自适应hp-FEM在随钻电阻率测井仪器响应数值模拟中的应用

随钻电阻率测井仪器响应数值模拟在电法测井仪器研制和资料处理与解释中具有重要的意义.本文利用自适应hp有限元算法(hp-FEM)模拟和分析了地层各向异性以及相对倾斜对仪器接收信号幅值比和相位差的影响,并对仪器响应特性进行了评价;同时,利用HERMES有限元软件包与VC++开发平台相结合,可以对随钻电阻率测井仪器响应数值模拟过程中,仪器产生的感应电场在地层中和地层分界面处的分布进行显示,从而为钻井地质导向提供有效的信息.计算结果表明,自适应hp-FEM算法收敛速度快且计算精度高,非常适合于对随钻电阻率测井仪器响应进行数值模拟计算.     

含洞穴地层随钻电阻率测井响应自适应hp有限元数值模拟(英文)

含洞穴的碳酸盐岩地层具有强烈的非均质性及储集空间预测难度大的特点,利用随钻电阻率测井方法对井眼环境含洞穴的储层进行准确识别和划分,是当前研究的一个焦点问题。本文使用一种新型的高效和高精度自适应有限元方法(hp—FEM)模拟和分析了含洞穴地层随钻电阻率测井仪器响应。本文所提的hp-FEM与传统h-FEM相比,其结果具有网格自适应的特点,并且计算能够以指数速率收敛于较高的精度。数值实例使用自适应有限元方法研究地层中洞穴的大小、洞穴距离井眼的远近和仪器发射频率改变对测井响应的影响,并提供了识别含洞穴地层的方法。研究结果可以为实际测井中遇到的各种地层洞穴的准确识别和定量评价提供理论依据。     

缝洞型储层随钻测井自适应有限元法数值模拟

缝洞型碳酸盐岩储层具有强烈的非均质性及储集空间预测难度大的特点,利用随钻电阻率测井方法对缝洞进行准确识别和划分,是当前研究的热点问题.利用一种先进的高精度自适应有限元方法和几何精确的曲边单元造型技术可以模拟缝洞型储层的随钻测井响应.本文通过研究仪器在不同半径缝洞的模拟测井响应及缝洞填充与坍塌导致的机械填充对测井结果的影响,给出了用于识别缝洞大小和填充程度的缝洞型储层的测井响应特征.研究结果为缝洞型碳酸盐岩储层的识别与划分提供了理论依据.     

DPSD技术在随钻电阻率测井中的应用

钻进时产生的强烈电磁干扰使传统的模拟相敏检波（APSD）方法无法准确获取随钻测井的电磁波信号。数字相敏检波（DPSD）利用高速浮点数字信号处理（DSP）和高速现场可编程门阵列（FPGA）芯片,分别处理所采集的测井信息的实部和虚部,改变了传统的计算方法,提高了运算速度和计算精度。采用可编程逻辑技术充分利用了测井信息,简化了控制逻辑,提高了时序控制精度和测量精度。讨论了新设计的数字相敏检波的原理、特点、电路实现以及实验数据分析。实验证明,该检波方法能有效利用测井信息,优化随钻测井系统。     

三维频率域随钻电磁波测井数值模拟

在现有的普通计算机的内存和运算速度的条件下,三维频率域电磁波测井数值模拟非常困难,为了研究随钻仪器在复杂测井环境中的响应规律,从Maxwell电磁响应方程出发,针对大斜度井井眼和侵入剖面的几何特点,采用新的网格划分方法,并应用基于交错网格的有限差分得到了三维频率域电磁响应差分计算格式,采用改进的ICCG（不完全乔尔斯基共轭梯度）方法,对一维变带宽存储的大型复稀疏矩阵进行了求解,得到了随钻电磁波测井响应.计算结果表明：一维变带宽存储方法很好地解决了大型稀疏矩阵的存储问题;改进的ICCG方法得到的结果真实可靠并大大提高了求解效率;随钻电阻率曲线随着井斜角度增大会出现“极化角”,低阻侵入会使“极化角”弱化;相位电阻率曲线受围岩影响较小,受侵入影响较大.     

