井间电磁场时域有限差分数值模拟

为进一步了解井间地下介质结构及其电性特征,本文用时域有限差分方法(FDTD),实现了井间电磁场响应的数值模拟.激发源是探测深度相对磁偶极子更大一些的电偶极子,首先选择一个位于井轴上的垂直电偶极子作为场源,并假设参与计算的介质相对于发射井井轴是轴向对称的,这样可将研究区域作为二维问题处理.推导了二维井间电磁波传播时域差分公式.该方法适用于任何方向入射的电偶极子源,尤其善于解决频域差分方法所难以描述的宽频脉冲.给出了井间金属圆柱和矿体圆柱数值模拟2个例子,结果表明,时域有限差分方法能有效的模拟井间地下介质中电磁波的传播,揭示电磁波传播规律.该方法速度快、精度高、结果稳定,适合用于井间电磁场反演成像的正演响应计算.     

考虑卷积完全匹配层数值色散的井间电磁三维正演

本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中. 证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验证卷积完全匹配层中数值色散的存在;进而推广三维卷积完全匹配层中最大有效延伸因子、最大网格间距与激励源主频之间的约束,以此完善卷积完全匹配层的最优参数设置方案. 在此基础上,通过正演结果中二次场的垂直磁场分量和走时来展示灵敏度分布,以此划定井间电磁勘探的优势区域,提出井间电磁正反演所需要的约束测井系列和最佳取井方案.     

核磁共振测井时域分析法数值模拟及影响因素分析

核磁共振测井时域分析法已广泛用于评价油气层,并获得了很多成功应用实例.然而,由于储层结构的复杂性以及孔隙流体性质的多变,也常常见到应用失败的实例,影响了时域分析法的应用效果.本文通过数值模拟研究时域分析法在不同储层条件下识别流体的效果,并分别从孔隙流体类型、地层孔径变化、信噪比以及采集参数等方面,分析影响时域分析法应用效果的各种因素.结果表明,时域分析法可以识别黏度小于5 mPa·s的轻质油层.在小孔径油水同层,时域分析法能够得到准确的地层含油孔隙度;但在大孔径油水同层,得到的含油孔隙度大于地层实际含油孔隙度.对于大孔径水层,1 s的短等待时间不能使大孔可动水完全极化,差谱信号强,导致解释结果与试油结论完全相反.对于含气地层,虽然时域分析法可以准确得到地层含气孔隙度,但在小孔径气水同层,出现解释结果与试油结论不符的情况.大孔径气水同层与小孔径油气同层差谱特征类似,很难区分,建议综合利用双回波间隔测井资料,识别大孔径气水同层.当数据信噪比降低到一定值时,时域分析法差谱信号右端发散,无法准确确定地层的含油气孔隙度.气的含氢指数越大,识别气层越有利.建议重视核磁共振测井测前设计,优化采集参数,提高时域分析法评价油气层的效果.     

数值模拟方法驱动的数据流过套管电阻率测井技术

过套管电阻率测井在寻找剩余油、油藏动态监测方面是一种重要的测井技术.文中依据大数据流技术原理,建立以Hadoop架构为核心、集成仪器响应模拟、仪器关键参数设计、影响因素分析校正、岩石物理参数获取与测井评价为一体的过套管电阻率测井系统.这将打破了测井方法、仪器制造、测井采集、岩石物理与测井解释之间的部门界限,实现了不同用户实时访问统一的数据库,实时解决仪器刻度、数据采集与校正,以及综合解释中的岩石物理参数的选择等问题.基于"众包算法"实现测井解释专家的知识共享.根据过套管电阻率测井各种模拟方法特点,建立对应全空间、半空间、三层模型、径向分层纵向分层所对应不同地层模型所对应的解析法、传输线方程法、边界元、模式匹配法、有限元法所的优化高效模块,在系统中快速实现仪器响应分析、影响因素校正及仪器刻度等功能.实例表明,基于这种模拟方法驱动的大数据流过套管电阻率测井技术,能从过套管电测井数据源头上保证数据质量,从而准确求取剩余油饱和度,实现过套管测井地层评价,进而为油藏监测提供可靠的保证,最终为油藏开发方案的决策提供可靠依据.     

近场波动数值模拟稳定性问题分析

本文利用分析一维双曲型偏微分方程初边值问题数值稳定性的GKS定理的物理解释的推广，以出平面波动为例，分析了集中质量显式有限元方法及中心有限差分方法分别与多次透射公式简单结合构成的封闭数值求解系统的稳定性，并用数值试验进行了验证。旨在从概念上说明讨论人工边界稳定性时，必须与计算区域内的具体算法结合分析才有意义，单纯地说人工边界在数值计算中稳定或不稳定是不正确的。     

基于自适应网格的仿真型有限差分地震波数值模拟

在复杂山地和复杂海底条件下,地表和海底的剧烈起伏对地震波数值模拟提出了更高的要求.常规有限差分法采用矩形网格对模型进行网格剖分,由于矩形网格自身的限制,起伏地表或起伏海底只能由一系列阶梯状折线代替,从而引起人为虚假绕射波.此外,在模拟液-固界面的反射波时,如果界面与网格线不一致,则需要更密的网格才能得到精确的结果.为了解决上述问题,本文将自适应网格生成技术引入到起伏海底速度模型的网格剖分中,采用高阶仿真型有限差分法（MFD）对曲线坐标下的声波方程波进行了数值模拟.利用自适应网格生成技术对速度模型进行网格剖分不仅可以准确地描述模型边界,而且可以有效消除虚假绕射波.高阶仿真型有限差分法可以有效压制频散提高计算精度.模型试算结果表明,本文方法对复杂海底模型具有很好的适应性.     

