井间电磁测井原理、方法及套管对井间电磁测井影响规律的研究

【摘要】：井间电磁测井是当代地球物理学技术发展的重要前沿，也是一项极具挑战性的重大研究课题。它从根本上改变了单井测井技术横向探测能力不足的弱点，大大提高了其油藏描述特性的能力。在生产中，通过金属套管的井间电磁测井是目前测井领域中的热点和难点。 本文以电磁场理论为基础，假设地下非均匀介质是关于发射器所在的井轴对称，发射源为处于垂直于井轴或平行于井轴放置的通以交流电的多匝线圈，对普通井及套管井井间电磁测井原理及方法、金属套管的几何参数及磁导率的确定方法、金属套管及发射频率等对井间电磁测井影响的规律等进行了系统研究。 首先，本文根据电磁场理论，利用感应测井的几何因子、趋肤效应几何因子理论，研究了井间电磁测井的原理与方法，提出了井间电磁测井的趋肤效应几何因子理论算法。该理论把传播理论和几何因子概念结合起来，并将非均匀地层看作是无限多个截面很小、与发射线圈同轴的单元导电环，计算另一井接收的电信号时，既考虑了单元环信号，又考虑了单元环涡流间的相互作用(趋肤效应)。通过建立地质模型，在接收井中线圈分别为轴向排列和径向排列的条件下，对电磁场进行了模拟，分析了接收井中感应电动势的幅度及其随地质体、井间距及发射频率变化的情况，并结合在胜利油田进行的三次井间电磁测井试验进行了分析。 对于有金属套管的井间电磁测井问题，根据电磁场理论，本文首先从金属套管单井电磁测井出发，研究了其电磁测井问题的原理并导出了理论公式，系统地研究了高、中、低及超低频4种频率8个线圈的系统的磁力线模型，给出了确定金属套管的几何形状及其磁导率的方法，并给出了数值模拟结果。随后，本文又研究了金属套管井井间电磁测井问题的原理，导出了发射井为金属套管井、接收井为裸眼井的井间电磁测井问题的理论公式，并应用该理论，分别对套管的厚度、内径、磁导率、电导率、发射线圈的发射频率及井间距等和接收信号之间的关系 进行了数值模拟，系统分析研究了套管、发射频率及井间距等对井间电磁测井的 影响规律。 分析、研究表明: 本文所建立的井间电磁测井理论及方法是可行的、有效的。同时，井间电磁 测井，作为一种前沿测井技术，在油田勘探中具有良好的应用前景，可用它来研 究砂体的连通性、监测水淹情况和研究剩余油分布等。 用超低频电磁波过金属套管测单井地层电阻率的电磁测井方法是可行的;应 用高、中、低及超低频4种频率8个线圈的系统进行过金属套管电磁测井，可确 定金属套管的几何参数及物理参数。 用低频电磁波过金属套管进行井间电磁成像的测井方法是可行的;发射线圈 中的发射电流频率、井间距及地层电阻率对井间电磁测井接收信号的影响具有一 定的规律性:发射频率越大，接收线圈上的电动势幅度越小，相位差越大;井 间距越大，接收线圈上的电动势幅度越小，相位差越大;地层电阻率越大，接收 线圈上的电动势越小，相位差越小。 金属套管的几何参数及物性参数对电磁测井的影响很大，会对接收到的电磁 波信号产生强烈的幅度衰减和相移作用;金属套管对井间电磁测井的影响具有一 定的规律性: 1.对接收信号幅度的影响 当其它参数一定时，套管厚度越大，接收线圈上的电动势越小;套管磁导率 越大，接收线圈上的电动势越小;套管电导率越大，接收线圈上的电动势越小; 套管内径越大，接收线圈上的电动势越小; 2.对接收信号相位差的影响 当其它参数一定时，套管厚度越大，接收线圈上的电动势相位差越大;套管 磁导率越大，接收线圈上的电动势相位差越大;套管电导率越大，接收线圈上的 电动势相位差越大;套管内径越大，接收线圈上的电动势相位差越大。 本文可为普通井或套管井井间电磁成像技术、井间电磁测井解释及普通井或 套管井井间电磁测井仪器的研制提供重要的理论依据。