基于小波包最优处理算法的近钻头电阻率随钻测量装置

摘 要： 岩石的电阻率与岩性、储油物性和含油性有着密切的关系。基于小波包最优处理算法的近钻头电阻率随钻测量装置，由于采用随钻的测量方式，能实时在第一时间测量到地层电阻率信息。并且通过小波包最优小波树信号提取等算法，可用来对侧向电阻率、钻头电阻率以及方位电阻率进行高精度测量。
关键词： 小波包最优处理算法；近钻头电阻率随钻测量；地层电阻率；油气水层

　在地质导向钻井中，近钻头电阻率的测量装置，能够测量出反映地层的电阻率与岩性参数的信号信息，因此其对于地址导向钻井的意义重大。传统测井方法测量电阻率时，需要将线缆测量工具放到井底，在上提的工程中进行测量。但这种方法是在起钻后进行测量的，此时井眼周围的地层已经钻开几个小时甚至更长时间。由于钻井液的侵入，使得井眼周围的地层的电阻率发生了变化，这样由于低电阻率钻井液的影响，会使测井结果解释的时候，漏掉某储层，这在钻井遇到薄储层时更加容易发生。本文介绍的装置是一种基于小波包最优处理算法的近钻头电阻率随钻测量装置，其能够准确可靠地测量出侧向电阻率、近钻头电阻率以及方位电阻率等多个地层参数。
1 测量系统测量原理
　基于小波包最优处理算法的近钻头电阻率随钻测量装置的结构图如图1所示，在钻铤上装有发射线圈、近接收线圈和远接收线圈以及3个接收电极。发射线圈由环形带磁芯的线圈构成，其使用环形磁芯，并在磁芯上绕制线圈，并使用绝缘材料封装后安装在钻艇上。近接收线圈、远接收线圈与发射线圈的结构类似，近接收线圈与远接收线圈用来测量侧向电阻率和近钻头电阻率。3个接收电极安装于扶正器的侧肋，并且位于一条直线上。电极接触井壁，但仅占整个井眼圆周的一小部分，因此可以用来测量方位电阻率。由于垂直安装于一条直线上，所以能够提供具有垂直分辨率的电阻率测量。对于远接收线圈而言，其相当于电流互感器，钻铤和钻铤周边的地层形成互感器的初级磁芯，而远接收线圈的环形磁芯上所绕制的线圈形成电流互感器的次级，次级的两根导线接入电流检测电路测量感应出的电流信号，由于被测电流为经过远发射线圈到近钻头地层的电流，因此测量的是远接收线圈和钻头之间的地层的电阻率。近接收线圈和远接收线圈的结构和测量方式一致，但其测量的是近接收线圈感应的电流与远接收线圈感应的电流差，用来衡量近接收线圈的远接收线圈间的地层电阻率。由于近接收线圈和远接收线圈检测垂直于钻铤的电流线，因此具有很好的侧向电阻率测量效果。

　3个接收电极是感应电流从地层进入钻铤的通道，测量到的电流值是该电极所面对的地层的区域的方位电阻率。由于3个电极垂直分布在一条直线上，因此可以测量3个深度地层电阻率，由于这3个电机在随钻转动，类似于在扫描井眼壁，因此可以测量电极周围的方位电阻率。同样接收到反映电阻率的互感电流通过电流电压转换单元转换后测量。因此，在随钻测量时，3个接收电极可以同时获得（浅、中、深）地层的电阻率测量值，这对评价钻井液对地层的侵入效果十分有用，并且在扫描井壁的时候，可以获得地层电性上的非均匀特性。
2 测量系统的结构和功能
　对于近钻头电阻率的测量，需要完成大量的检测、处理控制和通信功能，本测量装置的结构为一个主控系统和两个从控测量系统，其结构图如图2所示。主控系统包括监控井下电源状态的单元、井下信息存储单元和通信单元。主控系统负责协调远近接收测量系统和接收电极测量系统的工作状态，响应地面控制系统的命令，检测和控制测量设备的电源供电系统，控制井下数据存储单元存储测量数据和设备的运行状态。远近接收测量系统负责与主控系统进行通信，并控制正弦波产生单元产生100 Hz~10 000 Hz的正弦波，利用功放单元将该正弦波转换为加载到电流互感器上的激励信号，从发射线圈上发射出去。当远近接收线圈皆感应出反映电阻率的电流信号时，通过电流电压转换，将电流信号转为电压信号。由多路选择开关分时切换远近接收线圈的信号进入带通滤波器，并通过带通滤波器去除部分激励频率分量之外的其他频率分量，并由可变增益放大器更改信号幅度，避免限幅问题的产生。放大后的信号经过低通滤波器后进行A/D转换，A/D转换单元的转换频率控制在低通滤波器截止频率的10倍，进行A/D采集，并将采集到的结果交由微处理器的数字信号处理单元进行小波包最优信号提取处理，最大程度地消除噪声影响，提取出真实信号的特征信息。接收电极测量系统的工作原理与远近接收测量系统类似，测量的是3个接收电极的电阻率信息。