随钻声电测井的理论研究和数值模拟

摘要

随着现代社会的发展，油气资源的不足已成为社会经济发展的主要限制因素。为了寻找油气资源，发展新的勘探方法进行精细勘察与联合勘探变得十分紧迫。而油、气、水主要储存在含流体的多孔介质层中，对于多孔介质震电效应的研究也变得越来越重要。
　　随钻测井具有成本低，探测时间短，获取的地层信息更加真实的特点，但随钻声波测井时，为保证钻铤具有足够强度，钻铤需用厚壳金属圆柱，无法刻槽以隔断其上的仪器波及对声场的影响。因此研究新的测井方法以避免钻铤波的干扰也变得十分迫切。
　　随着弹性波在孔隙介质中传播，由震电效应产生的电磁场可被用于测井。震电效应用于测井，不仅具有单纯声波测井与传统电磁波测井的优势，同时克服二者的缺陷，如声波测井油、水储层不易分辨，电磁波测井探测距离与分辨率有限，同时具有对地层参数变化敏感，获取地层信息丰富的优势。
　　本文研究了随钻声电测井时的震波场，并进行了数值建模：分析了声电转化关系，推导了声波和电磁波在井内液体中的表达式，并给出了加入钻铤后，声场和电磁场在钻铤与井内液体之间边界条件。分别对单极声源和多极声源在不同中心频率激励下的震电波场进行了数值模拟，为激励源及声源频率的选取提供了理论指导。对比分析了震电信号声场、电、磁场的各个分量的振幅大小与相位关系，同时研究了不同接收位置接收的震电信号,为接收天线的设计与安装提供了理论指导。考察地层孔隙度、渗透率、孔隙液矿化度等声电参数对震电信号的影响，研究表明震电信号对地层参数的变化敏感，震电测井获取地层信息丰富。探讨了声电测井的探测深度，从侧面证明孔隙地层中的电磁场是由声电效应产生。利用多重滤波技术获得了声场和电磁场的速度频散特性，研究了钻铤仪器波对震电波场响应和声电测井的影响，并分析了孔隙度、渗透率等地层参数对声场和电磁场频散特性的影响。通过模拟仿真，证明了随钻声电测井代替随钻声波测井的可行性激励源选取单极源，接收轴向电场可以有效避免钻铤波的干扰。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 震电效应的国内外研究历史与现状

1.3 随钻测井简介

1.4 本文的主要贡献与创新

1.5 本论文的结构安排

第二章 震电效应的基本原理

2.1 震电效应简介

2.2 震电效应产生机理

2.3 Biot理论

2.4 Pride理论

2.5 多孔介质中震电耦合波场特性

2.6 多重滤波技术原理

2.7本章小结

第三章 随钻声电测井的数值建模

3.1 声电解耦原理

3.2 声场建模

3.3 电磁场建模

3.4 本章小结

第四章 随钻声电测井的数值模拟仿真

4.1 物理模型和激励源

4.2 算法简要说明

4.3 均匀弹性固体地层的数值模拟

4.4 均匀孔隙地层的数值模拟

4.5 地层参数的影响

4.6 本章小结

第五章 利用多重滤波技术提取频散特性

5.1 算法简要说明

5.2 计算实例

5.3 激励源对频散特性的影响

5.4 地层参数对频散特性的影响

5.5本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果