随钻声波测井FDTD模拟及钻铤波传播特性研究

幅度大的钻铤波掩盖地层信号是困扰随钻声波测井技术的难题,认识钻铤波特性对于消除或有效降低钻铤波至关重要.记录岩石动电效应引起电磁场的随钻动电测井,被认为有望彻底解决钻铤波干扰问题.本文采用有限差分法,模拟不同钻铤、不同井孔结构的随钻声场,对比分析了单极源钻铤波的传播特性,阐明存在伴随钻铤波动电信号的原因.结果表明:钻铤声波在沿钻铤传播时向外部介质辐射能量,透过井壁进入地层的具有视钻铤波速度的声波,与地层纵横波一样可发生动电转化,因而可导致随钻动电测井时产生钻铤波速度的电磁信号.计算还表明,高频情况下,随钻声波测井钻铤波呈现两阶模式:具有低频截止频率的高阶钻铤波幅度较小,其速度略低于钻铤纵波速度;无截止频率的低阶钻铤波幅度较大,其波速在高频时甚至低于钻铤横波速度.这种频散特性和多阶模式特性,是径向多分层开波导结构的导波属性.     

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.

     

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法及数值模拟研究

脉冲中子双伽马谱饱和度测井方法是利用特定的脉冲和测量时序设计,采用远、近伽马探测器记录非弹性散射和俘获伽马能谱以及伽马射线时间谱,通过获取C/O和地层宏观俘获截面等信息来确定地层含油饱和度.采用大直径仪器和BGO晶体探测器时,其采集的非弹性散射和俘获伽马能谱计数统计性优于国外仪器,重复脉冲发射中子后伽马射线时间谱仍满足指数衰减规律,且能使伽马射线时间谱的道计数累积,计数统计性好于常规中子寿命测井,得到的地层宏观俘获截面与单脉冲发射近似相同.在地层孔隙度未知的情况下,利用C/O和地层宏观俘获截面交会技术可以定量确定含油饱和度.     

基于UPML边界条件的交替方向隐式有限差分法GPR全波场数值模拟

交替方向隐式差分(ADI-FDTD)法突破了Courand-Friedrich-Levy(CFL)条件的约束,具有无条件稳定的特点;而单轴各向异性完全匹配层(UPML)边界条件具有宽频带吸收特性,不需要对电场和磁场进行分裂,迭代公式简单,便于编程的特点.综合两者优势,本文提出了基于UPML边界条件的ADI-FDTD探地雷达数值模拟算法,通过对3个二维Maxwell方程进行离散化,推导了GPR波的ADI-FDTD及其UPML边界条件的两个子时间步的迭代差分公式,并分别给出了详细计算步骤.在此基础上,开发了相应的模拟程序,应用该程序对两个GPR模型进行了正演模拟,得到了两个正演模型的wiggle图、扫描图与全波场快照.通过分析这些雷达剖面图与波场快照,可以了解雷达波形在空间中的传播过程及变化规律,有助于雷达资料更可靠、更准确的解释.模拟结果表明,基于UPML边界条件的ADI-FDTD算法可取较大的时间步长,消除了截断边界处的强反射,能对简单与复杂GPR模型进行快速、高效模拟.     

波场模拟中的数值频散分析与校正策略

波动方程有限差分法正演模拟,对认识地震波传播规律、进行地震属性研究、地震资料地质解释、储层评价等,均具有重要的理论和实际意义.但有限差分法本身固有存在着数值频散问题,数值频散在正演模拟中是一种严重的干扰,会降低波场模拟的精度与分辨率.针对TI介质波场模拟的交错网格有限差分方法,本文从空间网格离散、时间网格离散和算子近似等三个方面对其产生的数值频散进行了分析,并结合其他学者的研究成果给出了TI介质波场模拟中压制数值频散的方法与策略：在已知介质频散关系时,对差分算子可实施算子校正;通过提高差分方程的阶数来提高波场模拟精度;采用流体力学中守恒式方程的通量校正传输方法来压制波场模拟中的数值频散;在实际正演模拟时,采用交错网格高阶有限差分方程,不仅在空间上采用高阶差分,而且在时间上也要采用高阶差分,否则只在单一方向上（空间或时间）提高方程的阶数对压制数值频散也不会取得理想的效果.     

Study on 3D simulation of wave fields in acoustic reflection image logging

The borehole acoustic reflection imaging logging is a newly developed acoustic logging method that has attracted many interests. These converted and reflected waves for imaging are usually mixed up with borehole guided waves and therefore difficult to be clearly identified. To improve the downhole tool design and develop more sophisticate data processing and interpretation algorithms,studies on precisely numerical modeling of the wave fields in the acoustic reflection imaging logging are neces-sary and critical. This paper developed a parallelized scheme of 3D finite difference (3DFD) with non-uniform staggered grid and PML absorbing boundary to simulate the acoustic wave fields in isotropic and anisotropic formations. Applications of this scheme to the typical cases of isotropic and anisot-ropic formations and comparison with the results from published analytical solutions have demon-strated the validation and efficiency of the scheme. Higher accuracy and lower computation cost (3.5 times faster than the conventional schemes) have been achieved with this scheme for modeling such a complex wave fields of 60 dB dynamic range with higher frequency (10 kHz). This simulating program provides a quantitative analytical means for studying acoustic reflection imaging tool and development of the data processing and interpretation methods.