一種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)及其測井方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)及其測井方法，包括經(jīng)由高性能集成電子線路、線圈系、壓力平衡裝置組成的井下測量裝置，測井得到的快測陣列感應(yīng)測量信號輸送至地面采集模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)合成處理后通過記錄儀顯示單元顯示，從而完成快測陣列感應(yīng)儀器系統(tǒng)的信號測量。通過線圈系參數(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高性能集成電路系統(tǒng)、工作模式優(yōu)化、厚膜集成與一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，在保證儀器縱向分辨率和徑向探測深度不變的基礎(chǔ)上，儀器長度由原來9.86m縮短到4.96m，測量精度由原來±1mS/m提高到±0.5mS/m。儀器現(xiàn)場應(yīng)用表明，儀器穩(wěn)定可靠，可操作性、易維護(hù)性大大提高。
【專利說明】-種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)及其測井方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于快測平臺探測裸眼井周圍地層電阻率的快測陣列感應(yīng)成像 測井系統(tǒng)及其測井方法，屬于快測平臺電法領(lǐng)域的地球物理測井技術(shù)。 技術(shù)背景
[0002] 隨著油田開發(fā)方式的多樣化，油藏狀況越來越復(fù)雜，國外=大測井公司斯倫貝 謝、貝克一阿特拉斯、哈里伯頓均先后推出了自己的快測平臺Express Plat化rm、LOG-IQ、 FOCUS測井系統(tǒng)。隨著國內(nèi)鉆井提速，井況越來越惡劣，研制長度短、時(shí)效快的快速測井平臺 成為油田勘探開發(fā)提速提效的迫切需求。國產(chǎn)EILog快測平臺正是在此背景下開發(fā)，通過 探測器優(yōu)化、電路共用與集成，使用新的機(jī)電工藝設(shè)計(jì)，縮短了儀器長度，增強(qiáng)了測量的穩(wěn) 定性。目前，先進(jìn)的快測陣列感應(yīng)測井儀器應(yīng)用廣泛，它W電磁感應(yīng)原理為理論依據(jù)，主要 由電子線路、線圈系，電路共用與集成、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)據(jù)處理等先進(jìn)方法，通過多路遙測 短節(jié)，把采集的大量數(shù)據(jù)送到地面，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得出具有5種不同探測深度和 3種不同縱向分辨率曲線?？鞙y陣列感應(yīng)測井儀器的主要組成部分是線圈系結(jié)構(gòu)，線圈系采 用一個(gè)發(fā)射線圈、8個(gè)接收線圈陣列的S線圈系源距和工作頻率與公開專利CN102042009 A 線圈系參數(shù)一致，W保證儀器原=種縱向分辨率和五種徑向探測深度不變。但是，常規(guī)的陣 列感應(yīng)測井儀線圈系巧軸，選用無磁的鐵合金材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了高效地滿足快測平臺現(xiàn)場應(yīng)用要求，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種石油勘探設(shè)備 快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)及其測井方法，儀器通過線圈系參數(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高性能集成電路 系統(tǒng)、工作模式優(yōu)化、厚膜集成與一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，在保證儀器縱向分辨率和徑向探測深 度不變的基礎(chǔ)上，儀器長度由原來9. 86m縮短到4. 96m，測量精度由原來± ImS/m提高到 ±0. 5mS/m。儀器現(xiàn)場應(yīng)用表明，儀器穩(wěn)定可靠，可操作性、易維護(hù)性大大提高。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：
