基于倾斜发射-倾斜接收仪器结构进行随钻地质导向与地层各向异性评价

由严格的电磁理论出发,分析不同仪器结构探测信号的方位敏感性和对电阻率各向异性的敏感性,结合目前主要方位电磁波仪器设计,提出倾斜发射-倾斜接收的仪器结构,分析该仪器结构的信号测量特征、地质导向能力与各向异性评价能力。针对仪器测量信息,建立距地层界面距离反演算法,实现仪器距地层界面距离与地层电阻率的实时反演。理论与测试结果表明:倾斜发射-倾斜接收的仪器结构具有良好的方位敏感性,地质信号响应(相位差与幅度比)与仪器距界面距离具有良好的线性关系,可以实现任意地层条件下仪器与地层相对倾角、方位角、水平电阻率与垂直电阻率反演。新型仪器能很好地为地质导向与地层评价提供技术支持。     

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。     

井中偶极声源激励下的反射声场影响因素分析及仪器关键参数优选

根据远探测测井的实际背景,利用三维有限差分数值模拟方法精确考察井中偶极声源条件下声源激发频率、反射界面水平位置、地层界面倾角及偶极声源偏振方向对反射横波幅度的影响。结果表明:偶极横波远探测测井仪的最佳工作频率应选择在井孔挠曲波的截止频率以下,可解决来自地层深部的反射信号相对于沿井传播的直达波信号过于微弱的问题。按照现有的仪器范围设置(源距小于4m),可有效地探测地层倾角为40°～90°的井旁反射体。     

随钻方位电阻率测井仪器响应数值模拟

利用目标导向自适应有限元建立数值模拟模型,计算和分析天线源距、发射频率、地层倾角及围岩电导率等参数变化对随钻方位电阻率测井仪器响应的影响。数值计算结果表明:不同发射频率与天线源距对仪器探测深度影响较大,围岩电导率会影响仪器对地层边界探测的敏感性,地层倾角越大,仪器测量到的地质导向信号幅值衰减越快;利用随钻地质导向信号的极值、极性以及井周电阻率成像,可以快速准确地判断储层边界以及裂缝边缘和走向,为实时钻井地质导向提供依据。     

水平井随钻电磁波电阻率数值模拟

随钻电磁波电阻率随着钻井技术进步市场和份额逐渐增加,由于水平井测量环境与直井存在较大差别,仪器受到影响因素也与直井不同,明确水平井中随钻电磁波电阻率的测井响应规律有助于水平井测井资料解释。依据电磁波电阻率测量原理,根据Chew理论,推导了TI介质中电磁场的波场分解,进而建立三维空间电磁波电阻率数值模拟正演方法。模拟了不同工作频率、不同相对井斜角、不同围岩电阻率以及地层界面情况下电磁波电阻率的测井响应规律。结果表明:幅度比和相位差随着地层电阻率的增大而减小,表现出与地层电阻率呈单调递减的函数关系;相位差对地层电阻率的敏感程度明显优于幅度比,适用的地层范围更大;井斜角越大,地层界面上下地层电阻率对比度越高,越容易在层界面附近产生"极化角",有助于识别地层界面;相同工作频率,围岩对幅度衰减电阻率的影响要大于相位差电阻率的影响;相同测量方式,围岩对低频工作模式的影响要大于对高频工作模式的影响;随井斜角的增大,幅度衰减电阻率与相位电阻率出现分离;工作频率越高,不同源距的电阻率值分离程度大。     

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。     

随钻电磁波测井响应函数理论及探测特性

为研究随钻电磁波测井响应探测特性,基于Born几何因子近似方法,推导各向异性介质中随钻电磁波测井响应函数,用于刻画各向异性地层中信号空间分布特征,以有效分析幅度比和相位差信号的敏感性。在此基础上定义径向及纵向积分几何因子,分析信号频率、地层电阻率及线圈距对探测能力的影响。结果表明幅度比和相位差信号空间分布规律相似,幅度比信号分布相对发散,具有更大的探测范围,而相位差信号分布更为聚焦,纵向分层能力更强;井斜角的加大导致响应函数的旋转对称性消失,对各向异性的敏感性增高;随着各向异性系数的加大,响应函数空间分布受水平电阻率的影响逐渐增强;径向及纵向积分几何因子能够表征仪器的探测能力,随着信号频率的增加,仪器的径向探测深度减小,纵向分辨能力增强;仪器径向探测深度及纵向分辨率,随着线圈距均匀改变而出现规律性的变化;在电阻率逐渐减小的过程中,随钻电磁波测井空间响应会出现负贡献区域。     

