一種測井方法

《一種測井方法》是中國石油化工股份有限公司、中石化勝利石油工程有限公司隨鑽測控技術中心於2011年12月23日申請的專利，該專利申請號為2011104370983，公布號為CN102628358A，公布日為2012年8月8日，發明人是楊錦舟、李作會、林楠、魏寶君、劉慶龍、隋旭強、肖紅兵。

《一種測井方法》包括：選取兩個連續測量點來進行至少兩次連續測量，根據測量結果確定所選取的所述兩個連續測量點是否均能作為均質地層可選點；如果是，則根據兩個所述均質地層可選點來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的測井裝置的感應信號的幅度比和相位差基值；根據所述幅度比基值和相位差基值來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的幅度比和相位差標準值；根據所述標準值設定所測目的層的出層閾值；繼續選取下一個測量點進行至少兩次測量；判斷在當前測量點處、測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和/或相位差變化量是否大於所述出層閾值；如果是，則判定測井裝置前方出現低阻地層。

2021年6月24日，《一種測井方法》獲得第二十二屆中國專利銀獎。

（概述圖為《一種測井方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種測井方法
• 公布號：CN102628358A
• 申請人：中國石油化工股份有限公司、中石化勝利石油工程有限公司隨鑽測控技術中心
• 發明人：楊錦舟、李作會、林楠、魏寶君、劉慶龍、隋旭強、肖紅兵
• 申請號：2011104370983
• 申請日：2011年12月23日
• 公布日：2012年8月8日
• 地址：北京朝陽區朝陽門北大街22號
• 代理機構：中國專利代理（香港）有限公司
• 代理人：馬紅梅、盧江
• Int. Cl.：E21B49/00(2006.01)I；E21B47/02(2012.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

截至2011年12月23日，在諸如油氣勘測、煤層氣、在頁岩地層中俘獲的頁岩氣、採煤等鑽井行業的隨鑽測量領域中，通常採用地層電阻率來形成地層剖面圖和確定儲層的含油飽和度、煤體結構的含氣量及礦物斷層，因此地層電阻率是測井解釋評價油氣、煤、礦產儲藏的主要依據。現在已知的隨鑽電阻率測井技術包括隨鑽側向電阻率測井、隨鑽電磁波傳播電阻率測井和隨鑽感應電阻率測井。

隨鑽側向電阻率測井裝置的工作原理主要是由供電電極提供電流，在井眼周圍地層中形成電場，測量地層中電場的分布，得出地層電阻率。隨鑽側向電阻率測井裝置將鑽頭本身作為電極，也可以套用環狀電極和靠近鑽頭的3個紐扣電極進行電阻率測量。在採用鑽頭作為電極的情況下，在泥漿侵入或井眼可能損壞之前，隨鑽側向電阻率測井裝置就可以測量5~10厘米薄層的電阻率。而如果採用3個鈕扣電極陣列，則可進行高解析度的側向電阻率測量，可減少圍岩的影響，甚至在鹽水泥漿或高電阻率地層中也可以提供地層真電阻率回響。此外，如果套用環狀電極，則可獲得井眼周圍360度範圍的電阻率信息。

然而，隨鑽側向電阻率測井裝置存在如下缺點：因為側向電阻率測井屬於直流電法測井，首先要有一個供電電極將直流電流導入地層，然後用一個測量電極測出井內某點的電位，所以只有當井內有導電泥漿提供電流通道時才能使用這種側向電阻率測井方法。然而在實際鑽井作業過程中，例如在石油鑽井過程中，有時為了獲取地層原始含油飽和度信息，需要採用油基泥漿鑽井，甚至採用空氣鑽井，而在這種條件下，則不能使用直流電法測井，即隨鑽側向電阻率測井方法在這些情況下變得不再適用。

隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置採用多線圈系設計，傳播頻率為1~8兆赫茲，線圈系基於鑽鋌本體結構，將線圈系纏繞在鑽鋌上，通過測量不同源距接收線圈間幅度比或相位差，然後再換算為地層視電阻率，測得相移淺電阻率和衰減深電阻率。在理想情況下，隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置的縱向解析度由兩接收線圈的間距決定，多探測深度的測量數據可以用來解釋侵入狀況，通常認為相位電阻率的探測深度較淺，衰減電阻率具有較大的探測深度。

公開號為CN101609169A、題為“一種提高電磁波電阻率測量精度和擴展其測量範圍的方法”的參考文獻公開了通過對發射天線和接收天線之間互感電動勢進行計算，消除了互感電動勢的幅度衰減—電阻率轉換圖和相位差-電阻率轉換圖中與地層電阻率無關的互感電動勢、電路零信號、天線系統基值信號，計算獲得相位差及幅度衰減對地層電阻率的轉換。

