一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法和装置

技术领域

本公开涉及但不限于石油勘探开发领域，属于电测井方法范畴，特别地涉及一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法及装置。

背景技术

随钻方位电磁波测井可提供地层方位信息，在大斜度井(HA)/水平井(HZ)地质导向与随钻地层评价中得到广泛应用。其方位信息主要来自于随钻方位电磁波测井仪轴向正交线圈、单斜线圈或双斜线圈结构。仪器旋转一周，轴向正交线圈、单斜线圈结构测量信号可用一阶三角函数(三参数)表示，双斜线圈结构测量信号可由二阶三角函数(五参数)表示，方位信号、各向异性信号等可由函数相关参数处理得到。因此，准确拟合随钻方位电磁波测井测量信号，提取相关参数，是获取地层信息的关键。

目前，针对随钻电磁波测井仪轴向正交线圈、单斜线圈结构测量信号，其拟合方法已有相关行业标准，如IEEE Std1057。但随钻方位电磁波测井仪双斜线圈系由于结构新颖，其测量信号的拟合方法尚未见公开发表。由于仪器单周期内多次测量以及采样误差，若使用简单的待定系数法求解待拟合参数，会产生多解性。若使用迭代逼近法求解待拟合参数，可减小误差，但其时间、空间复杂度较高。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开实施例提供了一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法、装置和存储介质，能够实现随钻方位电磁波测井双斜线圈系地质信号、各向异性信号等的提取。

本公开实施例提供了一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法，包括，获取随钻方位电磁波测井设备采集到的测井信号；

根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，确定所述测井信号的拟合参数；

根据所述拟合参数确定所述测井信号对应的地层信息，所述地层信息至少包括以下之一：相位地质信号、幅度地质信号、相位各向异性信号、幅度各向异性信号；

其中，所述随钻方位电磁波测井设备为双斜线圈系设备。

一些示例性实施例中，所述测井信号包括：根据预设的采样次数，所述随钻方位电磁波测井设备的双斜线圈系旋转一周所采集到的扇区测量信号；

所述扇区测量信号的波形为：二阶三角函数波形，具有以下特征：

f(x

其中，f(x

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

判断所述测井信号是否采样均匀；

如果采样均匀，则根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数；

如果采样不均匀，对所述测井信号进行空扇区填充，对于填充后的信号，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数；或者，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数。

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

对所述测井信号进行累计求和，对所述测井信号与预设的三角函数相乘后累计求和，对预设的两个三角函数相乘后累计求和；根据全部累计求和的结果确定拟合矩阵和第一拟合向量；其中，预设的三角函数为以下函数中的一个或多个：cosx

根据所述拟合矩阵和第一拟合向量确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

对所述测井信号求平均值，对所述测井信号与预设的三角函数相乘后累计求和，对预设的一个三角函数的平方累积求和；根据所述平均值和全部累计求和的结果确定第二拟合向量；其中，预设的三角函数为以下函数中的一个或多个：cosx

根据所述第二拟合向量确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，所述双斜线圈系的结构包括：

发射、接收线圈均不沿仪器轴向，而是各自与轴向成一定夹角；所述仪器轴向包括三维空间直角坐标系的三个轴向。

一些示例性实施例中，所述对所述测井信号进行空扇区填充，包括：

针对每一个空扇区，按照以下方式之一进行填充：

根据该空扇区两侧扇区的测井信号确定填充数据，采用所确定的填充数据填充该空扇区；

根据上一测量周期中该空扇区的对应测井信号，填充该空扇区。

一些示例性实施例中，所述扇区测量信号的波形还具有以下特征：

其中，b

本公开实施例还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有用于进行随钻方位电磁波测井信号处理的计算机程序，所述处理器被设置为读取并运行所述用于进行随钻方位电磁波测井信号处理的计算机程序以执行上述任一种进行随钻方位电磁波测井信号处理的方法。

本公开实施例还一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一种进行随钻方位电磁波测井信号处理的方法。

在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

附图说明

图1为本公开实施例中双斜线圈系结构示意图；

图2为本公开实施例中一种随钻方位电磁波测井信号处理方法的流程图；

图3为本公开实施例中随钻方位电磁波测井单周期理论与拟合信号示意图；

图4为本公开实施例中随钻方位电磁波测井单周期含噪音信号及拟合信号示意图；

图5为本公开实施例中实测及拟合信号幅度示意图；

图6为本公开实施例中实测及拟合信号相位示意图；

图7为本公开实施例中幅度地质信号示意图；

图8为本公开实施例中相位地质信号示意图；

图9为本公开实施例中幅度各向异性信号示意图；

图10为本公开实施例中相位各向异性信号示意图；

图11本公开实施例中一种随钻方位电磁波测井信号处理装置的结构图；

图12为本公开实施例中另一种随钻方位电磁波测井信号处理方法的流程图；

图13本公开实施例中另一种随钻方位电磁波测井信号处理装置的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下述步骤编号不限定特定的执行顺序，根据具体实施例部分步骤能够调整其执行顺序。

