超深随钻方位电磁波测井探测特性及参数敏感性分析

本文给出超深随钻方位电磁波测井的仪器天线设计及探测模式信号定义;分析各探测模式的探测性能及对地层电阻率、倾角及各向异性的表征能力;定义方位角、井斜角及地层电阻率的敏感性函数,定性分析不同模式对地层参数的敏感性.研究结果表明,超深随钻方位电磁波测井各探测模式具有不同探测特性,探测模式Ⅰ利用对称设计识别地层边界,消除井斜角...     

基于电阻率敏感性函数的随钻电磁波测井探测特性研究

为研究地层电性变化时不同区域对电磁波测井响应的贡献分布,从响应信号对地层参数求偏导的角度,给出一种新的电阻率敏感性函数定义,引入模式匹配法对纵向成层、径向非均匀介质敏感性分布进行快速模拟;通过对敏感性函数纵、横向积分给出了单发双收线圈系纵、横向探测范围,研究了井眼、频率、背景地层电阻率等对探测特性的影响.结果表明：敏感性函数能够定量表征响应对地层纵向与径向微观与宏观敏感性,幅度比与相位差敏感性分布形态类似,幅度比较广较深,而相位差分辨率高,敏感范围小;敏感性函数进行径向积分后可表征仪器的探测深度,与伪几何因子对比达到了同样的效果;背景地层电阻率在1~100 Ωm变化时,工作频率2 MHz下幅度比探测深度约为0.6~2.3 m,相位差为0.3~0.8 m,幅度比50%纵向积分敏感性层厚约为0.3~1.6 m,相位差约为0.2~0.6 m;异常体与背景地层电阻率对比度在1~50变化时,引起的探测深度与敏感性层厚差异约为0.1~0.2 m,远小于地层电阻率的影响.

     

双偶极源反相激励压制井中直达波的横波远探测方法研究

偶极横渡远探测测井仪器工作时,存在很强的井中直达信号干扰,严重影响了井外反射声波信号的测量.为解决这一问题,本文提出了一种双偶极源反相激励的声波远探测测井方法.与传统方法相比,这一方法采用两个具有相反相位的偶极声源,通过延时激励的方式,可以从数据采集环节压制直达信号,提高反射波的信噪比.理论模拟结果表明,双源反向延迟在不考虑井中偶极弯曲波的频散效应时,虽然直达波的信号大幅降低,但仍存在较强残余直达信号干扰;而考虑弯曲波的频散效应时,可以更好的压制因频散效应残余的直达波成分.对现场实测数据的处理分析表明,采用双偶极源反相激励的思路和方法,直达波信号的幅度可以被大幅度地压制,从而明显提升井外反射声波信号的信噪比.这一技术的可行,使得偶极横波远探测测井有了更广阔的应用空间.     

大斜度井/水平井随钻方位电磁波测井资料实时反演方法

水平井钻进过程中,地层边界的准确预测对地质导向决策至关重要.但水平井测井环境复杂,随钻方位电磁波测井响应不直观,储层性质、地层界面等信息的精确、定量评价困难.本文提出了一种适用于大斜度井/水平井随钻方位电磁波测井资料的电阻率及地层界面信息的实时提取方法.该方法主要基于以下几个技术：（1）引入滑动开窗策略将高维随钻方位电磁波测井资料的反演问题转化为多个连续窗口的一维反演问题;（2）对反演参数进行多初值初始化,结合正则化Levenberg-Marquardt算法保证解的全局最优性;（3）充分利用随钻方位电磁波测井多种探测深度信息,采用分级反演策略提高反演速度.数值和实测资料反演结果表明：降维反演方法可实现对地层界面的实时、准确提取,且适用于多数复杂地层结构和任意井眼轨迹;利用浅探测地质信号可实现随钻方位电磁波测井资料的分级反演,最终反演速度可提升10倍以上.

