確定電磁信道模型的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉆井領(lǐng)域，特別涉及一種確定電磁信道模型的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著隨鉆測量技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的隨鉆測量技術(shù)被應(yīng)用于鉆井領(lǐng)域。電 磁隨鉆測量技術(shù)W其信號傳輸速率高、測量時間短、成本低及不受鉆井液質(zhì)影響的特點，在 隨鉆測量領(lǐng)域得到了越來越廣泛地應(yīng)用。在隨鉆測量中，為了便于分析和預(yù)測隨鉆測量電 磁信道的主要特性，有必要確定一種用于在電磁隨鉆測量中表征實際物理信道特性的電磁 信道模型。
[0003] 相關(guān)技術(shù)中在確定電磁信道模型時，往往假設(shè)大地為均勻地層，也就是說，假設(shè)從 井底到井口的地層電阻率相等。因此，確定的電磁信道模型也是根據(jù)大地為均勻地層確定 的。確定電磁信道模型的具體過程為：首先，將鉆柱和地層作為等效傳輸線，并假設(shè)地層為 均勻地層，根據(jù)均勻地層的電阻率確定等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)；接著，使用確定 的傳輸參數(shù)確定井下地層參數(shù)W及鉆柱頂端的電壓，獲得井下地層參數(shù)、井底發(fā)射電壓、發(fā) 射頻率、地面接收功率W及鉆井深度之間的關(guān)系，并根據(jù)井下地層參數(shù)、井底發(fā)射電壓、發(fā) 射頻率、地面接收功率W及鉆井深度之間的關(guān)系確定的電磁信道模型。
[0004] 在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)至少存在W下問題：
[0005] 實際上，地層具有分層特性，地層的不同分層的地層電阻率差別非常大，并不是相 等的。因此，根據(jù)均勻地層的電阻率確定的等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致 確定的電磁信道模型的準(zhǔn)確性不高。因此，當(dāng)使用確定的電磁信道模型來分析和預(yù)測電磁 隨鉆測量的鉆井?dāng)?shù)據(jù)時，分析結(jié)果與根據(jù)實際地層獲得的電磁隨鉆測量的鉆井?dāng)?shù)據(jù)差別較 大，準(zhǔn)確性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決相關(guān)技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種確定電磁信道模型的方法及 裝置。所述技術(shù)方案如下：
[0007] 第一方面，提供了一種確定電磁信道模型的方法，所述方法將地層沿鉆柱水平切 割為分段均勻的地層，等效為分層地層，并將鉆柱和分段均勻的地層組成的電磁信道等效 為傳輸線，得到所述電磁信道模型的等效傳輸線，其中，不同分段的地層對應(yīng)不同的地層電 阻率；所述方法包括：
[0008] 根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參 數(shù)；
[0009] 根據(jù)所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)確定井下地層參數(shù)W及所述鉆柱頂 端的電壓，獲得所述井下地層參數(shù)、井下發(fā)射電壓、井下發(fā)射頻率、地面接收電壓W及鉆井 深度之間的關(guān)系，并根據(jù)所述井下地層參數(shù)、井下發(fā)射電壓、井下發(fā)射頻率、地面接收電壓 W及鉆井深度之間的關(guān)系確定電磁信道模型。
[0010] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述等效傳輸線上單位 長度的傳輸參數(shù)包括并聯(lián)電導(dǎo)、串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感；
[0011] 所述根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸 參數(shù)，包括：
[0012] 確定所述等效傳輸線的電流密度線模型為垂直于所述鉆柱的柱軸、且沿射徑方向 形成的外導(dǎo)體環(huán)柱的傳輸線模型；
[0013] 根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體半徑W及所述鉆柱 的鉆桿的外半徑確定并聯(lián)電導(dǎo)；
[0014] 根據(jù)所述鉆柱的電阻率，鉆桿的外半徑W及鉆桿壁厚確定串聯(lián)電阻；
[0015] 根據(jù)地層磁導(dǎo)率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體半徑W及所述鉆桿的外半徑確定串聯(lián) 電感。
[0016] 結(jié)合第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式 中，所述根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)， 包括：
[0017] 根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體半徑W及所述鉆柱 的鉆桿的外半徑通過W下公式確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)中的并聯(lián)電導(dǎo) g(z):
[0018]
[0019] 根據(jù)所述鉆柱的電阻率、鉆桿的外半徑W及鉆桿壁厚通過W下公式確定所述等效 傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)中的串聯(lián)電阻:
[0020]
