过套管电阻率测井数值模拟研究

国内油气田的剩余油评价和动态监测需要过套管电阻率测井技术,开展过套管电阻率测井基础理论和方法研究非常必要.本文在全面论述过套管电阻率测井原理的基础上,首次提出修正的传输线方程法(MTLEM),并用之于过套管电阻率测井响应模拟计算;基于数值模拟方法,分析了过套管电阻率测井的影响因素(地层电阻率、水泥环和套管等),得到了规律性认识,并确定了不同地层条件下测量信号的大小,可以为国内过套管电阻率测井仪器研制以及实际资料的应用提供定量依据.     

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.     

实际井眼条件下过套管电阻率测井响应的传输线方程正演算法

过套管电阻率测井通过测量套管壁电势实现测量地层视电阻率，不同的地层模型对过套管电阻率测井会有不同的测井响应. 在传输线方程系数中本文考虑了径向含多个界面地层的影响，对轴向（井轴方向）呈层状、径向阶跃变化地层模型，给出了电势分布递推公式，计算了过套管电阻率测井响应，绘出了测井响应曲线. 算例表明，该方法有较强的轴向地层界面分辨能力；对径向均匀地层计算结果非常接近地层模型电导率，能较好地反映实际地层特征；对高电导地层，低电导水泥环有明显的测井响应；当径向存在多个地层界面时计算结果则为径向各层电导率的综合反映，不是某一径向层的电导率；算例显示该方法有较快（算例运行时间在1s内）的计算速度.     

不良胶结水泥环缝隙中高阻流体的过套管电阻率测井响应

考虑不良胶结水泥环缝隙中高阻流体对地层横向电阻的影响后,由传输线方程实现了缝隙中含流体的过套管电阻率测井响应的计算,并考察了缝隙中高阻流体的过套管电阻率测井响应.算例表明:水泥环不良胶结缝隙中的高阻流体对低阻地层视电阻率测量结果会有较大的影响;地层视电阻率曲线与流体包围套管的扇环张角呈非线性关系,高阻流体环比高阻流体扇环有更高的电阻率测井响应.     

过套管电阻率测井的地层电阻率快速反演算法

过套管电阻率测井是通过测量套管壁电势实现测量地层的视电阻率,基于传输线方程理论,针对层状地层,给出了套管壁电势、电流对地层横向电阻导数的微分方程(称Jacobi矩阵微分方程)及边界条件;利用Jacobi矩阵微分方程边值问题导出了过套管电阻率测井反演地层参数的Jacobi矩阵系数的解析表示,利用Marquardt方法实现了过套管测井的地层电阻率反演;通过计算对Jacobi矩阵的特性进行了探讨,并获得了较快的计算速度(因为Jacobi矩阵是用解析解表示的),反演结果与地层模型取得了较好的逼近.本文实现了过套管电阻率测井地层参数的Jacobi系数矩阵的快速计算及地层电阻率反演,为进一步开展电阻率测井数据处理提供了理论依据和快速反演算法.     

过套管电阻率测井仪器的径向探测特性

为研究过套管电阻率测井仪器的径向探测特性,本文给出了反映地层径向介质变化的几何因子.利用过套管电阻率测井的传输线方程实现了电阻率测井几何因子的数值计算,针对Schlumberger公司的CHFR测井仪和俄罗斯的ЭКОС-31-7测井仪分别计算了几何因子响应曲线,通过曲线分析发现：两种测井仪对低侵剖面（有低阻流体侵入）均有较大的探测半径,但随侵入流体电阻的增大（高侵剖面）仪器的径向探测半径在减小,本文的研究为地层电阻率测井解释和仪器径向探测特性分析提供了理论依据.     

套管接箍对过套管电阻率测井的影响分析

过套管电阻率测井是一种新的测井方法,能在普通的金属套管井中测量地层的电阻率.但其测量结果受到来自套管、水泥环和围岩等诸多因素的影响,其中套管接箍是一个重要的影响因素.采用修正的传输线理论,通过数值模拟全面分析了套管接箍厚度、长度及单位长度电阻对过套管电阻率测井的影响.结论认为,套管接箍厚度对过套管电阻率测井的影响较小;过套管电阻率测井在以套管接箍为中心、上下各半个仪器电极距的深度范围内受套管接箍影响;套管接箍单位长度电阻与套管单位长度电阻差异越大影响越大.     

非均匀套管井中的过套管电阻率测井响应

套管井壁的电势分布包含了金属套管和地层模型的信息,套管电阻率的变化对过套管电阻率测井有重要影响,本文考虑了套管电阻率的变化对传输线方程系数的影响,给出了非均匀套管壁电势分布的计算方法．利用套管井壁电势分布实现了非均匀套管测井响应的计算,考察了套管电阻率变化对过套管电阻率测井响应的影响,模拟结果表明,套管的变薄或变厚对测井响应均有一定影响,当套管电阻突然变小（套管变厚）或突然变大（套管变薄）时过套管电阻率测井异常发生在套管电阻突变界面附近．模拟结果还显示电极距对测井结果有明显影响．     

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.     

