瞬变电磁测井原理研究Ⅳ:二维谱

在井条件下解Mexwell方程研究裸眼井的瞬变电磁测井低频响应及其二维谱,频率范围为1~30 Hz。低频段的响应主要受地层电导率影响;电磁波传播速度很低,传播过程不明显,满足电磁感应原理,其二维谱主要刻画电磁感应现象。二维谱的实部很大,虚部很小,对应的测井响应中与地层电导率参数无关的直接耦合信号幅度很大,反映地层电导率的响应幅度很小。将不同地层电阻率的响应波形相减得到的响应差与地层电阻率有关,电阻率越大,响应差的峰值越大;响应差的峰值偏离激发波形突变位置,接收线圈距离发射线圈越远,响应差的峰值偏离波形突变位置的时间越大。这些差别刻画了瞬变电磁测井的主要特征是由地层的电导率产生的。     

随钻电磁波测井井眼响应特性分析

文章介绍了水平井随钻电磁波测井响应的时域有限差分 FDTD 数值计算方法.首先根据水平井测井地层的特点,利用直角坐标系下的三维 FDTD 计算公式、稳定性条件和吸收边界条件,设计实现数值计算程序;然后分析随钻电磁波测井仪在水平井中的几种状态时磁场的响应特性,这些状态有仪器居中、偏心和不同泥浆电导率.结果表明,偏心和井眼对测量信号的影响主要体现在相位曲线上,偏心和井眼校正主要通过制作相位图板来进行校正.开发的数值模拟计算软件可用于随钻电磁波测井仪器设计.     

井间电磁成像测井系统分析与研究

以电磁场理论为基础,研究井间电磁感应幅度与相位的正反演模型与算法.分析EMI公司XBH-2000井间电磁成像测井系统与斯伦贝谢公司Deeplook-EM井间电磁成像测井系统的优缺点,针对井间电磁测井中发射天线、接收天线与微弱电磁感应信号采集处理展开研究.提出发射部分采用低压储能、磁偶极子定向谐振发射以及幻相电缆平衡供电等技术,接收部分采用GPS综合同步相位检测、锁相放大、自适应取样积分、共模抑制、温度补偿校正与天线刻度等信号检测与处理技术.该研究有效提升了电磁波发射效能,提高了信噪比,为仪器研制奠定了理论基础.     

极板式多频电磁波测井探头设计与模拟

多频电磁波传播测井能够测量不同径向深度地层的介电常数和电导率,区分油水层并对复杂储集层作出评价。结合国内外研究现状,研究模拟了谐振腔式天线,并设计了极板式双发-八收的包含4个工作频率(20 MHz、100 MHz、500 MHz,1.0GHz)的电磁波测井探头。利用时间域有限差分法模拟单频信号和脉冲信号在地层中的传播特征。初步研究表明,设计的仪器探头能够探测井周地层的特性,为进一步研究打下基础。     

随钻电磁波测井仪器线圈系参数设计方法研究

随钻电磁波测井仪器的关键结构是发射和接收线圈系,主要包含工作频率、线圈间距和源距等3个参数,且这3个参数相互制约.在分析随钻电磁波测井基本原理的基础上,通过数值仿真研究了仪器线圈系关键参数的设计方法.在满足待测地层电导率范围、钻井液电导率、探测深度和可分辨最薄水平地层厚度等探测要求的前提下,并考虑到接收线圈测量精度要求...     

多频测井信号相敏检测技术研究

基于相敏检测原理,推导出多频相敏检测的算法.在频域内分析了数字平均滤波器的响应特性,得到多频检测时采样频率、采样点数以及信号频率之间的约束关系.仿真实验结果表明,在信噪比低至-10 dB时幅度检测误差控制在0.5％以内,相位检测误差控制在0.2％以内.实际测井仪器数据采集系统设计中尽可能提高采集信号的信噪比,采集参数选择满足约束关系,从而实现多频信号高精度检测.     

