随钻电磁波传播方位电阻率仪地质导向关键技术_刘乃震

一种随钻传播电阻率测井仪器的设计思路摘要调研目前国内外的主要随钻电阻率仪器，总结各自特性和优缺点，取长补短设计了一种新型的随钻传播电阻率仪器，并分析了其具体的测量方式、实现方法，并付诸实践，从电子线路、软件设计、硬件匹配等方面，分析选择电子器件的注意事项和优缺点。

通过模拟测量实验，分析认为仪器达到了设计目标、性能稳定，测量准确。

关键词随钻电阻率测井仪器设计中图分类号：p631.8 文献标识码：a随钻测井技术（measurement while drilling）是一种全新的测井技术，主要伴随着水平井和大斜度井的发展而发展起来的一种测井技术，它不同于电缆测井技术，随钻测井是在钻井的过程中，随着钻井仪器的钻井，随钻测井便实时的开始测量地层参数，因此，随钻测井技术时效性非常强，测井的精度也必将非常高，另外由于不需要将钻杆等取出井再进行测量等操作，将测井的成本控制到了最小，并且在某些情况下，电缆测井无法使用，如水平井的水平段，常规电缆测井无法进行测量，或者钻井时间过长的时候，都需要使用随钻测井来代替电缆测井。

1 一般随钻电阻率仪器的工作原理图1为西方阿特拉斯公司最早设计的随钻电阻率测井的收发线圈系统，分别有一个发射线圈tc，两个接收线圈rc，因此这种结果就会在地层中形成2个变压器结构，钻杆起到了承接的作用，对发射线圈而言，其相当于变压器的次级，而对接收线圈而言，其相当于变压器的初级。

其工作原理是，在钻井的过程中，电阻率仪器开始工作，首先给发射线圈供以交变激励电流，然后再两个等效变压器上会产生一定的电动势，以便在钻杆和地层之间形成电路回流，使电流进入地层获取地层信息，如此在钻井深入的过程中，电阻率仪器便不断获取地层中的信息。

电流回流到接受线圈时，在接收线圈上会产生感生电动势，测量钻杆上所感生的电动势和接收线圈上所感生的电压即可得到近钻头电阻率。

2传播电阻率测井仪器的设计与实现笔者设计的随钻传播电阻率仪器，主要结构图如图2，该系统的测量主要装置安装在接近钻头的特殊钻杆以内，该钻杆性质指标优异，它的探测装置采用单发双收的结构，主要由钻杆上的发射线圈、和钻杆下部的两个接收线圈组成，工作的时候发射线圈发射激励电流，电流经过井眼进入到地层中，然后电流流经地层后携带地层的信息回到接收线圈，另外发射变压器会将电流分成两个部分，分别对应发射电极和回路电极，使得电流进入地层更深，同样两支电流进入地层，就使得传播电阻率仪器具有不同的探测深度。

第44卷第5期2020年10月测井技术WELL LOGGING TECHNOLOGYVol.44No.5Oct22文章编号：1004-1338(2020)05-0448-05随钻方位电磁波电阻率仪器性能指标检测方法杨震，肖红兵，张智勇(中石化胜利石油工程有限公司测控技术研究院，山东东营2570640摘要：为提高油藏采收率，大斜度井、水平井被广泛采用，对井眼轨迹提出了更高要求。

