层状各向异性地层中三维感应测井响应快速计算及资料处理

本文采用广义反射系数法推导了水平层状各向异性地层中电磁场的积分解析解,并利用快速汉克尔变换技术实现了三维感应仪器测井响应的快速计算.三维感应测井响应与地层水平电导率、垂直电导率和井斜角及仪器方位角同时有关,单一分量的测井曲线不能满足资料解释的需要.通过对仪器测量分量响应特征的考察,本文提出了一种基于组合量测井曲线的资料直观解释方法.数值模拟显示,交叉分量相关组合量可准确划分地层纵向边界,并可直观识别各向异性层;与单独分量相比,主分量相关组合量提高了纵向分辨率、减弱了与地层电导率参数的非线性关系.     

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.     

用磁流源并矢Green函数的递推矩阵方法计算层状各向异性地层中多分量感应测井响应

采用递推矩阵方法计算各向异性介质的磁流源并矢Green函数,并利用上述并矢Green函数对层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井的响应进行数值模拟,分析了线圈距、层厚、倾角和围岩对多分量感应测井响应的影响.计算发现,共面视电导率比共轴视电导率变化规律复杂,不能反映地层电导率的真实情况.各向异性地层共轴视电导率随井眼相对倾角的增加而减小,而共面视电导率随井眼相对倾角的增加而增加.仪器的垂向分辨率、围岩各向异性对目的层响应的影响程度取决于线圈距,围岩各向异性对高电导率目的层中测井响应的影响大于对高电阻率目的层中测井响应的影响.     

水平层状非均质横向同性地层中阵列多分量感应测井响应的快速计算

应用模式匹配算法研究建立水平层状非均质横向同性地层中多分量感应测井响应的快速算法.首先,利用Fourier级数展开法将多分量感应响应的数值模拟转化为三个轴对称问题,并利用电阻率径向导数的奇异表达式,引入两个附加奇异微分算子,用于描述柱状分界面上的积累面电荷对共面线圈系电磁响应的影响.然后通过模式匹配算法求解轴对称问题,得到水平层状非均质横向同性地层中多分量感应磁场的半解析解以及测井响应计算方法,最后通过数值模拟结果对该算法进行检验并进一步考察阵列多分量感应仪器的响应特征.     

基于数值模拟的双感应测井裂缝参数定量评价方法

为厘清裂缝性地层双感应测井响应特征,建立裂缝参数评价方法,本文建立了含基岩、裂缝、井眼、双感应测井仪器的裂缝性地层双感应测井正演模型,以Gianzero几何因子理论为基础,结合阿特拉斯公司1503双感应测井仪器开展了高阻背景下低阻裂缝测井响应数值模拟.首先计算了1503双感应测井仪器几何因子,然后根据该几何因子求解不同裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率条件下双感应测井响应特征,分析了裂缝开度、裂缝充填流体电导率、基岩电导率对双感应测井响应的影响,归纳了裂缝性地层双感应测井响应规律.采用深感应视电阻率及深、中感应视电阻率比值作为横纵坐标,结合裂缝充填流体电阻率绘制了一套双感应裂缝开度评价图版.通过对图版数据进行拟合,建立了裂缝开度评价模型.在采用岩心、成像资料对评价模型刻度以减小几何因子理论计算非均质裂缝产生的误差后该模型可用于求取裂缝参数.最后将该方法应用于镇泾油田致密砂岩裂缝性储层进行裂缝参数定量评价,评价结果与成像测井评价结果吻合较好.     

水平层状非均质TI地层中仪器偏心情况下三维感应测井响应高效数值模拟与响应特征分析

本文针对中国石油集团测井有限公司(CPL)三维阵列感应测井仪器(Three Dimensional Induction Tool,TDIT)的真实结构与参数,利用2.5维数值模式匹配技术研究建立水平层状非均质TI地层中仪器偏心情况下三维感应测井响应的高效数值模拟算法.首先,利用2.5维数值模式匹配技术给出水平层状非均质TI模型中偏心磁流源并矢Green函数的半解析解.在此基础上,结合三维阵列感应测井仪器参数以及测量过程中出现的仪器偏心与旋转等实际情况,通过叠加原理推导出该仪器响应的有效计算公式.最后,通过数值模拟结果分析考察仪器偏心、仪器自旋角等参数对测井响应的影响以及变化特征,为多分量感应资料处理与解释提供理论基础.     

