本发明涉及测井技术领域， 更具体地， 本发明涉及钻井行业的随 钻测量技术领域， 特别是， 本发明涉及一种在钻井工程中用于地质导 向的测井装置、 测井方法以及相应的数据处理设备。 背景技术

目前， 在诸如油气勘测、 煤层气、 在页岩地层中俘获的页岩气、 采煤等钻井行业的随钻测量领域中， 通常采用地层电阻率来形成地层 剖面图和确定储层的含油饱和度、 煤体结构的含气量及矿物断层， 因 此地层电阻率是测井解释评价油气、 煤、 矿产储藏的主要依据。 现在 已知的随钻电阻率测井技术包括随钻侧向电阻 率测井、 随钻电磁波传 播电阻率测井和随钻感应电阻率测井。

随钻侧向电阻率测井装置的工作原理主要是由 供电电极提供电 流， 在井眼周围地层中形成电场， 测量地层中电场的分布， 得出地层 电阻率。 随钻侧向电阻率测井装置将钻头本身作为电极 ， 也可以应用 环状电极和靠近钻头的 3 个纽扣电极进行电阻率测量。 在采用钻头作 为电极的情况下， 在泥浆侵入或井眼可能损坏之前， 随钻侧向电阻率 测井装置就可以测量 5 ~ 10厘米薄层的电阻率。 而如果采用 3 个钮扣 电极阵列， 则可进行高分辨率的侧向电阻率测量， 可减少围岩的影响， 甚至在盐水泥浆或高电阻率地层中也可以提供 地层真电阻率响应。 此 外， 如果应用环状电极， 则可获得井眼周围 360° 范围的电阻率信息。

然而， 随钻侧向电阻率测井装置存在如下缺点： 因为侧向电阻率 测井属于直流电法测井， 首先要有一个供电电极将直流电流导入地层， 然后用一个测量电极测出井内某点的电位， 所以只有当井内有导电泥 浆提供电流通道时才能使用这种侧向电阻率测 井方法。 然而在实际钻 井作业过程中， 例如在石油钻井过程中， 有时为了获取地层原始含油 饱和度信息， 需要采用油基泥浆钻井， 甚至采用空气钻井， 而在这种 条件下， 则不能使用直流电法测井， 即随钻侧向电阻率测井方法在这 些情况下变得不再适用。

随钻电磁波传播电阻率测井装置采用多线圏系 设计， 传播频率为 1 ~ 8MHz, 线圈系基于钻铤本体结构， 将线圈系缠绕在钻铤上， 通过 测量不同源距接收线圏间幅度比或相位差， 然后再换算为地层视电阻 率， 测得相移浅电阻率和衰减深电阻率。 在理想情况下， 随钻电磁波 传播电阻率测井装置的纵向分辨率由两接收线 圈的间距决定， 多探测 深度的测量数据可以用来解释侵入状况,通常� �为相位电阻率的探测深 度较浅， 衰减电阻率具有较大的探测深度。

公开号为 CN101609169A、题为 "一种提高电磁波电阻率测量精度 和扩展其测量范围的方法" 的参考文献公开了通过对发射天线和接收 天线之间互感电动势进行计算， 消除了互感电动势的幅度衰减一电阻 率转换图和相位差-电阻率转换图中与地层电� �率无关的互感电动势、 电路零信号、 天线系统基值信号， 计算获得相位差及幅度衰减对地层 电阻率的转换。

此外， 发表于中国石油大学学报的文献 "倾斜线圈随钻电磁波电 阻率测量仪器基本原理及其在地质导向中的应 用" 采用各向异性水平 层状介质的磁偶极源并矢 green 函数计算倾斜线圈随钻电磁波电阻率 测量仪器的响应， 分析井眼相对倾角和接收线圏倾斜角对接收信 号幅 度比和相位差的影响， 以及传统仪器和新型仪器在垂直于仪器轴方向 的响应曲线角峰的性质， 从而更早地预测到地层边界的存在。

然而， 尽管现有的各种随钻电磁波传播电阻率测井装 置能够测得 不同探测深度的电阻率， 但现有的各种随钻电磁波传播电阻率测井装 置存在如下缺点： 首先， 随钻电磁波传播电阻率测井装置采用的信号 频率太高， 由于电磁波的传播效应， 所以其探测深度有限。 其次， 随 钻电磁波传播电阻率测井装置的测量结果会受 到地质因素的影响， 尤 其是围岩的影响， 因为装置的测量结果并不仅限于接收线圈之间 的地 层区域， 而且与发射线圈到接收线圏之间的整个地层参 数有关， 甚至 于发射线圏周围一个较小区域内的地层也会对 测量结果产生影响， 所 以该测井装置的纵向分辨率在很大程度上依赖 于整个装置所处地层的 电阻率。 第三， 由于随钻电磁波传播电阻率测井装置的线圏系 是缠绕 在钻铤表面的， 所以其制作工艺非常复杂， 而且在使用过程中线圈系 极容易受到磨损而损坏， 并且当井眼尺寸变化时， 需要重新绕制线圈， 维修检测较为复杂， 维护成本高。 此外， 与随钻侧向电阻率测井装置 类似， 随钻电磁波传播电阻率测井装置也不能工作在 油基泥浆中。 随钻感应电阻率测井装置利用电磁感应原理， 当在发射线圏中施 加幅度和频率恒定的交流电时， 在该线圈的周围地层中感应出涡流， 涡流本身又会形成二次交变电磁场， 在二次交变电磁场作用下， 接收 线圈中产生感应电动势， 该电动势大小与地层电导率有关， 通过测量 感应电动势即可得到地层电阻率。