此外，發表於中國石油大學學報的文獻“傾斜線圈隨鑽電磁波電阻率測量儀器基本原理極其在地質導向中的套用”採用各向異性水平層狀介質的磁偶極源並矢green函式計算傾斜線圈隨鑽電磁波電阻率測量儀器的回響，分析井眼相對傾角和接收線圈傾斜角對接收信號幅度比和相位差的影響，以及傳統儀器和新型儀器在垂直於儀器軸方向的回響曲線角峰的性質，從而更早地預測到地層邊界的存在。

截至2011年12月23日，儘管相關的各種隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置能夠測得不同探測深度的電阻率，但各種隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置存在如下缺點：首先，隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置採用的信號頻率太高，由於電磁波的傳播效應，所以其探測深度有限。其次，隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置的測量結果會受到地質因素的影響，尤其是圍岩的影響，因為裝置的測量結果並不僅限於接收線圈之間的地層區域，而且與發射線圈到接收線圈之間的整個地層參數有關，甚至於發射線圈周圍一個較小區域內的地層也會對測量結果產生影響，所以該測井裝置的縱向解析度在很大程度上依賴於整個裝置所處地層的電阻率。第三，由於隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置的線圈系是纏繞在鑽鋌表面的，所以其製作工藝非常複雜，而且在使用過程中線圈系極容易受到磨損而損壞，並且當井眼尺寸變化時，需要重新繞制線圈，維修檢測較為複雜，維護成本高。此外，與隨鑽側向電阻率測井裝置類似，隨鑽電磁波傳播電阻率測井裝置也不能工作在油基泥漿中。

隨鑽感應電阻率測井裝置利用電磁感應原理，當在發射線圈中施加幅度和頻率恆定的交流電時，在該線圈的周圍地層中感應出渦流，渦流本身又會形成二次交變電磁場，在二次交變電磁場作應下，接收線圈中產生感應電動勢，該電動勢大小與地層電導率有關，通過測量感應電動勢即可得到地層電阻率。

截至2011年12月23日，隨鑽感應電阻率測井裝置的線圈系採用一個發射線圈和兩個接收線圈，所述兩個接收線圈中的一個為主接收線圈，另一個為補償線圈，線圈系置於鑽鋌側面帶有反射層的V形槽內，測井回響對V形槽正面區域地層的電阻率變化敏感，因此具有定向測量的特點。隨鑽感應電阻率測井裝置由電池供電，在電池頂部裝有一個公扣連線頭，該公扣連線頭可與隨鑽感應電阻率測井裝置底部的母扣連線頭相接，用於向隨鑽感應電阻率測井裝置傳送實時數據，同一個感測器短節可適用於不同尺寸井眼的要求。

這種隨鑽感應電阻率測井裝置的優點是：其信號頻率為20千赫茲，大大低於高頻裝置的頻率，因此不易被地層吸收，探測深度深，測量範圍較大，可達到0.1-1000歐姆米，而且其結構設計簡單，一個感測器短節可適用於不同尺寸井眼的需要，維修檢測簡單，且適用不同類型的鑽井液。

然而，這種隨鑽感應電阻率測井裝置還存在如下缺點：由於該裝置採用由一個發射線圈和兩個接收線圈組成的、具有單一固定探測深度的線圈系，所以該測井裝置只能提供一個徑向探測深度的地層電阻率，不能用於解釋複雜侵入剖面和劃分滲透層。此外，對於滲透層而言，泥漿侵入使其電阻率在徑向上發生變化，由於在同一深度點只能得到一個徑向探測深度的電阻率值，因此隨鑽感應電阻率測井裝置不能用來解釋地層侵入狀況，無法確定地層受泥漿侵入的情況和儲層滲透性，不利於油氣層解釋，從而無法用來準確測量地層真電阻率。另外，對於不同類型的泥漿侵入以及不同徑向探測深度的電阻率而言，其油氣水層特徵是不同的，根據多條不同探測深度電阻率曲線受泥漿侵入影響程度的不同、以及在油氣水層中所表現出來的差異特徵可以識別油氣，所以多深度電阻率測量對於隨鑽測井裝置來說是非常重要的，然而截至2011年12月23日，這種隨鑽感應電阻率測井裝置卻無法達到這個要求，因為它的線圈系設計結構固定，每一種線圈系只能提供一種深度的電阻率，要得到不同探測深度的電阻率，就得用不同的線圈系進行多次測量，由此導致這種隨鑽感應電阻率測井方式在鑽井工程實際套用中是很難實現的。

綜上所述，無論是上述哪種隨鑽電阻率測井裝置，其都存在諸多缺陷，並且，上述各種隨鑽電阻率測井裝置都只致力於徑向探測深度的方法研究和計算，而並未提及或涉及到前向探測深度。然而，隨著各類隨鑽電阻率測井裝置的發射天線和接收天線的數量的不斷增多，發射頻率降低，前向深度探測對於鑽井工程而言變得越來越重要，因此，截至2011年12月23日，在鑽井測井領域中對於隨鑽前向探測方法的需求變得愈來愈迫切。

