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专利号: 2022111649509
申请人: 西安石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤A,测井仪器(4)利用支撑臂(9)推靠成像极板(10),使得成像极板(10)与井筒(1)的井壁紧密接触;随着测井仪器(4)在井内移动,成像极板(10)每隔某一采样间距对井壁地层进行测量;

步骤B,在成像极板(10)的中间位置镶嵌着一排或多排有间隔距离、数目不限的钮扣电极(11),多个钮扣电极(11)构成钮扣电极阵列;在钮扣电极(11)阵列周围镶嵌有矩形环状的屏蔽电极(12),屏蔽电极(12)的边缘拐角处存在弧度倒角,使得相邻边界平滑过度;钮扣电极(11)与屏蔽电极(12)之间相互独立;在成像极板(10)的两端对称镶嵌着一对电流电极(13),电流电极(13)与钮扣电极(11)阵列之间存在一个设定间距;

步骤C,成像极板(10)与地层(2)之间存在泥浆/泥饼(3),泥浆/泥饼(3)具有厚度,工作时,采用两种模式,第一种方式,钮扣电极(11)阵列和屏蔽电极(12)分别以相同电位U发射多个频率的A电流(14)和B电流(15),电流频率的个数为n,n≥3;A电流(14)和B电流(15)穿过泥浆/泥饼(3)进入地层(2),然后再穿过泥浆/泥饼(3)返回到成像极板(10)两端的电流电极(13);

步骤D,将成像极板(10)的工作过程抽象为数学模型,即

式(1)中,符号Zb、 分别为钮扣电极(11)的测量阻抗幅度和相位,符号G表示成像极板(10)的几何参数,当成像极板(10)结构确定时,参数G也保持不变;符号f为表示采用的电流频率,在测井时,直接确定;符号F表示描述测量响应的非线性函数;符号Rm、εmr、sd、Rt、εfr表示成像极板(10)周围环境与测量结果有关的五个属性参数,分别为油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数(相对)、泥浆/泥饼厚度、地层电阻率、地层介电常数(相对);建立反问题模型‑1F ,即根据已知及测量参数确定环境参数,该过程可用式(2)表示:

步骤E,根据成像极板(10)的测量数据,结合测井解释评价需要的信息,建立油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确定方法和顺序,包括测量数据预处理,测量阻抗幅度和相位,确定泥浆参数,确定地层参数和确定泥浆/泥饼厚度;

步骤F:基于以上操作,实现所有钮扣电极(11)阵列的测量数据到地层电阻率、地层介电常数和泥浆/泥饼厚度的反演计算,根据测井图像生成和显示方法即可实现地层电阻率成像、地层介电常数成像和泥浆/泥饼厚度成像。

2.根据权利要求1所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述步骤C采用两种模式,其中第二种方式为极板两端的两个电流电极(13)以相同电位U发射多个频率的电流,电流频率的个数为n,n≥3;电流首先穿过泥浆/泥饼(3)进入地层(2),然后再穿过泥浆/泥饼(3)返回到成像极板(10)中间的钮扣电极(11)阵列和屏蔽电极(12);返回到钮扣电极(11)阵列的为A电流(14),返回到屏蔽电极(12)为B电流(15)。

3.根据权利要求1所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述步骤E具体包括:

子步骤E1:在井筒(2)内,测井仪器(4)从井底向井口上行工作时,成像极板(10)在井筒内移动并以某一采样间隔l0,对井壁地层进行测量,移动的总深度为H;当成像极板(10)工作时,采集多个频率下钮扣电极(11)阵列发射或接收的A电流(14)的幅度和相位,分别记为Iijk、 记录钮扣电极(11)阵列与极板两端电极(13)之间的电位差幅度和相位,分别记为Uijk、子步骤E2:对测量数据进行预处理,包括仪器移动加速度校正,钮扣电极测量数据深度对齐,测量数据的异常值剔除和插值,测量数据滤波处理;

子步骤E3:根据欧姆定律,得到钮扣电极(11)阵列各个钮扣的测量阻抗的幅度和相位,分别记为Zijk、 并满足Zijk=Uijk/Iijk, 脚标i代表钮扣电极(11)阵列中各个电极的编号,脚标j表示各个频率的编号,脚标k表示随深度变化的不同测量点;汇总所有钮扣电极(11)的测量阻抗幅度和相位信息,满足Zb={Zijk},子步骤E4:确定油基泥浆电阻率Rm和油基泥浆介电常数εmr;当测井仪器(4)从井口向井底下行时,关闭支撑臂(9),使得成像极板(10)环抱在测井仪器(4)轴心周围;受成像极板(10)径向探测深度的限制,测量响应主要反映在井筒(1)的油基泥浆的属性参数,即钮扣电极(11)的测量阻抗为泥浆/泥饼阻抗,满足泥浆/泥饼阻抗幅度Zm=Zb,泥浆/泥饼阻抗相位此时不同频率下的油基泥浆电阻率Rm和油基泥浆介电常数εmr分别表示为:式(3)中,K为关闭支撑臂(9)时成像极板(10)的仪器常数,随着仪器(4)在井内移动,每一个钮扣电极都能够根据采集的电压、电流信号,转换成阻抗信号,根据式(3)、(4)计算出油基泥浆电阻率和介电常数;在确定油基泥浆电阻率和介电常数之后,采用数据融合方法,在已建立好的滑移窗口的基础上,进一步建立融合滑移窗口Li_i+1,i为已建好的滑移窗口的序号,即利用已建好的滑移窗口Li的下侧半个窗口和滑移窗口Li+1的上侧半个窗口构建融合滑移窗口Li_i+1;在融合滑移窗口Li_i+1内利用方法A或方法B求得的油基泥浆属性参数,并与滑移窗口Li、Li+1的油基泥浆属性参数进行融合,采用的一种融合方法如式(7)、(8)所示:式(7)、(8)中, 分别为在滑移窗口Li,Li+1和融合滑移窗口Li_i+1

