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时域有限差分方法在高频电磁波测井中的应用

徐方友  
【摘要】: 电磁波测井是电法测井的一种,在石油勘查中占有重要地位。根据所选频率的不同,电磁波测井有三类:几兆赫兹电磁波传播电阻率测井、200 MHz以上的超高频电磁波传播测井、源频率为几十兆赫的高频电磁波测井。每一类方法都有其优势和局限性。几兆赫兹电磁波传播电阻率测井通过提取地层电阻率的信息来判别油层,以SPPRRYSUN公司源频率为2MHz的EWR-3D测井仪为代表。200 MHz以上的超高频电磁波传播测井具有很高的垂向分辨率,但探测深度太浅,基本上只能反映侵入带介电常数的信息,SCHLUMBERGER公司已推出源频率为1 .1GHz的EPT测井仪。本课题所选的频率为几十兆赫兹,所得测井响应能同时提供地层电阻率和介电常数的信息,且垂向分辨率和纵向探测深度都有一定的提高。 本文针对我国东部部分主力油田急需解决剩余油测井和薄层测井的难题,利用时域有限差分方法(FDTD),围绕着介电常数测井的核心,从算法改进、物理模型建立、测井响应研究等方面开展工作。并取得了以下主要成果: 1.本文由时域麦克斯韦方程出发,在直角坐标系下介绍了时域有限差分方法的基本原理,分析了电磁波在空间的传播规律及吸收边界的吸收效果。接着推导了圆柱坐标系下时域有限差分公式及吸收边界条件,介绍了激励源的设置方法,对数值稳定性进行了讨论。然后在均匀地层和二层阶跃地层中计算了测井响应,与解析解符合得较好。表明时域有限差分方法是计算高频电磁波测井响应时是有效的。 2.本文采用典型的地层模型,在某一特定源频率和源距情况下,得出了测井响应与井眼半径、井内泥浆、围岩、围岩薄夹层及侵入半径的关系,即井眼半径和井内泥浆对测井响应影响较小,一般情况下可忽略井眼的影响;目的层厚度越大,围岩的影响越小;幅度比曲线受围岩的影响更严重;相位差曲线的纵向分辨能力优于幅度比曲线,但探测深度浅;视介电常数测井曲线能够识别砂-泥岩薄互层。这些结论为测井资料处理和解释提供了重要依据。 3.由于几兆赫兹电磁波传播测井的广泛使用,本文针对一典型地层模型系统考察分析了源频率和源距对测井响应的影响。这对测井仪器的设计具有指导性作用。


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