确定电磁信道模型的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钻井领域，特别涉及一种确定电磁信道模型的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 随着随钻测量技术的迅速发展，越来越多的随钻测量技术被应用于钻井领域。电 磁随钻测量技术W其信号传输速率高、测量时间短、成本低及不受钻井液质影响的特点，在 随钻测量领域得到了越来越广泛地应用。在随钻测量中，为了便于分析和预测随钻测量电 磁信道的主要特性，有必要确定一种用于在电磁随钻测量中表征实际物理信道特性的电磁 信道模型。
[0003] 相关技术中在确定电磁信道模型时，往往假设大地为均匀地层，也就是说，假设从 井底到井口的地层电阻率相等。因此，确定的电磁信道模型也是根据大地为均匀地层确定 的。确定电磁信道模型的具体过程为：首先，将钻柱和地层作为等效传输线，并假设地层为 均匀地层，根据均匀地层的电阻率确定等效传输线上单位长度的传输参数；接着，使用确定 的传输参数确定井下地层参数W及钻柱顶端的电压，获得井下地层参数、井底发射电压、发 射频率、地面接收功率W及钻井深度之间的关系，并根据井下地层参数、井底发射电压、发 射频率、地面接收功率W及钻井深度之间的关系确定的电磁信道模型。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在W下问题：
[0005] 实际上，地层具有分层特性，地层的不同分层的地层电阻率差别非常大，并不是相 等的。因此，根据均匀地层的电阻率确定的等效传输线上单位长度的传输参数不准确，导致 确定的电磁信道模型的准确性不高。因此，当使用确定的电磁信道模型来分析和预测电磁 随钻测量的钻井数据时，分析结果与根据实际地层获得的电磁随钻测量的钻井数据差别较 大，准确性不高。
【发明内容】
[0006] 为了解决相关技术的问题，本发明实施例提供了一种确定电磁信道模型的方法及 装置。所述技术方案如下：
[0007] 第一方面，提供了一种确定电磁信道模型的方法，所述方法将地层沿钻柱水平切 割为分段均匀的地层，等效为分层地层，并将钻柱和分段均匀的地层组成的电磁信道等效 为传输线，得到所述电磁信道模型的等效传输线，其中，不同分段的地层对应不同的地层电 阻率；所述方法包括：
[0008] 根据分段均匀的地层的地层电阻率确定所述等效传输线上单位长度的传输参 数；
[0009] 根据所述等效传输线上单位长度的传输参数确定井下地层参数W及所述钻柱顶 端的电压，获得所述井下地层参数、井下发射电压、井下发射频率、地面接收电压W及钻井 深度之间的关系，并根据所述井下地层参数、井下发射电压、井下发射频率、地面接收电压 W及钻井深度之间的关系确定电磁信道模型。
[0010] 结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述等效传输线上单位 长度的传输参数包括并联电导、串联电阻和串联电感；
[0011] 所述根据分段均匀的地层的地层电阻率确定所述等效传输线上单位长度的传输 参数，包括：
[0012] 确定所述等效传输线的电流密度线模型为垂直于所述钻柱的柱轴、且沿射径方向 形成的外导体环柱的传输线模型；
[0013] 根据分段均匀的地层的地层电阻率、所述传输线模型的外导体半径W及所述钻柱 的钻杆的外半径确定并联电导；
[0014] 根据所述钻柱的电阻率，钻杆的外半径W及钻杆壁厚确定串联电阻；
[0015] 根据地层磁导率、所述传输线模型的外导体半径W及所述钻杆的外半径确定串联 电感。
[0016] 结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式 中，所述根据分段均匀的地层的地层电阻率确定所述等效传输线上单位长度的传输参数， 包括：
[0017] 根据分段均匀的地层的地层电阻率、所述传输线模型的外导体半径W及所述钻柱 的钻杆的外半径通过W下公式确定所述等效传输线上单位长度的传输参数中的并联电导 g(z):
[0018]
[0019] 根据所述钻柱的电阻率、钻杆的外半径W及钻杆壁厚通过W下公式确定所述等效 传输线上单位长度的传输参数中的串联电阻:
[0020]
