倾斜各向异性地层中多分量电磁波测井响应三维时域有限差分(FDTD)算法

利用三维时域有限差分技术(FDTD)研究建立倾斜各向异性地层中多分量电磁测井响应的数值模拟算法.首先,利用 Yee 氏交错差分格式和线性内插公式对各向异性介质中时域 Maxwell 方程进行离散化,得到各向异性介质中各个交错节点上电磁场的时域递推公式,同时将面积加权平均与旋转矩阵技术相结合确定各个网格节点的等效电导率张量,此外,单轴各向异性吸收边界条什(UPML)被用于降低求解区域外边界反射.在此基础上.利用单频正弦磁偶源计算时域电磁场空间分布以及特殊的双方程算法(2E2U)从数值结果中快速提取电磁场幅度和相位,确定多分量电磁测井仪器的三维响应.最后.通过数值结果证明该算法的有效性,并系统考察不同层厚、地层倾角以及侵入带半径等变化对多分量电磁测井响应的影响.

层状各向异性地层的识别与评价

在垂直井眼的层状各向异性地层中,水平电阻率、垂直电阻率和各向异性指数(垂直电阻率与水平电阻率的比值)是其主要描述参数。常规测井评价只注重于水平电阻率信息而忽略了垂直电阻率和各向异性指数信息,这样对各向异性储层的含油饱和度评价就会产生误差。提出了在常规测井条件下在低阻层根据深浅侧向测井曲线出现差异而深中感应测井曲线重合来识别各向异性地层的方法,给出了根据双感应和双侧向测井曲线计算地层水平电阻率、垂直电阻率和各向异性指数的相关公式,这些方法可望能改善各向异性储层的含油饱和度评价。

各向异性地层定向井井壁坍塌压力计算方法

层理性地层的力学性质和强度特征具有各向异性,受层理弱面的影响,钻井过程中容易发生井壁失稳的问题。各向异性地层中的井壁坍塌压力分析方法与普通完整性地层不同,强度准则应选用弱面破坏准则,并且层理面的存在也对井眼周围应力分布产生影响。对于各向异性地层中定向井钻进时井壁稳定的分析,需采用有限元等方法进行数值求解。某油田层理性泥页岩地层中不同井斜角和方位角条件下井壁坍塌压力的计算结果表明:定向井钻井中存在最佳钻入角,解决这类地层的井壁失稳问题主要应从控制井斜角和钻井方位入手,避免在井壁坍塌压力较高的井斜和方位范围内钻进定向井。

各向异性地层重复压裂最优时机及影响因素分析

依据低渗透储层力学参数和渗流特点,建立了考虑地层各向异性的固-液耦合最佳重复压裂时机模型,提出了等应力点的概念。对多因素影响下的最佳重复压裂时机的研究表明,远场水平地应力差较小、弹性模量较大、初次裂缝长度和宽度较大、低渗透、初次改造后平均生产压差较大等影响因素对重复压裂产生新缝有利。将影响因素分为3类:①产生重复压裂新裂缝的影响因素;②仅影响最优重复压裂时机的因素;③可以忽略的因素。

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.

非均质各向异性地层中方位随钻电磁测井响应三维有限体积法数值模拟算法

方位随钻电磁测井是一种能够实时探测地层边界、实现地质导向与井眼成像的新型测井技术.本文根据方位随钻电磁测井仪器的典型线圈系结构,首先引入柱坐标系下非均质完全各向异性地层中电流源并矢Green函数,并利用电磁场叠加原理给出倾斜发射线圈激发的电场以及倾斜接收线圈上感应电动势的计算公式;然后应用电流源电场并矢Green函数的混合势克服非均质地层中电磁数值模拟的低感应数问题,通过ρ和z方向上Lebedev网格设法降低网格节点个数,并且利用标准化算法确定柱坐标系下非均质单元上的等效电导率.在此基础上,用三维有限体积法建立柱坐标系电场混合势的离散方法,得到一个交错网格上电场矢势和标势大型代数方程,并用不完全LU分解以及稳定双共轭梯度法确定数值解.最后,通过数据模拟结果对算法的有效性进行检验,并考察钻铤、线圈倾斜角度以及地层各向异性等参数对仪器响应的影响.数值结果表明:在柱坐标系下用三维有限体积法的数值模拟算法处理非均质各向异性层中方位随钻电磁测井响应可以得到很好的结果.钻铤、电导率各向异性、层边界均对方位随钻电磁波测井响应产生较大的影响;在电阻率较大的地层,幅度比和相位差响应越小;发射线圈和接收线圈同时倾斜时,幅度比和相位差响应受地层的影响更灵敏.