     

定向随钻电磁波电阻率测井仪器地质导向方法初探

随着石油勘探开发需要的转变,随钻测井技术的地质导向功能正受到越来越多的使用.本文利用各向异性水平层状地层中的磁流源并矢Green函数对定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法进行了研究.利用由接收线圈的电压定义的导向向量对低阻围岩的指向性并结合定向地质导向信号的变化,可以确定仪器与地层界面的相对位置.对定向数据进行方位成像可以得到地层方位和井斜角的相关信息,并且不受地层各向异性的影响.数值模拟结果表明:线圈距越长,仪器的探测范围越远且成像的对比度越大;频率越高,目的层与围岩层的电阻率对比度及井斜角越大时,成像的对比度也越大,但井斜角越大,定向信号发生明显变化的深度区间会越窄.利用单界面模型的定向地质导向信号制作出的交会图版可以使用插值法估计仪器到界面距离.所得结果为定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法提供了参考.     

接地源瞬变电磁短偏移深部探测技术

对于接地源时间域瞬变电磁法,当选取适当的激励波形后,可将辐射场与自有场分离开来, 实现频率域电磁法无法实现的近源深部勘探;水平分层大地的解析分析表明,随着偏移距的缩短,接地导线源的场对地层的反映变得更为灵敏;时间域瞬变电磁法的探测深度主要由观测时长决定.基于接地源近场测深的优越性,作者提出短偏移瞬变电磁探测技术并首次命名为SOTEM, 采用了1000 m的偏移距对埋深为1400 m的某盐矿溶腔进行探测, 在全期视电阻率-深度剖面上圈定的溶腔分布被钻孔所揭露, 验证了SOTEM方法的探测能力.该方法为大深度、高分辨探测地下矿产资源提供了新的技术手段.     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数和电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感 ,在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度 .首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数 ,在此基础上建立反演初始地层模型 ,通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数 ,采用改进的阻尼型高斯 -牛顿算法 ,实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演 .对含1 7个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行反演计算 ,测井响应的反演精度达到2 .0 % (平均相对误差 ) ,电参数的误差为 4.4% .     

瞬变电磁井间勘探方法研究

依据瞬变电磁全空间响应的传播特征,本文提出了一种井间勘探方法.在井内用线圈激发,在本井和邻近井接收瞬态响应波形.基于Maxwell方程分析了位移电流和传导电流所引起的两种传播特征,明确了在邻井接收到的波形中包含界面的电导率信息.详细研究了线圈在无限大均匀介质中激发的瞬变电磁响应波形以及电场在不同时刻的空间分布.瞬变电磁...     

对称化测量高频电磁波测井的优化组合研究

采用对称化测量可克服现有单发双收高频电磁波测井仪器（ＤＰＴ）由于收－发不对称结构导致的幅度比测井曲线严重失真的缺陷，提高ＤＰＴ的纵向分辨率．通过对二线非均质测井环境下ＤＰＴ响应的数值模拟，指出选用原频率较低、源距较长仪器的相位差测量与源频率较高、源距较短仪器的幅度比测量进行组合，可获得高品质的视介电常数和视电阻率曲线，显著提高ＤＰＴ的资料解释能力．这里源频率的恰当选择起着关键作用．     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数和电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感,在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度.首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数,在此基础上建立反演初始地层模型,通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数,采用改进的阻尼型高斯-牛顿算法,实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演.对含17个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行反演计算,测井响应的反演精度达到2.0髎(平均相对误差),电参数的误差为4.4%     

复频率参数完全匹配层吸收边界在瞬变电磁法正演中的应用

本文将复频率参数完全匹配层（Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layer,CFS-PML）吸收边界应用到瞬变电磁法（Transient Electromagnetic,TEM）三维正演中,以替代传统的狄利克雷边界条件,使用时域有限差分法（Finite-difference time-domain,FDTD）进行空间离散和时间步进.本文给出了扩散场在CFS-PML内部的平面波解,分析了常规PML在TEM正演中失效的原因,并给出了CFS-PML在TEM正演中参数设置准则.最后分别使用全空间和半空间模型进行有效性检验.全空间检验结果表明,使用CFS-PML的解在我们正演的所有延迟时间内均与理论解吻合得非常好,而使用狄利克雷边界的解可与理论解偏离一个量级以上.半空间检验结果表明,CFS-PML亦明显优于狄利克雷边界,然而CFS-PML对空气中的场吸收甚微,相对误差依然会随着延迟时间缓慢增加,正演时需要根据误差容忍度设计适当的模型.     

