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非均匀复杂地层随钻电磁波测井响应研究

作　者: 杨震
导　师: 范宜仁
学　校: 中国石油大学
专　业: 地质资源与地质工程
关键词: 随钻电磁波非均匀地层测井响应模式匹配法 ICCG 补偿型仪器
分类号: P631.811
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 493次
引　用: 6次
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内容摘要

随着石油工业的不断发展以及开发油藏地质情况的日益复杂,新的测井方法不断涌现,其中发展最迅猛的是随钻测井技术。新的测井环境和测井方法为测井研究者带来了新的挑战,如新式随钻电磁波测井仪器的性能评价,大斜度井、水平井中随钻电磁波仪器的响应特征,常规普通感应与随钻电磁波仪器探测性能的区别等。通过数值模拟可以为这些问题的解决提供一种有效的途径。本论文的目的就是通过对一维、二维以及全三维地层模型数值模拟方法的研究,为实际问题的解决提供可行的方法平台。本论文第二章,第三章介绍径向分层模型以及层状介质地层模型电磁场分布的公式推导以及高效计算方法,将感应测井仪器发射源简化为一系列的磁偶极子,其在层状地层中产生的电磁场分解成彼此独立的横电波(TE)和横磁波(TM),得到层状地层电磁场含有Bessel函数的解析解。在充分分析被积函数特点的前提下,采用改进的高斯方法直接计算Bessel函数的无穷域积分代替传统的傅立叶—汉克尔变换方法。该数值模拟方法对于快速分析层厚、井斜等地层因素对电磁波测井响应的影响具有很好的效果。第四章介绍目前应用最广泛的二维问题计算方法,主要介绍了逐次逼近法和模式匹配方法,其中逐次逼近方法的思想对感应测井的反演有重要意义。模式匹配法采用张庚骥先生构造的幅度基函数和斜度基函数,这保证了电磁场本身及其一阶导数连续,因此只需少量基函数就能得到较高的精度。数值模拟表明,只要选择适当的网格划分方法以及适量的基函数,模式匹配法对中低频的普通感应以及高频的随钻电磁波测井响应模拟都有很好的效果,而且是目前常用的数值模拟方法中计算效率最高的一种方法。第五章介绍随钻电磁波三维频率域数值模拟方法。本章从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,利用电场的镜像对称性,使计算规模减小一半。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。通过与解析解的对比表明:该方法能较好的解决电磁场的三维计算问题,但对于各向异性地层模型背景电导率的取值原则仍需进一步研究。第六章在前面数值模拟方法的研究基础上,以EWR—Phase4仪器为例,着重研究随钻电磁波测井响应的各种影响因素,包括随钻电磁波仪器工作频率的选择、仪器的探测性能、围岩与层厚、井眼、泥浆侵入、井斜、介电常数以及地层各向异性的影响等,对仪器的研发制造以及测井资料的解释评价提供很好的理论依据。第七章提出了一种新的随钻补偿仪器研发思路。由于随钻电磁波仪器自身的特点,井眼垮塌对仪器响应影响很大,尤其是在盐水泥浆条件下,因此对测井资料进行补偿非常必要,传统的补偿方法使仪器长度增大了近一倍。本章在基于电磁场互换原理的基础上,提出了一种新的仪器补偿方法,可以减小同样探测性能仪器的长度。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
创新点摘要  8-12
第一章引言  12-22
  1.1 研究目的及意义  12-13
    1.1.1 选题依据  12
    1.1.2 研究目的和意义  12-13
  1.2 电磁波测井数值模拟研究现状  13-20
    1.2.1 二维电磁波数值模拟研究现状  13-16
    1.2.2 三维电磁波数值模拟研究现状  16-17
    1.2.3 随钻电磁波仪器发展现状  17-20
  1.3 研究内容  20-21
  1.4 技术路线  21-22
第二章径向分层介质中的电磁场  22-30
  2.1 一维径向分层介质中的解析解  22-25
  2.2 径向边界条件  25-27
  2.3 金属钻铤对随钻电阻率转换模板的影响  27-30
第三章层状介质电磁波测井响应研究  30-53
  3.1 理论计算模型  31-35
    3.1.1 均匀介质中的电磁场  31-32
    3.1.2 层状介质中的电磁波及积分解  32-35
  3.2 Bessel无穷积分的求解  35-40
  3.3 实际仪器响应模拟  40-52
    3.3.1 斜井层状地层介质双感应测井响应模拟  40-42
    3.3.2 斜井层状地层介质随钻电磁波测井响应模拟  42-48
    3.3.3 薄互层电磁波测井响应数值模拟  48-52
  3.4 小结  52-53
第四章二维电磁波测井数值模拟研究  53-75
  4.1 直井条件下的逐次逼近法  53-58
    4.1.1 逐次逼近法大意  53-57
    4.1.2 逐次逼近法模拟结果  57-58
  4.2 模式匹配法  58-67
    4.2.1 模式匹配法简介  58-64
    4.2.2 层状介质感应测井响应中反射系数与透射系数的推导  64-67
  4.3 模式匹配法数值模拟  67-74
    4.3.1 模式匹配法正确性与精度验证  67-68
    4.3.2 不同泥浆和地层电阻率情况下的普通感应和随钻电磁波响应模拟  68-74
  4.4 小结  74-75
第五章三维频率域随钻电磁波测井数值模拟  75-95
  5.1 基于交错网格的有限差分方法  75-79
  5.2 网格划分方法  79-81
  5.3 电导率平均公式  81-82
  5.4 电场对称性的应用  82
  5.5 稀疏矩阵的一维变带宽存储方法  82-84
  5.6 改进的ICCG方法求解大型稀疏对称线性方程组  84-87
    5.6.1 基于不完全乔尔斯基分解的共轭梯度法  84-85
    5.6.2 改进的基于不完全乔尔斯基分解的共轭梯度法  85-87
  5.7 数值模拟结果及分析  87-93
    5.7.1 背景电导率的取值  87
    5.7.2 随钻电磁波测井数值模拟  87-93
  5.8 小结  93-95
第六章随钻电磁波测井响应环境影响因素分析  95-123
  6.1 随钻电磁波仪器工作频率的选择  95-96
  6.2 随钻电磁波仪器探测深度  96-99
  6.3 围岩与层厚的影响  99-102
  6.4 井眼影响  102-105
  6.5 泥浆滤液侵入影响分析  105-109
  6.6 井斜角度的影响  109-114
    6.6.1 随钻电磁波仪器电流分布模式  110-111
    6.6.2 井斜角度对随钻电磁波响应影响  111-114
  6.7 介电常数影响  114-119
  6.8 电阻率各向异性影响分析  119-122
  6.9 小结  122-123
第七章补偿型随钻电磁波仪器设计及响应研究  123-137
  7.1 线性加权补偿方法研究  124-130
  7.2 基于电磁场互换原理的随钻补偿仪器设计  130-135
  7.3 地面延迟电路补偿方法研究  135-136
  7.4 小结  136-137
结论  137-139
参考文献  139-147
附录1 径向分层介质电磁场表达式系数推导  147-149
附录2 三维Maxwell方程有限差分离散  149-151
攻读博士学位期间取得的研究成果  151-152
致谢  152-153
作者简介  153

非均匀复杂地层随钻电磁波测井响应研究

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