用磁流源并矢Green函数的递推矩阵方法计算层状各向异性地层中多分量感应测井响应

采用递推矩阵方法计算各向异性介质的磁流源并矢Green函数,并利用上述并矢Green函数对层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井的响应进行数值模拟,分析了线圈距、层厚、倾角和围岩对多分量感应测井响应的影响.计算发现,共面视电导率比共轴视电导率变化规律复杂,不能反映地层电导率的真实情况.各向异性地层共轴视电导率随井眼相对倾角的增加而减小,而共面视电导率随井眼相对倾角的增加而增加.仪器的垂向分辨率、围岩各向异性对目的层响应的影响程度取决于线圈距,围岩各向异性对高电导率目的层中测井响应的影响大于对高电阻率目的层中测井响应的影响.     

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.     

层状各向异性地层中三维感应测井响应快速计算及资料处理

本文采用广义反射系数法推导了水平层状各向异性地层中电磁场的积分解析解,并利用快速汉克尔变换技术实现了三维感应仪器测井响应的快速计算.三维感应测井响应与地层水平电导率、垂直电导率和井斜角及仪器方位角同时有关,单一分量的测井曲线不能满足资料解释的需要.通过对仪器测量分量响应特征的考察,本文提出了一种基于组合量测井曲线的资料直观解释方法.数值模拟显示,交叉分量相关组合量可准确划分地层纵向边界,并可直观识别各向异性层;与单独分量相比,主分量相关组合量提高了纵向分辨率、减弱了与地层电导率参数的非线性关系.     

垂直井眼中三维阵列感应测井资料自适应井眼校正

三维感应测井受井眼环境影响很大,如何消除这些不利影响是有效获取各向异性地层电导率真值并提高资料处理和解释质量的一项重要工作.本文以一维柱状各向异性地层模型为基础,通过最小平方反演技术从实际测量资料中快速反演井径、偏心距、泥浆电导率、地层水平电导率和各向异性系数等模型参数,设法减小井眼环境对测量结果的影响.首先,利用仪器偏心情况下不同旋转角电导率张量的关系方程,建立旋转角提取与校正方法,获取无旋转角三维感应测井数据.在此基础上,根据事先计算好的井眼校正库并结合多维非线性有限元逼近技术,建立快速计算三维感应测井响应以及Jacobi导数矩阵的插值公式,并利用自适应正则化迭代反演技术不断修改模型参数,实现理论合成资料与输入资料的最佳拟合.最后,通过反演出的模型参数计算三维感应测井资料所有分量的校正量,实现三维感应资料的井眼校正.理论模型和实际资料的处理结果均证实,在低阻井眼泥浆情况下,一维柱状模型中的反演方法仍然可以提取出较可靠的地层水平和垂直电导率,且井眼环境校正对于受井眼环境影响相对较小的测井曲线具有非常好的校正效果.     

张量感应测井视值解释方法的改进

三轴张量感应测井可探测地层电导率各向异性,Zhdanov et al.利用在横向各向同性均匀介质中测井响应的低频渐近式给出了由张量感应测井响应提取地层各向异性电导率和井孔倾角与方位角信息的解析公式,为张量感应测井资料解释奠定了基础.但是,他们给出的井孔倾角公式存在双值解的不确定性,其各向异性电导率解也不是最佳近似解.本文以更为简洁的推导和分析方法,给出了单值的井孔倾角解以及近似程度更好的各向异性电导率解,并通过数值模拟实例加以说明.本文的结果可为张量感应测井资料的视值解释提供更好的选择.     

