用于带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法及装置，该方法包括：获取第一磁矩和第二磁矩；计算第一相位差P1和第一幅度比A1；计算第二相位差P2和第二幅度比A2；获取第三相位差P和第三幅度比A；根据P和A计算电阻率R；获取R与电阻率设备的方位角的对应关系；确定目标方位角并获取目标方位角对应的电阻率。通过本发明，由于获取了方位角与电阻率的对应关系，从而可以获取最大电阻率所对应的角度和最小电阻率所对应的角度，这两个方位角的平均值所对应的电阻率与不带倾斜线圈的装置所测出的电阻率相等，从而可以以该电阻率进行地层电阻率评估，使带倾斜线圈的电阻率装置也可以进行地层电阻率评估。

说明书

技术领域

本发明涉及勘测领域，具体而言，涉及一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻 率测量方法及装置。

背景技术

电磁波传播电阻率装置是随钻测井中最基本也是最重要的装置之一，不带倾斜线 圈的电磁波传播电阻率装置测量到的是常规的不带方位的地层信息，这种装置的地质 导向功能是根据装置靠近地层边界时电阻率响应出现极化角现象来实现的，但由于没 有方位性，使得仪器在油层无论靠近上边界还是下边界都出现相同方向的极化角，因 此只能判断出是否靠近边界，无法分辨出是上边界还是下边界，因此也无法确定该调 整装置向上运动还是向下运动。为了解决这个问题，现有技术出现了改进的电磁波传 播电阻率装置，将两个接收线圈倾斜，这样测量到的信号就具有方位性，使得该装置 在地质导向时能辨别出所处位置靠近上边界还是下边界，但是该装置测得的电阻率是 随方位角度的变化而变化的，即无法得出确定的电阻率以进行地层电阻率评估。

针对现有技术中带倾斜线圈电磁波传播电阻率装置无法得出确定的电阻率的问 题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法及装置，以至 少解决现有技术中带倾斜线圈电磁波传播电阻率装置无法得出确定的电阻率的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种通过带倾斜线圈的电阻 率设备的电阻率测量方法。

根据本发明的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法包括：获取第一磁 矩和第二磁矩，其中，第一磁矩为第一发射线圈的磁矩，第二磁矩为第二发射线圈的 磁矩，第一发射线圈和第二发射线圈设置于带倾斜线圈的电磁波传播电阻率装置的两 端；计算第一相位差P1和第一幅度比A1，其中，P1为第一发射线圈在第一接收线圈 上产生的第一感应电动势和在第二接收线圈上产生的第二感应电动势的相位差，A1 为第一感应电动势和第二感应电动势的幅度比，第一接收线圈和第二接收线圈位于第 一发射线圈和第二发射线圈之间，第一感应电动势与第一磁矩满足预设关系，第二感 应电动势与第一磁矩满足预设关系；计算第二相位差P2和第二幅度比A2，其中，P2 为第二发射线圈在第一接收线圈上产生的第三感应电动势和在第二接收线圈上产生的 第四感应电动势的相位差，A2为第三感应电动势和第四感应电动势的幅度比，第三感 应电动势与第二磁矩满足预设关系，第四感应电动势与第二磁矩满足预设关系；获取 第三相位差P和第三幅度比A，其中，P=(P1+P2)/2，A=（A1+A2）/2；根据P和A 计算电阻率R，其中，电阻率设备在不同方位角时对应不同的R；获取R与电阻率设 备的方位角的对应关系；确定目标方位角并获取目标方位角对应的电阻率。。

进一步地，获取第一磁矩和第二磁矩包括：获取预设值为1的第一磁矩和第二磁 矩。

进一步地，根据P和A计算电阻率R包括：根据预设对应关系获取第三相位差或 第三幅值比获取R的值。

进一步地，获取R与电阻率设备的方位角的对应关系包括：获取R与参照方位角 的对应关系，其中，参照方位角以地层平面为0°角；获取R与实际方位角的对应关系， 其中，实际方位角以水平面为0°角。

