随钻中子孔隙度测井响应特性数值模拟

随钻中子孔隙度测井在随钻地层评价中发挥重要作用, 对其响应特性研究具有重要意义.利用蒙特卡罗方法建立随钻条件下地层模型, 模拟研究随钻中子孔隙度测井响应特性.模拟结果表明: 随钻和电缆测井相同条件下中子孔隙度响应变化趋势相同, 随钻中子孔隙度曲线反映孔隙度灵敏程度高于电缆测井, 但其测井响应受钻铤影响较大; 探测深度与地层孔隙度有关, 文中条件下探测深度和纵向分辨率分别为28 cm和19 cm; 在水平井和大斜度井中, 测量方位对中子孔隙度曲线影响较大; 相对倾角α越小, 中子孔隙度曲线过渡区域中点越接近地层界面; α小于60°时, 中子孔隙度曲线受围岩影响可忽略.      

中国大陆科学钻主孔现今地应力状态

用钻孔崩落法确定了中国大陆科学钻探主钻孔5 047 m深度以上的现今地应力状态.由钻孔声波成像测井资料发现, 科学钻主钻孔在1 200 m深度以下出现了钻孔崩落现象.我们从1 216~5 047 m的深度范围内采集了143个钻孔成像测井图象资料, 对钻孔崩落椭圆长轴方位进行了统计, 结果表明崩落椭圆长轴平均方位为319.5°±3.5°, 最大水平主应力方位平均为49.5°±3.5°.利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度) 以及岩石的内聚力和内摩擦角, 估算了1 269 m至5 047 m范围内52个深度上的最大和最小水平主应力的大小.结果表明, 在浅处1 216 m深度, 最大水平主应力为42 MPa, 最小水平主应力为30.3 MPa; 在深处5 000 mm深度, 最大水平主应力为160.5 MPa, 最小水平主应力为120 MPa; 地应力随深度近于线性增加.据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力.3个主应力的大小和方向反映出科学钻主孔位置的应力场处于走滑应力状态, 与临近地区地震震源机制解和其他方法得到的应力场一致.利用声发射法对岩心试件进行了声发射测量, 得到了最大水平主应力幅值, 并与崩落法测量结果进行了对比, 两者十分一致.      

矿用电磁随钻伽马测井仪标定与试验

为有效识别煤层及其顶底板,针对煤矿定向钻孔施工需求,开发了矿用电磁随钻伽马测井仪。通过自然伽马测井刻度获得仪器刻度系数,采用标准井测试及煤矿井下穿层孔试验,获得矿用电磁随钻伽马测井仪多种测量曲线。通过与标准井伽马曲线对比及穿层孔地质资料分析,验证了矿用电磁随钻伽马测井仪测量结果的准确性。山西伯方煤矿井下应用试验表明,矿用电磁随钻伽马测井仪在定向钻孔施工中不仅能进行钻孔轨迹测量同时可有效识别煤层顶底板界面,对于指导煤矿井下定向钻孔施工、提高目的层钻遇率具有重要意义。      

基于随机树嵌入的随钻测井岩性识别方法

岩性识别是储层评价中的一项重要工作。随着机器学习方法的不断发展,岩性的智能识别也成为热门研究方向。随钻测井技术目前已经得到了广泛的应用,但是受限于高温高压的钻井作业条件,随钻测井仪器只能测得少量测井参数。由于随钻测井参数较少,直接输入机器学习模型无法充分挖掘其中的信息。对此,本文将随机树嵌入引入随钻测井资料的岩性识别。该方法将低维随钻测井数据通过二叉树编码并转化为高维稀疏特征,利用升维后的数据进行训练从而提升机器学习模型的判别能力。对比实验结果表明,使用随机树嵌入的随机森林方法具有最佳的识别效果,准确率和F₁值较直接使用随机森林分别提升了3.16%和3.25%,且优于梯度提升树、极随机树和粒子群优化支持向量机算法。     

