金鼎，朱軍，周強(qiáng)

（1.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司科技管理部，北京 100007；2.中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司測(cè)井技術(shù)研究院，陜西 西安 710077；3.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司測(cè)井技術(shù)試驗(yàn)基地，陜西 西安 710077；4.美國(guó)麥?zhǔn)霞夹g(shù)公司，美國(guó) 德克薩斯 休斯敦 77074）

0 引 言

20世紀(jì)80年代中后期，隨鉆電磁波電阻率測(cè)井方法與儀器進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段[1]，現(xiàn)已逐步發(fā)展成為大斜度井/水平井隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向和儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要工具。作為最新隨鉆測(cè)井技術(shù)，隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波電阻率成像測(cè)井技術(shù)經(jīng)歷了從不帶方位測(cè)量能力的遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井[2-3]，到方位電磁波測(cè)井[4-6]、遠(yuǎn)探測(cè)方位電磁波測(cè)井[7-9]，再到前探測(cè)方位電磁波測(cè)井[10-11]的發(fā)展歷程。以斯倫貝謝公司為例，其在2003年推出不帶方位遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井儀器DeepVision[2]，2005年推出了方位電磁波測(cè)井儀器PeriScope[4]，2010年推出了遠(yuǎn)探測(cè)方位電磁波測(cè)井儀器GeoSphere[7]，2016年、2019年推出前探方位電磁波測(cè)井儀器EMLA[10]、IriSphere[11]。經(jīng)過近20年發(fā)展，隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波的最大遠(yuǎn)探測(cè)距離可達(dá)75 m、最大前探距離可達(dá)30 m，具備遠(yuǎn)地層界面探測(cè)和油藏成圖功能，在精確地質(zhì)導(dǎo)向和地層構(gòu)造評(píng)價(jià)方面發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，具有良好的應(yīng)用前景。

隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波成像測(cè)井技術(shù)已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外油氣服務(wù)公司研發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)，它不但能測(cè)量電壓、相位差、幅度比等多分量信號(hào)與地質(zhì)信號(hào)，而且能夠提供地層電阻率、各向異性、井周圍地層界面位置及方位的信息。該技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)幾十米甚至百米探測(cè)距離指標(biāo)和高清晰識(shí)別遠(yuǎn)處地層界面，在研發(fā)、數(shù)據(jù)處理中面臨多方面的技術(shù)難題。本文從天線排列方式、測(cè)量功能和測(cè)量信號(hào)出發(fā)，討論遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)量方法和新的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，分析儀器研發(fā)中納伏級(jí)微弱信號(hào)檢測(cè)及處理、正交/傾斜方位天線設(shè)計(jì)及制作工藝等關(guān)鍵技術(shù)，闡述數(shù)據(jù)處理中快速實(shí)時(shí)反演精度、穩(wěn)定和多解性問題，并針對(duì)這些關(guān)鍵技術(shù)或難點(diǎn)問題，提出了研究思路或解決措施。

1 測(cè)量功能與信號(hào)

隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波成像測(cè)井儀器是隨鉆方位電磁波最新發(fā)展的技術(shù)裝備，其測(cè)量功能包括地層電阻率測(cè)量、界面探測(cè)、三維油藏成像、各向異性測(cè)量，其中界面探測(cè)主要反映界面探測(cè)能力，主要技術(shù)指標(biāo)為探邊距離、前探距離、界面分辨率。儀器測(cè)量信號(hào)包括相位差、幅度衰減、電壓（含實(shí)部和虛部）、地質(zhì)信號(hào)等。地層電阻率、探邊距離、前探距離、界面分辨率及各向異性是從這些信號(hào)中求取。在方位電磁波儀器中，地質(zhì)信號(hào)是一個(gè)新的術(shù)語(yǔ)，定義為一種反映地層界面方位、距離等信息的測(cè)量信號(hào)，可以是電壓（包括實(shí)部、虛部或幅度）、幅度衰減和相位差，分別稱為電壓地質(zhì)信號(hào)、幅度衰減地質(zhì)信號(hào)和相位差地質(zhì)信號(hào)。

