井旁裂缝的双侧向测井物理模拟及特征分析

为深入认识裂缝性地层的双侧向测井响应特征,指导裂缝识别及裂缝参数表征,基于数值仿真开展了井旁裂缝的缩小比例物理模拟.在物理模拟平台构建的基础上,用不同浓度的氯化钠溶液模拟基岩,用不同宽度的镀锌板来模拟高导裂缝,实现测量过程的可视化.通过实验分析井旁裂缝的规模、发育位置和产状等因素对深、浅侧向电阻率的影响.研究表明:在仪器有效探测范围内,垂直缝延伸长度对深浅侧向电阻率的数值影响较小;裂缝离井壁越远,双侧向电阻率明显增大,但深浅侧向电阻率值的降低幅度不同;随着裂缝倾角增大,深侧向电阻率增大,浅侧向电阻率无明显变化,深浅侧向电阻率从负幅度差向正幅度差过渡,但临界角的观测十分困难,应用双侧向测井判断地层产状时,需特别注意其适用条件.     

井壁电成像测井全三维数值模拟与裂缝评价模型

根据井壁电成像测井仪器工作原理和技术指标,用三维有限元法研制了全空间数值模拟程序,并运用该程序对单裂缝地层介质模型测井响应进行了模拟计算,考察了测井响应随裂缝张开度、电阻率对比度的变化关系及仪器对双平行裂缝的分辨率,建立了用井壁电成像测井资料定量评价裂缝张开度的公式,针对所建公式在模型井中进行了测井资料处理验证,其结果比国外的方法精确.     

基于3D-FEM的洞穴型地层双侧向测井数值模拟及响应特征研究

洞穴型碳酸盐岩储层非均质性强、电测井响应复杂、测井识别和表征难度大,利用数值模拟方法明确该类储层的电测井响应特征,可为洞穴识别与评价提供理论依据.本文基于三维有限元素法(3D-FEM),引入边界局部加密技术,实现对复杂球形洞穴的精细刻画与响应精确计算;对比分析井眼钻穿型洞穴和井旁洞穴的双侧向测井响应特征和敏感性,进而考察双侧向测井对两者敏感范围的差异.结果表明:洞穴的存在导致双侧向测井响应明显降低,受洞穴边界及仪器探测深度等影响,井眼钻穿型洞穴双侧向测井曲线复杂,而井旁洞穴曲线呈"抛物线"型;双侧向测井对井眼钻穿型洞穴的敏感性远大于对井旁洞穴的敏感性,深侧向和浅侧向测井最大可对洞穴边界距井壁0.5 m和0.3 m的井旁洞穴敏感.     

基于数值模拟的双感应测井裂缝参数定量评价方法

为厘清裂缝性地层双感应测井响应特征,建立裂缝参数评价方法,本文建立了含基岩、裂缝、井眼、双感应测井仪器的裂缝性地层双感应测井正演模型,以Gianzero几何因子理论为基础,结合阿特拉斯公司1503双感应测井仪器开展了高阻背景下低阻裂缝测井响应数值模拟.首先计算了1503双感应测井仪器几何因子,然后根据该几何因子求解不同裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率条件下双感应测井响应特征,分析了裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率对双感应测井响应的影响,归纳了裂缝性地层双感应测井响应规律.采用深感应视电阻率及深、中感应视电阻率比值作为横纵坐标,结合裂缝充填流体电阻率绘制了一套双感应裂缝开度评价图版.通过对图版数据进行拟合,建立了裂缝开度评价模型.在采用岩心、成像资料对评价模型刻度以减小几何因子理论计算非均质裂缝产生的误差后该模型可用于求取裂缝参数.最后将该方法应用于镇泾油田致密砂岩裂缝性储层进行裂缝参数定量评价,评价结果与成像测井评价结果吻合较好.     

远探测声反射波测井裂缝识别条件分析（英文）

裂缝识别对碳酸盐岩储层测井评价至关重要,传统的测井仪器由于探测深度浅(小于3米)而无法对井壁外围(大于3米)裂缝发育情况进行评价,远探测声波测井仪器釆用相控阵发射、同时加大源距,有效提升了测井仪器的探测深度。但由于缺少正演模拟研究,目前对于裂缝的解释往往是基于经验而缺乏理论依据,导致很多现象难以解释。本文利用髙阶有限差分方法对远探测声反射波测井裂缝识别进行了正演模拟及叠前逆时偏移成像研究,首先在理论研究的基础上构建正演模型,重点研究不同裂缝离井壁距离、裂缝张开度和倾角的响应特征;其次在单因素变化基础上提取成像区域的能量强度,分析确定出在实际地层速度有波动变化时远探测声反射波测井方法能够识别裂缝的条件;最后通过对裂缝识别的影响因素定量化分析,确定裂缝识别的最大距离、最小张开度和最小倾角,降低了裂缝识别与评价中的多解性。研究成果对远探测声反射波测井仪器的发展、数据处理方法的改进,以及后续的测井解释工作都有一定的借鉴意义。     