發明內容

專利目的

為了克服專利背景中的隨鑽電阻率測井技術所存在的一個或多個缺陷，《一種測井方法》提供了一種新的隨鑽測井方法，該方法在鑽井過程中不但能夠實時測量鑽井前向地層電阻率變化，還能夠分辨鑽進過程中前方不同的電阻率層界面特徵。

技術方案

根據專利目的的一個方面，提供了一種測井方法，其包括：（a）均質測量點選取步驟，在該步驟中，使測井裝置選取兩個連續測量點來進行至少兩次連續測量；（b）根據所述兩個連續測量點處的測量結果來確定所選取的所述兩個連續測量點是否均能作為均質地層可選點；如果是，則（c）根據兩個所述均質地層可選點來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值和相位差基值；（d）根據所述幅度比基值和相位差基值來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的幅度比標準值和相位差標準值；（e）根據所述幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測目的層的出層閾值；（f）繼續選取下一個測量點進行至少兩次測量；（g）判斷在當前測量點處、測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和/或相位差變化量是否大於所述出層閾值；（h）如果步驟（g）的判斷結果為是，則判定測井裝置軸向前方出現低阻地層。

相比較徑向深度探測而言，根據該發明的前向深度探測具有下列重要意義：首先，根據該發明的前向深度探測可有效地控制鑽井工程造斜段軌跡；公知的水平段測量地層通常是先假定水平層狀分布，當開始造斜時，電阻率測井裝置與這些水平層狀地層近乎垂直，因而徑向探測回響只能反映某個層面的測量地層的電阻率變化情況，而前向探測回響卻具有多個前向探測深度，其可反映不同的鑽井深度上的測量地層的電阻率變化，可以有效識別層邊界和油水觸面，調整造斜弧度使之準確平滑，進而保證造斜段鑽井質量。其次，當鑽井進入複雜的大斜度井或水平井段時，根據該發明的前向深度探測可對鑽井前端地層進行不同深度的前向探測，其比徑向探測方法更直接和準確，可預先判斷薄油層、複雜褶皺及互夾層，從而有效繞開斷層以及沿高dip儲層長距離鑽進，獲得最高油氣有效鑽遇率。

改善效果

根據該發明的測井方法可以在鑽井過程中實時地測量地層的電阻率變化率的變化特徵，實時分辨地層界面及油水界面，捕捉進入油氣儲集層的最佳時機，並且在高地層傾角及各向異性地層水平井中，能夠較長距離地預測鑽頭前方地質信息並及時調整井眼軌跡，控制鑽具穿行在油藏最佳位置，從而獲得最大觸油麵，非常適合於在石油工程中進行地質導向。

附圖說明

圖1示出了根據該發明優選實施例的一種測井裝置；

圖2示出了根據該發明的測井方法所採用的二層地層模型圖；

圖3示出了電阻率對比度為10/1地層幅度衰減回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖4示出了電阻率對比度為10/1地層相位移回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖5示出了電阻率對比度為50/1地層幅度衰減回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖6示出了電阻率對比度為50/1地層相位移回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖7示出了電阻率對比度為200/1地層幅度衰減回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖8示出了電阻率對比度為200/1地層相位移回響隨地層界面位置的變化關係圖；

圖9示出了根據該發明優選實施例的測井裝置中的天線系T2-R1-R2在2兆赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本徵值的對照表；

圖10示出了根據該發明優選實施例的測井裝置中的天線系T2-R1-R2在400千赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本徵值的對照表；

圖11示出了根據該發明優選實施例的測井裝置中的天線系T1-R1-R2在2兆赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本徵值的對照表；

圖12示出了根據該發明優選實施例的測井裝置中的天線系T1-R1-R2在400千赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位移轉換的本徵值的對照表；

圖13示出了根據該發明優選實施例的隨鑽測井方法的流程圖；

圖14示出了根據該發明優選實施例的用於實現該發明的測井方法的測井數據處理設備的方框圖。

技術領域

《一種測井方法》涉及測井技術領域，更具體地，該發明涉及鑽井行業的隨鑽測量技術領域，特別是，該發明涉及一種在鑽井工程中用於地質導向的測井方法。

權利要求

1、一種測井方法，其包括：（a）均質測量點選取步驟，在該步驟中，使測井裝置選取兩個連續測量點來進行至少兩次連續測量；（b）根據所述兩個連續測量點處的測量結果來確定所選取的所述兩個連續測量點是否均能作為均質地層可選點；如果是，則（c）根據兩個所述均質地層可選點來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值和相位差基值；（d）根據所述幅度比基值和相位差基值來確定與所測目的層的地層電阻率相對應的幅度比標準值和相位差標準值；（e）根據所述幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測目的層的出層閾值；（f）繼續選取下一個測量點進行至少兩次測量；（g）判斷在當前測量點處、測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和/或相位差變化量是否大於所述出層閾值；（h）如果步驟（g）的判斷結果為是，則判定測井裝置前方出現低阻地層。