儀器的測(cè)量功能和測(cè)量信號(hào)主要由天線系統(tǒng)及其排列方式?jīng)Q定[12]。目前隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波儀器的天線系統(tǒng)排列方式可歸納為5種：軸向發(fā)射-軸向接收（簡(jiǎn)寫為ZZ）、軸向發(fā)射-垂向接收（簡(jiǎn)寫為ZX）或垂向發(fā)射-軸向接收（簡(jiǎn)寫為XZ）、垂向發(fā)射-垂向接收（簡(jiǎn)寫為XX）、軸向發(fā)射-傾斜接收（簡(jiǎn)寫為TZR45）、傾斜發(fā)射-傾斜接收（簡(jiǎn)寫為T45R45）（見圖1）。前4種天線系統(tǒng)排列方式測(cè)量電壓、幅度衰減和相位差等地質(zhì)信號(hào)，第5種天線系統(tǒng)排列方式測(cè)量幅度衰減和相位差等地質(zhì)信號(hào)。

圖1 隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波天線排列方式

目前不同遠(yuǎn)探測(cè)儀器的天線系統(tǒng)各不相同，地質(zhì)信號(hào)的具體表達(dá)式也不一樣，探測(cè)能力指標(biāo)也不相同，對(duì)探邊距離、前探距離以及界面分辨率的描述和判別標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。下面探討探測(cè)能力指標(biāo)概念、主要參數(shù)及其影響因素。

2 探測(cè)能力及其影響因素

與常規(guī)電磁波傳播測(cè)井原理相同，遠(yuǎn)探測(cè)電磁波儀器的探邊距離、前探距離和界面分辨率主要取決于發(fā)射-接收天線距離（天線距）、工作頻率、發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度以及地層導(dǎo)電特性等因素。

2.1 探邊距離及其影響因素

2.1.1 探邊距離

探邊距離指儀器在徑向上能夠探測(cè)到的從井眼到最遠(yuǎn)處地層界面的距離。探邊距離的定義基于儀器地質(zhì)信號(hào)和單界面地層模型（見圖2）。儀器位于電阻率為Rt2的地層中并平行于地層界面，鄰層電阻率為Rt1，發(fā)射天線到接收天線距離為L(zhǎng)（等同于儀器長(zhǎng)度），隨著儀器逐漸遠(yuǎn)離地層界面，地質(zhì)信號(hào)逐漸減?。唇缑婊蜞弻拥挠绊懼饾u減?。?dāng)?shù)刭|(zhì)信號(hào)減小到儀器所能檢測(cè)到最小地質(zhì)信號(hào)時(shí)，儀器到界面的距離就定義為探邊距離。一般，最小地質(zhì)信號(hào)分別為相位差0.1°、幅度衰減0.02 dB、電壓50 nV/10 nV。

圖2 探邊距離模型及定義

2.1.2 探邊距離的主要影響因素

電壓、幅度衰減和相位差等不同地質(zhì)信號(hào)所反映的探邊距離不一樣，儀器探邊距離的大小主要取決于儀器地質(zhì)信號(hào)類型及其影響因素和自身最小地質(zhì)信號(hào)的檢測(cè)能力。前面提到了多種不同類型的地質(zhì)信號(hào)，盡管其表達(dá)式不一樣，但均來(lái)自于接收天線的感應(yīng)電壓，其數(shù)值與天線的排列方式、發(fā)射-接收天線距離、發(fā)射電流、工作頻率、天線參數(shù)（如匝數(shù)、半徑、磁芯等）、儀器所在地層電阻率及界面上下地層電阻率比值相關(guān)。