地质导向技术能根据实时测调整井,多地应用于水平井钻井过程。

随钻方位率仪器作为目前地质导向的核心仪器，电阻率测量范围、精度及测距离是其最重要的指标，目前没有井验证或测试仪器性。

从电阻率测测原理出发，利用分析测率以及离指标的。

通过实验室测指定位率仪器的相位差为士0.02。

，测信号有效动态为70dB,以此代体测试试验,简仪器指标测试流程，为随钻方位率仪器行地层评价地质导向提供了保障。

关键词：测井仪器；随钻方位电磁波电阻率仪器；测量精度；探测距离；指标验证中图分类号：P631.84文献标识码：ADoi：10.16489/j.issn.1004133&2020.05.005Main Specifications Test Method of Azimuthal Electromagnetic Logging While Drilling ToolYANG Zhen，XIAO Hongbing，ZHANG Zhiyong(Measurement and Control Technology Institute，SINOPEC Shengii Oilfield Service Corporation，Dongying，Shandong257064，China) Abstract:Highly deviated and horizontal wells are wildly used to improve reservoir recovery rate，which propose higher requirements to well trajectory.Geosteering technology can adjust we l6rajec6orybyrealimemeasuremen6'soiismoreandmorecommonusedinhorizon6alwe l drilling.AZmuthal e lectromagnetic logging while drilling tool is kernel tool of geosteering.Resistivity range'accuracy and depth of detection are main specifications of azimuthal electromagnetic logging while drilling tool.But there are lack of clear test methods and test ins6rumen6s6o6hesespecificaions.Therelaionshipbe6weenmeasuredsignalsandresisiviyand dep6h of de6ec ion are analyzed by numerical simula ion based on principles of resis ivi y and boundary detection measurements.The phase shift accuracy of士0.02°and geosteering voltage dynamicrangeof70dBcanbetestedorconfirmedbylaboratorycircuitspecifications.Thereal environment test can be avoided by this method，which facilitates the test process and ensures the application of formation evaluation and geosteering.Keyw"rds：l2gginginstrument)azimuthalelectr2magneticl2gging whiledri l ingt22l)measure-mentaccuracy)depth2fdetecti2n)specificati2ntest0引言钻地层的仪器之一。

新型随钻电磁波阵列补偿传播电阻率测井仪器性能仿真马明学;毛保华;岳喜洲;刘保银;张中庆【摘要】For the new electromagnetic resistivity tool structure developed by COSL , the numerical simulation software is developed based on 3D vector finite element method . The accuracy of the algorithm is verified by comparison with the simulation results of the third-party software .On the basis of this ,researching the investigating characteristics and the influence of various environmental factors ,including the depth of the investigation ,the vertical resolution , the wellbore effect , the formation anisotropy , etc . The simulation results enhance the understanding of the ACPR detection characteristics ,and establishe a solid theoretical basis for the interpretation of logging data .By constructing the experimental platform to construct the formation model , the relative error of the instrument measurement data and the software simulation result is less than 5.0% ,which indicates the accuracy of ACPR circuit design .The comparison of the field test data shows that the phase difference resistivity of the ACPR and the dual lateral resistivity are still highly consistent in the high resistivity interval ,which shows the reliability and applicability of the ACPR instrument .%针对随钻电磁波阵列补偿传播电阻率仪结构,开发了三维矢量有限元素法正演仿真软件,并通过第三方软件的仿真结果对比验证了算法的正确性.在此基础上考察了ACPR仪器的探测特性以及各种环境因素的影响,包括仪器探测深度、纵向分层能力以及井眼环境影响、地层各向异性影响等,为后续测井资料解释奠定了理论基础.通过搭建实验平台构造地层模型,仪器测量数据与软件仿真结果相对误差小于5.0%,说明ACPR仪器电路设计合理.现场测试数据对比表明,ACPR仪器相位差电阻率和双侧向电阻率在高电阻率层段仍然具备高度一致性,显示该仪器的可靠性和适用性.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2017(041)006【总页数】6页(P652-657)【关键词】随钻电磁波阵列补偿传播电阻率测井仪;矢量有限元素法;数值仿真;COMSOL;探测特性;环境影响【作者】马明学;毛保华;岳喜洲;刘保银;张中庆【作者单位】中海油服油田技术研究院,河北燕郊 065201;杭州迅美科技有限公司,浙江杭州 310012;中海油服油田技术研究院,河北燕郊 065201;杭州迅美科技有限公司,浙江杭州 310012;杭州迅美科技有限公司,浙江杭州 310012;浙江大学,浙江杭州 310012【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言20世纪90年代Schlumberger、Halliburton和Baker Hughes等公司相继推出了补偿型、阵列型随钻电磁波测井仪器,如Schlumberger公司的ARC系列[1-2]、Halliburton公司的EWR系列[3]、Baker Hughes公司的MPR系列。

◄测井录井►doi:10.11911/syztjs.2020025基于拟牛顿法的随钻方位电磁波电阻率仪器响应实时反演与现场试验杨 震， 于其蛟， 马清明（中石化胜利石油工程有限公司随钻测控技术中心，山东东营 257064）摘　要: 为了利用随钻方位电磁波电阻率仪器的测量数据确定地层界面方位和距离，给地质导向提供决策依据，须采用准确可靠的反演方法。

