本發(fā)明屬于石油地質(zhì)勘探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法。

背景技術(shù)：

石油測(cè)井儀器是獲知儲(chǔ)存于深部地層空間油氣分布狀況的測(cè)量工具。測(cè)井獲得的原始測(cè)量值，如電阻率測(cè)井獲得的測(cè)井原始信號(hào)是以mV為單位，并不直接反映巖石的地學(xué)特性，需要通過精確的轉(zhuǎn)換才能成為反映地層物理參數(shù)的工程值，同時(shí)，還必須保證同一類型的測(cè)井儀器計(jì)量的統(tǒng)一。目前，石油測(cè)井儀器主要是用刻度方法實(shí)現(xiàn)這種精確轉(zhuǎn)換和保證同一類測(cè)井儀器間的測(cè)量結(jié)果的一致性。

其中，采用標(biāo)準(zhǔn)井(也叫刻度井、模型井)來進(jìn)行測(cè)井儀器的刻度和標(biāo)定是比較常用的方法。刻度井是在實(shí)驗(yàn)條件下人工建立的一定井徑一定巖性的物理模型，用來刻度和標(biāo)定測(cè)井儀器。現(xiàn)有技術(shù)中，華東地質(zhì)學(xué)院鄧明琪(視電阻率測(cè)井橫模型井的研制與測(cè)定，鄧明琪，華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào))建立了全空間的電阻率測(cè)井用的標(biāo)準(zhǔn)井。電阻率測(cè)井和極化率測(cè)井，都是采用梯度電極系和電位電極系來探測(cè)的，它們都有一定的探測(cè)范圍(或探測(cè)半徑)其探測(cè)范圍與電極距大小、電極系周圍介質(zhì)的電阻率及其分布有關(guān)。吉林大學(xué)測(cè)井實(shí)驗(yàn)室也建造了自己的電法試驗(yàn)井，結(jié)構(gòu)和華東地質(zhì)學(xué)院類似，只不過采用半空間模型。用水槽模型模擬不同厚度、單一高電阻率地層條件。吉林大學(xué)模型實(shí)驗(yàn)室還設(shè)計(jì)了地面探地雷達(dá)用的砂槽模型，底部埋設(shè)了許多已知模型，在池頂部進(jìn)行雷達(dá)測(cè)量，所用天線為900MHz屏蔽天線。

現(xiàn)有技術(shù)中，CN2900785Y公開了一種移動(dòng)式隨鉆自然伽馬刻度井，包括外殼、填充材料、井眼，外殼是金屬圓桶，外側(cè)有吊鉤，井眼是玻璃鋼圓桶，位于外殼內(nèi)部軸線上，在外殼和井眼所形成的環(huán)形空間內(nèi)澆注有含鉀、鈾、釷礦石的填充材料。該刻度井的量值可直接向自然伽馬API行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)溯源，且隨鉆自然伽馬測(cè)井儀可連同鉆鋌一起在刻度井中進(jìn)行刻度，修正鉆鋌對(duì)自然伽馬計(jì)數(shù)率的影響，滿足了隨鉆自然伽馬測(cè)井儀刻度的需要。CN104763415A公開了一種電成像刻度井群，至少包括一口或一口以上用于電成像測(cè)井儀器的校驗(yàn)與刻度的刻度井，刻度井至少包括巖石模塊，設(shè)置在巖石模塊中間的儀器過孔；在巖石模塊內(nèi)壁圖像的后面包含有徑向縫隙。該刻度井群通過巖石模塊內(nèi)壁圖像后面的徑向縫隙來保證測(cè)量信號(hào)的回流，從而提高了電成像測(cè)井儀器對(duì)圖像的成像精度。

利用測(cè)井技術(shù)判斷、分析井眼附近是否存在裂縫、孔洞及其分布情況，才能準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)、評(píng)價(jià)油氣藏。常規(guī)的取芯填圖以及地球物理測(cè)井能提供一些巖石質(zhì)量的信息，但只對(duì)井眼周圍有限范圍敏感?，F(xiàn)有的測(cè)井儀器徑向探測(cè)深度淺(小于3m)，大多數(shù)測(cè)井方法只能測(cè)量距井眼幾毫米到幾米范圍的地層，難以識(shí)別井周原狀地層的構(gòu)造情況和儲(chǔ)層參數(shù)的分布情況，為儲(chǔ)層的正確評(píng)價(jià)帶來了一定的困難。由于井眼的布局所限，許多重要的地質(zhì)特征將被錯(cuò)過；雖然可通過在同一地區(qū)增加井眼，但由于經(jīng)濟(jì)上的原因而不現(xiàn)實(shí)的。

