声电频谱测井方法研究Ⅰ——电缆的影响

声、电频谱测井直接测量声和电探头频谱的实部和虚部.通常情况下,实部信号幅度比较大,与地层参数的关系不密切;虚部的信号比较小,与地层声、电参数关系密切.测量时,换能器在井下,地面(或者井下电路)发射频率可调的正弦波或者方波电压于声、电探头,测量其电压和电流波形,处理其幅度和相位可得到探头的阻抗或导纳的实部和虚部.由于位于井下的探头的辐射声阻抗和电阻抗都与地层参数有关,因此,通过测量换能器的阻抗或导纳随频率的变化关系可获得地层的声电参数.与现有的测井方法测量一个频率(感应测井)或者瞬态声波波形(主频附近)不同,声电频谱测井对频率进行扫描,获得一定频率段的频谱.具体的频率区间根据井眼条件和所测量的地层参数以及探头结构确定.声电频谱测井理论建立井眼条件下频谱的实部和虚部与地层参数之间的关系,测井资料处理则利用这些关系从测量的频谱曲线获得所测量地层的声、电参数.该方法可以在裸眼井和套管井中进行,并且还可以像最早的电极测井那样,直接在地面完成测量,井下只放置探头,不设置电路.这时声电频谱测井通过电缆输入到井下探头的是正弦波或者方波,电缆对测量结果影响比较大.本文首先给出声电频谱测井的现场实验结果,然后讨论电缆的频谱特征以及对测量结果的影响.电缆的频谱峰在探头阻抗发生变化的时候变化比较小,容易从频谱测量结果中区分出来.     

瞬变电磁测井原理研究——瞬态感应测井

本文提出的瞬态感应测井是一种以瞬变电磁激发为基础的感应测井方法.其工作波形是瞬态的:有一个主频并有一定的带宽.发射探头是线圈,激发的感应电动势与感应测井一样沿圆周方向.具体激发频谱取决于与其配合的声波测井压电换能器参数.当换能器是宽带时,激发的瞬变电磁场是宽带的,激发波形的电震荡周期比较少,测量的电磁感应波形的震荡周期也比较少.这些震荡波形从激发时刻便开始出现,只能够用同轴的线圈进行接收.同样,接收信号中也包含直接耦合信号和二次场信号,两者相差90°.当地层的电导率随频率改变时,接收波形中二次场的响应波形幅度和相位均发生改变.对接收波形可以参考感应或阵列感应测井的处理方法,用Doll几何因子进行设计.但是,需要面对不同频率的幅度和相位,增加解耦处理方法.相对于阵列感应测井,该测井方法有两个优点:能够测量一个频带内地层的电阻率,能够与阵列声波测井从探头结构上进行组合,便于测井系统的集成.     

井间电磁成像系统发射和接收同步测量应用研究

井间电磁成像利用低频电磁波对两井或多井之间进行多点扫描,测量出电磁信号经过地层产生的相位变化和幅度衰减情况,反演得到地层电阻率信息.相位反映地层电参数以及位置的敏感性要优于幅度信息.在进行相位测量时,必须保证在同一时刻对发射监测信号和接收信号进行采集.针对发射和接收系统精确同步测量方法展开研究,提出使用GPS时钟接收机在两口井各自地面系统产生同步时钟信号,把同步时钟信号通过电缆传送到井下,井下通过PLL锁相同步电路和频率补偿电路,完成井下工作主频时钟源的建立,达到地面和井下同步目的.在发射地面和接收地面设置有数传电台,相互之间可传送指令,与同步时钟结合起来,实现井下发射监测信号和接收信号的同步采集.经过测试井间电磁成像发射和接收系统同步误差≤±100 ns.     

一种为地震台网台站进行标定测试用的新型振荡器——CZ-1型测震信号发生器

为适应遥测地震台网和地震观测台站进行系统标定、测试、仪器维修而研制的CZ-1的信号发生器的特点是,电路采用了晶体振荡电路和数字衰减器,从而保证了输出信号的频率;幅度精确、稳定.它可以输出正弦波,方波等8种简单函数波形.亦可由用户自己编制其他形状的波形.输出可采用单边或双边对称输出.具有短周期和中长周期测震系统分段标     

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.     