层状各向异性地层中含环状天线槽随钻方位电磁波测井几何因子算法

本文基于感应测井中的几何因子与一阶Born近似理论,通过柱坐标系下耦合势Helmholtz方程三维有限体积法研究建立了各向异性地层中含环状天线槽的随钻方位电磁波测井几何因子.首先,通过引入环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数,并结合Green第二积分公式,推导出随钻方位电磁波测井仪器中环形电场和横向磁场微小变化与各向异性地层中水平和垂直电导率相对摄动量之间的关系,得到轴向和横向感应电动势微小变化量计算方法与柱坐标系中轴向和横向分量空间灵敏度函数(三维几何因子)表达式.在此基础上,进一步给出径向和纵向微分几何因子计算公式.然后,应用耦合势三维有限体积法确定发射线圈产生的感应电磁场以及环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数的数值解.最后,给出不同频率、不同倾角、不同各向异性系数等多种情况下该仪器的空间灵敏度函数与微分几何因子的数值结果,用于分析考查仪器的响应特征与空间探测能力.     

大斜度井中利用交叉分量快速反演井斜角

利用三维感应测井交叉分量之差响应曲线在边界附近的响应行为,建立了求解大斜度井中井斜角快速反演方法.响应曲线随真实垂直深度(TVD)变化的对数衰减率与随测量距离(MD)变化的对数衰减率与之比是井斜角的余弦函数,通过简单三角函数计算可快速反演井斜角.响应曲线形态规则,在层状各向异性地层中与垂直电导率无关,主要反映水平电导率反差造成的地层边界信息.因此本文的井斜角快速反演方法既适用于各向同性地层也适用于各向异性地层.我们考察了测井环境及仪器参数对响应曲线衰减率的影响以及衰减率估算偏差对井斜角反演精度的影响.数值模拟结果验证了该反演方法在大斜度井中的有效性和实用性.     

水平井感应测井响应影响因素数值模拟分析

地层电阻率是影响油气或煤层气评价的重要参数,水平井中常利用感应测井确定地层电阻率,由于水平井与直井测量环境有较大差异,响应方式势必与直井不同.水平井测井响应的环境影响复杂,不能使用基于几何因子的信号处理,必须通过三维正演数值模拟方法研究响应特征.本文利用基于有限元方法的COMSOL Multiphysics软件对三层对称地层模型中的水平井感应测井响应进行了数值模拟分析.通过分析比较源距为0.3m、0.6m、0.9m、1.2m的四个水平线圈系的响应特征发现,不同源距的线圈系测得的电导率值受仪器位置、上下围岩电导率、目的层厚度和仪器偏心的影响规律不同.数值模拟结果对水平井的解释工作及仪器研发具有指导性意义.     

感应测井视电导率和真电导率关系的积分方程

本文研究感应测井仪器测量的感应电动势和视电导率的关系、视电导率和地层真电导率的关系.假定格林函数中的电导率是场点坐标的函数,运用格林公式推导出电场强度的视电导率表达式,建立了视电导率和真电导率关系的积分方程,通过对所得积分方程的深入分析,得出等效电导率与视电导率相等以及视电导率函数值包含真电导率两个结论,并提出由井轴视电导率函数求取真电导率的方法,通过数值计算验证了本文提出的方法的有效性.按照上述做法,仪器每移动一点,发射线圈产生一个电场分布,若干接收线圈得到一个视电导率分布,这就形成了感应电场测井.     

倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分（FDTD）算法

利用三维时域有限差分技术（FDTD）研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用Yee氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域Maxwell方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条件（UPML）被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上,利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法（2E2U）从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后,通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.     

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.     

利用阵列感应测井仪信号反演非均匀分布地层电导率

基于非线性积分方程,利用井轴上阵列感应成像测井仪（AIT）的单频测量信号,将变形玻恩（Bom）迭代方法用于地球物理测井反演,用正则化方法求出地层电导率分布。文中首先给出对于未知电导率分布的非线性积分方程,然后用玻恩近似使非线性积分方程线性化,求出电导率分布。在迭代过程中,数值模式匹配法用于求解阵列感应的正演问题。数值计算表明,用井轴上 AIT 的单频测量信号得到的成像结果与真电导率剖面分布吻合较好。     

