模块化随钻电磁波测井仪器结构对测量信号的影响

常规的随钻电磁波测井是一种重要的地层流体评价方法,但其不具有方位特性。为此,提出了一种具有较好方位探测特性的新型模块化随钻电磁波测井仪器结构。为准确了解模块化随钻电磁波测井仪器结构对测量电压信号的影响情况,采用有限元法建立了三维模型,探究了仪器各部分的影响规律。研究得出:随着钻铤和天线槽填充物电阻率增大,接收电压信号出现了突变区间且与仪器的频率和几何尺寸密切相关;盖板材料的电阻率对接收信号强度的影响较大,盖板应选择电阻率比金属稍低的材料,而测量信号随传感器本体电阻率增大而增大,因此传感器本体应选择非金属材料;钻铤和填充物的电阻率较小时,接收电压信号有明显的衰减,填充物电阻率较大时其影响可以忽略;通过扣除空气介质中的仪器响应,可以较好地消除仪器结构的影响,扣除仪器结构影响后线圈中磁通量减小,导致仪器信号低于扣除前。该研究结果可为实际测井仪器的设计制造提供理论依据。

基于LSTM神经网络的随钻方位电磁波测井数据反演

随钻方位电磁波测井仪器在地质导向和储层评价等方面具有重要作用,但其测量响应不具有直观性,需要用反演方法获得地层信息,高斯–牛顿法、随机反演算法等传统反演方法计算速度较慢,难以满足实时反演的要求。为此,提出了一种基于长短期记忆人工神经网络(LSTM)的新反演方法,用于求取地层电阻率。首先,基于广义反射系数法建立正演算法,完成样本集的制作;然后,搭建LSTM神经网络模型,基于样本集进行训练和测试,通过遍历的方法优选出合适的网络参数;最后,在测试集上完成电阻率的反演,将反演电阻率与正演电阻率进行对比,对比反演所需时间和相对误差,并在测试集中加入白噪声验证了模型的抗噪能力。研究结果表明,模型能够准确快速地反演地层电阻率信息,能够满足对含有噪声数据的反演需要,具有较好的鲁棒性。此反演方法为测井资料处理提供了新的思路和方向。

方位电磁波仪器PeriScope水平井煤岩边界探测特性研究

在煤矿生产中,预先、精准识别煤岩界面能够提高采出率、降低开采风险,是实现煤炭智能化开采的卡脖子技术之一。方位电磁波测井仪器具有较大探测深度和方位分辨能力,其在煤岩界面测井方法中具有一定优势,为了研究油田方位电磁波仪器PeriScope在煤田测井中的适用性,建立了煤矿测井水平分层地层模型,使用广义反射系数法和有限元数值模拟方法,以方位电磁波仪器Peri-Scope为例,考察了其对煤层边界的探测特性。应用PeriScope仪器的发射频率和源距组合,设置其仪器半径为煤矿钻杆的常用半径,模拟结果显示,地质信号在界面处的响应符合典型特征,地质信号随仪器旋转角变化具有周期性响应规律,频率和探边距离非简单正相关关系,源距和探边距离具有正相关关系,地质信号幅值随煤层层厚的增加而增加,但层厚增加到一定值后地质信号不再随层厚变化,偏心距较大时地质信号受偏心距影响,方位电磁波测量响应能够反映采空区的电阻率变化。结果表明,地质信号对煤岩边界的探测能力受频率、源距、电阻率对比度、层厚等多种因素影响,方位电磁波仪器PeriScope的地质信号具有方位分辨能力,能够用于探测模型设置的煤岩分界面和识别采空区,但对于围岩和煤层电阻率均较高的情况,需要增加仪器的源距或选取合适的发射频率,以满足测量信号强度要求。

随钻多模式电阻率成像测井仪响应的三维有限元数值模拟（英文）

设计并成功地研制了一台以螺绕环为激励源的新型随钻多模式电阻率成像测井仪样机,该仪器可在方位电阻率、侧向电阻率和钻头电阻率三种模式下进行测量。相比现有仪器,该仪器节省了时间成本和经济成本。文中将螺绕环激励源等效为延伸的电偶极子,推导了在均匀地层中的测井响应方程。利用3D有限元法模拟了设计的新仪器在三种不同测量模式下的探测深度、纵向分辨率、周向方位探测特性以及井眼尺寸、泥浆电阻率、目的层厚度、围岩层电阻率和泥浆侵入的影响。数值模拟结果表明,新仪器的三种测量模式之间具有不同的探测深度和纵向分辨率,可为井场实时决策提供更多的参考。方位纽扣周向探测能力取决于异常体与周围地层电阻率对比度和异常体周向张开角度。井眼在钻头处截断与否对模拟结果有较大影响。井眼、泥浆侵入对不同模式的影响都存在,而围岩层厚的校正只需要在侧向测量模式下进行。本文结果可为仪器的研发及随钻测井解释提供理论依据。