一种利用频谱激电数据实部和虚部加权反演Cole-Cole模型参数的方法

频谱激电法(SIP)因具有多参数(Cole-Cole参数)解释异常的能力,一直受到电法工作者的关注.一些学者提出了用电场振幅和相位反演Cole-Cole参数的方法,但由于电场振幅和相位对不同Cole-Cole参数的敏感程度不同,往往导致有些Cole-Cole参数较难反演,特别是频率相关系数和时间常数.本文提出了利用视复电阻率的实部和虚部加权反演的方法.该方法采用视复电阻率实部和虚部联合反演的策略,并在反演不同Cole-Cole参数时对实部和虚部的目标函数进行不同的加权.模型试算结果表明:这种反演方法不仅可以很好的反演零频电阻率和极化率,还可以显著提高频率相关系数和时间常数的反演效果.     

DPSD技术在随钻电阻率测井中的应用

钻进时产生的强烈电磁干扰使传统的模拟相敏检波（APSD）方法无法准确获取随钻测井的电磁波信号。数字相敏检波（DPSD）利用高速浮点数字信号处理（DSP）和高速现场可编程门阵列（FPGA）芯片,分别处理所采集的测井信息的实部和虚部,改变了传统的计算方法,提高了运算速度和计算精度。采用可编程逻辑技术充分利用了测井信息,简化了控制逻辑,提高了时序控制精度和测量精度。讨论了新设计的数字相敏检波的原理、特点、电路实现以及实验数据分析。实验证明,该检波方法能有效利用测井信息,优化随钻测井系统。     

不同偏振方向的偶极子声源在HTI地层井孔中激发声场的实验研究

本文首先制作了TI地层模型井,对模型井的速度、密度等物理参数进行了测量,通过快速模拟退火算法得到了该介质的五个TI刚性系数,然后采用缩尺的偶极子探头在HTI地层井孔内进行超声测量实验模拟了实际的偶极子声波测井,并结合数值模拟的结果,研究了不同偏振方向的声源在HTI地层井孔中进行偶极子声波测井的响应特征.模拟结果表明,弯曲波的幅度和速度随声源的偏振方向不同而不同.正交分量的波形幅度在声源偏振方向平行或垂直于快横波面方位时最小,在与快横波面方位呈一定夹角时较大;同向分量波形幅度随声源的偏振方向的变化规律同正交分量相反.弯曲波速度在声源的偏振方向与快横波面方位的夹角小于30°或者大于60°时,分别接近于快弯曲波和慢弯曲波的速度,对于夹角的变化不敏感;当夹角在30°和60°之间时,弯曲波的速度对该夹角变化非常敏感,由接近快弯曲波速度快速变化到接近慢弯曲波速度.     

低渗砂泥岩地层的声波测井波形特征

用于低渗砂岩油气开发的压裂需要地层的纵横波时差参数;压裂形成的人工裂缝或砂泥岩中的自然裂缝是油气流入井中的主要通道.声波测井是测量地层的纵横波时差、探测连通裂缝的有效方法.本文给出了新设计的偶极子组合声波测井仪器在低渗砂泥岩地层所测量的波形.新仪器利用声波在井内传播的固有频率设计探头,利用探头阻抗随频率的变化曲线设计匹配电路,有效地提高了声发射功率,在井下采用16位A/D转换器提高了原始波形的采样精度.测量的波形比通常的声波测井波形所含的地层信息丰富.单极子长源距声波测井波形中除了通常的纵、横波和Stoneley波外,还发现了起始于纵波首波的反射波以及随深度改变其到达时间的后续波.通过与其它测井曲线综合对比发现:其反射波与井眼扩径有关,使测量的声波时差加大;后续波在显示地层特征的同时,与横波混叠在一起,使横波时差的提取变得困难.另外,在偶极子所测量的低频波形中也发现了明显的反映地层连通裂缝的反射波,该反射波可以用于指示低渗砂岩地层中的连通裂缝.     