随钻电磁波测量仪器信号解耦及其在钻头前向探测中的应用

采用水平层状各向异性介质中的并矢Green函数计算随钻电磁波测量仪器在地层中的响应。根据发射天线与接收天线的交叉排列方式和顺序排列方式提出将来自钻头前方地层的信号与来自仪器周围地层的信号进行最大程度解耦的方法。针对各向异性地层,还提出在这两种信号中将地层垂直电导率信息与水平电导率信息进行最大程度解耦的方法。结果表明:接收天线中来自仪器周围地层的感应电动势只受最低位置与最高位置天线之间地层电导率的影响,对钻头前方地层的存在并不敏感,可以利用该电动势精确获得地层的电导率参数;接收天线中来自钻头前方地层的感应电动势只受层界面的影响,利用该信号可以进行钻头前向探测从而指示出地层交界面的存在;来自钻头前方地层的信号与来自仪器周围地层的信号解耦程度与地层相对于仪器轴向的倾角有关,倾角越大,两种信号的解耦程度越低。     

基于COMSOL软件的半线圈电磁远探测响应特性分析

传统电法测井仪器探测深度仅数米,无法满足井周数十米水平井地层边界识别的需求.传统的电磁远探测方法都是基于磁场进行计算的,本文利用半线圈所具有的远探测能力,同时测量电场强度和磁场强度,计算了仪器旋转角度、工作频率、线圈系源距、仪器距边界距离等因素对半线圈响应特性的影响.研究表明:半线圈对旋转角度反应敏感;半线圈接收的信号...     

基于反射声波测井有限元方法的井旁裂缝分布特征

基于声波传播理论,利用声波有限元方法研究存在井旁裂缝情况下的反射波波形特征。以井眼为对称轴,对有声阻抗不连续界面的一侧进行二维轴对称有限元建模,分别建立井旁存在交叉裂缝和弧状裂缝的交叉裂缝反射界面计算模型和弧状裂缝反射界面有限元计算模型。通过对相同源距条件下不同接收点接收的波形数据进行处理,得到反射波波至时间等参数,进而判断出页岩储层井旁裂缝的分布规律。结果表明:反射波的波至时间随声源纵坐标变化而呈现的规律与井旁裂缝的形态表现出了很好的一致性,井旁存在交叉裂缝时,根据波至时间计算得到井旁裂缝倾角为10.13°和20.19°,与解析模型对比的误差率分别为1.31%和0.95%。井旁存在弧状裂缝时,由反射波波至时间得出反射界面的坐标,并与计算模型结果进行对比,得到裂缝中心位置与反射点坐标相对误差为1.70%。声波有限元方法可以有效地反演出井旁裂缝的位置和形态特征。     

随钻电磁波传播测井传感器参数优化设计

 随钻电磁波传播测井是随钻测井系列中最重要的一种测井方法,它通过记录电磁波信号的幅度比和相位差来反映地层介质信息。不同的频率、源距的测井仪器参数会产生不同的测井响应特性,选择适当的传感器参数能够提高其探测效率。应用有限元法对非均质地层进行正演模拟,得到随钻电磁波传播测井方法的纵向分辨率与径向探测深度。采用神经网络的方法辅助传感器参数优化设计,计算不同地层电阻率、频率、源距的纵向与径向函数。通过计算值分析得到优化后的传感器参数,并计算新传感器参数的视电阻率正演响应。计算结果虽然与正演计算数值有一定误差,但误差很小,并且在可以接受的范围内。随着正演模拟样本的增加,神经网络的方法能够有效辅助参数优化设计,降低计算次数。设计的新型传感器够有效反映地层电阻率。     

氘-氘和氘-氚随钻中子孔隙度测井探测特性对比

为考察在随钻中子孔隙度测井中用氘-氘(D-D)脉冲源替代氘氚(D-T)源的可行性,利用蒙特卡罗模拟方法,对比分析使用两种脉冲源时测井仪器的热中子空间分布、零源距区域、地层孔隙度灵敏度以及探测深度等探测特性.研究结果表明,D-D与D-T源相比,虽然在水平或大斜度井段对地层界面的分辨能力稍低一点,但是两者的零源距区的上限值、近源距和探测深度都大致相等,且D-D源对地层孔隙度的灵敏度更高、使用时更安全,在随钻脉冲中子孔隙度测井中可以得到更好的使用.     