存储式随钻测斜仪的研制

针对目前广泛使用的全方位钻孔测斜仪测量钻孔轨迹存在工序复杂、工作量大的问题,研制了存储式随钻测斜仪。该仪器主要由孔口监视器和测量探管两部分组成,可用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔无缆式随钻测斜,随钻测量并记录钻进方向的倾角、方位角;监视器在孔口与探管同步工作并记录钻孔深度;终孔后,监视器显示钻孔三维轨迹图。      

厚黄土覆盖地区有利激发层位选取方法

合理选取激发层位可有效提高巨厚黄土覆盖地区原始地震数据信噪比及分辨率,而单一的浅层折射、瞬态面波、微测井等手段常因复杂的浅表层地质条件,难以分出黄土层中的高速小层或薄层。利用微测井约束的瑞雷波反演方法,可以准确的划分浅表层速度界面的深度,进而确定激发层位的位置。以山西万荣、洪洞二项目为例,介绍了该方法的地质效果：其中万荣勘探区解释速度界面深度分别为27m、37m与45m,确定激发层位为37m深的高速粘土层,地震资料解释成果经3口钻孔验证,钻遇煤层最大相对误差约3%;洪洞勘探区以2、3层的粘土（15~18m）作为激发层位,其资料解释成果经1口钻孔验证,钻遇煤层相对误差约5%。     

矿用电磁波随钻方位伽马测井系统的研究与实现

煤矿井下定向钻进是在螺杆马达和随钻测斜仪的配合下,按照预先设计轨迹进行钻进,不能根据实际的地层情况进行实时调整钻孔轨迹。矿用随钻方位伽马测井仪可实时测量地层放射性,实时依据地层放射性的变化判断钻孔轨迹是否在目的层中,为实时调整钻孔轨迹提供依据。从矿用电磁波随钻方位伽马测井系统（安标名称为YSDGC）的基本原理、关键技术设计、研制、试验设计等几个方面论述了该系统的研究与实现。该系统在煤矿井下的实际应用显示,系统在地层分界面处具有很好的方位伽马方位特性,为煤矿井下定向钻进根据地质情况调整钻进轨迹提供了依据。      

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

随钻测井技术的发展

随钻测井是在钻开地层的同时实时测量地层信息的一种测井技术。随钻测井自1989年成功投入商业应用以来，得到了快速的发展。本文主要介绍了电阻率测井中的补偿双电阻率测井仪(CDR)、钻头电阻率仪(RAB)、放射性测井中的补偿密度中子仪(CDN)、方位密度中子仪(AND)、声波测井中的新型声波测井仪(ISONIC)和偶极声波测井仪(BATLWD)及核磁共振测井仪(MRIL-WD)等几种目前世界上较新且应用广泛的随钻测井仪器的结构、测量原理及应用。结合电缆测井，对随钻测井的优点进行了总结。通过对随钻测井发展趋势的分析，得出了随钻测井技术应用会越来越广，但不会替代电缆测井技术的结论。     

基于SVR的定向井随钻电磁波测井层厚影响快速计算

大斜度井和水平井的快速发展使得仪器测量环境变得更加复杂,其测井解释、地层评价方法和模型与直井有很大的区别。本文通过建立三维层状介质模型,利用三维有限元方法得到大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应,分析了三维地层模型下井斜角、层厚和围岩对随钻电磁波测井响应的影响。研究结果表明：当地层厚度小于等于3 m时,随钻电磁波测井响应易受围岩和层厚影响;当层厚大于3 m时,随钻电磁波测井响应基本不受围岩和层厚影响;且直井、大斜度井和水平井中随钻电磁波测井响应存在明显差异,井斜角越大,仪器受层厚及围岩的影响越大。因此建立了不同井斜角条件下随钻电磁波测井围岩校正图版,并据此研究随钻电磁波测井层厚影响快速计算方法。本文利用支持向量回归(SVR)的机器学习算法进行建模,并用十折交叉验证法对算法进行迭代优化,使模型达到最优,最终计算得到的测井响应与基于三维有限元数值方法的计算结果具有很好的相关性,平均相对误差只有0.62%,说明该方法可以用于大斜度井和水平井随钻电磁波测井响应的快速实时计算。     