动电测井实验研究Ⅰ:渗透率的评价

本文针对流体饱和孔隙介质的动电效应,在砂岩模型井中开展了动电测井实验研究.记录到渗透率不同模型中单极源动电测井的全波波形,清晰地观测到了伴随纵波、横波和斯通利波的动电转换信号,给出了本文实验条件下,动电测井全波中各分波的幅度,并通过电声比的大小说明了各分波的动电转换能力.实验结果表明:孔隙介质动电效应与渗透率密切相关,动电信号的幅度随着地层渗透率的增大而增加,在高渗透率地层中记录动电信号的幅度较大,这一特性可用于地层渗透率的井下动电评估.本文实验结果还验证了动电测井的可行性,同时指出:与声波测井相比,动电测井信号对地层渗透率更加敏感,这为渗透率等地层参数的井下动电测量奠定了实验基础.     

地层波速的电缆和随钻动电测井实验研究

基于孔隙介质动电效应的测量方法在油气勘探领域有着巨大的潜在应用价值.本文针对理论预测的随钻动电测井可削弱钻铤波对地层声波干扰的问题,设计了室内随钻动电测井实验装置和测量系统,并在小尺寸砂岩模型井中开展了随钻动电测井实验研究.为了突出随钻动电测井技术的特点,本文先在砂岩模型井中进行了电缆声波测井和电缆动电测井实验测量,获得了地层声波的传播速度.然后又在同一模型井中进行了随钻声波测井和随钻动电测井实验,记录了这两种情况下的测井全波波形,比较了电缆声波/动电测井和随钻声波/动电测井的差异性,并进一步分析了钻铤波和井中动电转换信号的传播特性.本文还通过随钻动电测井的时域波形提取到被测地层的纵横波速度,从实验角度验证了随钻动电测井技术测量地层波速的可行性.此外,本文实验结果对随钻动电测井的仪器设计及现场测量也有参考意义.     

三维随钻反射声波成像测井的数值模拟

采用有限差分方法对基于圆弧片状声源和接收器的三维随钻反射声波成像测井进行模拟,研究了反射信号的幅度、相位等参数随方位和源距的变化规律,着重分析了利用该方法在水平井中对地层界面进行探测的可行性.研究结果表明,钻铤的存在使得圆弧片状声源能够向固定方位辐射声场,其主瓣三分贝角宽窄,旁瓣级低,向目的方位辐射的纵波场的幅度约为传统环状声源的0.6倍,适用于三维随钻反射声波成像测井;对于本文计算的井孔模型,反射波信号约为井孔导波信号的1/100;随着源距的增加,反射纵波幅度逐渐减小,转换波(P-SV、SV-P)的幅度先增加后减小,反射SV波的幅度增加,建议在实际应用中,选择合适源距的波形进行处理,并对其他非目的波动进行压制,以期获得更好的成像效果.本文模拟了在水平井中对地层上下界面进行探测的例子,结果显示,反射波纵波信号有较好的方位分辨率,能够准确获得井外波阻抗不连续界面的方位,而且对上、下界面的成像互不影响.     

电磁波测井资料反演中Jacobi矩阵的快速算法及其特性分析

针对采用单发双收探头同时测量相位差和幅度比,测井响应与地层介电常数和电阻率两者都有关的电磁波测井资料反演问题,构造了其反演目标函数Jacobi矩阵J的快速算法.J直接给出了测井响应随地层参数变化的关系,利用J和它转置矩阵JT的有意义乘积J.JT和JT.J可以方便地对在非均质地层中测井响应特征和仪器的探测特性进行考察分析,为测井资料处理方法研究与仪器改进提供依据.     

