电缆地层测试器测井应用综述

电缆地层测试器能提供地层动态的压力、温度、流体性质等信息,因而在油气勘探开发中得到广泛应用.本文从流体取样、压力测量、温度测量等多个方面系统介绍了电缆地层测试器的功能和测井应用并进行了现场实例剖析,这对于全面了解电缆地层测试器的功能,认识其应用上的局限性,从而合理应用其测井资料具有指导意义.     

电缆地层测试最小测试时间的确定

电缆地层测试器是重要的地层评价仪器,可以测量地层压力和渗透率、识别流体类型、确定油水界面.然而在低孔低渗地层中,由于泥饼的封闭性差而造成的地层增压现象,致使无法测量到地层真实压力.同时由于长时间的测试,容易将仪器卡在地层中而造成事故.本文提出一种确定电缆地层测试最小测试时间的方法.利用有限元方法计算泥饼和原状地层中的压力分布情况,求取泥浆柱静压力的影响半径,继而确定储层的最小测试时间,并且针对渗透性不同的储层给出了最小测试时间的范围.电缆地层测试最小测试时间的确定,可以确保电缆地层测试器在低孔低渗储层中测量到地层的真实信息,减小由于测量时间过长而引起工程事故发生率.     

电缆地层测试器测量的油水两相有限元模型

在电缆地层测试器的测量过程中，油水两相共渗的情况普遍存在，此时其测量过程的数学模型是非线性的耦合场问题，无法用解析方法求解.加上测量中存在抽吸探针与地层、井筒接触面几何形状复杂、探针与地层尺寸相差悬殊等问题，使得应用渗流力学中较为成熟的有限差分方法求解数学模型也不能获得理想的结果.本文应用适合于处理复杂几何形状计算的有限元方法，根据地层测试器测试过程中油水两相渗流的数学模型，首次建立了地层测试器测量油水两相渗流的有限元模型，给出了验证和求解的实例.运用本文所建立的计算模型可以更准确地模拟测试过程中压力和饱和度随时间和空间变化的情况,为正确使用地层测试器提供指导.     

横向各向同性地层中随钻声波测井模式波分析

针对横向各向同性地层随钻声波测井模型,通过模式分析的方法,考察了快速地层和慢速地层井孔内随钻单极子、偶极子和四极子声源激发的斯通利波、弯曲波和螺旋波的相速度频散和激发强度特征,计算了这些模式波对于地层弹性常数的灵敏度,并与电缆测井中的情况进行了比较.结果表明:随钻斯通利波在低频时对地层弹性常数中c₆₆的灵敏度较电缆测井中有了很大提高,可用于反演地层水平向横波速度;随钻偶极子最低阶弯曲波在低频时不能用于直接获取地层横波信息,但在慢速地层中频率较高(例如6 kHz)时却可以间接得到地层垂直向横波速度;随钻四极子螺旋波的特征与电缆测井中的类似,可用于获取地层垂直向横波速度.     

电缆地层测试在低渗储层应用方法的研究

电缆地层测试技术在油气田勘探开发中得到了越来越多的应用,然而在低渗储层中的应用遇到了很大的挑战。本文通过数值模拟和现场资料分析了电缆地层测试在不同渗透性储层中的压力响应和抽吸流体的时间,指出在低渗储层中压降幅度大,压力恢复和抽吸地层流体的时间变长,容易造成预测试失败和仪器卡在井下的危险,阐明了在低渗储层中仪器的管储效应明显,地层容易出现超压现象。针对电缆地层测试在低渗透储层遇到的各种问题,本文在数据处理方面分析了FRA算法(Formation Rate Analysis)原理,探讨了其在低渗储层的适用性。在仪器选择上分析了大面积坐封胶垫探针(LAPA)和双封隔器模块在低渗储层的应用效果,同时指出精密数字泵抽技术是其成功应用于低渗储层的关键。     