过套管地层电阻率曲线环境影响校正方法研究

过套管电阻率测井是在金属套管井中测量地层电阻率的一种电法测井技术,其测量结果受套管、层厚/围岩、水泥环等井眼环境因素的影响,所以在进行过套管电阻率测井资料解释时必须进行测井环境影响因素校正.本文在论述过套管电阻率测井原理的基础上,针对大庆油田引进的俄罗斯过套管电阻率测井仪器ECOS,分别考察了层厚/围岩、水泥环对测量结果的响应规律,利用正演模拟方法研制完成了层厚/围岩影响校正图版以及水泥环影响校正图版.在计算机上实现了层厚/围岩、水泥环影响校正的算法,并利用模型算例和测井实例验证了本文方法的合理性.该方法能够减少水泥环的影响,提高层厚小于1.0 m薄层电阻率的测量精度,为过套管电阻率测井资料正确解释提供了保障.     

大地电场铅电极的研制

张家口地震中心台经过多次试验,成功研制了大地电场铅电极,采用新型的电极孔成孔方法及埋设技术进行了试验观测,从实验数据中可以明显看到地电场的日变形态。该电极具有制作工艺合理、电极差较小、稳定性能较好、噪声低、使用寿命长、易于保存和使用方便等特点,不仅可以满足大地电场长期定点观测的要求,还可以用于地电阻率观测,亦可作为地震电磁扰动观测中的电极传感器。铅电极应用前景广阔。     

线源三维井地电法异常边界增强及地形校正技术

基于非结构网格有限元方法开展了三维复杂地电模型的线源井地电法的高效正演模拟研究,探讨了通过求取电场响应导数来刻画目标体边界范围、采用差异场地形校正技术来消除地形影响等措施对井地电法成像的效果和精度的影响。并通过对比与解析解,验证了本文数值解算法的有效性。模型计算结果表明：积水巷道的空间位置和走向均会引起视电阻率的显著变化,视电阻率变化率的极值准确且清晰地指示了巷道边界的位置;电位的归一化总水平导数极大地提高了井地电法对目标体复杂边界位置的识别能力;地形对井地电场分布的影响也很大,其视电阻率响应与地形形状近似呈对称关系,利用差异场技术能有效地削弱地形对井地电法高精度成像的影响。     

水压致裂试验过程中的地电效应研究

本文总结了在水压致裂试验现场多台电法仪器测量和记录到的加压过程中的地电效应,并得到一些能反映岩石破裂情况的有意义的结果:（1）随着压力增加,电阻率明显上升.当压力超过岩石临界应力的一半以后,电阻率即很快地下降,卸压后又逐步回升,其变化椭圆的长轴方向与岩石破裂面的延伸方向是一致的;（2）以压力孔为中心的自然电位及ZK2,ZK14孔的井下电位都伴随着加压过程而变化,强烈反映了过滤电场与孔隙水压力的相关性.      

电性源地-井瞬变电磁全域视电阻率定义

地-井瞬变电磁(TEM)方法是在地表发射,探头沿钻孔(井)测量瞬变响应的一种井中物探方法.由于接收探头沿钻孔深人地下,因此能够获得更加可靠的地下目标体信息,尤其当存在低阻覆盖层、浅部矿化等地质干扰,或者勘查深部规模不大之良导矿体时,地-井TEM方法的优势更加明显.相对于磁性源系统,电性源系统发射功率大,辐射面积广,更适合地形复杂地区之深部找矿.本文的目的是研究电性源地-井TEM的近似解释方法,首先给出了层状介质电偶极子在地下的TEM响应,进而通过电偶极子叠加的方式获得了电性源条件下的TEM响应.利用感应磁场与均匀半空间电阻率的单调关系通过反函数定理进行了全域视电阻率定义.理论模型的视电阻率计算结果显示,不同深度测点的视电阻率曲线首支不同,而尾支基本一致.这说明了全域视电阻率是测点周围有限范围内介质的综合反映,所以不同深度测点的视电阻率曲线首支所反映的范围是不同的.绘制了不同时间道视电阻率剖面曲线,以期显示地下电性分布规律.计算结果表明全域视电阻率定义能够基本可靠地反映地下信息,从而为该技术在矿区深部找矿的应用提供有力支持.     