2、如權利要求1所述的測井方法，其特徵在於，所述步驟（b）進一步包括：如果任何一個所選取的測量點不能作為均質地層可選點，則返回步驟（a）以重新選取連續測量點。

3、如權利要求1所述的測井方法，其特徵在於，所述步驟（b）進一步包括：如果在所選取的測量點之一處、在所述測井裝置的一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量和相位差變化量在其各自的預定閾值範圍內，則將該測量點作為均質地層可選點。

4、如權利要求1所述的測井方法，其特徵在於，所述步驟（c）進一步包括：將在所述兩個均質地層可選點處所測得的所述一對接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值或均方根和相位差的平均值或均方根分別作為所述幅度比基值和相位差基值。

5、如權利要求4所述的測井方法，其特徵在於，在所述步驟（c）中，通過磁偶極源並矢格林函式來計算得到所述兩個均質地層可選點處的相應地層電阻率、幅度比和/或相位差。

6、如權利要求1所述的測井方法，其特徵在於，所述步驟（d）進一步包括：將所述幅度比基值和相位差基值與預定的各種類型地層的相應本徵值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最接近的那一種類型的地層的本徵值作為與所測目的層的地層電阻率對應的所述幅度比標準值和相位差標準值。

7、如權利要求1所述的測井方法，其特徵在於，所述測井方法還包括：步驟（i），當步驟（g）的判斷結果為否時，存儲當前測量點處的幅度比變化量和相位差變化量，判斷是否到了預定的第n個測量點，如果否，則返回步驟（f），其中所述n為大於4的自然數。

8、如權利要求7所述的測井方法，其特徵在於，所述測井方法還包括：步驟（j），當所述步驟（i）判斷當前測量點為所述預定的第n個測量點時，則根據之前存儲的各測量點處的幅度比變化量和相位差變化量來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢。

9、如權利要求8所述的測井方法，其特徵在於，所述測井方法還包括：步驟（k），如果所述幅度比變化趨勢和所述相位差變化趨勢為從第3個測量點到第n個測量點、所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增或總體同向遞增，則判定所述測井裝置的前方出現低阻地層；否則，如果既非同向遞增也非總體同向遞增，則判定所述測井裝置的前方並未出現低阻地層。

10、如權利要求9所述的測井方法，其特徵在於，所述測井方法還包括：採用索末菲爾德積分計算前方低阻地層到所述測井裝置的距離。

實施方式

圖1示出了根據《一種測井方法》優選實施例的一種測井裝置——電磁波傳播電阻率探測裝置，其包括鑽鋌本體12、天線陣列7-11、13-15、內部電子線路（圖中未示出）以及用於耦合各部件的固化密封件。如圖1中所示，鑽鋌本體12在該實施例中優選地由一根圓柱形且內有軸向貫通孔的不鏽鋼材料製成，該鑽鋌本體12的外表面上優選地刻有多個優選為環形或橢環形的凹槽，該凹槽用於安裝發射天線或接收天線。

在圖1所示出的優選實施例中，天線陣列包括4個發射天線T1（如附圖示記11所示）、T2（如附圖示記14所示）、T3（如附圖示記13所示）和T4（如附圖示記15所示），以及4個接收天線R1（如附圖示記7所示）、R2（如附圖示記8所示）、R3（如附圖示記9所示）和R4（如附圖示記10所示）。

如圖1所示，發射天線和接收天線從圖1的左側至圖1的右側（即為從鑽挺本體12的鑽挺尾端到鑽頭端）的排列順序優選為：接收天線R3、發射天線T3、發射天線T1、接收天線R1、接收天線R2、發射天線T2、發射天線T4、和接收天線R4。其中，在該優選實施例中，接收天線R1和R2之間的中點為測量點，發射天線T1、T2、T3和T4優選地分別以該測量點為中心對稱地安裝。接收天線R1和R2優選地是安裝角均為零的接收天線對，而接收天線R3和R4為另一對以所述測量點為對稱中心的接收天線對，如圖1所示，該接收天線R3和R4優選地位於鑽鋌的兩端。該接收天線R3和R4的安裝角可以任意設定，在該實施例中其被優選地（但不僅限於）設定為45度和-45度。

對於任何一個發射天線與一對接收天線對（例如發射天線T1與接收天線R1和R2）而言，當發射天線被激發時，電磁信號通過周圍地層及鑽鋌本體傳播，經過地層反射及透射而在接收天線上產生電磁感應信號，該電磁感應信號經由接收天線進行信號採集，然後經由內部電子線路進行放大、濾波等信號處理，最後轉化為傳播地層的電阻率的函式。當該測井裝置（在該實施例中為電磁波傳播電阻率探測裝置）在井下運行時，如果該裝置前方的地層電參數（例如地層電阻率對比度）不變，則就意味著沒有層邊界出現，此時反射到接收天線上的電磁信號就會不變，而如果該裝置前方的地層電參數改變，則就意味著有層邊界出現，此時反射到接收天線上的電磁信號將產生改變，從而產生一個信號差，不斷地對這個信號差進行採集計算，則可獲得前向探測的距離。

