[发明专利]一种基于电磁散射的井周界面探测方法

说明书

本发明提供一种基于电磁散射的井周界面探测方法，包括以下步骤：利用对称天线结构提取散射场信号，通过求取差异信号来表征井周界面；确定探边能力与发射频率、源距、倾角之间的关系，选用适当参数达到最优探测效果；采用单发四收天线结构进行探测，建立交会图识别界面相对位置。本发明井周界面探测方法，充分考虑了电磁散射场对井周界面探测效果的影响，利用对称接收天线的幅度差表示电磁散射信号，实现了井周界面的快速识别，并利用两组天线结构的组合完成了井周界面相对位置的确定，识别方法简单，效果明显。

技术领域

本发明涉及电磁波测井技术领域，具体地说是一种基于电磁散射的井周界面探测方法。

背景技术

地质导向钻井是油气高效开发重要手段，及早探得和预测井周界面是导向钻井的关键。传统电磁波测井仪器发射接收天线同轴布置，探测范围仅为2～3m，且不具有方位探测能力。方位电磁波仪器，在多频、多源距基础上，采用同轴/倾斜/共面天线，实现对电磁场各分量的测量，边界探测范围可达到5～6m。目前，电磁波测井一般根据发射和接收天线的几何关系分辨地层，即为了增加探测深度，须降低工作频率、增大天线源距，以致具有远探测边界能力的仪器过长，并信号同步困难，对施工工艺和现场应用要求很高。

电磁波在传播过程中遇到井周界面会发生电磁散射，但现阶段较少重视提取井周界面的电磁散射信息，而采用电磁波测井通常利用接收信号的相位变化或幅度衰减刻画介质宏观电学属性，弱化了对井周界面远距离探测能力。

井中测量信号是一次场和散射场的叠加，散射信号相对一次场弱很多，因此，研究如何优化天线结构和参数，压制井眼地层背景一次场，提高异常体散射信噪比，对井周界面探测具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有井周界面探测方法存在的电磁散射信号利用不充分等不足，提供一种基于电磁散射的井周界面探测方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种基于电磁散射的井周界面探测方法，包括以下步骤：

(1)建立地层模型及界面信息提取方式

采用单发双收同轴天线结构，该天线结构由一个发射天线和两组接收天线组成，其中一组接收天线倾斜布置，每组接收天线均包括两个接收天线，该两个接收天线对称分布在发射天线两侧且到发射天线距离相等；求取两组接收天线信号差异强度，将其作为井周界面的识别标志；

(2)优化天线参数

根据步骤(1)中求取接收天线信号差异来探测界面的方法，研究不同因素对该方法探边能力的影响，所述因素包括发射频率、源距和倾角；分析不同因素下数值模拟结果，找到井周界面探测的最优参数；

(3)根据步骤(2)中得到的井周界面探测的最优参数进行模拟，针对不同倾角和距离条件下的地层模型进行数值模拟，建立同轴天线和倾斜天线的交会图，横坐标为同轴天线信号差异强度，纵坐标为倾斜天线信号差异强度；根据交会数据落点位置，确定界面的相对位置。

优选的，步骤(1)中：发射天线的发射频率选取400kHz，发射天线到倾斜接收天线的源距为1m，地层模型包括介质I和介质II，介质I电阻率为100Ω·m，介质II电阻率为10Ω·m。

优选的，步骤(1)中，接收天线信号差异强度的求取方法如下：利用矢量电位法进行一维层状介质正演模拟算法研究，将线圈等效为磁偶极子源，界面在坐标原点处，其电磁场空间分布可看成由水平磁偶极子源和垂直磁偶极子源单独产生场的叠加；

式(1)中，F_i为第i层的矢量电位，为第i层中水平磁偶极子在垂直方向的分量，为第i层中垂直磁偶极子在垂直方向的分量，为第i层中水平磁偶极子在水平方向的分量，e_x、e_z均为单位向量；