得到的油基泥浆电阻率, 分别为在滑移窗口Li,Li+1和融合滑移窗口

Li_i+1得到的油基泥浆介电常数;Rm_up、Rm_down分别为融合滑移窗口Li_i+1的上半侧窗口、下半侧窗口内经过融合后的油基泥浆电阻率,εmr_up、εmr_down分别为融合滑移窗口Li_i+1的上半侧窗口、下半侧窗口内经过融合后的油基泥浆介电常数;α1、α2、α3、α4为融合系数,满足但不局限于条件:α1+α2=1,α3+α4=1;利用式(7)、(8)计算时,需要注意滑移窗口Li与Li_i+1,Li+1与Li_i+1的测量数据深度对齐;

子步骤E5:利用有限差分、有限单元等数值模拟方法或实验室、现场模拟井实验方法建立油基泥浆微电阻率扫描成像测井多参数正演模型OBMEIFM,OBMEIFM模型中,多参数影响因素分别为油基泥浆电阻率Rm、油基泥浆介电常数εmr、地层电阻率Rt、地层介电常数εfr、泥浆/泥饼厚度sd,电流频率f,设置各个参数的范围,采用线性或对数设置各参数的采样步长,得到各参数的个数分别为m1、m2、m3、m4、m5、m6,即可得到六维网格参数点,网格点总数为m1×m2×m3×m4×m5×m6;在每个网格点上利用数值模拟方法或实验室、现场模拟井实验方法计算或测量钮扣电极(11)的响应,输出参数为钮扣电极(11)的测量阻抗幅度Zb和相位子步骤E6:采用正交设计方法,减少正演模型OBMEIFM中网格点数量,方便正演模型OBMEIFM在后续反演模型中的调用;

子步骤E7:利用机器学习算法,建立地层电阻率、地层介电常数、泥浆/泥饼厚度级联反演训练模型TrainModel,首先,将正演模型OBMEIFM中的影响参数,油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数,电流频率和多频条件下钮扣电极(11)的测量阻抗幅度和相位作为反演模型的输入INPUT1,将地层电阻率Rt作为反演模型的输出OUTPUT1;然后,将INPUT1与OUTPUT1组装成新的反演模型输入INPUT2,将地层介电常数εfr作为反演模型的输出OUTPUT2;将INPUT2与OUTPUT2组装成新的反演模型输入INPUT3,将泥浆/泥饼厚度sd作为反演模型输出OUTPUT3;

根据机器学习优化算法不断优化模型参数,保存最佳模型参数,作为级联反演测试模型TestModel的模型参数;

子步骤E8:在求得油基泥浆电阻率和介电常数之后,调用级联反演测试模型

TestModel,将子步骤E4得到的油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数,以及电流频率、实际测井中所有成像极板上的钮扣电极(11)阵列的测量阻抗幅度和相位输入到级联反演测试模型TestModel,按照子步骤E7示的级联顺序实现对地层电阻率、地层介电常数和泥浆/泥饼厚度的预测。

4.根据权利要求3所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述的子步骤E4能够用子步骤E4’替代,具体为:改变成像极板10结构,在成像极板上端或下端设置一个凹陷(16),在凹陷(16)的表面设置一个小电极(17);当仪器(4)下行或当钮扣电极(11)阵列测量井壁地层时,小电极(17)以一定频率,发射电流(18),电流(18)进入油基泥浆中,并回流到电流电极(13)或极板背侧金属部分;电流(18)流经路径主要在泥浆/泥饼(3)中,测量响应反映泥浆参数;将小电极(17)的测量电压、电流转换成测量阻抗,即根据式(3)、(4)得到油基泥浆电阻率和介电常数信息。

5.根据权利要求3所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述的子步骤E4还能够用子步骤E4”替代,具体为:建立测量阻抗矢量图版,横轴为阻抗实部,纵轴为阻抗虚部, 为钮扣电极11的测量阻抗矢量,满足 与横轴之间的夹角为测量阻抗相角 为泥浆/泥饼阻抗矢量,满足泥浆/泥饼幅度