[00化]一種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：
[0006] 高性能集成電子線路裝置，包括厚膜集成電路單元模塊和高性能采集處理單元模 塊，用于產(chǎn)生=電平控制信號提供給發(fā)射電路，啟動發(fā)射控制電路；
[0007] 線圈系，包括線圈系巧軸和線圈骨架與線圈屏蔽層，用于支撐陣列感應(yīng)儀器線圈 系總成；
[000引壓力平衡裝置，采取皮囊壓力平衡的方式與復(fù)合巧軸的結(jié)構(gòu)相匹配設(shè)計(jì)，采用皮 囊注油的方式，在井下高溫高壓環(huán)境下保持線圈系玻璃鋼內(nèi)外壓力的平衡；
[0009] 地面采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測快測陣列感應(yīng)儀器測井?dāng)?shù)據(jù)，并完成控制儀器 刻度文件操作、車間刻度操作個(gè)溫度傳感器標(biāo)定操作；
[0010] 數(shù)據(jù)處理模塊，用于對地面采集模塊的原始測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到最終用戶需 求解釋的地層電阻率測井曲線；
[0011] 記錄儀顯示單元，用于記錄顯示地面采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的地層信息曲線和 圖像數(shù)據(jù)，生成測井資料成果打印和導(dǎo)出、生成圖片的功能；
[0012] 經(jīng)由高性能集成電子線路裝置、線圈系、壓力平衡裝置組成的井下測量裝置，將測 井得到快測陣列感應(yīng)測量信號輸送至地面采集模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)合成處理 后通過記錄儀顯示單元顯示，從而完成陣列感應(yīng)儀器系統(tǒng)的信號測量。
[0013] 進(jìn)一步地，所述線圈系與高性能集成電子線路裝置相連，高性能集成電子線路裝 置包括發(fā)射驅(qū)動電路、前置放大和帶通濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路和電源管理單元；
[0014] 線圈系接收由地層產(chǎn)生的測量信號，分別通過發(fā)射驅(qū)動電路、前置放大和帶通濾 波電路將處理后的信號傳輸至數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集處理電路將該測量信號進(jìn)行信號選 擇、自動增益、A/D采集及數(shù)據(jù)處理再進(jìn)行組織編碼，并通過CAN接口電路將數(shù)據(jù)傳送至井 下遙測。
[0015] 進(jìn)一步地，所述發(fā)射驅(qū)動電路包括二級刻度電路和發(fā)射解碼與驅(qū)動電路，二級刻 度電路分別與線圈系和前置放大和帶通濾波電路連接，發(fā)射解碼與驅(qū)動電路分別連接線圈 系和數(shù)據(jù)采集電路相連。
[0016] 進(jìn)一步地，所述前置放大和帶通濾波電路包括若干個(gè)前置放大電路和帶通濾波電 路，各前置放大電路和帶通濾波電路分別連接線圈系的8通道和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)同步 采集與處理，W及系統(tǒng)通訊。
[0017] 進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集電路包括與發(fā)射解碼與驅(qū)動電路連接的發(fā)射控制波形電 路，與若干個(gè)前置放大電路和帶通濾波電路相連的電平轉(zhuǎn)換電路，各電平轉(zhuǎn)換電路分別依 次對應(yīng)連接8個(gè)PGA可編程增益放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換電路；所述發(fā)射控制波形電路和高速 A/D轉(zhuǎn)換電路分別連接FPGA主控單元，F(xiàn)PGA主控單元通過CAN接口連接DSP微處理器； [001引 DSP微處理器分別連接線圈系溫度檢測電路、自然電位SP、工作電壓檢測電路和 電子儀溫度檢測電路。
[0019] 進(jìn)一步地，所述壓力平衡裝置包括皮囊支撐軸，及包裹在皮囊支撐軸外側(cè)的皮囊， 所述皮囊支撐軸的一端皮囊內(nèi)鑲裝有皮囊左堵頭，皮囊左堵頭與皮囊支撐軸之間設(shè)有皮囊 巧體（304);在皮囊支撐軸的另一端鑲裝有套有0型密封圈的皮囊右堵頭，皮囊右堵頭通過 金屬扎帶連接球形堵頭，皮囊左堵頭通過金屬扎帶連接線圈系下管軸。
