Logging while drilling electromagnetic wave responses in inclined bedding formation

For real-time inversion and fast reconstruction of formation true resistivity, the forward modeling of electromagnetic wave logging while drilling is usually based on the transversely isotropic formation model with vertical symmetry axis(VTI medium), but it only considers the horizontal and vertical resistivity. It has certain limitation during practical application. This paper presents a forward calculation method of electromagnetic wave logging while drilling in transversely isotropic(TTI) strata with inclined symmetry axis based on the Dyadic Green’s function. Anisotropic angle and azimuth are used to characterize TTI formation. The proposed algorithm is verified by numerical examples, the half-space electromagnetic wave reflection and transmission characteristics with different media are analyzed, and the necessity to use the new algorithm is pointed out. Numerical simulation also shows that there exist a critical borehole dip and critical anisotropic angle in TTI formation. Electromagnetic wave logging while drilling responses follows opposite rule before and after these two critical angles. Besides, the 'horns' at the interface are not only related to well deviation, resistivity contrast, but also related to anisotropic angle and anisotropic azimuth.

随钻方位电磁波电阻率测井数据精度分析及实时反演成像

随钻方位电磁波电阻率测井数据包含地层电阻率、地层边界方位及距离等信息,其中地层边界的方位和距离作为大斜度井/水平井开发过程中的重要参数,是地质导向正确决策的关键.通过反演和成像技术能够将随钻方位电磁波电阻率测井数据转换为可视化的地层参数信息.由于测井过程中上传数据有限,本文分析了不同数据的测量精度,为上传数据选取提供参考.基于传播矩阵算法和Levenberg-Marquardt算法开展了一维快速反演研究.通过实时监测模型参数质量,避免反演陷入局部极小值,保证模型参数的全局收敛性.最后,通过实测数据处理,验证了反演算法的可靠性.

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。

基于物理信息神经网络的随钻电磁波电阻率测井响应模拟

为实现复杂介质中随钻电磁波电阻率测井响应的快速模拟,加速随钻电磁波电阻率测井数据反演,基于物理信息神经网络(Physics-Informed Neural Network,PINN)模拟了随钻电磁波电阻率测井响应。PINN将控制方程纳入损失函数,将偏微分方程求解问题转化为最优化问题,实现偏微分方程的求解。在数值算例中通过PINN方法得到了电场散射场,研究了采样方式、激活函数、网络结构对PINN结果精度的影响。在高电阻率地层和侵入地层模型中,使用PINN方法计算了随钻电磁波电阻率测井响应。数值算例结果表明,基于PINN模拟的随钻电磁波测井响应与有限元方法结果一致,利用该方法可以实现随钻电磁波电阻率测井响应的精确求解。

一种下座键式近钻头测量系统的研发与应用

目前国内外主流近钻头测量系统的井下系统大多采用上悬挂连接方式和涡轮发动机供电方式,其组成结构相对复杂,连接较为稳固不易脱键,但在钻井作业中发生地层坍塌掩埋钻具的情况下,易导致整串仪器无法打捞,给作业方造成较大损失。为此,设计研发了一种下座键式近钻头随钻测量系统,采用下座键式的连接方式和电池组供电模式,应用电磁波无线短传技术将近钻头测量的方位伽马、井斜等数据跨越螺杆传输至近钻头接收短节,通过近钻头接收短节与MWD井下系统相连,并以总线方式将数据发送给MWD主控单元,最后通过钻井液脉冲传输技术,将MWD测量数据与近钻头测量数据发送至地面处理系统指导后续钻井作业。现场应用表明,下座键式近钻头随钻测量系统测量准确,同时克服了主流近钻头测量系统作业中不易脱键的弊端,切实降低了定向钻井作业风险。

随钻电磁波电阻率测井仪在渤海某油田的应用

随钻测井是近十年来迅速崛起的一项先进的测井技术。与常规测井方法相比,随钻测井数据更真实、更及时、精度更高,可更客观地反映地层的实际地质特征,满足当代石油天然气工业对测井技术的特殊需要。文章介绍随钻电磁波电阻率测井仪的基本结构和原理,以及其在渤海油田某井中的成功应用。