双侧向型复电阻率测井响应的数值模拟

在二维地层模型条件下,应用有限元方法模拟了双侧向模式的复电阻率测井仪器在不同频率下的响应,结果表明当频率很低时,复电阻率测井的响应接近双侧向测井的响应;随着频率的提高,复电阻率测井的响应幅度降低。当地层具有一定的频散效应时,可以利用不同频率下的复电阻率测井响应直观地区分油水层     

基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演（英文）

随钻电磁波测井传统电阻率反演方法受反演目标函数约束方式影响,随钻电磁波测井幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线径向及纵向探测特性存在明显差异,从而影响了随钻电磁波测井数据实际应用效果。本文提出了一种基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演方法,该方法通过在随钻电磁波测井电阻率反演目标函数中引入一个自适应加权表达式平衡了相位差和幅度比数据的相对贡献,并引入粒子群算法来消除反演精度及收敛性对反演初始值的依赖性。基于多组理论地层模型的随钻电磁波测井电阻率反演结果,详细讨论了文中自适应约束反演电阻率曲线与传统幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线探测特性的差异。反演结果表明,文中自适应电阻率曲线兼顾了传统幅度比电阻率曲线径向探测深度及相位差电阻率曲线纵向分辨率两方面的优势,在应用于划分纵向薄层及评价径向侵入特征时明显优于单一的幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线,可为随钻电磁波测井电阻率反演新方法研究提供理论参考。     

一种新型随钻电阻率测井仪器的响应和刻度

对一种新型随钻电阻率测井仪器在均质地层中的电磁场分布和接收线圈的响应特性进行分析,并对仪器在真空中的刻度方法进行研究.推导出了圆柱坐标系下径向成层介质中磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式,从而得到研究该仪器电磁场分布、接收线圈响应、刻度方法所必需的解析计算式.计算发现,钻铤的存在大大提高了仪器的定向探测性能.计算还发现,不同的钻铤尺寸、线圈系到钻铤不同的距离对线圈系在真空中的响应值具有较大影响.钻铤在地层中产生的实部信号可近似认为恒定,而当地层电导率大于001 S/m时,钻铤在地层中产生的虚部信号亦可近似认为恒定.数值计算表明,仪器偏心程度越大,钻铤半径越大,仪器中刻度环电阻所对应的视电导率值越小.     

定向随钻电磁波电阻率测井仪器地质导向方法初探

随着石油勘探开发需要的转变,随钻测井技术的地质导向功能正受到越来越多的使用.本文利用各向异性水平层状地层中的磁流源并矢Green函数对定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法进行了研究.利用由接收线圈的电压定义的导向向量对低阻围岩的指向性并结合定向地质导向信号的变化,可以确定仪器与地层界面的相对位置.对定向数据进行方位成像可以得到地层方位和井斜角的相关信息,并且不受地层各向异性的影响.数值模拟结果表明:线圈距越长,仪器的探测范围越远且成像的对比度越大;频率越高,目的层与围岩层的电阻率对比度及井斜角越大时,成像的对比度也越大,但井斜角越大,定向信号发生明显变化的深度区间会越窄.利用单界面模型的定向地质导向信号制作出的交会图版可以使用插值法估计仪器到界面距离.所得结果为定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法提供了参考.     

随钻方位伽马测井仪器的优化设计

随钻方位伽马测井仪器能在钻井过程中有效测量地层的方位放射性强度,其测量效率与其结构参数有关.合理设计测井仪器的结构参数,可以大大提高其测量效率.利用蒙特卡罗数值模拟方法建立模型,从归一化统计误差和探测特性分析仪器的响应特征,为结构参数的选取提供理论依据.研究结果表明,6.75 in(1 in=2.54 cm)的钻铤外径下,当晶体直径为1 in左右,晶体长度为18～22 cm,屏蔽体长度为2～3 cm,屏蔽体厚度为2～3 cm,窗口材料为铍,屏蔽体开口角度选在0°附近,泥浆通道半径为2 cm左右时,仪器可以获得相对较低的统计误差和相对较好的探测特性.该研究表明,优化后的随钻方位伽马测井仪器的测量效率大大提高.     

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.     

