用磁流源并矢Green函数的递推矩阵方法计算层状各向异性地层中多分量感应测井响应

采用递推矩阵方法计算各向异性介质的磁流源并矢Green函数,并利用上述并矢Green函数对层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井的响应进行数值模拟,分析了线圈距、层厚、倾角和围岩对多分量感应测井响应的影响.计算发现,共面视电导率比共轴视电导率变化规律复杂,不能反映地层电导率的真实情况.各向异性地层共轴视电导率随井眼相对倾角的增加而减小,而共面视电导率随井眼相对倾角的增加而增加.仪器的垂向分辨率、围岩各向异性对目的层响应的影响程度取决于线圈距,围岩各向异性对高电导率目的层中测井响应的影响大于对高电阻率目的层中测井响应的影响.     

金属套管井中电磁测井响应的数值计算

分析了金属套管井中有限尺寸线圈的电磁响应特征,讨论了井眼泥浆参数、套管参数和不同线圈尺寸对电磁测井响应的影响,考察了金属套管中电磁测井对地层电阻率变化的灵敏度.径向非均匀介质的模拟计算表明,在套管井中井眼泥浆对电磁测井的影响较大,必须进行校正.在低频条件下,井间测量响应中金属套管与地层的电磁响应是非耦合的,两者可以分离.在套管参数一定时,套管响应与地层的响应的比值近似一个常数.电磁响应对地层电阻变化的灵敏度分析显示,井间电磁测量在储层研究尺度对地层电阻率变化响应灵敏,套管引起的衰减稳定.在其它参数相同的前提下,线圈直径的增大有助于有效电磁响应信号的增强,给大井间距测量提供了可能.不同磁导率金属套管的电磁响应分析表明,电磁测井中,采用非磁性或弱磁性套管要优于一般的铁磁性套管.     

高频感应测井磁偶极子校正研究

高频感应测井是一种阵列型感应测井仪,采用单发双收线圈结构,测量感应电动势的相位差,仪器线圈是具有一定大小的螺线管.在传统资料处理中,一般将螺线管简化为成磁偶极子模型,但两者产生的电磁场空间分布是否存在差异需要进一步研究.本文首先利积分公式法(IFM)计算了螺线管高频感应电磁场分布,利用数值模式匹配法(NMM)计算了磁偶...     

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分（FDTD）算法

利用三维时域有限差分技术（FDTD）研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用Yee氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域Maxwell方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条件（UPML）被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上,利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法（2E2U）从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后,通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.     

柱状成层地层中仪器偏心对阵列感应测井响应的影响

采用柱状成层介质的并矢Green函数高效计算井眼中偏心发射源产生的电磁波,并利用该算法模拟了阵列感应测井仪器在井眼中偏心时的响应.在模拟时既考虑到了金属心轴的存在也考虑到了线圈系所处绝缘层的存在,并重点分析了绝缘层的影响.数值模拟结果表明,对相对低泥浆电导率情况而言,无论线圈距长短,线圈系所处绝缘层对仪器响应的影响均较小,可忽略不计.而对于相对高泥浆电导率情况,线圈系所处绝缘层对仪器响应的影响明显,不可忽略,且线圈距越短影响越大,仪器偏心距越大影响越大.另由数值模拟结果可以看出,在相同泥浆电导率情况下,仪器线圈距越短偏心对线圈系响应的影响越大.     

自然电位测井响应的高效数值模拟

由于从自然电位测井中得到的信息大多是定性的,且以往有关自然电位测井响应的定量分析一般也只停留在最简单的模型,很难用于分析和指导实际测井工程因此本文利用数值模拟方法,对自然电位测井进行了严格的定量研究首先利用高效的数值模式匹配理论求解了轴对称二维非均匀介质中的位场格林函数,然后利用表面积分方程法匹配各界面上的偶极层激励条件,从而求出任意二维结构下的自然电位测井响应通过广泛的数据对比验证证明了本文方法的正确性和有效性．利用本文的方法可定量评估各种地层因素对自然电位响应的影响,制作单因素和多因素综合影响校正图版,为自然电位测井的定量分析和解释提供一种行之有效的方法,对实际测井工程有一定的指导意义     

