随钻电磁波传播方位电阻率仪地质导向关键技术

随钻电磁波传播方位电阻率仪器在钻井过程中可以提供地层边界的方位及距离信息,因此在地质导向应用中发挥着重要作用,是提高油气资源开采率的重要手段.该技术是国外近十年来发展起来的前沿技术,在国内尚属空白.本文首次构思并实现了一种应用"交联天线"的随钻电磁波传播方位电阻率仪器,并从天线结构,测量原理,数据处理以及地层电阻率成像及解释等几个方面详细阐述.交联天线由极化方向正交的线圈串绕组成,同时具有方位探测和地层背景电阻率测量的功能.通过分析交联天线的电压在仪器旋转过程中的变化规律,可以计算出仪器所在地层的电阻率,判断地层边界的方位以及估算地层边界相距仪器的距离.该随钻电磁波传播方位电阻率仪器还包括用于常规电磁波传播电阻率测试的多频多测距补偿天线结构.结合地层电阻率测量及其在方位上的相对变化,可以实现对地层电阻率的全方位成像.该仪器在国内油田进行了多次实井测试,测试结果证明仪器能够在水平井地质导向中准确提供仪器所在地层的电阻率,以及地层边界方位和距离信息.已有实井测试结果表明仪器在油层(100Ωm)和泥岩(5Ωm)中的地层边界探测深度分别为2.2m和1.6m,平均误差在0.2m以内.     

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.     

随钻方位电磁波地层参数响应敏感性分析

随钻方位电磁波仪器往往采用倾斜或水平天线,使测量结果具备方位特性以满足地质导向需求.不同的天线组合可以测量不同的电磁场分量,不同电磁场分量对地层参数的敏感性不同.通过数学建模,模拟不同电磁场分量对地层界面方位、相对井斜角、电阻率各向异性等地层参数响应的敏感性.模拟结果表明:在可测量的九个电磁场分量中,电磁场分量xx、xy、xz、yx、yy、yz、zx、zy都能准确反应地层界面方位,其中分量xx、xy、yy、yx的层界面方位响应周期为π,xz、yz、zx、zy层界面响应周期为2π;九个分量对电阻率各向异性都有一定敏感性,不同分量在不同相对井斜角条件下的敏感性不同;交叉耦合分量xz、yz、zx、zy在大斜度井水平井中相对井斜角有很好的响应敏感性.模拟分析方位天线对地层参数的响应敏感性可以为方位电磁波仪器设计和资料解释提供理论依据.     

自适应hp-FEM在随钻电阻率测井仪器响应数值模拟中的应用

随钻电阻率测井仪器响应数值模拟在电法测井仪器研制和资料处理与解释中具有重要的意义.本文利用自适应hp有限元算法(hp-FEM)模拟和分析了地层各向异性以及相对倾斜对仪器接收信号幅值比和相位差的影响,并对仪器响应特性进行了评价;同时,利用HERMES有限元软件包与VC++开发平台相结合,可以对随钻电阻率测井仪器响应数值模...     

一种新型随钻电阻率测井仪器的响应和刻度

对一种新型随钻电阻率测井仪器在均质地层中的电磁场分布和接收线圈的响应特性进行分析,并对仪器在真空中的刻度方法进行研究.推导出了圆柱坐标系下径向成层介质中磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式,从而得到研究该仪器电磁场分布、接收线圈响应、刻度方法所必需的解析计算式.计算发现,钻铤的存在大大提高了仪器的定向探测性能.计算还发现,不同的钻铤尺寸、线圈系到钻铤不同的距离对线圈系在真空中的响应值具有较大影响.钻铤在地层中产生的实部信号可近似认为恒定,而当地层电导率大于001 S/m时,钻铤在地层中产生的虚部信号亦可近似认为恒定.数值计算表明,仪器偏心程度越大,钻铤半径越大,仪器中刻度环电阻所对应的视电导率值越小.     

随钻方位电磁波测井多参数快速反演

大斜度井/水平井随钻测井技术已被广泛的应用于各种复杂油气藏中,但传统随钻电磁波测井仅提供仪器轴向磁场分量,井斜和各向异性对测井响应影响耦合在一起,难以剥离,无法基于反演同时获取多个参数,进行相应的地层评价,且不能提供方位信息,难以实现地质导向功能.随钻方位电磁波测井在提供仪器轴向磁场分量的基础上,还提供了仪器横向磁场分量,其提取的地质导向信号,对地层界面非常敏感,受井斜、地层电阻率对比度和各向异性影响弱,可以反演得到准确的界面位置.此外,额外的磁场分量信息,有效降低了井斜与各向异性的耦合程度,可基于反演算法实现多参数联合反演,满足电阻率测井精细解释评价需求.     