用滑移界面理论模拟多裂缝体系的偶极横波远探测声场

偶极横波远探测已成为探测储层裂缝的重要测井技术,裂缝及其充填物质的弹性性质决定了其对远探测声场的响应特征.本文运用滑移界面理论来描述井外地层中裂缝对声场的响应特征,考察了SH横波的反射和透射系数随充填物的变化规律.建立了井外双裂缝远探测声场的几何模型,以双裂缝为例给出了偶极横波远探测声场的快速模拟方法,并将所得结论应用于现场远探测裂缝的识别和解释.本文的研究结果为偶极横波远探测数据的处理和解释提供了理论依据.     

新型贴井壁式阵列方位侧向测井数值模拟与响应特性

在现有侧向测井仪器基础上,提出了一种新型贴井壁式阵列方位侧向测井电极系,该仪器能提供径向和周向方位电阻率测量.该电极系采用贴井壁测量方式,提供5种径向探测深度.利用三维有限元方法模拟了阵列方位侧向测井电极系的井眼影响特性、径向探测特性、纵向分层能力、方位分辨能力,并模拟其对井周地层、水平井非对称泥浆侵入和倾斜地层的响应.在导电泥浆中最大探测深度为1.23m,纵向分辨率为0.3m,可以识别出0.1m薄层,方位分辨率为20°.贴井壁测量时,纵向分辨率不受泥浆和围岩电阻率的影响,能够准确测量井周方位电阻率,较不贴井壁测量具有很大优势,同时利用12条方位电阻率曲线能够反映出水平井泥浆非对称侵入特性,倾斜地层倾角和倾斜方向.     

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1~100Ωm变化时,工作频率2 MHz下幅度比探测深度约为0.6~2.3m,相位差为0.3~0.8m,幅度比50%纵向积分敏感性层厚约为0.3~1.6m,相位差约为0.2~0.6m;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0.1~0.2m,远小于地层电阻率的影响.     

随钻地层测试压力响应数学模型及物理实验考察

基于随钻地层测试基本原理和渗流理论,建立了圆柱坐标系下压力下降和压力恢复阶段的压力扩散微分方程,确定出随钻地层压力测试定解问题,通过对定解问题的边界进行齐次化处理,并采用有限差分方法建立了四维空间下的显格式差分方程,以解析方法和有限差分方法分析了点源单相单测试室均质球形渗流问题,两种方法计算误差小于2.00%,检验了有限差分方法的正确性.采用有限差分方法定量分析了不同渗透率（0.1×10^-3μm²、1.0×10^-3μm²和10.0×10^-3μm²）地层下,表皮效应、储集效应、地层非均质性、抽吸速率、抽吸探头半径等因素对压力响应的影响,分析表明,这些因素对压力响应曲线的影响十分显著,主要表现在抽吸压降、压降速率、压力恢复速率、恢复时间等几个方面,而且不同渗透率地层的敏感程度差异比较大.建立了地层压力测试模拟实验平台,模拟了3种不同渗透率（108.81×10^-3μm²、16.10×10^-3μm²和4.79×10^-3μm²）地层的压力抽吸测试,并采用有限差分方法对实验进行了数值模拟.结果表明,数值模拟与实测压力响应一致性非常好,二者绝对误差小于1.60 MPa,相对误差低于5.00%（最大误差4.92%）,验证了有限差分数值方法的正确性和准确性.     

横向同性地层中井间电磁响应的三维频域耦合势正演模拟研究

本文针对电导率横向同性地层中三轴发射-接收线圈系的井间电磁响应,开展三维正演算法及模拟研究.首先将发射线圈简化为三轴正交磁偶极子源.为克服低频电磁产生的数值迭代收敛缓慢问题,利用低感应数预处理方法将频域Maxwell方程组转化为基于矢势与标势的Helmholtz方程.采用非等间距的Yee氏交错网格、电导率的体积加权平均技术以及积分形式的有限差分格式实现对控制方程的离散化.借助于不完全LU分解预处理的稳定双共轭梯度法计算井间电磁响应的数值解,并通过与有限元软件COMSOL的数值结果对比验证本文模型与算法的有效性.数值计算结果表明：在横向同性地层的垂直井模型中,测井响应横向分量xx和yy能反映出地层电导率各向异性信息,但横向探测能力较差.轴向分量zz虽只反映地层水平电阻率信息,但具有较好的横向探测能力,且对地层中异常体非常敏感,而交叉分量xz、zx则具备较强的层边界识别能力.     

