非均勻復(fù)雜地層隨鉆電磁波測井響應(yīng)研究.pdf

1、本論文主要研究了一維、二維以及三維非均勻地層介質(zhì)中電磁波測井?dāng)?shù)值模擬方法，并研究和討論了隨鉆電磁波儀器的補(bǔ)償方法。主要創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.在推導(dǎo)層狀介質(zhì)電磁場分布的基礎(chǔ)上，得到層狀地層中電磁場含有Bessel函數(shù)的解析表達(dá)式，充分分析被積函數(shù)的特點(diǎn)，利用改進(jìn)的Gauss積分方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的快速傅里葉漢克爾變換（FFHT）計(jì)算Bessel函數(shù)積分，對于不同頻率的電磁波測井方法選取不同的積分區(qū)間，得到層狀介質(zhì)中普通感應(yīng)和隨鉆電磁波測井響

2、應(yīng)，在提高速度的同時(shí)，避免了快速Hankel變換過程中積分核可能由于Bessel函數(shù)中參數(shù)γ的增大而發(fā)散的情況。（第三章3.2） 2.利用張庚驥先生創(chuàng)造的幅度基函數(shù)和斜度基函數(shù)，將模式匹配法應(yīng)用到高頻隨鉆電磁波的數(shù)值模擬過程中，使之成為在中低頻以及高頻電磁波數(shù)值模擬中普適的計(jì)算方法。（第四章4.2） 3.利用不完全喬爾斯基共軛梯度法（ICCG）方法解決了三維隨鉆電磁波儀器響應(yīng)。針對實(shí)際大斜度井井眼和侵入剖面的幾何特點(diǎn)，采

3、用新的網(wǎng)格劃分方法，應(yīng)用基于交錯(cuò)網(wǎng)格的有限差分方法得到三維頻率域差分計(jì)算格式，針對電磁場的鏡像對稱性特點(diǎn)，使計(jì)算規(guī)模減少一半，采用改進(jìn)的ICCG方法對一維變帶寬存儲的大型復(fù)稀疏矩陣進(jìn)行求解，通過與解析解的對比表明：該方法能較為快速有效的解決電磁場的三維計(jì)算問題。（第五章5.6） 4.提出一種新的補(bǔ)償隨鉆電磁波儀器研發(fā)思路?；陔姶艌龌Q原理的基礎(chǔ)上，使發(fā)射線圈排列于接收線圈同側(cè)，優(yōu)化加權(quán)函數(shù)，使電磁波儀器響應(yīng)得到補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，儀器

4、長度與同樣探測性能的儀器長度相比，縮短接近一半，可以大大增加儀器的靈活性。（第七章7.2） 隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展以及開發(fā)油藏地質(zhì)情況的日益復(fù)雜，新的測井方法不斷涌現(xiàn)，其中發(fā)展最迅猛的是隨鉆測井技術(shù)。新的測井環(huán)境和測井方法為測井研究者帶來了新的挑戰(zhàn)，如新式隨鉆電磁波測井儀器的性能評價(jià)，大斜度井、水平井中隨鉆電磁波儀器的響應(yīng)特征，常規(guī)普通感應(yīng)與隨鉆電磁波儀器探測性能的區(qū)別等。通過數(shù)值模擬可以為這些問題的解決提供一種有效的途徑。本論

5、文的目的就是通過對一維、二維以及全三維地層模型數(shù)值模擬方法的研究，為實(shí)際問題的解決提供可行的方法平臺。 本論文第二章，第三章介紹徑向分層模型以及層狀介質(zhì)地層模型電磁場分布的公式推導(dǎo)以及高效計(jì)算方法，將感應(yīng)測井儀器發(fā)射源簡化為一系列的磁偶極子，其在層狀地層中產(chǎn)生的電磁場分解成彼此獨(dú)立的橫電波（TE）和橫磁波（TM），得到層狀地層電磁場含有Bessel函數(shù)的解析解。在充分分析被積函數(shù)特點(diǎn)的前提下，采用改進(jìn)的高斯方法直接計(jì)算Besse

6、l函數(shù)的無窮域積分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傅立葉-漢克爾變換方法。該數(shù)值模擬方法對于快速分析層厚、井斜等地層因素對電磁波測井響應(yīng)的影響具有很好的效果。 第四章介紹目前應(yīng)用最廣泛的二維問題計(jì)算方法，主要介紹了逐次逼近法和模式匹配方法，其中逐次逼近方法的思想對感應(yīng)測井的反演有重要意義。模式匹配法采用張庚驥先生構(gòu)造的幅度基函數(shù)和斜度基函數(shù)，這保證了電磁場本身及其一階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，因此只需少量基函數(shù)就能得到較高的精度。數(shù)值模擬表明，只要選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分

7、方法以及適量的基函數(shù)，模式匹配法對中低頻的普通感應(yīng)以及高頻的隨鉆電磁波測井響應(yīng)模擬都有很好的效果，而且是目前常用的數(shù)值模擬方法中計(jì)算效率最高的一種方法。 第五章介紹隨鉆電磁波三維頻率域數(shù)值模擬方法。本章從Maxwell電磁響應(yīng)方程出發(fā)，針對大斜度井井眼和侵入剖面的幾何特點(diǎn)，采用新的網(wǎng)格劃分方法，并應(yīng)用基于交錯(cuò)網(wǎng)格的有限差分得到了三維頻率域電磁響應(yīng)差分計(jì)算格式，利用電場的鏡像對稱性，使計(jì)算規(guī)模減小一半。采用改進(jìn)的ICCG（不完全喬

8、爾斯基共軛梯度）方法，對一維變帶寬存儲的大型復(fù)稀疏矩陣進(jìn)行了求解，得到了隨鉆電磁波測井響應(yīng)。通過與解析解的對比表明：該方法能較好的解決電磁場的三維計(jì)算問題，但對于各向異性地層模型背景電導(dǎo)率的取值原則仍需進(jìn)一步研究。 第六章在前面數(shù)值模擬方法的研究基礎(chǔ)上，以EWR-Phase4儀器為例，著重研究隨鉆電磁波測井響應(yīng)的各種影響因素，包括隨鉆電磁波儀器工作頻率的選擇、儀器的探測性能、圍巖與層厚、井眼、泥漿侵入、井斜、介電常數(shù)以及地層各向