（1）不同天線排列方式及地質(zhì)信號(hào)類型、工作頻率、天線距的影響。研究表明[12,14-16]：高頻短天線距的探邊能力較弱，低頻長(zhǎng)天線距的探邊能力強(qiáng)；幅度衰減的探邊能力大于相位差的探邊能力；相同天線距、相同頻率，T45R45天線比ZX天線的探邊距離小。如對(duì)于T45R45天線，通過增大天線距與降低頻率，可提高相位差、幅度衰減地質(zhì)信號(hào)的探邊距離；與T45R45天線距相同、工作頻率相同，ZX天線電壓地質(zhì)信號(hào)可獲得更大的探邊距離。因此，將ZX天線制作在同一鉆鋌短節(jié)上，用較短的天線距能實(shí)現(xiàn)30 m的探邊距離。

（2）地層電阻率及其對(duì)比度的影響。圖3為軸向Z發(fā)射天線-X接收天線在單界面地層中的響應(yīng)，圖3 （a）為實(shí)部電壓地質(zhì)信號(hào)，圖3 （b）為虛部電壓地質(zhì)信號(hào)，工作頻率f3為40 kHz，天線距為5.8 m。圖3中色標(biāo)為探邊距離最小地質(zhì)信號(hào)為50 nV。

圖3 ZX天線在不同電阻率及對(duì)比度時(shí)的探邊距離

從圖3可以看出，從高阻看低阻層，探邊能力較強(qiáng)，從低阻看高阻層，探測(cè)能力較弱；虛部電壓地質(zhì)信號(hào)的探邊能力強(qiáng)于實(shí)部電壓地質(zhì)信號(hào)的探邊能力；電導(dǎo)率的差異或電阻率比值越大，探邊能力越強(qiáng)。

（3）最小地質(zhì)信號(hào)檢測(cè)能力的影響。根據(jù)探邊距離定義，儀器所能檢測(cè)的最小地質(zhì)信號(hào)直接影響該儀器的探邊能力，這里僅討論最小電壓地質(zhì)信號(hào)，相位差、幅度衰減地質(zhì)信號(hào)與此類似。下面以ZX天線系統(tǒng)為例，天線距為5.8 m，工作頻率為4、10、40 kHz，通過數(shù)值模擬計(jì)算研究探邊距離與最小地質(zhì)信號(hào)之間的關(guān)系。以最小電壓地質(zhì)信號(hào)A=100、50、10、5 nV定義探邊距離，不同工作頻率不同電阻率對(duì)比度對(duì)應(yīng)的探邊距離見表1。

表1 不同電壓地質(zhì)信號(hào)數(shù)值的探邊距離

從表1看出：相同頻率、相同電阻率背景及對(duì)比度，儀器所能檢測(cè)到的地質(zhì)信號(hào)越小，探邊距離就越大；不同最小電壓地質(zhì)信號(hào)檢測(cè)能力，對(duì)應(yīng)的探邊距離差異很大。如對(duì)于工作頻率4 kHz、電阻率對(duì)比度為50∶1的地層，A=5 nV最小電壓地質(zhì)信號(hào)對(duì)應(yīng)的探邊距離為53 m，遠(yuǎn)大于A=100 nV對(duì)應(yīng)的探邊距離25 m。

2.2 前探距離及主要影響因素

2.2.1 前探距離

基于圖4所示的單界面地層模型，當(dāng)儀器逐漸遠(yuǎn)離地層界面，地質(zhì)信號(hào)受界面或圍巖Rt1的影響逐漸減小，并逐漸接近均勻地層的響應(yīng)，即電阻率為Rt2的均勻無(wú)限大地層的地質(zhì)信號(hào)。

圖4 前探距離模型及定義

當(dāng)儀器地質(zhì)信號(hào)與均勻空間響應(yīng)的差別等于某個(gè)截止值即儀器能測(cè)量的最小地質(zhì)信號(hào)時(shí)，此時(shí)界面或圍巖的影響幾乎為零，該位置距界面的距離為該儀器的前探距離。

