感应测井视电导率和真电导率关系的积分方程

本文研究感应测井仪器测量的感应电动势和视电导率的关系、视电导率和地层真电导率的关系.假定格林函数中的电导率是场点坐标的函数,运用格林公式推导出电场强度的视电导率表达式,建立了视电导率和真电导率关系的积分方程,通过对所得积分方程的深入分析,得出等效电导率与视电导率相等以及视电导率函数值包含真电导率两个结论,并提出由井轴视电导率函数求取真电导率的方法,通过数值计算验证了本文提出的方法的有效性.按照上述做法,仪器每移动一点,发射线圈产生一个电场分布,若干接收线圈得到一个视电导率分布,这就形成了感应电场测井.     

混合物电导率公式及其在测井解释中的应用

从电场的微分方程出发,得出了混合物电导率的两个公式:1.关于导体和导体形成的混合物的电导率公式;2.关于导体和绝缘体形成的混合物的电导率公式。将这两个公式应用于测井解释,对解释泥质砂岩的双水模型作了有效的改进。     

混合物整体电导率的研究

研究由几种导体成分掺杂的混合物的整体电导率.对欧姆定律求平均,得到混合物电导率定义.对电流连续性方程求平均,得到混合物中电场增量方程.求电场增量方程在同种成分上的平均,并结合混合物电导率定义,得到混合物电导率公式.现有的三种混合物结构下电导率公式（电导率串联公式、并联公式和整体各向同性混合物电导率公式）都是混合物电导率公式的特例.进一步分析得出结论,混合物整体电导率是各成分电导率与整体电导率结构并联后的体积串联.     

地震电离层异常电场模拟及初步研究

强地震会造成电离层电场发生异常变化.基于大气层-电离层电动力学理论对地震电离层异常电场开展数值模拟和研究,将理论推导出来的电离层异常电场方程扩展到球面坐标系中,并且考虑到电离层层电导率的各向异性,建立新的地震电离层异常电场模式.引进一个电离层层电导率经验公式(Nopper and Carovillano,1979),对中低纬度地震电离层异常电场特性进行数值模拟.模拟结果表明:附加电流引起电离层异常电场范围远大于自身在地表上的分布.且发生在低纬地区的异常电场主要成分是纬向电场,在东西两侧显偶极子分布.在额外电流分布相同的情况下,夜晚生成的异常电场更显著,存在昼夜差异.     

基于简化的Pride理论模拟声电效应测井响应

针对声电效应测井问题，提出了一种全波列数值模拟方法.该方法忽略声电效应测井 时转换电场对声场的影响,并将电场视为似稳场.采用点声源模型，依据Biot理论得出了井外 孔隙介质声场的表达式，运用这些表达式和似稳电场近似方法，导出了声电效应测井时转换 电场的计算公式.在计算出的转换电场波形中，有伴随斯通利波的电场、伴随纵波和横波的 电场、和临界折射电磁波场.在25kHz以下的频率范围内，依据这种方法计算出来的声电转换 波波形与依据完整Pride理论计算的波形一致.     

基于差分方程和通用阿尔奇方程的含黄铁矿混合泥质砂岩电阻率模型

针对现有导电模型很难描述含黄铁矿混合泥质砂岩储层导电规律的难题,本文设计并压制了黄铁矿骨架纯岩样,以及不同分散泥质、层状泥质和黄铁矿含量的石英骨架人造岩样,测量了岩样岩电及配套实验数据,从实验角度分析了黄铁矿含量变化对岩石导电性的影响。考虑到岩石中不同物质成分间导电特性的差异,提出将含黄铁矿混合泥质砂岩分为层状泥质、石英颗粒、黄铁矿颗粒、油气、分散粘土颗粒、微孔隙水和可动水,将电导率差分方程与通用阿尔奇方程相结合,利用电导率差分方程描述在主介质中添加分散相介质的导电规律,而利用通用阿尔奇方程描述两种导电介质组成的混合介质的导电规律,在此基础上利用并联导电理论描述分散泥质砂岩与层状泥质的导电规律,建立了一种能够有效描述含黄铁矿混合泥质砂岩导电特性的新型通用电阻率模型。理论验证表明所建立的电阻率模型满足物理约束条件,且预测的导电规律与实验规律相一致,即随着黄铁矿颗粒含量和电导率的增加,R_t和I值均减小。利用实验测量的46块人造岩样在不同含油饱和度下的岩电实验数据,验证了该模型完全能够描述黄铁矿骨架纯岩样、石英骨架混合泥质砂岩岩样,以及骨架含部分黄铁矿的混合泥质砂岩岩样的导电规律。实现了含黄铁矿混合泥质砂岩地层饱和度的准确求取,有效的提高了复杂储层测井解释评价的精度。     

