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.     

多层电磁波测井反演

针对轴对称二维非均匀介质地层,以两接收线圈的相位差和幅度比为附加条件,建立了反演地层介电常数和电导率的电磁波测井反演数学模型．针对反问题的不适定性,利用正则化方法建立了反演的选代法．为克服层位较多时整体反演在存贮量、计算量等方面的问题,考虑了一种每次反演一个目的层的多层反演方案,并针对6层和10层模型进行了数值模拟．模拟结果表明,以相位差和幅度比为测井响应来反演介质电性参数是可行的,并适合于薄层解释,但对多层模型不能采用整体反演．     

多层电磁波测井反演

针对轴对称二维非均匀介质地层,以两接收线圈的相位差和幅度比为附加条件,建立了反演地层介电常数和电导率的电磁波测井反演数学模型．针对反问题的不适定性,利用正则化方法建立了反演的选代法．为克服层位较多时整体反演在存贮量、计算量等方面的问题,考虑了一种每次反演一个目的层的多层反演方案,并针对6层和10层模型进行了数值模拟．模拟结果表明,以相位差和幅度比为测井响应来反演介质电性参数是可行的,并适合于薄层解释,但对多层模型不能采用整体反演．     

电磁波测井的混合波模型

本文提出一种混合波模型,用电偶极子和磁偶极子等效裂缝天线,兼顾了以往各种理论模型的优点.对胜利油田的电磁波测井（EPT）资料,分别用混合波模型和平面波模型求解得到的介电常数代入各种解释模型,计算储层的含水饱和度,再与实际岩芯测量建立的关系相比较,证明混合波理论模型更合理,解释结果更接近实际.     

电磁波测井的混合波模型

本文提出一种混合波模型,用电偶极子和磁偶极子等效裂缝天线,兼顾了以往各种理论模型的优点.对胜利油田的电磁波测井（EPT）资料,分别用混合波模型和平面波模型求解得到的介电常数代入各种解释模型,计算储层的含水饱和度,再与实际岩芯测量建立的关系相比较,证明混合波理论模型更合理,解释结果更接近实际.     

电磁波测井的现状和发展趋势

作为地球物理测井重要手段之一的电磁波测井能够同时测量井周地层的电导率和介电常数,而这些常数对于评价地层的含油性是至关重要的．前苏联在这方面的研究起步最早,并取得了重要的成果．而目前投入商用的主要美国等石油公司的产品．我国在这方面的研究也起步较早,但由于技术上的原因,目前还没有投入商用的产品．在未来的发展中,应针对一些理论和技术上的难点分别突破,尽快推出我国自己的电磁波测井仪器和解释手段．     

瞬变电磁波测井边界远探测方法研究

随钻地质导向钻井的关键在于对边界的探测,为提高仪器探测深度,时谐源激励的电磁波测井方法通常采用降低频率、增大源距的方式.瞬变电磁波测井信号源的突然关断产生会产生感应涡流,涡流随时间向地层深部扩散,与时谐源激励方式相比,其探测深度更大且测量过程不受信号源的干扰.因此,本文提出一种时间域瞬变电磁波测井边界远探测方法,采用余弦变换的数值滤波算法,模拟层状地层同轴发射接收线圈的瞬变电磁波测井响应,结果显示,地层电导率越大,电磁波传播速度越慢,测量晚期感应电动势与地层电导率线性相关;通过定义层状介质总场与线圈系所在当前层背景场的差值可方便提取界面信息,对界面的探测距离可达数十米;瞬变电磁波测井响应受源距的影响很小,为利用短源距实现远探测提供了可能.瞬变电磁波测井与时谐源电磁波测井相比优势明显,在电磁波测井领域中应用前景广阔.

     

对称化测量高频电磁波测井的优化组合研究

采用对称化测量可克服现有单发双收高频电磁波测井仪器（ＤＰＴ）由于收－发不对称结构导致的幅度比测井曲线严重失真的缺陷,提高ＤＰＴ的纵向分辨率．通过对二线非均质测井环境下ＤＰＴ响应的数值模拟,指出选用原频率较低、源距较长仪器的相位差测量与源频率较高、源距较短仪器的幅度比测量进行组合,可获得高品质的视介电常数和视电阻率曲线,显著提高ＤＰＴ的资料解释能力．这里源频率的恰当选择起着关键作用．     

对称化测量高频电磁波测井的理论研究

应用半解析数值模式匹配法研究了在含有任意数目的水平与柱状分层介质中的电磁波测井响应，通过数值模拟，发现现有的单发双收高频电磁波测井仪器由于其收，发结构不对称，往往会导致幅度比测井曲线的严重失真，使得它与相位差测井曲线很不匹配，大大降低了仪器的分辨能力；并指出现有仪器的的这种缺陷可以采用对称化测量来克服。本文首次系统考察了对称化测量高频电磁波测井的侵入和围岩影响，发现围岩影响可使相位差测量出现负响应     

电磁波传播测井中的侧面波传播

在电磁波传播测井中,侧面波是重要的波模.本文利用迭代法导出了侧面波解的简单而精确的公式,研究了泥饼对侧面波的影响及侧面波的传播规律,并利用该简单公式对频率选择、源距选取及如何改进测井解释作了讨论.     

电磁波传播测井中的侧面波传播

在电磁波传播测井中,侧面波是重要的波模.本文利用迭代法导出了侧面波解的简单而精确的公式,研究了泥饼对侧面波的影响及侧面波的传播规律,并利用该简单公式对频率选择、源距选取及如何改进测井解释作了讨论.     