海底表面磁源瞬变响应建模及海水影响分析

根据电磁场理论,推导了磁偶源和接收点均位于海水中时层状海底模型的频域电磁场响应一般表达式,并通过此式,得到了海水为均匀半空间和有限海水深度两种情况下,垂直磁偶极装置、中心回线和重叠回线分别置于均匀半空间海底表面时的瞬变电磁响应（磁场和感应电压）表达式. 这些表达式将瞬变响应和海底的电导率等参数有机联系在一起,为海底瞬变电磁法的正演计算和反演解释提供了理论基础. 仿真计算表明,海水的存在不仅使得瞬变响应曲线形态发生变化,而且影响其对海底电导率的分辨能力.     

多极源随钻声波测井实验分析

本文针对随钻声波测井中钻铤波干扰地层声波测量的问题,设计了小尺寸随钻声波测井探头,在实验室内开展了多极源(单极源、偶极源和四极源)随钻声波测井实验研究.先在水池中对裸露的探头进行了随钻测量,记录到了沿钻铤传播的直达钻铤波,并获得了不同声源激发的钻铤波速度.之后在砂岩和有机玻璃模型中进行了随钻声波测井实验,观测到多极源随钻测井的全波波形,并通过与水池中实验结果的对比,分析了井中钻铤波的传播特性.特别地,在偶极随钻测井实验中不仅记录到了偶极一阶钻铤波,还观测到对弯曲波干扰较大的偶极二阶钻铤波,进而研究了不同声源频率下该波群的响应特性及其对弯曲波测量的影响.此外,基于单极源和偶极源随钻声波测井实验数据,本文发现:随着声源频率的增加,单极和偶极钻铤波的传播特性不同,但它们在测井全波中的相对幅度均降低,进而可从测井全波中较好地提取地层的声波速度.本文实验结果对随钻声波测井仪器设计及测井数据解释具有重要意义.     

岩石电学参数扫频测量

介绍了一种线圈法岩心复电参数扫频测量系统,并运用该系统对岩心进行了实验测量分析.结果表明,线圈法测量结果与电极法结果同样具有电频散特性,二者具有明显的相关性;测量响应与岩心的含水饱和度有着规律性的对应关系;虚部响应比实部响应对含水饱和度的变化更敏感.研究结果为发展电频谱测井新方法奠定了理论基础.     

一种新型随钻电阻率测井仪器的响应和刻度

对一种新型随钻电阻率测井仪器在均质地层中的电磁场分布和接收线圈的响应特性进行分析,并对仪器在真空中的刻度方法进行研究.推导出了圆柱坐标系下径向成层介质中磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式,从而得到研究该仪器电磁场分布、接收线圈响应、刻度方法所必需的解析计算式.计算发现,钻铤的存在大大提高了仪器的定向探测性能.计算还发现,不同的钻铤尺寸、线圈系到钻铤不同的距离对线圈系在真空中的响应值具有较大影响.钻铤在地层中产生的实部信号可近似认为恒定,而当地层电导率大于001 S/m时,钻铤在地层中产生的虚部信号亦可近似认为恒定.数值计算表明,仪器偏心程度越大,钻铤半径越大,仪器中刻度环电阻所对应的视电导率值越小.     

A fast integral equation solver for 3D induction well logging in formations with large conductivity contrasts

Simulation of induction logging responses in formations with large conductivity contrasts is an important but challenging problem due to the singularity of a linear system caused by large contrasts. Also, three‐dimensional (3D) analysis of complex geophysical structures usually encounters high computational demands. In this paper, a pre‐corrected fast Fourier transform (pFFT)‐accelerated integral equation method is applied to overcome these difficulties. In the approach, the entire formation is included in the solution domain. The volume integral equation is set up in the region based on the fact that the total field is the summation of the excitation field and the secondary field. The emitted field by the transmitter coil (treated as a magnetic dipole) is regarded as the excitation of the system. Then the method of moments (MoM) is used to solve the integral equation. To reduce the high computational requirements of the MoM, the pFFT method is used to speed up the solution of the matrix equation and reduce the memory requirement as well. The resultant method is capable of computing induction logging problems involving large and complex formations. For problems with high conductivity contrasts, the solution of the matrix equation usually converges very slow or even fails to converge due to the large condition number of the coefficient matrix. To overcome this difficulty, an incomplete LU pre‐conditioner is used to significantly speed up the convergence of the matrix equation, thus further reducing the computation time. Numerical results show that the present method is efficient and flexible for 3D simulation of induction logging and is specifically superior for problems with high conductivity contrasts.     