根據該發明的測井裝置（在該實施例中為電磁波傳播電阻率探測裝置）中的任意一個發射天線和任一組接收天線對的組合都可以產生一條前向探測曲線，通過對所有的前向探測曲線進行比較及處理，可以消除環境影響（例如井眼影響）和測量誤差，從而可以提高測井裝置的前向探測精度。

下面，將結合附圖來詳細描述根據該發明另一優選實施例的一種特定的隨鑽測井方法。

如圖13所示，根據該發明優選實施例的測井方法——電磁波傳播電阻率前向探測方法，包括如下步驟：

在步驟1301中，將隨鑽測井裝置（優選地例如圖1所示的電磁波傳播電阻率前向探測裝置）放置到某深度位置處的高阻目的層中，在測井裝置持續鑽進時該測井裝置進行連續探測，其探測方向與該測井裝置（優選地為圖1所示的電磁波傳播電阻率前向探測裝置）的軸向移動方向一致。

在步驟1302中，選取兩個連續測量點（例如第一測量點和第二測量點），在每個測量點處進行至少兩次連續測量。

在步驟1303中，如果在第一測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD在其各自的預定閾值範圍（例如：預定幅度比變化量閾值範圍可以為0-0.03dB或其他預定範圍，預定相位差變化量閾值範圍為0º-0.1º或其他預定範圍）內，則將該第一測量點作為第一均質地層可選點保存。

在步驟1304中，如果在第二測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD都在所述各自的預定閾值範圍內，則將該第二測量點作為第二均質地層可選點保存。

如果在步驟1303和1304中經判斷沒有找到符合上述條件的兩個均質地層可選點，則返回步驟1302，繼續進行隨鑽測量，依此類推，直到找到符合條件的兩個均質地層可選點為止。

當經由步驟1303和1304找到了第一和第二均質地層可選點之後，在步驟1305中，將上述第一和第二均質地層可選點處所測得的所述第一接收線圈與所述第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值(即，在這兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個幅度比的平均值)或均方根和相位差的平均值（在兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個相位差的平均值）或均方根分別作為與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值Att0和相位差基值PSD0。

接下來，在步驟1306中，確定並存儲與所測高阻目的層的地層電阻率對應的所述幅度比和相位差的標準值，即：將與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的上述幅度比基值ΔAtt和相位差基值PSD0與各種地層的相應預定本徵值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最為接近的那一種類型的地層的本徵值作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值，存儲所述幅度比標準值和相位差標準值。

可選地，在步驟1307中，根據與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測高阻目的層的出層閾值。具體而言，當測井裝置靠近低阻邊界時，會造成所述測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比和相位差的變化，測井裝置越靠近低阻邊界，所述實測的幅度比相對於幅度比的標準值的變化量（即差值）、以及所述實測的相位差相對於相位差的標準值的變化量（即差值）就越大，當該幅度比變化量和相位差變化量達到或超過預定數值時，通常認為測井裝置的前方出現低阻地層。所述預定數值即為該文所述的出層閾值。需要注意的是，該出層閾值對於不同的測量地層可以由該領域技術人員根據實際測量地層的特徵及測量情況設定為不同的預定數值，一般可通過當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度來加以確定，優選地，無論當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度如何，均可以將出層閾值設為幅度比標準值或相位差標準值的1%-30%；進一步優選地，當所述電阻率對比度為1/10時，可以優選地將出層閾值設為所述幅度比標準值或相位差標準值的10%。上述出層閾值的確定方式以及數值僅是示例性的，並不應當構成對該發明保護範圍的限制，該領域技術人員可以根據實際情況通過其他方式選擇合適的數值。

如圖所示，在步驟1308中，繼續選取下一個測量點，在下一個測量點處進行至少兩次測量，計算在該測量點處沿測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD。

在步驟1309中，判斷步驟1308中所計算的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD是否大於出層閾值；如果大於，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；如果不大於，則存儲當前的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD，之後判斷是否到了預定的第n個測量點，如果否，則返回步驟1308，繼續進行下一測量點的選取及幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD的計算，如果是到了預定的第n個測量點，則進入到步驟1310。需要注意的是，此處的n根據地層的特徵及測量的速度由技術人員根據實際情況來選擇，例如，如果對於較軟的地層（比如說瀕海地區中的砂岩），則n的取值可以相對小一些，而對於較硬的地層（比如說頁岩），則n的取值可以相對大一些，通常，對於普通地層而言，n優選地可選為20-30，但該發明絕不限制與此，其可以是其他適合的取值。