Large woody debris influences vegetation zonation in an oligohaline tidal marsh

The amount of large woody debris (LWD) in Pacific Northwest estuaries has declined dramatically since Euro-American settlement in the mid 19th century. Little is known about the ecological significance of estuarine LWD. This ignorance impairs protection and restoration of habitat critical to threatened Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha), as well as other fish and wildlife. This study investigates whether LWD affects the distribution of estuarine shrubs, particularly nitrogen-fixingMyrica gale L. (sweetgale), which dominates the tidal shrub community of the Skagit River estuary, Washington, U.S.A. LWD,M. gale, and other shrubs were surveyed along line transects in an oligohaline tidal marsh and in abandoned agricultural land whose dikes failed more than 50 years ago and which has reverted to marsh. The results demonstrate a strong association between LWD andM. gale. M. gale was very rare on LWD<30 cm in diameter, increasingly more common for LWD between 30 and 75 cm, and always present on LWD≥75 cm. The marsh surface was generally 45 cm below mean higher high water (MHHW), suggesting LWD benefitsM. gale by providing a growth platform at an elevation near MHHW and reducing flooding stress. The largest and most abundant tree in the marsh,Picea sitchensis, averaged only 35.8 cm in diameter, which suggests LWD recruitment from upstream sources is necessary to sustainM. gale populations in the geomorphologically dynamic Skagit marsh. By affecting the distribution and abundance ofM. gale in the estuary, LWD may indirectly affect nitrogen dynamics in the marsh and secondary production of detritivores and herbivores.     

随钻电磁波测井数据处理新方法

在有限元素法分析的基础上,根据图版中数据对(地层视电阻率,介电常数)和(幅度衰减,相位差)之间的对应关系,给出了一种采用交汇解释图版的方法,可把随钻电磁测量的相位差和幅度衰减同时转换为地层视电阻率和地层介电常数。同时,通过三维数值模拟不同地层模型的仪器响应,系统地分析了地层各向异性、地层倾角和地层厚度等环境因素对随钻电磁测量视电阻率的影响,结果表明,地层倾角越小,地层厚度越大,测量结果也就越准确。同时绘制了相应的校正解释图版。     

沉积物粒度对水合物形成的制约：来自IODP 311航次证据

对取自IODP 311航次（东北太平洋Cascadia大陆边缘）所有5个站位、采样间距约为1.5 m的614件沉积物样品，利用Beckman Coulter LS 230激光粒度仪进行了沉积物粒度分析，获得了沉积物粒度随深度变化特征，进而与水合物层位的替代指标进行了位置对比，这些指标包括特殊沉积构造（soupy和mousse like构造）、测井数据（LWD）推算出来的水合物饱和度（Sh）、岩芯红外图像和实际钻取的含水合物沉积物等。发现沉积物粒度分别为31~63 μm和63~125 μm的2组较粗粒径的沉积物数量变化增多的位置与水合物出现层位之间存在较好的位置对应关系。如在U1326站位海底以下5~8 m、21~26 m、50~123 m、132~140 m、167~180 m、195~206 m、220~240 m深度位置出现了沉积物粒度明显偏向粗粒的趋势，而这些位置正好对应于大多数特殊沉积构造出现的深度，也对应于水合物饱和度（Sh）值相对较高的深度，并与一些实际钻取的赋含水合物的浊积沙层观察结果一致。因此，初步研究后认为，沉积物粒度在水合物形成过程中扮演了重要角色，天然气水合物可能偏向形成于粒度大于31 μm的粗粒沉积物中。       