目前的随钻感应电阻率测井装置的线圈系采用 一个发射线圈和两 个接收线圈， 所述两个接收线圈中的一个为主接收线圈， 另一个为补 偿线圏， 线圏系置于钻铤侧面带有反射层的 V形槽内， 测井响应对 V 形槽正面区域地层的电阻率变化敏感， 因此具有定向测量的特点。 随 钻感应电阻率测井装置由电池供电， 在电池顶部装有一个公扣连接头， 该公扣连接头可与随钻感应电阻率测井装置底 部的母扣连接头相接， 用于向随钻感应电阻率测井装置传送实时数据 ， 同一个传感器短节可 适用于不同尺寸井眼的要求。

这种随钻感应电阻率测井装置的优点是： 其信号频率为 20kHz, 大 大低于高频装置的频率， 因此不易被地层吸收， 探测深度深， 测量范 围较大， 可达到 0.1-1000 欧姆米， 而且其结构设计简单， 一个传感器 短节可适用于不同尺寸井眼的需要， 维修检测简单， 且适用不同类型 的钻井液。

然而， 这种随钻感应电阻率测井装置还存在如下缺点 ： 由于该装 置采用由一个发射线圈和两个接收线圏组成的 、 具有单一固定探测深 度的线圈系， 所以该测井装置只能提供一个径向探测深度的 地层电阻 率， 不能用于解释复杂侵入剖面和划分渗透层。 此外， 对于渗透层而 言， 泥浆侵入使其电阻率在径向上发生变化， 由于在同一深度点只能 得到一个径向探测深度的电阻率值， 因此随钻感应电阻率测井装置不 能用来解释地层侵入状况， 无法确定地层受泥浆侵入的情况和储层渗 透性， 不利于油气层解释， 从而无法用来准确测量地层真电阻率。 另 外， 对于不同类型的泥浆侵入以及不同径向探测深 度的电阻率而言， 其油气水层特征是不同的， 根据多条不同探测深度电阻率曲线受泥浆 侵入影响程度的不同、 以及在油气水层中所表现出来的差异特征可以 识别油气， 所以多深度电阻率测量对于随钻测井装置来说 是非常重要 的， 然而目前的这种随钻感应电阻率测井装置却无 法达到这个要求， 因为它的线圈系设计结构固定， 每一种线圏系只能提供一种深度的电 阻率， 要得到不同探测深度的电阻率， 就得用不同的线圈系进行多次 是很难实现的。 ^ ^: ' ^ ^

综上所述， 无论是上述哪种随钻电阻率测井装置， 其都存在诸多 缺陷， 并且， 上述各种随钻电阻率测井装置都只致力于径向 探测深度 的方法研究和计算， 而并未提及或涉及到前向探测深度。 然而， 随着 各类随钻电阻率测井装置的发射天线和接收天 线的数量的不断增多,发 射频率降低,前向深度探测对于钻井工程而言� �得越来越重要,因此， 目 前在钻井测井领域中对于随钻前向探测方法的 需求变得愈来愈迫切。 发明内容： 陷， 本发明提供了一种新的随钻测井方法， 该方法在钻井过程中不但 能够实时测量钻井前向地层电阻率变化， 还能够分辨钻进过程中前方 不同的电阻率层界面特征。

根据本发明的一个方面， 提供了一种测井方法， 其包括：

( a ) 均质测量点选取步骤， 在该步骤中， 使测井装置选取两个 连续测量点来进行至少两次连续测量；

( b ) 根据所述两个连续测量点处的测量结果来确定 所选取的所 I 述两个连续测量点是否均能作为均质地层可选 点； 如果是， 则

( c ) 根据两个所述均质地层可选点来确定与所测高 阻目的层的 地层电阻率相对应的所述测井装置的感应信号 的幅度比基值和相位差 基值；

( d ) 根据所述幅度比基值和相位差基值来确定与所 测高阻目的 , 层的地层电阻率相对应的幅度比标准值和相位 差标准值；

( e ) 根据所述幅度比标准值和相位差标准值来设定 所述所测高 阻目的层的出层阔值；

( f ) 继续选取下一个测量点进行至少两次测量；

( g ) 判断在当前测量点处、 测井装置的一对接收线圈之间的感 • 应电动势的幅度比变化量和 /或相位差变化量是否大于所述出层阈值；

( h ) 如果步骤 （g ) 的判断结果为是， 则判定测井装置前方出现 低阻地层。 根据本发明的另一个方面， 提供了一种数据处理设备， 其特征在 于， 该数据处理设备包括：

均质地层可选点判定装置 （ 1403、 1404 ) , 其用于判定测井装置 当前所选取的两个连续测量点是否均能作为均 质地层可选点；

基值确定装置 （ 1406 ) , 其用于在所述均质地层可选点判定装置 ( 1403、 1404 ) 的判断结果为是的情况下， 根据两个所述均质地层可 选点来确定与所测高阻目的层的地层电阻率相 对应的所述测井装置的 感应信号的幅度比基值和相位差基值；

标准值确定装置 （ 1407 ) , 其用于根据所述幅度比基值和相位差 基值来确定与所测高阻目的层的地层电阻率相 对应的幅度比标准值和 相位差标准值；

出层阈值设定装置 （ 1408 ) ， 其用于根据所述幅度比标准值和相 位差标准值来设定所述所测高阻目的层的出层 阔值；

第三一第 n 测量点选取及计算装置 （ 1409 ) , 其用于继续选取下 一个测量点进行至少两次测量， 并计算在当前所选取的测量点处、 测 井装置的一对接收线圈之间的感应电动势的幅 度比变化量和相位差变 化量； 以及

低阻地层判定装置（ 1410 ) ， 其包括出层阈值判定单元（ 14101 ) , 该单元用于判断所述当前所选取的测量点处的 幅度比变化量和 /或相位 差变化量是否大于所述出层阈值； 如果是， 则判定测井装置前方出现 低阻地层。