水平层状介质孔中张量瞬变电磁响应的解析分析

在感应测井和瞬变电磁场理论基础上, 采用并矢格林函数计算三维感应测井中的9个谐变场分量, 应用余弦变换数值滤波法将磁张量转换到时间域, 得到孔中时间域张量电磁场理论公式, 提出了孔中时间域电磁张量测量方法.建立了竖井井旁层状介质模型和钻遇地层模型, 从理论上获得了井中不同深度处的时间域电磁张量响应, 初步验证了该方法在井旁远探和随钻前探中的可行性.研究结果表明: 孔中测点所处深度越深需要的采样时间窗口越宽; 与z相关的感应电位分量对目标层的识别能力更高, 可以作为井旁远探的首选参数; xx分量和zz分量异常响应较为明显, 可分别作为随钻前探的首选分量和辅助分量.多测道曲线和截距剖面能明显反映出目标层界面特征, 可以为资料处理与解释提供帮助.此外, zz分量可识别出高阻目标层, 显示出了方法的另一优势.研究成果可为电磁张量测井技术与装备研发提供理论参考.

     

等值反磁通原理瞬变电磁法探测薄层能力

等值反磁通原理瞬变电磁法(OCTEM)的应用日益普遍.为了研究其探测能力,论文基于正演层状模型的瞬变二次磁场时间导数响应,以包含薄层的响应和不包含薄层的背景响应的相对误差作为评价指标,对比分析了不同埋深、不同厚度、不同电阻率薄层以及不同电阻率围岩等情况下的瞬变电磁响应相对异常.结果表明:OCTEM对低阻薄层较对高阻薄层更敏感,薄层与围岩电阻率差异越大,薄层厚度与埋深比越大,越容易被探测到.以响应相对异常值15%作为临界标准探讨了OCTEM方法的探测能力(薄层厚度与可探测埋深的百分比):对于低阻薄层,当与围岩电阻率比值为0.1时,OCTEM探测能力约为1.5%;对于高阻薄层,当与围岩电阻率比值为10时,OCTEM探测能力约为20%.相同情况下常规单磁源瞬变电磁法的探测能力分别为2%和25%,略低于OCTEM对薄层的分辨能力.     

Imaging buried Quaternary valleys using the transient electromagnetic method

Buried Quaternary valleys in Denmark are complex structures filled with various deposits consisting primarily of glacio-lacustrine clay, till and meltwater sand, and gravel. The valleys are important geophysical targets, because they often contain significant volumes of groundwater used for public water supply. About 700 km of buried valley structures have been imaged in the western part of Denmark by the transient electromagnetic (TEM) method. The ability to map the valleys depends primarily on valley geometry, infill architecture and the resistivity of the fill sediments as well as the substratum. One-dimensional (1-D) inversion models of the TEM soundings have been used to construct contour maps of 20 m average resistivities and depth to a good conductor, which provide images for geological interpretation. Images of buried valley morphology, fill properties, infill architecture, such as cut-and-fill structures, valley distribution and valley generations, are characterized for case studies from Hornsyld, Holstebro and the Vonsild/Agtrup areas of Denmark.     

瞬变电磁法的探测深度问题

用解析分析、时域有限差分、时-频分析的方法,以地面中心回线装置和阶跃脉冲激励源为例,分析讨论了瞬变电磁测深法的勘探深度问题,以便为野外勘探工作设计提供依据,达到预期的探测目的.解析计算证实了瞬变场在地下以有限速度传播,数值模拟表示出了准静态条件下瞬变场的反射.研究结果表明,由于时间域电磁场遵循因果律,瞬变电磁法的探测深度主要由观测时间决定. 瞬变电磁场的初始传播速度与大地电阻率无关,继后在大地色散作用下,阶跃脉冲前沿逐渐变得平缓,各频率分量的传播速度与电阻率有关,在低阻地层中探测同样的深度需要较长的观测时间. 最大探测深度是在给定时间内电磁波往返地下某一深度的单程距离,最小探测深度受仪器性能的限制,但是埋藏较浅的异常体也有可能在晚时段被观测到.从时-频密度谱中可得到瞬变电磁场信号时间与频率的关系.     