进一步地，确定目标方位角包括：获取R的最大值Rmax和R的最小值Rmin； 获取Rmax对应的方位角a和Rmin对应的方位角b；确定目标方位角为（a+b）/2。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种通过带倾斜线圈的电 阻率设备的电阻率测量装置，该装置用于执行本发明提供的任意一种通过带倾斜线圈 的电阻率设备的电阻率测量方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量 装置。该装置包括：第一获取单元，用于获取第一磁矩和第二磁矩，其中，第一磁矩 为第一发射线圈的磁矩，第二磁矩为第二发射线圈的磁矩，第一发射线圈和第二发射 线圈设置于带倾斜线圈的电磁波传播电阻率装置的两端；第一计算单元，用于计算第 一相位差P1和第一幅度比A1，其中，P1为第一发射线圈在第一接收线圈上产生的第 一感应电动势和在第二接收线圈上产生的第二感应电动势的相位差，A1为第一感应电 动势和第二感应电动势的幅度比，第一接收线圈和第二接收线圈位于第一发射线圈和 第二发射线圈之间，第一感应电动势与第一磁矩满足预设关系，第二感应电动势与第 一磁矩满足预设关系；第二计算单元，用于计算第二相位差P2和第二幅度比A2，其 中，P2为第二发射线圈在第一接收线圈上产生的第三感应电动势和在第二接收线圈上 产生的第四感应电动势的相位差，A2为第三感应电动势和第四感应电动势的幅度比， 第三感应电动势与第二磁矩满足预设关系，第四感应电动势与第二磁矩满足预设关系； 第二获取单元，用于获取第三相位差P和第三幅度比A，其中，P=(P1+P2)/2，A= （A1+A2）/2；第三获取单元，用于根根据P和A计算电阻率R，其中，电阻率设备 在不同方位角时对应不同的R；第四获取单元，用于获取R与电阻率设备的方位角的 对应关系；确定单元，用于确定目标方位角并获取目标方位角对应的电阻率。

进一步地，第一获取单元包括：第一获取子单元，用于获取预设值为1的第一磁 矩和第二磁矩。

进一步地，确定单元还用于根据预设对应关系获取第三相位差或第三幅值比获取 R的值。

进一步地，第四获取单元包括：第二获取子单元，用于获取R与参照方位角的对 应关系，其中，参照方位角以地层平面为0°角；第三获取子单元，用于获取R与实际 方位角的对应关系，其中，实际方位角以水平面为0°角。

进一步地，确定单元包括：第四获取子单元，用于获取R的最大值Rmax和R的 最小值Rmin；第五获取子单元，用于获取Rmax对应的方位角a和Rmin对应的方位 角b；确定子单元，用于确定目标方位角为（a+b）/2。

通过本发明，由于获取了方位角与电阻率的对应关系，从而可以获取最大电阻率 所对应的角度和最小电阻率所对应的角度，这两个方位角的平均值所对应的电阻率与 不带倾斜线圈的装置所测出的电阻率相等，从而可以以该电阻率进行地层电阻率评估， 因此解决了带倾斜线圈电磁波传播电阻率装置无法得出确定的电阻率的问题，使带倾 斜线圈的电阻率装置也可以进行地层电阻率评估。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a是根据本发明实施例的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量装置的 结构框图；

图1b是根据本发明实施例的相位差和电阻率的转换图版的示意图；

图1c是根据本发明实施例的幅值比和电阻率的转换图版的示意图；

图2是根据本发明实施例的电阻率设备的示意图；

图3是根据本发明实施例的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法的流 程图；

图4a是根据本发明实施例的相位差视电阻率与参考方位角的对应关系的示意图；

图4b是根据本发明实施例的幅值比视电阻率与参考方位角的对应关系的示意图；

图5是根据本发明实施例的相位差视电阻率与实际方位角的对应关系的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量装置，以下 对本发明实施例所提供的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量装置进行介绍。

