基于盾构隧道管片注浆模拟平台的地质雷达试验与应用

基于富水圆砾层地质条件下全断面、全尺寸盾构隧道管片壁后注浆模拟试验平台,研究测试了管片、注浆层、富水圆砾层的电性参数,首次发现管片壁的雷达波多次反射信号与注浆层反射信号重叠问题,严重影响目标信号的判译。通过电磁波理论计算和试验,对雷达探测系统的参数进行优化,如采样间距、采样时窗、天线频率和电磁极化率,特别是天线收发距的改进优化等,有效解决这一关键问题。试验成果在南宁轨道交通2号线的实际工程应用,取得令人满意的效果,也为今后地质雷达探测应用提供实践经验的参考和借鉴。     

低孔渗储层井周油藏侵入模拟及阵列感应电阻率校正方法

泥浆滤液侵入渗透性地层会改变井周地层流体的原始分布状态,使井周地层电阻率发生变化、储集层电测井响应失真。本文基于油水两相渗流理论和水对流扩散理论,应用数值模拟方法构建地层模型,研究低渗储层泥浆侵入过程中井周地层矿化度、含水饱和度、电阻率变化特征及井周油藏分布特征。对不同渗透率地层泥浆侵入的数值模拟结果表明:在低渗透储层,相同侵入时间内,随着地层渗透率的增加,泥浆侵入深度增加,且同一侵入深度的含油饱和度减小;随着侵入时间的增加,井周地层水矿化度、含水饱和度和地层电阻率的侵入剖面前缘均发生明显的变化。结合3口井的泥浆侵入数值模拟分析,发现阵列感应测井响应特征及其电阻率的幅度差异受泥浆侵入时间和侵入深度影响。不同流体性质层段的井周油藏动态演化规律模拟结果表明,井周油藏的变化情况与储层流体性质有明显关系。利用实例井侵入模拟结果与阵列感应测井响应的相关性,构建了侵入深度的计算公式;根据侵入阶跃剖面,利用几何因子理论构建了原始地层电阻率计算公式,用以辅助储层电阻率校正。正确认识井周地层泥浆侵入特征及井周油藏的分布情况有助于提高阵列感应测井评价储层的准确性。     

泥浆侵入致密气层双侧向电阻率变化模拟研究

井眼压力高于地层压力会导致泥浆侵入,电阻率测井响应受到泥浆侵入的影响而不能真正反映地层的电阻率特性。笔者依据双侧向电阻率测井的基本机理,气-水两相渗流方程及传导对流方程,进行仿真模拟,得到泥浆侵入高矿化度致密气层的二维轴对称模型。研究含水饱和度、地层电阻率以及深浅侧向井壁电场分布随侵入时间的变化规律。研究发现:随着侵入时间的增加,含水饱和度增大,地层电阻率减小;泥浆侵入对致密气层深浅侧向测井响应都产生一定的影响,导致致密气层深浅侧向电阻率幅度差比常规储层深浅侧向电阻率幅度差大,幅度差峰值出现较早。     

泥浆侵入二维数值模拟

石油钻井中由于井底压力略大于地层压力, 使得钻井泥浆侵入到原始地层中, 改变地层的电阻率, 影响了电阻率测井的准确性.以油水两相流的渗流方程、对流扩散方程和阿尔奇公式为理论模型, 采用有限差分方法对泥浆侵入过程进行二维数值离散, 针对麻黄山西探区储层实际情况输入模型中有关参数, 分别对侵入时间24 h和48 h, 解得给定侵入时刻储层的压力、含水饱和度、地层水矿化度和电阻率在垂向和径向的分布, 计算结果与实际情况相符, 可用其对实际电阻率测井值进行校正.通过一个低侵算例验证, 结果与理论分析相符合, 因此该方法可以用于垂向上非均匀储层的泥浆侵入计算.      

电磁波随钻测量双向信号传输系统

介绍了自制电磁波双向信号传输装置的基本原理、单元结构关系、相关工作参数以及试验情况。试验结果表明,随钻测量双向信号传输系统在硬岩中传输距离远,可实时传输井下工况信息,也可从地面向井下传输指令,与智能化钻具配合,还可从地面遥控井下钻具。不同波形对电磁波双向信号传输有较大影响:正弦波有较强的抗干扰能力;方波易受地层干扰信号的影响,特别在接收信号微弱时,方波传输信号误码率较高。另外,下传信号比上传信号衰减大。      

用频率漂移法进行GPR波的衰减层析成像

本文介绍了一种应用频率漂称法的电磁波衰减析成像方法,作者已经将这种方法应用于处理地质雷达（ＧＰＲ）的观测资料。对于大多数天然介质而言,电磁波的衰减随着频率的增高而增强。因而,接收到的电磁波信号的振幅谱中心频率将发生向低频方向的漂移。这种下移正比于衰减系数沿射线路径的积分,我们就是利用这种关系来重建衰减的空间分布图像。只要电磁波信号的频带足够宽以及能够引起高频部分明显损耗耗的衰减足够强,这种方法就可     

