相位感应测井仪器设计及其信号处理研究
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摘要
电法测井经过七十多年的发展，现已成为一门独立的学科。从最初的自然电位测井，发展到了感应测井和阵列感应测井。但是，感应测井和阵列感应测井在仪器设计和制造时存在直耦对消问题，已成为感应测井仪器发展的瓶颈。因此，在感应测井基础上，提出了只测量相位差而非感应电动势的相位感应测井仪，避开了在感应测井中非常棘手的直耦对消问题，大大降低了仪器研发的难度。
测井仪器是在井下高温高压的环境中工作的，为了保护仪器内部电子线路和测量不受井眼条件的影响，在仪器设计过程中必须考虑诸如玻璃钢外壳和仪器内部注油等结构和措施来隔离外界环境，平衡压力。这些附加结构和措施会对测量结果产生哪些影响必须详细考察。同时，在测井工程中，径向探测深度和纵向分辨率是评价测井系统优劣的主要指标，为了评价这种仪器的性能，也必须对其径向探测深度和纵向分层能力做一个讨论。因为数值模式匹配法（NMM）是一种精确高效的半解析半数值方法，特别适用于在水平和纵向任意分层结构的分析，是正演分析的首选。本文就利用数值模式匹配法计算各种情况下相位感应测井仪的响应，考察各种仪器结构和外部环境对测量结果的影响，并且讨论各种条件下相位感应测井仪的径向和纵向特性，探讨了一种用均匀池水刻度仪器的可行性。
在正演考察仪器设计的各种方案的之后，本文还就相位感应测井仪测量信号现场处理进行了讨论。现场处理分为两部分：井眼校正版图对井眼进行校正以减小井眼条件对测量结果的影响；自适应反褶积对围岩效应进行校正，以提高仪器测井曲线的纵向分辨率。而本文重点研究了后者。反褶积对测量结果进行自适应反褶积处理，提高了测井曲线的纵向分辨率。
After over 70 years' development, electric logging has become an independent subject. Developed from the spontaneous potential logging tool, induction logging tool and Array Induction Tool (AIT) are popular today. But how to eliminate the influence of direct coupling signal is the hardest problem when using the induction logging tool and AIT. Based on induction logging , Phasor induction logging tool is studied to avoid the above problem, which makes the apparatus's research and manufacturing more easier.
In order to protect circuit and keep precision of the measure, in the high temperature and pressure environment which the tool works, we have to design accessory such as Glass Reinforce Polymer (GRP) hull and inject oil. In well logging radial investigation depth and vertical resolution are criterions for apparatus application, so we discuss the performance of vertical and radial direction of the phasor induction logging tool. Numerical Mode-Matching (NMM) predigests a calculation of two-dimensional as using an analytic expression of one-dimensional counting the other-dimensional, and the efficiency is improved dramatically. So Numerical Mode-Matching (NMM) can be used as computer aid explanation for logging tool. With NMM, we calculate a lots of responses of different conditions, discuss the vertical and radial direction of the phasor induction logging tool, what's more, discuss a new calibration.
After the introduction of the design of the phasor induction logging tool, we discuss on-sit processing of the logging. On-sit processing include two steps: borehole correction charts and adaptive deconvolution. Borehole correction charts are used as correction to avoid the influence of borehole. We put the emphasis on the adaptive deconvolution that can correct shoulder beds. Based on theory of electromagnetic propagation, geometric factor and filter window length are used to solve deconvolution factor. The vertical resolution can be improved after adaptive deconvolution.
测井仪器是在井下高温高压的环境中工作的，为了保护仪器内部电子线路和测量不受井眼条件的影响，在仪器设计过程中必须考虑诸如玻璃钢外壳和仪器内部注油等结构和措施来隔离外界环境，平衡压力。这些附加结构和措施会对测量结果产生哪些影响必须详细考察。同时，在测井工程中，径向探测深度和纵向分辨率是评价测井系统优劣的主要指标，为了评价这种仪器的性能，也必须对其径向探测深度和纵向分层能力做一个讨论。因为数值模式匹配法（NMM）是一种精确高效的半解析半数值方法，特别适用于在水平和纵向任意分层结构的分析，是正演分析的首选。本文就利用数值模式匹配法计算各种情况下相位感应测井仪的响应，考察各种仪器结构和外部环境对测量结果的影响，并且讨论各种条件下相位感应测井仪的径向和纵向特性，探讨了一种用均匀池水刻度仪器的可行性。
在正演考察仪器设计的各种方案的之后，本文还就相位感应测井仪测量信号现场处理进行了讨论。现场处理分为两部分：井眼校正版图对井眼进行校正以减小井眼条件对测量结果的影响；自适应反褶积对围岩效应进行校正，以提高仪器测井曲线的纵向分辨率。而本文重点研究了后者。反褶积对测量结果进行自适应反褶积处理，提高了测井曲线的纵向分辨率。
After over 70 years' development, electric logging has become an independent subject. Developed from the spontaneous potential logging tool, induction logging tool and Array Induction Tool (AIT) are popular today. But how to eliminate the influence of direct coupling signal is the hardest problem when using the induction logging tool and AIT. Based on induction logging , Phasor induction logging tool is studied to avoid the above problem, which makes the apparatus's research and manufacturing more easier.