多通道瞬变电磁法资料处理方法技术综述

多通道瞬变电磁法是近年来国际发展的油气资源探测新方法,为了实现这种方法由油气资源领域向矿产资源勘查领域的拓展,中国科学院地质与地球物理研究所牵头对其装备与数据处理解释系统开展技术攻关.针对上述自主研发的多通道瞬变电磁装置,基于其数据采集、数据处理与解释等技术要求,本文对与之匹配开发的多通道瞬变电法磁数据处理解释系统(包含预处理、大地响应正演模拟、二维和三维数据偏移成像等模块)的性能进行分析,结果表明:经过对多通道瞬变电磁法数据处理方法的技术攻关,形成了包含数据处理、正演模拟、二三维偏移成像、解释与可视化等模块的多通道瞬变电磁数据处理解释系统,为多通道大功率电法勘探系统的应用提供了良好的支撑作用.     

核磁共振测井地层界面响应特征研究

核磁共振（NMR）测井是在仪器运动状态下实现对地层NMR信号的观测.研究垂直方向的速度对NMR测井响应特征的影响,能够为仪器设计和资料解释应用提供重要依据.本文给出NMR测井在地层界面的响应方程,对单界面、对称双界面和不对称双界面等地层模型进行模拟分析,以此为基础,深入讨论NMR测井响应的影响因素.结果表明,运动状态对NMR响应有显著影响,主要影响因素有：天线长度、测速、等待时间、累加次数、信噪比、层厚等.随着天线长度、测速、累加次数和等待时间的增加,纵向分辨率明显降低.文章最后为提高核磁共振测井纵向分辨率提出了建议.     

矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究

从全空间中心回线源响应公式出发,推导了全空间晚期和全区视电阻率公式;通过与半空间公式比较和对实测资料的分析,研究了全空间视电阻率公式的应用效果.结果显示,全空间视电阻率为半空间视电阻率的(5/2)2/3倍,其晚期视电阻率与真值的相对误差小于0.56%,而相应的半空间视电阻率与真值误差均大于42%.与常规解释方法相比,采用全空间全区视电阻率换算方法能更好地圈定低阻异常范围,且电阻率差异大.因此,该公式更适用于矿井瞬变电磁法资料处理与解释,并具有更好的效果.     

瞬变电磁法中心回线装置资料解释方法的改进

中心回线装置是瞬变电磁勘探中最常用的装置之一.中心回线装置的视电阻率一般从回线中心点场的公式出发导出.在现场实际施工中,为提高工作效率,把发射回线中部三分之一的区域作为观测范围.通过对场分布特征的分析研究表明,与中心点相比,观测区边缘处的感应电动势数值偏离达15%~25%,这与广泛存在于华北型煤系中赋存深度为400~1000 m的陷落柱、导水小断层等引起的异常相比,已经不可忽略.大定源回线公式可以准确地表示任意场点的感应电动势,由此导出视电阻率无边缘效应影响;观测按照中心回线方式并保持在近区进行,可使感应电动势和视电阻率之间的转换简单而直接.理论和实际应用结果表明,这些措施进一步提高了瞬变电磁探测中心回线方法的探测精度.在有上覆低阻屏蔽层的情况下,对埋深500~700 m的陷落柱给出了明显的异常反映,并被井下掘进所验证.     

井中磁源瞬变电磁响应特征研究

井中瞬变电磁波勘探是一个全空间地球物理场问题.采用Gaver-Stehfest逆拉氏变换方法,正演计算了瞬变信号激励下接收线圈上的电磁场响应.分析了包含井眼泥浆、套管、水泥环和地层的轴对称多层介质模型的电磁场响应特征,考察了各层介质参数对井中瞬变电磁响应的影响.不同电导率井眼泥浆的电磁场响应衰减曲线表明,井眼泥浆电导率的变化对井中瞬变电磁响应的影响极小.不同套管几何参数的电磁响应数值模拟结果显示,套管内径变化对电磁响应有较大影响;在套管厚度变化的端点处,电磁响应存在明显异常.通过对不同套管磁导率电磁响应特征的讨论,认为套管磁导率参数对电磁响应有重要影响,套管相对磁导率越高,电磁波信号越难穿过套管,响应信号幅度越低.最后,对不同水泥环参数的电磁场响应进行了数值模拟,发现对于低导地层,低阻水泥环会产生较大的测量误差;而对高导地层,水泥环厚度参数对响应信号影响可忽略不计.