瞬变电磁波测井边界远探测方法研究

随钻地质导向钻井的关键在于对边界的探测,为提高仪器探测深度,时谐源激励的电磁波测井方法通常采用降低频率、增大源距的方式.瞬变电磁波测井信号源的突然关断产生会产生感应涡流,涡流随时间向地层深部扩散,与时谐源激励方式相比,其探测深度更大且测量过程不受信号源的干扰.因此,本文提出一种时间域瞬变电磁波测井边界远探测方法,采用余弦变换的数值滤波算法,模拟层状地层同轴发射接收线圈的瞬变电磁波测井响应,结果显示,地层电导率越大,电磁波传播速度越慢,测量晚期感应电动势与地层电导率线性相关;通过定义层状介质总场与线圈系所在当前层背景场的差值可方便提取界面信息,对界面的探测距离可达数十米;瞬变电磁波测井响应受源距的影响很小,为利用短源距实现远探测提供了可能.瞬变电磁波测井与时谐源电磁波测井相比优势明显,在电磁波测井领域中应用前景广阔.     

测井技术的应用及其在科学钻探研究中的意义

测井技术是从上世纪20年代发展起来,60年代渐趋成熟,现已被广泛应用于油田、煤田等地质勘探工作中.上世纪开始的DSDP(深海钻探)、ODP(大洋钻探)I、CDP(国际大陆科学钻探计划)、KTB(德国的大陆科学钻探计划)等项目采用测井曲线研究古环境、古气候,确定地层性质等方面取得了进展,极大的拓展了地球物理测井在地质上的应用范围,使测井技术由油气、煤炭测井的地层分析上升到测井地质的成因研究,也渗透到提取古气候信息的领域上.我们在柴达木盆地盐湖科学钻探工程中也采用了测井技术,旨在通过与岩芯多指标对比分析,探索应用其指示意义测井技术在石油、盐类资源普查及古环境研究中.     

(T2,D)二维核磁共振测井混合反演方法与参数影响分析

一维核磁共振(1D NMR)测井技术在流体识别中具有一定的局限性.二维核磁共振(2D NMR)测井能同时测量到多孔介质中横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D)等信息,利用这两个参数区分流体性质,较一维核磁共振测井技术具有明显的优越性.针对梯度场下的2D NMR测井弛豫机理和数学模型,提出了适用于求解大型稀疏矩阵方程的反演方法-基于非负最小二乘法(LSQR)和截断奇异值分解(TSVD)法的混合算法.为验证方法的有效性,先根据多回波观测模式合成回波串数据,然后再用混合反演算法进行反演,反演得到横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D),并构建T₂-D二维谱图.结果对比表明,该混合反演算法得到的T₂-D二维谱与流体模型一致性好,计算精度均比单一反演方法有较大改善,表明该混合反演方法可用于油气储集层2D NMR测井的反演和流体识别.此外,分别对油水同层和气水同层模型进行了正演模拟和反演实验, 系统考察了不同磁场梯度、不同回波间隔组合对反演效果的影响,为2D NMR参数设计提供依据.     

基于单能窄束伽马射线算法计算高分辨率屏蔽自然伽马探测器的三维测井响应

本文应用单能窄束伽马射线理论建立高分辨率屏蔽自然伽马探测器三维测井响应的数值模拟算法.首先利用单能窄束原理,用稳态扩散方程描述伽马光子密度的空间分布,根据扩散方程基本解、放射源空间分布、探测器位置和屏蔽情况,将屏蔽探测器上的总伽马通量表示成放射性地层中的有效探测区域上的体积分和晶体表面上有效接收面的面积分形式.并根据伽马射线传播路径和探测器屏蔽情况,给出有效探测区域的解析表达式,通过数值积分法计算任意复杂情况下探测器上的自然伽马通量,获得伽马测井响应的3D数值模拟算法.并通过数值模拟结果与模型井数据的对比验证了该算法的有效性.最后通过3D数值模拟算法系统研究考察晶体形状（圆柱形晶体、方形晶体）、晶体长度、仪器在井轴中的位置（居中屏蔽探测器、贴井壁屏蔽探测器）、以及测速等不同情况下自然伽马测井响应,设计出新型高分辨率自然伽马测井仪器.     