用有限差分法计算各向异性介质中多分量感应测井的响应

感应测井电阻率是砂泥岩储层中定量评价含油气性的主要参数之一,然而由于储层电各向异性的存在,传统的感应测井仪得到的电阻率主要响应地层的水平电阻率,比地层的垂直电阻率小,由此计算的含水饱和度偏高．多分量感应测井则可以通过不同方向的发射和接收,测量多个分量,弥补上述缺陷,为储层的含油气性评价提供准确信息．本文用交错网格有限差分法导出了主轴各向异性介质中Maxwell方程的离散化关系式,计算了三维各向异性介质中多分量感应测井的电磁响应．利用三层模型的数值模拟,分析了不同磁场分量对各向异性介质的响应特性,用多层模型和倾斜各向异性地层的响应计算检验了所编制的交错网格有限差分法程序．     

利用2.5维数值模式匹配算法高效高精度建立垂直井眼中多分量阵列感应井眼校正库

本文将应用2.5维数值模式匹配算法研究建立柱状横向同性地层中偏心条件下磁流源并矢Green函数的高效算法,并利用该算法高效计算多分量阵列感应井眼校正库.首先,通过Fourier展开技术将偏心条件下磁流源并矢Green函数的数值模拟转化为一系列的轴对称问题;然后利用模式匹配算法求解轴对称问题,得到柱状介质中偏心条件下磁流源并矢Green函数的半解析解;最后,结合中国石油集团测井有限公司开发的三维感应测井仪器(TDIT)的结构参数,推导出复合线圈系视电导率张量的计算公式.在此基础上,根据井场实际地层资料归纳出理论地层模型相应参数的变化范围,高效高精度建立一套直接应用于工业生产的多分量阵列感应井眼校正库,并利用井眼校正库详细地分析考察各模型参数对TDIT响应的影响.     

用模式匹配算法研究层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井响应

利用数值模式匹配技术,研究并建立层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井响应的快速数值模拟算法.首先将位于井轴上的三个相互正交磁偶极子转化成关于极角θ的三个谐变分量的叠加,以便将三个正交磁偶极子电磁场的正演问题完全简化成三个谐变分量电磁场的轴对称定解问题,并给出电磁场各个谐变分量在井轴上满足的边界条件,保证电磁场在井轴附近仍然可解.然后利用数值模式匹配技术建立电磁场各个谐变分量的正演过程,得到层状各向异性地层中磁流源并矢Green函数的半解析表达式,给出计算层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井响应的具体方法,最后通过数值计算结果证明该算法的有效性并考察几种不同情况下多分量感应测井响应特征.     

用模式匹配算法研究层状各向异性倾斜

利用数值模式匹配技术,研究并建立层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井响应的快速数值模拟算法.首先将位于井轴上的三个相互正交磁偶极子转化成关于极角θ的三个谐变分量的叠加,以便将三个正交磁偶极子电磁场的正演问题完全简化成三个谐变分量电磁场的轴对称定解问题,并给出电磁场各个谐变分量在井轴上满足的边界条件,保证电磁场在井轴附近仍然可解.然后利用数值模式匹配技术建立电磁场各个谐变分量的正演过程,得到层状各向异性地层中磁流源并矢Green函数的半解析表达式,给出计算层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井响应的具体方法,最后通过数值计算结果证明该算法的有效性并考察几种不同情况下多分量感应测井响应特征.     

用梯度和感应测井联合确定地层电阻率各向异性

实际地层可能出现2种电阻率的宏观各向异性:微观的统计平均效应和裂缝走向等因素的构造效应.三分量感应测井方法可能是确定地层电阻率各向异性的最好方法,但是,该仪器目前在中国还没有应用.已有的数据一般是梯度和双感应曲线,梯度和双感应曲线单独使用都难以揭示各向异性,但是,将二者联合使用则有可能.在反演模型中考虑了电阻率各向异性的存在,给出了梯度和双感应曲线联合求地层电阻率各向异性的方法.通过直井水平层的二维人工模型表明,用感应方法可确定地层的水平电阻率和厚度.而梯度方法的视电阻率可以近似看作水平电阻率和纵向电阻率的几何平均值,梯度方法的视厚度是各向异性参数和真实厚度的乘积.因而不能用梯度方法单独确定各向异性参数和真实厚度2个参数中的任何1个.然而,联合梯度和双感应的方法则可能确定3个参数:各向异性参数,水平电阻率和地层厚度.人工数据的例子表明了这种联合的可行性.     

