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.     

随钻声波测井固井质量评价理论与数值模拟研究

大斜度井、水平井的固井质量评价需求,推动了基于随钻测井仪器的固井质量评价技术的发展.本文基于弹性波传播理论,建立柱状分层介质的套管井随钻测井模型,模拟了不同水泥胶结情况的随钻声场响应,特别是其波形特征.结果表明,套管井中随钻与电缆波形特征最大的区别在于随钻波列中存在隔声衰减后的钻铤波.特别是当水泥胶结较好时,钻铤波与套管波幅度大小相近,甚至钻铤波幅度更大,而时间域上两者波形重叠,该特点使得常规电缆声波(声幅/变密度)固井质量评价方法不适用于随钻测井环境.本文考察了不同水泥胶结程度下随钻波列中套管波幅度和衰减与胶结指数的关系,形成一种同时利用幅度和衰减的随钻声波胶结指数计算方法,为随钻声波固井质量评价提供理论指导.     

用梯度和感应测井联合确定地层电阻率各向异性(英文)

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     

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.     

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.     

Study on the simulation of acoustic logging measurements in horizontal and deviated wells

The conventional acoustic logging interpretation method, which is based on vertical wells that penetrate isotropic formations, is not suitable for horizontal and deviated wells penetrating anisotropic formations. This unsuitability is because during horizontal and deviated well drilling, cuttings will splash on the well wall or fall into the borehole bottom and form a thin bed of cuttings. In addition, the high velocity layers at different depths and intrinsic anisotropy may affect acoustic logging measurements. In this study, we examine how these factors affect the acoustic wave slowness measured in horizontal and deviated wells that are surrounded by an anisotropic medium using numerical simulation. We use the staggered-grid finite difference method in time domain (FDTD) combined with hybrid-PML. First, we acquire the acoustic slowness using a simulated array logging system, and then, we analyze how various factors affect acoustic slowness measurements and the differences between the effects of these factors. The factors considered are high-velocity layers, thin beds of cuttings, dipping angle, formation thickness, and anisotropy. The simulation results show that these factors affect acoustic wave slowness measurements differently. We observe that when the wavelength is much smaller than the distance between the borehole wall and high velocity layer, the true slowness of the formation could be acquired. When the wavelengths are of the same order (i.e., in the near-field scenarios), the geometrical acoustics theory is no longer applicable. Furthermore, when a thin bed of cuttings exists at the bottom of the borehole, Fermat's principle is still applicable, and true slowness can be acquired. In anisotropic formations, the measured slowness changes with increments in the dipping angle. Finally, for a measurement system with specific spacing, the slowness of a thin target layer can be acquired when the distance covered by the logging tool is sufficiently long. Based on systematical simulations with different dipping angles and anisotropy in homogenous TI media, slowness estimation charts are established to quantitatively determine the slowness at any dipping angle and for any value of the anisotropic ratio. Synthetic examples with different acoustic logging tools and different elastic parameters demonstrate that the acoustic slowness estimation method can be conveniently applied to horizontal and deviated wells in TI formations with high accuracy.     

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...     

A study on directional resistivity logging-while-drilling based on self-adaptive hp-FEM

Numerical simulation of resistivity logging-while-drilling (LWD) tool response provides guidance for designing novel logging instruments and interpreting real-time logging data. In this paper, based on self-adaptive hp-finite element method (hp-FEM) algorithm, we analyze LWD tool response against model parameters and briefly illustrate geosteering capabilities of directional resistivity LWD. Numerical simulation results indicate that the change of source spacing is of obvious influence on the investigation depth and detecting precision of resistivity LWD tool; the change of frequency can improve the resolution of low-resistivity formation and high-resistivity formation. The simulation results also indicate that the self-adaptive hp-FEM algorithm has good convergence speed and calculation accuracy to guide the geologic steering drilling and it is suitable to simulate the response of resistivity LWD tools.     

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T₂分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T₂分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T₂分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.     

