瞬变电磁过套管电阻率测井响应模拟及分析

瞬变电磁过套管电阻率测井采用线圈电流的导通和关断方式进行大功率激发,测量套管井内不同源距的瞬态响应波形。现场测井得的瞬态波形有2个响应:一个是脉冲,位于激发时刻;一个是单峰波形——上升沿变化快、下降沿变化慢、位于激发时刻之后。用实轴积分法模拟套管井的瞬变电磁响应,得到的2个响应与所测量的波形特征一致,它们分别对应于位移电流(电磁波)和传导电流(电磁感应)的响应。传导电流密度与地层电导率成正比,过套管电阻率测井主要利用第2个瞬态响应获得地层的电导率。由于瞬变激发的连续谱以低频为主,测井波形中直接耦合的无用信号幅度很大。用同一源距不同深度测量的波形相减可以去掉响应中的无用信号(直接耦合响应和井内液体、套管、水泥环的二次场响应),得到2个深度点所测量地层的二次场差,该二次场差与所测量的不同区域地层电导率成正比,从二次场差波形中任取一点的幅度均可得到1条曲线,对其反褶积并刻度可以得到地层电导率随深度的变化曲线,加上初值便得到地层的电导率,实现过套管地层电阻率的连续测量。     

瞬变电磁测井原理研究I:Doll几何因子

瞬变电磁测井是一种通过井内大功率瞬变电磁激发测量井内电磁感应电动势的方法。与电极、侧向与感应等电测井方法不同,瞬变电磁激发的电磁场频率是连续的,采集到的感应电动势也是连续波形,测量的原始数据量大、所携带的地层信息丰富。瞬变电磁激发的电磁场在地层中会产生二次场,该二次场可以用Doll几何因子进行描述。给出瞬变电磁激发信号为阶跃函数时井内二次感应电动势的响应曲线。从曲线上发现,在激发波形发生突变的位置,井内电磁感应电动势响应信号的幅度最大,当激发波形恒定后,响应信号从最大值连续变化到0。二次感应电动势曲线的幅度与地层电导率成正比。实际的瞬变激发波形不会突变,会有一定的延迟和过渡过程,用一阶网络的指数衰减模拟激发波形后发现,其响应波形的幅度减小,指数衰减越慢,其二次场响应幅度越小。     

瞬变电磁测井原理研究Ⅱ:精确解的响应

Doll几何因子没有考虑地层的集肤效应和单元环之间的相互影响,所得到的响应在高电导率地层误差比较大。用Doll几何因子计算瞬变电磁测井响应的误差也相应比较大。用无限大均匀介质响应的精确解势函数计算瞬变电磁测井响应。与Doll几何因子不同,精确解势函数的实部和虚部都参与了计算,其响应的频谱总体变化趋势比较平稳,没有像Doll几何因子那样随频率线性增加,响应波形的实部与激发波形相似,虚部在激发波形突变处也呈脉冲形状。设计了含正负幅度值的方波激发波形,用这样的波形激发,其响应的实部与激发波形相近,虚部则在方波的突变处最大,随着时间的推移,幅度连续减小。进一步用势函数计算瞬变电磁感应电动势后发现,在激发波形的突变处,电磁感应电动势比较大,容易测量。     

瞬变电磁测井原理研究Ⅵ:过套管电阻率

为在套管井瞬变电磁测井响应中获得地层电阻率信息,用套管井模型和实轴积分方法对线圈激发的瞬变电磁场进行研究。用不同地层电导率的响应差将直接耦合场(一次场)去掉,剩下反映地层电导率的二次场。将裸眼井和套管井的一次场和二次场对比后发现,套管井和裸眼井的一次场响应形状固定,幅度随套管尺寸改变。裸眼井的二次场响应波形在突变激发的两侧分布着正负2个峰值,套管井则仅在一侧有峰值,另外一侧的峰值被套管屏蔽。裸眼井的二次场随时间单调衰减很快,而套管井的二次场响应则随时间衰减比较慢,在200ms以后还会出现峰值。这样,便有2个区域可以用于地层电导率的测量,一个在激发的突变位置附近,另外一个在激发结束200ms以后,俄罗斯的过套管测井选择了第2个测量区域。在这个区域内,一次场幅度已经很小,并且是单调减小,而二次场则有形状变化,采用频谱分析等手段获得这些形状信息即可获得二次场,该信息与地层电阻率有直接关系,可以构建工程量,将电阻率信息放大,对其刻度即可实现过套管电阻率测量。     

