倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器的响应模拟及应用

采用各向异性水平层状介质磁偶极子源并矢格林函数计算接收线圈倾斜的随钻电磁波电阻率仪器的响应,利用新的方式定义出定向相位差及幅度比信号。分析视电阻率以及定向信号的探测特性,总结出地层边界、地层对比度、相对倾角、各向异性、线圈倾斜角度对仪器响应的影响规律。结果表明,倾斜线圈仪器不但可以利用视电阻率进行地层评价,还可以利用新的定向信号探测出地层上下界面,相比传统的电磁波电阻率仪器具有更好的地层评价和地质导向功能,是一种应用前景广阔的仪器。     

采用混合法和递推矩阵算法模拟层状介质中随钻电磁波电阻率测量仪器的响应

将混合法与递推矩阵算法相结合计算轴对称条件下二维层状介质中随钻电磁波电阻率测量仪器的响应。根据层界面处电磁场的连续性条件得到确定所有待定系数的矩阵方程组并通过递推方法快速求解,以摒弃繁琐的上行波和下行波模式并避免指数增加项的出现。利用上述算法分析井眼、侵入和钻铤凹槽对随钻电磁波电阻率测井响应的影响。结果表明,由于金属钻铤的存在导致井眼内钻井液所占空间相对变小,从而使钻井液对接收线圈响应的影响变小;钻铤凹槽对随钻电磁波电阻率测量仪器相位差和幅度比的影响可忽略不计,但对单个接收线圈处电磁信号的相位和幅度产生明显影响,并且对幅度的影响大于对相位的影响。     

径向成层介质的Green函数及其在随钻电磁波电阻率测量中的应用

采用递推矩阵方法计算径向成层介质的Green函数,根据圆柱形层界面处电场和磁场的连续性条件得到确定待定系数的矩阵方程组,并通过递推方法快速求解.采用将变型Bessel函数的指数项单独列出的方式有效地解决了Green函数计算中的上溢问题.用得到的Green函数对随钻电磁波电阻率测量仪器进行数值模拟,分析钻铤的影响规律、井眼校正方法和仪器的径向探测深度.结果表明,只须改变方程组中源项元素的位置,可以方便地得到源点和场点在任意层时的Green函数,形式简洁,易于编程.在仪器测量范围内金属钻铤对随钻电磁波电阻率测量仪器的影响可近似视为恒定,在井眼直径较小且钻井液电导率较低的情况下无须对随钻电磁波电阻率测量仪器进行井眼校正,仪器的径向探测深度并非只取决于仪器参数,也与侵入带电导率、地层电导率以及井眼因素有关.所得到的结论可为随钻电磁波电阻率测鼍仪器的研制和使用提供理论指导.     

随钻电磁波测井仪器偏心条件下响应模拟与分析

为模拟仪器偏心条件下随钻电磁波测井响应,为随钻仪器偏心校正提供理论基础,基于时域有限差分(FDTD)进行随钻电磁波仪器偏心条件下响应模拟与分析。采用柱坐标系非均匀网格与"阶梯近似"实现对井眼、线圈和仪器偏心的精细模拟,采用各向异性完全匹配层(UPML)实现对反射场的吸收,以减小模型计算规模,从而提高计算速度。通过与一维解析解和偏心条件下半解析解对比,验证了算法的正确性。采用哈里伯顿EWR-Phase4随钻电磁波测井仪,对不同钻井液电阻率、井眼尺寸、发射频率与不同线圈距条件下的仪器响应进行模拟。结果表明:相位差电阻率较幅度比电阻率更易受仪器偏心的影响;线圈距越大、井眼越大、发射频率越高,测井响应受仪器偏心影响越大;对常规砂泥岩地层,当发射频率为2 MHz,钻井液电阻率小于0.1Ω·m时,需要对中源距与深源距响应进行偏心校正。     

自适应高阶矢量有限元方法在随钻电阻率测井中的应用

利用自适应高阶矢量有限元方法模拟不同模型仪器响应,分析随钻电阻率测井中井眼、源距、接收线圈之间的距离、线圈与地层之间的距离以及发射线圈长度等因素对仪器响应的影响。数值模拟结果表明:增大仪器的源距、减小接收线圈之间的距离或接收线圈贴近井壁位置,都有利于增强仪器在地层分界面处的分层能力,小井眼环境则有助于获得更加真实的仪器响应特征;与传统的自适应h方法相比,新方法具有计算精度高、求解速度快、误差指数速率收敛等优点。     