各向异性地层随钻方位电磁波测井探测特性分析（英文）

随钻方位电磁波测井仪器已广泛应用于大斜度井/水平井钻井,但地层各向异性使得地质导向及储层评价更为困难。为定量分析地层各向异性对随钻方位电磁波测井响应及资料处理影响,本文借助正反演技术,详细考察了测井响应对各向异性的敏感性及测井数据反演精度。首先,定义了敏感因子,定量分析了不同磁场分量、合成信号对各向异性的敏感性;然后,模拟了层状各向异性地层中的随钻方位电磁波测井仪器响应,对比分析了对称设计和非对称设计仪器的响应特征及对地层参数的敏感性;最后,探讨了反演模型的选取对各向异性地层界面反演精度的影响。数值模拟及反演结果表明:随钻方位电磁波测井响应受各向异性影响严重,通过对称补偿设计可降低地质信号对各向异性的敏感性,进而增强对地层界面的探测能力;各向异性地层中,视电阻率曲线出现分离及"犄角"等现象,界面附近方位信号则可能出现复杂非线性变化;反演中若不考虑各向异性的影响,难以获取准确的地层界面和电阻率信息,进而可能导致地质导向决策的失误。     

基于方位电磁波的煤岩层界面及低阻异常体探测方法（英文）

以煤岩介质和煤岩界面作为电磁波传播响应研究对象,构建与煤岩电磁参数相关的地质模型。针对煤矿井下随钻方位电磁波探测技术在煤岩地质导向中的响应特性进行深入分析,研究煤岩界面探测识别方法及其适用性。模拟仪器在煤岩层响应特性规律,建立煤层顶底板界面的方位、仪器到煤层界面距离的计算方法。利用拟牛顿法对随钻方位电磁波电阻率仪器响应理论模型进行反演计算,并对模拟数据数据进行实时反演,降低了Jacobian矩阵的计算次数,提高了反演速度并降低了对初值的依赖性。基于正反演数值仿真模拟,获得低阻含水层、异常地质体（陷落柱、夹矸层等）方位电磁波探测的信号响应规律。通过正交线圈的定向电动势模拟成像方法研究,验证了高阻煤层中方位电磁波电阻率应用的可行性、能够为煤层界面、地质异常体探测及地质导向应用提供依据。     

双侧向型复电阻率测井响应的数值模拟

在二维地层模型条件下,应用有限元方法模拟了双侧向模式的复电阻率测井仪器在不同频率下的响应,结果表明当频率很低时,复电阻率测井的响应接近双侧向测井的响应;随着频率的提高,复电阻率测井的响应幅度降低。当地层具有一定的频散效应时,可以利用不同频率下的复电阻率测井响应直观地区分油水层     

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,消除井斜角及电阻率各向异性的影响,在不同电阻率条件下优选频率及源距,达到最大探测范围;探测模式II采用非对称设计,增强对倾角和电阻率各向异性的敏感性,在井斜角为60°时对电阻率变化尤为敏感;探测模式III在任意井斜角下均不具有方位敏感性,能够有效表征地层电阻率,在水平井条件下受地层各向异性影响最小;探测模式IV在高角度及水平井条件下,能够有效识别电阻率各向异性信息.     

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.     

随钻方位电磁波测井反演方法研究及在水平井中的应用

针对随钻方位电磁波测井仪器测井响应特征进行考察,提出了水平井和大斜度井多层界面三维电阻率反演方法,获取准确的水平井/大斜度井地层电阻率剖面和井眼地层位置关系,为储层评价提供可靠依据.以哈里伯顿ADR方位电阻率测井数据为例,利用基于Marquardt方法的三维电阻率反演方法计算地层电阻率和多层边界距离等参数,数值模拟及实际处理井结果显示,反演方法精度较高,反演结果准确可靠.多层界面三维电阻率反演对储层精确评价和储量复算具有重要意义,在实时地质导向中具有广阔应用前景.     

电性各向异性地层频率域电磁响应模拟

在现有计算机内存和运算速度条件下,电性各向异性地层中频率域电磁响应的数值模拟是一个难点. 为探索各向异性介质模型电磁响应的有效算法,同时为进一步研究各向异性地层测量响应的校正方法奠定基础,从Maxwell电磁响应方程出发,使用由三个彼此垂直的发射线圈和三个彼此垂直的接收线圈组成的线圈结构模型,应用交错网格有限差分法推导了三维频率域电磁响应的差分计算格式,采用预条件双共轭梯度法对所形成的复系数矩阵进行了迭代求解,从而得到电性各向异性地层模型下的线圈测量响应. 应用这些方法进行了多种条件下电磁响应的计算,计算结果表明,所形成的计算方法是准确可靠的,预条件双共轭梯度法的运算效率也较高;电性各向异性地层的电磁响应与地层倾角（或井斜角）、仪器测量方位、地层的水平电阻率和垂直电阻率有关;根据水平方向磁场强度分量可以确定地层界面;在电磁响应计算过程中,背景电导率的取值要尽量接近整个计算区域的平均电导率.     