基于随钻电阻率成像测井仪的洞穴评价模型理论研究

基于3D有限元素法,对柱状过井眼型洞穴地层的随钻电阻率成像测井响应进行数值模拟;设计单洞穴和多洞穴2种地层模型,考察洞穴直径、洞穴电阻率、洞穴延伸长度对测量信号的影响。为了更加直观地反映不同因素对洞穴的影响,对仪器在多洞穴地层中成像采样过程进行模拟。基于正演结果,利用最大电流对比度概念建立洞穴直径、洞穴延伸长度理论计算模型。研究结果表明,考虑井眼影响时,洞穴直径与测量信号之间呈现出非单调关系;忽略井眼或贴井壁测量时,洞穴直径与测量信号呈现线性关系,大洞穴延伸长度与测量信号具有较好的幂指数关系;在不同洞穴直径下,洞穴与地层电阻率对比度与测量信号呈幂指数关系。

随钻电阻率成像测井仪定量评价地层界面探究

随钻电阻率成像测井仪不仅可以通过井壁电成像直观显示微小的地质体特征,还具有识别地层界面的能力。为了探索随钻电阻率成像测井仪在界面处的测井响应特征,利用三维有限元方法,研究了其具有方位性时的地层界面测井响应规律,并根据模拟结果建立了地层界面参数定量计算模型。结果表明,该仪器在水平井中不同方位钮扣电极的电阻率测量差值和仪器与地层界面的距离呈较好的幂指数关系;该仪器在斜井中与地层界面的夹角和不同方位钮扣电极电阻率曲线犄角间的最大距离呈幂指数关系,且基本不受地层界面上下地层电阻率对比度的影响。建立的地层界面参数解释模型表明:仪器与地层界面的距离小于1.00 m,可以识别出地层界面;仪器与地层界面夹角小于20°时,可定量计算出二者夹角。研究结果为随钻电阻率成像测井的地质工程应用提供了理论依据。

测井新技术在陆相致密油“七性”评价中的应用——以松辽盆地北部高台子油层为例

中国陆相致密油储层具有岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强等特点,常规测井难以准确评价岩性、物性、电性、含油性、烃源岩特性、脆性和水平地应力各向异性,本文综合应用"无源三组合"测井(岩性扫描测井、致密储层核磁共振测井和介电扫描测井)、声波扫描测井、微电阻率成像测井等测井新技术,结合传统"三组合"测井技术,总结出了陆相致密油测井评价思路,目的是解决烃源岩品质、储层品质和工程品质"三类品质"评价问题。运用该思路,对松辽盆地北部Q地区高台子油层测井新技术资料相对齐全的J2井和Q1井,进行精细测井评价,同时,结合常规测井资料,建立了相应的"七性"评价模型,并将模型用于研究工区内20口老井资料的解释,取得了良好效果。最终,在测井精细评价基础上初步建立储层分类标准,形成了一套陆相致密油评价体系。相比常规测井,测井新技术将以其独特优势支持我国陆相致密油勘探开发的深入进行。

钻头电阻率测井仪器探测特性研究

钻头电阻率测量是一种服务于地质导向的方法,在钻井过程中可以有效地降低作业风险。开展钻头电阻率测井仪器探测特性的数值模拟是研制精密仪器的重要手段,但其复杂的螺绕环激励源为数值模拟带来困难,因此需要利用一种等效的方法来简化。本文利用三维有限元素法(3D FEM),将复杂的螺绕环激励源简化为延伸的电压偶极子,实现了钻头电阻率测井探测特性的数值模拟。考察了钻头电阻率测井探测深度、纵向分辨率与前视探边能力及其影响因素。数值模拟结果表明,钻头电阻率测井探测深度与泥浆类型、泥浆电阻率和井底钻具长度有关。钻头电阻率测井纵向分辨率取决于井底钻具长度,井底钻具长度越小,钻头测量分辨率越高。钻头测量具有一定的前视探边能力,其与源距没有关系,电导性地层前视能力好于电阻性地层。井底钻具长度越小,仪器的前视探边能力越好。本文结果可为钻头电阻率测井仪器设计与解释提供理论依据。