瞬变电磁测井实验研究

文章给出瞬变电磁测井原理的实验验证。用外径为113 mm、壁厚6 mm、长1 m的有机玻璃管模拟裸眼井井眼、用外径350 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层,粗有机玻璃内放置盐水模拟地层的电阻率,用长1 m的5.5 in(1 in=25.4 mm)套管制作套管模型井,同样,用直径300 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层。自制发射和接收线圈,用间距150 ms的方波激发,测量不同源距的接收波形,获得了瞬变电磁响应随源距的衰减规律。改变盐水的电阻率重新测量,用不同地层电阻率的响应相减抵消瞬变电磁激发响应的一次场,获得了直接反映地层电阻率的二次场响应波形。实验发现:理论计算的二次场响应波形特征与实验结果一致,即裸眼井的二次场在瞬变激发的两侧(通断前后)均有极值,而且符号相反;套管井的二次场仅仅在一侧有极值。但是,由于激发电路衰减常数的影响,实际测量的二次场波形在电流突变一侧的幅度大,在指数衰减一侧的幅度小。裸眼井的二次场幅度远远大于套管井的二次场幅度,套管井地层电阻率测量的原始信号很小。     

套管井瞬变电磁响应波形中的地层电导率信息

瞬变电磁测井是测量套管外地层电导率的一种有效方法.采用实轴积分法试算了套管井模型的瞬变电磁响应,不同源距响应波形的形状差异明显.对同一源距,将两种不同地层电导率的响应波形相减得到响应差波形,不同源距的响应差波形形状不变.各个时刻的响应差与地层电导率差呈线性关系.首先将实际测量波形减去同一深度的测量波形,取某个时刻的波形...     

瞬变电磁测井实验研究

文章给出瞬变电磁测井原理的实验验证。用外径为113 mm、壁厚6 mm、长1 m的有机玻璃管模拟裸眼井井眼、用外径350 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层,粗有机玻璃内放置盐水模拟地层的电阻率,用长1 m的5.5 in(1 in=25.4 mm)套管制作套管模型井,同样,用直径300 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层。自制发射和接收线圈,用间距150 ms的方波激发,测量不同源距的接收波形,获得了瞬变电磁响应随源距的衰减规律。改变盐水的电阻率重新测量,用不同地层电阻率的响应相减抵消瞬变电磁激发响应的一次场,获得了直接反映地层电阻率的二次场响应波形。实验发现:理论计算的二次场响应波形特征与实验结果一致,即裸眼井的二次场在瞬变激发的两侧(通断前后)均有极值,而且符号相反;套管井的二次场仅仅在一侧有极值。但是,由于激发电路衰减常数的影响,实际测量的二次场波形在电流突变一侧的幅度大,在指数衰减一侧的幅度小。裸眼井的二次场幅度远远大于套管井的二次场幅度,套管井地层电阻率测量的原始信号很小。     