根据本发明的再一个方面， 提供了测井装置， 其特征在于， 所迷 测井装置包括钻铤本体 （ 12 ) 和天线阵列， 其中所述天线阵列包括至 少一对发射天线和接收天线， 所述发射天线和接收天线用于生成前向 探测深度曲线。

相比较径向深度探测而言， 根据本发明的前向深度探测具有下列 重要意义:首先， 根据本发明的前向深度探测可有效地控制钻井 工程造 斜段轨迹； 公知的水平段测量地层通常是先假定水平层状 分布， 当开 始造斜时， 电阻率测井装置与这些水平层状地层近乎垂直 ， 因而径向 探测响应只能反映某个层面的测量地层的电阻 率变化情况， 而前向探 测响应却具有多个前向探测深度， 其可反映不同的钻井深度上的测量 地层的电阻率变化， 可以有效识别层边界和油水触面， 调整造斜弧度 使之准确平滑， 进而保证造斜段钻井质量。 其次， 当钻井进入复杂的 大斜度井或水平井段时， 根据本发明的前向深度探测可对钻井前端地 层进行不同深度的前向探测， 其比径向探测方法更直接和准确， 可预 先判断薄油层、 复杂褶皱及互夹层， 从而有效绕开断层以及沿高 dip储 层长距离钻进， 获得最高油气有效钻遇率。

根据本发明的测井方法及相应的数据处理装置 可以在钻井过程中 实时地测量地层的电阻率变化率的变化特征， 实时分辨地层界面及油 水界面， 捕捉进入油气储集层的最佳时机， 并且在高地层倾角及各向 异性地层水平井中， 能够长距离预测钻头前方地质信息并及时调整 井 眼轨迹， 控制钻具穿行在油藏最佳位置， 从而获得最大触油面， 非常 适合于在石油工程中进行地质导向。 附图说明：

图 1示出了根据本发明优选实施例的测井装置；

图 2示出了根据本发明的测井方法所采用的二层� �层模型图； 图 3示出了电阻率对比度为 10/1地层幅度衰减响应随地层界面位 置的变化关系图；

图 4示出了电阻率对比度为 10/1地层相位移响应随地层界面位置 的变化关系图；

图 5示出了电阻率对比度为 50/1地层幅度衰减响应随地层界面位 置的变化关系图；

图 6示出了电阻率对比度为 50/1地层相位移响应随地层界面位置 的变化关系图；

图 7示出了电阻率对比度为 200/1地层幅度衰减响应随地层界面位 置的变化关系图；

图 8示出了电阻率对比度为 200/1地层相位移响应随地层界面位置 的变化关系图；

图 9 示出了根据本发明优选实施例的测井装置中的 天线系 T2-R1 -R2在 2MHz的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅� �比和相 位差的本征值的对照表；

图 10 示出了根据本发明优选实施例的测井装置中的 天线系 T2-R1 -R2在 400kHz的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅 度比和 相位差的本征值的对照表；

图 1 1 示出了根据本发明优选实施例的测井装置中的 天线系 T1 -R1 -R2在 2MHz的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅� �比和相 位差的本征值的对照表；

图 12 示出了根据本发明优选实施例的测井装置中的 天线系 T1 -R1-R2在 400kHz的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅 度比和 相位差的本征值的对照表； 具体实施方式：

某些术语在本申请文件中自始至终用来指示特 定系统部件。 如本 领域的技术人员将认识到的那样， 通常可以用不同的名称来指示相同 的部件， 因而本申请文件不意图区别那些只是在名称上 不同而不是在 功能方面不同的部件。 在本申请文件中， 以开放的形式使用术语 "包 括 （comprise ) ，， 、 "包含 （include ) " 和 "具有 （have ) " , 并且因 此应将其解释为意指 "包括但不限于... " 。 此外， 在本文中可能使用 的术语 "基本上" 、 "实质上" 或者 "近似地" 涉及行业所接受的对 相应术语的容差。 如在本文中可能采用的术语 "耦合" 包括直接耦合 和经由另外的组件、 元件、 电路、 或者模块的间接耦合， 其中对于间 接耦合来说， 介于其间的组件、 元件、 电路、 或模块不更改信号的信 息但是可调整其电流水平、 电压水平、和 /或功率水平。推断的耦合（例 如其中一个元件通过推断耦合至另一个元件） 包括以与 "耦合" 同样 的方式在两个元件之间的直接和间接的耦合。

在以下说明中， 出于解释的目的， 阐述许多特定细节以便提供对 本发明的透彻理解。 然而， 对于本领域的技术人员来说将显而易见的 是， 可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明 的装置、 方法和设 备。 在本说明书中对 "实施例" 、 "示例" 或类似语言的提及意指结 合该实施例或示例所描述的特定特征、 结构或特性被包括在至少那一 个实施例或示例中， 但不一定会被包括在其它的实施例或示例中。 在 本说明书中的不同位置中的措辞 "在一个实施例中" 、 "在优选实施 例中，， 或类似措辞的各种实例并不必定全部涉及同一 实施例。

下面结合优选实施例和说明书附图对本发明作 进一步描述。

图 1 示出了根据本发明优选实施例的一种测井装置 ——电磁波传 播电阻率探测装置， 其包括钻铤本体 12、 天线阵列 7-1 1、 13-15、 内部 电子线路 （图中未示出） 以及用于耦合各部件的固化密封件。

如图 1 中所示， 钻铤本体 12在本实施例中优选地由一根圆柱形且 内有轴向贯通孔的不锈钢材料制成， 该钻铤本体 12的外表面上优选地 刻有多个优选为环形或椭环形的凹槽， 该凹槽用于安装发射天线或接 收天线。

