随钻电磁传输的建模与应用

发布时间：2018-11-04 19:46

【摘要】：随着世界经济的迅速发展,对石油的需求也越来越大,对钻井技术的研究显得格外重要。随钻测井的关键技术是随钻信号的传输,目前电磁波传输越来越受到关注,采用电磁波传输操作简单易实现,传输速率较高,并且不受泥浆限制,可以适用于空气、泡沫或者泥浆的欠平衡钻井。本文采用有限元分析方法对随钻测井信号传输模型建模,从麦克斯韦方程组出发,通过电场矢量在地层介质中的波动方程以及截断边界条件推出泛函表达,采用基于圆柱坐标系下的六面体剖分,更好的契合钻井模型,在基函数的选择上采用了高阶叠层矢量基函数,可以自由的控制基函数的阶数,在模型细致处或源区增加剖分网格,采用高阶基函数,远区地层稀疏剖分网格采用低阶基函数,这样不仅可以提高计算精度,还可以加快计算速率。最后通过全域电场的展开式得到所需的接收电压。运用有限元方法仿真分析不同情况下的电磁传输,优化了采用绝缘间隙电压激励时绝缘段长度,优化了激励结构、中继以及地面接收天线、中继接收距离及频率,对比水基泥浆与油基泥浆对随钻电磁传输的影响,找到倾斜地层地面接收天线的最佳位置以及分析分层地层对于倾斜地层的影响,金属套管、钻杆贴靠金属套管以及防喷器对于随钻电磁信号传输的影响,为进一步的随钻电磁传输研究奠定了基础。最后介绍了海上测井信号传输系统,采用有线传输与无线传输相结合的方式,在电磁波衰减严重的海水层中采用通信电缆传输,在海底地层中采用电磁波传输,并且分析比较得到在海底地面处采用螺旋线圈作为接收天线比线天线更好。
[Abstract]:With the rapid development of the world economy, the demand for oil is increasing. The key technology of logging while drilling is the transmission of signals while drilling. At present, the transmission of electromagnetic wave is paid more and more attention. The electromagnetic wave transmission is simple and easy to realize, the transmission rate is high, and it is not limited by mud, so it can be used in air. Underbalanced drilling of foam or mud. In this paper, a finite element analysis method is used to model the signal transmission model of logging while drilling. Based on Maxwell equations, the functional expression is derived from the wave equation of electric field vector in formation media and truncated boundary conditions. The hexahedron subdivision based on cylindrical coordinate system is used to better fit the drilling model. The higher-order laminated vector basis function is adopted in the selection of the basis function, and the order of the base function can be freely controlled. In the detailed or source region of the model, the meshes are added, the higher-order basis functions are used, and the low-order basis functions are used in the sparse meshes of the distant strata, which can not only improve the calculation accuracy but also speed up the calculation rate. Finally, the required receiving voltage is obtained by the expansion of the global electric field. The finite element method is used to simulate and analyze the electromagnetic transmission under different conditions. The length of the insulation section is optimized when the voltage of insulation gap is applied. The excitation structure, the relay and ground receiving antenna, the relay receiving distance and the frequency are optimized. Contrasting the influence of water based mud and oil based mud on electromagnetic transmission while drilling, finding the best position of ground receiving antenna in inclined stratum and analyzing the influence of stratified formation on inclined formation, metal casing, The influence of metal casing and blowout preventer on the transmission of electromagnetic signal while drilling has laid a foundation for further research on electromagnetic transmission while drilling. Finally, the paper introduces the transmission system of offshore logging signal, which combines wire transmission with wireless transmission, adopts communication cable transmission in seawater layer with serious electromagnetic wave attenuation, and uses electromagnetic wave transmission in undersea formation. It is concluded that it is better to use helical coil as receiving antenna than wire antenna.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE271;TN011

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本文编号：2310961