海浪背景下舰船尾流感应磁场特性

基于麦克斯韦方程组以及海浪和尾流的速度场表达式得到无限深海水中海浪背景下舰船尾流感应电磁场的表达式,根据分界面处感应电磁场的连续性条件确定表达式中的待定系数。利用所得到的表达式分析无限深海水中尾流感应磁场、海浪感应磁场和海浪背景下舰船尾流感应磁场的特性。结果表明:舰船尾流感应磁场各分量的幅度在靠近海面的海水中均存在极大值点,且这些极大值点的数值和对应的海水深度均随船速的增大而增加;在海水中某一深度处舰船尾流感应磁场主要集中分布在一个“V”形平面区域内,且船速越大,“V”形区域内感应磁场周期性振荡的幅度越大,沿尾流运动方向振荡的空间间隔越大;海浪对舰船尾流感应磁场z分量的影响大于对x分量的影响。风向对尾流感应磁场的影响存在周期为π的周期性;当风速小于船速时,海浪对舰船尾流感应磁场的影响较弱,在“V”形区域内尾流感应磁场占主导作用;当风速继续增加时,海水中海浪感应磁场的强度显著增大,对尾流感应磁场的影响明显增强,在“V”形区域内尾流感应磁场逐渐被海浪感应磁场所覆盖;与风速变化所产生的影响差异比较明显相比,风向变化对尾流感应磁场影响的差别相对要小。

具有能源特色的物理学硕士研究生创新人才培养体系建设

该文探索行业性高校物理学硕士研究生培养的新途径,通过学科交叉、理工融合,从培养目标、导师团队、课程教学、实践平台和科研创新等方面强化物理与能源学科的深度融合,形成具有能源特色、多维协同的物理学研究生一流创新人才的培养体系,每个维度既各成一体又协同作用,与研究生的专业培养进程有机结合,探索“分段提升”的研究生创新素质全程培养模式,取得丰硕成果。

定向电磁波传播随钻测量基本理论及其在地层界面预测中的应用

采用水平层状各向异性介质中的磁流源并矢Green函数计算定向电磁波传播随钻测量的幅度衰减和相位移.分析了定向电磁测量的探测范围和对地层界面的灵敏性,研究了地层各向异性、地层相对倾角和接收天线倾角对定向测量的影响.计算结果表明,频率越低、线圈距越大、目的层和围岩层电阻率对比度越大,定向电磁测量的探测范围越大.随着接收天线倾角的增加,定向幅度衰减在接近地层界面时的变化更加明显,对地层界面的灵敏性增加.采用对称天线结构可消除定向测量信号在远离地层界面处对地层各向异性和地层相对倾角的依赖,实现对地层界面的准确预测.

用并矢Green函数的矢量本征函数展开式评价偏心对随钻电磁波电阻率测井响应的影响

采用圆柱坐标系下径向成层介质中磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式计算电磁波电阻率的测井响应,考察井眼内仪器偏心对测井响应的影响。计算时采用径向成层圆柱形地层模型并假设在每一圆柱层内地层是均匀各向同性的,这样每层介质内的电磁波是对称的柱面波和各阶非对称波的叠加。计算结果表明:仪器偏心的影响随频率的升高而增加;对于电阻性(电导性)钻井液,地层电阻率越低(越高)越需要对仪器偏心的影响进行校正。

用磁流源并矢Green函数的递推矩阵方法计算层状各向异性地层中多分量感应测井响应

采用递推矩阵方法计算各向异性介质的磁流源并矢Green函数,并利用上述并矢Green函数对层状各向异性倾斜地层中多分量感应测井的响应进行数值模拟,分析了线圈距、层厚、倾角和围岩对多分量感应测井响应的影响.计算发现,共面视电导率比共轴视电导率变化规律复杂,不能反映地层电导率的真实情况.各向异性地层共轴视电导率随井眼相对倾角的增加而减小,而共面视电导率随井眼相对倾角的增加而增加.仪器的垂向分辨率、围岩各向异性对目的层响应的影响程度取决于线圈距,围岩各向异性对高电导率目的层中测井响应的影响大于对高电阻率目的层中测井响应的影响.

井间电磁成像的迭代反演算法

提出一种基于逐次逼近解法的选代反演算法，对并间地层电导率的构造进行成像．该方法用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化，得到对电导率分布的初始估计，在选代反演中用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造进行更精确的估计．应用该方法还可以对井间电子率分布进行二次成像，从而使成像分辨率更为准确．数值计算结果表明，这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率，且计算效率相当．

电磁波电阻率仪器的基本理论及其在随钻测量中的应用

采用递推矩阵方法计算径向成层介质的Green函数并将其作为电磁波电阻率仪器的基本理论.根据圆柱形层界面处电场和磁场的连续性条件得到确定待定系数的矩阵方程组并通过递推方法快速求解.只需改变方程组中源项元素的位置,就可以方便地得到当源点和场点在任意层时的Green函数,形式简洁、易于编程.采用将变型Bessel函数的指数项单独列出的方式有效地解决了Green函数计算中的上溢问题.用上述Green函数对随钻电磁波电阻率测量仪器进行数值模拟,分析了钻铤的影响规律、井眼校正方法、仪器的径向探测特性和垂向分辨率.所得到的结论可为随钻电磁波电阻率测量仪器的研制和使用提供理论指导.