基于ICCG方法的随钻方位电磁波测井响应模拟研究

采用改进的不完全乔尔斯基共轭梯度法(ICCG),计算了方位电磁波电阻率仪器响应以及传统的电磁波电阻率仪器的响应,分析了井斜以及不同接收线圈倾角对水平层状介质响应的影响,讨论了接收线圈与仪器轴夹角的选择依据。实际计算结果表明,随钻方位电磁波仪器与传统的电磁波电阻率仪器相比,能分辨出地层的方位信息,对地层界面有更好的灵敏性,方位电磁波电阻率仪器能更好地识别地层界面和进行地质导向。     

我国电磁波测井的进展和构想

本文叙述了我国电磁波测井研究的主要进展：60兆相位介电测井在大庆西部探区油水层判断符合率大于80％；研究成功了1．1GHZ微波介电测井仪；试验了25MHZ既测相位盖、又测幅度差比的组合介电测井；试验了2MHZ测相位差的相位电阻率测井仪；实验室做出了25MHZ和1．1GHZ频率下岩石介电系数与含水饱和度的关系等。本文还就建立阵列电磁波测井系统需要开展的三个方面研究工作进行了评述。     

双发单收谐振型电磁波测井线圈系刻度方法研究

增大源距是提高随钻电磁波电阻率测井仪器探测深度的有效方法,但是接收信号随源距增大严重衰减。本文将谐振原理引入随钻电磁波电阻率测井,采用双发单收谐振型线圈系结构,提高接收线圈的电压幅度。实验室通常采用刻度环模拟地层电导率,开展仪器响应特性研究。双发单收谐振型线圈系的刻度方法与传统的开路线圈系结构完全不同。本文基于DOLL几何因子理论,对双发单收谐振型线圈系刻度环参数选择方法进行研究,发现参数选择应该兼顾相对平稳度与刻度环电阻分辨度,以减小测量误差。实验比较了均匀地层中接收线圈开路和谐振响应特性,表明谐振方法只增大了接收响应的幅值而没有改变幅度比,验证了刻度环参数选择方法的正确性以及谐振方法的正确性。     

基于hp-FEM的随钻电磁波测井仪器响应正演分析

为研究复杂井周条件下随钻电磁波测井的响应规律,优化仪器参数,开展了基于hp-FEM算法的随钻电磁波测井仪器响应正演研究.根据时谐电磁场理论建立数学模型,考虑边界条件建立了变分方程,采用hp-FEM算法对仪器在二维旋转对称性地层模型中的响应进行模拟.数值模拟结果表明,均匀地层hp-FEM数值解与解析解相对误差仅0.046 3%,验证了正演程序的精确性.在其他参数不变的条件下,发射线圈频率越大,相位差曲线变化幅度越大,且极化角所处位置越靠近真实模型的分界面;仪器的源距越小,极化角越明显,纵向分辨能力越强.相对于低阻层,仪器进入高阻层时,相位差曲线上出现的极化角较大.研究结果表明,提高频率和缩短源距可以更加精确地反映地层界面位置,为地质导向决策提供测井资料支持.      

用时域有限差分方法模拟随钻测井响应

在研究计算随钻测井响应的时域有限差分法的基础上，分析了有钻铤和无钻铤时线圈型随钻测井在均匀介质中的瞬态辐射特性、侵入对随钻测井响应的影响、三层有侵地层模型响应以及多频率信号响应的幅度和相位。分析结果表明，时域有限差分方法不但可以计算常规响应特征，而且可以用于分析瞬态响应，同时计算多频率合成信号的响应。该方法可以成为计算多频率随钻测井响应和多频率相位测井响应的有效工具。     

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。     

随钻超深电磁波仪器探测深度及响应特征模拟

研究不同天线组合的边界探测深度是研发随钻超深电磁波仪器的基础工作。采用数值模拟方法,研究了轴向天线、水平天线和倾斜天线3种接收天线的探测深度和响应特征,结果发现:随钻超深电磁波仪器的探测深度与线圈距、工作频率及地层电阻率对比度相关;不同电磁场分量对地层界面响应特征不同,超深探测轴向接收天线测电阻率比常规电磁波更容易受邻层影响;采用水平接收天线时,天线距越小,工作频率越大,定向电动势信号幅度越大;采用倾斜接收天线时,天线距越大,工作频率越大,相对定向信号幅度越大。对于随钻超深电磁波仪器,采用水平接收天线时天线距要小,采用倾斜接收天线时天线距要大;多个频率和天线距的组合可以增大随钻超深电磁波仪器的探测深度和对地层电阻率的适应性;通过降低工作频率、增大天线距,可使随钻超深电磁波仪器的探测深度达到20.00～30.00 m。研究认为,该探测深度能弥合地震和测井之间的差距,使随钻油藏描述成为可能。      

套管井电磁测井技术及套管影响规律研究

对套管井中发射线圈与接收线罔在轴向排列条件下,发射线圈通以交变电流时,接收线圈上的电磁场响应进行了数值模拟.确定了发射电流频率的最大值,并分析了套管厚度及磁导率等参数对接收线圈中感应电动势幅值的影响规律.数值计算结果表明,当发射电流频率高于200 Hz时,套管中的电磁场几乎完全被套管吸收,电磁波信号无法穿过套管进入地层;当套管厚度在4～7 mm范围内变化时,接收信号幅值较强;随着套管相对磁导率的增加接收信号幅值单调下降.研究结论可为普通井或套管井电磁测井解释及电磁测井仪器的研制提供理论依据.     