[0020] 相應(yīng)地，本發(fā)明還給出了一種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)的測井方法，包括下述步 驟：
[0021] 步驟401，通過地面采集模塊，完成實(shí)時(shí)采集快測陣列感應(yīng)儀器測井?dāng)?shù)據(jù)，并同時(shí) 將測井?dāng)?shù)據(jù)送入預(yù)處理單元；
[0022] 步驟501，儀器在井下測量實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過地面采集模塊，得到八組線圈系的 24條實(shí)電壓信號，送入預(yù)處理單元，調(diào)用刻度系數(shù)將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化成實(shí)時(shí)測量的地 層電導(dǎo)率信號；
[0023] 步驟502,將預(yù)處理單元輸出的地層電導(dǎo)率信號輸入趨膚效應(yīng)校正單元巧02)，通 過=頻趨膚效應(yīng)校正處理算法，對24條實(shí)地層電導(dǎo)率信號進(jìn)行校正得到8條測井?dāng)?shù)據(jù)曲線 沈C1?沈C8 ;
[0024] 步驟503,將趨膚效應(yīng)校正單元得到8條數(shù)據(jù)曲線，輸入到下一級井眼校正處理單 元，井眼校正處理，依據(jù)快側(cè)陣列感應(yīng)儀器結(jié)構(gòu)，利用S維正演模擬程序計(jì)算建立了大型居 中和偏屯、井眼校正庫；通過采用查表的形式調(diào)用井眼校正庫，對趨膚效應(yīng)校正單元502的8 條曲線做井眼校正處理，完成對實(shí)際測井資料的儀器居中和偏屯、校正處理功能，最終輸出8 條去除井眼影響的數(shù)據(jù)曲線肌C1?B肥8 ;
[0025] 步驟504,將井眼校正處理單元得到8條去除井眼影響的數(shù)據(jù)曲線，輸入到下一級 真分辨率聚焦單元，利用聚焦處理算法單元對8條信息數(shù)據(jù)進(jìn)行井眼校正，通過調(diào)用事先 算好的聚焦濾波器庫飛z，c)進(jìn)行真分辨率聚焦處理，得到5條不同探測深度的電阻率曲 線 T10、T20、T30、T60、T90 ;
[0026] 步驟505,根據(jù)真分辨率聚焦單元的電阻率曲線110、120、130、160、190數(shù)據(jù)，輸入 到下一級垂向分辨率匹配處理單元巧05)，利用8個(gè)子陣列3種頻率的24條幾何因子響應(yīng) 曲線經(jīng)過=頻趨膚效應(yīng)校正，得到校正后的8條幾何因子曲線，調(diào)用事先算好的聚焦濾波 器庫^(z，a)在相鄰兩條曲線中高分辨率曲線變換為低分辨率曲線的濾波器，調(diào)用分辨率 匹配濾波器進(jìn)行處理得到3組分辨率為0. 3m、0. 6m和1. 2m的曲線，每一組曲線有5條探測 深度為0. 25m、0. 50m、0. 75m、1. 50m和2. 25m的曲線，輸出合成處理后的3種分辨率5種探 測深度的15條曲線處理，分別命名為A010?A090、AT10?AT90、AF10?AF90 ;
[0027] 步驟506,最后將分辨率匹配處理后的分辨率為0. 6m的曲線，探測深度為0. 25m、 0. 50m、0. 75m、1. 50m和2. 25m的曲線通過徑向反演單元（506)進(jìn)行處理，該反演處理單元采 用常規(guī)通用的基于陣列感應(yīng)儀器的3參數(shù)反演算法，處理后輸出得到真地層電阻率化和侵 入帶電阻率Rxo W及侵入帶半徑r，即完成快測陣列感應(yīng)測井過程。
[002引進(jìn)一步地，所述步驟502中，利用S頻趨膚效應(yīng)校正處理算法，利用下述表達(dá)式實(shí) 現(xiàn)=頻趨膚效應(yīng)校正：
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 高性能集成電子線路裝置，包括厚膜集成電路單元模塊和高性能采集處理單元模塊， 用于產(chǎn)生三電平控制信號提供給發(fā)射電路，啟動發(fā)射控制電路； 線圈系，包括線圈系芯軸和線圈骨架與線圈屏蔽層，用于支撐陣列感應(yīng)儀器線圈系總 成； 壓力平衡裝置，采取皮囊壓力平衡的方式與復(fù)合芯軸的結(jié)構(gòu)相匹配設(shè)計(jì)，采用皮囊注 油的方式，在井下高溫高壓環(huán)境下保持線圈系玻璃鋼內(nèi)外壓力的平衡； 地面采集模塊，用于實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測快測陣列感應(yīng)儀器測井?dāng)?shù)據(jù)，并完成控制儀器刻度 