基于积分计算的随钻方位伽马正演方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种新的基于积分计算的随钻方位伽马正演方法，该方法能够快速准确的进行随钻方位伽马正演模拟，正演方法考虑了不同地层的放射性参数差别、地层衰减系数差别，研究了随钻方位伽马测井仪中屏蔽层对伽马探测器接收到的伽马射线范围的影响，只对探测范围内的伽马射线进行统计。根据用户设置地层构造情况，正演获得随钻方位伽马数据的先验模型，指导地质导向钻井。可以根据方位伽马正演算法模拟钻头钻遇不同地层时的方位伽马图像响应特征，方便用户根据图像特征准确及时获得地下情况。

Gamma forward method, device and equipment for azimuth while drilling based on integral calculation

The invention discloses a new azimuth-while-drilling gamma forward modeling method based on integral calculation, which can quickly and accurately simulate azimuth-while-drilling gamma forward modeling. The forward modeling method takes into account the differences of radioactive parameters and formation attenuation coefficients in different formations, and studies the influence of shielding layer in azimuth-while-drilling gamma logging tool on gamma ray range received by gamma detector. Only gamma rays within the detection range are counted. According to the formation structure set by the user, the prior model of azimuth Gamma data while drilling is obtained to guide the geological steering drilling. The azimuth gamma forward algorithm can be used to simulate the response characteristics of azimuth gamma image when drilling in different strata, so that users can get the underground situation accurately and timely according to the image characteristics.

【技术实现步骤摘要】
基于积分计算的随钻方位伽马正演方法、装置及设备
本专利技术涉及随钻数据处理
，尤其涉及一种基于积分计算的随钻方位伽马正演方法、装置及设备。
技术介绍
地质导向是目前开发复杂油藏、薄油藏的主要方法。地质导向通过实时上传钻井过程中的工程和地质参数，实时分析得到钻进轨迹和钻遇地质信息。自然伽马测井是地质导向的重要参考数据之一，可以根据方位测井数据划分地质层位，确定砂岩泥质含量和定性判断岩层渗透率。利用方位伽马正演，研究不同地质构造下的方位伽马图像响应特征并建立经验模型，可以为地质导向钻井提供理论依据。目前随钻方位伽马正演的方法主要有蒙特卡洛方法、面积比例方法、积分计算方法等三种方法。蒙特卡洛方法是一种统计模拟方法，该方法是最为精确的，但是该方法计算量较大，效率低，在测井响应影响因素分析和测井仪器优化设计方面具有较好的效果，在实时地质导向中难以满足实时更新需求并在短时间内提供决策。面积比例的方法是根据接收射线的面积范围在不同地层中的面积比例计算的，该方法计算简单、计算速度快，但是伽马射线在地层中传播会产生衰减，并且不同的地层的衰减程度不同，该方法没有考虑到伽马射线的衰减问题。积分计算方法是根据伽马射线探测原理实现的，该方法模拟方位伽马计数器的计数原理，考虑伽马计数器接收伽马射线的范围以及伽马射线在不同地层中的衰减系数，利用积分算法模拟方位伽马探测器所在位置的接收到的伽马射线通量，是一种比较快速准确的方位伽马正演算法。