在图 1所示出的优选实施例中，天线阵列包括 4个发射天线 T1 (如 附图标记 1 1所示） 、 T2 (如附图标记 14所示） 、 T3 (如附图标记 13 所示） 和 T4 (如附图标记 15所示） ， 以及 4个接收天线 R1 (如附图 标记 7所示） 、 R2 (如附图标记 8所示） 、 R3 (如附图标记 9所示） 和 R4 (如附图标记 10所示） 。

如图 1 所示，发射天线和接收天线从图 1的左侧至图 1 的右侧（即 为从钻挺本体 12的钻挺尾端到钻头端） 的排列顺序优选为： 接收天线 R3、 发射天线 T3、 发射天线 Tl、 接收天线 Rl、 接收天线 R2、 发射天 线 T2、 发射天线 Τ4、 和接收天线 R4。 其中， 在本优选实施例中， 接 收天线 R1和 R2之间的中点为测量点， 发射天线 Tl、 Τ2、 Τ3和 Τ4优 选地分别以该测量点为中心对称地安装。 接收天线 R1和 R2优选地是 安装角均为零的接收天线对， 而接收天线 R3和 R4为另一对以所述测 量点为对称中心的接收天线对， 如图 1所示， 该接收天线 R3和 R4优 选地位于钻铤的两端。 该接收天线 R3和 R4的安装角可以任意设置， 在本实施例中其被优选地 （但不仅限于）设置为 45° 和 -45° 。

对于任何一个发射天线与一对接收天线对（例 如发射天线 T1与接 收天线 R1 和 R2 ) 而言， 当发射天线被激发时， 电磁信号通过周围地 层及钻铤本体传播， 经过地层反射及透射而在接收天线上产生电磁 感 应信号， 该电磁感应信号经由接收天线进行信号采集， 然后经由内部 电子线路进行放大、 滤波等信号处理， 最后转化为传播地层的电阻率 的函数。 当该测井装置 （在本实施例中为电磁波传播电阻率探测装置 ） 在井下运行时， 如果该装置前方的地层电参数 （例如地层电阻率对比 度） 不变， 则就意味着没有层边界出现， 此时反射到接收天线上的电 磁信号就会不变， 而如果该装置前方的地层电参数改变， 则就意味着 有层边界出现， 此时反射到接收天线上的电磁信号将产生改变 ， 从而 产生一个信号差， 不断地对这个信号差进行采集计算， 则可获得前向 探测的距离。

根据本发明的测井装置 （在本实施例中为电磁波传播电阻率探测 装置） 中的任意一个发射天线和任一组接收天线对的 组合都可以产生 一条前向探测曲线， 通过对所有的前向探测曲线进行比较及处理， 可 以消除环境影响 （例如井眼影响） 和测量误差， 从而可以提高测井装 置的前向探测精度。

下面， 将结合附图来详细描述根据本发明另一优选实 施例的一种 特定的随钻测井方法。

如图 13所示， 根据本发明优选实施例的测井方法——电磁波 传播 电阻率前向探测方法， 包括如下步骤：

在步骤 1301 中， 将随钻测井装置 （优选地例如图 1所示的电磁波 传播电阻率前向探测装置） 放置到某深度位置处的高阻目的层中， 在 测井装置持续钻进时该测井装置进行连续探测 ， 其探测方向与该测井 装置 （优选地为图 〗 所示的电磁波传播电阻率前向探测装置） 的轴向 移动方向一致。

在步骤 1302中， 选取两个连续测量点 （例如第一测量点和第二测 量点） ， 在每个测量点处进行至少两次连续测量。

在步骤 1303中， 如果在第一测量点处、 在所述至少两次连续测量 中沿测井装置轴向方向的第一接收线圏与第二 接收线圏之间的感应电 动势的幅度比变化量 Δ^"和相位差变化量 A PSD 在其各自的预定阈值 范围 （例如： 预定幅度比变化量阔值范围可以为 0-0.03dB或其他预定 范围,预定相位差变化量阈值范围为 0°-0. 1°或其他预定范围） 内， 则将 该第一测量点作为第一均质地层可选点保存。

在步骤 1304中， 如果在第二测量点处、 在所述至少两次连续测量 中沿测井装置轴向方向的第一接收线圏与第二 接收线圏之间的感应电 动势的幅度比变化量 ^ ¹ "和相位差变化量 A PSD 都在所述各自的预定 阈值范围内， 则将该第二测量点作为第二均质地层可选点保 存。

如果在步骤 1303和 1304 中经判断没有找到符合上述条件的两个 均质地层可选点， 则返回步骤 1302 , 继续进行随钻测量， 依此类推， 直到找到符合条件的两个均质地层可选点为止 。

当经由步骤 1303和 1304找到了第一和第二均质地层可选点之后， 在步骤 1305中， 将上述第一和第二均质地层可选点处所测得的 所述第 一接收线圏与所述第二接收线圏之间的感应电 动势的幅度比的平均值 (即， 在这两个均质地层可选点处所进行的各次测量 得到的多个幅度比 的平均值)或均方根和相位差的平均值 （在两个均质地层可选点处所进 行的各次测量得到的多个相位差的平均值） 或均方根分别作为与所测 高阻目的层的地层电阻率相对应的所述测井装 置的感应信号的幅度比 基值 "0和相位差基值 PSDQ。

接下来， 在步骤 1306中， 确定并存储所测高阻目的层的地层电阻 率的标准值， 即： 将与所测高阻目的层的地层电阻率相对应的上 述幅 度比基值 ^"0和相位差基值 Α¾)θ与各种地层的相应预定本征值进行比 较， 选取与所述幅度比基值和相位差基值最为接近 的那一种类型的地 和相位差标准值， 存储所述幅度比标准值和相位差标准值。