针对随钻方位电磁波电阻率仪器，建立了地质导向应用模型并模拟了其响应特征，研究了拟牛顿反演算法和流程，反演过程中只需要较小的计算量就可以得到Jacobian矩阵，大大提高了反演速度；并利用单界面和双界面地层的反演理论模型，验证了该算法的正确性和准确度。

在胜利油田草XX井的现场试验结果表明，实时反演结果与方位电磁波电阻率成像显示及后期完井录井结果一致。

该反演方法能满足利用方位电磁波电阻率进行地质导向的要求，为方位电磁波电阻率实时地质导向提供了一种高效、准确的计算方法。

关键词: 随钻方位电磁波；电阻率测井；地质导向；拟牛顿法；实时；反演；边界距离中图分类号: P631.8+13 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2020）03–0120–07Real Time Inversion and Field Test of LWD Azimuthal ElectromagneticWaves Based on Quasi-Newton MethodYANG Zhen, YU Qijiao, MA Qingming(MWD & LWD Technology Center, Sinopec Shengli Oilfield Service Corporation, Dongying, Shandong, 257064, China) Abstract: In order to determine the formation interface azimuth and distance by using the data measured by LWD azimuthal electromagnetic wave resistivity logging instrument using the quasi-Newton inversion algorithm. The objective was provide a decision-making basis for geosteering, an accurate and reliable inversion method must be used. For the LWD azimuthal electromagnetic wave resistivity logging instrument, an application model of geological guidance has been established and simulated its response characteristics. By studying the quasi-Newton inversion algorithm and process, the Jacobian matrix was obtained with less calculation cost in the inversion process, which greatly speeds up the inversion. At the same time, the correctness and accuracy of this algorithm were verified by using the theoretical inversion model including both single interface and a double interface strata model. The field test of Well Cao-XX in Shengli Oilfield showed that the real-time inversion results were consistent with the imaging display of azimuthal electromagnetic wave resistivity and also with the drilling/completion/logging results in later stages. This inversion method can meet the requirements of real time geo-steering by efficient and accurate calculation of azimuthal electromagnetic wave resistivity.Key words: azimuthal electromagnetic logging while drilling; resistivity logging; geosteering; quasi-Newton method; real time; inversion; distance to interface地质导向技术可以根据实时随钻测量结果调整井眼轨迹，提高水平井在复杂油藏中的储层钻遇率，最大限度地增加单井控制储量，提高钻井效率，降低成本[1]。

(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201310723607.8(22)申请日 2013.12.24E21B 49/00(2006.01)E21B 47/13(2012.01)E21B 47/02(2012.01)(71)申请人中国石油化工集团公司地址100728 北京市朝阳区朝阳门北大街22号申请人中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院(72)发明人杨锦舟 杨震 肖红兵(74)专利代理机构北京聿宏知识产权代理有限公司 11372代理人吴大建刘华联(54)发明名称随钻方位电磁波电阻率测量装置及其测量方法(57)摘要本发明公开了一种随钻方位电磁波电阻率的测量装置及其测量方法，该测量装置包括：无磁钻铤；安装于无磁钻铤上的至少一轴向发射天线、一对横向接收天线以及至少一对轴向接收天线；工具面方位角实时测量装置，其用来提供装置工具面的实时测量，以确定采集数据所处的扇区；数据采集和处理装置，其用于采集轴向接收天线的信号和按照扇区采集该对正交的横向接收天线的信号，并处理得到不同方位的电磁波电阻率。

本发明测量装置，通过轴向接收天线接收电磁波信号，得到一定探测深度的电阻率曲线，通过中心在同一点的两个正交的横向接收天线接收电磁信号，并按扇区记录电动势的实部和虚部信息，形成方位电磁波电阻率并成像显示。

