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非均匀各向异性介质中斜线圈的数值建模及测井应用

作　者: 刘正乾
导　师: 潘锦
学　校: 电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 电磁感应测井数值模式匹配各向异性斜形线圈
分类号: P631.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电磁感应测井是众多测井技术中的一种,并广泛应用于油气资源的探测,由于其具有可以测量地层信息的电导率(或电阻率)的能力,在经历了很多年的研究后,成为了目前众多测井方法中工程应用的主流。随着工程测井环境的日益复杂化,为了探测出更为隐蔽的油气层,钻井和测井技术得到了快速的发展,也随之出现了新的挑战。如在在实际的工程中出现的各向异性地层,砂泥岩薄互层,以及斜井,水平井等具体测井实际环境条件下地层电阻率测量及测井响应特征的分析均是摆在测井工程师面前的理论与工程应用难题。因此对复杂地层环境进行精细建模,研究非均匀各向异性介质中的电磁理论,并在此基础上对电法测井工具进行数值模拟与仿真,可以为测井解释建立理论与工程应用基础。本文基于上述目前电法测井工程实际的迫切需要,开展了针对性的选题研究工作。研究内容主要为电磁感应和电磁波传播测井正演问题的数值模式匹配法,首先以二维非均匀介质中的径向和纵向数值模式匹配法为手段,对各向同性垂直柱面分层下的感应测井问题进行了理论建模。分析比较了径向和纵向数值模式匹配方法的优缺点。然后进一步将纵向数值模式匹配法扩展到各向异性的垂直柱面分层中,进行三维的斜形线圈激励下的测井响应分析。在上面工作的基础上,分别将斜形线圈与水平线圈在各向同性地层以及在各向异性地层下的结果与相关文献进行了比对,结果得到了很好的吻合;考察了不同倾角线圈对响应的影响;同时为了研究微观的薄交互层如何等效为宏观的各向异性地层,通过数值仿真考察并建立了两种地层结构的等效模型,这种等效有十分现实的工程试验价值;最后分别对两种具有代表性的随钻测井工具进行了建模分析,重点考察了它们对单轴各向异性地层两向电阻率识别能力,发现基于斜形线圈的测井工具可以正确的读取各向异性地层的幅度比和相位差信息,从而克服了基于水平线圈的测井工具仅能读取到水平方向的电阻率的缺点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究的背景和意义  9-11
  1.2 工程测井中地层环境的概述  11-12
  1.3 国内外的研究概况  12-13
  1.4 本文的主要内容和安排  13-15
第二章电法测井中的数值方法与仪器发展  15-25
  2.1 非均匀介质中电磁场的求解方法及其发展概述  15-21
    2.1.1 一维解析方法  15-16
    2.1.2 二维问题的半解析半数值高效解法  16-18
    2.1.3 三维数值方法  18-20
    2.1.4 三种方法的优缺点  20-21
  2.2 电法测井仪器和随钻测井  21-25
    2.2.1 电法测井方法和仪器的发展历程  21-23
    2.2.2 随钻电磁波测井的特点  23-25
第三章数值模式匹配法分析水平线圈响应  25-37
  3.1 二维的径向模式匹配法  25-30
    3.1.1 物理模型  25-26
    3.1.2 径向不均匀性介质中场的数值模式  26-28
    3.1.3 二维非均匀介质中的场  28-30
  3.2 纵向数值模式匹配法  30-36
    3.2.1 二维非均匀介质中场解  30-33
    3.2.2 多层柱面分层情形  33-34
    3.2.3 数值结果和讨论  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章纵向数值模式匹配法分析斜形线圈响应  37-60
  4.1 非均匀各向异性介质中的场  38-50
    4.1.1 斜形线圈的电流密度  38-40
    4.1.2 TM 和TE 模式的分解  40-41
    4.1.3 TM 和TE 的本征模的求解  41-46
    4.1.4 切向场分量的推导  46-50
  4.2 多层柱面分层下反射和透射矩阵中的场  50-54
  4.3 接收线圈的感应电压  54-55
  4.4 基函数的选取  55-57
  4.5 在Z 向分界面处的收敛性的考察  57-60
第五章基于斜形线圈测井响应的仿真分析  60-71
  5.1 与水平线圈激励的验证  60-61
  5.2 各向同性地层和各向异性地层的响应验证  61-63
  5.3 随倾角变化各向同性地层与各向异性地层的响应  63-65
  5.4 薄互层结构与各向异性地层的等效性研究  65-66
  5.5 水平线圈与斜形线圈随钻测井工具的响应分析  66-71
第六章总结  71-73
  6.1 全文总结  71-72
  6.2 下一工作计划及展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间取得的研究成果  78-79

非均匀各向异性介质中斜线圈的数值建模及测井应用

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