瞬态脉冲雷达成像测井及实验研究

发布时间：2017-08-30 10:00

  本文关键词：瞬态脉冲雷达成像测井及实验研究

  更多相关文章： 瞬态脉冲雷达成像测井 钻孔雷达 时域有限差分方法 单孔-反射成像 能量曲线

【摘要】：我国油气资源勘探区域逐渐由浅层走向深层,而且勘探区域逐渐扩大、勘探深度越来越深和勘探难度越来越大。由于常规测井仪器存在径向探测距离短,勘探效率低下,对于储层非均质性强、微裂缝发育区域、低孔-低渗-致密性储层的识别将面临着很大困难。而瞬态脉冲雷达成像测井技术具有径向探测距离远、分辨率相对较高,且能够对井周地层结构进行成像的优势,能够弥补常规测井技术的不足,因此,成为世界各国竞相研究的重点。为了解决我国复杂油气藏勘探开发的技术难题,本文以研制我国首套用于油气资源勘探的瞬态脉冲雷达成像测井系统为目标,为此重点开展瞬态脉冲雷达成像测井及实验研究工作。瞬态脉冲雷达成像测井技术是一种新型的地球物理勘探方法,它是基于钻孔雷达技术的深化和发展。瞬态脉冲雷达成像测井系统通过向地层中辐射瞬态脉冲,利用瞬态脉冲的传输特性来获取地层信息。井周地层电学参数的差异是实现瞬态脉冲雷达成像测井的前提,根据瞬态脉冲在地层中的传播特性分析,提出了瞬态脉冲雷达成像测井系统适用的地层条件为ζ/ωε1。瞬态脉冲雷达成像测井系统有跨孔-层析成像和单孔-反射成像两种工作模式。前者主要用于评估两井眼之间地层的电学参数;后者主要用于探测井周异常目标体,并通过定向天线获取目标体的方位信息。单孔-反射成像能够提供更多的地层信息、而且经济高效,也是实际勘探作业中的主流工作方式。根据油田作业井的环境条件,分析国外钻孔雷达定向方式的缺陷,本文提出了瞬态脉冲雷达成像测井系统的新型定位方式:采用离散电阻加载的偶极子作为全向发射天线,沿轴线方向排列的多个定向天线组成接收阵列,在不旋转接收天线的情况下实现对井周目标体的定位。同时,开展了适用于油气资源勘探的瞬态脉冲雷达成像测井样机系统的关键技术研究。为了验证瞬态脉冲雷达成像测井系统的工作性能,将瞬态脉冲雷达成像测井样机系统和MALA钻孔雷达在模拟井中进行实验测试,并将两者的实验结果进行对比分析。同时,利用计算电磁场的时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法开展相关的数值模拟计算。最终,通过物理实验与数值模拟相结合的方法开展瞬态脉冲在井周复杂环境介质中的传输特性研究。瞬态脉冲雷达成像测井样机系统I采用离散电阻加载的偶极子天线作为全向发射天线和全向接收天线,在石灰岩地层的模拟井I中开展单孔-反射成像实验研究。物理实验和数值模拟结果表明:岩层中的裂缝会改变瞬态脉冲的传输路径,不利于有用回波信号的提取;该样机系统I在裂缝地层中能够探测到距离井眼10m远的目标体;在通讯电缆末端加入模拟5000m电缆模块的条件下,数据通讯状态良好,表明样机系统I具备了油气资源勘探的基本功能。瞬态脉冲雷达成像测井样机系统II采用全向天线发射和四个铁氧体复合定向天线组成接收阵列;并在砂岩地层中的模拟井II中开展单孔-反射成像和跨孔-层析成像实验研究。物理实验和数值模拟结果表明:在高损耗的砂岩地层中,瞬态脉冲的衰减非常严重,不利于瞬态脉冲的传输;工作地层电导率的大小,严重制约了瞬态脉冲雷达成像测井系统的径向探测距离。瞬态脉冲雷达成像测井样机系统III采用全向天线发射和两个单极子定向天线组成接收阵列;并与常规测井仪器组合在一起,在深度为1596m、充满泥浆的油田作业井进行了测井实验。提出了通过能量曲线获取地层信息的方法,对瞬态脉冲雷达成像测井样机系统III获得的雷达数据进行处理,所获取的能量曲线与常规电阻率曲线比较吻合。由于该样机系统的径向探测距离比较远,因而能量曲线更能反映井周原状地层的信息;所获取的典型角度雷达图像剖面图,表明瞬态脉冲雷达成像测井样机系统III且具有一定的定向性。瞬态脉冲雷达成像测井样机系统III与常规测井仪器的实验结果具有较高程度的一致性,而且样机系统在高温、高压、充满泥浆的井眼中,工作性能良好。因此,瞬态脉冲雷达成像测井系统可以为储层评价提供一种新的手段。
【关键词】：瞬态脉冲雷达成像测井 钻孔雷达 时域有限差分方法 单孔-反射成像 能量曲线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.81
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究工作的背景与意义13-15
• 1.2 瞬态脉冲雷达成像测井技术15-20
• 1.2.1 瞬态脉冲雷达成像测井的发展历史16-17
• 1.2.2 瞬态脉冲雷达成像测井的国内外研究现状17-20
• 1.3 瞬态脉冲雷达成像测井的理论研究进展20-22
• 1.4 本文的主要贡献与创新22-24
• 1.5 本论文的结构安排24-25
• 第二章 瞬态脉冲在井周复杂环境介质中的传输特性研究25-48
• 2.1 基本的电磁关系25-26
• 2.2 复介电常数和复电导率26-29
• 2.3 损耗介质中平面波的传输特性29-31
