一种多频谱地层边界远探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多频谱地层边界远探测方法及装置，采用缠绕多匝的方式绕制圆形结构的线圈，在一半的线圈上包裹铜箔，将包裹有铜箔的线圈置于地层中；旋转线圈一周，依据线圈的感应电动势幅值判断层界面的方位；发射不同频率的电磁波，线圈接收信号后依据不同频率的电磁波在介质中的衰减不同，通过测量感应电动势的幅值和相角实现层界面距离进行判断。本发明专利技术解决了传统圆形接收信号弱的问题以及传统半线圈只能采用单匝进行测量的问题，对随钻测井探测地层边界具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种多频谱地层边界远探测方法及装置
本专利技术属于电场测量
，具体涉及一种多频谱地层边界远探测方法及装置。
技术介绍
在测井行业中，随着测井技术的发展，传统的直井不能满足对地质勘探的需要，随钻测井的应用越来越广泛。随钻测井可超前探测地层电阻率，能实现对超前地层的评价，使得随钻测井仪器可以在地层中朝储层前进，由于随钻测井仪器对地层边界的探测性能不好，当仪器在储层内移动时，不能有效探测储层的边界信息，因此不能准确评估储层的大小，急需研发一种在随钻测井领域实现地层边界方位及距离的测量的仪器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多频谱地层边界远探测方法及装置，快速求解地层边界的方位及距离。本专利技术采用以下技术方案：一种多频谱地层边界远探测方法，包括以下步骤：S1、采用缠绕多匝的方式绕制圆形结构的线圈，在一半的线圈上包裹铜箔，将包裹有铜箔的线圈置于地层中；S2、旋转线圈一周，依据线圈的感应电动势幅值判断层界面的方位；S3、发射不同频率的电磁波，线圈接收信号后依据不同频率的电磁波在介质中的衰减不同，通过测量感应电动势的幅值和相角实现层界面距离进行判断。具体的，步骤S2中，线圈旋转一周形成多个峰值，峰值最大部分对应未包覆铜箔线圈的角平分线所处的方位，此时对应位置的场强最大，对应方位为层界面方位。具体的，步骤S3具体为：S301、计算层界面不存在时接收线圈的感应电动势记为V1，幅值和相角分别为abs(V1)和angle(V1)；S302、在未包覆铜箔线圈的角平分线方位存在与线圈法线平行的层界面时，接收线圈的感应电动势记为V2，幅值和相角分别为abs(V2)和angle(V2)；S303、记发射线圈距离层界面的距离为d，发射线圈所在层为第一层介质，电导率为σ1；层界面另一侧为第二层介质，电导率为σ2，层界面的反射系数为其中μ为真空磁导率；ε1和ε2为第一层介质和第二层介质复介电常数，其表达式为ε′1、ε′2为第一层介质和第二层介质介电常数实部，ω为电磁波的角频率，j为虚部单位，j2＝-1；S304、得到发射线圈产生的电磁波经过层界面反射到接收线圈处场的相角变化α，由场的叠加原理得到当层界面存在时，场的相角变化关系为angle(V2)-angle(V1)＝α，求解等式得到相角实现层界面距离d。进一步的，相角变化α为：其中，arctan(Γ)表示反射系数的正切值，λ为电磁波在真空中的波长，μr为第一层介质的相对磁导率，εr为第一层介质的相对介电常数；相角实现层界面距离d为：具体的，步骤S3中，对于无限大均匀地层，发射线圈与接收线圈的距离为L电导率为σ，磁导率为μ，介电常数为ε，对于两种频率的电磁波，角频率分别为ω1、ω2，接收线圈产生的感应电动势分别为V1，V2，对应的幅值和相角分别为abs(V1)、angle(V1)和abs(V2)、angle(V2)，幅值关系为：相角关系为：其中，e为自然指数，j为虚部单位，j2＝-1。本专利技术的另一个技术方案是，一种多频谱地层边界远探测装置，包括线圈，线圈为圆形结构，采用多匝缠绕方式，一半的线圈上包裹有铜箔。具体的，线圈与铜箔之间密封连接。具体的，发射线圈匝数10～500匝，接收线圈的匝数在10～500匝。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种多频谱地层边界远探测方法，在随钻测井领域，在有层界面存在时，电场变得不均匀，其中位于层界面方位处的电场由于反射波的存在场强增强，背对层界面方位处的电场场强减弱，所构造的半线圈旋转通过依据感应电动势即可将场强的大小判断出来，进而对层界面的方位进行判断。采用不同的工作频率模式，通过测量不同的感应电动势依据幅值相角实现对地层边界距离的判断。通过所构造的半线圈，解决了传统圆形接收信号弱的问题以及传统半线圈只能采用单匝进行测量的问题，对随钻测井探测地层边界具有重要意义。进一步的，在具有层界面时，线圈处的电磁场不再是非均匀，通过旋转接收线圈一周，感应电动势出现多个峰值，即未包覆铜箔的线圈在正对层界面时感应电动势达到最大，背对层界面时感应电动势达到最小，依据峰值和旋转角度判断层界面方位信息。通过识别层界面分层，随钻测井仪器能够快速识别储层界面的方位信息，使得钻铤朝着储层方向移动，提高遇钻率。进一步的，通过探测层界面的距离信息，可使得钻铤仪器在储层内通过层界面距离识别储层的厚度等信息。进一步的，由于接收线圈为单个，单一频率的电磁场不能求解层界面的距离信息，通过发射不同频率的电磁波，接收线圈产生不同的感应电动势，依据感应电动势幅值、相角变化规律计算得到层界面的距离信息。本专利技术一种多频谱地层边界远探测装置，依据所述的构造的线圈模型，通过其模型可实现对电场的测量，进而依据半线圈的探测特性实现对地层边界的测量。进一步的，在线圈外面包覆铜箔，利用导体对电磁场的屏蔽原理消除地层中电磁场对包覆线圈的电磁感应，即被包覆的线圈不会产生感应电动势。铜箔包覆密封可使得电磁场不会通过缝隙对包覆的线圈产生电磁感应，即接收线圈只有未包覆铜箔的线圈产生感应电动势。进一步的，由于层界面的存在，使得反射信号非常弱，设置多匝线圈可以提高接收线圈的感应电动势幅值大小，便于实际的测量。综上所述，在存在层界面时，接收线圈处的场变得非均匀，传统的圆形接收线圈在非均匀电场中产生的感应电动势会相互抵消，使得线圈产生的感应电动势相互抵消，因此在层界面存在时，本专利技术采用半线圈进行测量。由于半匝形式的半线圈在实际测量感应电动势时不能缠绕多匝。如果缠绕多匝会形成闭合回路，感应电动势积分结果为零。而且单匝半线圈感应电动势特别小，当层界面距离在5m以上时，单匝半线圈已经检测不到反射场的存在，本专利技术采用缠绕铜箔的方式解决这一问题，在传统的圆形线圈基础上对线圈一半的导线包覆铜箔，利用铜箔的屏蔽效果形成多匝半线圈，有效提高感应电动势幅值。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例一种多频谱远探测地层边界的线圈模型图；图2为本专利技术实施例层界面存在时线圈位置处的电场分布图；图3为本专利技术实施例实验采用铝板边界测量感应电动势模型图；图4为本专利技术实施例新型半线圈旋转一周感应电动势幅值图像；图5为本专利技术实施例新型半线圈旋转一周感应电动势相角图像；图6为本专利技术实施例新型半线圈随层界面距离变化感应电动势幅值图像；图7为本专利技术实施例新型半线圈随层界面距离变化感应电动势相角图像。其中：1.线圈；2.铜箔；3.铝板；4.发射线圈；5.接收线圈；6.矢网络分析仪。具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多频谱地层边界远探测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、采用缠绕多匝的方式绕制圆形结构的线圈，在一半的线圈上包裹铜箔，将包裹有铜箔的线圈置于地层中；/nS2、旋转线圈一周，依据线圈的感应电动势幅值判断层界面的方位；/nS3、发射不同频率的电磁波，线圈接收信号后依据不同频率的电磁波在介质中的衰减不同，通过测量感应电动势的幅值和相角实现层界面距离进行判断。/n

