贴壁式多频电磁波测井设计及基础研究

发布时间：2017-04-13 06:29

  本文关键词：贴壁式多频电磁波测井设计及基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：常规电测井以普通电阻率测井为代表。普通电阻率测井是基于地层导电性差异进行测量的，要求地层水具有一定的矿化度。与常规电测井方法相比，电磁波测井主要是根据介电性差异进行测量的。可同时获得地层的介电常数和电导率，并且不要求地层水具有较高矿化度。电磁波测井可应用在油基泥浆及玻璃钢套管的井中，，可应用在高电阻率水层、低电阻率油层及水淹问题中，在二、三次采油中具有不可忽视的应用价值。 电磁波测井技术自诞生以来便受到广大关注，国内外都相继研发出了不同频率、不同天线排布的电磁波测井仪，而大部分仪器由于工作频率单一，难以适应生产上的要求。市面上常见的电磁波测井仪器主要是美国的，目前为止，电磁波传播测井仪的分类主要有单频测井仪、双频测井仪及多频测井仪。单频测井仪以斯伦贝谢的EPT（发射频率在1.1GHz）及DPT（发射频率在25MHz）为代表。EPT探测深度浅，主要探测冲洗带的介电性质，DPT受井中泥浆及地层电阻率影响，当二者满足一定条件时，可以测量原状地层的介电性质；双频仪器的典型代表如阿特拉斯的双频介电测井仪，由于发射频率为47MHz及200MHz，介电常数频散明显，解释比较困难。多频电磁波测井仪频带宽，探测深度深，分辨率高，更适合油层探测。多频电磁波测井仪以斯伦贝谢新近推出的新型阵列测井工具—介电扫描仪为代表，展现了巨大优势，适应生产上的挑战，应用前景广泛。介电扫描仪（ADT）发射频率为20MHz到1GHz范围内的四个离散频率，此仪器能满足介电频散的多频测量，提供多源距测量，并在同一位置处进行垂向和横向的各向异性测量，解释模型中研究了岩石结构，粘土等的影响，可提供孔隙流体分析，碳酸岩储层分析等。 虽然我国在单频和双频电磁波传播测井仪方面取得了长足的发展，然而在多频电磁波传播测井方面，仍然处于起步阶段，为此，重视和加大对多频电磁波测井仪的理论研究，数值模拟及反演解释等显得尤为重要。本文结合新型电磁波测井仪设计了一种新型的带极板的多频电磁波测井装置，同样采用双发八收的多源距测量以减小近井区域的影响；极板使得即使在井眼粗糙的情况下，仪器与井壁之间也能最佳接触。 第一，本文进行正演模拟的关键性技术是包含亚网格的三维FDTD。受天线单元小尺寸限制，为保证计算效率，将计算区域分为主网格区、亚网格区，其中网格细化因子必须是奇数，天线单元等精细结构处采用亚网格，其他均匀地层区域采用粗网格。这样既满足了模拟的精度，又能节约计算机内存和CPU的执行时间。 第二，天线作为多频电磁波测井仪的一个重要组成部分，它起着发射电磁波和接收电磁波的作用。由于井径等的限制，电磁波测井仪不能太大，结合当前谐振腔天线技术的发展，本文提出利用尺寸小、电磁辐射损耗低的介质谐振腔天线作为收发天线，并研究了谐振腔大小对接收信号的影响。 第三，测井数据受井下测量环境的影响，分析影响因素可指导实际测井中有效规避不利因素的影响。结合实际情况，文中主要研究了井眼因素对探测结果的影响。在地层为均匀介质条件下，分别研究了复杂条件下，四个离散频率的影响情况，包括：1）井径变化，井壁有起伏，孔洞的情况，所得幅度比、相位差的变化；2）井中泥浆电导率、介电常数变化对探测效果的影响；3）泥饼厚度对测量结果的影响。 第四，探测深度是测井中比较关注的问题。文中研究了此种排布的阵列天线的探测深度，四个频率下幅度比、相位差所得最大探测深度可达50厘米。 第五，本文模拟出四个频率时，针对两种泥浆的转换图版。在相应泥浆条件下，可根据测得的幅度比、相位差查得地层对应的电导率、介电常数。由于频散现象，随频率不同，介电常数、电导率与幅度比、相位差的依赖关系有所变化。 第六，测井中对地层分辨率要求较高，尤其是对油、水薄层来说。本文重点模拟含油-水界面的两层模型、砂泥岩交互的地层模型，研究该极板式电磁波传播测井仪在不同频率、不同收发距对薄层的分层能力；此外对一个具有不同电阻率和不同层厚的标椎地层—Oklahoma模型进行模拟分析，检验贴壁式多频电磁波传播测井的分层能力。研究表明，如果仅关注分层效果，幅度比、相位差数据完全达到了需求；随发射频率增高，仪器对低电导率地层的灵敏度越高；地层界面处出现的犄角受频率的影响，此仪器可以识别不足1英寸的薄层。
【关键词】：多频电磁波测井仪 介电扫描仪 谐振腔 亚网格 井眼影响 探测深度 转换图版 砂泥岩 Oklahoma地层
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.811
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 论文研究的目的和意义12-13
• 1.2 国内外发展现状13-15
• 1.3 本文研究内容及技术路线15-16
• 1.4 本文的创新点16-20
• 第二章 电磁波测井原理20-28
• 2.1 电磁波测井物理基础20-23
• 2.2 电磁波测井测量基础23-25
• 2.3 介电扫描仪（Dielectric Scanner）理论25-28
• 第三章 贴壁式多频电磁波测井天线设计及研究28-40
• 3.1 谐振腔天线介绍28-31
• 3.1.1 分类28-30
• 3.1.2 谐振腔天线优缺点30-31
• 3.2 谐振腔电磁辐射特点31-34
• 3.2.1 矩形谐振腔31-32
• 3.2.2 圆柱谐振腔32-34
• 3.3 极板天线及其辐射特点34-38
• 3.3.1 天线设计及说明34-35
• 3.3.2 单频信号模拟35-36
• 3.3.3 脉冲源模拟36-38
• 3.4 谐振腔尺寸模拟38
• 3.5 小结38-40
• 第四章 电磁波测井中的时间域有限差分法40-52
• 4.1 直角坐标系下的有限差分40-44
• 4.2 FDTD 亚网格技术44-51
• 4.2.1 算法原理45-47
• 4.2.2 技术策略47-50
• 4.2.3 亚网格 FDTD 效果验证50-51
• 4.3 小结51-52
• 第五章 贴壁式多频电磁波测井基础研究52-90
• 5.1 井眼影响52-71
• 5.1.1 井径影响55-61
• 5.1.2 泥浆电导率及介电常数61-63
• 5.1.3 井壁起伏63-70
• 5.1.4 泥饼厚度70-71
• 5.2 探测深度71-84
• 5.3 转换图版84-88
• 5.4 小结88-90
• 第六章 特定地层响应研究90-108
• 6.1 两层地层 油水90-98
• 6.2 砂泥岩地层98-103
• 6.3 Oklahoma 地层模型103-106
• 6.4 结论106-108
• 第七章 结论与建议108-110
• 7.1 结论108-109
• 7.2 建议109-110
• 参考文献110-118
• 作者简介及在学期间取得的科研成果118-120
• 作者简介118
• 发表学术论文118-120
• 致谢120-121

【参考文献】

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本文编号：303021