[0021] 根据地层磁导率、所述传输线模型的外导体半径W及所述钻杆的外半径通过W下 公式确定所述等效传输线上单位长度的传输参数中的串联电感li:
[0022]
[0023] 其中，P (Z)为井下激励源当前所在的地层分段的地层电阻率，bi为所述传输线 模型的外导体半径，b为所述钻杆的外半径，Z为W井下激励源为原点并且沿井口方向的坐 标，Pm所述钻柱的电阻率，μ。为地层磁导率，τ为所述钻杆的壁厚。
[0024] 结合第一方面，在第一方面的第Η种可能的实现方式中，所述根据所述等效传输 线上单位长度的传输参数确定井下地层参数W及所述钻柱顶端的电压，包括：
[0025] 根据所述等效传输线上单位长度的传输参数计算井下地层参数，并根据所述等效 传输线上单位长度的传输参数W及所述井下地层参数求解预设的分层地层中钻柱上各点 的电压电流模型，得到所述钻柱上各点的电压和电流，获得井口电压；
[0026] 在距离井口的预设距离处设置一个埋地电极，根据所述井口电压与所述埋地电极 之间的电位差确定所述钻柱顶端的电压。
[0027] 结合第一方面的第Η种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式 中，所述井下地层参数包括传播参数和特性阻抗；
[0028] 所述根据所述等效传输线上单位长度的传输参数计算井下地层参数包括通过W 下公式计算井下地层参数：
[0029]
[0030] 所述根据所述传输线上单位长度的传输参数W及所述井下地层参数求解预设的 分层地层中钻柱上各点的电压电流模型，得到所述钻柱上各点的电压和电流，获得井口电 压，包括通过W下公式获得井口电压：
[0031]
[0032] 所述根据所述井口电压与所述埋地电极之间的电位差确定所述钻柱顶端的电压， 包括：
[0033]
[0034] 式中，W为井下发射频率，V〇i)为所述井口电压，Vt为井下发射电压，Zi和Ζ2所述 钻杆的上半段和下半段的特性阻抗，d为所述钻杆的上半段和下半段之间的绝缘体的长度， Y1为所述钻杆的上半段的传播参数，h为所述钻杆的上半段的长度，X为所述埋地电极与 所述井口的预设距离，且X远远小于h，η为井下激励源至所述井口每间隔预设距离取的点 的个数，化ed(x)为所述钻柱顶端的电压。
[0035] 第二方面，提供了一种确定电磁信道模型的装置，所述装置将地层沿钻柱水平切 割为分段均匀的地层，等效为分层地层，并将钻柱和分段均匀的地层组成的电磁信道等效 为传输线，得到所述电磁信道模型的等效传输线，其中，不同分段的地层对应不同的地层电 阻率；所述装置包括：
[0036] 第一确定模块，用于根据分段均匀的地层的地层电阻率确定所述等效传输线上单 位长度的传输参数；
[0037] 第二确定模块，用于根据所述等效传输线上单位长度的传输参数确定井下地层参 数W及所述钻柱顶端的电压，获得所述井下地层参数、井下发射电压、井下发射频率、地面 接收电压W及钻井深度之间的关系；
[0038] 第Η确定模块，用于根据所述井下地层参数、井下发射电压、井下发射频率、地面 接收电压W及钻井深度之间的关系确定电磁信道模型。
[0039] 结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述等效传输线上单位 长度的传输参数包括并联电导、串联电阻和串联电感；
[0040] 所述第一确定模块，包括：
[0041] 第一确定单元，用于确定所述等效传输线的电流密度线模型为垂直于所述钻柱的 柱轴、且沿射径方向形成的外导体环柱的传输线模型；
[0042] 第二确定单元，用于根据分段均匀的地层的地层电阻率、所述传输线模型的外导 体半径W及所述钻柱的钻杆的外半径确定并联电导；
[0043] 第Η确定单元，用于根据所述钻柱的电阻率，钻杆的外半径W及钻杆壁厚确定串 联电阻；
[0044] 第四确定单元，用于根据地层磁导率、所述传输线模型的外导体半径W及所述钻 杆的外半径确定串联电感。
[0045] 结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式 中，所述第二确定单元，用于根据分段均匀的地层的地层电阻率、所述传输线模型的外导体 半径W及所述钻柱的钻杆的外半径通过W下公式确定所述等效传输线上单位长度的传输 参数中的并联电导g(z):
[0046]
[0047] 所述第Η确定单元，用于根据所述钻柱的电阻