套管井瞬变电磁测井在节箍处的响应与几何因子分析

剩余油的探测需要利用套管井条件下的电阻率测井曲线。为此,用线圈电流的导通和关断激发电磁场,这些电磁场以低频为主,集肤深度大,能够穿过套管进入地层,并在地层中激发涡流,涡流激发的磁场能够再次穿过套管在接收线圈上产生响应。测量不同源距的瞬态电磁响应波形,将同一源距相邻两个深度点测量的波形相减去掉无用信号,获得的波形反映了地层的电导率。取其峰值得到测井曲线,该曲线在套管节箍处幅度很大,随深度变化的形状与同源距的Doll几何因子在半径比较小时随深度变化的形状相似。将同源距的Doll几何因子在径向上压缩、纵向上拉伸到与实际测量的曲线形状一致,压缩拉伸后的Doll几何因子即为套管井的几何因子,套管的高电导率和磁导率对响应的影响被归并到几何因子中。这为分析套管井瞬变电磁测井的纵向和径向特征,获得不同纵向分辨率和探测深度的测井曲线提供了基础。     

瞬变电磁测井原理研究Ⅴ:径向几何因子

对于瞬变电磁测井,Doll几何因子是一阶近似结论,没有考虑单元环之间的相互作用,更没有考虑井壁对瞬变电磁场的各种反射和折射特征.通过对比Doll几何因子与精确解的响应波形发现,在地层电导率很高或者源距比较长时,两者差异比较大.用实轴积分方法计算了不同井眼半径的裸眼井响应,用半径增加以后的响应减去标准井眼半径的响应获得一个响应差.该响应差主要刻画井半径增加部分地层对响应的贡献.将该部分归一化获得了瞬变电磁测井响应的径向积分几何因子,进一步计算径向积分几何因子对半径的导数获得了径向微分几何因子.该几何因子较Doll几何因子精度高,因为它考虑了集肤效应和井眼的影响.从该径向几何因子发现,瞬变电磁测井不同源距的阵列接收波形的径向探测深度差别大,近源距的径向探测深度浅,远源距的探测深度深.该几何因子为设计探测不同径向深度地层电阻率的瞬变电磁阵列测井仪提供了具体手段,对瞬变电磁测井资料的处理和评价具有重要意义.     

瞬变电磁测井原理研究V:径向几何因子

对于瞬变电磁测井,Doll几何因子是一阶近似结论,没有考虑单元环之间的相互作用,更没有考虑井壁对瞬变电磁场的各种反射和折射特征。通过对比Doll几何因子与精确解的响应波形发现,在地层电导率很高或者源距比较长时,两者差异比较大。用实轴积分方法计算了不同井眼半径的裸眼井响应,用半径增加以后的响应减去标准井眼半径的响应获得一个响应差。该响应差主要刻画井半径增加部分地层对响应的贡献。将该部分归一化获得了瞬变电磁测井响应的径向积分几何因子,进一步计算径向积分几何因子对半径的导数获得了径向微分几何因子。该几何因子较Doll几何因子精度高,因为它考虑了集肤效应和井眼的影响。从该径向几何因子发现,瞬变电磁测井不同源距的阵列接收波形的径向探测深度差别大,近源距的径向探测深度浅,远源距的探测深度深。该几何因子为设计探测不同径向深度地层电阻率的瞬变电磁阵列测井仪提供了具体手段,对瞬变电磁测井资料的处理和评价具有重要意义。     

瞬变电磁测井的过套管地层电导率探测

剩余油探测需要套管井条件下的地层电导率,而利用瞬变电磁激发,在套管井测量的响应波形中包含了地层电导率信息。因此,需要研究该测井波形以及电导率信息在波形中的分布形式和地层电导率曲线的计算方法。首先研究了套管节箍处的响应,并借助该响应获得了套管井的几何因子。采用几何因子分析了地层电导率曲线的计算方法:将两个相邻深度测量的波形相减去掉波形中幅度很大的无用信号和井眼影响;再从其中任取一个时刻的值得到一条实测曲线,其特征与普通电导率曲线差异很大,其几何因子是两个相同的套管井几何因子错开一个深度间隔之后相减得到的差分几何因子。将套管井的差分几何因子与实测曲线进行反褶积可得到地层的电导率曲线。实际测井数据的处理结果表明,处理后的电导率曲线与裸眼井的电导率测井曲线具有一致性,表明瞬变电磁测井响应可以用几何因子描述,且能进行有用信号和无用信号的分离。最终利用有用信号实现套管井地层电导率测量。源距越大,得到的套管井条件下的曲线和裸眼井的曲线越一致,而目前最大源距的套管井曲线与裸眼井曲线依然存在差异,说明目前的仪器探测深度浅,下一步的研究应该增加仪器的源距。     