各向异性地层阵列侧向电阻率响应仿真模拟及应用

研制等比例缩小阵列侧向测井物理模拟实验系统,并基于三维有限元数值方法建立相应地层模型,定量研究不同因素对测井响应的影响。实验与数值模拟结果误差小于5%,验证了数值模拟结果的可靠性,进一步利用数值模拟方法对地层相对倾角、电各向异性和钻井液侵入进行单因素分析,研究结果表明:①各向异性地层中相对倾角增加会引起电阻率的抬升,但是对电阻率的抬升值相对较小,相对倾角达到一定角度时会引起阵列电阻率5条曲线数值高低出现翻转;②电各向异性系数λ值增加也会引起地层电阻率的抬升,直井条件下λ值由1.0增加到1.5时会导致电阻率抬升约10%;③相比于地层相对倾角和电各向异性,钻井液侵入对测井响应影响更显著,并且各向异性地层中低阻钻井液侵入会改变5条曲线的顺序,其规律与电各向异性相反。以柴达木盆地英西油田实际测井资料为例,构建考虑钻井液侵入的各向异性倾斜地层模型,利用上述方法正演模拟结果与实测曲线变化规律基本一致,再次验证了该方法的准确性。为复杂井况各向异性地层多参数反演提供了理论依据。

水平层状各向异性地层多分量感应测井数据的快速参数化反演算法

利用传输线理论、Sommerfeld积分快速计算以及最小平方拟合技术研究建立多分量感应测井数据的一种新的快速参数化迭代反演算法,同时重构水平层状横向同性地层的纵、横向电阻率以及水平层界面深度。首先,通过Fourier变换与传输线理论给出频率波数域中电磁场并矢Green函数在各个地层中的解析解,并利用三次样条插值和贝塞尔函数递推公式建立Sommerfeld积分的半解析算法,快速计算多分量感应的测井响应。然后在此基础上,利用摄动理论建立磁场并矢Green函数与模型向量间变化关系的摄动方程,并将摄动方程中各个积分转化为Sommerfeld积分,实现正演模拟的同时用半解析算法快速确定多分量感应测井响应的Fréchet导数。最后,利用归一化处理和奇异值分解技术,同时反演所有地层的纵、横向电阻率和层界面深度,实现输入数据和反演模型的模拟数据优化拟合。理论模型的数值结果验证了该反演算法的有效性及抗噪性。

各向异性地层应力的推算及深孔地层破裂压力的预测

推导了水平棋观各向同性地层岩石地应力的计算公式，由此得出了地层破裂压力的计算公式。给出了运用石油垂直地震剖面资料确定模型中的各弹性参数的方法，并介绍了运用该方法检测的实例。

各向异性地层井格块等效半径的计算方法

在油藏数值模拟中,联系井格块压力、井底流动压力和流量之间的关系式称为井模型,它是基于井格块等效半径得到的。Peacemn在研究了各向同性、各向异性地层单相液体稳定渗流之后,得出了内井格块等效半径的计算式。文献[4]给出了各向同性地层非内井格块等效半径的公式。本文得到了各向异性地层拟稳定渗流内井格块、稳定渗流边界井格块和角井格块的等效半径式。

三维各向异性地层中方位电阻率测井的响应

开发了一套能模拟方位电阻率测井仪在三维各向异性地层中响应的有限元程序。用该程序考查了方位电阻率测井仪对水平各向异性层、倾斜各向异性层及方位各向异性倾斜层的响应。结果表明 ,在垂直井水平层的条件下 ,方位电阻率成像仪测量的是地层的水平电阻率 ;在垂直井倾斜层或倾斜井水平层的条件下 ,测量的则是地层的水平电阻率和垂直电阻率的综合值。对三维异常体的响应表明 ,现有的方位电阻率成像仪的测量值与地层的真实值相差甚远。为了能够进行有效地定量评价 。

各向异性地层电磁脉冲测井响应的FDTD模拟

利用三维柱坐标系时域有限差分(FDTD)方法计算了各向异性地层中电磁脉冲测井响应。首先验证了算法的正确性及可行性,然后分析了均匀无限厚各向异性地层中及考虑泥浆、围岩、侵入等因素存在的复杂各向异性地层中的电磁脉冲测井响应特征。结果表明:视电阻率随着倾斜角度的变化而变化;高阻地层比低阻地层受泥浆的影响更严重;高阻围岩比低阻围岩对目的层的影响更大;侵入带对视电阻率的影响非常明显,必须对测井资料进行侵入影响校正。

层状各向异性地层中三维感应测井响应快速计算及资料处理

本文采用广义反射系数法推导了水平层状各向异性地层中电磁场的积分解析解,并利用快速汉克尔变换技术实现了三维感应仪器测井响应的快速计算.三维感应测井响应与地层水平电导率、垂直电导率和井斜角及仪器方位角同时有关,单一分量的测井曲线不能满足资料解释的需要.通过对仪器测量分量响应特征的考察,本文提出了一种基于组合量测井曲线的资料直观解释方法.数值模拟显示,交叉分量相关组合量可准确划分地层纵向边界,并可直观识别各向异性层;与单独分量相比,主分量相关组合量提高了纵向分辨率、减弱了与地层电导率参数的非线性关系.