电缆地层测试评价井旁裂缝的有限元数值模拟方法

本文采用有限元方法模拟了电缆地层测试器的双封隔器和谐波脉冲测试方法在井旁裂缝中的压力响应.根据裂缝性储层渗流力学原理,首先模拟了双封隔器压力测试在裂缝与井壁相交和不相交两种情况下的压力响应,模拟结果表明:当裂缝与井壁相交时,压力响应随裂缝导流性质的变化发生显著改变;当裂缝与井壁不相交时,除非裂缝的导流能力非常大或离井壁非常近,否则压力响应随着裂缝导流能力的变化并不明显.说明双封隔器测试方法可以有效评价与井壁相交裂缝的导流能力,而对远离井壁的裂缝并不敏感.谐波脉冲压力测试一直被用来探测地层的各向异性,本文通过数值模拟方法探讨和分析了谐波测试方法探测和评价与井壁不相交裂缝的可行性,数值模拟结果表明谐波的压力幅度和相位延迟对裂缝的导流能力变化敏感,说明该方法可以用来评价井旁裂缝.此外,本文还对脉冲频率和双探针间距对评价效果的影响进行了分析.     

地层波速的电缆和随钻动电测井实验研究

基于孔隙介质动电效应的测量方法在油气勘探领域有着巨大的潜在应用价值.本文针对理论预测的随钻动电测井可削弱钻铤波对地层声波干扰的问题,设计了室内随钻动电测井实验装置和测量系统,并在小尺寸砂岩模型井中开展了随钻动电测井实验研究.为了突出随钻动电测井技术的特点,本文先在砂岩模型井中进行了电缆声波测井和电缆动电测井实验测量,获得了地层声波的传播速度.然后又在同一模型井中进行了随钻声波测井和随钻动电测井实验,记录了这两种情况下的测井全波波形,比较了电缆声波/动电测井和随钻声波/动电测井的差异性,并进一步分析了钻铤波和井中动电转换信号的传播特性.本文还通过随钻动电测井的时域波形提取到被测地层的纵横波速度,从实验角度验证了随钻动电测井技术测量地层波速的可行性.此外,本文实验结果对随钻动电测井的仪器设计及现场测量也有参考意义.     

随钻斯通利波测井反演地层渗透率的理论、方法及应用

针对孔隙渗透地层的随钻声波测井问题,用Biot-Rosenbaum孔隙弹性波测井理论推导了孔隙地层的随钻井孔声场表达式.据此考察了随钻条件下井中斯通利波的波形、相速度频散、衰减以及相速度对渗透率的灵敏度,并与电缆测井中的情况进行了对比.数值模拟结果表明,随钻条件下斯通利波对地层渗透率的灵敏度相对于电缆测井有明显增加,更有利于用来反演地层渗透率.为快捷有效地处理现场测井数据和反演计算,采用简化Biot-Rosenbaum理论和钻铤的等效模型,对随钻斯通利波的频移和时滞进行联合反演.结果表明,随钻斯通利波反演的渗透率与核磁渗透率和岩心覆压测试渗透率符合较好,并且与常规测井曲线所反映的储层性质具有较好的一致性,证明了利用随钻斯通利波评价地层渗透率的有效性.     

倾斜地层中的井孔声场研究

研究声波在倾斜充液井孔中的传播对于声波测井数据处理和解释具有重要意义.应用三维交错网格有限差分方法模拟了处于倾斜各向同性分层地层中的井孔声场.首先,针对均匀地层中单极子声源在裸眼井中激发的声场,将有限差分的结果和实轴积分法的结果进行对比验证.然后,采用单极子和偶极子两种声源,针对地层分界面和井轴间的不同倾角,计算了相应的声场分布和井轴上的接收波形.数值计算的结果表明,当声源处于倾斜分界面以下,即处于快速（下方）地层,接收器处于倾斜分界面以上（慢速）地层时,随着地层倾斜角度的加大,测得的慢度值从接近上方慢速地层值逐渐减小直至接近下方快速地层的值.任何源距情况下测得的首波慢度均小于上方地层实际的纵波慢度.并且,慢度与源距的关系曲线随源距的加大逐渐平缓.用偶极子声源激发得到的横波慢度与纵波结果相同,并表现得比纵波对倾角的改变更敏感.上述结论在本文中用声场快照和利用合成接收波列的慢度计算得以清楚显示,并且用射线声学理论验证.     