可选地， 在步骤 1307中， 根据与所测高阻目的层的地层电阻率对 应的幅度比标准值和相位差标准值来设定所述 所测高阻目的层的出层 阔值。 具体而言， 当测井装置靠近低阻边界时， 会造成所述测井装置 的轴向方向的第一接收线圈与第二接收线圏之 间的感应电动势的幅度 比和相位差的变化， 测井装置越靠近低阻边界， 所述实测的幅度比相 对于幅度比的标准值的变化量 （即差值） 、 以及所述实测的相位差相 对于相位差的标准值的变化量 （即差值） 就越大， 当该幅度比变化量 和相位差变化量达到或超过预定数值时， 通常认为测井装置的前方出 现低阻地层。 所述预定数值即为本文所述的出层阈值。 需要注意的是， 该出层阈值对于不同的测量地层可以由本领域 技术人员根据实际测量 地层的特征及测量情况设定为不同的预定数值 ， 一般可通过当前所测 地层及前方地层这两种地层的电阻率对比度来 加以确定， 优选地， 无 论当前所测地层及前方地层这两种地层的电阻 率对比度如何， 均可以 将出层阈值设为幅度比标准值或相位差标准值 的 1 %-30%；进一步优选 地， 当所述电阻率对比度为 1 /10时， 可以优选地将出层阔值设为所述 幅度比标准值或相位差标准值的 10%。 上述出层阈值的确定方式以及 数值仅是示例性的， 并不应当构成对本发明保护范围的限制， 本领域 如图所示， 在步骤 1308中， 继续选取下一个测量点， 在下一个测 量点处进行至少两次测量， 计算在该测量点处沿测井装置的轴向方向 的第一接收线圈与第二接收线圈之间的感应电 动势的幅度比变化量 ^tt和相位差变化量 Δ PSD。

在步骤 1309中，判断步骤 1308中所计算的幅度比变化量 Δ^"和相 位差变化量 A PSD 是否大于出层阈值； 如果大于， 则判定所述测井装 置的前方为低阻地层； 如果不大于， 则存储当前的幅度比变化量 "和 相位差变化量 A PSD,之后判断是否到了预定的第 η个测量点，如果否， 则返回步骤 1308， 继续进行下一测量点的选取及幅度比变化量 和 相位差变化量 A PSD的计算， 如果是到了预定的第 η 个测量点， 则进 入到步骤 1310。 需要注意的是， 此处的 η根据地层的特征及测量的速 度由技术人员根据实际情况来选择， 例如， 如果对于较软的地层 （比 如说濒海地区中的砂岩） ， 则 η 的取值可以相对小一些， 而对于较硬 的地层 （比如说页岩） ， 则 η 的取值可以相对大一些， 通常， 对于普 通地层而言， η优选地可选为 20-30 , 但本发明绝不限制与此， 其可以 是其他适合的取值。

在步骤 1310 中， 根据之前所存储的各测量点处的幅度比变化量 和相位差变化量 A PSD来确定幅度比变化趋势和相位差变化趋势； 如果所述变化趋势为从第三个测量点到第 η 个测量点， 所述幅度 比变化量和相位差变化量保持同向递增 （即第 m+ 1 个测量点处的幅度 比变化量和相位差变化量分别比第 m个测量点处的幅度比变化量和相 位差变化量大， 所述 m=l ,2,... ,n-l ) ， 则判定所述测井装置的前方为低 阻地层；

否则如果所述变化趋势总体为同向递增， 则也判定为所述测井装 置的前方为低阻地层； 本文所述的总体同向递增是指： 虽然所述变化 趋势中间有起伏 （也就是说， 在某测量点处的幅度比变化量和相位差 变化量相对于前一测量点处的幅度比变化量和 相位差变化量而言有所 减小） , 但是例如至少 70%的测量点保持着同向递增的趋势， 该百分 比也是由技术人员根据实际测量情况来预先设 定的， 所述 70%仅为示 例性的， 并不构成对本发明保护范围的限制。

如果所述变化趋势既未同向递增， 又未总体同向递增， 则判定所 述测井装置的前方没有出现低阻地层。

根据本发明的另一优选实施例， 在上述步骤 1305中所述的基值确 定过程中， 可以通过磁偶极源并矢格林函数来计算得到第 一和第二均 质地层可选点的地层电阻率、 幅度比和相位差。 作为示例， 图 9 - 12 示出了几种示例性的各种测量地层电阻率与幅 度比和相位差的本征值 对照表， 该本征值对照表中的相应物理量通过磁偶极源 并矢格林函数 来计算得到。 其中， 图 9 示出了根据本发明优选实施例的测井装置天 线对 T2-R1 -R2在 2MHz的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅� �比 和相位差转换的本征值的对照表； 图 10示出了根据本发明优选实施例 的测井装置天线对 T2-R1 -R2在 400kHz的发射频率下的各种测量地层 电阻率与幅度比和相位差转换的本征值的对照 表； 图 1 1 示出了根据本 发明优选实施例的测井装置天线对 T 1 -R1 -R2在 2MHz的发射频率下的 各种测量地层电阻率与幅度比和相位差转换的 本征值的对照表； 图 12 示出了根据本发明优选实施例的测井装置天线 对 T1 -R1 -R2在 400kHz 的发射频率下的各种测量地层电阻率与幅度比 和相位差转换的本征值 的对照表。

此外， 根据本发明的再一优选实施例， 所述测井方法还优选地包 括采用索末菲尔德积分计算前方低阻地层到测 井装置 （例如根据本发 明的电磁波传播电阻率前向探测装置） 的距离。