基于方位电磁波的煤岩层界面及低阻异常体探测方法

以煤岩介质和煤岩界面作为电磁波传播响应研究对象,构建与煤岩电磁参数相关的地质模型。针对煤矿井下随钻方位电磁波探测技术在煤岩地质导向中的响应特性进行深入分析,研究煤岩界面探测识别方法及其适用性。模拟仪器在煤岩层响应特性规律,建立煤层顶底板界面的方位、仪器到煤层界面距离的计算方法。利用拟牛顿法对随钻方位电磁波电阻率仪器响应理论模型进行反演计算,并对模拟数据数据进行实时反演,降低了Jacobian矩阵的计算次数,提高了反演速度并降低了对初值的依赖性。基于正反演数值仿真模拟,获得低阻含水层、异常地质体(陷落柱、夹矸层等)方位电磁波探测的信号响应规律。通过正交线圈的定向电动势模拟成像方法研究,验证了高阻煤层中方位电磁波电阻率应用的可行性、能够为煤层界面、地质异常体探测及地质导向应用提供依据。

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.

随钻方位电磁波电阻率测量系统发展进展

随钻电磁波电阻率测量系统采用多线圈、多角度及多补偿的线圈系结构,实现不同径向深度及方位地层电阻率的测量,其在地质导向钻井和油田地层评价中占据着至关重要的地位。在常规随钻电磁波电阻率测量系统的基础上,斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿及长城钻探分别研制和推出了具有方位特性的随钻电磁波电阻率测量系统并广泛地应用于水平井和大斜度井的开发与探测。介绍了随钻电磁波电阻率测量系统的结构组成及电磁波信号的处理方法,并通过对比和分析国内外主流随钻电磁波电阻率测量系统的优缺点,对其发展趋势进行了展望,为中国随钻电磁波电阻率测量系统的进一步发展提供借鉴经验。

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。

随钻方位电磁波电阻率测井技术与地质导向应用

随钻方位电磁波电阻率测井可在地层中预测电阻率界面,指导钻井轨迹实时调整以钻遇储层甜点,在大斜度井和水平井油藏勘探开发中的应用日益广泛。介绍了新型随钻方位电磁波电阻率测井仪器(DWPR)的研制和应用情况。基于电磁全分量测量设计理念,该仪器采用倾斜发射倾斜接收的双斜正交线圈系测量结构进行地层边界探测和地层评价。DWPR仪器在典型地层模型下的响应表明,该测量方式下的方位电阻率、地质信号及成像信息,可有效反映地层电阻率、方位及各向异性等特征。针对DWPR仪器特有的电阻率信号、方位信号,基于阻尼最小二乘原理,开发了实时边界反演地质导向软件。新型随钻方位电磁波电阻率测井技术在中国近海进行了50余口井的地质导向应用,实时地层边界反演结果均符合油藏地质认识,有效指导水平井钻进过程,大幅度提高了储层钻遇率。

随钻电磁波电阻率测井仪器响应影响因素数值模拟

介绍了随钻电磁波电阻率测井仪器的响应原理及计算模型。通过数值模拟不同地层模型仪器响应,分析了随钻电阻率测井中仪器精度、井眼、井斜与层厚、各向异性、介电常数以及泥浆侵入等因素对电阻率的影响。对于目前数据处理和解释中地层模型不够准确、应用软件都无法同时处理各种影响因素、同时考虑到各种环境因素进行资料的反演几乎不可能、对地层反演结果的不确定性等问题提出建议。为正确利用随钻电磁波测井资料提供理论依据。

倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器的响应模拟及应用

采用各向异性水平层状介质磁偶极子源并矢格林函数计算接收线圈倾斜的随钻电磁波电阻率仪器的响应,利用新的方式定义出定向相位差及幅度比信号。分析视电阻率以及定向信号的探测特性,总结出地层边界、地层对比度、相对倾角、各向异性、线圈倾斜角度对仪器响应的影响规律。结果表明,倾斜线圈仪器不但可以利用视电阻率进行地层评价,还可以利用新的定向信号探测出地层上下界面,相比传统的电磁波电阻率仪器具有更好的地层评价和地质导向功能,是一种应用前景广阔的仪器。

倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器基本原理及其在地质导向中的应用

采用各向异性水平层状介质的磁偶极源并矢Green函数计算倾斜线圈随钻电磁波电阻率测量仪器的响应,分析井眼相对倾角和接收线圈倾斜角对接收信号幅度比和相位差的影响,以及传统仪器和新型仪器响应曲线角峰的性质。计算实例结果表明,与传统仪器相比,含有倾斜线圈的随钻电磁波电阻率测量仪器在定向钻井中能够更早地指示出地层边界的存在,从而可以更容易地调整钻井仪器使井眼保持在期望的地层内,因而具有更好的地质导向能力。