2.2.2 前探距離主要影響因素

（1）工作頻率、電阻率及其對(duì)比度對(duì)前探距離的影響。圖5為ZZ分量（Z發(fā)射-Z接收）、XX分量（X發(fā)射-X接收）在工作頻率4 kHz和40 kHz時(shí)計(jì)算的前探距離分布。假設(shè)發(fā)射接收天線距L為5.8 m，圖5中顏色圖標(biāo)在0 ～15 m，因此，從顏色上可觀察到前探距離最遠(yuǎn)約達(dá)2L（ZZ）或更遠(yuǎn)（XX）。

圖5 前探距離與地層電阻率及其對(duì)比度關(guān)系

分析表明：XX分量前探能力比ZZ分量強(qiáng)；高頻（40 kHz）和低頻（4 kHz）前探范圍是不同的，在高電阻率地層中，高頻更合適，在低電阻率地層中，低頻有優(yōu)勢(shì)；當(dāng)儀器所在層電阻率較低時(shí)，前探能力減弱；電阻率對(duì)比度越大，前探距離越大。

（2）天線排列方式、天線距離對(duì)前探距離的影響。ZZ、ZX、XX、T45R45等4種不同天線排列的空間響應(yīng)研究表明[13-14]：天線距越大，天線系統(tǒng)的空間響應(yīng)分布靈敏度范圍越大，即前探能力越強(qiáng)；在軸向靈敏度上，ZZ分量的前探能力

2.3 界面分辨率及其主要影響因素

2.3.1 界面分辨率

地質(zhì)導(dǎo)向的主要目標(biāo)是精確探測(cè)地層界面的存在與位置，判斷界面是否存在相對(duì)容易一些，要準(zhǔn)確獲得井眼距離界面的位置難度大。本文所闡述的界面分辨率就是指界面識(shí)別的精度或誤差。下面采用單界面地層模型的數(shù)值模擬響應(yīng)來(lái)探討界面分辨率。

儀器平行或垂直于界面，距界面距離為ΔTB，假設(shè)當(dāng)前地層及圍巖電阻率已知，針對(duì)某道地質(zhì)信號(hào)（電壓實(shí)部、電壓虛部、電壓幅度、相位差、幅度衰減），在理想條件下，產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度為A，而受測(cè)量精度限制，實(shí)際測(cè)量信號(hào)為A*，實(shí)際反演得到界面距離為ΔTB*，將兩者之差異定義為地層界面分辨率即ΔTB= |ΔTB*–ΔTB|。

按照上述定義和數(shù)值模擬結(jié)果可見，地層界面分辨率應(yīng)是針對(duì)某道地質(zhì)信號(hào)而言，應(yīng)注意以下3點(diǎn)：分辨率是針對(duì)距儀器一定距離的界面而言的；假設(shè)界面兩側(cè)電阻率已知，若電阻率值為未知，則地層界面分辨率還受電阻率反演的不確定性影響；地層界面分辨率是相對(duì)儀器測(cè)量精度（誤差）而言的，假若儀器測(cè)量不存在誤差，與理論結(jié)果一致，則分辨率是完美的。

2.3.2 主要影響因素

按照上述定義，通過數(shù)值模擬討論界面分辨率影響因素。以天線距L1為5.8 m的ZX分量、工作頻率f3為40 kHz的電壓幅度地質(zhì)信號(hào)為例，儀器在100 Ω?m地層中探測(cè)1 Ω?m地層界面，假設(shè)測(cè)量誤差為（2%A±10） nV（10 nV為背景噪聲）、（5%A±50） nV（50 nV為背景噪聲），分別進(jìn)行數(shù)值模擬考察不同界面距離時(shí)的地層界面分辨率（見圖6、圖7）。