实现方位伽马快速正演的关键点在于分析地层与模拟方位伽马探测器探测范围处于不同的相对位置时的伽马射线通量积分计算过程。例如文献1：邵才瑞,曹先军,陈国兴,等.随钻伽马测井快速正演算法及地质导向应用[J].地球物理学报,2013,56(11):3932-3942.中进行了自然伽马正演模型的计算，文中分析了水平层以及非常规地层中地层与无屏蔽层下的球形自然伽马探测范围相交于不同位置的几种物理模型，并建立了正演计算模型，详细介绍了计算公式。最后介绍了在数值地层模型下的模拟效果以及在实际生产中的应用实例。例如文献2：QinZ,PanH,WangZ,etal.AFastForwardAlgorithmforReal-timeGeosteeringofAzimuthalGamma-rayLogging[J].AppliedRadiation&Isotopes(S0969-8043),2017,123(2):114-120.分析了地层介质的数值模型和方位伽马探测仪的数值模型，考虑到了与自然伽马探测仪相比，方位伽马探测仪的探测器背后具有屏蔽层，分析了屏蔽层下探测范围与地层位置相交的两种简单物理模型，得到了上下两方位伽马的正演模拟计算公式。自然伽马正演中，模拟伽马探测器探测范围是球形范围，积分过程较为简单。方位伽马探测器背面设有屏蔽层，屏蔽层的存在使得伽马探测器只能接收到来自一面的伽马射线，模拟探测范围变成了锥体和弓形的组合体，加之地层与探测范围相交的相交方向具有不规则性，加大了积分计算的难度。
技术实现思路
本专利技术目的：在已有的随钻方位伽马正演算法的基础上，提出了一种基于积分技术的随钻方位伽马正演算法，该方法基于随钻方位伽马探测仪的基本探测原理，建立了随钻方位伽马探测仪的数值模拟模型，分析了随钻方位伽马探测器探测范围与地层相交于不同相对位置的物理模型，将笛卡尔坐标与球坐标下的积分过程相结合，建立了不同物理模型下的随钻方位伽马正演算法计算模型。本专利技术申请提供一种基于积分计算的随钻方位伽马正演算法，包括以下步骤：步骤S1：建立方位伽马正演模拟探测模型，根据正演所用方位伽马探测器的仪器参数设定正演过程所需仪器参数，根据地震资料以及地质信息设定地层放射性参数等相关信息；步骤S2：从井轨迹起始点开始，根据井轨迹和测距计算采样点；步骤S3：根据积分计算中心与地层分界面的位置关系，以及所述地层分界面与积分计算区域中垂线夹角判断所述积分计算区域与所述地层分界面的相对位置物理模型，根据所述相对位置物理模型选择积分计算模型；步骤S4：根据积分计算公式和预设参数，自动计算每个模拟探测点的伽马射线积分通量，形成方位伽马正演数据；步骤S5：根据所述方位伽马正演数据进行曲线绘制和伽马成像，获取到该地质构造下的随钻方位伽马先验模型。进一步的，步骤S1具体为：根据所需随钻方位伽马探测仪方位数目要求与随钻方位伽马探测器的分布，建立随钻方位伽马探测仪数值模拟模型，根据方位伽马探测仪开槽角度等基本仪器参数，设定模拟方位伽马探测器探测范围锥体顶角设定伽马探测器的探测深度r0、方位伽马测量步长S、探测器距离钻头中心径向距离D。根据需要模拟的地层地质构造参数建立简化的地层计算模型，定义不相交平面为不同地层之间的分界面，平面与平面之间为地层，为地层设置随钻方位伽马计算所需的参数：地层放射性参数、地层密度、射线吸收系数。将井轨迹简化为支线，根据设计井轨迹与地层面的倾角关系设置地层分界平面倾角；进一步的，步骤S2具体为：选取井轨迹起始端一点作为测量起始点，另一端一点为测量终点。从起始点开始，每移动固定步长S作为采样点，以采样点为圆心，井轨迹方向向量为法向量，探测器与钻头中心径向距离D为半径做平面圆。计算圆上的八等分点为八方位的方位伽马模拟探测点，即积分计算中心。如果计算16方位的方位伽马模拟探测点，即计算十六等分点；进一步的，步骤S3具体为：由于方位伽马屏蔽层的存在，方位伽马探测范围为锥体与弓形的组合体，锥体的顶角为开槽角度。以等分点与采样点的连线作为该积分区域的中垂线方向，分析积分区域与地层分界面的位置关系，选择对应相对位置的积分计算模型，计算此点接收到的伽马射线通量，即为该方位的随钻方位伽马数据。八个方位的积分值即为该高度上的方位伽马正演数值；进一步的，步骤S3具体还包括：步骤S31：分析积分区域与地层分界面的位置关系，积分区域为半径为探测深度r0的球体上以为顶角截取的锥体和弓形的组合体，锥体的中垂线因方位不同指向不同方向，利用该特点判断积分区域与地层面的位置关系。步骤S32：计算积分中心O与地层面的最短距离d，计算积分区域中垂线与地层面的夹角根据距离和夹角判断积分区域与地层面相对位置的物理模型。步骤S33：首先将地层面与积分区域的位置关系主要分为两种，第一种是地层面与积分区域不相交，该情况下积分区域无需变换，直接计算，二种是地层面与积分区域有相交，根据地层面与积分区域相交的位置不同又可细分为地层面仅与锥体相交、地层面仅与弓形相交、地层面与锥体和弓形同时相交。