雷達(dá)測(cè)井是一種對(duì)孔洞、裂縫等測(cè)距、測(cè)方位，同時(shí)能測(cè)某一方向一定距離的特定的介電常數(shù)與電導(dǎo)率的測(cè)井方法，有別于一般的電磁波測(cè)井。在測(cè)井時(shí)，雷達(dá)測(cè)井儀器沿井眼下放到井底，進(jìn)行上提測(cè)井，通過向井眼周圍地層全向發(fā)射瞬態(tài)超寬帶電磁波脈沖，利用瞬態(tài)脈沖在地層中的傳輸特性來獲取地層信息，進(jìn)而解釋井周地層構(gòu)造。它具有較大的徑向探測(cè)距離和相對(duì)較高的分辨率，屬于國(guó)際上比較新的測(cè)井技術(shù)發(fā)展方向，是鉆孔雷達(dá)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展方向之一。

鉆孔雷達(dá)儀器在結(jié)晶巖石中的探測(cè)范圍可大于100m。除了探測(cè)范圍之外，雷達(dá)可在每一重點(diǎn)深度進(jìn)行上百次的重復(fù)探測(cè)，通過對(duì)這些探測(cè)結(jié)果的平均迭加，儀器的信噪比可得到很大的提高。實(shí)際中，脈沖是寬帶的，分辨率可能好于一個(gè)波長(zhǎng)。對(duì)于RAMAC系統(tǒng)來說，在巖石中的波長(zhǎng)大約為2-5m，因而，許多反射體能達(dá)到厘米級(jí)精度。但同時(shí)，也需要對(duì)雷達(dá)測(cè)井儀器進(jìn)行刻度與標(biāo)定。

國(guó)內(nèi)外建造的標(biāo)準(zhǔn)井(也叫刻度井、模型井)很多，但多限于常規(guī)測(cè)井，包括放射性測(cè)井(自然伽馬測(cè)井、能譜測(cè)井、密度測(cè)井、補(bǔ)償中子測(cè)井)、聲波測(cè)井、碳氧比測(cè)井、電阻率測(cè)井、固井質(zhì)量等。目前，還沒有可用于雷達(dá)成像測(cè)井標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)井的報(bào)道；用未知的地質(zhì)條件無(wú)法檢驗(yàn)雷達(dá)測(cè)井儀器整體的可靠性、有效性等，而關(guān)于雷達(dá)成像測(cè)井的模型試驗(yàn)井或標(biāo)準(zhǔn)井建立方法在國(guó)內(nèi)外未有公開報(bào)導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法，建立用于雷達(dá)測(cè)井儀器的刻度和標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)井，檢驗(yàn)雷達(dá)測(cè)井儀器有關(guān)探測(cè)方面的技術(shù)指標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法，包括下列步驟：

1)根據(jù)雷達(dá)測(cè)井的技術(shù)指標(biāo)確定標(biāo)準(zhǔn)井模型的整體形態(tài)，長(zhǎng)軸延伸方向模擬地層深度方向；

2)確定標(biāo)準(zhǔn)井模型的背景介質(zhì)；

3)在標(biāo)準(zhǔn)井模型上設(shè)置人工井眼，人工井眼緊鄰標(biāo)準(zhǔn)井模型的一側(cè)面設(shè)置，井軸方向沿標(biāo)準(zhǔn)井模型的長(zhǎng)度方向延伸；

4)確定標(biāo)準(zhǔn)井模型中用于雷達(dá)測(cè)井儀器刻度和標(biāo)定的目標(biāo)體的屬性、尺寸、形狀、位置、角度和填充介質(zhì)，所述目標(biāo)體設(shè)置在遠(yuǎn)離人工井眼的一側(cè)。

步驟1)中，標(biāo)準(zhǔn)井模型的整體形態(tài)為三維箱型結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度保證雷達(dá)測(cè)井儀器的深度記錄點(diǎn)相對(duì)于目標(biāo)體能在人工井眼中移動(dòng)至少10m；寬度不小于雷達(dá)測(cè)井儀器的最大探測(cè)距離。優(yōu)選的，標(biāo)準(zhǔn)井模型的長(zhǎng)度應(yīng)保證雷達(dá)測(cè)井儀器的深度記錄點(diǎn)相對(duì)于目標(biāo)體的有效移動(dòng)距離大于25m。一般的，移動(dòng)距離越長(zhǎng)，越有利于目標(biāo)探測(cè)。