实施例一

本公开实施例提供一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法，结合图1所示，该线圈系中，发射线圈与仪器轴向(x、y、z轴)成任意夹角(不沿轴向)，接收线圈也与仪器轴向成任意夹角(不沿轴向)。一些示例性实施例中，典型实例如专利《多分量随钻方位电磁波电阻率成像仪器》(CN104929622A)中所述线圈系T1-R3、T2-R4，发射、接收线圈分别与钻铤轴向分别成-45度、45度。

一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法，如图2所示，包括：

步骤s1.输入随钻方位电磁波测井仪双斜线圈系旋转一周扇区测量信号f(x

f(x

其中，a

步骤s2.判断测井信号是否均匀采样，若否，执行步骤s3或s4；若是，执行步骤s5。本实施例中测井信号为均匀采样信号，故执行步骤s5。

步骤s6，根据步骤s5所确定的拟合参数，确定所述测井信号对应的地层信息；所述地层信息至少包括以下之一：相位地质信号、幅度地质信号、相位各向异性信号、幅度各向异性信号。

其中，判断测井信号不是均匀采样信号时，两种方案可选：1，执行步骤s3填充空扇区后，执行步骤s5；2，执行步骤s4，使用预设的非均匀采样信号拟合算法确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，判断测井信号不是均匀采样信号包括：

若扇区存在空值，则确定采样信号非均匀；若无空值，则确定采样信号均匀。通常，随钻测井仪器预设的扇区角度是均匀的，故只要每个测点的扇区全部填充，即视其为均匀采样，反之则为非均匀采样。

一些示例性实施例中，步骤s4.根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，求取非均匀采样信号的拟合参数，包括：

步骤s4.1将测井信号累积求和，则式(1)左端可写为

步骤s4.2对测井信号乘三角函数cosx

步骤s4.3对测井信号乘三角函数sinx

步骤s4.4对测井信号乘三角函数cos2x

步骤s4.5对测井信号乘三角函数sin2x

其中，N的值表示每次拟合的采样值个数，即单次拟合的输入值个数。对于均匀采样(无空值)而言，N的值等于一周期的采样点数，对于非均匀采样(有空值)而言，N的值等于一周期采样点数减去空值数。在步骤S4中，N的值等于一周期采样点数减去空值数。

步骤s4.6计算待拟合参数a

可得：

即拟合参数A[a

其中，拟合矩阵T为

第一拟合向量M为

所述拟合参数A＝T

一些示例性实施例中，步骤s4还包括步骤s4.7获得拟合信号；步骤s4.7之后再执行步骤s6。

一些示例性实施例中，步骤s4.7包括：根据拟合参数，得到相应的拟合式以后，再将扇区角度带入拟合式(如(1)式)，计算得到的拟合波形，称之为拟合信号。这里计算、留存拟合信号，是为了实际数据处理过程中对比、检验拟合效果，为采样误差、空值等原因分析提供指导。

一些示例性实施例中，如果拟合信号为单周期信号，则不再执行步骤s6。

一些示例性实施例中，步骤s5.根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，求取均匀采样信号的拟合参数，包括：

步骤s5.1将测井信号求平均，得：

步骤s5.2对测井信号乘三角函数cosx

步骤s5.3对测井信号乘三角函数sinx

步骤s5.4对测井信号乘三角函数cos2x

步骤s5.5对测井信号乘三角函数sin2x

步骤s5.6计算平方项：

其中，N的值表示每次拟合的采样值个数，即单次拟合的输入值个数。对于均匀采样(无空值)而言，N的值等于一周期的采样点数，对于非均匀采样(有空值)而言，N的值等于一周期采样点数减去空值数。在步骤S5中，N的值等于一周期采样点数。

一些示例性实施例中,步骤s5.6还包括：

确定第二拟合向量Q[A

步骤s5.7求取待拟合参数：a

一些示例性实施例中，步骤s5还包括步骤s5.8获得的拟合参数对应的拟合信号，骤s5.8之后再执行步骤s6。

一些示例性实施例中，步骤s5.8包括：根据拟合参数，得到相应的拟合式以后，再将扇区角度带入拟合式(如(1)式)，计算得到的拟合波形，称之为拟合信号。这里计算、留存拟合信号，是为了实际数据处理过程中对比、检验拟合效果，为采样误差、空值原因分析等提供指导。