三维井间电磁场的正反演计算

提出了一种计算体积分方程的方法———改进型局域非线性迭代 (MLNI) ,并用其对三维井间电磁场进行正反演计算 .该方法将井间大尺度散射体分为近场和远场区域两部分 ,它们的位置和尺寸均随场点位置的变化而改变 .采用局域非线性近似计算近场区域的影响 ,将远场区域的影响作为外部激励源 ,采用迭代方法计算 .该方法具有计算速度快、所需内存量少、收敛性好的优点 .在反演中采用基于MLNI的非线性反演方法 ,利用这种方法可以将成像区域集中于一定范围内而不是整个三维空间 .该反演方法由于考虑到了雅可比矩阵元素的非线性项 ,因而与传统的Born迭代反演方法相比更为精确和稳定 .考虑到信息量和计算机内存的限制 ,第 1次成像采用双重体元分割法进行较粗略的成像 ,然后缩小成像范围进行第 2次较精确的成像 .数值计算结果表明 ,MLNI是一种有效的计算井间大尺度异常体散射场的方法 。

通讯槽对电磁波传播随钻测量信号的影响

采用径向成层介质的Green函数分析天线屏蔽罩上通讯槽的长度、数目等参数对电磁波传播随钻测量信号的影响规律。结果表明:增加通讯槽的长度和数目可降低电磁信号的衰减,但当这些参数增加到一定数值后信号的衰减不再明显变化;一般取通讯槽的长度约0.1 m、数目在20个以内即可满足工程实际需要;当填充材料的电导率较低时,其引起的电磁信号衰减可忽略不计。

用并矢Green函数的矢量本征函数展开式模拟随钻感应测井仪器的响应

采用圆柱坐标系下完纯导电劈模型的磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式计算钻铤V型槽内随钻感应测井仪器的响应.计算发现,V型槽张角的变化对电磁场不同分量的影响规律不同.若只采用传统的感应测井仪器,V型槽的张角可尽量小一些以最大限度地增加信号强度.若采用多分量感应测井仪器,需对V型槽张角的取值进行折衷考虑.由于在具有不同张角的V型槽内接收信号的强度不同,在对地层视电导率进行刻度时需根据V型槽张角确定标准值.计算还发现,电磁场不同分量对方位角的依赖程度不同,侵入带电导率对不同分量接收信号的影响程度也不同,因而不同分量接收信号的径向探测深度不同.

半空间水平放置阵列感应测井仪的刻度及误差校正

论述了在半空间测量水平放置阵列感应测井仪器线圈系误差的理论和方法，给出了误差校正图版和误差校正公式；讨论了半空间中均质地层电导率对仪器常数刻度值的影响。将阵列感应测井仪器水平悬挂在距地面两个不同的高度处，根据预先确定出的背景信号与信号差之间的关系，可以在无需知道地层电导率的情况下确定出每个单元阵列不同输出曲线的线圈系误差。计算结果表明：若线圈系距地面高度较高，且地层电导率值较小。

模拟过套管电阻率测井响应的递推矩阵方法

采用递推矩阵方法计算过套管电阻率测井响应的修正传输线方程,并模拟不同地层模型的测井响应,考察水泥环、电极距、套管非均匀性等因素对测井响应的影响。该方法在传输线方程系数中考虑径向含多个界面地层的影响,可以给出轴向呈层状、径向阶跃变化地层模型的电势分布,具有计算量小、易编程、无溢出等优点。模拟结果表明:递推矩阵方法具有很强的地层界面轴向分辨能力;低电导率水泥环对高电导率地层的测井响应产生更为明显的影响;径向存在多个地层界面时计算结果为径向各层电导率的综合反映;套管变薄或变厚对测井响应都有一定影响且测井异常发生在套管突变点附近;电极距对测井结果亦产生影响。

金属芯棒对阵列感应测井仪器的影响

魏宝君，张庚骥，谢树棋，等．金属芯棒对阵列感应测井仪器的影响．测井技术，１９９８，２２（４）：２４５～２４９计算了含金属芯棒ＡＩＬ线圈系模型在均质地层中的响应及仪器常数，给出了视电导率的修正公式。结果表明，金属芯棒的影响是恒定的。利用修正公式，可将含金属芯棒线圈系实测的非均质地层视电导率进行修正，从而在反演之前将金属芯棒的影响扣除。

用迭代反演算法进行二维井间电磁成像

魏宝君，张中庆，张庚骥．用迭代反演算法进行二维井间电磁成像．测井技术，１９９８，２２（６）：４０７～４１１提出了一种基于逐次逼近解法的迭代反演算法对井间地层电导率的构造进行成像。该方法应用一阶Ｂｏｒｎ近似将积分方程线性化，得到对电导率分布的初始估计，在迭代反演中应用高阶Ｂｏｒｎ近似对井间地层电导率构造作更精确的估计。数值计算结果表明，这种迭代反演算法与基于Ｂｏｒｎ近似、二阶Ｂｏｒｎ近似和扩展Ｂｏｒｎ近似的反演算法相比提高了成像分辨率，而计算效率相当。应用该方法还可以对井间电导率分布进行二次成像。