层状各向异性地层中含环状天线槽随钻方位电磁波测井几何因子算法

本文基于感应测井中的几何因子与一阶Born近似理论,通过柱坐标系下耦合势Helmholtz方程三维有限体积法研究建立了各向异性地层中含环状天线槽的随钻方位电磁波测井几何因子.首先,通过引入环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数,并结合Green第二积分公式,推导出随钻方位电磁波测井仪器中环形电场和横向磁场微小变化与各向异性地层中水平和垂直电导率相对摄动量之间的关系,得到轴向和横向感应电动势微小变化量计算方法与柱坐标系中轴向和横向分量空间灵敏度函数(三维几何因子)表达式.在此基础上,进一步给出径向和纵向微分几何因子计算公式.然后,应用耦合势三维有限体积法确定发射线圈产生的感应电磁场以及环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数的数值解.最后,给出不同频率、不同倾角、不同各向异性系数等多种情况下该仪器的空间灵敏度函数与微分几何因子的数值结果,用于分析考查仪器的响应特征与空间探测能力.     

环状刻槽钻铤中随钻方位电磁波响应的混合算法

为了提高随钻电磁波测井仪器的抗震能力,仪器传感器中所有发射与接收线圈均安装在柱状金属钻铤上的环状刻槽中,同时槽中充填高磁导率的铁氧体,以提高发射和接收效率.本文针对多环状刻槽钻铤中发射与接收线圈分布,研究建立一套随钻电磁响应的混合模拟算法.首先,根据环状刻槽几何尺寸以及轴向边界,将整个钻铤与外部的井眼和地层划分成多个不同电导率和磁导率分布的轴对称非均质各向同性层状模型,并应用混合法建立层状非均质地层中电磁场的半解析解与各个线圈上感应电动势的计算方法.其次,利用摄动原理给出随钻电磁测井中振幅比与相位差的空间灵敏度计算公式.然后,通过数值结果考察铁氧体磁导率和地层电导率变化对发射线圈的发射功率和接收线圈上感应电动势的影响,并确定各个接收线圈上感应电动势的动态变化范围,为仪器设计过程中选择合适的铁氧体提供理论依据.最后,通过空间灵敏度分布特征考察振幅比与相位差在探测特征上的差异.     

用有限差分法计算各向异性介质中多分量感应测井的响应

感应测井电阻率是砂泥岩储层中定量评价含油气性的主要参数之一,然而由于储层电各向异性的存在,传统的感应测井仪得到的电阻率主要响应地层的水平电阻率,比地层的垂直电阻率小,由此计算的含水饱和度偏高．多分量感应测井则可以通过不同方向的发射和接收,测量多个分量,弥补上述缺陷,为储层的含油气性评价提供准确信息．本文用交错网格有限差分法导出了主轴各向异性介质中Maxwell方程的离散化关系式,计算了三维各向异性介质中多分量感应测井的电磁响应．利用三层模型的数值模拟,分析了不同磁场分量对各向异性介质的响应特性,用多层模型和倾斜各向异性地层的响应计算检验了所编制的交错网格有限差分法程序．     

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.     

用柱状成层各向异性介质的并矢Green函数模拟偏心对多分量感应测井响应的影响

采用偏心状态下柱状成层各向异性(横向各向同性)介质中并矢Green函数的解析表达式高效模拟多分量感应测井仪器在井眼中偏心时的响应.为提高精度,在模拟时考虑到了金属心轴、绝缘保护层的存在以及各分量线圈系的具体形状.数值模拟结果表明,当井眼内钻井液电导率相对较高、地层电导率相对较低时,偏心对仪器响应的影响较大,尤其是对短线圈距线圈系的影响更为明显,必须进行偏心效应校正.当钻井液电导率相对较低时,偏心对线圈系响应的影响可忽略不计.对位于相对低电导率井眼中的线圈系而言仪器方位角的影响可忽略不计,而当线圈系位于相对高电导率井眼中时仪器方位角的影响极为明显.当仪器偏心率较小时线圈系的响应随仪器方位角的变化较小,仪器偏心率越大线圈系的响应随仪器方位角的变化越明显.     