图1a是根据本发明实施例的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量装置的 结构框图。

如图1a所示，该装置包括第一获取单元11、第一计算单元12、第二计算单元13、 第二获取单元14、第三获取单元15、第四获取单元16和确定单元17。

第一获取单元11用于获取第一磁矩和第二磁矩，其中，第一磁矩为第一发射线圈 的磁矩，第二磁矩为第二发射线圈的磁矩，第一发射线圈和第二发射线圈设置于带倾 斜线圈的电磁波传播电阻率装置的两端。

第一计算单元12用于计算第一相位差P1和第一幅度比A1，其中，P1为第一发 射线圈在第一接收线圈上产生的第一感应电动势和在第二接收线圈上产生的第二感应 电动势的相位差，A1为第一感应电动势和第二感应电动势的幅度比，第一接收线圈和 第二接收线圈位于第一发射线圈和第二发射线圈之间，第一感应电动势与第一磁矩满 足预设关系，第二感应电动势与第一磁矩满足预设关系。

第二计算单元13用于计算第二相位差P2和第二幅度比A2，其中，P2为第二发 射线圈在第一接收线圈上产生的第三感应电动势和在第二接收线圈上产生的第四感应 电动势的相位差，A2为第三感应电动势和第四感应电动势的幅度比，第三感应电动势 与第二磁矩满足预设关系，第四感应电动势与第二磁矩满足预设关系。

第二获取单元14用于获取第三相位差P和第三幅度比A，其中，P=(P1+P2)/2， A=（A1+A2）/2。

第三获取单元15用于根据P和A计算电阻率R，其中，电阻率设备在不同方位 角时对应不同的R。

第四获取单元16用于获取R与电阻率设备的方位角的对应关系。

确定单元17用于确定目标方位角并获取目标方位角对应的电阻率。

在本实施例中，由于获取了方位角与电阻率的对应关系，从而可以获取最大电阻 率所对应的角度和最小电阻率所对应的角度，这两个方位角的平均值所对应的电阻率 与不带倾斜线圈的装置所测出的电阻率相等，从而可以以该电阻率进行地层电阻率评 估，使带倾斜线圈的电阻率装置也可以进行地层电阻率评估。

作为一种优选的实现方式，第一获取单元包括：第一获取子单元，用于获取预设 值为1的第一磁矩和第二磁矩。

具体地，确定单元可以根据以下根据预设对应关系获取第三相位差或第三幅值比 获取电阻率转换图版R的值。

预设对应关系可以是电阻率转换图版，图1b是根据本发明实施例的相位差和电阻 率的转换图版的示意图，图1c是根据本发明实施例的幅值比和电阻率的转换图版的示 意图，该转换图版是根据前期测得的数据绘制而成，具体地，图版中的曲线的是电阻 率与相位差和幅度比的对应关系，将获得相位差和幅度比在图版中插值即可得到对应 的电阻率值。我们称这个值为视电阻率值。

为了减少计算量，可以以地层平面作为0°方位角，优选地，第四获取单元包括： 第二获取子单元，用于获取R与参照方位角的对应关系，其中，参照方位角以地层平 面为0°角。第三获取子单元，用于获取R与实际方位角的对应关系，其中，实际方位 角以水平面为0°角。

为了进一步减少计算量，以极值，如Rmin或Rmax作为参考点，确定单元包括： 第四获取子单元，用于获取R的最大值Rmax和R的最小值Rmin；第五获取子单元， 用于获取Rmax对应的方位角a和Rmin对应的方位角b；确定子单元，用于确定目标 方位角为（a+b）/2。

图2是根据本发明实施例的电阻率设备的示意图，如图2所示，T1、T2为以R1 和R2中点对称的发射线圈，R1和R2为两个倾斜接收线圈，这两个倾斜线圈倾斜的 角度可以是任意大小的，但不能是±90°，而且倾斜的角度要相等，以T1、T2线圈 的角度为0度。此类设备可以有多个与T1、T2位置不同的对称发射线圈，芯轴M为 金属无磁钻铤。

本发明实施例还提供了一种通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法，该 方法可以基于上述的装置来执行。