一种基于非接触耦合原理的新型随钻微电阻率成像仪器

分析随钻微电阻率扫描成像方法和探测器方案,研制一种新型随钻高分辨率电阻率成像工程仪器,并通过现场应用试验验证仪器的可行性和可靠性。基于非接触式耦合侧向电阻率测量原理,分析随钻条件下的井筒电场建立和扫描成像方法,形成上下两个发射电极聚焦、中间3个成像电极接收的电极系组合方案。利用电磁场有限元仿真确定电极系源距和仪器探测特性。结果表明仪器的裂缝电阻率真值分辨率与成像电极直径相当,扫描图像上对5 mm裂缝有可辨识响应;高速采集电子系统和多传感器组合在仪器动态旋转下检测电阻率信号和工具面角度,可实现高转速下的128扇区全井筒覆盖的地层图像;研制的随钻电阻率成像仪器在现场试验中获得了高分辨率的地层图像,随钻电阻率曲线与电缆测井数据高度吻合,且分辨率更高,能更好地分辨出薄层信息。

3D FEM随钻电磁波电阻率测井响应影响因素研究

影响随钻电磁波电阻率测井仪器响应的因素主要来自两方面:一方面是自身结构因素,包含线圈、天线凹槽、盖板、钻铤等,这些因素通过影响接收线圈感应电动势的幅度,进而对电阻率测量结果产生影响;另一方面因素来自外界环境,包括井眼泥浆、围岩、侵入、介电常数以及地层各向异性等,测井过程中的仪器响应,是对井下多种不同介质的综合响应,为了达到探测原状地层电阻率的目的,需要扣除其它因素对仪器响应的影响。因而研究影响随钻电磁波电阻率测井响应的因素,对测井资料的解释与应用是十分必要的。本文以随钻电磁波电阻率仪器WPR(Wave Propagation Resistivity)为算例,建立真实的3维仪器结构,采用3维有限元3 D FEM(Three-Dimensional Finite Element Model)方法,针对真实仪器自身结构以及外界环境因素对仪器响应造成的影响进行了数值模拟,并利用解析解对本文的数值解进行了验证。感应电动势绝对值随着线圈半径、线圈凹槽宽度、天线槽长度、盖板占空比增大而明显增大;随着凹槽深度增加而减小。其中,浅探测模式受以上因素影响较深探测模式更大。此外,感应电动势绝对值受金属钻铤的电导率影响较小。在外界环境因素方面,井眼与泥浆存在使视幅度比电阻率偏小,视相位差电阻率偏大;泥浆电阻率越大,对仪器响应造成的影响越小;各向异性使视幅度比电阻率与视相位差电阻率均偏大;泥浆侵入、围岩、介电常数以及各向异性因素使视幅度比电阻率与视相位差电阻率在数值上差异逐渐增大;泥浆侵入使视相位差电阻率与视幅度比电阻率差异先增大再减小;介电常数影响在高阻地层中更加明显,其中视相位差电阻率受影响更大。

随钻高分辨率电阻率成像仪器探测特性研究

针对现有随钻电阻率成像仪器周向钮扣电极分布少的问题,设计了一种新的钮扣电极分布方案.该仪器周向排布8个圆形钮扣电极,纵向分为2排,且每排钮扣电极直径不同,既能在复合钻进时进行全井眼覆盖扫描成像,又能在滑动钻进时获得8个扇区固定方位的井眼图像;建立了复杂的水平层状地层、含周向异常体地层和水平井地层等3种地层模型,利用有限元方法分析了仪器在不同地层模型中的测井响应特征.分析结果表明:该仪器具有较好的纵向分辨率,钮扣电极的纵向分辨率与其直径相当,可以准确识别方位性高阻地层;水平井地层界面对仪器不同方位测量的影响不同,侧向测量模式在地层界面处的响应与电缆侧向测井类似.该仪器在复杂地层中具有较好的适用性,研究结果对随钻电阻率成像仪器的研发和数据解释具有指导作用.