用改进的局域非线性迭代方法计算三维井间电磁场

提出了用改进的局域非线性迭代 (MLNI)计算体积分方程的方法 ,并计算了三维井间电磁场。将井间大尺度电导率异常体分为近场区域和远场区域两部分 ,它们的位置和尺寸均随场点位置的变化而改变。对近场区域影响的计算采用局域非线性近似 ;将远场区域的影响作为外部激励源 ,采用迭代方法进行计算。由于不必进行直接的大型矩阵求逆运算 ,因而与体积分方程的直接解法相比 ,所需的机时更少 ,并减少了对内存的要求。数值计算结果显示 ,该方法也适用于高电导率对比地层 ,且计算精度与体积分方程直接解法的精度相当 ,是一种计算井间大尺度异常体散射场的有效方法。

井间电磁场的一维反演

开发了一种快速高效的井间电磁场一维反演方法 .通过矩阵求逆计算纵向成层地层中的Green函数并同时得到雅可比矩阵的元素 ,加快了计算速度 .反演时采用正则化最小二乘法求解超定方程 ,由于发射 -接收的组合数目大大超过待反演的地层参数的数目 ,因而反演结果精度高 .数值计算举例表明 ,无论是低电导率对比地层还是高电导率对比地层 ,反演结果均与模型完全吻合 .井间电磁场一维反演可以对实测数据进行预处理 。

金属套管对电磁测井响应的影响

根据线圈系半径和金属套管半径之间的关系，分3种情况讨论了均质地层和非均质地层中金属套管对电磁测井响应的影响，给出了在均质地层中扣除套管影响的图版。在非均质地层中，当发射线圈和接收线圈均在套管内时，不能由含套管测井信号得到不含套管地层信号。当发射线圈在套管外而接收线圈在套管内时，对于低电导率对比的非均质地层，可根据含套管测井信号得到不含套管地层信号，从而将套管的影响消除；当地层电导率对比度大时，上述结论只适用于低频情况。当发射线圈和接收线圈均在套管外时，在频率100～10kHz之间，可以由合套管非均质地层信号得到不含套管地层的信号，套管的影响能够消除。

二维井间电磁场的正反演计算

提出了一种改进的逐次逼近解法 ,并用该方法对轴对称二维井间电磁场进行了正反演计算。与逐次逼近解法相比 ,该方法收敛性强 ,应用范围广 ,可适用于高电导率对比地层。与直接求解积分方程相比 ,由于不必进行直接的大型复矩阵求逆运算 ,该方法计算速度快 ,所需内存少。反演中采用了Born迭代算法 ,将成像区域集中于一定范围内。考虑到信息量和计算机内存的限制 ,采用双重面元分割法 ,将反演区域分割为一定数目的大面元 ,每个大面元被分割为几个小面元。属于同一大面元的不同小面元具有不同的磁矢势 ,但具有相同的电导率 ,从而减少了反演过程中未知量的数目。根据第一次成像结果确定出更准确的成像范围 ,并进行第二次成像。数值计算结果表明 ,改进的逐次逼近解法是计算二维井间电磁场的一种有效方法 ,将该方法用于反演过程能够得到较高分辨率的二维井间电导率图像。

一种新型随钻电阻率测井仪器的响应和刻度

对一种新型随钻电阻率测井仪器在均质地层中的电磁场分布和接收线圈的响应特性进行分析,并对仪器在真空中的刻度方法进行研究.推导出了圆柱坐标系下径向成层介质中磁流源并矢Green函数的矢量本征函数展开式,从而得到研究该仪器电磁场分布、接收线圈响应、刻度方法所必需的解析计算式.计算发现,钻铤的存在大大提高了仪器的定向探测性能.计算还发现,不同的钻铤尺寸、线圈系到钻铤不同的距离对线圈系在真空中的响应值具有较大影响.钻铤在地层中产生的实部信号可近似认为恒定,而当地层电导率大于0.01S/m时,钻铤在地层中产生的虚部信号亦可近似认为恒定.数值计算表明,仪器偏心程度越大,钻铤半径越大,仪器中刻度环电阻所对应的视电导率值越小.

井间电磁场的一维、二维联合反演方法

提出了针对轴对称二维井间模型的一维、二维联合反演方法.该方法基于纵向成层背景地层的Green函数,以一维反演结果作为联合反演的迭代初始值,同时反演一维背景地层和二维异常剖面的电导率.采用递推技术计算Green函数的系数,可以很方便地同时得到Green函数对空间坐标的积分和对背景层电导率的微分,大大加快了计算雅可比矩阵M的速度并使计算方便、准确.反演实例说明了该方法的有效性.反演实例还显示,背景层电导率较二维成像剖面的电导率收敛速度要快,测量数据的精度对二维剖面电导率成像质量的影响大于对背景层电导率分布的影响.