图3是根据本发明实施例的通过带倾斜线圈的电阻率设备的电阻率测量方法的流 程图。

如图3所示，该方法包括如下的步骤S302至步骤S314。

步骤S302，获取第一磁矩和第二磁矩，其中，第一磁矩为第一发射线圈的磁矩， 第二磁矩为第二发射线圈的磁矩，第一发射线圈和第二发射线圈设置于带倾斜线圈的 电磁波传播电阻率装置的两端。

由于磁矩的变化并不会影响计算的相位差和幅度比的值，也不会影响后续其他计 算，因此可以假设磁矩的值为1，即，在本步骤中，获取预设值为1的第一磁矩和第 二磁矩。

步骤S304，计算第一相位差P1和第一幅度比A1，其中，P1为第一发射线圈在 第一接收线圈上产生的第一感应电动势和在第二接收线圈上产生的第二感应电动势的 相位差，A1为第一感应电动势和第二感应电动势的幅度比，第一接收线圈和第二接收 线圈位于第一发射线圈和第二发射线圈之间，第一感应电动势与第一磁矩满足预设关 系，第二感应电动势与第一磁矩满足预设关系。

步骤S306，计算第二相位差P2和第二幅度比A2，其中，P2为第二发射线圈在 第一接收线圈上产生的第三感应电动势和在第二接收线圈上产生的第四感应电动势的 相位差，A2为第三感应电动势和第四感应电动势的幅度比，第三感应电动势与第二磁 矩满足预设关系，第四感应电动势与第二磁矩满足预设关系。

图2中发射线圈T1和T2分别发射几百kHz到几MHz频率的电磁波，电磁波经 过地层的传播后在接收线圈R1和R2上会分别产生感应电动势V1和V2，经测量后可 以计算出两个接收线圈电动势间的相位差P和幅度比A，P1和A1代表T1发射线圈 在接收线圈产生的相位差和幅度比，P2和A2代表T2发射线圈在接收线圈上产生的 相位差和幅度比。

以设备轴为直角坐标系z轴，与设备轴垂直的方向为x轴，倾斜线圈的倾斜方向 在坐标轴的xz平面内，在这样的坐标系下接收线圈上的感应电动势具有方位性，具体 感应电动势的公式如下：

$H_R=M_T[{2G}_{\mathrm{zz}}^{\mathrm{HM}}\cos {\theta }_T\cos {\theta }_R+(G_{\mathrm{xx}}^{\mathrm{HM}}+G_{\mathrm{yy}}^{\mathrm{HM}})\sin {\theta }_T{\sin \theta }_R]/2$

$+M_T(G_{\mathrm{xz}}^{\mathrm{HM}}\cos {\theta }_T{\sin \theta }_R+G_{\mathrm{zx}}^{\mathrm{HM}}\sin {\theta }_T\cos {\theta }_R)\cos \phi$

$+M_T(G_{\mathrm{yz}}^{\mathrm{HM}}\cos {\theta }_T\sin {\theta }_R+G_{\mathrm{zy}}^{\mathrm{HM}}\sin {\theta }_T\cos {\theta }_R)\sin \phi$

$+M_T(G_{\mathrm{xx}}^{\mathrm{HM}}-G_{\mathrm{yy}}^{\mathrm{HM}})\sin {\theta }_T\sin {\theta }_R\cos \left(2\phi \right)/2$

$+M_T(G_{\mathrm{xy}}^{\mathrm{HM}}+G_{\mathrm{yx}}^{\mathrm{HM}})\sin {\theta }_T\sin {\theta }_R\sin \left(2\phi \right)/2---\left(1\right)$

在(1)式中，M_T为发射线圈的磁矩，为z方向磁偶极子在x方向产生的格林 函数，其余相似表达式的意义按此规律相应理解，θ_T为发射线圈的倾斜角度，θ_R为接 收线圈的倾斜角度，φ为设备的方位角。从公式中(1)可容易看出，若θ_T=θ_R=0，即常 规的电磁波电阻率设备，则所有与φ有关的项均为零，说明测量到的电动势与φ无关， 不具有方向性。对于本实施例涉及的如图2所示的设备模型，由于接收线圈的倾斜， 即θ_T=0，θ_R≠0，则只是含sinθ_T的项均为零，即含cos(2φ)和sin(2φ)的与方位有关的 项为零，而含cos(φ)和sin(φ)的项不为零。但设备只是在xz平面内钻进，则格林函数 此时的电势与方位有关的项只剩cos(φ)项，显然，此时的方位信号是余 弦函数，在0°和180°时信号最大。