所述標(biāo)準(zhǔn)井模型的長(zhǎng)度為30m，從距離井口5m到25m處布設(shè)目標(biāo)體。

所述標(biāo)準(zhǔn)井模型的寬度為7.5m；人工井眼與其緊鄰的標(biāo)準(zhǔn)井模型的一側(cè)面的距離為0.5m。該設(shè)置方案能滿足雷達(dá)測(cè)井儀器最大探測(cè)距離7m的要求。

所述人工井眼采用內(nèi)徑20cm的高強(qiáng)度玻璃鋼管，要求能注入鉆井泥漿。

所述標(biāo)準(zhǔn)井模型的高度定為3m。高度的設(shè)定滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性即可。

在設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)井模型的外形尺寸時(shí)，應(yīng)充分考慮占地面積、施工難度及填充原料成本等，采用滿足上述尺寸要求的最小值即可。

所述標(biāo)準(zhǔn)井模型的背景介質(zhì)為石灰?guī)r。對(duì)石灰?guī)r和混凝土進(jìn)行介電常數(shù)和電導(dǎo)率測(cè)試，背景介質(zhì)需符合實(shí)驗(yàn)條件需要。

所述標(biāo)準(zhǔn)井模型水平放置，長(zhǎng)軸方向沿水平方向延伸；人工井眼的井軸從井口到井底逐漸向下傾斜。人工井眼的井軸與水平方向具有一定的夾角，且從井口到井底逐漸向下傾斜，方便雷達(dá)測(cè)井儀器進(jìn)入人工井眼。

人工井眼的井軸每延伸10m，豎直方向上向下傾斜0.2m。

步驟4)中，目標(biāo)體的確定方法為：

根據(jù)雷達(dá)測(cè)井儀器刻度和標(biāo)定的需要設(shè)置多個(gè)不同屬性、尺寸、形狀、位置、角度和填充介質(zhì)的目標(biāo)體，模擬測(cè)試各個(gè)目標(biāo)體單獨(dú)存在和組合存在時(shí)的信號(hào)特征，基于目標(biāo)體之間的信號(hào)干擾最小化，確定目標(biāo)體的設(shè)置方案。

所述屬性包括孔洞、鐵板和裂縫；所述填充介質(zhì)包括水和空氣。

目標(biāo)體的確定方法中，模擬測(cè)試以下9種情況的信號(hào)特征，基于目標(biāo)體之間的信號(hào)干擾最小化，確定目標(biāo)體的設(shè)置方案：

①模擬背景介質(zhì)和所有目標(biāo)體的組合，得到所有目標(biāo)體對(duì)應(yīng)的信號(hào)；

②僅模擬背景介質(zhì)，無(wú)任何目標(biāo)體，得到標(biāo)準(zhǔn)井模型各個(gè)側(cè)面的反射信號(hào)；

③僅模擬背景介質(zhì)和最小含水孔洞，得到最小含水孔洞的反射信號(hào)；

④僅模擬背景介質(zhì)和最小空氣孔洞，得到最小空氣孔洞的反射信號(hào)；

⑤模擬背景介質(zhì)、最小含水孔洞和最小空氣孔洞，得到兩孔洞的反射信號(hào)；

⑥模擬背景介質(zhì)和全部孔洞，得到所有孔洞的反射信號(hào)；

⑦僅模擬背景介質(zhì)和鐵板，得到鐵板的反射信號(hào)；

⑧模擬背景介質(zhì)和離人工井眼最近的含水裂縫、空氣裂縫，得到兩裂縫的反射信號(hào)；

⑨模擬背景介質(zhì)和離人工井眼最遠(yuǎn)的含水裂縫，得到該裂縫的反射信號(hào)。

在確定目標(biāo)體的設(shè)置方案時(shí)，先假設(shè)多個(gè)目標(biāo)體存在，目標(biāo)體與人工井眼的徑向距離大于5m，目標(biāo)體最小尺寸達(dá)到10cm；依據(jù)模擬信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)體刪減和調(diào)整的依據(jù)是：通過仿真計(jì)算要能實(shí)現(xiàn)探測(cè)距離、分辨率等技術(shù)指標(biāo)。

目前，雷達(dá)成像測(cè)井系統(tǒng)能夠在2000m的裸眼井中進(jìn)行勘探工作，徑向探測(cè)距離大于5m，能夠探測(cè)井眼周圍的孔洞群、裂縫區(qū)、地質(zhì)斷層及巖層交界面，并能對(duì)井周地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。