圖6 ZX天線系統(tǒng)電壓地質(zhì)信號(hào)的界面分辨率（2%A±10） nV

圖7 ZX天線系統(tǒng)電壓地質(zhì)信號(hào)的界面分辨率（5%A±50） nV

從圖6看出，當(dāng)測(cè)量誤差為（2%A±10） nV時(shí)：真實(shí)界面距離為10 m，反演距離為9.92 ～10.08 m，地層界面分辨率約為±0.1 m；真實(shí)界面距離為30 m，反演距離為29.20 ～30.90 m，界面分辨率約為±1.0 m。從圖7看出，當(dāng)測(cè)量誤差為（5%A±50） nV時(shí)：10 m界面距離測(cè)量距離為9.83 ～10.13 m，界面分辨率約為±0.2 m；30 m界面距離測(cè)量距離為26.20 ～41.60 m，界面分辨率約為±11.6 m。

數(shù)值模擬分析表明：界面分辨率受儀器探測(cè)距離（包括探邊距離和前探距離）的影響，即與測(cè)量信號(hào)類別、界面上下地層電阻率、工作頻率、天線距密切相關(guān)；界面分辨率受制于儀器測(cè)量精度，儀器測(cè)量精度越高，分辨率越高；儀器離界面越近，界面分辨率越高；界面兩側(cè)電導(dǎo)率差異越大，分辨率越高。

3 儀器研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

儀器研發(fā)中存在多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，本文從電路、機(jī)械2個(gè)方面探討了2個(gè)重要的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)及解決措施，即納伏級(jí)微弱信號(hào)精確檢測(cè)和正交-傾斜天線設(shè)計(jì)制作。

3.1 納伏級(jí)微弱信號(hào)精確檢測(cè)

3.1.1 難點(diǎn)分析

儀器測(cè)量的原始地層界面響應(yīng)信號(hào)主要存在以下4個(gè)特點(diǎn)或難點(diǎn)。

（1）信號(hào)微弱。數(shù)值模擬表明地層界面感應(yīng)電壓信號(hào)微弱，遠(yuǎn)邊界信號(hào)常為微伏級(jí)信號(hào)，30 m遠(yuǎn)邊界信號(hào)為納伏級(jí)或納伏級(jí)以下。

（2）信噪比低。電子線路安放在底部鉆具組合中，劇烈的振動(dòng)、沖擊和高溫高壓會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大背景噪聲，噪聲可達(dá)100 dB以上，需在大噪聲背景下檢測(cè)納伏級(jí)信號(hào)。

（3）穩(wěn)定性差。在高溫高壓、振動(dòng)、沖擊等惡劣環(huán)境下，弱信號(hào)穩(wěn)定性變差，特別是低頻信號(hào)穩(wěn)定性更差。如川渝頁(yè)巖氣區(qū)塊，儀器振動(dòng)力可達(dá)70g、沖擊力可達(dá)500g以上；在深層超深層中，儀器要長(zhǎng)時(shí)間工作在150 ℃以上。

（4）高精度實(shí)時(shí)處理。微弱信號(hào)與噪聲信號(hào)相混合，在大噪聲背景下準(zhǔn)確處理提取來(lái)自地層的微弱信號(hào)難度大；遠(yuǎn)探測(cè)電磁波儀器工作頻率多、測(cè)量信號(hào)種類多，每個(gè)深度點(diǎn)的測(cè)量信號(hào)數(shù)量甚至可達(dá)百個(gè)甚至幾百個(gè)；數(shù)據(jù)采集處理時(shí)間需適應(yīng)機(jī)械鉆速，即快速實(shí)時(shí)處理應(yīng)滿足實(shí)時(shí)上傳和精確導(dǎo)向的要求。

3.1.2 解決措施

電路系統(tǒng)需要在抑制干擾、增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和高精度處理等方面采取措施。

（1）在抑制干擾方面，采取抑制干擾源和切斷干擾耦合路徑方法，如精選元器件，采取濾波，提升信噪比。

（2）在增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度方面，大功率發(fā)射，增加高磁導(dǎo)率的磁芯，提升接收信號(hào)強(qiáng)度。

（3）在增強(qiáng)高溫穩(wěn)定性方面，采取抗振減振、內(nèi)刻度電路、精確外刻度、多點(diǎn)溫度校正、振動(dòng)數(shù)據(jù)采集及校正等措施。