本申请的图 2 示出了优选地采用根据本发明优选实施例的电 磁波 传播电阻率前向探测装置进行前向探测的测井 方法所用到的二层地层 模型图。

如图 2中所示， 各附图标记分别表示： 地层 1 ; 2 : 地层 2; 3 : 地层 1和地层 2间的层界面； 4: 电磁波传播电阻率前向探测装置的心 轴线； 5 : 电磁波传播电阻率前向探测装置的测量点； 6: 电磁波传播 电阻率前向探测装置的测量点到地层 1和地层 2间的层界面 3的距离； 7: 安装角为零的接收天线 R1 ; 8: 安装角优选为零度的接收天线 R2; 9: 安装角优选为 45° 的接收天线 R3 ; 10: 安装角优选为 -45° 的接 收天线 R4; 1 1、 安装角优选为零度的发射天线 Tl。 根据该二层地层模 型， 所述电磁波传播电阻率前向探测装置被设置在 地层 1 中并且垂直 于地层 1 和地层 2的界面， 通过改变地层界面 3到装置中心点的距离 即可获得在不同电阻率对比度的地层中幅度衰 减和相位移的变化。 图 3至图 8示出的是根据本发明优选实施例的电磁波传� �电阻率 前向探测装置的不同发射-接收天线对在采用� �同频率时在不同的电 阻率对比度地层的幅度衰减响应或相位移响应 随地层界面位置的变 化关系图。图 3-图 8中的横坐标表示从地层界面 3到装置中心点的距 离， 纵坐标表示线圈系在二层地层中与在以地层 1的电参数为电阻率 的均质地层中的响应的差值。

假设根据本发明优选实施例的电磁波传播电阻 率前向探测装置的 幅度衰减阔值为 0.02dB、相位移的阈值为 0. Γ (如图 3-图 8中的横线 所示）， 则由图 3至图 8可得到该探测装置中的各天线对在不同电阻 率对比度地层中的垂向探测深度。

例如， 在 10/1 电阻率对比度地层中， 若发射-接收天线对的频率为 2MHz, 则 16/22in. (即英寸 )天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测 深度分别为 41 in.和 26 in.， 32/38ιη.天线对的幅度衰减和相位移的垂 向探测深度分别为 56 in.和 37 in. ; 如果发射-接收天线对的频率为 400kHz, 则 16/22in.天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测� ��度分别 为 43 in.和 35 in. , 32/38in.天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测� �� 度分别为 67 in.和 48 in.。

在 50/1 电阻率对比度地层中， 若所述频率取 2MHz， 则 16/22in. 天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测深度分 别为 55 in.和 35 in.、 32/38in.天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测� ��度分别为 77 in.和 46 in. ; 若所述频率取 400kHz， 则 16/22in.天线对的幅度衰减和相位 移的垂向^!罙测深度分别为 49 in.和 44 in. , 32/38in.天线对的幅度衰减 和相位移的垂向探测深度分别为 82 in.和 62 ιη.。

在 200/1 电阻率对比度地层中， 若所述频率取 2MHz, 则 16/22in. 天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测深度分 别为 61 in.和 43 in.、 32/38in.天线对的幅度衰减和相位移的垂向探测� ��度分别为 92 in.和 57 in. ; 若所述频率取 400kHz, 则 16/22in.天线对的幅度衰减和相位 移的垂向探测深度分别为 50 in.和 47 in. , 32/38in.天线对的幅度衰减 和相位移的垂向探测深度分别为 87 in.和 71 in.。

由图 3至图 8 可以看出， 随着地层电阻率对比度的增加， 幅度衰 减响应或相位移响应随地层界面位置的变化更 加平緩。 随着地层电阻 率对比度和天线对线圏距的增加， 所述探测装置的垂向探测深度增大。 在相同电阻率对比度地层中， 同一天线对幅度衰减曲线的垂向探测深 度大于相位移曲线的垂向探测深度。

在钻井装置向前钻进的过程中， 通过根据本发明的设置在钻井装 置中的所述随钻测井装置实时测量上述幅度衰 减或相位移信号的变化 可以确定地层界面或油水界面的存在， 从而控制钻具穿行在油藏的最 佳位置。 如果在钻井装置向前钻进的过程中所述随钻测 井装置没有出 现上述幅度衰减或相位移信号的变化， 也就是随钻测井装置的幅度衰 减或相位移信号的读数为定值， 则表示无低阻地层存在。 若在钻井装 置向前钻进的过程中上述幅度衰减或相位移信 号的读数发生改变， 则 表示钻井装置前方出现了低阻地层， 需及时调整井眼轨迹以避免钻入 低阻地层， 从而使钻井装置始终位于高阻含油目的层段， 进而实现地 层界面的钻前预测和精确地质导向。

需要指出的是， 本发明虽然参照石油钻井来描述了优选实施例 ， 但是本发明的测井装置及测井方法并不仅限于 石油钻井领域， 还广泛 地适用于采煤、 采矿等其他钻井行业中。

下面， 本说明书将进一步描述用于实现根据本发明优 选实施例的 所述测井方法的数据处理设备。

如图 14所示， 根据本发明的数据处理设备优选地包括： 第一、 第 二测量点选取装置 1400、 第一幅度比变化量和相位差变化量计算装置 1401、 第二幅度比变化量和相位差变化量计算装置 1402、 第一均质地 层可选点判定装置 1403、 第二均质地层可选点判定装置 1404、 存储装 置 1405、 基值确定装置 1406、 标准值确定装置 1407、 出层阈值设定装 置 1408、第三 -第 n测量点选取及计算装置 1409以及低阻地层判定装 置 1410。

其中， 所述第一、 第二测量点选取装置 1400选取两个连续测量点 (即第一测量点和第二测量点） ， 并指示测井装置在每个所选取的测 量点处进行至少两次连续测量。