瞬变电磁井间勘探的全空间几何因子

井间是剩余油的主要分布区域,为探测井间剩余油,提高采收率,提出了基于全空间几何因子的瞬变电磁井间勘探方法。在本井使用线圈发射、邻井使用线圈接收,根据瞬变电磁场理论,在阶跃信号的激励下发射线圈在地层中激发出沿圆周方向的闭合瞬变电场,该电场在导电地层中产生与地层电导率呈正比的涡流。由Doll地层环模型可知,地层中的涡流在空间任意点激发得到与地层电导率成正比的二次场响应信号(有用信号),并可表示为空间各点电导率的加权平均值,其权重即为井间瞬变电磁勘探的全空间几何因子;全空间几何因子集中分布在发射线圈和接收线圈附近,其它区域分布较少,在发射线圈和接收线圈两侧呈现不同的极性;对瞬变电磁响应与地层电导率、井间距和源距的变化规律研究可知,瞬变电磁井间勘探有用信号随着地层电导率的增大而增大,随着井间距的增加单调减小,在发射线圈和接收线圈处于同一深度时该响应信号幅度最大。     

瞬变电磁井间涡流激发响应的实验研究

瞬变电磁井间涡流激发的二次场响应可以用于井间剩余油的检测,为提高剩余油采收率,提出基于全空间几何因子的井间勘探方法。利用铝板与全空间放置的发射和接收线圈进行瞬变电磁井间勘探实验,首先将有铝板存在和无铝板存在时接收线圈测量的瞬变电磁总响应相减去掉直接耦合信号,得到只与空间导电介质有关的涡流激发响应(该响应即为井间勘探的有用信号,与地层电导率成正比,可以用来反演地层电导率),然后用涡流激发响应的极性间接地对全空间几何因子极性特征进行定性实验验证,即全空间几何因子在发射或接收线圈两侧极性相反。利用全空间几何因子理论以及井间涡流激发响应解析解进行正演模拟,并与空气以及地层中实测得到的涡流激发响应波形进行对比,从而定量地验证了全空间几何因子在计算井间涡流激发响应时的可行性。通过改变发射与接收线圈的源距,发现了瞬变电磁全波响应以及与铝板有关的井间涡流激发响应幅度随源距的增大而逐渐变小的客观规律,即源距改变,接收线圈对涡流激发响应的灵敏度随之改变。     

瞬变电磁测井原理研究Ⅲ:电磁波

瞬变电磁测井满足Maxwell方程,包含电磁波传播过程及其影响。从Maxwell方程出发,分析了无限大均匀介质电导率对电磁波传播速度的影响,与空气中的电磁波传播速度是常数不同,一般介质的电磁波传播速度随频率改变,低频时变化很大。利用裸眼井模型对井内的电磁波传播特征进行研究,给出了描述井内电磁波传播的二维谱及其频散曲线。在高频段(大于100 MHz)与声波测井相似,井内传播的电磁波也具有频散效应,速度随着频率的增加从地层的电磁波速度连续改变到井内液体的电磁波速度,在有些频率段,其速度与地层的电磁波速度一致。在这些频率测量电磁波能够得到地层的电磁波速度,从中获得地层的介电常数,这是由井的圆柱形边界导致的。与声波测井不同,在低频段地层的电磁波传播速度随频率改变,在井中所测量的电磁波速度也随频率改变,这种现象主要由电磁感应引起,与地层的电导率有关。这一部分的响应特征构成了瞬变电磁测井电阻率测量的基础。     

生产井瞬变电磁响应特征研究

研究了生产井环境下井中瞬变电磁的响应特征,建立了柱状分层介质的电磁响应模型,推导出了生产井井中瞬变电磁响应的一般表达式,结合数值计算讨论了套管电导率、厚度、磁导率、发射线圈、接收线圈的几何参数以及收发距对井中电磁响应信号的影响规律.研究表明:生产井中接收线圈上的感应电动势随时间的增大而减小,套管电导率越大,响应信号衰减...     