三分量感应测井仪及其对各向异性地层的识别

已发现的油藏中,各向异性油藏占总油藏的20%～30%,但常规电磁测井仪只能测量水平方向的电阻率,很容易低估和漏测产层.三分量感应测井仪通过布置三组相互正交的发射-接收线圈对可直接测量地层的水平电阻率和垂直电阻率,通过测量两个交叉分量还可得出地层的倾角和方位.避免了对产层的低估和漏测.本文介绍了各向异性地层的主要类型, 各向异性电阻率的计算公式,三分量感应测井仪的线圈系结构,多频聚焦方法以及包含围岩校正的反演方案.     

环状刻槽钻铤中随钻方位电磁波响应的混合算法

为了提高随钻电磁波测井仪器的抗震能力,仪器传感器中所有发射与接收线圈均安装在柱状金属钻铤上的环状刻槽中,同时槽中充填高磁导率的铁氧体,以提高发射和接收效率.本文针对多环状刻槽钻铤中发射与接收线圈分布,研究建立一套随钻电磁响应的混合模拟算法.首先,根据环状刻槽几何尺寸以及轴向边界,将整个钻铤与外部的井眼和地层划分成多个不同电导率和磁导率分布的轴对称非均质各向同性层状模型,并应用混合法建立层状非均质地层中电磁场的半解析解与各个线圈上感应电动势的计算方法.其次,利用摄动原理给出随钻电磁测井中振幅比与相位差的空间灵敏度计算公式.然后,通过数值结果考察铁氧体磁导率和地层电导率变化对发射线圈的发射功率和接收线圈上感应电动势的影响,并确定各个接收线圈上感应电动势的动态变化范围,为仪器设计过程中选择合适的铁氧体提供理论依据.最后,通过空间灵敏度分布特征考察振幅比与相位差在探测特征上的差异.     

水平多层大地上垂直磁偶极频率测深的全波视电阻率

本文根据视电阻率定义的原则,以及用不同的场量定义的视电阻率效果不同这一事实,提出一种新的全波视电阻率定义.在全区同时用均匀大地上电磁场的三个分量来分区定义祝电阻率.在远区视电阻率由磁场的水平分量求出,在近区由磁场的垂直分量或其实分量定义,而在过渡区则由电场的水平分量确定.用这种方法定义的视电阻率为电磁响应的单值函数,它随频率变化的曲线显著改善,能直观地反映地层电阻率随深度的变化,数值比较接近地层的真电阻率值,假极值效应明显压低.在计算中用切比雪夫多项式分段拟合均匀大地电磁响应的反函数,并给出一套系数,由此算出的视电阻率误差小于1％.     

定向电磁波测井的倾斜天线系结构研究

采用水平层状各向异性介质中的磁流源并矢Green函数数值模拟了倾斜天线系随钻电磁波电阻率测井仪的电磁波传播特性.比较了轴向天线和倾斜天线在地层界面处的电流特性,从理论上揭示了倾斜天线系电磁波传播随钻测量探测地层界面位置及方位的原理.分析了采用倾斜天线系时电压的幅值衰减和相位移,理论上给出天线系倾角的选择方法.详细阐述了发射频率和源距参数的选择方法,给出了不同发射频率适用的源距范围.研究结果与现有两种国外定向随钻电磁波电阻率测井仪的参数一致,为国内定向测井仪器的研发及测井数据解释奠定理论基础.     

水平井随钻电阻率与双侧向响应差异影响因素分析

在大斜度井和水平井中,不同电阻率测井系列测量的结果并非完全一致,测量结果的差异性分析对于正确认识和评价地层非常重要.依据双侧向测井和随钻电磁波测井原理,采用三维有限元素法模拟双侧向在水平井中的测井响应特征,采用积分方程法模拟随钻电磁波电阻率在水平井中的测井响应特征,通过对比分析值模拟结果,造成大斜度井和水平井随钻电阻率与双侧向电阻率测井响应差异的主要因素有:井斜、各向异性、地层界面以及泥浆侵入.随钻电阻率一般受泥浆侵入影响小,但是它在水平井中容易产生极化现象,有助于地层界面识别,同时受各向异性影响明显;而双侧向电阻率在水平地层中对地层界面不敏感,且受各向异性影响相对较弱,但会受泥浆侵入影响严重;正确认识这些差异,可以有效指导水平井的合理解释.     

随钻电磁波测井地层产状因素响应特征三维数值模拟

随钻电磁波电阻率测井是目前国内实时评价地层含油性和地质导向的主要方法,其在地层界面附近的响应特征是判定实际地层产状、实施地质导向的根本依据.因此研究地层产状因素对随钻电磁波测井响应的影响特征和规律,对判定地层界面、调整地层模型有重要的意义.本文以哈利伯顿EWR—PHASE4单发双收仪器为例,利用ANSYS软件采用矢量有限元方法对不同地层条件下的响应特征进行了三维数值模拟.数值模拟过程中通过控制网格大小,在保证计算精度的前提下减小计算规模、提高计算速度.最终得出了目的层厚度、倾角以及与围岩电阻率比值等因素对随钻电磁波测井响应的影响特征和规律,指出了犄角信号出现的条件,为随钻测井过程中实时正确判识地层产状提供了理论依据.     

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.