[0021] 根據(jù)地層磁導(dǎo)率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體半徑W及所述鉆桿的外半徑通過W下 公式確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)中的串聯(lián)電感l(wèi)i:
[0022]
[0023] 其中，P (Z)為井下激勵源當(dāng)前所在的地層分段的地層電阻率，bi為所述傳輸線 模型的外導(dǎo)體半徑，b為所述鉆桿的外半徑，Z為W井下激勵源為原點并且沿井口方向的坐 標(biāo)，Pm所述鉆柱的電阻率，μ。為地層磁導(dǎo)率，τ為所述鉆桿的壁厚。
[0024] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第Η種可能的實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述等效傳輸 線上單位長度的傳輸參數(shù)確定井下地層參數(shù)W及所述鉆柱頂端的電壓，包括：
[0025] 根據(jù)所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)計算井下地層參數(shù)，并根據(jù)所述等效 傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)W及所述井下地層參數(shù)求解預(yù)設(shè)的分層地層中鉆柱上各點 的電壓電流模型，得到所述鉆柱上各點的電壓和電流，獲得井口電壓；
[0026] 在距離井口的預(yù)設(shè)距離處設(shè)置一個埋地電極，根據(jù)所述井口電壓與所述埋地電極 之間的電位差確定所述鉆柱頂端的電壓。
[0027] 結(jié)合第一方面的第Η種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式 中，所述井下地層參數(shù)包括傳播參數(shù)和特性阻抗；
[0028] 所述根據(jù)所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)計算井下地層參數(shù)包括通過W 下公式計算井下地層參數(shù)：
[0029]
[0030] 所述根據(jù)所述傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)W及所述井下地層參數(shù)求解預(yù)設(shè)的 分層地層中鉆柱上各點的電壓電流模型，得到所述鉆柱上各點的電壓和電流，獲得井口電 壓，包括通過W下公式獲得井口電壓：
[0031]
[0032] 所述根據(jù)所述井口電壓與所述埋地電極之間的電位差確定所述鉆柱頂端的電壓， 包括：
[0033]
[0034] 式中，W為井下發(fā)射頻率，V〇i)為所述井口電壓，Vt為井下發(fā)射電壓，Zi和Ζ2所述 鉆桿的上半段和下半段的特性阻抗，d為所述鉆桿的上半段和下半段之間的絕緣體的長度， Y1為所述鉆桿的上半段的傳播參數(shù)，h為所述鉆桿的上半段的長度，X為所述埋地電極與 所述井口的預(yù)設(shè)距離，且X遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于h，η為井下激勵源至所述井口每間隔預(yù)設(shè)距離取的點 的個數(shù)，化ed(x)為所述鉆柱頂端的電壓。
[0035] 第二方面，提供了一種確定電磁信道模型的裝置，所述裝置將地層沿鉆柱水平切 割為分段均勻的地層，等效為分層地層，并將鉆柱和分段均勻的地層組成的電磁信道等效 為傳輸線，得到所述電磁信道模型的等效傳輸線，其中，不同分段的地層對應(yīng)不同的地層電 阻率；所述裝置包括：
[0036] 第一確定模塊，用于根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率確定所述等效傳輸線上單 位長度的傳輸參數(shù)；
[0037] 第二確定模塊，用于根據(jù)所述等效傳輸線上單位長度的傳輸參數(shù)確定井下地層參 數(shù)W及所述鉆柱頂端的電壓，獲得所述井下地層參數(shù)、井下發(fā)射電壓、井下發(fā)射頻率、地面 接收電壓W及鉆井深度之間的關(guān)系；
[0038] 第Η確定模塊，用于根據(jù)所述井下地層參數(shù)、井下發(fā)射電壓、井下發(fā)射頻率、地面 接收電壓W及鉆井深度之間的關(guān)系確定電磁信道模型。
[0039] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述等效傳輸線上單位 長度的傳輸參數(shù)包括并聯(lián)電導(dǎo)、串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感；
[0040] 所述第一確定模塊，包括：
[0041] 第一確定單元，用于確定所述等效傳輸線的電流密度線模型為垂直于所述鉆柱的 柱軸、且沿射徑方向形成的外導(dǎo)體環(huán)柱的傳輸線模型；
[0042] 第二確定單元，用于根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率、所述傳輸線模型的外導(dǎo) 體半徑W及所述鉆柱的鉆桿的外半徑確定并聯(lián)電導(dǎo)；
[0043] 第Η確定單元，用于根據(jù)所述鉆柱的電阻率，鉆桿的外半徑W及鉆桿壁厚確定串 聯(lián)電阻；
[0044] 第四確定單元，用于根據(jù)地層磁導(dǎo)率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體半徑W及所述鉆 桿的外半徑確定串聯(lián)電感。
[0045] 結(jié)合第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第二方面的第二種可能的實現(xiàn)方式 中，所述第二確定單元，用于根據(jù)分段均勻的地層的地層電阻率、所述傳輸線模型的外導(dǎo)體 半徑W及所述鉆柱的鉆桿的外半徑通過W下公式確定所述等效傳輸線上單位長度的傳輸 參數(shù)中的并聯(lián)電導(dǎo)g(z):
[0046]
[0047] 所述第Η確定單元，用于根據(jù)所述鉆柱的電阻