到，其它用相位差得到。而在線圈系的設(shè)置上，較佳設(shè)置3～5組線圈，來檢測所需的相位差或幅度比。另外，本發(fā)明的線圈系也可以由單發(fā)雙收改為雙發(fā)單收，兩者是互逆的，其它設(shè)計都是一樣的。
權(quán)利要求
1.一種高頻陣列電磁波傳播測井儀，包括線圈系、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量電路，以及輸出和通訊電路，其特征在于，所述線圈系包括3～5組單發(fā)雙收或雙發(fā)單收線圈，所述發(fā)射機(jī)通過所述線圈系產(chǎn)生2～3個不同頻率的高頻電磁波，所述測量電路對于各組線圈系接收到的高頻信號進(jìn)行分析得到2～5組相位差信號和1～3組幅度比信號，所述輸出和通訊電路用于輸出分析得到的相位差信號和幅度比信號，并且，所述每組線圈的工作頻率和電極距的設(shè)置使得檢測出的相位差和幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線的探測深度在各種地層條件下單調(diào)變化。
2.如權(quán)利要求1所述的測井儀，其特征在于，所述線圈系包括四組線圈第一組線圈采用第一工作頻率，電極距短；第二組線圈采用第一工作頻率，但電極距較長；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率，而電極距最長，并且，所述測量電路不僅測量這四組線圈接收信號的相位差，對其中第三組和第四組線圈的接收信號還測量其幅度比。
3.如權(quán)利要求2所述的測井儀，其特征在于，所述第一工作頻率為1.5MHz～10MHz，所述第二工作頻率為0.2MHz～1.5MHz。
4.如權(quán)利要求2所述的測井儀，其特征在于，所述第一組線圈電極距為0.4～0.6m；第二組線圈電極距為0.9～1.1m；第三組線圈電極距為1.0～1.3m，第四組線圈電極距為1.5～1.8m。
5.如權(quán)利要求1所述的測井儀，其特征在于，所述線圈系包括五組線圈第一組線圈采用第一工作頻率和第一電極距；第二組線圈采用第一工作頻率和大于第一電極距的第二電極距；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率和大于第二電極距的第三電極距，第五組線圈采用低于第二工作頻率的第三工作頻率，以及大于第二電極距的第三電極距，并且，所述測量電路不僅測量這五組線圈接收信號的相位差，對其中第四組和第五組線圈的接收信號還測量其幅度比。
6.如權(quán)利要求5所述的測井儀，其特征在于，所述第一工作頻率為3MHz～10MHz，所述第二工作頻率為1MHz～3MHz，所述第三工作頻率為0.2MHz～1MHz。
7.如權(quán)利要求5所述的測井儀，其特征在于，所述第一電極距為0.35～0.55m，所述第二電極距為0.75～0.95m；所述第三電極距為0.85～1.15m，所述第四電極距為1.45～1.75m，所述第五電極距為1.85～2.15m。
8.如權(quán)利要求4或7所述的測井儀，其特征在于，所述各組線圈中，兩個接收線圈或者兩個發(fā)射線圈之間的距離為0.05～0.4m。
9.一種高頻陣列電磁波傳播測井方法，包括以下步驟(a)在測井儀的線圈系中設(shè)置3～5組單發(fā)雙收或雙發(fā)單收線圈，并按照使檢測出的相位差和幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線的探測深度在各種地層條件下單調(diào)變化的條件，設(shè)置每組線圈的工作頻率和電極距；(b)在每個周期內(nèi)，發(fā)射機(jī)通過每個發(fā)射線圈發(fā)射各自工作頻率的高頻電磁波，接收機(jī)通過對應(yīng)的接收線圈接收這些電磁波；(c)對接收線圈收到的電磁波進(jìn)行相位差分析和幅度比分析，得到2～5組的相位差信號和1～3組的幅度比信號，再求解得到相應(yīng)的探測深度單調(diào)變化的電阻率曲線。
10.如權(quán)利要求9所述的測井方法，其特征在于，所述步驟(a)設(shè)置了四組線圈，第一組線圈采用第一工作頻率，電極距短；第二組線圈采用第一工作頻率，但電極距較長；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率，而電極距最長，所述步驟(c)中，是分析得到所述四組線圈接收信號的相位差信號，以及第三組和/或第四組線圈的接收信號的幅度比信號。
11.如權(quán)利要求10所述的測井儀，其特征在于，所述第一組線圈電極距為0.4～0.6m，第二組線圈電極距為0.9～1.1m，第三組線圈電極距為1.0～1.3m，第四組線圈電極距為1.5～1.8m；所述第一工作頻率為0.2MHz～1.5MHz，所述第二工作頻率為1.5MHz～10MHz。
12.如權(quán)利要求9所述的測井儀，其特征在于，所述步驟(a)設(shè)置了五組線圈，第一組線圈采用第一工作頻率和第一電極距；第二組線圈采用第一工作頻率和大于第一電極距的第二電極距；第三組線圈電極距與第二組差別小于0.3m，但采用比第一工作頻率低的第二工作頻率，第四組線圈采用第二工作頻率和大于第二電極距的第三電極距，第五組線圈采用低于第二工作頻率的第三工作頻率，以及大于第二電極距的第三電極距；并且，所述步驟(c)中，是分析得到所述五組線圈接收信號的相位差信號，以及第四組和/或第五組線圈的接收信號的幅度比信號。
13.如權(quán)利要求12所述的測并儀，其特征在于，所述第一電極距為0.35～0.55m，所述第二電極距為0.75～0.95m；所述第三電極距為0.85～1.15m，所述第四電極距為1.45～1.75m，所述第五電極距為1.85～2.15m；所述第一工作頻率為3MHz～10MHz，所述第二工作頻率為1MHz～3MHz，所述第三工作頻率為0.2MHz～1MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高頻陣列電磁波傳播測井的方法及其測井儀，包括線圈系、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量電路，以及輸出和通訊電路，在測井儀的線圈系中設(shè)置3～5組線圈，并按照使檢測出的相位差和幅度比信號轉(zhuǎn)換得到的電阻率曲線探測深度單調(diào)變化的條件設(shè)置每組線圈的工作頻率和電極距；在每個周期內(nèi)，發(fā)射機(jī)通過發(fā)射線圈發(fā)射各自工作頻率的高頻電磁波；然后測量電路對接收機(jī)通過接收線圈收到的電磁波進(jìn)行相位差分析和幅度比分析，得到2～5組的相位差信號和1～3組的幅度比信號，再求解得到相應(yīng)的探測深度單調(diào)變化的電阻率曲線。本發(fā)明采用相對較低的頻率，在保持縱向分層能力的同時，增加了儀器的探測深度。
文檔編號E21B49/00GK1740517SQ200510105009
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者盧達(dá), 楊善德 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務(wù)股份有限公司