基于有限元方法电法测井模型的数值仿真及应用

摘要

随着地球物理探测以及测井技术的快速发展，人们对于测井仪器的探测能力有了更高的要求。目前测井仪器开发主要面临以下的困难：首先，仪器的结构更加复杂，探测器前端有更多精细结构的传感器；其次，随着定向井、倾斜井、水平井以及大位移井的出现，地层情况变得更加复杂；最后，随着二次开发以及油气资源的紧缺，对于仪器的探测精度以及探测能力有了更高的要求。面对这些新的工程挑战，本文采用有限元方法以及区域分解方法，对复杂的测井模型进行精密建模，对于多尺寸大物理模型进行区域分解建模并且求解。
　　本文考察了一种基于柱体电容模型的传感器探头，该探头用于随钻测量油基泥浆的电参数。通过对该结构进行工作频率的考察以及结构的优化，使得其能覆盖电阻率ρ=1000~1000000Ω·m和介电常数εr=1~80的测量范围。最后通过对实验样机进行加工和测量，得到了理想的测试结果。
　　其次，针对目前随钻岩芯电参数测量遇到的难题，本文验证了一种可行的设计方案。通过在传统的极板周围增加屏蔽电极，从而聚焦电流流过岩石内部，突破井下复杂环境对测量造成的影响。随后还通过一系列的考察，分析并给出了该仪器模型的工作原理和工作模式，为该仪器的设计以及应用提供理论基础。
　　介电测井技术是电磁波测井技术的重要补充，其主要用于探测电阻率测井无法分辨的地层。介电扫描（dielectric scanner）测井仪器的开发为介电测井提供了可靠的数据来源。本文结合介电扫描仪器的模型特点，采用区域分解方法对介电测井仪器进行详细的考察，给出了该仪器随地层电参数变化的响应特性曲线。本文还分析了该仪器的垂直分辨率以及探测深度等重要参数，对该仪器进行了全面的分析考察。

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第一章 绪论

1.1研究工作的背景及意义

1.2有限元方法在电法测井中应用历史与现状

1.3本文主要工作与贡献

1.4本论文的结构安排

第二章 有限元方法及区域分解算法

2.1有限元方法

2.2有限元区域分解方法

2.3本章小结

第三章 泥浆电参数测量模型的有限元分析

3.1序言

3.2泥浆电参数测量模型工作原理

3.3有限元求解方案

3.4泥浆电参数测量模型的优化设计

3.5数据解释方案

3.6实验测量及验证

3.7本章小结

第四章 岩芯电参数测量模型的有限元分析

4.1序言

4.2岩芯电参数测量模型的工作原理

4.3有限元求解方案

4.4模型的工作原理考察及分析

4.5屏蔽电极电压的确定

4.6本章小结

第五章 介电扫描测井模型的有限元分析

5.1序言

5.2介电测井原理

5.3区域分解分析方案

5.4地层中的响应特性

5.5探测深度及垂直分辨率的考察

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文工作总结

6.2下一步工作计划与展望

致谢

参考文献