未钻地层随钻电磁波电阻率测井仪器设计及定向探测特性研究

摘要

本文首先采用磁流源并矢Green函数对未钻地层随钻电磁波电阻率测井仪器在各向异性水平层状地层中的响应进行数值模拟研究，既可用于计算仪器传统的相位移和幅度衰减也可用于计算仪器定向相位移和幅度衰减。采用径向成层各向同性介质的Green函数计算考虑金属钻铤情况下仪器在地层中的能量衰减问题。利用所开发的数值模拟算法，对Schlumberger公司PeriScope15和Halliburton公司ADR进行理论分析，采用数值模拟技术研究了PeriScope15和ADR对未钻地层界面的预测能力和超深探测能力。 为了能够较简洁地精确获得地层的电导率参数并能精确地指示出地层交界面的存在，本文优化了LWD仪器中天线阵列沿仪器轴线的位置，可以使接收天线中来自钻头前方的信号与来自仪器周围的信号最大限度地解耦，进而得以解决这一问题。计算结果表明：只要采用科学的定义方式，在随钻电磁波电阻率测井仪器中发射天线与接收天线无论是采用交叉排列方式还是顺序排列方式均可以将来自钻头前方地层的信号与来自仪器周围地层的信号最大限度地解耦。 采用对称补偿线圈后的定向测量信号只在接近地层边界面时对地层倾角和地层各向异性敏感，在地层中定向测量信号对地层各向异性和地层相对倾角不再敏感。计算发现：若仪器远离具有任意电阻率的地层边界面,则定向幅度衰减和定向相位移的测量信号均为零；当仪器在高阻目的层中接近上部低阻围岩时定向幅度衰减和定向相位移的测量信号均为正，当仪器在高阻目的层中接近下部低阻围岩时定向幅度衰减和定向相位移的测量信号均为负，即在两种情况下反号；当仪器从地层边界面任意一侧接近同一边界面时，测量信号均按相同符号变化方向单调增加或降低；地层边界面两侧电导率差别越大，测量信号在地层边界上的峰值越大，定向测量信号越强。利用上述符号的改变可以及早预测未钻低阻地层的存在及上下部位，从而及时调整随钻仪器使之一直处于高阻目的层中。

目录

声明

第一章 绪论

1.1未钻地层随钻电磁波电阻率测井研究现状

1.2论文选题依据及意义

1.3论文主要内容

第二章 基础理论

2.1各向异性水平层状介质中的磁流源并矢Green函数

2.1.1均匀各向异性介质中单位磁偶极子产生的电磁场

2.1.2各向异性水平层状介质中单位磁偶极子产生的电磁场

2.1.3各向异性水平层状介质中的磁流源并矢Green函数

2.2径向成层各向同性介质中的Green函数

2.2.1圆形电流在均匀介质中产生的电磁场

2.2.2径向成层介质的Green函数

第三章 对国外仪器定向探测特性的分析

3.1 PeriScope 15和ADR仪器简介

3.2仪器在地层中的能量衰减分析

3.3PeriScope 15仪器定向电磁测量的物理原理分析

3.4利用图版法估算PeriScope 15仪器到层界面距离、围岩电阻率及地层各向异性

3.5PeriScope 15定向电磁测量的井周方位分辨能力

3.6 ADR仪器定向电磁测量的物理原理分析

3.7 ADR仪器在各向异性地层中的响应特性分析

3.8 ADR仪器在各向异性地层中的响应特性分析

第四章 含倾斜天线随钻电磁波电阻率测量仪器在钻头前向探测中的应用

4.1各向同性地层中天线交叉排列时MWD仪器的响应

4.2各向同性地层中天线顺序排列时MWD仪器的响应

4.3各向异性地层中天线交叉排列时MWD仪器的响应

4.4各向异性地层中天线顺序排列时MWD仪器的响应

4.5 本章小结

第五章 未钻地层随钻电磁波电阻率测井仪器设计及定向探测特性研究

5.1未钻地层随钻电磁波电阻率测井仪器设计方案

5.2仪器传统测量方式的径向探测深度

5.3仪器传统测量方式的电阻率转换关系及电阻率测量范围

5.4仪器传统测量方式的垂向分辨率和垂向探测深度

5.5仪器定向电磁测量分析

5.5.1定向电磁测量探测深度分析

5.5.2定向测量对地层边界灵敏性分析

5.5.3地层各向异性和倾角对定向测量信号的影响分析

5.5.4倾斜接收天线的不同倾斜角度对定向测量信号的影响分析

5.6仪器定向电磁测量的井周方位分辨能力分析

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