• 2.4 岩层分界面和裂缝的反射系数31-38
• 2.5 瞬态脉冲在井周复杂环境媒质中传输特性的研究方法38-47
• 2.5.1 存在问题和解决方法39
• 2.5.2 FDTD算法的基本原理39-44
• 2.5.3 FDTD算法的稳定性44
• 2.5.4 FDTD算法的数值色散特性44-45
• 2.5.5 FDTD算法的吸收边界条件45-46
• 2.5.6 初值条件和激励函数46-47
• 2.6 本章小结47-48
• 第三章 瞬态脉冲雷达成像测井的基本原理与关键技术48-71
• 3.1 瞬态脉冲雷达成像测井的基本原理48-60
• 3.1.1 雷达波方程48-50
• 3.1.2 双程走时50
• 3.1.3 雷达分辨率50-60
• 3.2 瞬态脉冲雷达成像测井的工作方式60-62
• 3.2.1 跨孔-层析成像模式60-61
• 3.2.2 单孔-反射成像模式61-62
• 3.3 瞬态脉冲雷达成像测井的定向方式62-69
• 3.3.1 定向钻孔雷达的定向方式63-67
• 3.3.2 瞬态脉冲雷达成像测井的定向方式67-69
• 3.4 瞬态脉冲雷达成像测井系统概述69-70
• 3.5 本章小结70-71
• 第四章 瞬态脉冲雷达成像测井系统在模拟井中的实验研究71-114
• 4.1 实验场地71-76
• 4.1.1 模拟井I实验场地概述71-73
• 4.1.2 模拟井Ⅱ实验场地概述73-76
• 4.2 实验系统76-83
• 4.2.1 MALA钻孔雷达系统76-77
• 4.2.2 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统I77-79
• 4.2.3 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统Ⅱ79-83
• 4.3 模拟井I中的实验研究83-102
• 4.3.1 时间延迟标定实验83-85
• 4.3.2 透射实验85-88
• 4.3.3 MALA钻孔雷达系统的崖壁成像实验88-89
• 4.3.4 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统I的崖壁成像实验89-92
• 4.3.5 模拟井I中物理实验的数值模拟92-98
• 4.3.6 模拟井I中的物理实验与数值模拟的结果分析98-102
• 4.4 模拟井Ⅱ中的实验研究102-113
• 4.4.1 MALA钻孔雷达系统的崖壁成像实验102-104
• 4.4.2 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统Ⅱ的崖壁成像实验104-106
• 4.4.3 模拟井Ⅱ中物理实验的数值模拟106-111
• 4.4.4 模拟井Ⅱ中的物理实验与数值模拟结果分析111-113
• 4.5 本章小结113-114
• 第五章 瞬态脉冲雷达成像测井系统在油田作业井中的实验研究114-140
• 5.1 油田作业井中的数值模拟114-125
• 5.1.1 井周点状目标体的数值模拟114-116
• 5.1.2 井周线状目标体的数值模拟116-119
• 5.1.3 井周面状目标体的数值模拟119-125
• 5.2 油田作业井实验场地概述125-126
• 5.3 实验系统126-132
• 5.3.1 单极子定向天线126-129
• 5.3.2 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统Ⅲ129-131
• 5.3.3 油田常规测井仪器131-132
• 5.4 测井实验132-139
• 5.4.1 雷达成像和能量曲线133-137
• 5.4.2 瞬态脉冲雷达成像测井样机系统Ⅲ的定向性137-139
• 5.5 本章小结139-140
• 第六章 全文总结与展望140-144
• 6.1 全文总结140-143
• 6.2 后续工作展望143-144
• 致谢144-145
• 参考文献145-158
• 攻博期间取得的研究成果158-160

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张兴龙;;瞬态脉冲干扰及其抑制方法浅析[J];安徽建筑;2008年01期

2 姜宁浩;;电力系统中常见瞬态脉冲干扰及抑制方法[J];中国科技信息;2008年23期

3 殷晓静,张欣欣,A.DEGIOVANNI;测量双层薄同心圆筒接触热阻的瞬态脉冲法[J];钢铁;2000年05期

4 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨甬英;刘东;梁蛟;卓永模;;近红外瞬态脉冲波前径向剪切干涉检测技术及应用[A];第十一届全国光学测试学术讨论会论文（摘要集）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马春光;瞬态脉冲雷达成像测井及实验研究[D];电子科技大学;2015年

，

本文编号：758622