所述第一、 第二测量点选取装置 1400分别耦合到所述第一幅度比 变化量和相位差变化量计算装置 1401和第二幅度比变化量和相位差变 化量计算装置 1402。

所述第一幅度比变化量和相位差变化量计算装 置 1401用于计算在 所述第一、 第二测量点选取装置 1400所选取的第一测量点处、 在所述 至少两次连续测量中沿测井装置轴向方向的第 一接收线圈与第二接收 线圈之间的感应电动势的幅度比变化量 A^t和相位差变化量 A PSD; 所述第二幅度比变化量和相位差变化量计算装 置 1402用于计算在 所述第一、 第二测量点选取装置 1400所选取的第二测量点处、 在所述 至少两次连续测量中沿测井装置轴向方向的第 一接收线圏与第二接收 线圏之间的感应电动势的幅度比变化量 Δ ί"和相位差变化量 A PSD; 所述第一均质地层可选点判定装置 1403耦合至所述第一幅度比变 化量和相位差变化量计算装置 1401 , 且用于判断在第一测量点处、 沿 测井装置轴向方向的第一接收线圏与第二接收 线圏之间的感应电动势 的幅度比变化量 和相位差变化量 A PSD 是否在其各自的预定阚值 范围内， 如果是， 则将该第一测量点作为第一均质地层可选点保 存在 存储装置 1405中。如果否，则指示所述第一、第二测量� �选取装置 1400 重新选取测量点。 优选地， 上述预定幅度比变化量阈值范围可以为 0-0.03dB或其他预定范围,预定相位差变化量阈值 范围为 0°-0.1°或其他 预定范围。

所述第二均质地层可选点判定装置 1404耦合至所述第二幅度比变 化量和相位差变化量计算装置 1402 , 且用于判断在第二测量点处、 沿 测井装置轴向方向的第一接收线圏与第二接收 线圈之间的感应电动势 的幅度比变化量 和相位差变化量 A PSD 是否在其各自的预定阈值 范围内， 如果是， 则将该第二测量点作为第二均质地层可选点保 存在 存储装置 1405中。如果否，则指示所述第一、第二测量� �选取装置 1400 重新选取测量点。

所述基值确定装置 1406耦合至存储装置 1405 ,且用于确定与所测 高阻目的层的地层电阻率相对应的所述测井装 置的感应信号的幅度比 基值 0和相位差基值 ¾£»o。 根据优选实施例， 基值确定装置 1406将 存储装置 1405中所存储的上述第一和第二均质地层可选� �处所测得的 第一接收线圈与第二接收线圏之间的感应电动 势的幅度比的平均值 (在 这两个均质地层可选点处所进行的各次测量得 到的多个幅度比的平均 值)或均方根和相位差的平均值 （在两个均质地层可选点处所进行的各 次测量得到的多个相位差的平均值） 或均方根分别作为与所测高阻目 的层的地层电阻率对应的幅度比基值 ^"0和相位差基值 PSDQ。

优选地， 所述基值确定装置 1406通过磁偶极源并矢格林函数来计 算得到所述第一和第二均质地层可选点的地层 电阻率、 幅度比和相位 差。 要指出的是， 所述基值确定装置 1406还可以釆用其他已有函数或 算法来计算得到所述第一和第二均质地层可选 点的地层电阻率、 幅度 比和相位差。

所述标准值确定装置 1407耦合至所述基值确定装置 1406和存储 装置 1405 ,并用于确定并存储所测高阻目的层的地层电� �率的标准值。 根据优选实施例， 所述标准值确定装置 1407用于将与所测高阻目的层 的地层电阻率对应的上述幅度比基值 和相位差基值 与各种地 层的相应预定本征值进行比较， 选取与所述幅度比基值和相位差基值 最为接近的那一种类型的地层的本征值作为与 所测高阻目的层的地层 电阻率对应的幅度比标准值和相位差标准值， 并将所述幅度比标准值 和相位差标准值存储在存储装置 1405中。

所述出层阔值设定装置 1408耦合至所述标准值确定装置 1407和 存储装置 1405 , 并用于设定所测高阻目的层的出层阈值。 根据优选实 施例， 所述出层阈值设定装置 1408根据与所测高阻目的层的地层电阻 率对应的幅度比标准值和相位差标准值来设定 所述所测高阻目的层的 出层阔值， 之后优选地将所述出层阈值存储在所述存储装 置 1405中。

具体而言， 当测井装置靠近低阻边界时， 会造成所述测井装置的 轴向方向的第一接收线圏与第二接收线圏之间 的感应电动势的幅度比 和相位差的变化， 测井装置越靠近低阻边界， 所述实测的幅度比相对 于幅度比的标准值的变化量 （即差值） 、 以及所述实测的相位差相对 于相位差的标准值的变化量 （即差值） 就越大， 当该幅度比变化量和 相位差变化量达到或超过预定数值时， 通常认为测井装置的前方出现 低阻地层。 所述预定数值即为本文所述的出层阈值。 如前所述， 该出 层阈值对于不同的测量地层可以由本领域技术 人员根据实际测量地层 的特征及测量情况设定为不同的预定数值， 一般可通过当前所测地层 及前方地层这两种地层的电阻率对比度来加以 确定， 优选地， 无论当 前所测地层及前方地层这两种地层的电阻率对 比度如何， 均可以将出 层阈值设为幅度比标准值或相位差标准值的 1 %-30%； 进一步优选地， 当所述电阻率对比度为 1 /10时， 可以优选地将出层阈值设为所述幅度 比标准值或相位差标准值的 10%。 上述出层阈值的确定方式以及数值 仅是示例性的， 并不应当构成对本发明保护范围的限制， 本领域技术 人员可以根据实际情况通过其他方式选择合适 的数值。

所述第三-第 n测量点选取及计算装置 1409用于继续选取下一个 测量点， 在下一个测量点处进行至少两次测量， 计算在该测量点处沿 测井装置的轴向方向的第一接收线圏与第二接 收线圏之间的感应电动 势的幅度比变化量 和相位差变化量△ PSD。