螺绕环激励式随钻侧向测井仪测量强度影响因素及响应特性

与传统的随钻电极型电阻率测井仪相比,螺绕环激励式随钻侧向测井仪具有不易磨损,工艺难度小的优点,但国内对于该仪器的理论研究很少。基于三维有限元法,研究了螺绕环激励式随钻侧向测井仪的测井响应特征,分析了仪器结构参数对测量信号强度的影响。模拟结果表明:测量信号强度与接收线圈距呈正相关关系,仪器源距和钻头短节越长,仪器测量信号的强度越弱。根据模拟结果优选了模拟参数,研究了不同地层电阻率对比度下仪器的探测特性,分析了仪器在不同井斜角和围岩环境下斜井中的测井响应特征。螺绕环激励式随钻侧向测井仪探测深度较电缆式侧向测井仪浅,但可以满足随钻测井需求。研究结果对螺绕环激励式随钻侧向测井仪结构参数设计及测井解释方法研究均具有一定的指导意义。

岩心激发极化实验系统研究

设计一套岩心激发极化测量装置,在气压驱动下,岩心侧面被橡胶套包裹,激励电流不会从岩心侧面的盐水溶液泄漏,从而提高测量信号的信噪比。基于数字信号处理芯片DSP建立一套兼具时域测量和频域测量功能的岩心激发极化实验测量系统,由上位机软件与DSP通信控制其他组件协调工作。三极管组成的恒流单元可以输出大小可调的毫安级恒定电流,在DSP的PWM模块控制下,可以产生同时包含2个频率的充电电流时序。输出电压可调的Boost升压模块可以提供高效的直流升压输出(输出电压可高达上百伏),以驱动高阻抗的测量装置。多路复用器组合可以在DSP的控制下改变测量装置的充电方向,采集系统可以同时监测测量装置两端的电压差及流经的电流。研究结果表明:该系统结构简单,功能完备,人机交互能力强,可以为岩心激发极化实验研究工作提供技术支持,推进激发极化效应在地球物理资源勘查中的应用推广。

随钻电阻率成像测井在裂缝地层中的响应模拟

随着石油勘探的深入发展,随钻测井技术已成为及时准确获取钻井和地质资料的重要手段。其中,随钻电阻率成像测井在实时井场数据采集、解释、现场决策以及指导地质导向钻井中起着关键作用。然而,目前关于随钻电阻率成像测井影响因素的研究较少。针对随钻电阻率成像仪在裂缝地层中的测井响应及其影响因素尚不明确的问题,本文基于三维有限元法,利用COMSOL MULTIPHYSICS有限元仿真平台,对单一裂缝地层及网状裂缝地层中的随钻电阻率成像测井响应进行了模拟,分析了井眼尺寸、泥浆电阻率、电阻率对比度、裂缝张开度、裂缝倾角及延伸距离等因素对测井响应的影响。模拟时,采用有限元局部网格细化技术,以达到求解精度,提高求解速度。数值模拟结果表明,井眼泥浆的电阻率会影响裂缝分辨率,而由于泥浆的存在,当井眼尺寸较小且仪器纽扣电极距离井壁较近时,仪器对裂缝的分辨率较高。当井眼尺寸保持在7 in以内时,视电阻率曲线效果较好。井眼环境对不同尺寸纽扣电极影响不同。当裂缝的张开度小于纽扣电极的分辨率时,随裂缝张开度增加,裂缝处的视电阻率逐渐接近真实值。而当裂缝张开度大于纽扣分辨率时,随钻电阻率成像测井受其张开度的影响较大。裂缝的延伸距离对成像结果的影响有限,当该延伸距离超过0.3 m时,该影响可以忽略。应用斯伦贝谢解释模型考察异常电流面积A与裂缝张开度的关系,两者呈较好的线性正相关关系,而A与电阻率对比度呈负相关关系。裂缝倾角会影响成像时的视张开度,随倾角增大,成像图上裂缝的视张开度增大,且倾角对低角度裂缝的视张开度大小的影响小于高角度裂缝。研究结果对随钻电阻率成像测井仪在复杂裂缝地层中的测井解释及模型建立具有一定指导意义。