基于超级混合虚折射干涉法的阵列声波处理方法及其在套管井中的应用

在声学测井勘探时,复杂多变的测井条件(如胶结不好的套管井和随钻测井等)下的强直达干扰信号会导致地层信号的信噪比降低,使得地层有用信号的提取十分困难.本文在超级虚折射法的基础上,利用声源与接收器的互易原理,对原始波场信号进行互相关和褶积重建,并对所有可能的位形产生的信号进行叠加,将该叠加波场与超级虚折射波场进行叠加,重构出超级混合虚折射波场,使不同接收器上的折射波信噪比在超级虚折射的基础上进一步得到提高,显著提高了有用信号的信噪比,同时解决了超级虚折射近场能量不足的问题.套管井测井的理论模拟及实际处理表明,该方法可以很好地压制套管波信号、提高地层信号的信噪比.     

基于频率域经验模式分解阈值滤波的核磁共振测井信号去噪

核磁共振测井信号易受到地层环境和测井设备的干扰,使得测井信号信噪比低下,严重影响后续T_2谱的反演和储层参数的计算.将经验模式分解与阈值滤波技术结合,首先通过Fourier变换将含噪的测井信号变换到频率域,再对实部和虚部分别进行经验模式分解后的阈值滤波,最后将去噪后的实部和虚部分量组合成新的复数序列,通过Fourier反变换恢复时域的测井信号,达到压制噪声的目的.应用该方法对仿真和核磁共振测井信号进行了分析,并与小波软阈值去噪结果进行了对比.结果表明:本文方法在消除噪声的同时,能很好地保留核磁共振测井信号的波形和特征,相比小波软阈值滤波方法,去噪后噪声抑制比由18.17提高到了24.33,幅值衰减比由21.54下降到了17.86,很好地保留了峰形特征,突出了反演的T_2曲线中被淹没的有用信息,为孔隙度、可动流体等储层参数的精确计算提供了保障,为核磁共振测井信号的去噪开拓了新思路.     

含裂缝地层的过套管电阻率测井响应特征研究

由于石油压裂开采等开发措施的实施,会使在套管周围存在着许多被油气等高阻流体填充的微裂缝.尽管这些裂缝或孔隙可能很小,但对套管井电阻率测量会有非常大的影响,甚至会改变原地层的电阻率测井特征,因此裂缝测井响应的计算及考察对过套管电阻率测井十分重要.为解决裂缝测井响应的计算问题,本文提出了计算等效电阻的电流通量管模型,利用该电流通量管模型给出了含垂直裂缝地层横向电阻的计算方法,基于传输线方程法及地层电阻的过套管测量方法实现了含裂缝地层的过套管电阻率测井响应的数值计算,通过计算实例考察了地层裂缝对过套管电阻率测井响应的影响.算例表明:裂缝中的高阻流体对地层视电阻率测量结果会有较大的影响;环形裂隙比垂直裂缝有更大的电阻率测井响应.本文的研究为解决微裂缝过套管电阻率测井响应的计算这一关键技术问题提供了一种可行的计算与考察方法.     

水平井随钻电阻率与双侧向响应差异影响因素分析

在大斜度井和水平井中,不同电阻率测井系列测量的结果并非完全一致,测量结果的差异性分析对于正确认识和评价地层非常重要.依据双侧向测井和随钻电磁波测井原理,采用三维有限元素法模拟双侧向在水平井中的测井响应特征,采用积分方程法模拟随钻电磁波电阻率在水平井中的测井响应特征,通过对比分析值模拟结果,造成大斜度井和水平井随钻电阻率与双侧向电阻率测井响应差异的主要因素有:井斜、各向异性、地层界面以及泥浆侵入.随钻电阻率一般受泥浆侵入影响小,但是它在水平井中容易产生极化现象,有助于地层界面识别,同时受各向异性影响明显;而双侧向电阻率在水平地层中对地层界面不敏感,且受各向异性影响相对较弱,但会受泥浆侵入影响严重;正确认识这些差异,可以有效指导水平井的合理解释.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

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.