与横轴之间的夹角为泥浆/泥饼阻抗相角 为地层阻抗矢量,满足地层阻抗幅度

与横轴之间的夹角为地层阻抗相角 当地层电阻率极小时,利用钮扣电极

11的测量阻抗确定泥浆/泥饼的阻抗幅度和相位;当地层电阻率极大时,利用钮扣电极11的测量阻抗确定泥浆/泥饼阻抗的相位;进而利用公式(3)、(4)确定油基泥浆电阻率和介电常数。

6.根据权利要求5所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述的子步骤E4”具体通过两种方法实现,其中方法A为:将所有成像极板(10)上的钮扣电极(11)阵列的测量电压和电流转换为阻抗,并将其网格化,选择一个滑移窗口,滑移窗口对应某一测量深度间隔L,L1表示第1个滑移窗口,Lq表示第q个滑移窗口;每一个滑移窗口内包含所有钮扣电极(11)的多组测量阻抗;在一个滑移窗口内,统计所有钮扣电极(11)测量阻抗的幅度和相角,并寻找测量阻抗幅度最小值和测量阻抗相角最大值,分别等效为泥浆/泥饼阻抗幅度和相角,即Zm=min{Zb}L                            (5)

利用式(5)、(6)结合式(3)、(4)即可确定滑移窗口内的油基泥浆电阻率和介电常数。

7.根据权利要求5所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述的子步骤E4”具体通过两种方法实现,其中方法B为:在测井作业时,同时进行感应测井和微电阻率扫描成像测井,首先将感应测井视电阻率曲线与钮扣电极(11)的测量阻抗*曲线进行深度对齐;然后在滑移窗口内,寻找感应测井视电阻率极小值Ramin 或极大值* *

Ramax ;与Ramin同一深度点的钮扣电极(11)阵列的最小测量阻抗对应的幅度和相位,即可近*

似为泥浆/泥饼阻抗的幅度Zm和相位 或与Ramax同一深度点的钮扣电极11阵列的最大测量阻抗对应的相位,即近似为泥浆/泥饼阻抗的相位 最后,结合式(3)、(4)即可确定滑移窗内的油基泥浆电阻率和介电常数。

8.根据权利要求3所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

所述的子步骤E4还能够用子步骤E4”’替代,具体为:首先根据以往经验、实验室测量及温压校正,确定油基泥浆电阻率、油基介电常数的区间范围,采用线性或对数设置两个参数区间的采样步长,得到两个参数的数量分别为m1、m2,即可得到二维网格参数点,网格点总数为m1×m2;然后,在一个滑移窗口内,对钮扣电极(11)阵列的测量数据进行采样,随机选择其中一个钮扣的测量数据,或者指定选择一定数目的测量数据,确定选择数据的组数为NC,每一组数据记为 其次,将第j(j=1,2,…,m1×m2)个网格点对应的油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数、电流频率以及选择的测量阻抗幅度和相位输入到反演测试模型TestModel,从而每一个网格点都可得到NC组(Rtij,dctij,sdij),i=1,2,…,NC,其中(Rtij,dctij,sdij)为在第j个网格上,第i组选择测量数据对应的地层电阻率、地层介电常数、泥浆/泥饼厚度的反演值;第四,将每一个网格点对应的油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数,以及对应的NC组(Rtij,dctij,sdij)输入到正演模型OBMEIFM,得到NC组钮扣电极(11)的测量阻抗幅度和相位数据 在所有网格点上构建目标函数:最后,当目标函数O取得最小值时,对应的j值即为优选出的网格点编号,从而获得油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数的值;对滑移窗口逐个操作,即可获得整个测量井段的油基泥浆电阻率、油基泥浆介电常数曲线。

9.根据权利要求3所示的一种基于油基泥浆微电阻率扫描成像测井参数确认方法,其特征在于,

子步骤E8:采用正交设计方法,减少正演模型OBMEIFM中网格点数量,方便正演模型OBMEIFM在后续反演模型中的调用;具体为:首先,除电流频率f外,将其他五个影响参数的范围,即油基泥浆电阻率Rm、油基泥浆介电常数εmr、地层电阻率Rt、地层介电常数εfr、泥浆泥饼厚度sd的范围分别划分为不同区域,并采用线性或对数方式在每个区域内进行采样,然后,构建五个影响参数划分区域的全组合模型,共n1×n2×n3×n4×n5×m6,其中n1、n2、n3、n4、n5分别为五个影响参数划分区域的个数,m6为电流频率的个数;其次,在每一个参数区域组合模型内,利用正交设计方法,构建多因素多水平正交设计表,从而可以构建出n1×n2×n3×n4×n5×m6×L个影响参数组合,其中L为正交设计表中的组合数;最后,针对每个影响参数组合,利用数值模拟方法或实验室、现场模拟井实验方法计算或测量钮扣电极(11)的响应,输出参数为钮扣电极(11)的测量阻抗幅度Zb和相位