三维频率域随钻电磁波测井数值模拟

在现有的普通计算机的内存和运算速度的条件下,三维频率域电磁波测井数值模拟非常困难,为了研究随钻仪器在复杂测井环境中的响应规律,从Maxwell电磁响应方程出发,针对大斜度井井眼和侵入剖面的几何特点,采用新的网格划分方法,并应用基于交错网格的有限差分得到了三维频率域电磁响应差分计算格式,采用改进的ICCG（不完全乔尔斯基共轭梯度）方法,对一维变带宽存储的大型复稀疏矩阵进行了求解,得到了随钻电磁波测井响应.计算结果表明：一维变带宽存储方法很好地解决了大型稀疏矩阵的存储问题;改进的ICCG方法得到的结果真实可靠并大大提高了求解效率;随钻电阻率曲线随着井斜角度增大会出现“极化角”,低阻侵入会使“极化角”弱化;相位电阻率曲线受围岩影响较小,受侵入影响较大.     

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.     

大斜度井和水平井井地三维电阻率数值模拟和联合反演

井地电阻率成像法利用井套管作电流源向井下供入大功率直流电流,在地表测量由地下介质的电性变化形成的电位分布,通过反演可得到地下介质的电阻率分布.针对大斜度井和水平井开展井地三维电阻率数值模拟和反演研究,对油田注水及压裂效果监测具有重要意义.基于井地电阻率成像法原理,采用有限差分法和不完全切勒斯基共轭梯度法进行了三维正演模拟,研究了大斜度井和水平井的井地电位响应特征.提出了采用层状约束阻尼最小二乘法由浅到深地进行大斜度井和水平井的多层联合反演,并对实际水平井井地电位各个层段数据进行了三维反演.模拟结果表明,倾斜线源和水平线源会对地面电位响应产生明显影响,在反演中需要考虑线源形态.实际水平井井地电位反演成像表明,考虑倾斜线源或者水平线源的联合反演得到了准确的水平井三维注水层成像图,得出注水层的真电阻率分布,能够判断注水运移方向.     

利用随钻正交偶极子声波测井评价地层各向异性的数值研究

在随钻测井条件下,由于钻铤占据了井孔内的大部分空间,充液井孔中沿着井轴方向传播的模式波的特性与电缆测井非常不同.本文建立了随钻正交偶极子测井声学模型,采用三维有限差分方法模拟了偶极子声源在随钻条件下各向异性地层井孔内激发的声场,研究了地层的声学各向异性在随钻正交偶极子声波测井中的响应特征.数值模拟结果表明,在随钻测井条件下,对于井轴同TI地层对称轴垂直的情况,弯曲波分裂现象仍然存在,通过正交偶极子测量方式和合适的反演算法能够准确有效地确定地层的快横波方位角,可以考虑采用同正演理论相结合的反演算法来获得地层的快、慢横波速度及声学各向异性信息;对于井轴同介质对称轴呈一定夹角的TI地层井孔,情况变得非常复杂,不同井斜倾角下弯曲波的速度的变化趋势并非同对应的地层横波速度的变化趋势完全一致,不过在一定的频段内,地层横波速度仍然是弯曲波的最主要控制因素.对于本文研究的模型,当井轴同介质对称轴的夹角大于大于60°时,此时获得的弯曲波的各向异性值基本能够反映对应角度下地层横波速度的各向异性信息.     

裂缝性地层方位侧向测井响应数值模拟

为研究井周裂缝发育特征,本文提出一种新型方位侧向测井方法,利用三维有限元法,模拟裂缝的方位侧向测井响应.结果显示,深浅侧向电阻率幅度差异受裂缝倾角的控制,低角度缝为负差异,高角度缝为正差异;倾斜裂缝张开度的增大使测井响应值减小,方位电阻率差异增大;井周方位电阻率可反映裂缝方位产状,单一缝或裂缝密度较小时,沿裂缝走向的方位电阻率小,沿裂缝倾向的方位电阻率大;裂缝发育地层的测井响应显示宏观各向异性特征,但方位电阻率的差异显示发生反转现象,即沿裂缝走向/层理方向的方位电阻率大,沿裂缝倾向/垂直层理方向的方位电阻率小;对方位电阻率测井响应进行井周成像,直观显示了裂缝的产状和发育特征.     