水平井煤岩界面方位电磁波测井仪器探测性能

煤岩界面的预先、精准识别是实现智能化开采,提高开采效率和降低成本的关键技术之一,方位电磁波测井已在石油测井岩性界面识别中获得较好效果,但对煤岩界面识别情况的研究较少。为了研究方位电磁波在煤田测井环境中的适用性和探测性能,使用一维广义反射系数法计算磁场分量,并使用快速Hankel变换加快积分计算速度,模拟线圈系组合方式、频率、源距、线圈系半径、电阻率对比度、发射电流和电阻率各向异性对煤田方位电磁波测井响应的影响。结果表明:方位电磁波测井仪器能够分辨煤岩界面,对煤岩界面识别具有较大的应用潜力。线圈系半径和发射电流主要影响仪器响应信号的大小;在一定电阻率对比度范围内,幅度比和相位差在界面附近的幅值随电阻率对比度增大而增大,高阻地层电阻率各向异性对幅度比和相位差影响较小;仪器发射频率、源距、电阻率对比度同时影响方位信号最大探边深度。

螺绕环式随钻电阻率成像测井仪发射技术研究

螺绕环式激励是一种相较于电极型和线圈型聚焦激励更适合随钻电阻率成像测井的激励方式,本文针对螺绕环式激励发射技术做出了一系列探究。设计实验对螺绕环式激励的电气特性进行了探究,结果表明螺绕环式激励装置可以等效为一种多匝对单匝的非理想变压器,其初次级电压比等于匝数比,但初次级电流比和功率比具有非线性且存在输出功率上限。从电磁理论出发,对螺绕环进行了参数优化,最终选取截面积为1 cm^2的铁基纳米晶材料作为磁芯,用漆包铜线密绕100匝制成螺绕环发射装置,设定激励频率为1 kHz。基于数字信号处理器DSP和直接数字频率合成器DDS设计了信号发射电路,产生频率和幅度可调的交变信号用以驱动螺绕环发射装置。以无磁钢筒代替钻铤,设计带螺绕环的纽扣电极作接收装置,用电阻器件代替地层和钻井液泥浆进行物理模拟实验,实验结果表明测量的视地层电阻和真实电阻之间具有很高的相关性,所设计的信号发射电路配合螺绕环发射装置适用于随钻电阻率成像测井仪,相应成果对于螺绕环式随钻电阻率成像仪器的研发具有较强的参考价值。

岩心介电特性及饱和度模型研究

对人造砂岩岩心相对介电常数进行测量,在20～1 000 MHz频率段研究了相对介电常数与饱和度、孔隙度、矿化度之间的关系,结果表明,岩心相对介电常数与饱和度、孔隙度有良好的线性关系,矿化度对低频时的相对介电常数影响较大。在实验数据分析的基础上,结合现有的介电饱和度模型,基于Maxwell-Garnett理论,给出了适用于砂岩的多频介电混合解释模型,实验数据与模型符合良好。

煤矿水平孔复杂地质模型方位电磁波响应数值模拟

煤岩界面的预先、精准识别是实现煤矿巷道自动化掘进和煤矿智能化的关键技术之一,方位电磁波仪器探测距离较大,能够分辨岩性界面和界面方位,在油田测井中已取得成功应用,但在煤矿领域应用较少。为了研究方位电磁波测井在煤矿复杂三维(3D)模型中的探测性能,使用有限元数值模拟方法,考察了方位电磁波测井在煤矿测量环境中,不同发射频率和源距时受钻孔内流体的影响,以及采空区和起伏地层边界对方位电磁波测量的影响。结果表明:对于煤矿测井中的常见情况——孔中流体为空气时,方位电磁波响应受钻孔的影响较小;方位电磁波测量信号能够反映地层界面的起伏变化,其探测能力与发射频率、源距有关;方位电磁波响应对低阻采空区较敏感,但在高频发射时可以利用相位差信号实现对高阻采空区的探测。方位电磁波方法为煤矿井下水平孔煤岩界面和采空区测量提供了一种新技术手段,具有较大的应用潜力。

激活高中地理课堂教学整合12法

一、巧插趣味故事 激活课堂 在地理课堂中，可以用地理故事增强学生学习地理的兴趣。如讲“西亚”一节时，穿插阿拉伯国家风俗习惯的一些小故事，活跃课堂气氛。阿拉伯人喜爱白色，很多建筑物的外观是白色的，电视中也可看到阿拉伯人戴着白色的缠头巾和穿着宽大的白色长袍。为什么他们喜爱白色呢？当然这与他们的风俗习惯有关，但其中最重要的原因是西亚气候干燥，白色对强烈的阳光有反射作用，故吸热少。