一些示例性实施例中，得到的拟合信号如图4中虚线波形所示。

一些示例性实施例中，如果拟合信号为单周期信号，则不再执行步骤s6。

一些示例性实施例中，经同样的步骤，对含有噪音的信号，如图5中的实线波形，进行处理，可得拟合信号如图5中虚线波形。不难看出，本方法对噪音具有极好的压制效果。

一些示例性实施例中，步骤s6包括：根据以下方式计算地质信号、各向异性信号：

相位地质信号：

幅度地质信号：

相位各向异性信号：

幅度各向异性信号：

一些示例性实施例中，步骤s3，包括以下方式之一：

方案一：插值法，即对于每一个空扇区，利用该空扇区两侧扇区的测井信号数据，采用插值法填充空扇区。

方案二：继承法，即对于每一个空扇区，利用上次旋转测量数据(上一个测量周期该空扇区的测井信号)，当前空扇区的测井信号由上周期的该扇区测井信号填充，即本周期扇区空值由上周期测量值继承填充。

一些示例性实施例中，所述随钻方位电磁波测井仪的双斜线圈系结构为：

发射、接收线圈均不沿仪器轴向(x、y、z轴)，而是各自与轴向成一定夹角。

一些示例性实施例中，步骤s1中双斜线圈系结构测量信号波形具体为：

二阶三角函数波形，如式(1)，或其数学变形式，如：

其中b

相应地，根据上述参数间关系，根据步骤s2-s5，本领域技术人员相应进行等效变形，拟合得到参数a

实施例二

本公开实施例还提供了一种随钻方位电磁波测井信号的处理装置，如图11所示，包括：

信号输入输出单元，用于输入原始信号(即随钻方位电磁波测井仪产生的原始测井信号)，输出拟合信号；

采样单元，用于信号采样；

存储单元，用于存储求解过程中的常数及变量；

计算单元，用于拟合式、地质信号及各向异性信号计算；

具体地，该装置的信号处理过程为：

s11.由采样单元对随钻方位电磁波测井仪双斜线圈系在井下实测信号(测井信号)幅度与相位进行采样，如图6和图7中的虚线波形。

s21.判断信号是否均匀采样，若否，执行步骤s31或s41；若是，执行步骤s51。该实例信号部分周期为均匀采样信号，执行步骤s51；部分周期信号含有空扇区，执行步骤s31。

判断测井信号不是均匀采样信号时，两种方案可选：1，执行步骤s31填充空扇区后，执行步骤s51；2，执行步骤s41，使用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述拟合参数。这里步骤31中采用继承法填充空扇区方案，故填充后执行步骤s51。

s51.根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，求取均匀采样信号拟合参数。其中，平方项为常数项，经预先计算并保存于存储单元内。所得拟合信号如图5、图6中的实线波形。

s61.根据拟合参数(拟合信号)，计算地质信号、各向异性信号：

相位地质信号：

幅度地质信号：

相位各向异性信号：

幅度各向异性信号：

一些示例性实施例中，所述采样单元设置为：仪器旋转一周，进行信号采样，其单周期内采样数N为常数，对应的单周期采样角度x

一些示例性实施例中，所述储存单元中存储的常数具体为：

一些示例性实施例中，对于s21判断为不均匀采样的采样信号时，执行步骤31进行填充；填充后，采样信号变为均匀采样信号，则所存储的常数包括：N

一些示例性实施例中，拟合系数计算单元，根据信号采样值计算双斜线圈结构测量信号的拟合参数，也称为拟合式系数；

信号计算单元，根据拟合参数计算地质信号、各向异性信号等。

一些示例性实施例中，计算所得幅度地质信号、相位地质信号、幅度各向异性信号、相位各向异性信号分别如图7、图8、图9和图10所示。不难看出，该装置结构简单，处理方法易于实现，且计算量小，适用于井下测量环境。

一些示例性实施例中，对于s21判断为不均匀采样的采样信号时，执行步骤41，不进行填充而使用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，步骤s31中还可以采样插值法填充空扇区。

一些示例性实施例中，步骤s21-s61参照实施例二中步骤s2-s6对应的方面执行，在此不一一赘述。

总而言之，通过理论计算证明，该随钻方位电磁波测井信号处理方法求取拟合式准确，所得拟合信号与原始信号一致性高，还可压制噪音；实测信号证明，该随钻方位电磁波测井信号处理装置结构简易，对实际信号处理过程合理、简单、高效，其信号处理效果良好，符合原始信号特征。