基于改进Krylov子空间算法的井中激电反演

井中激电是二次找矿重要的地球物理勘探手段,快速而稳定的正反演算法有助于方法的推广和应用.本文在正演模拟中,给出了考虑井眼影响下的网格剖分方式;用右端项校正技术减小边界效应和源点奇异性引起的模拟误差;并采用循环Krylov子空间算法提高多线性方程组的求解效率.反演用Gauss-Newton法结合Jacobian-free Krylov迭代求解技术,给出了Jacobian矩阵向量积的简化计算方法;用不精确预处理共轭梯度法对模型修正量方程近似求解以减少计算量;采用不同于正演的反演网格剖分降低不适定性.数值算例验证了相关算法的有效性和可靠性.     

层状各向异性地层中三维感应测井响应快速计算及资料处理

本文采用广义反射系数法推导了水平层状各向异性地层中电磁场的积分解析解,并利用快速汉克尔变换技术实现了三维感应仪器测井响应的快速计算.三维感应测井响应与地层水平电导率、垂直电导率和井斜角及仪器方位角同时有关,单一分量的测井曲线不能满足资料解释的需要.通过对仪器测量分量响应特征的考察,本文提出了一种基于组合量测井曲线的资料直观解释方法.数值模拟显示,交叉分量相关组合量可准确划分地层纵向边界,并可直观识别各向异性层;与单独分量相比,主分量相关组合量提高了纵向分辨率、减弱了与地层电导率参数的非线性关系.     

Distinguishing oil and water layers by interpreting acoustic logging data with changing well diameters

During surveys, water layers may interfere with the detection of oil layers. In order to distinguish between oil and water layers, research on the properties of well diameters and oil and water layers and their relation to acoustic logging rules is essential. Using Hudson's crack theory, we simulated oil and water layers with different well diameters or crack parameters (angle and number density). We found that when the well radius increases from 0.03 m to 0.05 m, the variation ratio of compressional wave amplitude for the oil layer is less than that for the water layer. The difference of Stoneley wave amplitude between the crack parameters (angle and number density) is greater in the case of the water layer than in the case of the oil layer. The response sensitivity of wave energy is greater for the water layer than that for the oil layer. When the well radius increases from 0.05 m to 0.14 m, the maximum excitation intensity for oil layer is greater than that for the water layer. We conclude that the propagation of an elastic wave is affected by medium composition and well diameter, and the influence has certain regularity. These results can guide further reservoir logging field exploration work.     

一种基于圆弧片状压电振子的相控圆弧阵随钻声波测井辐射器

随钻三维反射声波成像测井技术可以实时地对井周围的地层构造和地质体进行成像,为地质导向钻井提供必要的信息,是下一代声波测井技术的发展方向.针对该项技术,提出了一种基于圆弧片状压电振子的相控圆弧阵声波测井辐射器,推导了该辐射器的声学性能在波数-频率域的数学描述,并采用了实轴积分的方法对该辐射器在无限大液体、井旁地层中产生的波场进行了求解.研究结果显示,无论在无限大液体中还是在充液井孔内,该声源均可以向任意方位定向辐射能量,其水平指向性图主瓣明显,旁瓣级低,具有较高的方位分辨率;相控阵技术能够使得即使在较低的频率下,该声源辐射的声场仍具有较好的方位特征;与传统的单极子反射成像技术相比,有希望利用该声源发展一种具有较好的方位分辨能力和更深径向探测深度的随钻反射成像测井方法;与偶极子反射成像技术相比,采用该声源可以在周向上360°范围内确定反射体的方位,能够消除井旁地层界面方位测量的多解性.