Acoustic reflection well logging modeling using the frequency-domain finite-element method with a hybrid PML

In this paper, we propose a hybrid PML (H-PML) combining the normal absorption factor of convolutional PML (C-PML) with tangential absorption factor of Mutiaxial PML (M-PML). The H-PML boundary conditions can better suppress the numerical instability in some extreme models. and the computational speed of finite-element method and the dynamic range are greatly increased using this HPML. We use the finiteelement method with a hybrid PML to model the acoustic reflection of the interface when wireline and well logging while drilling (LWD), in a formation with a reflector outside the borehole. The simulation results suggests that the PS- and SP- reflected waves arrive at the same time when the inclination between the well and the outer interface is zero, and the difference in arrival times increases with increasing dip angle. When there are fractures outside the well, the reflection signal is clearer in the subsequent reflection waves and may be used to identify the fractured zone. The difference between the dominant wavelength and the model scale shows that LWD reflection logging data are of higher resolution and quality than wireline acoustic reflection logging.     

A new look at multiphase invasion with applications to borehole resistivity interpretation

In well log interpretation, it is frequently necessary to correct logs for invasion. Invasion occurs in permeable formations when there is a radial differential pressure (RDP) between the borehole and formation. Other factors on which invasion depend include saturation, mobility, pressure (RDP) and capillary pressure, permeability and viscosity of fluids, and temperature transient effects associated with the mud filtrate injected into the formation. Thus, simulation of realistic invasion is not an easy task. This work reviews the famous Buckley–Leverett mathematical model in cylindrical coordinates appropriate for borehole geometries. The model predicts multiphase invasion in porous media when gravity, capillary pressure, and mud cake can be neglected. One application is to correct logging while drilling (LWD) and wireline resistivity logs for time-dependent invasion and formation temperature effects. This is important, for example, when there are possible large differences in formation and mud temperature. Modeling studies show these effects can be large enough to noticeably influence resistivity logs. However, after correction, difference in LWD and wireline logs arising from the time-dependent heat process are explained. Thus, the method, when coupled to a time-dependent heat flow model, and a response function formulation of resistivity, yields new insight into the influence of thermal and electrical transients in log interpretation.     

计算全三维电磁测井响应的有限元程序(英文)

同时考虑电导率和位移电流的影响 ,导出了基于A -Φ的一个新泛函表达式 ,并开发了能在宽频段内模拟电磁测井响应的三维有限元程序。计算了水平磁偶线圈和垂直磁偶线圈的场分布 ,也给出了倾斜井中感应测井的响应 ,最后分析了线圈半径和各向异性的影响     

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.     

随钻声波测井钻铤模式波衰减规律研究与隔声体设计

随钻声波测井技术近年来发展很快,这门技术的关键技术之一是随钻仪器的隔声设计,以保证在随钻条件下有效地测量地层的声波信号.针对普遍采用的刻槽隔声技术,本文利用三维有限差分弹性波场模拟对钻铤刻槽前、后的声波响应进行了数值模拟和理论研究.通过模拟结果的理论分析给出了钻铤波固有阻带分布规律与钻铤尺寸关系和钻铤波衰减频段与刻槽宽...     

被动式超低频电磁法在深部地热资源勘察中的应用——以JR-119井及JR-168井为例

分析了深部地热资源勘察中的地球物理电磁法应用现状,阐明了被动式超低频电磁法在深部地热资源勘察中的可用性和优势;重点论述了被动式超低频电磁法在深部地热资源勘察中的探测机理.利用北京大学研制的BD-6型被动式超低频电磁探测仪在京热119井和168井附近布点探测,在探测过程中利用硬件滤波和水平旋转探头方向的方法消除了工频50Hz的部分谐波干扰,同时探测曲线的重复性也非常好,得到了相应井位的超低频电磁探测数据.在对深部热水储层和盖层岩性界面进行地质解释后,得到热储层赋存深度的绝对误差为23-50 m,盖层岩性界面的相对误差小于6.3%.探测结果表明借助被动式超低频电磁探测仪,可以较准确地获得深部岩溶裂隙地热水的分布信息.