非均勻復雜地層隨鉆電磁波測井響應研究.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中電磁波測井數(shù)值模擬方法，并研究和討論了隨鉆電磁波儀器的補償方法。主要創(chuàng)新點如下： 1.在推導層狀介質電磁場分布的基礎上，得到層狀地層中電磁場含有Bessel函數(shù)的解析表達式，充分分析被積函數(shù)的特點，利用改進的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，得到層狀介質中普通感應和隨鉆電磁波測井響

2、應，在提高速度的同時，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。針對實際大斜度井井眼和侵入剖面的幾何特點，采

3、用新的網格劃分方法，應用基于交錯網格的有限差分方法得到三維頻率域差分計算格式，針對電磁場的鏡像對稱性特點，使計算規(guī)模減少一半，采用改進的ICCG方法對一維變帶寬存儲的大型復稀疏矩陣進行求解，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算問題。（第五章5.6） 4.提出一種新的補償隨鉆電磁波儀器研發(fā)思路?；陔姶艌龌Q原理的基礎上，使發(fā)射線圈排列于接收線圈同側，優(yōu)化加權函數(shù)，使電磁波儀器響應得到補償?shù)耐瑫r，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)油藏地質情況的日益復雜，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。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，大斜度井、水平井中隨鉆電磁波儀器的響應特征，常規(guī)普通感應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地層模型電磁場分布的公式推導以及高效計算方法，將感應測井儀器發(fā)射源簡化為一系列的磁偶極子，其在層狀地層中產生的電磁場分解成彼此獨立的橫電波（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)特點的前提下，采用改進的高斯方法直接計算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的影響具有很好的效果。 第四章介紹目前應用最廣泛的二維問題計算方法，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測井的反演有重要意義。模式匹配法采用張庚驥先生構造的幅度基函數(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?shù)木W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以及高頻的隨鉆電磁波測井響應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電磁響應方程出發(fā)，針對大斜度井井眼和侵入剖面的幾何特點，采用新的網格劃分方法，并應用基于交錯網格的有限差分得到了三維頻率域電磁響應差分計算格式，利用電場的鏡像對稱性，使計算規(guī)模減小一半。采用改進的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稀疏矩陣進行了求解，得到了隨鉆電磁波測井響應。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算問題，但對于各向異性地層模型背景電導率的取值原則仍需進一步研究。 第六章在前面數(shù)值模擬方法的研究基礎上，以EWR-Phase4儀器為例，著重研究隨鉆電磁波測井響應的各種影響因素，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