在步驟1310中，根據之前所存儲的各測量點處的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢；

如果所述變化趨勢為從第三個測量點到第n個測量點，所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增（即第m+1個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量分別比第m個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量大，所述m=1，2，…，n-1），則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；否則如果所述變化趨勢總體為同向遞增，則也判定為所述測井裝置的前方為低阻地層；該文所述的總體同向遞增是指：雖然所述變化趨勢中間有起伏（也就是說，在某測量點處的幅度比變化量和相位差變化量相對於前一測量點處的幅度比變化量和相位差變化量而言有所減小），但是例如至少70%的測量點保持著同向遞增的趨勢，該百分比也是由技術人員根據實際測量情況來預先設定的，所述70%僅為示例性的，並不構成對該發明保護範圍的限制。如果所述變化趨勢既未同向遞增，又未總體同向遞增，則判定所述測井裝置的前方沒有出現低阻地層。

根據該發明的另一優選實施例，在上述步驟1305中所述的基值確定過程中，可以通過磁偶極源並矢格林函式來計算得到第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。作為示例，圖9－12示出了幾種示例性的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差的本徵值對照表，該本徵值對照表中的相應物理量通過磁偶極源並矢格林函式來計算得到。其中，圖9示出了根據該發明優選實施例的測井裝置天線對T2-R1-R2在2兆赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本徵值的對照表；圖10示出了根據該發明優選實施例的測井裝置天線對T2-R1-R2在400千赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本徵值的對照表；圖11示出了根據該發明優選實施例的測井裝置天線對T1-R1-R2在2兆赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本徵值的對照表；圖12示出了根據該發明優選實施例的測井裝置天線對T1-R1-R2在400千赫茲的發射頻率下的各種測量地層電阻率與幅度比和相位差轉換的本徵值的對照表。

此外，根據該發明的再一優選實施例，所述測井方法還優選地包括採用索末菲爾德積分計算前方低阻地層到測井裝置（例如根據該發明的電磁波傳播電阻率前向探測裝置）的距離。

該申請的圖2示出了優選地採用根據該發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置進行前向探測的測井方法所用到的二層地層模型圖。

如圖2中所示，各附圖示記分別表示：1：地層1；2：地層2；3：地層1和地層2間的層界面；4：電磁波傳播電阻率前向探測裝置的心軸線；5：電磁波傳播電阻率前向探測裝置的測量點；6：電磁波傳播電阻率前向探測裝置的測量點到地層1和地層2間的層界面3的距離；7：安裝角為零的接收天線R1；8：安裝角優選為零度的接收天線R2；9：安裝角優選為45度的接收天線R3；10：安裝角優選為-45度的接收天線R4；11、安裝角優選為零度的發射天線T1。根據該二層地層模型，所述電磁波傳播電阻率前向探測裝置被設定在地層1中並且垂直於地層1和地層2的界面，通過改變地層界面3到裝置中心點的距離即可獲得在不同電阻率對比度的地層中幅度衰減和相位移的變化。

圖3至圖8示出的是根據該發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置的不同發射-接收天線對在採用不同頻率時在不同的電阻率對比度地層的幅度衰減回響或相位移回響隨地層界面位置的變化關係圖。圖3-圖8中的橫坐標表示從地層界面3到裝置中心點的距離，縱坐標表示線圈系在二層地層中與在以地層1的電參數為電阻率的均質地層中的回響的差值。

假設根據該發明優選實施例的電磁波傳播電阻率前向探測裝置的幅度衰減閾值為0.02dB、相位移的閾值為0.1度(如圖3-圖8中的橫線所示)，則由圖3至圖8可得到該探測裝置中的各天線對在不同電阻率對比度地層中的垂向探測深度。

例如，在10/1電阻率對比度地層中，若發射-接收天線對的頻率為2兆赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為41英寸和26英寸，32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為56英寸和37英寸；如果發射-接收天線對的頻率為400千赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為43英寸和35英寸，32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為67英寸和48英寸。

在50/1電阻率對比度地層中，若所述頻率取2兆赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為55英寸和35英寸、32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為77英寸和46英寸；若所述頻率取400千赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為49英寸和44英寸，32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為82英寸和62英寸。

在200/1電阻率對比度地層中，若所述頻率取2兆赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為61英寸和43英寸、32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為92英寸和57英寸；若所述頻率取400千赫茲，則16/22英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為50英寸和47英寸，32/38英寸天線對的幅度衰減和相位移的垂向探測深度分別為87英寸和71英寸。

由圖3至圖8可以看出，隨著地層電阻率對比度的增加，幅度衰減回響或相位移回響隨地層界面位置的變化更加平緩。隨著地層電阻率對比度和天線對線圈距的增加，所述探測裝置的垂向探測深度增大。在相同電阻率對比度地層中，同一天線對幅度衰減曲線的垂向探測深度大於相位移曲線的垂向探測深度。