矿化度界面对震电测井波场的影响

震电测井的现场试验中测得电磁首波幅值大于伴随电场幅值,这种情况在前人的理论模拟和模型井测量中从未出现.本文研究矿化度界面对震电测井波场的影响,基于Pride方程和边界连续条件模拟了震电测井波场,其中井外孔隙地层可以视为均匀的或者是径向分层的.计算结果表明:对于均匀孔隙地层,当井内流体矿化度大于井外地层孔隙流体矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;井内流体矿化度与井外地层孔隙流体矿化度的比值越大,电磁首波相对伴随斯通利波的电场的幅值越大.对于径向分层地层,当井内流体矿化度大于内层地层的孔隙流体矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;当外层地层矿化度小于内层地层矿化度时,电磁首波幅值可以比伴随斯通利波的电场幅值还大;增加内层地层厚度,电场全波幅值减小,电磁首波相对伴随电场的幅值减小.本文的模拟结果表明,震电测井中确实会出现电磁首波幅值比伴随电场幅值还大的情况,这对于解释震电测井的测量结果具有指导意义.     

沙尘暴电效应的实验观测研究

利用国内大型风沙物理风洞实验模拟沙尘暴电现象,研究风沙起电机理,结果表 明,不同风速下不同沙粒会产生不同极性的电场强度和电位效应,风沙电随风速增大而增强 ,且随沙粒度增大而减小. 在沙漠区的16m,8m,4m和1m高度上观测到27次不同沙尘暴天气 过程的电场和风速随时间变化. 结果表明, 在晴天4个高度上的电场均为小正电场值,电场 随高度降低而减小,最大电场强度在5kV/m以下,日风速变化对各层电场起伏没有较大影响 . 有沙尘天气,各高度上的电场强度随风速变化而变化. 16m高度上电场均为负值,平均值 为 -20kV/m;中层8m 电场一般为较高正电场值,达到10～40kV/m,与16m高度上电场呈反相 关;下层1m 电场值变化一般很小,在1kV/m以下. 在强沙尘暴天气4个高度上的电场均为负 电值,电场值随高度降低而减小,16m高度上最大平均电场强度达到-200kV/m以上,瞬时值 超过 -2500kV/m,与晴天电场矢量相反.     

混合物电导率和介电常数的研究

应用电场理论研究混合物的电性，得出了混合物的电导率公式和介电常数公式．这一结果表明：混合物的电导率决定于混合物各成分电导率的均值和方差；混合物的介电常数决定于混合物各成分介电常数的均值和方差．作为所得结果的应用，给出了岩石的电导率公式和介电常数公式．     

有效介质对称导电理论在复杂泥质砂岩中应用基础研究

复杂泥质砂岩储层的饱和度评价一直是测井解释领域亟待解决的难点和热点问题,基于并联导电理论和阿尔奇公式建立的导电模型扩展性有限,在一定程度上限制了该类模型扩展描述孔隙结构更复杂的高泥高钙砂岩储层的导电规律,而有效介质对称导电理论能很好地描述复杂泥质砂岩储层导电规律,具有很好的应用前景,但仍需深入研究.首先针对纯砂岩,使用有效介质对称导电理论建立纯砂岩有效介质对称导电模型,理论分析与实验研究表明纯砂岩有效介质对称导电模型优于阿尔奇方程,不但可以描述纯砂岩阿尔奇规律,而且可以描述纯砂岩非阿尔奇规律,并且满足当孔隙度等于1时地层因素等于1,以及当含水饱和度等于1时电阻增大系数等于1的物理约束,可更好地描述纯砂岩导电规律.其次,针对分散泥质砂岩,使用有效介质对称导电理论建立泥质砂岩有效介质对称导电模型,理论分析与实验研究表明,泥质砂岩有效介质对称导电模型优于泥质电阻率模型和双电层模型,不需要采用经验拟合就能完整地描述饱含水分散泥质砂岩的电导率与地层水电导率之间曲线和直线关系,模型预测的粘土含量和粘土电导率变化对岩石导电规律的影响与理论认识相符,可更好地描述分散泥质砂岩导电规律.第三,针对两组分混合介质,使用有效介质对称导电理论、并联导电理论、串联导电理论,分别建立了有效介质对称导电方程、并联导电方程、串联导电方程,理论比较表明有效介质对称导电理论与并联导电理论和串联导电理论均不等价,即当两种组分混合介质遵循并联或串联导电规律时,混合介质的导电规律不能用有效介质对称导电理论描述.有效介质对称导电理论能够描述骨架和水以及粘土均为连续项的岩石导电规律.它通过引入渗滤指数和渗滤速率几何参数来描述各种组份的连通性、表面的粗糙度、形状、润湿性等对岩石导电性的影响,因此,有效介质对称导电理论的适用性更广,可用于描述孔隙结构更复杂的高泥高钙砂岩储层的导电规律.     

