高频感应测井仪器的响应特性及其应用研究

本文从高频感应测井仪器(VIKIZ)的线圈系结构及其工作原理出发,研究了仪器响应中井眼和偶极子模型的影响,获得了井眼校正方法和偶极子校正方法.同时提出了从高频测量信号中提取介电常数方法.研究表明,在盐水泥浆情况下,井眼因素对测井响应的影响不能忽略,要进行井眼校正.研究成果针对理想地层模型进行了验证,所开发处理软件已经成功用于处理实际测井资料中.     

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     

有限元感应测井模拟的背景场选择方法研究

在感应测井的有限元模拟中,为了消除源的奇异性,一般将总场分解为背景场和散射场.本文定量研究了不同背景场选择方法对计算精度的影响.首先,分析了在均匀和径向分层介质中不同背景电导率对长短源距线圈系有限元模拟结果的影响;其次,利用三层介质模型对比了选择源点附近和线圈系中点附近地层电导率作为背景电导率的结果.研究结果表明,如果在选择背景场时,只考虑源附近的散射场梯度而不同时考虑源和接收器附近的散射场梯度,计算误差明显增大.在此基础上提出一种利用Gianzero几何因子计算的视电导率作为背景电导率的新的背景场方法.该方法综合考虑了围岩、井眼、线圈距等因素,特别是在介质分界面处,可有效减小计算误差,并取得了满意的精度.本研究为复杂环境下的感应测井模拟的背景场选择提供了指导和依据.     

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.     

井环境对阵列感应测井响应的影响分析

阵列感应测井资料经常出现与井眼环境有关的质量问题.采用三维矢量有限元法分别在椭圆形井眼、仪器偏心及斜井条件下的阵列感应测井原始响应进行了模拟,并对环境校正和合成聚焦后的数据进行了分析.结果表明,线圈距较短的原始测量信号更易受井眼椭圆度、仪器偏心、泥浆电阻率及与地层电阻率反差的影响;而合成聚焦后的浅探测曲线虽然经过了环境校正和合成聚焦等数据处理,但仍然受这些因素的影响,这反映出阵列感应测井的数据处理是不完善的或采用的校正模型是理想化的;在井斜影响方面,浅探测曲线受井斜角大小影响相对较小,深探测曲线在井斜角为60°以上时受其影响较大而必须进行进一步处理.     

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.     

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．     

用相位感应测井数据反演地层电阻率和介电常数

基于相位感应测井的两个接收线圈获取的总场相位差和幅度比曲线,在二维轴对称非均匀介质中同时反演地层电阻率和介电常数. 通过相位差和幅度比测井曲线提取地层纵向边界位置的初始值,利用测井响应方程和变分原理建立反演方程,然后采用共轭梯度(CG)法进行求解. 对多层地层的电阻率、介电常数和纵向边界位置进行整体反演,模拟计算结果表明了方法的可行性.     

Wideband dipole logging based on segment linear frequency modulation excitation

A wideband dipole signal is required for dipole dispersion correction and near-borehole imaging. To obtain the broadband flexural wave dispersion, we use a nonlinear frequency modulation (NLFM) signal and propose a segment linear frequency modulation (SLFM) signal as the dipole excitation signal to compensate for the excitation intensity. The signal-to-noise ratio (SNR) of the signal over the entire frequency band is increased. The finite-difference method is used to simulate the responses from a Ricker wavelet, a linear frequency modulation (LFM) signal, an NLFM signal, and an SLFM signal in two borehole models of a homogeneously hard formation and a radially stratified formation. The dispersion and radial tomography results at low SNR of the sound source signals are compared. Numerical modeling suggests that the energy of the flexural waves excited by the Ricker wavelet source is concentrated near the Airy phase. In this case, the dispersion is incomplete and information regarding the formation near or far from the borehole cannot be obtained. The LFM signal yields dispersion information near the Airy phase and the high-frequency range but not in the low-frequency range. Moreover, the information regarding the formation far from the borehole is not accurate. The NLFM signal extends the frequency range of the flexural waves by compensating for the excitation intensity and yields information regarding the formation information, but it is not easy to obtain. The SLFM signal yields the same results as the NLFM signal and is easier to implement. Consequently, the dipole detection range expands and the S-wave velocity calculation accuracy improves.     

海洋磁测日变校正的纬度改正方法研究

目前,在远海开阔性海域磁测中,尚难以有效设立日变站,致使日变改正仍存在着困难.本文利用地磁台站实测资料对地磁日变的纬度分布特征进行研究,发现日变值随纬度变化具有由Sq电流中心向南北两侧递增的规律,且二者之间的关系可用二次函数近似描述。以此规律为基础我们建立了纬度改正方法,该方法以经度链为基站,利用基站数据得到日变值与磁纬度的拟合函数以进行纬度改正,再调整时差作为经度校正即得到计算站的日变值.实测数据计算结果表明,相较于加权平均法,此方法在远距离(经度差达40°)仍能保持较高的校正精度(< 4 nT),因而能更好地适用于远海磁测.