各向异性地层中电磁散射响应的计算及应用

从电磁响应方程出发,应用交错网格有限差分法推导了各向异性地层三维电磁响应的差分计算格式.应用该计算方法进行了多种环境下电磁响应的计算.计算结果表明,在直井水平层中,磁场强度分量与地层水平电阻率和垂直电阻率有关,磁场强度分量只与地层水平电阻率有关;当地层或井眼倾斜时,线圈测量值与地层水平电阻率和垂直电阻率均有关;线圈测量值受趋肤效应影响与线圈距有关,线圈距越大,受趋肤效应影响越严重;场强度分量对地层界面很敏感,受趋肤效应的影响比磁场分量大;已知各测量值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低阻储层的含油饱和度评价.     

复电阻率测井响应的有限元模拟

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,频率很低时复电阻率测井响应接近双侧向测井响应,随着频率的提高,复电阻率测井响应幅度降低;地层具有一定的频散效应时可以利用不同频率的复电阻率测井响应直观地区分油水层.     

基于套管井中电磁测井响应的研究

在套管井中通过测量电磁响应的方法获取套管外的地层信息时,套管对地层信号有很大的影响。为了得到更趋近于实际的测并数据,研究套管对电磁测井响应的影响规律具有非常重要的意义。文章以麦克斯韦电磁场理论为基础,建立了井眼、套管、地层三层柱状介质模型,推导了井中电磁响应的理论公式,分析了套管井中电磁测井对地层电阻率变化的灵敏度,以及套管参数对电磁测井响应的影响。数值计算结果表明,电磁响应对于电阻率较低的地层比较灵敏,套管参数对井中电磁测井响应的影响有一定的规律。     

用边有限元法计算三维各向异性介质的电磁响应

用边有限元基函数导出了各向异性介质中麦克斯韦(Maxwell)方程的边有限元关系式,计算了三维各向异性介质中多分量电磁测井的响应.将总场分离成背景场和二次场的处理技术,使该方法适应于有限尺寸和任意方向的源以及倾斜井眼.离散化得到的方程用加不完全乔累斯基分解预处理的Krylov子空间迭代算法实现.利用多层模型检验了该方法.模拟结果表明,不同的发射和接收方式在各向异性介质中电磁测井响应有较大差别,共面垂直线圈发射和接收,视电导率介于各向异性的垂直电导率和水平电导率之间;同轴水平线圈发射和接收,视电导率等于各向异性的水平电导率,用多分量电磁测井可以给出更多和更准确的地层电阻率信息.     

泥浆滤液侵入带的感应测井响应及环境影响

由于地层非均质性和泥浆性能等综合影响, 同一地层的侵入带半径常常是随深度变化的。通过建立二维轴对称非均匀介质中感应测井的分析模型, 基于趋肤效应几何因子理论及电磁感应原理测量地层电阻率的测井方法, 论述了侵入带前缘倾斜地层的正演计算理论和方法。并在侵入带前缘剖面不同倾角情况下, 计算了环境因素(井眼、侵入带、层厚) 对感应测井响应曲线的影响。结果表明, 在相同地层条件下, 深、中感应测井形状相似, 幅度不同, 中感应测井受侵入带影响更大。只改变井径、泥浆电阻率、侵入带电阻率、侵入带深度以及层厚, 对测井响应影响不大, 但改变侵入带形状却对测井响应影响非常大。这些认识为解释复杂侵入带环境对测井结果的一般影响和一些测井异常提 供了理论依据, 在测井解释工作中应合理考虑该影响。