文件操作、車間刻度操作個(gè)溫度傳感器標(biāo)定操作； 數(shù)據(jù)處理模塊，用于對地面采集模塊的原始測井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到最終用戶需求解 釋的地層電阻率測井曲線； 記錄儀顯示單元，用于記錄顯示地面采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的地層信息曲線和圖像 數(shù)據(jù)，生成測井資料成果打印和導(dǎo)出、生成圖片的功能； 經(jīng)由高性能集成電子線路裝置、線圈系、壓力平衡裝置組成的井下測量裝置，將測井得 到快測陣列感應(yīng)測量信號輸送至地面采集模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)合成處理后通 過記錄儀顯示單元顯示，從而完成陣列感應(yīng)儀器系統(tǒng)的信號測量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈系與高性能集成電子線路裝置 相連，高性能集成電子線路裝置包括發(fā)射驅(qū)動電路、前置放大和帶通濾波電路、數(shù)據(jù)采集電 路和電源管理單元； 線圈系接收由地層產(chǎn)生的測量信號，分別通過發(fā)射驅(qū)動電路、前置放大和帶通濾波電 路將處理后的信號傳輸至數(shù)據(jù)采集電路，數(shù)據(jù)采集處理電路將該測量信號進(jìn)行信號選擇、 自動增益、A/D采集及數(shù)據(jù)處理再進(jìn)行組織編碼，并通過CAN接口電路將數(shù)據(jù)傳送至井下遙 測。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射驅(qū)動電路包括二級刻度電路和 發(fā)射解碼與驅(qū)動電路，二級刻度電路分別與線圈系和前置放大和帶通濾波電路連接，發(fā)射 解碼與驅(qū)動電路分別連接線圈系和數(shù)據(jù)采集電路相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述前置放大和帶通濾波電路包括若干 個(gè)前置放大電路和帶通濾波電路，各前置放大電路和帶通濾波電路分別連接線圈系的8通 道和數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)同步采集與處理，以及系統(tǒng)通訊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集電路包括與發(fā)射解碼與驅(qū) 動電路連接的發(fā)射控制波形電路，與若干個(gè)前置放大電路和帶通濾波電路相連的電平轉(zhuǎn)換 電路，各電平轉(zhuǎn)換電路分別依次對應(yīng)連接8個(gè)PGA可編程增益放大器、高速A/D轉(zhuǎn)換電路； 所述發(fā)射控制波形電路和高速A/D轉(zhuǎn)換電路分別連接FPGA主控單元，F(xiàn)PGA主控單元通過 CAN接口連接DSP微處理器； DSP微處理器分別連接線圈系溫度檢測電路、自然電位SP、工作電壓檢測電路和電子 儀溫度檢測電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力平衡裝置包括皮囊支撐軸，及包 裹在皮囊支撐軸外側(cè)的皮囊，所述皮囊支撐軸的一端皮囊內(nèi)鑲裝有皮囊左堵頭，皮囊左堵 頭與皮囊支撐軸之間設(shè)有皮囊芯體；在皮囊支撐軸的另一端鑲裝有套有〇型密封圈的皮囊 右堵頭，皮囊右堵頭通過金屬扎帶連接球形堵頭，皮囊左堵頭通過金屬扎帶連接線圈系下 管軸。
7. -種基于權(quán)利要求1所述的快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)的測井方法，其特征在于，該方 法包括下述步驟： 步驟401，通過地面采集模塊，完成實(shí)時(shí)采集快測陣列感應(yīng)儀器測井?dāng)?shù)據(jù)，并同時(shí)將測 井?dāng)?shù)據(jù)送入預(yù)處理單元； 步驟501，儀器在井下測量實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過地面采集模塊，得到八組線圈系的24條 實(shí)電壓信號，送入預(yù)處理單元，調(diào)用刻度系數(shù)將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化成實(shí)時(shí)測量的地層電 導(dǎo)率信號； 