随钻方位电磁波电阻率成像模拟及应用

随钻方位电磁波电阻率成像资料在地质导向中起着至关重要的作用。利用三维有限差分数值模拟方法计算随钻电阻率仪器激发的电磁场随仪器方位变化的规律,分析实现方位电阻率测量以及成像的原理及方法。数值模拟结果表明：在常规随钻电磁波仪器的基础上,增加倾斜或横向接收(发射)天线,可以实现地层方位的预测和判断,同时方位电磁波电阻率成像结果受相对井斜角、地层电导率对比以及地层地质构造的影响;利用方位电阻率成像以及定向信号成像结果可以预测和判断层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向;幅度比电阻率成像效果优于相位差电阻率成像;在均匀各向异性介质中,线圈距和工作频率越大,视电阻率受垂向电阻率影响越大;线圈距越大,定向幅度信号越强,能预测的层界面的距离越大。     

Forward modeling and inversion of LWD induction data

The processing algorithms for high-frequency induction resistivity data are applied to logs acquired at different stages of well construction. Open-hole induction logging while reaming of vertical wells provides a priori information on geology and resistivity distribution. The resulting resistivity model can make reference in geosteering for deviated and horizontal drilling. Algorithms for inversion of high-frequency induction responses from layered media are used in a software package for processing LWD data. The software provides real-time inversion to recover resistivities and depths to layers in oil and gas reservoirs penetrated by wells of a complex trajectory. It also allows checking the inversion quality by analyzing the sensitivity of tool responses to model parameters with reference to the tool specifications.     

PNN在煤田随钻测井岩性判识应用研究

介绍了PNN方法原理及其算法训练学习过程,详细阐述了网络识别岩性参数的选取、岩性识别模型的建立过程.通过对比研究PNN与其他6种岩性识别方法,分析相同条件下预测结果,得到不同识别方法的优劣性.经研究发现,PNN概率神经网络方法在生产应用中效果更佳、训练识别用时最短.利用人工智能神经网络对测井数据进行自动解释分析,可满足随钻测井时效性及快速解释处理的地质导向需求.     

Petrophysical Properties of Natural Gas Hydrates-Bearing Sands and Their Sedimentology in the Nankai Trough

Abstract. The Nankai Trough parallels the Japanese Island, where extensive BSRs have been interpreted from seismic reflection records. High resolution seismic surveys and drilling site-survey wells conducted by the MTI in 1997, 2001 and 2002 have revealed subsurface gas hydrate at a depth of about 290 mbsf (1235 mbsl) in the easternmost part of Nankai Trough. The MITI Nankai Trough wells were drilled in late 1999 and early 2000 to provide physical evidence for the existence of gas hydrate. During field operations, continuous LWD and wire-line well log data were obtained and numerous gas hydrate-bearing cores were recovered. Subsequence sedimentologic and geochemical analyses performed on the cores revealed important geologic controls on the formation and preservation of natural gas hydrate. This knowledge is crucial to predicting the location of other hydrate deposits and their eventual energy resource. Pore-space gas hydrates reside in sandy sediments from 205 to 268 mbsf mostly filling intergranular porosity. Pore waters chloride anomalies, core temperature depression and core observations on visible gas hydrates confirm the presence of pore-space hydrates within moderate to thick sand layers. Gas hydrate-bearing sandy strata typically were 10 cm to a meter thick. Gas hydrate saturations are typically between 60 and 90 % throughout most of the hydrate-dominant sand layers, which are estimated by well log analyses as well as pore water chloride anomalies.
It is necessary for evaluating subfurface fluid dlow behavious to know both porosity and permeability of gas hydrate-bearing sand to evaluate subsurface fluid flow behaviors. Sediment porosities and pore-size distributions were obtained by mercury porosimetry, which indicate that porosities of gas hydrate-bearing sandy strata are approximately 40 %. According to grain size distribution curves, gas hydrate is dominant in fine- to very fine-grained sandy strata.