(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书3页 说明书12页 附图12页(10)申请公布号CN 104727812 A (43)申请公布日2015.06.24C N 104727812A1.一种随钻方位电磁波电阻率的测量装置，包括：设置有天线槽的无磁钻铤；安装于所述无磁钻铤上的至少一轴向发射天线、一对横向接收天线以及至少一对轴向接收天线，其中，各个天线通过所述天线槽发射和接收电磁波信号；工具面方位角实时测量装置，其用来提供装置工具面的实时测量，以确定采集数据所处的扇区；数据采集和处理装置，其通过所述无磁钻铤内部的线路与所述工具面方位角实时测量装置电连接，所述数据采集和处理装置用于采集轴向接收天线的信号和按照扇区采集该对横向接收天线的信号，并对采集到的信号进行处理得到不同方位的电磁波电阻率。

随钻方位电阻率边界探测影响因素分析刘庆龙;王瑞和【摘要】提出采用随钻方位电磁波电阻率测井仪器进行边界探测方法及产生的边界效应,分别从测量仪器的源距、频率、天线安装角度等内部因素以及井眼倾斜角度、地层电阻率对比度等外部因素进行计算分析,总结边界响应规律,归纳了针对测量仪器本身的设计和调整以及针对可导致边界效应的测量环境的研究2种边界探测的研究方法,通过与Periscope仪器公布的数据相对比论证,确定影响因素计算分析准确性.研究成果对随钻地质导向边界测量、仪器设计参数选择及复杂储层地质构造实时解释具有指导意义.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2014(038)004【总页数】5页(P411-415)【关键词】随钻测井;电阻率测井;储层;围岩;边界探测;边界效应【作者】刘庆龙;王瑞和【作者单位】中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555;中石化胜利石油管理局钻井工艺研究院,山东东营257017;中国石油大学石油工程学院,山东青岛266555【正文语种】中文【中图分类】P631.830 引言随钻方位电磁波电阻率测井技术因其在地质导向、实时地层评价中具有重要应用价值而得到广泛开发，典型的随钻方位电磁波电阻率由一系列同轴环形或椭环形发射线圈和接收线圈组成，可实现多频率、多倾角信号发射和多频率、多倾角信号接收，获得含有方位信息的幅度比和相位差测量。

随钻方位电磁波电阻率测井在高斜度井及水平井钻井对储层边界尤其是储层上下围岩影响中具有独特的识别判定能力［1－6］。

针对斯伦贝谢公司Periscope仪器的边界探测方法进行分析，本文探讨各种边界影响因素及边界探测信号特征，为后期开展井眼到储层边界估算方法以及仪器各项技术参数设计奠定基础。

1 边界探测方法和边界效应国外的随钻方位电磁波电阻率仪器生产商主要有3家，分别为斯伦贝谢公司的Periscope、哈里伯顿公司的ADR以及贝克休斯公司的APR；其边界探测的方法主要依据边界效应。

随钻方位电磁波电阻率未钻地层预测技术
徐凤玲;林楠;杨锦舟;高学然
【期刊名称】《录井工程》
【年(卷),期】2011(022)002
【摘要】通过大量的调研、分析和归纳,介绍了一种采用随钻方位电磁波电阻率测量仪器对未钻地层进行预测的新方法,介绍随钻电阻率测量技术,未钻地层随钻方位电磁波测量技术,未钻地层预测定义、所用仪器、功能比较及未钻地层预测技术在复杂油气藏领域的应用.对国内开展未钻地层预测及探测、随钻地质导向及油藏导航应用、储集层精细解释及评价、定量随钻测井等方面的研究具有借鉴价值.【总页数】4页(P14-17)
【作者】徐凤玲;林楠;杨锦舟;高学然
【作者单位】胜利石油管理局钻井工艺研究院;胜利石油管理局钻井工艺研究院;胜利石油管理局钻井工艺研究院;大港油田滩海勘探开发公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.随钻方位电磁波电阻率测井仪分段组合线圈系设计 [J], 倪卫宁;张晓彬;万勇;孙伟峰;戴永寿;张卫
2.随钻方位电磁波电阻率测井发展及其在地质导向中的应用 [J], 迟秀荣; 刘竹杰
3.基于拟牛顿法的随钻方位电磁波电阻率仪器响应实时反演与现场试验 [J], 杨震; 于其蛟; 马清明
4.随钻方位电磁波电阻率仪器性能指标检测方法 [J], 杨震;肖红兵;张智勇
5.随钻方位电磁波电阻率测井技术与地质导向应用 [J], 岳喜洲;马明学;李国玉;刘小刚;刘天淋;谢涛
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