Integral equation of relationship on the apparent conductivity and true conductivity in induction logging

This paper investigates the relation between the induced electromotive force measured by induction logging tool and the apparent conductivity, and the relation between the apparent conductivity and the formation true conductivity. Assuming the conductivity in Green’s function to be the function of the field point coordinate, the apparent conductivity expression of electric-field intensity is derived using Green’s formula, and the integral equation has been established representing the relationship of the apparent conductivity with the true conductivity under this condition. The integral equation is analyzed and then leads to the conclusion that the equivalent conductivity is the apparent conductivity and the values of the apparent conductivity function contain the true conductivity, and the method derived the true conductivity from the apparent conductivity around the well axis is put forward. The validity of the approach given in this paper is verified through numerical calculation. On the basis of above means, the transmitter coil produces an electric-field distribution in formation at every point where the induction logging tool moves along a wellbore, and a number of the receiving coils obtain an apparent conductivity distribution; this is what induction electric-field logging is.     

CEC比值法在凝灰质砂岩储层测井评价中的应用——以海-塔盆地X凹陷凝灰质砂岩储层为例

凝灰质砂岩储层一直是测井评价中的难点.凝灰质的存在使储层的孔隙结构和物性变化都很大,其含量直接影响储层参数的求取,对储层饱和度的影响不容忽视.本文以海-塔盆地X凹陷的凝灰质砂岩储层为例进行测井评价研究.基于泥质和凝灰质的测井响应差异利用粒子群和细菌觅食的混合优化算法计算储层中两者的含量,然后通过阳离子交换量(CEC)的实验数据验证了凝灰质具有导电性,进而利用CEC与电阻率之间的关系得到凝灰质电阻率的计算方法,并且应用到饱和度的计算,最终得到了一种新的计算凝灰质砂岩储层饱和度的方法——CEC比值法,并取得了良好的应用效果.     

Appreciation of spherically symmetric models of electrical conductivity

A procedure is suggested of a more effective and faster computation of the impedance, the transfer function and amplitudes of the induced field in a spherically symmetric model of the electrical conductivity. The existing induction data have been supplemented by about 80 new values derived from the analysis of daily means. The fit of the existing 1-D models of the electrical conductivity of the mantle to the set of induction data is investigated. The characteristic equation for the free electromagnetic oscillations of a radially inhomogeneous Earth is derived and its possible importance in solving the inverse problem of electric conductivity is pointed out.     

利用毛管模型研究泥质砂岩电化学测井响应机理

自然电位和激发极化电位测井响应所涉及的离子导体激发极化电位的微观机理解释,主要依据双电层形变假说和浓差极化假说,缺少定量描述的数学模型和理论体系.本文利用孔隙介质的微观毛管模型,给出了毛管模型中双电层理论和阳离子交换量与Zeta电位的关系,推导出毛管中离子流量和电流强度表达式.由电荷守恒定律和物质守恒定律,推导出毛管中离子浓度分布的解析表达式,建立了描述含水泥质砂岩激发极化电位和自然电位的数学模型.从而系统地严格证明了含水泥质砂岩激发极化现象是在电流场和浓度梯度场的共同作用下,由孔隙中离子浓度浓差极化电位和双电层形变电位形成的.并且证明了描述泥质砂岩自然电位的数学方程和描述激发极化电位的数学方程及形成机理是一致的.计算结果表明：激发极化极化率随孔隙度和渗透率的增大而减小;极化率随溶液浓度的增加而减小,随阳离子交换量的增加而增加;证明了地层水浓度、阳离子交换量是影响自然电位大小的主要因素.     

基于二维图像的数字岩心电导率计算方法研究

电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关系,并进一步通过三维数字岩心的孔隙度计算其电导率.该方法计算得到的人工砂岩样品的电导率与其三维数字岩心电导率相关系数高于96%,验证了基于二维图像的数字岩心电导率计算方法的有效性.本文的研究结果为快速、准确地计算岩石电导率提供了新的思路,在油气勘探开发中有广阔的应用前景.     