（4）在高精度實(shí)時(shí)處理方面，采取自相關(guān)濾波、數(shù)字相敏檢波、異常點(diǎn)剔除、發(fā)射信號(hào)歸一化處理、外刻度精確標(biāo)定、振動(dòng)影響校正等措施；采用高速DSP，開發(fā)高速處理算法，提升測(cè)量信號(hào)的處理速度和精度。

3.2 正交-傾斜天線設(shè)計(jì)制作

天線系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)儀器指標(biāo)的關(guān)鍵部件，其制作工藝是關(guān)鍵控制因素，需要制作出抗壓、抗振、抗沖刷、耐腐蝕的天線系統(tǒng)。

3.2.1 難點(diǎn)分析

（1）正交和傾斜天線之間角度要求嚴(yán)格。遠(yuǎn)探測(cè)電磁波儀器發(fā)射、接收天線排列方式多種，X、Y、Z天線相互正交，天線與磁芯、天線保護(hù)罩的窗格之間也正交，45°傾斜天線和正交天線要保證角度準(zhǔn)確，否則會(huì)產(chǎn)生更為復(fù)雜的分量信號(hào)。

（2）天線類型和數(shù)量多，一致性難以保證。正交/傾斜天線加工、繞制難度大，手工制作保證一致難度大。

（3）天線部分需要耐受壓力、振動(dòng)、沖刷、腐蝕等。首先，在高溫、高壓、強(qiáng)振動(dòng)沖擊等惡劣環(huán)境中，天線易發(fā)生機(jī)械變形，導(dǎo)致信號(hào)變化；其次，整個(gè)天線系統(tǒng)工作在沖刷、耐磨、腐蝕環(huán)境中，天線經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械性損壞。

3.2.2 解決措施

（1）提高傾斜、X、Y天線槽的加工精度，保證天線槽和天線支撐骨架滿足設(shè)計(jì)要求，特別是角度要求。

（2）設(shè)計(jì)加工一系列專用工藝工裝，用于天線繞制、罐膠、測(cè)試和儀器鉆鋌噴丸、防磨帶制作等；建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，確保天線繞制精度和同類型天線的一致性。

（3）優(yōu)選高強(qiáng)度天線的骨架、填充、保護(hù)等材料，提高天線系統(tǒng)減振、抗壓、抗沖擊耐磨、抗腐蝕及防形變等能力。

4 多尺度數(shù)據(jù)處理難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

在隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井資料處理中，通過多尺度數(shù)據(jù)處理獲取地層信息，以滿足實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向和實(shí)時(shí)或鉆后地層評(píng)價(jià)需要，其難點(diǎn)主要包括快速反演和彎曲扭曲影響處理。

4.1 多尺度數(shù)據(jù)反演技術(shù)難點(diǎn)及對(duì)策

在隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)中，儲(chǔ)層界面距離、方位、傾角及電阻率等信息不是直接測(cè)量得到，而是通過測(cè)量數(shù)據(jù)反演獲取。實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向?qū)Ψ囱莸膶?shí)時(shí)性要求高，也需要保證一定的反演精度，而鉆后評(píng)價(jià)需要更高的反演精度。

4.1.1 難點(diǎn)分析

（1）反演速度需滿足機(jī)械鉆速要求。地層模型復(fù)雜，如探測(cè)范圍內(nèi)存在多層界面、界面可能傾斜或地層橫向變化，甚至是各向異性地層，測(cè)量數(shù)據(jù)為多尺度數(shù)據(jù)；反演參數(shù)多，如多界面地層電阻率（各向異性地層還包括垂直電阻率和水平電阻率）、多個(gè)界面距離、井眼與界面相對(duì)夾角（包括地層傾角）等；反演速度還受制于正演算法、反演算法的速度。