软地层横波速度的偶极随钻测井反演

在电缆测井中,可以利用偶极声场中的弯曲波反演软地层的横波速度.然而,在随钻声波测井(LWD)中,钢制钻铤的存在使得井孔结构变得复杂,同时改变了井孔声场,弯曲波也变得难以测定.此外,弯曲波与钻铤波耦合在一起,使得地层横波速度的反演变得困难.本文计算分析了随钻声场的频散曲线和激发曲线,注意到了偶极舒尔特波在较宽频带内速度频散很弱,特别是在本文研究的软地层情况下,偶极舒尔特波速度在3至25kHz的频率范围内几乎为一个常值,并且该值与地层横波速度存在一一对应关系.舒尔特波速度远小于其他模式波速度,与其他模式波在时域上易分离.相对于其他地层参数,舒尔特波对地层横波速度十分敏感.因此,它可以用来反演软地层的横波速度.     

Gravity and magnetic field interpretation based on transformations of horizontal gradients in the VECTOR system

A method of potential field processing based on the transformation of vectors of the total horizontal gradient in windows of various sizes is considered. The gradients are calculated at the centers of triangles, whose vertices are points of observations, as a rule, of gravity and magnetic fields. Averaging of horizontal gradients of the field rather than initial values of the field is the main distinction of this approach from the known methods. This procedure, referred to in this paper as vector scanning of the field, makes it possible to obtain layer distributions of field sources in a 3-D diagram that is a quasi-density model of the study medium within the framework of certain model concepts. The paper presents a model example demonstrating the possibility of separating the fields produced by two sources located on a vertical line and an example illustrating the application of this method to the interpretation of the gravity field in the zone of the geodynamic influence of the Urals.     

Weimer电场模式在地球磁层内的特征

地球磁层中的电场是研究磁层物理的重要参数,目前常用的对流电场有均匀晨昏电场和投影电场.电离层电场可以看做磁层电场沿磁力线在电离层的投影,本文选取的电离层电场模型为Weimer(2001模式)电场.利用T96磁场模式,沿磁力线将电离层电场投影到磁层空间,得到一个新的磁层电场模式,并讨论了磁暴、行星际磁场(IMF)、太阳风参数和亚暴等对磁层电场的影响.利用该模型计算的电场结果与卫星探测结果相符.     

网格嵌套技术在模拟海底沙波运移中的应用Ⅰ——超高分辨率海洋三维流场模拟

本文采用POM(Princeton Ocean Model)模式,结合多波束测量得到的高分辨率地形数据,通过网格嵌套分级计算,得到了南海北部琼西南海域近40km2研究区内的水平网格分辨率达200 m的海底流场.通过数值试验,确定了内嵌模型的最佳侧面开边界条件.计算结果表明,本文所提出超高水平分辨率嵌套模式能够模拟复杂海...     

变化地磁场预测的支持向量机建模

变化地磁场建模与预测是地磁导航、空间环境监测等领域的重要研究课题.由于变化地磁场属于日地系统中的一部分,受多种因素的制约影响,且其变化本身也具有较强的前后相关性.本文综合空间和地面监测数据,以变化地磁场地面观测数据、地方时、太阳射电流量和行星际磁场南向分量等为输入,采用支持向量机方法,建立了变化地磁场综合模型,并进行预测.结果表明,在地磁活动Kp指数小于4时,预测3 h平均绝对误差小于1.61 nT.     

“Nonlinear energy stability in a compressible atmosphere”

Abstract

A magnetic field line topology with nulls, generated by superimposing a uniform magnetic field onto the field from a distributed ring current, is analyzed. This simple model, which is reminiscent of the structures found in laboratory field reversed configurations and detached plasmoids, is amenable to substantial analytical progress and also facilitates the visualization of the three dimensional field geometry. Four nulls are seen to exist and representative field lines and tubes of flux found by numerical integration are presented. An infinite number of topologically distinct flux bundles is found. These are distinguished by the number of times they encircle a circular magnetic field line. A convenient mapping is described which proves very useful in distinguishing between and following the paths of the different tubes of flux as they traverse through the null system. The separatrices that divide these flux bundles are described. The complexities already present in this simple but nontrivial configuration serve to emphasize the difficulties in analyzing more complicated geometries, but the intuition gained from this study proves beneficial in those cases. One such example is the comparison of the generic features of our model with those found in a topologically different model of plasmoid formations in the earth's magnetotail.     