可以看到，本发明所述方法为显式解析法，其时间、空间复杂度小；同时，求解过程基于正交函数理论，符合最小二乘原理，使误差最小化。

实施例三

本公开实施例还提供了一种随钻方位电磁波测井信号的处理方法，其流程如图12所示，包括：

步骤1201，获取随钻方位电磁波测井设备采集到的测井信号；

步骤1202，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，确定所述测井信号的拟合参数；

步骤1203，根据所述拟合参数确定所述测井信号对应的地层信息，所述地层信息至少包括以下之一：相位地质信号、幅度地质信号、相位各向异性信号、幅度各向异性信号；

其中，所述随钻方位电磁波测井设备为双斜线圈系设备。

一些示例性实施例中，所述测井信号包括：根据预设的采样次数，所述随钻方位电磁波测井设备的双斜线圈系旋转一周所采集到的扇区测量信号；

所述扇区测量信号的波形为：二阶三角函数波形，具有以下特征：

f(x

其中，f(x

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

判断所述测井信号是否采样均匀；

如果采样均匀，则根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数；

如果采样不均匀，对所述测井信号进行空扇区填充，对于填充后的信号，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数；或者，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数。

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的非均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

对所述测井信号进行累计求和，对所述测井信号与预设的三角函数相乘后累计求和，对预设的两个三角函数相乘后累计求和；根据全部累计求和的结果确定拟合矩阵和第一拟合向量；其中，预设的三角函数为以下函数中的一个或多个：cos x

根据所述拟合矩阵和第一拟合向量确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，求取非均匀采样信号的拟合参数，包括：

将测井信号累积求和，则式(1)左端可写为

对测井信号乘三角函数cosx

对测井信号乘三角函数sinx

对测井信号乘三角函数cos2x

对测井信号乘三角函数sin2x

其中，N的值表示每次拟合的采样值个数，即单次拟合的输入值个数。对于均匀采样(无空值)而言，N的值等于一周期的采样点数，对于非均匀采样(有空值)而言，N的值等于一周期采样点数减去空值数。在非均匀采样信号拟合过程中，N的值等于一周期采样点数减去空值数。

计算待拟合参数a

可得：

即拟合参数A[a

其中，拟合矩阵T为

第一拟合向量M为

所述拟合参数A＝T

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

对所述测井信号求平均值，对所述测井信号与预设的三角函数相乘后累计求和，对预设的一个三角函数的平方累积求和；根据所述平均值和全部累计求和的结果确定第二拟合向量；其中，预设的三角函数为以下函数中的一个或多个：cos x

根据所述第二拟合向量确定所述拟合参数。

一些示例性实施例中，所述根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，采用预设的均匀采样信号拟合算法，确定所述测井信号的拟合参数，包括：

将测井信号求平均，得：

对测井信号乘三角函数cosx

对测井信号乘三角函数sinx

对测井信号乘三角函数cos 2x

对测井信号乘三角函数sin 2x

计算平方项：

其中，N的值表示每次拟合的采样值个数，即单次拟合的输入值个数。对于均匀采样(无空值)而言，N的值等于一周期的采样点数，对于非均匀采样(有空值)而言，N的值等于一周期采样点数减去空值数。在均匀采样信号拟合过程中，N的值等于一周期采样点数。

确定第二拟合向量Q[A

根据第二拟合向量Q求取待拟合参数，包括：a

一些示例性实施例中，所述双斜线圈系的结构包括：

发射、接收线圈均不沿仪器轴向，而是各自与轴向成一定夹角；所述仪器轴向包括三维空间直角坐标系的三个轴向。

一些示例性实施例中，所述对所述测井信号进行空扇区填充，包括：

针对每一个空扇区，按照以下方式之一进行填充：

根据该空扇区两侧扇区的测井信号确定填充数据，采用所确定的填充数据填充该空扇区；

根据上一测量周期中该空扇区的对应测井信号，填充该空扇区。

一些示例性实施例中，所述扇区测量信号的波形还具有以下特征：

其中，b

实施例四

本公开实施例还提供了一种随钻方位电磁波测井信号处理装置130，其结构如图13所示，包括：

信号获取模块1301，设置为获取随钻方位电磁波测井设备采集到的测井信号；

拟合模块1302，设置为根据正交函数理论，将三角函数作为基函数，确定所述测井信号的拟合参数；

信息确定模块1303，设置为根据所述拟合参数确定所述测井信号对应的地层信息，所述地层信息至少包括以下之一：相位地质信号、幅度地质信号、相位各向异性信号、幅度各向异性信号；

其中，所述随钻方位电磁波测井设备为双斜线圈系设备。

本公开实施例还提供一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有用于进行随钻方位电磁波测井信号处理的计算机程序，所述处理器被设置为读取并运行所述用于进行随钻方位电磁波测井信号处理的计算机程序以执行上述任一所述的随钻方位电磁波测井信号的处理方法。

本公开实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一随钻方位电磁波测井信号的处理方法。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。