     

Effects of boundary conditions on vibrating mode of acoustic logging dipole transducer

Acoustic transducer is an important part of acoustic well logging tool. In this paper,ANSYS software package is used to design acoustic dipole transducer and simulate vibrating mode of the dipole transducer in different mechanical boundary conditions. The results show that boundary conditions influence the number of vibrating mode in the same frequency band and the frequency value of the same vibrating mode. Several acoustic dipole transducers are designed according to the results of numerical simulation and laboratory measurements. The basic frequency of vibrating mode of experi-ment has good agreement with that of simulation. The numerical simulation plays a good guidance role in designing,producing and correctly installing the acoustic dipole transducer.     

Wave effects in the field of a high-frequency horizontal electric dipole

A normal electromagnetic field of the high-frequency horizontal electric dipole is analyzed with allowance for the displacement currents in the earth and air. The components of the field are calculated by the method of partial integration for nonsmooth behavior of the integrand. The boundary between the quasistationary and wave zone of the source is established according to the results of calculations. The effects arising in the wave zone due to the displacement currents in the air are considered. The results of the calculations are confirmed by field experiments.     

过套管地层电阻率曲线环境影响校正方法研究

过套管电阻率测井是在金属套管井中测量地层电阻率的一种电法测井技术,其测量结果受套管、层厚/围岩、水泥环等井眼环境因素的影响,所以在进行过套管电阻率测井资料解释时必须进行测井环境影响因素校正.本文在论述过套管电阻率测井原理的基础上,针对大庆油田引进的俄罗斯过套管电阻率测井仪器ECOS,分别考察了层厚/围岩、水泥环对测量结果的响应规律,利用正演模拟方法研制完成了层厚/围岩影响校正图版以及水泥环影响校正图版.在计算机上实现了层厚/围岩、水泥环影响校正的算法,并利用模型算例和测井实例验证了本文方法的合理性.该方法能够减少水泥环的影响,提高层厚小于1.0 m薄层电阻率的测量精度,为过套管电阻率测井资料正确解释提供了保障.     

用传播矩阵法研究层状交错地层中的多分量感应测井

为了实现交错沉积等复杂环境中的电磁场数值模拟,本文在常规横向同性模型的基础上引入了电导率主轴坐标系相对地层坐标系的层理方位角和倾角,建立了交错地层模型.并利用传播矩阵法建立了一维层状交错地层模型中的多分量感应测井仪器响应的正演模拟算法.首先将频率-波数域中的电磁场分解为上行和下行模式波,给出了任意朝向的磁偶极子在无限大地层中模式波的解析解.进一步通过引入地层界面上的透射、局部反射以及广义反射系数矩阵,推导了一维层状地层中的模式波表达式.在此基础上,利用二维Gauss-Legendre积分实现了Fourier逆变换,得到了可用于多分量感应测井模拟的频率-空间域磁场并矢格林函数.最后,通过多个数值模拟结果考察了井眼倾角、层理方位角和倾角变化对多分量感应测井响应的影响.     

用传播矩阵法研究层状交错地层中的多分量感应测井

为了实现交错沉积等复杂环境中的电磁场数值模拟,本文在常规横向同性模型的基础上引入了电导率主轴坐标系相对地层坐标系的层理方位角和倾角,建立了交错地层模型.并利用传播矩阵法建立了一维层状交错地层模型中的多分量感应测井仪器响应的正演模拟算法.首先将频率-波数域中的电磁场分解为上行和下行模式波,给出了任意朝向的磁偶极子在无限大地层中模式波的解析解.进一步通过引入地层界面上的透射、局部反射以及广义反射系数矩阵,推导了一维层状地层中的模式波表达式.在此基础上,利用二维Gauss-Legendre积分实现了Fourier逆变换,得到了可用于多分量感应测井模拟的频率-空间域磁场并矢格林函数.最后,通过多个数值模拟结果考察了井眼倾角、层理方位角和倾角变化对多分量感应测井响应的影响.

     

用于固体矿床多分量感应测井响应模拟的矢量有限元法

本文开发了基于非结构化四面体网格的三维矢量有限元法,实现了固体矿床井眼中多分量感应测井响应的数值模拟,并分析了多分量感应测井仪器在复杂矿床模型中的响应特征.本文通过采用几何因子背景场,有效地避免了源的奇异性问题;同时,在井眼边界采用非均质网格并用Gauss-Legendre积分计算四面体单元的等效电导率.利用LU分解求解线性方程组,实现了一次网格划分多点的数值计算,提高了计算效率,从而实现快速连续的多分量感应测井模拟.非结构化的四面体网格确保了该方法可以模拟实际问题中所能遇到的复杂的矿体模型.基于水平三层分层和径向分层模型,验证了算法在各向同性和各向异性介质中的可靠性.我们还以三个不同的矿床模型为例,研究了多分量感应测井仪的不同分量的探测特性,结果表明,结合九个分量的信息,可以探测矿体的深度,也可以识别矿体的方位和走向,为精确地描述矿体的三维分布特征打下了基础.