所述低阻地层判定装置 1410分别耦合至存储装置 1405、出层阈值 设定装置 1408以及所述第三 -第 n测量点选取及计算装置 1409。

根据优选实施例， 所述低阻地层判定装置 1410包括出层阈值判定 单元 14101 , 其用于判断所述第三 -第 n测量点选取及计算装置 1409 中所计算的当前测量点的幅度比变化量^ 和相位差变化量 A PSD 是 否大于出层阈值； 如果大于， 则判定所述测井装置的前方为低阻地层； 如果不大于，则优选地将当前测量点的幅度比 变化量 和相位差变化 量 A PSD存储在存储装置 1405中。

根据另一优选实施例， 所述低阻地层判定装置 1410还包括测量点 数目判定单元 14102和幅度比及相位差变化趋势判定单元 14103。

所述测量点数目判定单元 14102 用于在所述出层阈值判定单元 14101判断当前测量点的幅度比变化量 和相位差变化量 A PSD不大 于出层阈值时， 判断当前测量点是否已达到预定的第 n 个测量点， 如 果否， 则指示所述第三-第 n测量点选取及计算装置 1409继续进行下 一测量点的选取及幅度比变化量 Δ^"和相位差变化量 A PSD的计算；反 之， 如果当前测量点为预定的第 η 个测量点， 则指示幅度比及相位差 变化趋势确定单元 14103来根据之前所存储的各测量点（即第 3、4、5... η 个测量点）处的幅度比变化量 Δ^"和相位差变化量 A PSD来确定幅度比 变化趋势和相位差变化趋势。

如前所述， 此处的 η 根据地层的特征及测量的速度由技术人员根 据实际情况来选择， 例如， 如果对于较软的地层 （比如说瀕海地区的 砂岩） ， 则 η 的取值可以相对小一些， 而对于较硬的地层 （比如说页 岩） , 则 η的取值可以相对大一些， 通常， 对于普通地层而言， η优选 地可选为 20-30， 但本发明绝不限制与此， 其可以是其他适合的取值。

根据再一优选实施例， 所述低阻地层判定装置 1410还包括同向递 增变化趋势判定单元 14104 ,所述同向递增变化趋势判定单元 14104用 于判断由所述幅度比及相位差变化趋势确定单 元 14103 确定的所述变 化趋势是否为从第三个测量点到第 n 个测量点， 所述幅度比变化量和 相位差变化量保持同向递增 （即第 m+ 1 个测量点处的幅度比变化量和 相位差变化量分别比第 m个测量点处的幅度比变化量和相位差变化量 大， 所述 m=l ,2,... ,n-l ) ， 如果是， 则判定所述测井装置的前方为低阻 地层。

根据又一优选实施例， 所述低阻地层判定装置 1410还包括总体同 向递增变化趋势判定单元 14105，其用于在判定单元 14104的判定结果 为否的时候判断所述变化趋势是否总体为同向 递增， 如果是， 则判定 为所述测井装置的前方为低阻地层； 如果否， 则判定所述测井装置的 前方没有出现低阻地层。 如前所迷， 此处的总体同向递增是指： 虽然 所迷变化趋势中间有起伏 （也就是说， 在某测量点处的幅度比变化量 和相位差变化量相对于前一测量点处的幅度比 变化量和相位差变化量 而言有所减小） , 但是例如至少 70%的测量点保持着同向递增的趋势， 该百分比也是由技术人员根据实际测量情况来 预先设定的， 所述 70% 仅为示例性的， 并不构成对本发明保护范围的限制。

请注意， 可以以硬件、 软件、 固件或其组合来实现本优选实施例。 在 （一个或多个） 各种实施例中， 以存储在存储器中并由适当的指令 执行系统执行的软件或固件来实现设备组件。 如果以硬件实现， 如在 某些实施例中， 则可以用在本领域中全部众所周知的任何以下 技术或 其组合来实现设备组件： 具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门 的 （一个或多个） 离散逻辑电路、 具有适当组合逻辑门的专用集成电 路 （ASIC ) 、 (一个或多个） 可编程门阵列 （PGA ) 、 现场可编程门 阵列 （ FPGA ) 等。

软件组件可以包括用于实现逻辑功能的可执行 指令的有序列表， 可以体现在任何计算机可读介质中以供指令执 行系统、 装置或设备使 用或与之相结合地使用， 所述指令执行系统、 装置或设备诸如为基于 计算机的系统、 包含处理器的系统、 或能够从指令执行系统、 装置或 设备获取指令并执行该指令的其它系统。 另外， 本公开的范围包括在 在硬件或软件构造的介质中体现的逻辑中体现 一个或多个实施例的功 能。

已经出于图示和说明的目的提出了本公开的实 施例的前述公幵。 公开， 本文所述的实施例的许多变更和修改对于本领 域的普通技术人 员来说将是显然的。 请注意， 上述示例并不意图是限制性的。 还可以 预期可以包括许多上述特征的装置、 方法和设备的附加实施例。 在研 究附图和详细说明之后， 本公开的其它装置、 方法、 设备、 特征和优 点对于本领域的技术人员来说更加显而易见。 意图在于将所有此类其 它装置、 方法、 设备、 特征和优点包括在本发明的保护范围内。 解， 否则诸如 "能够" 、 "可" 、 "可能，， 或 "可以" 之类的条件语 言一般旨在传达的是某些实施例可以包括但不 必须包括某些特征、 元 件和 /或步骤。 因此， 此类条件语言通常并不旨在暗示以任何方式要 求 一个或多个实施例必须包括特征、 元件和 /或步骤。

应将流程图中的任何处理说明或方框理解为表 示包括用于实现该 处理中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个可 执行指令的代码部分、 ， 其中， 可以不按所 ^或所^ "论的顺序来执行功能: ^括基本上同 时地或按照相反顺序， 其取决于所涉及的功能， 如本公开的领域中的 理性技术人员将理解的那样。