本發(fā)明的雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法，綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)井井眼周圍的巖性，井中目標(biāo)體布置的位置、大小、形狀及距井眼的距離，及模型建立后數(shù)值模擬等相關(guān)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立，用于檢驗(yàn)雷達(dá)成像測(cè)井儀器的性能，以及標(biāo)定儀器測(cè)量精度和調(diào)試儀器分辨率等，具有良好的效果。

本發(fā)明的雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法，考慮了周圍介質(zhì)、不同屬性目標(biāo)體(如大小、形狀、遠(yuǎn)近、位置和角度等)，為正確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層油氣構(gòu)造提供了技術(shù)依據(jù)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1的標(biāo)準(zhǔn)井模型的三維模型圖；

圖2為所有目標(biāo)體的模擬結(jié)果；

圖3為無(wú)目標(biāo)體的模擬結(jié)果；

圖4為僅有孔洞1的模擬結(jié)果；

圖5為僅有孔洞2的模擬結(jié)果；

圖6為僅有孔洞1和孔洞2的模擬結(jié)果；

圖7為僅有孔洞1、孔洞2、孔洞3、孔洞4的模擬結(jié)果；

圖8為僅有鐵板的模擬結(jié)果；

圖9為僅有裂縫1和裂縫2的模擬結(jié)果；

圖10為僅有裂縫3的模擬結(jié)果；

圖11為實(shí)施例1最終所得雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井的實(shí)際施工圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的雷達(dá)測(cè)井標(biāo)準(zhǔn)井模型的建立方法，包括下列步驟：

1)根據(jù)雷達(dá)測(cè)井的技術(shù)指標(biāo)確定標(biāo)準(zhǔn)井模型的整體形態(tài)，長(zhǎng)軸延伸方向模擬地層深度方向，具體為：

設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)井模型的整體形態(tài)為三維箱型結(jié)構(gòu)，水平放置，長(zhǎng)度方向沿水平方向延伸；

長(zhǎng)度保證雷達(dá)測(cè)井儀器的深度記錄點(diǎn)相對(duì)于目標(biāo)體能在人工井眼中移動(dòng)至少10m；其長(zhǎng)度設(shè)置為30m，從距離井口5m到25m處為用于布設(shè)目標(biāo)體的區(qū)域；

寬度為7.5m，滿足雷達(dá)測(cè)井儀器的最大探測(cè)距離7m的要求；

高度為3m，滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性的要求；

2)根據(jù)地質(zhì)條件確定標(biāo)準(zhǔn)井模型的背景介質(zhì)為石灰?guī)r；

3)在標(biāo)準(zhǔn)井模型上設(shè)置人工井眼(內(nèi)徑20cm的高強(qiáng)度玻璃鋼管，能注入鉆井泥漿)，人工井眼緊鄰標(biāo)準(zhǔn)井模型的右側(cè)面設(shè)置，與其緊鄰的標(biāo)準(zhǔn)井模型的右側(cè)面的距離為0.5m；

人工井眼的井軸方向沿標(biāo)準(zhǔn)井模型的長(zhǎng)度方向延伸，井軸從井口到井底逐漸向下傾斜，且人工井眼的井軸每延伸10m，豎直方向上向下傾斜0.2m(即整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)井模型中，人工井眼從井口到井底在豎直方向上向下偏移0.6m)；

4)確定標(biāo)準(zhǔn)井模型中用于雷達(dá)測(cè)井儀器刻度和標(biāo)定的目標(biāo)體的屬性、尺寸、形狀、位置、角度和填充介質(zhì)，所述目標(biāo)體設(shè)置在遠(yuǎn)離人工井眼的一側(cè)；

目標(biāo)體的確定方法具體為：根據(jù)雷達(dá)測(cè)井儀器刻度和標(biāo)定的需要設(shè)置多個(gè)不同屬性、尺寸、形狀、位置、角度和填充介質(zhì)的目標(biāo)體，模擬測(cè)試各個(gè)目標(biāo)體單獨(dú)存在和組合存在時(shí)的信號(hào)特征，基于目標(biāo)體之間的信號(hào)干擾最小化，確定目標(biāo)體的設(shè)置方案；所述屬性包括孔洞、鐵板和裂縫；所述填充介質(zhì)包括水和空氣。

本實(shí)施例中，如圖1所示，將8個(gè)不同目標(biāo)體埋設(shè)于標(biāo)準(zhǔn)井模型中人工井眼N的左側(cè)、上部和下部的一定位置，建立標(biāo)準(zhǔn)井模型的三維模型圖，8個(gè)不同目標(biāo)體分別為孔洞1(a1)、孔洞2(a2)、孔洞3(a3)、孔洞4(a4)、鐵板(b)、裂縫1(c1)、裂縫2(c2)和裂縫3(c3)，具體位置和形狀如圖1所示，該標(biāo)準(zhǔn)井模型的背景介質(zhì)為石灰?guī)rM。