步骤S34：根据地层面与积分区域相交的位置关系，选择对应位置模型下的计算模型进行计算。第二方面，本专利技术申请还提供一种基于积分计算的随钻方位伽马正演装置，该装置包括：探测模型建立模块：用于建立方位伽马正演模拟探测模型，根据正演所用方位伽马探测器的仪器参数设定正演过程所需仪器参数，根据地震资料以及地质信息设定地层放射性参数等相关信息；采样点计算模块：用于从井轨迹起始点开始，根据井轨迹和测距计算采样点；计算模型选择模块：用于根据积分计算中心与地层分界面的位置关系，以及所述地层分界面与积分计算区域中垂线夹角判断所述积分计算区域与所述地层分界面的相对位置物理模型，根据所述相对位置物理模型选择积分计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于积分计算的随钻方位伽马正演方法，其特征在于，所述伽马正演方法包括：步骤S1：建立方位伽马正演模拟探测模型，根据正演所用方位伽马探测器的仪器参数设定正演过程所需仪器参数，根据地震资料以及地质信息设定地层放射性参数等相关信息；步骤S2：从井轨迹起始点开始，根据井轨迹和测距计算采样点；步骤S3：根据积分计算中心与地层分界面的位置关系，以及所述地层分界面与积分计算区域中垂线夹角判断所述积分计算区域与所述地层分界面的相对位置物理模型，根据所述相对位置物理模型选择积分计算模型；步骤S4：根据积分计算公式和预设参数，自动计算每个模拟探测点的伽马射线积分通量，形成方位伽马正演数据；步骤S5：根据所述方位伽马正演数据进行曲线绘制和伽马成像，获取到该地质构造下的随钻方位伽马先验模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于积分计算的随钻方位伽马正演方法，其特征在于，所述伽马正演方法包括：步骤S1：建立方位伽马正演模拟探测模型，根据正演所用方位伽马探测器的仪器参数设定正演过程所需仪器参数，根据地震资料以及地质信息设定地层放射性参数等相关信息；步骤S2：从井轨迹起始点开始，根据井轨迹和测距计算采样点；步骤S3：根据积分计算中心与地层分界面的位置关系，以及所述地层分界面与积分计算区域中垂线夹角判断所述积分计算区域与所述地层分界面的相对位置物理模型，根据所述相对位置物理模型选择积分计算模型；步骤S4：根据积分计算公式和预设参数，自动计算每个模拟探测点的伽马射线积分通量，形成方位伽马正演数据；步骤S5：根据所述方位伽马正演数据进行曲线绘制和伽马成像，获取到该地质构造下的随钻方位伽马先验模型。2.如权利要求1所述的伽马正演方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：根据所需随钻方位伽马探测仪方位数目要求与随钻方位伽马探测器的分布，建立所述随钻方位伽马探测仪数值模拟模型，根据所述随钻方位伽马探测仪开槽角度等基本仪器参数，设定模拟所述随钻方位伽马探测器探测范围锥体顶角φ2，设定所述伽马探测器的探测深度r0、方位伽马测量步长S、探测器距离钻头中心径向距离D，根据需要模拟的地层地质构造参数建立简化的地层计算模型，定义不相交平面为不同地层之间的分界面，平面与平面之间为地层，为地层设置所述随钻方位伽马计算所需的参数：地层放射性参数、地层密度、射线吸收系数，将所述井轨迹简化为支线，根据设计所述井轨迹与地层面的倾角关系设置地层分界平面倾角。3.如权利要求1所述的伽马正演方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S2：选取所述井轨迹起始端一点作为测量起始点，另一端一点为测量终点，从起始点开始，每移动固定步长S作为采样点，以采样点为圆心，所述井轨迹方向向量为法向量，所述伽马探测器与钻头中心径向距离D为半径做平面圆，计算圆上的八等分点为八方位的方位伽马模拟探测点，即积分计算中心，如果计算16方位的方位伽马模拟探测点，即计算十六等分点。4.如权利要求1所述的伽马正演方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：步骤S3：由于方位伽马屏蔽层的存在，方位伽马探测范围为锥体与弓形的组合体，锥体的顶角为开槽角度。以等分点与采样点的连线作为该积分区域的中垂线方向，分析积分区域与地层分界面的位置关系，选择对应相对位...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙岐峰，闫亚男，段友祥，任辉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37