川西地区实测自由空气重力异常与EGM2008模型结果的差异

在四川盆地西部建立了一个由302个观测站组成的区域观测网,并进行了高精度流动重力与GPS观测,其目的是获取区域自由空气重力异常(简称重力异常)的分布特征,并对EGM2008模型在该区域的结果进行验证分析.研究区域实测的重力异常总体为负值,由西到东逐步从-160×10^-5ms^-2平缓变化到-60×10^-5ms^-2左右.EGM2008地球重力场模型揭示的模型重力异常较好地勾画出研究区域的总体地形分布形态,龙泉山脉以及四川盆地与青藏高原的边界皆存在明显的模型重力梯度带.研究区东南部的模型重力异常大约为-50×10^-5ms^-2左右,但在龙泉山西部成都平原地区,模型重力异常则达到-120×10^-5ms^-2左右.在区域观测网内绝大部分观测点上,模型与实测重力异常的差值几乎为一个常数(-10×10^-5ms^-2左右),说明EGM2008地球重力场模型可较好地反映实际重力场的空间分布形态.如果配以一定数量的地面观测数据进行整体调节,EGM2008地球重力场模型就可以较真实地反映实际地球重力场.     

基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法精确反演地球重力场

由于GRACE Follow-On双星系统等效于基线长为星间距离的一维水平重力梯度仪,因此本文基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法开展了精确和快速反演下一代地球重力场的可行性论证研究. 研究结果表明：第一,基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法（GFO-SGGM）,利用卫星轨道参数（轨道高度250 km、星间距离50 km、轨道倾角89°、轨道离心率0.001）、关键载荷测量精度（星间距离10^-6 m、星间速度10^-7 m·s^-1、星间加速度10^-10 m·s^-2、轨道位置10^-3 m、轨道速度10^-6 m·s^-1、非保守力10^-11 m·s^-2）、观测时间30天和采样间隔10 s反演了120阶地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为9.331×10^-4 m. 第二,在120阶内,利用将来GRACE Follow-On双星反演地球重力场精度较现有GRACE双星平均提高61倍,因此GRACE Follow-On卫星重力梯度法是进一步提高地球重力场反演精度的优选方法. 第三,下一代GRACE Follow-On计划较当前GRACE计划的优点如下：轨道高度更低（200~300 km）、载荷精度更高（10^-7 ~10^-9 m·s^-1）和星间距离更短（50~100 km）.     

用正演数值计算方法开展双侧向测井对裂缝的响应研究

采用有限元分析软件ANSYS对裂缝的双侧向测井视电阻率与裂缝孔隙度、泥浆电阻率、裂缝倾角和基岩电阻率的关系进行了计算. 在大量正演数据的基础上得出双侧向测井响应反演公式和裂缝孔隙度计算公式,提出更为精细的裂缝倾角的弹性划分模型,用双侧向视电阻率值近似估算裂缝倾角的方法,提高了利用双侧向测井求裂缝产状与裂缝孔隙度（裂缝宽度）的精度.     

Delineation of Ground Water Flow in Fractured Rock in the Southwestern Part of Manhattan, New York, Through Use of Advanced Borehole Geophysical Methods

Advanced borehole-geophysical methods were used to assess the geohydrology of fractured crystalline bedrock at five test boreholes in southwestern Manhattan Island, New York, in preparation for construction of a third water tunnel for New York City. The boreholes penetrated gneiss and other crystalline bedrock that has an overall southwest to northwest dipping foliation with a 60° dip. Most of the fractures encountered are either nearly horizontal or have moderate northwest dip azimuths. Fracture indexes range from 0.25 to 0.44 fracture per foot (0.3 m) of borehole.
Electromagnetic (EM) and heat-pulse flowmeter logs obtained under ambient and pumping conditions, together with other geophysical logs, indicate transmissive fracture zones in each borehole. Pumping tests of each borehole indicated transmissivity ranges from <2 to 360 ft²/day (0.2 to 33 m²/day). Ground water appears to flow within an interconnected fracture network toward the south and west within the study area. No correlation was indicated between the fracture index and the total borehole transmissivity.     