煤矿水平孔复杂地质模型方位电磁波响应数值模拟

煤岩界面的预先、精准识别是实现煤矿巷道自动化掘进和煤矿智能化的关键技术之一,方位电磁波仪器探测距离较大,能够分辨岩性界面和界面方位,在油田测井中已取得成功应用,但在煤矿领域应用较少。为了研究方位电磁波测井在煤矿复杂三维(3D)模型中的探测性能,使用有限元数值模拟方法,考察了方位电磁波测井在煤矿测量环境中,不同发射频率和源距时受钻孔内流体的影响,以及采空区和起伏地层边界对方位电磁波测量的影响。结果表明:对于煤矿测井中的常见情况——孔中流体为空气时,方位电磁波响应受钻孔的影响较小;方位电磁波测量信号能够反映地层界面的起伏变化,其探测能力与发射频率、源距有关;方位电磁波响应对低阻采空区较敏感,但在高频发射时可以利用相位差信号实现对高阻采空区的探测。方位电磁波方法为煤矿井下水平孔煤岩界面和采空区测量提供了一种新技术手段,具有较大的应用潜力。      

基于FDTD数值技术分析反向障碍物对探地雷达采集数据的影响

为了分析与雷达探测方向相反方向的障碍物对雷达采集数据的影响,以探地雷达理论为基础,运用时域有限差分法（FDTD）,建立相应的地质模型,进行探地雷达二维正演模拟。结合工程实例,对福建某隧道的雷达探测数据进行分析研究。研究结果表明,在使用探地雷达进行目标体探测时电磁波并非仅向探测方向发射和传播,在天线的四周都会有电磁波发射出来,而非探测方向上的电磁波将会对雷达采集的数据产生一定的影响,干扰数据解释人员解译的准确性。因此在使用探地雷达和解译雷达数据时,要了解现场环境和剔除干扰波,做到对探测目标体的正确判断。      

有耗介质探地雷达波传播衰减特性的研究

探地雷达是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种浅层地球物理勘探方法,探地雷达超高频、宽频带脉冲电磁波在地下有耗介质中的衰减特性是一个十分复杂的过程。本文从电磁波传播的麦克斯韦方程出发,较为系统地研究和分析了雷达脉冲电磁波在有耗介质中传播的衰减特性,对研究雷达脉冲电磁波在地下有耗介质中的传播机制有指导意义。     

顺煤层钻进随钻方位电磁波顶底板探测影响因素

针对煤矿井下水平井钻探中顶底板界面探测精度差、效率低等问题,进行煤矿井下防爆型随钻方位电磁波测井仪方案设计。为适合井下煤层工作环境,通过正演模拟获得源距、发射频率、线圈安装角度等仪器参数对信号响应影响的变化规律。研究结果表明:随钻方位电磁波仪器接收信号强度随发射频率、线圈距、地层电阻率对比度的增大而增强;线圈安装倾角约为45°时,既满足接收信号灵敏性,也满足信号的强度;仪器最佳工作频段为100 kHz~1 MHz。通过随钻方位电磁波测井仪响应模拟研究,为适用于煤矿井下仪器的参数优化设计提供选择依据,掌握了煤岩顶底板界面响应变化规律,该仪器的应用将提高顶底板探测精度和探测效率。      

地质雷达检测防空洞注浆效果的技术方法及应用

结合电磁波在多种介质中的传播特征,对电磁波在岩土体介质中传播的各种影响因素进行分析,得到接收天线接收到的波形图。从地质雷达对某人防洞注浆效果检测应用可以看出,通过计算机显示的波形图能够直观、清晰的检测不密实或者空洞区域,并取得较好的应用效果。但地质雷达是是一种正在不断发展的探测技术,如何正确处理探测过程中的各种问 题,得到准确的检测结果,需要积累大量的实践经验。     

用于多频电磁波测井的负阻抗变换式有源接收天线

本文对用负阻抗变换电路同小圆锥螺旋天线相结合,构成的有源接收天线进行了理论分析,并给出了该有源天线稳定工作的条件。结果表明,用该方法设计的有源接收天线具有较宽的频带、较高的灵敏度和较小的尺寸。是多频电磁波测井较理想的接收天线。     

实验尺度下钻井液在含水合物地层流动数值模拟

钻井实践表明,钻井液侵入会改变井壁围岩特性,例如岩石强度、孔隙压力等。在非常规的含水合物地层,钻井液侵入还可能诱发地层中水合物分解和再形成,从而对井壁稳定和测井解释产生影响。因此,研究钻井液在含水合物地层中侵入流动特性有非常重要的理论和实际应用价值。基于野外水合物储层的相关数据和室内实验模拟系统,采用数值模拟方法研究了实验尺度下钻井液在含水合物地层中的侵入流动规律及其对储层物性的影响。模拟结果可为后续实验模拟方案设计以及热开采研究提供一定的指导作用。     