（2）反演精度的影響。受反演模型影響，反演精度與速度之間是一對(duì)矛盾組合，采用簡(jiǎn)單模型反演速度快，但反演精度較低，而采用復(fù)雜模型可以提高精度，但速度慢；受噪聲影響，數(shù)據(jù)本身含有噪聲，若不能消除也會(huì)影響反演精度，前面界面分辨率數(shù)值模擬研究也說(shuō)明了該問題。

（3）其他因素的影響，如反演算法還存在不收斂、多解和不穩(wěn)定問題，導(dǎo)致反演無(wú)解，甚至反演結(jié)果錯(cuò)誤。

4.1.2 解決措施

（1）在提高反演速度方面，優(yōu)化或簡(jiǎn)化地層模型（如降維處理），優(yōu)選正反演算法，采用模塊數(shù)據(jù)共享、循環(huán)并行嵌套、自動(dòng)優(yōu)化并行線程數(shù)量、并行云計(jì)算等措施，開發(fā)出實(shí)時(shí)快速反演軟件和精確反演軟件，分別滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)地質(zhì)導(dǎo)向和鉆后評(píng)價(jià)需求。

（2）在消除反演多解性和提高穩(wěn)定性方面，優(yōu)選求解模型，采用全求解域優(yōu)化求解方法，結(jié)合物探和本井/鄰井的鉆井、錄井、地質(zhì)等信息，采用數(shù)據(jù)聯(lián)合建模，消除或避免多解性；強(qiáng)化目標(biāo)函數(shù)約束條件，提高反演收斂性和穩(wěn)定性。

（3）在提高反演精度方面，充分利用本井全部測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，保證充足的信息量；將不同尺度和不同數(shù)據(jù)源信息作為補(bǔ)充或作為約束條件，并結(jié)合物探和鄰井的錄井、地質(zhì)、鉆井等信息，相互驗(yàn)證，提高反演精度。

4.2 扭曲彎曲的影響及解決措施

傳統(tǒng)隨鉆電磁波傳播電阻率儀器的同軸天線在儀器旋轉(zhuǎn)時(shí)，其等效的磁偶極子指向不發(fā)生變化，均為儀器軸方向。遠(yuǎn)探測(cè)儀器采用了非軸向天線，包括垂直于軸向或與軸向成45°的天線。隨著儀器旋轉(zhuǎn)，其等效磁偶極子的指向也不斷發(fā)生變化，從而擁有方位敏感性。如果在單個(gè)鉆鋌上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)探測(cè)儀器，發(fā)射天線與接收天線之間的相對(duì)方位角保持不變，彎曲與扭曲造成的影響可以忽略不計(jì)。目前隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波儀器一般由1個(gè)發(fā)射、2 ～3個(gè)接收短節(jié)組成，方位角對(duì)不齊、扭曲、彎曲均會(huì)對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生復(fù)雜影響。

4.2.1 扭曲彎曲的影響

（1）扭曲即方位角無(wú)法對(duì)齊的影響。對(duì)于多短節(jié)遠(yuǎn)探測(cè)方位電磁波儀器，天線分布在多個(gè)短節(jié)上，各短節(jié)連接后，它們之間的相對(duì)方位角是無(wú)法嚴(yán)格對(duì)齊的，即每次組裝后，天線間的相對(duì)方位角都可能不相同；較長(zhǎng)的多短節(jié)儀器則不能當(dāng)作一個(gè)剛體，鉆井過程中，鉆具旋轉(zhuǎn)還存在扭曲，相對(duì)方位角會(huì)進(jìn)一步發(fā)生變化。相對(duì)方位角變化，影響正交（X、Y）天線、傾斜天線之間的圓周方向角度關(guān)系，且各短節(jié)間相位方位角變化大小不一樣，導(dǎo)致多分量電磁波信號(hào)幅度、相位發(fā)生復(fù)雜變化，若不準(zhǔn)確處理，對(duì)地層界面距離和方位及傾角求取影響較大，特別是對(duì)遠(yuǎn)處界面影響更大。

