随钻电磁波电阻率测井响应有限元数值计算研究

摘要

随着测井技术的不断发展，传统的感应测井技术已经远远不能满足石油工业的需求，随钻测井以其测量精度高、测量及时、测量信息准确客观等众多优点已经成为当前最热门的发展方向之一。本文开发了基于FEPG有限元系统的随钻电磁波电阻率测井响应数值计算程序，分析计算了随钻电磁波电阻率测井仪在有钻铤影响下的测井响应特性，为测量数据分析和仪器设计奠定了理论基础。主要包括以下三个方面：
　　 首先根据垂直井地层旋转对称的特点，从Maxwell方程出发，推导了基于FEPG系统的电场和磁场在柱坐标系下的有限元偏微分方程的弱解形式。编写FEPG有限元语言计算程序，在FEPG系统中实现了测井仪器的运动问题。
　　 其次详细分析了随钻电磁波电阻率测井仪EWR-Phase4在均匀地层中的测井响应特性。考虑有钻铤和无钻铤对测井响应的影响，计算分析频率为2MHz和400kHz时响应特性。结果表明，源距越短，钻铤影响越严重，随着源距的增大，钻铤影响也越来越小，当源距大于0.75m时，可以用无钻铤时的计算结果代替有钻铤时的计算结果。当工作频率为2MHz时，仪器源距的最大设置范围是0.8m，EWR-Phase4的三个发射线圈T1、T2和T3正好在该范围内均匀等间隔分布，验证了仪器参数设计的合理性。当工作频率为400KHz时，T4的设置范围在1.0m左右。
　　 最后详细分析了EWR-Phase4测井仪在非均匀地层中有钻铤影响时的测井响应特性。分别考虑井眼、侵入和围岩对测井响应的影响。井眼影响对相位差的影响大，对幅度比的影响很小。侵入影响获得了仪器的径向探测深度，幅度比的径向探测深度比相位差深。围岩影响分析给出了仪器的纵向分辨率，源距越短，频率越高，纵向分辨率越高；相位差的纵向分辨率要高于幅度比的纵向分辨率。这些结果对测井响应分析和仪器设计具有理论指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2随钻测井历史及发展现状

1.3随钻电磁波数值计算发展现状

1.4有限元法的发展现状及其优点

1.5本文的主要研究内容

第二章随钻电磁波电阻率测井仪及测量原理

2.1 随钻电磁波电阻率测井仪

2.2随钻电磁波测井原理

2.3 EWR-Phase4测井仪结构及测量原理

2.3.1 EWR-Phase4测井仪的结构

2.3.2均匀地层的测量原理

2.4 EWR-Phase4钻铤规格的选择

2.5 EWR-Phase4仪器探测能力

2.6小结

第三章基于FEPG有限元软件的随钻电磁波测井响应数值计算方法

3.1 基于FEPG系统的有限元算法介绍

3.1.1 FEPG系统的基本思想

3.1.2偏微分方程的弱解形式

3.2有限元公式推导

3.2.1源的选取

3.2.2麦克斯韦虚方程的弱解积分形式

3.2.3地层模型的建立

3.2.4有限元弱解形式的展开

3.3源的处理

3.4测井仪器运动问题的实现

3.5 FEPG系统的有限元文件

3.6计算随钻电磁波测井响应流程图

3.7小结

第四章均匀地层中的随钻电磁波电阻率测井响应特性分析

4.1 网格剖分

4.2有限元计算软件有效性测试

4.3均匀地层中随钻电磁波电阻率测井响应特性分析

4.3.1 有钻铤模型和无钻铤模型

4.3.2有钻铤与无钻铤响应特性分析

4.4 EWR-Phase4仪器的合理性

4.4.1从幅度角度分析

4.4.2从相位角度分析

4.5幅度比、相位差与电导率的转换方法

4.6小结

第五章非均匀地层中的随钻电磁波电阻率测井响应特性分析

5.1 非均匀地层模型的建立

5.2井眼影响

5.2.1泥浆电导率的影响

5.2.2不同地层电导率下幅度比和相位差大小的变化

5.2.3井径的影响

5.3侵入影响

5.3.1侵入深度的影响

5.3.2高侵影响

5.3.3低侵影响

5.4围岩影响

5.4.1层厚的影响

5.4.2高阻围岩的影响

5.4.3低阻围岩的影响

5.5频率影响

5.6小结

结 论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文