含碳结构对龙门山断层带电导率影响的实验探索

碳是影响岩石电导率大小的一个重要因素,可能是造成龙门山断层带电导率异常的重要原因之一.为了研究不同的碳含量、矿物颗粒粒径与碳晶体结构对断层带电导率的影响,在干燥、常温、0.2~300 MPa的压力条件下实验研究了人工模拟断层泥样品(石英粉末与含碳粉末混合的样品,简称模拟样品)和采自映秀-北川断层八角庙剖面的天然断层岩样品(简称天然样品)的电导率.实验结果显示,当模拟样品中的含碳粉末连通时,电导率与碳体积率的关系符合逾渗理论模型;而含碳粉末未连通时,电导率随总孔隙度降低而指数性升高.同时模拟样品的电导率也随石英颗粒粒径的变化而发生改变.相比于模拟样品中的含碳粉末主要分布于石英颗粒支撑的孔隙中,天然样品中的碳则主要以碳膜的形式赋存在颗粒边缘,导致碳体积率相同的条件下,模拟样品的电导率小于天然样品.此外,天然样品的电导率(9×10~(-4)S·m~(-1))也要小于野外大地电磁探测的结果(0.03~0.1 S·m~(-1)).在今后的实验中还需要考虑在动态摩擦条件下对含有完整含碳结构的天然样品进行电导率的实验研究.     

Estimating the permeability of the Nojima Fault Zone by a hydrophone vertical seismic profiling experiment

Abstract A multi-offset hydrophone vertical seismic profiling (VSP) experiment was done in a 747 m deep borehole at Nojima Hirabayashi, Hyogo prefecture, Japan. The borehole was drilled to penetrate the Nojima Fault, which was active in the 1995 Hyogo-ken Nanbu earthquake. The purpose of the hydrophone VSP is to detect subsurface permeable fractures and permeable zones and, in the present case, to estimate the permeability of the Nojima Fault. The analysis was based on a model by which tube waves are generated when incident P-waves compress the permeable fractures (or permeable zones) intersecting the borehole and a fluid in the fracture is injected into the borehole. Permeable fractures (or permeable zones) are detected at the depths of tube wave generation, and fracture permeability is calculated from the amplitude ratio of tube wave to incident P-wave. Several generations of tube waves were detected from the VSP sections. Distinct tube waves were generated at depths of the fault zone that are characterized by altered and deformed granodiorite with a fault gouge, suggesting that permeable fractures and permeable zones exist in the fault zone. Tube wave analysis shows that the permeability of the fault gouge from 624 m to 625 m is estimated to be approximately 2 × 10⁻¹² m².     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

用重力测量技术观测城市地表下沉的实验研究

本文用重力测量技术对城市地表下沉进行了实验研究,从2016年3月到2017年5月在武汉市内地表下沉较大的部分城区进行了7期流动重力观测实验,并用D-InSAR观测的垂向位移进行了验证.数值结果表明重力观测每期整网平差后点值平均精度都小于10×10~(-8)m·s~(-2),说明采用重力观测能在城市内获得高精度的区域重力变化.第7期相对于第1期的结果与D-InSAR在大致相同时间段内地表垂直位移结果比较表明,重力增加的大部分区域与D-InSAR观测到的地表下沉区域相一致,说明这些区域的重力增加主要是由地表下沉引起的.从第2到7期相对于第1期的重力变化说明在近12个月的时间内测区最大重力变化约40×10~(-8)m·s~(-2),且局部区域的重力值是逐渐增加的,说明地表下沉是持续进行的.本实验结果说明重力观测技术能为城市地表下沉提供重力观测约束和机制解释.     

利用阵列感应测井进行储层渗透率评价

钻井过程中储层受到泥浆侵入影响的程度与储层岩性有着密切关系,其中储层渗透率对侵入深度有着较大影响,因此若可以获知泥浆侵入深度,则有望对储层渗透率进行评估.本文首先建立含泥饼增长的泥浆侵入数值模型,然后建立阵列感应测井数值模型,两者的联合正演模拟显示泥浆侵入对地层的影响可以反映在阵列感应测井响应上,利用阻尼最小二乘法对阵列感应测井响应进行反演可以得到侵入深度.对侵入深度和储层渗透率的关系进行分析发现:在渗透率为1～100mD(1mD=0.987×10~(-3)μm～2)数量级的储层中,渗透率的变化可以在侵入深度上得到反映.以储层和井数据进行二维数值模拟发现:利用阵列感应测井响应反演出来的侵入深度曲线反映了渗透率在地层上的变化趋势,采用解释图版的方法可以对储层各层段的渗透率进行粗略估算.