（2）彎曲影響。多短節(jié)儀器連接后的總長(zhǎng)度達(dá)30 m或更長(zhǎng)，在造斜段或軌跡調(diào)整段，鉆井過程中儀器串是彎曲的，彎曲角度最大可達(dá)（15 ～20） °/30 m，并且隨著井眼曲率變化而變化。按照理論設(shè)計(jì)，各短節(jié)天線分布在同一直線軸上，彎曲不會(huì)引起同一短節(jié)上各天線間的相對(duì)角度變化，但會(huì)導(dǎo)致不同短節(jié)上各天線間的相對(duì)角度變化。從而導(dǎo)致多分量電磁波信號(hào)幅度、相位發(fā)生復(fù)雜變化，導(dǎo)致反演結(jié)果的誤差。

4.2.2 解決措施

（1）采用方位、井斜傳感器測(cè)量相對(duì)方位角和井斜角。在每一個(gè)短節(jié)上，增設(shè)方位傳感器（如磁通門、加速度計(jì)），測(cè)量、記錄各自方位角和工具面及井斜角，用于消除因方位角對(duì)不齊、扭曲、彎曲導(dǎo)致電磁波信號(hào)分量變化的影響。

（2）開發(fā)扭曲彎曲影響處理方法軟件并校正其影響。在測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理過程中，將扭曲、彎曲導(dǎo)致各天線的空間指向和相對(duì)位置考慮在處理軟件（特別是反演處理）中予以處理，消除其影響。

5 結(jié) 論

（1）從天線排列方式、測(cè)量功能和測(cè)量信號(hào)出發(fā)，采用單界面地層模型，探討創(chuàng)新了探邊距離、前探距離的定義，提出了界面分辨率的定義，并通過數(shù)值模擬分析了其影響因素。數(shù)值模擬結(jié)果表明：探邊距離、前探距離、界面分辨率依賴于天線排列方式、地質(zhì)信號(hào)類型、天線距離、工作頻率、地層電阻率及其對(duì)比度（電導(dǎo)率差異），也與儀器檢測(cè)微弱信號(hào)的能力密切相關(guān)；界面分辨率還依賴于儀器的測(cè)量精度。

（2）在隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井儀器研發(fā)中，主要關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)為納伏級(jí)微弱信號(hào)精確檢測(cè)和正交-傾斜天線制作及工藝。針對(duì)納伏級(jí)微弱信號(hào)精確檢測(cè)，建議在抑制干擾、增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度與穩(wěn)定性、高精度處理等方面采取措施；針對(duì)正交-傾斜天線制作及工藝，建議在天線相關(guān)機(jī)電材料優(yōu)選、傾斜/正交天線槽的加工、制作工藝等方面采取措施，并建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，確保天線繞制精度和一致性。

（3）在隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理中，主要關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)為多尺度快速反演和彎曲扭曲影響校正。針對(duì)多尺度快速反演，建議在提高反演速度、精度和消除多解性、提高穩(wěn)定性等方面采取措施；針對(duì)彎曲扭曲影響校正，建議采用方位、井斜傳感器測(cè)量各短節(jié)的相對(duì)方位角和井斜角，并在處理中消除其影響。

（4）隨鉆遠(yuǎn)探測(cè)電磁波成像測(cè)井技術(shù)日趨成熟。在儀器方面，朝著寬頻帶、大功率、長(zhǎng)源距、發(fā)射接收短節(jié)模塊化方向發(fā)展，隨著微弱信號(hào)檢測(cè)能力提升，探測(cè)距離可達(dá)百米以上；在處理方面，與互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和數(shù)字硬件相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全三維反演和三維油藏成像技術(shù)；在應(yīng)用方面，從地質(zhì)導(dǎo)向和構(gòu)造成像服務(wù)發(fā)展到360°、3D隨鉆油藏測(cè)繪成像和界面測(cè)距服務(wù)，為精準(zhǔn)地質(zhì)導(dǎo)向和提高油氣產(chǎn)量提供重要支撐。