海底电性源频率域CSEM勘探建模及水深影响分析

为了探索我国海域油气和水合物等高阻目标体CSEM勘探的可行性和方法技术,本文研究了在海水中水平电性源激励下有限水深海洋地电模型的频率域电磁响应,为进一步的1D和3D仿真计算奠定了理论基础.在推导电磁响应公式时,首先给出了各层介质的Lorentz势,然后根据Coulomb势与Lorentz势的关系,得到了各层介质的Coulomb势.各层介质中的电磁场均可以由Lorentz势或者Coulomb势计算得到,但在有限元计算时Coulomb势具有优势.长导线源的电磁场和势函数可以由电偶源的电磁场和势函数沿导线长度积分得到.文中具体给出了海水中水平电偶源和长导线源在海水层的电磁场公式,并根据该公式计算了不同水深环境下海底表面的电磁场分布,分析了海水深度对海底油气储层电磁异常的影响.结果表明,随着水深减小,异常幅度和形态特征发生明显变化.当水深很浅时(如50 m),只有同线方向的E_x和E_z两个电场分量存在明显异常.最后,以两个已知海底油田为例,计算了不同水深环境下可观测到的电场异常,展示了电性源频率域CSEM在海底勘探中(包括浅海环境)的良好应用前景.对于该方法实用化过程中还需进一步解决的问题,文中结尾部分也进行了初步探讨.     

One Solution of the Forward Problem of DC Resistivity Well Logging by the Method of Volume Integral Equations with Allowance for Induced Polarization

For theoretically studying the intensity of the influence exerted by the polarization of the rocks on the results of direct current (DC) well logging, a solution is suggested for the direct inner problem of the DC electric logging in the polarizable model of plane-layered medium containing a heterogeneity by the example of the three-layer model of the hosting medium. Initially, the solution is presented in the form of a traditional vector volume-integral equation of the second kind (IE2) for the electric current density vector. The vector IE2 is solved by the modified iteration–dissipation method. By the transformations, the initial IE2 is reduced to the equation with the contraction integral operator for an axisymmetric model of electrical well-logging of the three-layer polarizable medium intersected by an infinitely long circular cylinder. The latter simulates the borehole with a zone of penetration where the sought vector consists of the radial J_r and J_z axial (relative to the cylinder’s axis) components. The decomposition of the obtained vector IE2 into scalar components and the discretization in the coordinates r and z lead to a heterogeneous system of linear algebraic equations with a block matrix of the coefficients representing 2x2 matrices whose elements are the triple integrals of the mixed derivatives of the second-order Green’s function with respect to the parameters r, z, r', and z'. With the use of the analytical transformations and standard integrals, the integrals over the areas of the partition cells and azimuthal coordinate are reduced to single integrals (with respect to the variable t = cos ? on the interval [?1, 1]) calculated by the Gauss method for numerical integration. For estimating the effective coefficient of polarization of the complex medium, it is suggested to use the Siegel–Komarov formula.     

泥质砂岩黏土附加导电强度评价指数定义及应用方法

针对泥质砂岩黏土附加导电还没有综合定量评价指标的现状,从Archie公式和Waxman-Smits方程计算的含水饱和度的相对误差出发定义了黏土附加导电强度指数η,并考察了地层水电导率C_w、阳离子交换容量Q_v、含水饱和度S_w、饱和度指数n对η的影响,给出了黏土附加导电强度判别方法和图版,通过低阻油气层的工程应用实例探讨了η在饱和度方程选取中的应用.结果表明,η随C_w、S_w、n值的增大而以近似乘幂规律减小,随Q_v的增大而近似线性增大;C_w与Q_v对η的影响最大,n与S_w次之;无法由单一因素判断黏土附加导电性强弱,必须综合考虑Q_v、C_w、S_w、n的影响;对于低阻油气层,可利用该指数按照"三步法"及判别图版定量判断低阻成因并为饱和度模型的选取提供技术依据.     

利用阵列感应测井仪信号反演非均匀分布地层电导率

基于非线性积分方程,利用井轴上阵列感应成像测井仪（AIT）的单频测量信号,将变形玻恩（Bom）迭代方法用于地球物理测井反演,用正则化方法求出地层电导率分布。文中首先给出对于未知电导率分布的非线性积分方程,然后用玻恩近似使非线性积分方程线性化,求出电导率分布。在迭代过程中,数值模式匹配法用于求解阵列感应的正演问题。数值计算表明,用井轴上 AIT 的单频测量信号得到的成像结果与真电导率剖面分布吻合较好。