模擬測(cè)試以下9種情況的信號(hào)特征，基于目標(biāo)體之間的信號(hào)干擾最小化，確定目標(biāo)體的設(shè)置方案：

①模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和所有目標(biāo)體的組合，得到所有目標(biāo)體對(duì)應(yīng)的信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖2所示(石灰?guī)rM的四周為空氣D)，在目標(biāo)體已知的情況下，可以看到所有目標(biāo)體對(duì)應(yīng)的信號(hào)；但是各個(gè)目標(biāo)體的信號(hào)之間有干擾，在實(shí)際情況下不容易區(qū)分。

②僅模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)，無(wú)任何目標(biāo)體，得到標(biāo)準(zhǔn)井模型各個(gè)側(cè)面的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖3所示，該模擬的目的在于顯示各個(gè)側(cè)面(上、下、左、右)的反射，以及多次反射。

③僅模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和最小含水孔洞(孔洞1(a1))，得到最小含水孔洞的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖4所示，在其他目標(biāo)體不存在的情況下，可以清楚看出小孔洞的反射。

④僅模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和最小空氣孔洞(孔洞2(a2))，得到最小空氣孔洞的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖5所示，在其他目標(biāo)體不存在的情況下，可以清楚看出小孔洞的反射。

⑤模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)、最小含水孔洞(孔洞1(a1))和最小空氣孔洞(孔洞2(a2))，得到兩孔洞的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖6所示，可以看出，兩個(gè)孔洞的反射有干擾。

⑥模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和全部孔洞(孔洞1(a1)、孔洞2(a2)、孔洞3(a3)、孔洞4(a4))，得到所有孔洞的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖7所示，可以看出，四個(gè)孔洞的反射連在一起。

⑦僅模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和鐵板b，得到鐵板的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖8所示，可以清楚看出鐵板的反射。

⑧模擬背景介質(zhì)(石灰?guī)r)和離人工井眼最近的含水裂縫(裂縫1(c1))、空氣裂縫(裂縫2(c2))，得到兩裂縫的反射信號(hào)；

模擬結(jié)果如圖9所示，可以看出裂縫1和裂縫2的反射。

⑨模擬背景介質(zhì)和離人工井眼最遠(yuǎn)的含水裂縫(裂縫3(c3))，得到該裂縫的反射信號(hào)。

模擬結(jié)果如圖10所示，可以清楚看到裂縫的反射信號(hào)。

由于模型整體較小，因此各邊(上、下、左、右)的反射都能觀察到，并且產(chǎn)生許多多次波，對(duì)目標(biāo)信號(hào)造成很大的干擾；另外，目標(biāo)單一簡(jiǎn)單時(shí)，較之復(fù)雜目標(biāo)信號(hào)要清楚。

為了減小目標(biāo)之間的干擾，目標(biāo)體的設(shè)置不宜過多，且不同雷達(dá)目標(biāo)體埋設(shè)于標(biāo)準(zhǔn)井模型的左側(cè)位置。

通過仿真計(jì)算，目標(biāo)體太多，相互間有干擾，因此調(diào)整為最終的6個(gè)目標(biāo)體(4個(gè)孔洞和2個(gè)裂縫)。

選擇6個(gè)不同規(guī)格的目標(biāo)體(4個(gè)孔洞和2個(gè)裂縫)放在不同的位置，滿足雷達(dá)測(cè)井測(cè)試在分辨率、探測(cè)距離等方面的要求，同時(shí)又要避免目標(biāo)體之間在測(cè)試過程的干擾。在這個(gè)過程中，模擬測(cè)試各個(gè)目標(biāo)體單獨(dú)存在和組合存在時(shí)的信號(hào)特征，基于目標(biāo)體之間的信號(hào)干擾最小化并滿足雷達(dá)測(cè)井測(cè)試在分辨率、探測(cè)距離等方面的要求，確定目標(biāo)體的設(shè)置方案。

綜合各影響因素，最終確定了標(biāo)準(zhǔn)井模型設(shè)置6個(gè)目標(biāo)體，目標(biāo)體放置情況(大小、位置、材料)見表1。標(biāo)準(zhǔn)井實(shí)際建造過程中使用的6個(gè)目標(biāo)體，如圖11所示。

表1目標(biāo)體的具體位置和形狀數(shù)據(jù)表