超深探测随钻电磁波测井地质信号特性研究

为了解超深探测随钻电磁波测井地质信号的过界面特征及其影响因素,基于层状各向异性介质多分量电磁波测井解析解,对PeriScope轴向发射–倾斜接收线圈系、DWPR双斜线圈系以及GeoSphere对称测量模式3种结构的地质信号,在超深探测随钻电磁波测井的低频、长源距条件下进行了数值模拟,对比了3种结构地质信号的过界面响应特征、探测深度以及各向异性的影响,探讨了其在超深探测中的适用性。研究得知,3种结构的地质信号均可指示地层界面及其方位,且长源距、高频下响应的非单调性明显,其中DWPR双斜地质信号的单调性最强;电阻率比100∶1地层模型下,GeoSphere地质信号具有更大的探测深度,DWPR双斜线圈系地质信号次之;DWPR双斜线圈系的幅度比地质信号不受地层各向异性的影响,其余地质信号均受地层各向异性的影响。研究结果表明,降低频率、加大源距可有效增强地质信号探测深度,降低频率、减小源距有利于地质信号对地层界面响应的单调性,各向异性对绝大部分地质信号的影响明显。     

随钻电磁波传播电阻率测井的快速反演新方法

电磁波电阻率井是随钻测量的重要方法,提出了一种旨在提高电磁电阻率测井纵向分辨率的快速反演方法,该方法首先根据实际井曲线提出划分地层界面的边界条件,要求正演模拟在地层子区间的信息熵极值点处与实测曲线吻合,数值模拟和实际应用的结果证明该方法可以快速,有效地提高电磁波传播测井的纵向分辨率,增强测井仪器的薄层响应。     

钻井液侵入情况下随钻电磁波电阻率测井的响应

钻井液侵入地层使得井周介质电阻率分布发生变化,从而影响了随钻电磁波电阻率测井的响应。文中基于渗流理论、对流扩散理论及电磁场理论,利用有限元数值模拟技术,定量分析了侵入时间、储层孔隙度等变化对钻井液侵入下随钻电磁波电阻率测井响应的影响。结果表明:钻井液侵入10 min后,随钻电磁波电阻率测井的响应明显受到钻井液侵入的影响;储层孔隙度大于15%时,相位差响应增长超过5%;储层含水饱和度小于60%时,相位差响应增长超过4%;钻井液与地层水的矿化度比值大于0.244时,相位差响应增长超过10%;储层渗透率和压差变化在钻井液侵入情况下对随钻电磁波电阻率测井相位差响应的影响基本固定。研究结果为随钻电磁波电阻率测井解释消除钻井液侵入的影响提供了一定理论基础,对探测深度的综合判断有助于相关仪器的研发和改进。     

感应测井发射频率的选择

感应测井是低频电磁场测井，不同的发射频率对感应测井响应的影响很大。这主要表现在传播效应、探测深度和接收信号的信噪比等方面，并且发射频率选择不当也会导致测量精度的降低。因此采用合适的发射频率是得到良好感应测井响应的一个重要因素。文章分析了感应测井响应与发射频率的关系，提出了选择发射频率的原则。     

金属套管对电磁测井响应的影响

根据线圈系半径和金属套管半径之间的关系,分３种情况讨论了均质地层和非均质地层中金属套管对电磁测井响应的影响,给出了在均质地层中扣除套管影响的图版。在非均质地层中,当发射线圈和接收线圈均在套管内时,不能由含套管测井信号得到不含套管地层信号。     

三维圆柱坐标系下FDTD法对电磁波传播测井的数值模拟

电磁波传播测井EPT(Eletromaganetic Propagation Logging Tool)是一种高频电磁波测井方法,它可以测量地层的介电常数,在区分油水层方而有时较电阻率测井效果明显.运用时域有限差分法FDTD(Finite DifferenceTime Domain Method)法在三维圆柱坐标系下对电磁波传播测井进行了数值模拟,在圆柱体模型的不同边界处综合运用了Mur一阶和Mur二阶吸收边界条件并且在中心轴上对电磁场的计算运用了特殊的处理方法.在此基础上模拟分析了电磁波传播测井在油水层中的测井响应特征,得到了良好的效果.