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《西安石油大学》 2020年
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井旁远探测仪器响应数值模拟研究

任垚煜  
【摘要】:传统的测井仪器受限于有限的勘察深度,在狭窄产层以及复杂地质环境下,难以满足测井现场的需求,而远探测技术可以对井周围的地层构造及地质体达到数米到数十米的探测范围。因此,本文基于COMSOL有限元仿真软件,设计一套可探测30m远的电磁远探测仪器的线圈系参数。再研究电磁远探测仪器的边界探测能力、井眼、侵入、异常体探测等测井响应特性,为电磁远探测测井提供相应的理论支撑。主要研究成果分为以下四部分:第一部分在COMSOL有限元仿真软件中构建三维地层模型,通过研究zz、xx、xz三个分量的边界探测能力和探测特性,确定了电磁远探测仪器的发射频率为1KHz,以是否能探测到30m远的层边界为判断依据,给出了线圈系阵列的排布方式和间距大小的范围,再结合实际仪器设计的工程实现要求,确定了最终的线圈形状、尺寸、匝数和线圈间距。第二部分研究电磁远探测仪器在无井眼地层模型中的测井响应特性。通过对均匀地层下不同背景电导率时仪器探测精度的研究,验证了仪器的探测精度符合工程要求。研究了两层地层模型下,围岩与目的层电导率对比度变化时仪器响应特性的变化情况。当目的层电导率为0.01和0.1S/m时,信号的变化趋势相反,在探边距离的表现上因为目的层电导率较大的缘故,使得探边信号更大,从而探边距离更远。研究了三层地层下,当仪器由下往上移动穿过目的层时的响应特性。第三部分研究电磁远探测仪器在有井眼地层模型下的测井响应特性。计算和分析井径、泥浆电导率、对比度、偏心和侵入等因素变化时的测井响应,结果表明:井眼影响很小。不同对比度时,与不含井眼时的情况相比,因为泥浆电导率大于目的层电导率,使得测得的信号值在大小上有较小的变化,但是变化的幅度仅在工程阈值为10n V时会对探边距离产生影响。偏心研究分为z方向偏移和y方向偏移两种,当仪器沿z方向偏移时,测得的信号强度随偏移量线性变化;当仪器沿着y方向偏移时,测得的信号强度变化趋势沿y轴对称。侵入研究按高阻围岩和低阻围岩将六种侵入模型分为两种,总结了在不同侵入深度、不同侵入模型时电磁远探测仪器的边界探测特性。第四部分为井旁异常体响应特性研究。计算和分析了井旁异常体几何尺寸及其与仪器棒间的距离影响。异常体的尺寸越大,感应电动势实部的绝对值也就越大,当异常体的边长均大于5m时,可被仪器检测到。研究了当异常体为立方体,仪器棒到异常体的距离为10m时,以仪器轴线为旋转中心,xx和xz分量随旋转角度变化时的响应规律,当对异常体的方位判断时,需两个分量配合使用。通过研究围岩与目的层电导率对比度对异常体探测时的影响可得:xz分量随对比度的信号变化幅值大于xx分量,趋肤效应对xx分量的影响大于xz分量。
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