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。     

多分量感应测井响应的交错网格有限差分法模拟

从电磁响应方程出发,应用交错网格有限差分法推导了三维各向异性地层多分量感应测井响应的差分计算格式,并利用所形成的算法考察了多种环境条件下多分量感应测井的响应规律。计算结果表明,多分量感应测井各磁场分量不仅与地层水平电阻率和垂直电阻率有关,还与仪器方位角、井斜角、井眼轴与地层走向的相对位置有关。根据仪器方位角与井斜角间的关系和各测量量,可反演出地层水平电阻率和垂直电阻率,进而改善电性各向异性储层的含油饱和度评价。计算结果表明该算法是准确可靠的。     

垂直磁偶源频率域电磁测深法一维正演及响应特征

为了探究磁偶源频率域电磁法的测深能力,本文以垂直磁偶源频率域电磁剖面装置为例,从垂直磁偶极子在一维层状介质的Z方向磁场公式出发,在低感应系数条件下推导了视电导率的表达式,最终实现了垂直磁偶源频率域电磁测深法的一维正演；然后通过对典型层状模型进行一维正演模拟,分析了磁偶源频率域电磁测深法的响应特征。研究结果表明：通过同时减小发射频率和增大收发距并保持频率与收发距平方的乘积不变能够实现电阻率测深,属于频率和几何测深联合方式,可见该方法能够准确地反映地下介质视电阻率的垂向变化信息。     

复杂地形地质条件下矿井富水性探测技术与应用

黄土塬区地形地质条件复杂,运用瞬变电磁法开展矿井水探测能取得较好效果。在试验基础上,获取了测区大定源回线装置最佳发射框尺寸、发射频率及供电电流等参数,并将其运用于有效性试验,获得了区内视电阻率分布特征。实验区视电阻率三维切片图表明:煤系地层中不连续分布的低阻异常,推断为巷道分布位置;由于顶板冒落,裂隙可能导通上部砂岩含水层,建议开采前采取有效的探放水措施。     

近钻头无线短传理论及信号衰减特性分析

利用等效理论将螺线环天线等效成磁流环,使电流环和螺线环两种天线可共用同一仿真模型。利用COMSOL有限元软件实现了仿真建模,通过分别加载电流源和磁流源,实现了两种类型天线的无线短传信号仿真计算。通过大量算例分析,得到了地层电阻率、工作频率、天线与钻铤间距、源距和井眼等参数对两种天线信号衰减的影响规律,给出了两种短传天线工作性能与井况的对应关系。本研究对研制无线短传传感器,以及更好地理解和掌握该类仪器信号的衰减特征具有重要参考价值。     

随钻电阻率测井的固定探测深度合成方法

针对随钻电磁波电阻率测井仪原始曲线探测深度不确定的问题,开展了将原始测井结果合成为具有固定探测 深度曲线的研究。研究中首先采用了一种简单快速的迭代反演算法进行曲线的围岩校正处理,之后利用高斯牛顿梯 度下降反演算法对每层地层进行三参数反演,获得地层的侵入带电阻率、侵入半径和地层真电阻率,再根据提出的伪 源距概念,利用获得的三参数绘制探测深度与源距、源距与视电阻率的关系图版,最终通过插值获得具有固定探测深 度的测量曲线。通过一系列数值模拟发现,合成后的不同探测深度曲线在有侵地层中出现有规律的分离现象,该现象 与地质特征吻合很好,相比原始曲线能更直接地反映地层侵入特性,说明本方法能够提升该类仪器的应用效果,可以 与阵列感应曲线进行对比,方便地质解释人员做出更准确的地层评价。     

井旁地质界面的反射波模拟及f-k偏移成像研究

本文针对现有阵列声波测井仪器,对井旁不同角度和不同位置井旁地质界面的全波波列进行了物理和数值模拟。结果表明,在现有仪器源距范围内,可以从全波波形中观测到清晰的反射纵波。在此基础之上,针对阵列声波全波数据特点,对Stolt的f-k偏移方法进行了改进,使其更适应于阵列声波测井需要,该方法不受地质界面倾角的限制,而且一次可以有效地处理大量现场数据,可以分别得到上倾和下倾井旁地质界面图像。最后,应用该方法对一个倾斜井的阵列声波数据进行了处理,有效的得到了井旁地层界面成像图,验证了该方法的可靠性。     

多分量感应测井响应的交错网格有限差分法模拟

从电磁响应方程出发，应用交错网格有限差分法推导了三维各向异性地层多分量感应测井响应的差分计算格式，并利用所形成的算法考察了多种环境条件下多分量感应测井的响应规律。计算结果表明，多分量感应测井各磁场分量不仅与地层水平电阻率和垂直电阻率有关，还与仪器方位角、井斜角、井眼轴与地层走向的桕对位置有关。根据仪器方位角与井斜角间的关系和各测量量，可反演出地层水平电阻率和垂直电阻率，进而改善电性各向异性储层的含油饱和度评价。计算结果表明该算法是准确可靠的。