基于正交采样的随钻电阻率测量响应特性

地层电阻率参数的精确测定是随钻电磁波电阻率测井仪器测量的关键,其测量的核心在于感应电磁波信号幅度比和相位差的计算。针对幅度比和相位差准确计算需求,采用正交采样方法,对相邻接收线圈处的感应电磁波信号进行预处理及正交采样,计算得到相邻接收线圈处感应电磁波信号的幅度比和相位差,并通过仿真实验分析线圈系结构穿过不同电阻率参数层状地层模型时相邻接收线圈处感应电磁波信号幅度比和相位差的响应特性,验证正交采样方法在幅度比和相位差准确计算方面的优势。结果表明:在感应电磁波信号数字采样时对每路信号进行多周期采样后取平均,提高了感应电磁波信号幅度比和相位差的计算精度;另外,通过正交采样方法对每路信号间隔T/4后进行采样,提高了计算速度。采用该方法能够满足随钻电磁波电阻率测井仪器对实时性的要求。     

柱状成层介质中倾斜线圈响应的模拟及其在电磁波传播随钻测量中的应用

基于解析表达方式模拟柱状成层介质中含倾斜线圈电磁波传播随钻测量仪器的响应,并采用递推矩阵算法求解。利用解析式分析金属钻铤、线圈倾角和井眼的影响规律,并对线圈系的径向探测特性进行分析。计算结果表明:无论线圈倾斜与否,金属钻铤对相位差和幅度比的影响均可看作恒定;无论地层电导率是高还是低,当发射线圈倾角为0°时,接收线圈倾角的变化对相位差没有明显影响,当发射线圈倾角不等于0°时,接收线圈倾角的变化对相位差和幅度比产生复杂的影响;井眼对具有不同倾角线圈系响应的影响程度不同,线圈系倾角为0°时影响最小;具有不同倾角线圈系的信号随侵入半径变化的规律存在差别,当发射线圈与接收线圈的倾角相同时接收信号随侵入半径变化的规律最复杂。     

用并矢Green函数的矢量本征函数展开式评价偏心对随钻电磁波电阻率测井响应的影响

采用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计算电磁波电阻率的测井响应,考察井眼内仪器偏心对测井响应的影响.计算时采用径向成层圆柱形地层模型并假设在每一圆柱层内地层是均匀各向同性的,这样每层介质内的电磁波是对称的柱面波和各阶非对称波的叠加.计算结果表明:仪器偏心的影响随频率的升高而增加;对于电阻性(电导性)钻井液,地层电阻率越低(越高)越需要对仪器偏心的影响进行校正.     

泥浆侵入对随钻电磁波电阻率测井响应的影响

泥浆侵入影响是随钻电磁波电阻率测井工程应用必须考虑的因素。基于COMSOL软件数值计算,分析常见6种侵入模型中四发双收随钻电磁波电阻率测井响应特征。结果表明:在低阻围岩模型中,侵入小于地层电导率或者侵入大于地层电导率而小于围岩电导率时,可以忽略侵入影响;侵入大于地层电导率和围岩电导率时,侵入对4条曲线影响最为明显;高阻围岩模型中,侵入对短源距影响明显,同一源距的高低频率曲线明显分离。6种侵入模型中均出现了"双轨"及"分辨率降低"的现象。通过空间涡流分布特性分析揭示了井中存在侵入时的随钻电磁波电阻率测井响应机理。研究结果为随钻电磁波电阻率测井解释以及井眼影响校正提供了理论依据。     

随钻电磁波电阻率测井视电阻率提取及正演模拟分析

随钻电磁波电阻率通过记录接收线圈之间的幅度比和相位差求取视电阻率值,反映地层物理量信息。应用有限元法对传感器测井响应特性进行了模拟。结果表明,相比于幅度差、相位差在高频率、短源距的条件下探测响应更加敏感。提取的视电阻率曲线显示,在围岩和侵入的影响下,视电阻率值和实际电阻率值之间存在差异,高频率、短源距视电阻率曲线更加接近实际电阻率值。