复杂侵入带的感应测井响应计算

由于泥浆滤液、地层非均质性等各种因素综合影响,同一地层的侵入带半径也常常不是恒定的,而是随深度而变化基于趋肤效应几何因子理论,论述了倾斜侵入带前缘的正演计算理论和方法,分析了不同侵入深度及侵入带前缘与井轴方向不同夹角的感应测井响应特征。结果表明,侵入带形状对测井曲线的幅度和形状影响很大,为解释侵入带环境对测井结果的一般影响和一些测井异常提供了理论依据,应该在测井解释工作中注意该项影响。     

探地雷达有限元数值模拟及衰减特性探讨

从Maxwell方程组出发,推导了带衰减项与不带衰减项的探地雷达(GPR)有限元波动方程。利用matlab平台编译了二维GPR有限元正演模拟程序。通过对典型模型例子的模拟分析,给出了GPR电磁波衰减比的概念及其计算公式,加深理解了GPR电磁波在不同介质中的传播特性。在GPR正演模拟中,必须考虑衰减项的吸收作用,得到的模拟结果更符合GPR电磁波在地下介质中的传播规律,更有助于理解和掌握地下介质中探地雷达波的传播规律,对探地雷达资料的地质解释具有更好地指导意义。     

基于希尔伯特-黄变换的低频探地雷达弱信号处理技术及其在天然气水合物勘探中的应用

低频探地雷达采集时间窗口大,深部信号受到地层衰减和频散的影响十分明显,真实反射信号往往伴随大量噪声,因此低频探地雷达信号可以视为典型的非稳态信号。引入对于非稳态信号处理效果非常好的Hilbert-Huang变换方法,在其基础上研究低频探地雷达深部微弱回波信号精细处理方法,能有效地滤除信号中的突变部分和噪声,从而实现对深层微弱信号的检测和提取。利用该方法对冻土带天然气水合物进行勘探,可以提取低频探地雷达信号在冻土底界及其下的天然气水合物储层的有效反射信号,取得了良好的效果。     

阵列侧向测井正演响应分析及环境因素快速校正方法研究

电阻率测井资料是定性划分油气层和定量计算含油饱和度的重要依据,但电阻率测井资料易受到环境因素的影响,造成资料失真。本文以阵列侧向测井仪器EALT(elis array laterolog tool)为例(测量MLR1-MLR4四条视电阻率曲线),基于有限元数值模拟方法,研究了井眼、围岩、泥浆侵入对其响应的影响。计算结果表明,MLR1、MLR2、MLR3当井径大于8 in后即明显受到井眼影响,MLR4基本不受井径的影响,在高阻泥浆环境中测量结果严重失真; MLR1、MLR2、MLR3、MLR4当层厚小于0.4 m时受层厚影响严重;围岩电阻率与目的层电阻率差别越大,ELAT响应受到影响越大; MLR1-MLR3在侵入半径小于30 in时受其影响较大,地层电阻率与侵入带电阻率比值分别达到5、10、100后,视电阻率失真程度可达50%以上。基于正演分析,计算绘制了井眼、围岩、泥浆侵入影响校正图版,并针对较复杂的围岩校正图版提出了快速校正方法,可对阵列侧向测井资料环境因素校正提供一定参考。     

电磁随钻信号传输技术研究

电磁波随钻测量系统信号传输速率高,可有效应用于欠平衡钻井,国外近年来发展很快。本文介绍了电磁波随钻测量发展的历史与现状,讨论了电磁波发射方式与传输深度。采用自制的样机进行了实验室与浅孔试验,证明方波信号传输比正弦波更易受干扰,小信号孔内有泥浆时方波传输误码率高。电磁波双向信号能够实现正常传输,但下传信号衰减较大。     

PED透地通信天线的设计与测量分析

井工矿下工作人员与地面保持信息畅通十分重要。针对透地通信中高频电磁波损耗大、低频电磁波干扰强以及大地电参数透地波影响大等问题,根据中频电磁波在地层中的传播特性以及环形天线对中频波的实用性,设计了500 kHz的中频环形天线作为PED透地通信天线,并通过参数测量分析和实际试验验证,达到了预期目标。      

基于反正切法的定向钻孔雷达三维成像算法

作为探地雷达的一种特殊方式,定向钻孔雷达系统除了能够探测地下目标的深度和径向距离外,还能够对钻孔四周目标进行方位识别,进而利用所求方位进行三维成像。本文所研究的定向钻孔雷达包含一个发射天线和4个接收天线,4个接收天线等角度分布在垂直于井轴的圆环上。基于4个接收天线所接收到的四个信号的微弱不同,提出利用反正切法计算目标方位角,再利用方位角和各道信号组合计算井周地层纵横切片的算法,最终实现钻孔雷达三维成像算法。利用数值模拟结果检验了算法的正确性。