POTENTIAL FIELD OF A STATIONARY ELECTRIC CURRENT USING FREDHOLM'S INTEGRAL EQUATIONS OF THE SECOND KIND*

An integral equation method is described for solving the potential problem of a stationary electric current in a medium that is linear, isotropic and piecewise homogeneous in terms of electrical conductivity. The integral equations are Fredholm's equations of the ‘second kind’ developed for the potential of the electric field. In this method the discontinuity-surfaces of electrical conductivity are divided into ‘sub-areas’ that are so small that the value of their potential can be regarded as constant. The equations are applied to 3-D galvanic modeling. In the numerical examples the convergence is examined. The results are also compared with solutions derived with other integral equations. Examples are given of anomalies of apparent resistivity and mise-a-la-masse methods, assuming finite conductivity contrast. We show that the numerical solutions converge more rapidly than compared to solutions published earlier for the electric field. This results from the fact that the potential (as a function of the location coordinate) behaves more regularly than the electric field. The equations are applicable to all cases where conductivity contrast is finite.     

基于地电场响应的地裂缝模拟试验

在应用网络并行电法技术的基础上,建立有基底潜山的物理模型,对注水条件下模型土体开裂过程中的地电场响应进行测量。试验结果表明,土体中电位、电流和电阻率的变化与土体含水量密切相关,随着土体中含水量的改变,自然电位、一次场电位、激励电流和视电阻率发生急剧变化;网络分布式并行电法反演信息表明在视电阻率曲率值较大位置容易产生不均匀沉降和裂缝,不均匀沉降的程度越大,地裂缝的长度、宽度、深度也越大。     

坑（井）-地电阻率成像技术数据处理方法研究

开发坑（井）一地电阻率成像技术数据处理软件包,对分布式地面一坑道电磁信号接收仪记录的时间序列进行分析处理,最终得到相应的视电阻率和相位参数。实际资料处理结果表明,在远区情况下,需考虑信噪比水平,选择合适的计算方法。当信噪比很低或较高时,可选择根据卡尼亚电阻率定义式直接比值的方法,该方法计算简便、效率高;当信噪比一般时,采用最小二乘或Robust等估算方法,能在一定程度上改善数据处理质量。     

各向异性层状介质中视电阻率与磁场响应研究

针对任意各向异性地层,利用极向型和环向型标量位函数,导出相应的直流电视电阻率和磁电阻率的磁场响应关系.计算了各向异性地层的直流电视电阻率和磁电阻率响应特征,重点分析了电阻率测深方法与磁电阻率探测方法对地下各向异性介质的探测能力.文中采用状态矩阵的分析方法,首先采用极向型和环向型标量位构造了各向异性层状介质电场与磁场的通解,利用各层界面电场、磁场的连续性及地面激励源的耦合条件,推导了不同层之间电磁场的状态矩阵,建立了空间电场与磁场的递归计算关系.其次,针对递归计算中指数项数值计算的不稳定性,借用状态矩阵的性质,导出了将不稳定指数计算项转化为稳定的指数项的转换关系.针对横向各向同性(TI)介质中极向位与环向位解耦的特点,导出了电磁场的直接积分解.最后,采用解析解验证了算法的正确性,给出了多层各向异性地层模型的视电阻率和磁场响应曲线,分析了直流电法探测裂缝性地层、估计裂缝分布性状的可能性.     

井间电磁成像系统应用研究

井间电磁（EM）成像系统的技术目标是实现井间电学特性的直接测量,并提供井间电阻率的二维及三维图像.从1997年开始,胜利油田与美国EMI公司合作,开展了EM技术的应用与研究,主要是通过大型、系统的现场试验,在大井间距的条件下,进一步验证仪器的性能,进行油藏研究的适用性和可行性分析;以系统的现场实测数据为依据,加快成像处理方法和软件的开发;开展穿透金属套管井的EM试验,探讨金属套管条件下的电阻率成像方法。两年来,利用EMI提供的XBH2000型测量系统,对胜利油田典型的低电阻率砂泥岩剖面,成功地进行了3对井、10个井次的试验。试验证明了仪器性能的可靠,取得了测量重复性好、系统完整的井间EM数据.并反演得到电阻率成像,在分析井间油气分布和油层开采动态方面,取得了良好的地质效果.     

Computation of apparent resistivity profiles from VLF-EM data using linear filtering1

A simple filter is developed which transforms VLF-EM real magnetic field transfer functions into apparent resistivities. It is based on the relationship between the horizontal derivative of the surface electric field and the vertical magnetic field at the surface of a two-dimensional earth model. The performance of this simple autoregressive filter is tested for modelled and real survey data. The technique yields profiles of apparent resistivity very similar, both in magnitude and in wavelength, to those which would have been obtained using VLF-EM resistivity measurements or d.c. resistivity profiling. This low-pass filter has the advantage of reducing high-wavenumber noise in the data; therefore only the major features of the VLF-EM profile are displayed.