随钻双感应测井响应特性研究

摘要

地层电阻率是分析地层岩性和评价油气的重要参数。随着油气勘探的不断发展与深入，大斜度井和水平井钻井的增多，现行的电缆测井技术变得困难重重。测量实时性好、精度高、信息更加可靠的随钻测井技术成为当前测井发展的趋势。随钻双感应测井仪器是一种新型的随钻感应电阻率测井仪器，和随钻测量以及随钻自然伽马测井结合使用，可以满足定向轨迹测量和地质导向要求，有效的控制井眼轨迹。本文详细研究了随钻双感应测井的基本理论、均匀地层中背景影响、非均匀地层中环境影响、随钻双感应测井信号处理以及半空间响应特性。研究成果对随钻双感应测井仪器的设计、刻度、数据处理和测井解释奠定理论基础。本研究分为四个部分：
　　第一部分：研究了均匀地层中随钻双感应测井仪器的背景影响。阐述随钻双感应测井仪器的线圈系结构和测量原理，然后应用COMSOL有限元软件建立随钻双感应测井响应的数学和物理模型，计算分析背景参数（金属钻铤、反射层和磁芯）在不同地层电导率下对随钻双感应测井响应特性的影响，揭示其响应机理。当钻铤电导率大于107S/m时，钻铤对深感应响应的影响很小，对浅感应的影响不能忽略。钻铤长度变化对仪器的响应影响可以忽略。视电导率与钻铤半径近似线性关系。在地层电导率小于1S/m时，钻铤对深、浅感应的响应影响不大。反射层改变了钻铤对基值的非线性影响，随地层电导率增加，深感应的基值影响非线性减小，浅感应的非线性增加。深、浅感应的响应随着磁芯相对磁导率的增加非线性增加，相对磁导率在100至200之间时，对信号增强最明显。深、浅感应在磁芯实心与磁芯空心作用下的响应的比值约为固定值1.2。
　　第二部分：研究了非均匀地层中随钻双感应的环境影响。环境影响包括井眼影响、围岩和侵入影响。井眼影响计算分析地层电导率、泥浆电导率和井径变化对响应特性的影响。结果表明，深、浅感应受地层电导率的影响较大。泥浆电导率的影响只在地层电导率较小时比较明显。井径变化只有在泥浆电导率小于1S/m时影响较小。深、浅感应的测量信号随着围岩电导率的增大而非线性增大，随侵入半径的增加而增加。只有围岩电导率和目的层电导率对比度大，并且距离目的层较近时随钻双感应测井测量信号的影响比较明显;目的层厚度越大，绝对误差越小，围岩影响越小。
　　第三部分：研究了深、浅感应信号处理方法。计算基于几何因子理论的深浅感应纵向响应函数，分析趋肤效应、围岩效应影响和分辨率特性，设计非线性信号处理滤波器，实现深、浅感应分辨率匹配。处理结果表明:一维地层模拟中，深、浅感应曲线的分辨率得到明显改善，基本可以重合。二维地层模拟中，受围岩影响，深、浅感应分层能力下降，读数会偏离真值。实际测量数据处理中，围岩效应得到明显消除，深感应分辨率提高，深、浅感应分辨率一致。
　　第四部分：研究了随钻双感应测井仪器半空间响应。计算分析仪器槽开口方向、仪器高度和大地电导率变化对随钻双感应测井仪器半空间响应的影响规律。结果表明:不同仪器槽开口方向的半空间响应随着大地电导率的增加非线性增加。仪器槽开口方向向下的半空间响应影响最大，仪器槽开口方向向上的影响最小。深感应的半空间响应在仪器高度为0.4m附近达到最大，峰值位置不随大地电导率变化而变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 随钻测井技术的研究现状

1．2．2 随钻电阻率测井响应计算研究现状

1．2．3 随钻感应测井响应计算研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 随钻双感应背景影响研究

2．1 随钻双感应测井仪器结构及测量原理

2．1．1 随钻双感应测井仪器结构

2．1．2 随钻双感应的测量原理

2．2 模型的网格剖分与合理性验证

2．3 背景影响分析

2．3．1 钻铤影响分析

2．3．2 反射层影响分析

2．3．3 磁芯影响分析

2．4 小结

第三章 随钻双感应井眼影响研究

3．1 井眼模型的建立

3．2 模型网格剖分的合理性验证

3．2．1 网格剖分

3．2．2 模型验证

3．3 响应特性分析

3．3．1 均匀地层

3．3．2 泥浆电导率和地层电导率变化影响

3．3．3 地层电导率和井径变化影响

3．3．4 井径和泥浆电导率变化影响

3．4 小结

第四章 围岩和侵入对随钻双感应测井的影响

4．1 物理模型的建立以及计算准确性验证

4．2 响应特性分析

4．2．1 围岩电导率变化的影响

4．2．2 侵入半径变化影响

4．2．3 仪器位置变化影响

4．3 小结

第五章 随钻双感应测井信号处理方法研究

5．1 随钻双感应测井仪的探测特性

5．1．1 随钻双感应测井仪径向和纵向探测特性

5．1．2 随钻双感应测井仪二维空间响应特性

5．1．3 深浅感应空间频率响应特性

5．2 随钻双感应测井仪非线性信号处理

5．2．1 随钻双感应测井仪非线性信号处理方法

5．2．2 非线性处理滤波器设计

5．2．3 深感应分辨率改善滤波器设计

5．3 实际测量信号处理

5．3．1 趋肤效应和围岩效应同时校正滤波器设计

5．3．2 自适应非线性信号处理算法

5．4 计算机仿真与实例

5．4．1 一维地层模型

5．4．2 二维地层模拟

5．4．3 现场测井数据处理

5．5 小结

第六章 基于COMSOL的随钻双感应测井仪器半空间响应分析

6．1 随钻双感应测井仪器半空间响应模型装置

6．2 基于COMSOL的模型建立和网格剖分

6．2．1 水平响应模型建立

6．2．2 网格剖分

6．2．3 模型验证

6．3 响应特性分析

6．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文