Harmonic splines for geomagnetic modelling

Which features of a geomagnetic field model on the surface of the core are really necessary in order to fit, within observational error, the field observations at and above the Earth's surface? To approach this question, we define ‘roughness’ in various ways as a norm on an appropriate Hilbert space of field models which is small when the field is smooth on the core surface. Then, we calculate the model with least norm (the smoothest model) which fits the data, sources outside the core being treated as noise. Sample calculations illustrate the effects of noise, of the choice of norm and of an uneven distribution of observing stations.     

日本琵琶湖流域大气边界层的三维数值模拟

本文在地形坐标下引入一种水平导数差分近似方法,建立一个适合日本琵琶湖复杂地形、满足静力平衡条件的三维非定常大气边界层数值模式。在弱的背景风场下,模式加入了琵琶湖流域的实际地形,计算结果表明:模式运行十分稳定,且占机内存小,节省计算时间,同时模式还做了流域地形、湖泊本身存在与否等因子对边界层风场影响的数值试验。在强的背景风场下,模式加入了经过适当平滑的琵琶湖流域地形,得出了一些有益的看法。     

Break through the limits of vibroseis data quality

The vibroseis method has become the principal data acquisition method in land seismic exploration. It seems that this method has been extended to its limits as the search for energy resources continues. Many practical issues arising from field operations have remained theoretically unexplained, for example, variations in wavelet arrival time, inaccurate wavelet estimation and harmonics in the wavelet itself. The focus of this paper is the proposal of a new model, which is referred to as the vibrator‐coupled ground model, to simulate the filtering effects of a complex coupling system consisting of the coupling between the baseplate and the ground as well as the coupling between the captured ground mass near the vibrator baseplate and the surrounding earth. With this vibrator‐coupled ground model many of the practical issues mentioned above were reasonably addressed. Furthermore, it was demonstrated from experimental tests that both the pilot sweep and the weighted‐sum groundforce, when filtered by the vibrator‐coupled ground model, are proportional to the far‐field particle velocity whereas the unfiltered signals are not. The harmonics on the filtered weighted‐sum groundforce successfully maintain a proportional relationship with the harmonics seen in the far‐field signal.     

海城7.3级地震震源环境的力学分析

根据地学断面资料建立地壳结构模型，以精密水准测量数据为检验标准，在水平力和垂直力为边界力学条件下，对海城地震区震前地壳内部的构造应力场用二维线弹性有限元法进行数值模拟计算。设计了３种受力方案，分析了模拟计算结果，结合震源机制解等实际资料，选出最佳方案模型，讨论了海城７．３级地震前震源的力学和构造环境及应力场演化特征     

联合星载GPS和KBRR星间测速数据反演GRACE时变重力场模型

高精度GRACE卫星时变重力场反演一直是卫星重力测量中的难题.为了恢复高精度的时变地球重力场模型,本文联合GRACE卫星的星载GPS和KBR星间测速观测数据,在对GRACE卫星进行精密定轨的同时,解算出60阶月平均地球重力场模型.通过对GRACE卫星的定轨精度、星载GPS相位和KBR星间测速数据的拟合残差以及时变地球重力场模型解算精度等分析,表明:(1)与美国宇航局喷气推进实验室(JPL)发布的约化动力学精密轨道相比,本文确定GRACE卫星轨道三维位置误差小于5 cm.(2)星载GPS相位数据拟合残差为5~8 mm,KBR星间测速数据拟合残差为0.18~0.30μm·s~(-1).(3)解算的月平均重力场模型与美国德克萨斯大学空间研究中心(CSR)、德国地学研究中心(GFZ)和JPL发布的RL05模型精度接近,时变信号在全球范围内具有很好的空间分布一致性.通过计算亚马逊流域和长江流域的水储量变化,本文与上述三个机构的计算结果无明显差异,且相关系数均达0.9以上.可见,本文建立的卫星轨道与重力场同解算法具有反演高精度GRACE时变重力场能力,为我国卫星重力场反演提供了重要的技术支持.