【技术特征摘要】
1.一种多频谱地层边界远探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用缠绕多匝的方式绕制圆形结构的线圈，在一半的线圈上包裹铜箔，将包裹有铜箔的线圈置于地层中；
S2、旋转线圈一周，依据线圈的感应电动势幅值判断层界面的方位；
S3、发射不同频率的电磁波，线圈接收信号后依据不同频率的电磁波在介质中的衰减不同，通过测量感应电动势的幅值和相角实现层界面距离进行判断。


2.根据权利要求1所述的多频谱地层边界远探测方法，其特征在于，步骤S2中，线圈旋转一周形成多个峰值，峰值最大部分对应未包覆铜箔线圈的角平分线所处的方位，此时对应位置的场强最大，对应方位为层界面方位。


3.根据权利要求1所述的多频谱地层边界远探测方法，其特征在于，步骤S3具体为：
S301、计算层界面不存在时接收线圈的感应电动势记为V1，幅值和相角分别为abs(V1)和angle(V1)；
S302、在未包覆铜箔线圈的角平分线方位存在与线圈法线平行的层界面时，接收线圈的感应电动势记为V2，幅值和相角分别为abs(V2)和angle(V2)；
S303、记发射线圈距离层界面的距离为d，发射线圈所在层为第一层介质，电导率为σ1；层界面另一侧为第二层介质，电导率为σ2，层界面的反射系数为其中μ为真空磁导率；ε1和ε2为第一层介质和第二层介质复介电常数，其表达式为ε′1、ε′2为第一层介质和第二层介质介电常数实部，ω为电磁波的角频率，j为虚部单位，j2＝-1；
S304、得到发射线圈产生的电磁波经过层界面反射到接收线圈处场的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐章宏，许月晨，杨善森，唐宇，宋永杨，胥召，何晶，崔宏生，左兴龙，鲁晔，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，北京工业大学，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11