步骤S308，获取第三相位差P和第三幅度比A，其中，P=(P1+P2)/2，A=（A1+A2） /2。

步骤S310，根据P和A计算电阻率R，其中，电阻率设备在不同方位角时对应不 同的R。

将T1、T2测量到的相位差和幅度比结果进行补偿，补偿后的相位差P=(P1+P2)/2、 A=(A1+A2)/2。将补偿后的相位差和幅度比利用相位差、幅度比与电阻率之间的转换 图版可以转换成视电阻率R，本实施例中的电阻率也被称为视电阻率。随着设备的旋 转，设备在不同方位角下得到不同的视电阻率值。

具体地，可以根据预设对应关系获取第三相位差或第三幅值比获取R的值，对应 关系如图1b和图1c所示。

步骤S312，获取R与电阻率设备的方位角的对应关系。

具体地，一方面，获取R与参照方位角的对应关系，其中，参照方位角以地层平 面为0°角；另一方面，获取R与实际方位角的对应关系，其中，实际方位角以水平面 为0°角。

具体地，按照定义的设备坐标方向及0°方位角的方向，设备方位信息随方位的 变化关系为余弦变化关系，详见公式(1)，即方位为0°和180°时的方位信息最大， 这个规律将是获得地层倾角的重要前提。

电阻率设备在油层中旋转时，可以得到视电阻率响应随方位的变化曲线，见图4。 无论是相位差视电阻率还是幅度比视电阻率曲线的形态总是在正弦和余弦的形态间变 化，而且最大的发现是曲线的峰值均出现在0°和180°的方位，这个规律恰好可以被 利用来将实际方位与定义的方位进行匹配。

图4a是根据本发明实施例的相位差视电阻率与参考方位角的对应关系的示意图， 图4b是根据本发明实施例的幅值比视电阻率与参考方位角的对应关系的示意图。图 4a和图4b中设备的工作频率为2MHz，发射到两个接收线圈中点源距为30in，两接收 线圈间距为8in，两个接收线圈倾斜45°，设备相对地层倾角为30°，测量点即两个 接收线圈中点在目的层中点。模型上下围岩电阻率为1.0Ohmm，目的层分水平和垂直 电阻率均为10.0Ohmm的各向同性和水平电阻率为10.0Ohmm、垂直电阻率为 50.0Ohmm的各向异性两种情况，层厚2m。

在实际测量中，可以将设备的xz平面与大地水平面垂直时的方位设定为实测的方 位0°，地层如果与水平面平行，则设备实测曲线的峰值就会和图4a的一致，出现在 0°和180°。但实际中有很多情况下地层是和水平面不平行的，因此实测的随方位变 化的视电阻率曲线的峰值也是不固定的，我们只要找到两个峰值对应的实测方位角， 则这两个方位角的平均值处对应的电阻率值就是所需的电阻值。如图5所示，实测的 0°方位并不是峰值，峰值出现在30°和210°处，见图5中的虚线处，则(30°+210 °)/2=120°处的电阻率就是我们想要的值。

步骤S314，确定目标方位角并获取目标方位角对应的电阻率。

在本步骤中，首先可以获取R的最大值Rmax和R的最小值Rmin，然后获取Rmax 对应的方位角a和Rmin对应的方位角b，即可确定确定目标方位角为（a+b）/2，根 据该方位角和上述对应关系，即可确定所需的电阻率。

在图5中，Rmin对应30°，Rmax对应210°，120°即为目标方位角。而且这 个目标方位角的值随着设备每旋转一周更新一次，因此可以快速测得电阻率的变化。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例使带倾斜线圈的电阻率装置也可以进 行地层电阻率评估。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的 计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可 以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所 组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以 将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模 块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明 不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。