在鑽井裝置向前鑽進的過程中，通過根據該發明的設定在鑽井裝置中的所述隨鑽測井裝置實時測量上述幅度衰減或相位移信號的變化可以確定地層界面或油水界面的存在，從而控制鑽具穿行在油藏的最佳位置。如果在鑽井裝置向前鑽進的過程中所述隨鑽測井裝置沒有出現上述幅度衰減或相位移信號的變化，即隨鑽測井裝置的幅度衰減或相位移信號的讀數基本為一定值，則表示無低阻地層存在；若在鑽井裝置向前鑽進的過程中上述幅度衰減或相位移信號的讀數不為一定值，則表示鑽井裝置前方出現了低阻地層，需及時調整井眼軌跡以避免鑽入低阻地層，從而使鑽井裝置始終位於高阻含油目的層段，進而實現地層界面的鑽前預測和精確地質導向。

需要指出的是，該發明雖然參照石油鑽井來描述了優選實施例，但是該發明的測井裝置及測井方法並不僅限於石油鑽井領域，還廣泛地適用於採煤、採礦等其他鑽井行業中。

下面，該說明書將進一步描述用於實現根據該發明優選實施例的所述測井方法的數據處理設備。

如圖14所示，根據該發明的數據處理設備優選地包括：第一、第二測量點選取裝置1400、第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401、第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402、第一均質地層可選點判定裝置1403、第二均質地層可選點判定裝置1404、存儲裝置1405、基值確定裝置1406、標準值確定裝置1407、出層閾值設定裝置1408、第三－第n測量點選取及計算裝置1409以及低阻地層判定裝置1410。

其中，所述第一、第二測量點選取裝置1400選取兩個連續測量點（即第一測量點和第二測量點），並指示測井裝置在每個所選取的測量點處進行至少兩次連續測量。所述第一、第二測量點選取裝置1400分別耦合到所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401和第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402。所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401用於計算在所述第一、第二測量點選取裝置1400所選取的第一測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD；所述第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402用於計算在所述第一、第二測量點選取裝置1400所選取的第二測量點處、在所述至少兩次連續測量中沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD；所述第一均質地層可選點判定裝置1403耦合至所述第一幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1401，且用於判斷在第一測量點處、沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD是否在其各自的預定閾值範圍內，如果是，則將該第一測量點作為第一均質地層可選點保存在存儲裝置1405中。如果否，則指示所述第一、第二測量點選取裝置1400重新選取測量點。優選地，上述預定幅度比變化量閾值範圍可以為0-0.03dB或其他預定範圍，預定相位差變化量閾值範圍為0º-0.1º或其他預定範圍。

所述第二均質地層可選點判定裝置1404耦合至所述第二幅度比變化量和相位差變化量計算裝置1402，且用於判斷在第二測量點處、沿測井裝置軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD是否在其各自的預定閾值範圍內，如果是，則將該第二測量點作為第二均質地層可選點保存在存儲裝置1405中。如果否，則指示所述第一、第二測量點選取裝置1400重新選取測量點。

所述基值確定裝置1406耦合至存儲裝置1405，且用於確定與所測高阻目的層的地層電阻率相對應的所述測井裝置的感應信號的幅度比基值Att0和相位差基值PSD0。根據優選實施例，基值確定裝置1406將存儲裝置1405中所存儲的上述第一和第二均質地層可選點處所測得的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比的平均值(在這兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個幅度比的平均值)或均方根和相位差的平均值（在兩個均質地層可選點處所進行的各次測量得到的多個相位差的平均值）或均方根分別作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比基值Att0和相位差基值PSD0。

優選地，所述基值確定裝置1406通過磁偶極源並矢格林函式來計算得到所述第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。要指出的是，所述基值確定裝置1406還可以採用其他已有函式或算法來計算得到所述第一和第二均質地層可選點的地層電阻率、幅度比和相位差。

所述標準值確定裝置1407耦合至所述基值確定裝置1406和存儲裝置1405，並用於確定並存儲與所測高阻目的層的地層電阻率對應的所述幅度比和相位差的標準值。根據優選實施例，所述標準值確定裝置1407用於將與所測高阻目的層的地層電阻率對應的上述幅度比基值Att0和相位差基值PSD0與各種地層的相應預定本徵值進行比較，選取與所述幅度比基值和相位差基值最為接近的那一種類型的地層的本徵值作為與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值，並將所述幅度比標準值和相位差標準值存儲在存儲裝置1405中。

所述出層閾值設定裝置1408耦合至所述標準值確定裝置1407和存儲裝置1405，並用於設定所測高阻目的層的出層閾值。根據優選實施例，所述出層閾值設定裝置1408根據與所測高阻目的層的地層電阻率對應的幅度比標準值和相位差標準值來設定所述所測高阻目的層的出層閾值，之後優選地將所述出層閾值存儲在所述存儲裝置1405中。