步驟502,將預(yù)處理單元輸出的地層電導(dǎo)率信號輸入趨膚效應(yīng)校正單元，通過三頻趨 膚效應(yīng)校正處理算法，對24條實(shí)地層電導(dǎo)率信號進(jìn)行校正得到8條測井?dāng)?shù)據(jù)曲線SEC1? SEC8 ； 步驟503,將趨膚效應(yīng)校正單元得到8條數(shù)據(jù)曲線，輸入到下一級井眼校正處理單元， 井眼校正處理，依據(jù)快側(cè)陣列感應(yīng)儀器結(jié)構(gòu)，利用三維正演模擬程序計(jì)算建立了大型居中 和偏心井眼校正庫；通過采用查表的形式調(diào)用井眼校正庫，對趨膚效應(yīng)校正單元502的8 條曲線做井眼校正處理，完成對實(shí)際測井資料的儀器居中和偏心校正處理功能，最終輸出8 條去除井眼影響的數(shù)據(jù)曲線BHC1?BHC8 ; 步驟504,將井眼校正處理單元得到8條去除井眼影響的數(shù)據(jù)曲線，輸入到下一級真 分辨率聚焦單元，利用聚焦處理算法單元對8條信息數(shù)據(jù)進(jìn)行井眼校正，通過調(diào)用事先算 好的聚焦濾波器庫〇)進(jìn)行真分辨率聚焦處理，得到5條不同探測深度的電阻率曲線 T10、T20、T30、T60、T90 ; 步驟505，根據(jù)真分辨率聚焦單元的電阻率曲線T10、T20、T30、T60、T90數(shù)據(jù)，輸入到下 一級垂向分辨率匹配處理單元，利用8個(gè)子陣列3種頻率的24條幾何因子響應(yīng)曲線經(jīng)過三 頻趨膚效應(yīng)校正，得到校正后的8條幾何因子曲線，調(diào)用事先算好的聚焦濾波器庫<:〇,〇) 在相鄰兩條曲線中高分辨率曲線變換為低分辨率曲線的濾波器，調(diào)用分辨率匹配濾波器進(jìn) 行處理得到3組分辨率為0. 3m、0. 6m和1. 2m的曲線，每一組曲線有5條探測深度為0. 25m、 0. 50m、0. 75m、1. 50m和2. 25m的曲線，輸出合成處理后的3種分辨率5種探測深度的15條 曲線處理，分別命名為A010?A090、AT10?AT90、AF10?AF90 ; 步驟506,最后將分辨率匹配處理后的分辨率為0. 6m的曲線，探測深度為0. 25m、 0. 50m、0. 75m、1. 50m和2. 25m的曲線通過徑向反演單元進(jìn)行處理，該反演處理單元采用常 規(guī)通用的基于陣列感應(yīng)儀器的3參數(shù)反演算法，處理后輸出得到真地層電阻率Rt和侵入帶 電阻率RX0以及侵入帶半徑r，即完成快測陣列感應(yīng)測井過程。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)的測井方法，其特征在于，所述步驟 502中，利用三頻趨膚效應(yīng)校正處理算法，利用下述表達(dá)式實(shí)現(xiàn)三頻趨膚效應(yīng)校正：
其中K為第i頻率的權(quán)重系數(shù)，〇ai為第i頻率的視電導(dǎo)率值，EmEi和E2為選擇函 數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)的測井方法，其特征在于，所述步驟 504中，利用聚焦處理算法單元對8條信息數(shù)據(jù)進(jìn)行井眼校正：
其中，〇p(Pk，z)為合成后徑向探測深度Pk，縱向深度z處的電導(dǎo)率；k= 1，2,…，K，K是合成探測深度數(shù)目，這里表示為T10、T20、T30、T60、T90 ; < 為第j個(gè)子陣列在z點(diǎn) 的測量值；j= 1，2,…，J，J是子陣列個(gè)數(shù)；是聚焦合成到探測深度pk時(shí)，第j個(gè) 子陣列的濾波器；〇是地層的電導(dǎo)率；z=zmin?z_是聚焦合成的窗口范圍，它是聚焦合 成濾波器4 (m)是地層電導(dǎo)率的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的快測陣列感應(yīng)測井系統(tǒng)的測井方法，其特征在于，所述步 驟505中，調(diào)用事先算好的聚焦濾波器庫聚焦濾波器庫<>,〇)通過下述方式實(shí) 現(xiàn)： 設(shè)計(jì)匹配濾波器hvgfi，使gpvgfi變換為gpvgfQ+1)，為：
【文檔編號】E21B49/00GK104481525SQ201410714371
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】陳濤, 白彥, 陳章龍, 宋青山, 范曉文, 王水航, 師光輝 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司, 中國石油集團(tuán)測井有限公司