In order to protect circuit and keep precision of the measure, in the high temperature and pressure environment which the tool works, we have to design accessory such as Glass Reinforce Polymer (GRP) hull and inject oil. In well logging radial investigation depth and vertical resolution are criterions for apparatus application, so we discuss the performance of vertical and radial direction of the phasor induction logging tool. Numerical Mode-Matching (NMM) predigests a calculation of two-dimensional as using an analytic expression of one-dimensional counting the other-dimensional, and the efficiency is improved dramatically. So Numerical Mode-Matching (NMM) can be used as computer aid explanation for logging tool. With NMM, we calculate a lots of responses of different conditions, discuss the vertical and radial direction of the phasor induction logging tool, what's more, discuss a new calibration.
After the introduction of the design of the phasor induction logging tool, we discuss on-sit processing of the logging. On-sit processing include two steps: borehole correction charts and adaptive deconvolution. Borehole correction charts are used as correction to avoid the influence of borehole. We put the emphasis on the adaptive deconvolution that can correct shoulder beds. Based on theory of electromagnetic propagation, geometric factor and filter window length are used to solve deconvolution factor. The vertical resolution can be improved after adaptive deconvolution.
引文
[1] 《测井学》编写组，测井学，北京：石油工业出版社，1998
[2] 李舟波、楚泽函，中国测井学研究现状与发展趋势，地球物理学报，1997增刊，pp333-343
[3] 谭廷栋，中国石油测井学科的发展及展望，地球物理学报，1997增刊，pp344-350
[4] 仵杰，ELIS系统挂接双感应测井仪的方法研究报告，西安石油学院，2001
[5] 陈爱新，复杂激励条件下三维非均匀介质中位场的数值分析和阵列成像，博士学位论文，成都：电子科技大学，1999
[6] 江汉测井研究所，阵列感应成像测井设计报告，江汉测井研究所，1994
[7] D. Coope，The Theory of 2MHz-resistivity Tool And its Application to MWD.，The Log Analyst,1991,32
[8] Q.Zhou ， Geometric Factor and Adaptive Deconvolution of MWD-PWR Tools，The Log Analyst 1992,33
[9] 安丰全、唐炼、潘树民、刘传平，2MHz相位电阻率测井曲线高分辨率处理技术，测井技术，1998，pp24-27
[10] 夏克文、朱军，感应测井反褶积因子的最优设计，石油地球物理，1995，pp132-138
[11] 仵杰、庞巨丰、徐景硕，感应测井几何因子理论及其应用研究，测井技术，2001，417-422
[12] 罗岚，张庚骥，感应测井的频域反褶积方法，石油大学学报，1999，pp18-21
[13] 李曙光、杨善德，感应测井自适应反褶积处理与地层参数的提取方法，测井技术，2002，pp40-45
[14] Lyle.W.D. &Wiliams,D.M.，Deconvolution of Well Data Innovations Approach，The Log Analyst,1991,332
[15] 陈爱新，聂在平，卡尔曼滤波在钻井地层电阻率测量中的应用，电波科学学报，1998，pp270-274
[16] 陈爱新、钟兴水，卡尔曼滤波在电阻率测井数据处理中的应用，物探化探计算技术，1998，pp97-101
[17] 林梁、朱彬，用利里——卡尔曼反褶积技术提高测井曲线纵向分辨率，测井技术，1995，pp63-69
[18] 程乾生.信号数字处理的数学原理.北京：石油工业出版社，1979.74～90，340～380
[19] 李清亮.相量感应线圈系地层识别能力的改善.电波科学学报，1994，Vol.9,No.1:53～62
[20] 沈建国.归一化的井条件下的几何因子及其应用.石油地球物理，1996，Vol.31,No.5,716～722
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[23]┱穹伞⑿砗Ｆ嫉?提高薄层测井资料解释分辨率的新方法.测井技术，2001，vol.25,No.2,131～135
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[28] 韩波、刘家琦等.多层电磁波测井反演，地球物理学报，1998，vol.41,No.3,416～423
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[30] 聂在平、赵延文、刘智涌.阵列感应测井方法的理论设计和软件聚焦方法研究年度总结.电子科技大学微波工程系，2002.1
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[34] 李正良、钟守铭、黄廷祝.矩阵理论及应用.成都.电子科技大学出版社，2000
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[37] 邢光龙、刘曼芬、杨善德.高频电磁波测井的灵敏度分析与特征识别方法.测井技术.2001，vol.25,No.5,354～357
[38] 吉林大学数学系.相位测井的物理基础.大庆：大庆油田开发研究报告集，1975
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[40] 卢达.国外高频电磁波测井研究状况.油田地质开发情报.1979，No.1
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