金属套管对多分量电磁感应测井信号的影响

研究金属套管对低频电磁场各分量透射信号和反射信号的影响规律对采用过套管电磁感应测井技术监测生产过程中的流体移动具有重要价值.采用柱状成层各向异性介质中的并矢Green函数模拟当发射源在套管内、接收器分别在套管内和套管外时多分量电磁感应的响应,并系统分析了金属套管对透射磁场和反射磁场各主分量的影响规律.计算结果表明,无论是透射场还是反射场,由于所采用的频率较低,金属套管对每个分量信号的影响可以与地层对该分量信号的影响分开.在低频段,磁性金属套管对磁场各分量仍存在稳定的反射,但不同分量被反射的程度不同,受套管磁屏蔽作用大的分量(如ρρ分量)被反射的程度高于受套管磁屏蔽作用小的分量(如zz分量).随着频率的升高,反射磁场的强度逐渐增大并最终达到饱和,信号被全反射.磁性金属套管的存在导致透射磁场各分量出现不同程度的幅度衰减和相位延迟,受套管磁屏蔽作用大的分量的幅度衰减程度大.在固定套管参数和频率的情况下,磁性套管对透射磁场不同分量的影响程度虽然不同但是恒定,其所导致的各分量的幅度衰减和相位延迟与线圈系位置和地层电参数无关.在低频段,套管外透射场的各分量处于准静态,其幅度和相位均不随频率而改变,受套管磁屏蔽作用大的分量的幅度随套管磁导率和厚度的不同而存在明显变化.当频率超过某一临界值后,套管的影响逐渐从以静态屏蔽为主转到以趋肤效应为主,导致透射场幅度的衰减和相位的延迟,套管的厚度越大、套管的电导率和相对磁导率值越大,所对应的频率临界值越小.     

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.     

柱状成层地层中仪器偏心对阵列感应测井响应的影响

采用柱状成层介质的并矢Green函数高效计算井眼中偏心发射源产生的电磁波,并利用该算法模拟了阵列感应测井仪器在井眼中偏心时的响应.在模拟时既考虑到了金属心轴的存在也考虑到了线圈系所处绝缘层的存在,并重点分析了绝缘层的影响.数值模拟结果表明,对相对低泥浆电导率情况而言,无论线圈距长短,线圈系所处绝缘层对仪器响应的影响均较小,可忽略不计.而对于相对高泥浆电导率情况,线圈系所处绝缘层对仪器响应的影响明显,不可忽略,且线圈距越短影响越大,仪器偏心距越大影响越大.另由数值模拟结果可以看出,在相同泥浆电导率情况下,仪器线圈距越短偏心对线圈系响应的影响越大.     

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.     

利用2.5维数值模式匹配算法高效高精度建立垂直井眼中多分量阵列感应井眼校正库

本文将应用2.5维数值模式匹配算法研究建立柱状横向同性地层中偏心条件下磁流源并矢Green函数的高效算法,并利用该算法高效计算多分量阵列感应井眼校正库.首先,通过Fourier展开技术将偏心条件下磁流源并矢Green函数的数值模拟转化为一系列的轴对称问题;然后利用模式匹配算法求解轴对称问题,得到柱状介质中偏心条件下磁流源并矢Green函数的半解析解;最后,结合中国石油集团测井有限公司开发的三维感应测井仪器(TDIT)的结构参数,推导出复合线圈系视电导率张量的计算公式.在此基础上,根据井场实际地层资料归纳出理论地层模型相应参数的变化范围,高效高精度建立一套直接应用于工业生产的多分量阵列感应井眼校正库,并利用井眼校正库详细地分析考察各模型参数对TDIT响应的影响.     

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.