基于卷积神经网络和MPGA-LM算法的阵列侧向测井快速反演方法

在大斜度井/水平井环境下,阵列侧向测井受钻井液侵入、地层倾角和各向异性等多种因素影响,导致测井响应复杂,需借助反演手段提取地层真实电阻率.然而,阵列侧向测井三维正演效率低,难以满足测井资料快速反演和油气藏快速评价的需求.为此,本文基于深度学习并联合混合多种群遗传(MPGA)与列文伯格马奎特(LM)算法建立了一种快速反演方法.首先从地层参数敏感性出发,基于严格的三维有限元正演算法,依次确定侵入、各向异性和地层倾角的敏感性大小;其次,引入深度学习和模型可视化技术,实现斜井各向异性地层阵列侧向测井响应的快速正演;最后,基于数据集分解技术和混合MPGA-LM算法,实现斜井各向异性地层电阻率剖面快速精确重构.数值模拟结果表明:斜井各向异性地层中,阵列侧向测井响应对侵入深度敏感性最高,各向异性和地层倾角次之;相较于反向传播神经网络(BPNN),二维卷积神经网络(2D-CNN)能够实现阵列侧向测井响应的快速精确计算,计算一个测井点仅需0.36 ms,精度可达99％左右;基于三层反演模型的MPGA-LM混合算法稳定性强,电阻率参数反演精度高的优点,可用于阵列侧向测井资料的快速处理.     

盐水泥浆条件下定向井双侧向测井环境校正方法研究

在定向井中,双侧向测井数据由于受井眼、围岩、井斜、径向侵入等环境因素的影响,难以准确地估算储层的电阻率和更准确地识别储层流体.本文拟提出图版法和反演法相结合的思路来研究地层视电阻率的校正问题.首先,针对研究区的测井环境和钻井液电阻率,计算了不同尺寸井眼的双侧向测井响应,绘制了井眼校正图版;然后,针对斜度井地层模型,采用三维有限元方法计算了不同井斜、不同厚度地层的测井响应,构建了井斜-围岩/层厚图版,利用该图版实现了井眼校正和井斜-围岩/层厚的电阻率快速校正.最后,针对钻井液侵入的影响,采用反演方法计算了侵入半径和地层真电阻率,最终实现了双侧向测井的环境校正.利用上述理论与方法对海洋中定向井的双侧向测井资料进行了环境校正,提高了储层流体定性识别和定量评价的精度.     

电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟

现有海洋可控源电磁三维数值模拟方法大多基于电导率各向同性介质理论,不能模拟海底地层电导率各向异性的实际情况.本文给出了电导率各向异性三维介质中电性源海洋可控源电磁二次电场的边值问题以及相应的变分问题,采用长方体单元对研究区域剖分,将场分量定义在剖分单元的边上,利用矢量有限单元法求解变分问题,实现了电导率任意各向异性海洋可控源电磁三维矢量有限元数值模拟.这个新的正演方法可以计算电导率任意各向异性三维地电模型的海洋可控源电磁响应,基于二次场矢量有限元法直接求解电磁场,避免了传统有限元方法可能遇到的伪解问题和难于处理电场法向分量不连续的问题,提高了数值模拟计算精度.一维电导率各向异性模型电磁场数值解与解析解吻合得相当好,无论在源附近还是远离源处相对误差均不超过1%.电导率各向异性二维模型的计算结果与已有文献采用的非结构有限元模拟结果十分吻合.三维地电模型数值模拟结果显示,电导率各向异性张量电导率主轴分量和欧拉角对不同装置海洋可控源电磁响应均有着明显的影响.