昆仑山断裂带围陷波的有限差分数值模拟解释

利用交错网格有限差分方法对昆仑山断裂带人工爆破产生的围陷波进行了三维数值模拟解释.为提高断裂带最终模型的可信度,在围陷波模拟的同时考虑了人工爆破记录的三个分量.对昆仑山断裂带围陷波的模拟结果表明,影响围陷波特性的断裂带深度主要在1.0 km以内.S波速度和断裂带宽度对围陷波的到时、频率、振幅和相位影响较大.数值模拟解释获得的昆仑山断裂带的细结构参数是：浅部断裂带宽度为300 m,深部为250 m;深度在400 m以上断裂带内S波速度为0.98 km/s,外部围岩S波速度为1.70 km/s,Q值为13.8;S波速度和Q值随着深度的增加而增加;1000 m以下断裂带内S波速度为2.80 km/s,围岩S波速度为3.3 km/s.     

多源条件下直流电阻率法有限元三维数值模拟中一种近似边界条件

在多源直流电阻率法有限元三维数值模拟中,传统混合边界条件由于刚度矩阵与源点位置相关,无法实现线性方程组的快速回代求解,目前常用齐次边界条件或无限元边界进行替代,虽然实现了快速回代求解,但同时也降低了数值模拟的精度.为了实现快速回代求解,并确保数值模拟的计算精度,本文提出了一种近似边界条件方法.其核心思想是将与场源位置相关的边界系数矩阵从刚度矩阵中分离出来,使得分离后的刚度矩阵与场源位置无关.并将边界系数矩阵与边界处一次电场向量的乘积移到线性方程组右端源项中,当场源位置发生改变时,只需要重新计算右端源项就可以实现快速回代求解.理论模型数值计算表明,在水平地形条件下,本文边界条件数值精度优于混合边界条件;在起伏地形条件下,与齐次边界条件相比,本文边界条件数值结果与混合边界条件吻合度更高.     

代县地电阻率降雨影响及数值模拟

多年观测数据表明,代县地电阻率年变受降雨影响比较显著,通过褶积滤波法获取降雨量对视电阻率的影响值,定量分析降雨与视电阻率的相关性。在此基础上,利用代县地电阻率电测深数据及相关地质资料,建立三维有限元模型,模拟降雨对地电阻率的影响,进一步确定降雨对视电阻率影响的物理机制。结果表明:降雨是造成代县地电阻率年变的主要因素,且与视电阻率呈正相关性;降雨造成表层介质含水饱和度发生变化,使得相应电阻率下降近10倍,从而引起地电阻率年变幅度发生近1/10的改变。     

坑道直流电阻率测深异常研究

电阻率测深数据可利用抗道的四个面和四个角得到。但由于受到坑道本身和体积效应影响,坑道内电阻率测深资料解释的困难很大。本文用有限单元法对坑道内的直流电阻率测深进行数值模拟计算。首先给出坑道中正常电位的取值,并利用有限单元异常电位计算法对坑道内电阻率测深进行正演计算。结果表明,在异常体断面尺寸、埋深及所用电极距与坑道截面尺寸相差不大时,坑道面上的测深断面反映的基本是本坑道面外侧地质体的信息,对其他位置的地质体没有明显反映,坑道角断面则反映的是相邻两个坑道面外侧地质体的综合信息。     

Numerical simulation of deep-hole resistivity anomaly caused by drilling construction in Xinfengjiang geoelectric station

The Xinfengjiang reservoir in Guangdong Province, is one of the large reservoirs that have triggered earthquakes of magnitude greater than 6. Numerous earthquakes have occurred since the impoundment of the reservoir, making it one of the most active seismic zones in south China. In 2015, a set of deep-hole resistivity anomalies was observed in the Heping geoelectric station in Dongyuan county, located near the Xinfengjiang reservoir. After a field investigation, we found that a planned well drilling construction of new measuring channels was being carried out during that corresponding period of time. After careful comparison and analysis on the basis of the collected raw data, we had a reason to believe that drilling construction, rather than the inducement of the Xinfengjiang reservoir, was the main culprit for those unusual georesistivity values. So as to verify the above conjecture, we constructed a series of 3D finite element models based on the geological and hydrological information around Heping station and analyzed the drilling disturbances, respectively. Some significant conclusions were finally drawn according to the precise numerical simulation. This study gives a good example by combining numerical simulation with engineering practice as a way to understand the root cause of georesistivity anomalies in reality.     

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.