利用积分方程的加速迭代算法计算随钻电磁波电阻率测量仪器的响应

采用改进型逐次逼近解法(MSAM)和Aitken加速技术相结合的迭代算法计算二维积分方程.该算法将纵向成层原状地层作为背景地层,将计算区域限制在井眼和侵入带内,具有未知量数目少、收敛速度快、计算精度高的优点.利用该算法对随钻电磁波电阻率测量仪器在轴对称二维地层中的响应进行数值模拟.模拟结果显示,幅度衰减曲线和相位移曲线受井眼、侵入和围岩的影响程度不同,二者径向探测深度和垂向分辨率也有差异,利用补偿后的幅度衰减电阻率曲线和相位移电阻率曲线交叉点的坐标可精确确定地层层界面位置.

径向成层介质的Green函数及其在随钻电磁波电阻率测量中的应用

采用递推矩阵方法计算径向成层介质的Green函数,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。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。用得到的Green函数对随钻电磁波电阻率测量仪器进行数值模拟,分析钻铤的影响规律、井眼校正方法和仪器的径向探测深度。结果表明,只须改变方程组中源项元素的位置,可以方便地得到源点和场点在任意层时的Green函数,形式简洁,易于编程。在仪器测量范围内金属钻铤对随钻电磁波电阻率测量仪器的影响可近似视为恒定,在井眼直径较小且钻井液电导率较低的情况下无须对随钻电磁波电阻率测量仪器进行井眼校正,仪器的径向探测深度并非只取决于仪器参数,也与侵入带电导率、地层电导率以及井眼因素有关。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。

随钻电磁波电阻率测井实时井眼影响校正

在井眼半径较大和钻井液电阻率较低的情况下,随钻电磁波电阻率受井眼和电阻率影响较大,为了得到更准确的电阻率转换结果,在目前常用的电阻率转换模型基础上,引入井眼半径和钻井液电阻率两个参数,建立考虑井眼影响的三维转换模型,提出了电阻率实时井眼影响校正方法。实际应用中可以针对特定仪器计算得到电阻率转换数据库,通过三维插值查找技术实时校正得到地层电阻率信息。数值模拟及模型验证结果表明:提出的电阻率实时井眼影响校正方法得到的电阻率转换结果与图版校正值吻合,可以在很大程度上消除井眼的影响;该方法还可以降低正反演模拟的计算维度,提高大斜度井、水平井测井资料反演效率。

倾斜层理地层随钻电磁波测井响应特征

为实时反演、快速重构地层真电阻率,消除常规随钻电磁波测井正演基于含垂直对称轴的横向各向同性(VTI)地层模型仅考虑水平和垂直方向电阻率的局限性,基于并矢格林函数给出一套含倾斜对称轴的横向各向同性(TTI)地层的随钻电磁波测井正演计算方法。采用各向异性角和各向异性方位来表征TTI地层的各向异性特性,通过数值算例验证了算法的正确性,分析了不同介质情况下的半空间电磁波反射和透射特征,指出使用新算法的必要性。数值模拟结果还表明,TTI地层中,存在临界井斜角和临界各向异性角,在这两个临界角的两侧,随钻电磁波测井响应随井斜角与各向异性角的变化规律相反;此外,在界面处的“犄角”不仅与井斜、电阻率对比度等因素有关,还与各向异性角和各向异性方位有关。

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.

随钻电磁波电阻率测井之电阻率转化方法与研究

根据幅度衰减(EATT)和相位差(ΔΦ)转换得到电阻率是随钻电磁波电阻率测井信号处理的必然环节。根据电磁场理论,给出均匀介质中EATT和ΔΦ的磁偶极子解(将线圈近似为磁偶极子)和严格解的理论结果。介绍了根据EATT和ΔΦ转化得到电阻率的方法。根据电阻率的转化结果发现,将ΔΦ转换为相位差电阻率的误差很小,可以将线圈近似为磁偶极子,还可以达到简化计算和保证转化的电阻率与真实电阻率一致的目的。但是,在将EATT转换为衰减电阻率时,在高电阻率地层条件下,磁偶极子解的表达式存在明显的电阻率转换误差,因此,建议采用严格解的EATT表达式进行衰减电阻率的转换,以提高信号质量。