双单轴各向异性地层中定向电磁波测井的井中偏心模型计算及影响因素分析

本文在考虑电导率单轴各向异性和磁导率单轴各向异性介质的基础上,基于并矢格林函数的谱解形式推导了定向电磁波测井在仪器处于偏心位置时,对双单轴各向异性地层响应的伪解模型,并通过与数值模式匹配方法结果对比验证算法的精度.在此基础上,计算了定向电磁波测井在仪器偏心条件下的旋转测量结果,发现仪器对目标层方位和距离的判断受到仪器偏心的严重影响.此外,本文将旋转测量结果转化成耦合电压矩阵,分析各电压分量对各向异性地层的响应能力受到仪器偏心的影响规律.     

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.     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感，在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度，首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数，在此基础上建立反演初始地层模型。通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数，采用改进的阻尼型高斯-牛顿算法，实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演，对含17个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行了反演计算，测井响应的反演精度达到2.0%（平均相对误差），电参数的误差为4.4%。     

多频电磁波传播测井信号测量系统

大量岩石物理实验研究证实地层的复电阻率频谱信息在储层评价方面具有广阔的应用前景,开展多频电阻率测井相关技术研究有利于相应岩石物理研究成果的落地推广.本文基于电磁波传播测井原理对多频电阻率测井的信号测量技术进行了研究.信号测量系统的核心单元为数字信号处理芯片DSP,配合高频VGA(可变增益放大器)芯片和数模转换器实现了高宽频带信号的可编程增益放大.为简化系统结构并降低硬件成本,利用直接频率合成器DDS、乘法器和低通滤波单元对测量信号在不损失信号幅度和相位信息的条件下进行了降频处理,降频后的信号频率固定为50 kHz,与测量信号无关.利用高精度模数转换芯片和FIFO缓存芯片,配合的DFT算法实现了两路高频信号相位和幅度的高速采集计算.由于检波信号频率固定且与测量信号频率无关,DFT算法得以简化以提升幅相分析效率.设计了幅度比和相位差已知的刻度电路对信号测量系统在250 kHz～8 MHz频带内的测量性能进行了测试,在测试频带内的相位差测量绝对误差低于0.3°,幅度比测量绝对误差小于0.6 dB.设计的多频电磁波传播测井信号测量系统具有稳定的测量精度,研究成果对于多频电磁波传播测井的工业化研...     

二维轴对称介质中电磁波测井的响应函数

单发双收电磁波测井测的是两接收线圈的感应电动势之间的相位差和幅度比及测井响应与地层介电常数和电导率两者有关的一般情况,对此本文推导出其在二维轴对称介质中响应函数公式,给出它的快速算法.通过建立二维非均质反演Jacobi矩阵与响应函数的关系,开辟了Jacobi矩阵快速算法构造的有效途径.从理论上得到了在均匀介质中相位差和幅度比对地层的介电常数和电导率的空间分布探测特性具有交叉互补性的结果,即相位差对电导率（介电常数）的空间分布敏感区域和幅度比对介电常数（电导率）的空间分布敏感区域是相同的.     

瞬变电磁波测井井旁异常体定量表征方法研究

瞬变电磁波测井是地下介质探测的重要方法之一,特别适用于井旁异常体的探测.然而,井旁异常体的电磁响应多种多样且复杂,急需一种精确定位和定量表征的方法.这种方法要能准确识别异常体的关键属性,如位置、形状、尺寸和电性质,并提供定量描述.本文采用三维时域有限差分方法研究了均匀地层、水平层状异常体和三维块状异常体的瞬变电磁场响应,对异常体的电阻率和位置等因素进行了考察,了解其对测量响应的影响.通过分析散射体产生的响应,揭示了层状介质的延伸情况,以及三维块状孤立异常体的位置、大小和响应规模的重要信息.基于全区视电阻率反演方法,提出了层状井旁异常体电性剖面反演技术.针对全区视电阻率反演方法在晚期信号无法准确反映地层电阻率真实变化的问题,提出了结合梯度寻优算法的纵向地层电阻率剖面反演方法.此外,采用烟圈反演算法,实现三维块状异常体电性剖面反演.改进的探测方法可实现井旁异常体的定量表征,显著提高了井旁孤立异常体位置和电性提取的精度,整体表征误差小于5%.这种改进的探测方法对石油和固体矿产勘探具有重要意义,有助于确定油气和固体矿产资源的分布和储量.能够指导勘探活动的决策和优化资源开发方案,从而提高井旁异常体探测的精度和可靠性.同时,准确探测地下异常体有助于了解地下结构特性,指导工程设计和施工,提高工程建设的效率和安全性.     

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1~100 Ωm变化时,工作频率2 MHz下幅度比探测深度约为0.6~2.3 m,相位差为0.3~0.8 m,幅度比50%纵向积分敏感性层厚约为0.3~1.6 m,相位差约为0.2~0.6 m;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0.1~0.2 m,远小于地层电阻率的影响.

     

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.     

多相流动电磁波成像测井测量敏感场计算

在多相流动电磁波成像测井研究中,测量敏感场是设计测量仪器和研究图像重建算法的前提工作. 本文用数值方法计算多相流动电磁波成像测井测量敏感场. 根据测量探头电极阵列的对称性,将三维敏感场问题划分为轴向和横向两个平面问题,然后应用有限元算法求解两个平面电势分布问题,对于不同介质模型,计算各种测量条件下测量区域内电势分布,进而根据电势分布计算测量敏感场. 结果表明测量敏感区域为发射电极到测量电极的弧形区域,在发射电极到测量电极的电势梯度线上,测量敏感函数近似于一个指数函数.