具體而言，當測井裝置靠近低阻邊界時，會造成所述測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比和相位差的變化，測井裝置越靠近低阻邊界，所述實測的幅度比相對於幅度比的標準值的變化量（即差值）、以及所述實測的相位差相對於相位差的標準值的變化量（即差值）就越大，當該幅度比變化量和相位差變化量達到或超過預定數值時，通常認為測井裝置的前方出現低阻地層。所述預定數值即為該文所述的出層閾值。如前所述，該出層閾值對於不同的測量地層可以由該領域技術人員根據實際測量地層的特徵及測量情況設定為不同的預定數值，一般可通過當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度來加以確定，優選地，無論當前所測地層及前方地層這兩種地層的電阻率對比度如何，均可以將出層閾值設為幅度比標準值或相位差標準值的1%-30%；進一步優選地，當所述電阻率對比度為1/10時，可以優選地將出層閾值設為所述幅度比標準值或相位差標準值的10%。上述出層閾值的確定方式以及數值僅是示例性的，並不應當構成對該發明保護範圍的限制，該領域技術人員可以根據實際情況通過其他方式選擇合適的數值。

所述第三－第n測量點選取及計算裝置1409用於繼續選取下一個測量點，在下一個測量點處進行至少兩次測量，計算在該測量點處沿測井裝置的軸向方向的第一接收線圈與第二接收線圈之間的感應電動勢的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD。

所述低阻地層判定裝置1410分別耦合至存儲裝置1405、出層閾值設定裝置1408以及所述第三－第n測量點選取及計算裝置1409。

根據優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410包括出層閾值判定單元14101，其用於判斷所述第三－第n測量點選取及計算裝置1409中所計算的當前測量點的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD是否大於出層閾值；如果大於，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層；如果不大於，則優選地將當前測量點的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD存儲在存儲裝置1405中。

根據另一優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括測量點數目判定單元14102和幅度比及相位差變化趨勢判定單元14103。

所述測量點數目判定單元14102用於在所述出層閾值判定單元14101判斷當前測量點的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD不大於出層閾值時，判斷當前測量點是否已達到預定的第n個測量點，如果否，則指示所述第三－第n測量點選取及計算裝置1409繼續進行下一測量點的選取及幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD的計算；反之，如果當前測量點為預定的第n個測量點，則指示幅度比及相位差變化趨勢確定單元14103來根據之前所存儲的各測量點（即第3、4、5…n個測量點）處的幅度比變化量ΔAtt和相位差變化量ΔPSD來確定幅度比變化趨勢和相位差變化趨勢。

如前所述，此處的n根據地層的特徵及測量的速度由技術人員根據實際情況來選擇，例如，如果對於較軟的地層（比如說瀕海地區的砂岩），則n的取值可以相對小一些，而對於較硬的地層（比如說頁岩），則n的取值可以相對大一些，通常，對於普通地層而言，n優選地可選為20-30，但該發明絕不限制與此，其可以是其他適合的取值。

根據再一優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括同向遞增變化趨勢判定單元14104，所述同向遞增變化趨勢判定單元14104用於判斷由所述幅度比及相位差變化趨勢確定單元14103確定的所述變化趨勢是否為從第三個測量點到第n個測量點，所述幅度比變化量和相位差變化量保持同向遞增（即第m+1個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量分別比第m個測量點處的幅度比變化量和相位差變化量大，所述m=1，2，…，n-1），如果是，則判定所述測井裝置的前方為低阻地層。

根據又一優選實施例，所述低阻地層判定裝置1410還包括總體同向遞增變化趨勢判定單元14105，其用於在判定單元14104的判定結果為否的時候判斷所述變化趨勢是否總體為同向遞增，如果是，則判定為所述測井裝置的前方為低阻地層；如果否，則判定所述測井裝置的前方沒有出現低阻地層。如前所述，此處的總體同向遞增是指：雖然所述變化趨勢中間有起伏（也就是說，在某測量點處的幅度比變化量和相位差變化量相對於前一測量點處的幅度比變化量和相位差變化量而言有所減小），但是例如至少70%的測量點保持著同向遞增的趨勢，該百分比也是由技術人員根據實際測量情況來預先設定的，所述70%僅為示例性的，並不構成對該發明保護範圍的限制。

請注意，可以以硬體、軟體、固件或其組合來實現該優選實施例。在（一個或多個）各種實施例中，以存儲在存儲器中並由適當的指令執行系統執行的軟體或固件來實現設備組件。如果以硬體實現，如在某些實施例中，則可以用在該領域中全部眾所周知的任何以下技術或其組合來實現設備組件：具有用於對數據信號實現邏輯功能的邏輯門的（一個或多個）離散邏輯電路、具有適當組合邏輯門的專用積體電路（ASIC）、（一個或多個）可程式門陣列（PGA）、現場可程式門陣列（FPGA）等。

軟體組件可以包括用於實現邏輯功能的可執行指令的有序列表，可以體現在任何計算機可讀介質中以供指令執行系統、裝置或設備使用或與之相結合地使用，所述指令執行系統、裝置或設備諸如為基於計算機的系統、包含處理器的系統、或能夠從指令執行系統、裝置或設備獲取指令並執行該指令的其它系統。另外，該公開的範圍包括在在硬體或軟體構造的介質中體現的邏輯中體現一個或多個實施例的功能。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種測井方法》獲得第二十二屆中國專利銀獎。