层状各向异性地层三维感应测井响应快速反演

三维感应测井仪器能探测到地层的水平电导率和垂直电导率信息,可以从三维角度识别地层特性,对薄储层、复杂储层的探测具有先天优势。利用测井响应主分量构造了与地层各向异性电参数、几何参数相关的目标函数,采用改进的阻尼型高斯一牛顿优化算法,实现了三维感应测井资料在砂一泥岩薄交互层的快速纵向一维反演。对含28个水平分层的Oklahona各向异性地层模型模拟测井资料进行反演计算,得到了令人满意的结果。

圆柱分层各向异性地层中偏心线圈电磁场闭合解

圆柱状分层介质中电磁场解析算法是电法测井快速正演模拟及井眼环境校正基础,推导倾斜线圈在最内层偏心时电磁场解析解闭合表达式。在频率-波数域中,利用Graf定理将电磁场的驻波和外行波由仪器坐标系转换成地层坐标系,然后引入无数值溢出的新型广义反射系数描述电磁场不同角模量在偏心边界处的耦合。针对共轴倾斜线圈系给出其偏心时接收线圈电压解析解,并分析线圈水平放置时电压表达式的退化过程。通过将背景场与反射场分离,减小被积函数收敛区间,提高接收线圈电压数值积分的稳定性及计算精度。结果表明:仪器居中时水平发射-水平接收线圈电压与地层电导率各向异性无关,而偏心时会受各向异性影响;水平发射-倾斜接线圈的偏心角不同导致其与井眼边界朝向不同,电压随偏心角变化明显;倾斜发射-倾斜接收线圈电压受仪发射线圈倾斜角、地层电导率各向异性及偏心角影响很大。

层状非均质各向异性地层中多分量感应测井数值模拟与响应特征

应用数值模式匹配算法研究层状非均质各向异性地层中多分量感应测井响应的数值模拟方法。针对柱状界面上积累面电荷对共轴线圈系电磁响应的影响,通过傅氏级数展开与分离变量技术以及电阻率径向导数的奇异性,推导出关于电磁场水平分量的2个奇异算子方程。该奇异算子有效描述了井壁以及侵入带与原状地层分界面上积累面电荷的效应。在此基础上,利用模式匹配技术给出层状非均质各向异性地层中磁场并矢Green函数的半解析解以及多分量感应测井响应的计算方法,最后通过数值模拟结果对该算法进行检验并考察不同井眼泥浆电阻率以及不同侵入深度情况下多分量感应测井仪器的响应特征。

各向异性地层中用测井导出的应力

预测水力压裂缝的发育，或多或少受地下侧限应力的控制。以往，该理论是基于作为泊松比函数的垂直上覆应力和水平应力之关系。由于野外测量的闭合应力常常缺乏证实垂直和水平应力之间关系的能力，因此，需要对其作进一步校正。另一方面产生垂直和水平应力的各向异性泊松比呈现出异常。理论与计算闭合应力出现差异的部分可能是由于各向异性的影响。诱导水力压裂缝发育的方位受抗张强度和泊松比的控制。在野外测量各向异性岩石的闭合应力并不一定能够确定最小水平应力。用地球物理方法测量各向异性可极大地影响水力压裂缝的处理工程。

各向异性地层的纯地层电阻率计算

本文建立了水平电阻率，垂直电阻率模型，通过对模型分析，可知水平电阻率一般小于垂直电阻率，并进一步研究了用感应型仪器要求各向异性地层水平电阻率，垂直电阻率及纯地层电阻率的方法，该成果已投入生产，效果较好。

各向异性地层井壁应力的孔隙弹性力学—化学耦合模型

针对各向异性地层任意倾斜角的井筒,建立井壁应力的孔隙弹性力学—化学耦合数学模型,并推导得到井壁应力分布的解析解.研究发现,该解可退化为文献已报道的横观各向同性情形的解析解,这在一定程度上验证了模型和解析解的正确性.基于该解析解开展算例研究.结果表明,井斜角、各向异性力学参数以及溶质扩散都会引起井壁应力的明显变化,进而对井壁稳定性造成较大影响.提出的模型具有通用性,能反映地层实际情况,可用于井壁稳定性分析,从而高效指导钻井设计和压裂设计.

倾斜砂岩地层电阻率各向异性实验及校正方法

为提高倾斜储层流体性质评价中的岩石电阻率精度,需要明确岩石电阻率随地层各向异性、地层倾角的变化规律。在对比分析两种模拟地层倾角的实验方案基础上,开展致密砂岩样品各向异性及倾角的电阻率物理测量实验,依照“二极法”的物理测量模式,采用有限元数值模拟了地层倾角、各向异性与岩心电阻率的变化关系。结果表明:当孔隙度增大时,岩石电阻率减小;当泥质含量增大时,各向异性系数变大;当地层倾角增大时,孔隙结构系数变大,当地层倾角相同时,孔隙度越大则孔隙结构系数越大;当地层倾角大于20°时,岩石电阻率增加量大于5%,这时需要进行电阻率校正。通过建立实测电阻率与理论公式计算电阻率之间的关系,获得克服各向异性、倾角影响的电阻率校正方法。研究成果为开展不同倾角、各向异性储层的电阻率校正及饱和度多井对比分析提供了实验依据。