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 。

围岩对井间电磁测井的影响

本文以电磁场理论为基础,基于非均质套管井井间低频电磁场,建立包括井眼泥浆、套管、水泥环、围岩、目的地层等的非均质套管井井间模型,采用有限元方法分析围岩对井间电磁测井的影响。结果表明,在低频电磁场情况下,目的层厚度越薄,围岩的影响越大;围岩电阻率越低,电动势变化越大。该数值模拟分析结果可为井间电磁测井中围岩校正提供一定的理论参考。

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。

井间电磁场时域有限差分数值模拟

为进一步了解井间地下介质结构及其电性特征,本文用时域有限差分方法(FDTD),实现了井间电磁场响应的数值模拟.激发源是探测深度相对磁偶极子更大一些的电偶极子,首先选择一个位于井轴上的垂直电偶极子作为场源,并假设参与计算的介质相对于发射井井轴是轴向对称的,这样可将研究区域作为二维问题处理.推导了二维井间电磁波传播时域差分公式.该方法适用于任何方向入射的电偶极子源,尤其善于解决频域差分方法所难以描述的宽频脉冲.给出了井间金属圆柱和矿体圆柱数值模拟2个例子,结果表明,时域有限差分方法能有效的模拟井间地下介质中电磁波的传播,揭示电磁波传播规律.该方法速度快、精度高、结果稳定,适合用于井间电磁场反演成像的正演响应计算.

井间电磁成像方法的最新进展

系统地介绍了国内外井间电磁成像技术的研究现状 ,包括成像系统的灵敏度分析和适用范围 ,成像方法的分辨率 ,野外现场研究和仪器装备研究 ,金属套管的影响。重点介绍了现有的井间电磁成像正反演方法及其优缺点。指出井间电磁成像的研究方向将围绕仪器研制、金属套管的影响及成像方法等方面进行 ,最终将采用多分量井间电磁系统探测井间地层的各项异性特征 。

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.

求解电磁场有限元边界元方程组的有效方法

提出了一种求解电磁场有限元边界元混合法所生成的线性方程组的有效方法———内观法结合多波前法.由于该线性方程组的系数是一个部分稀疏部分满填充的矩阵,为了加速求解,应用内观法将系数矩阵分为2块,一块是有限元法形成的稀疏矩阵,另一块是边界元法生成的满阵,然后用多波前法求解稀疏矩阵方程,用高斯约当消去法解满阵方程.采用该方法,计算了二维多层介质柱体的雷达散射截面.计算结果表明,该方法的计算效率远远高于传统的高斯法.

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。

三维井间电磁场的联合反演方法

考虑到井间电磁测量信息量的局限性,基于积分方程在发射接收剖面对三维电导率异常体进行近似成像。成像过程中将沿垂直于发射接收剖面方向的成像区域限制在一定范围并假设电导率在该方向不变。成像实例显示,这种剖面成像的精度取决于垂直于发射接收剖面方向的成像范围与异常体在该方向实际范围的接近程度。考虑到实际情况下背景层电导率值往往是未知的或虽已知但并不准确,还提出了联合反演方法,以一维反演结果作为初始值,既反演一维背景地层的电导率,也反演三维异常体在发射接收剖面的电导率,两个过程交替进行。反演实例显示,经过几轮迭代后,背景层电导率分布及异常体在发射接收剖面的电导率分布均大大改善,说明了联合反演的有效性和必要性。

二维井间电磁场的非线性反演方法

采用高精度的非线性反演方法,对轴对称二维井间模型的电导率分布进行了成像。该成像方法既考虑到雅可比矩阵的线性项,也考虑了其偏微分项,因而反演精度高且稳定性强。采用矩阵求逆技术计算了纵向成层背景地层Green函数的系数,可以很方便地得到Green函数对空间坐标的积分,从而使雅可比矩阵的计算更方便、准确。反演实例表明,井间电磁成像技术更适宜于对相对高电导率异常区域进行成像。由于井间电磁成像技术对异常区块的垂向探测范围大于径向探测范围,测量数据中包含的垂向信息多于径向信息,因而垂向分辨率高于径向分辨率。

井况及地层对井间电磁场的影响

以电磁场散射理论为基础,运用有限元法求解过套管井的井间电磁场问题,在低频电磁波的情况下进行了数值模拟,分析了金属套管对井间电磁测井的影响。同时,对比分析了不同井况和地层条件下井间电磁场的特征。结果表明,用低频电磁波过套管测量地层电阻率的井间测井方法是可行的。该结果可为套管井的井间电磁测井仪器的研制、井间电磁层析成像技术及测井解释提供一定的依据。

利用径向成层介质的Green函数和积分方程模拟含金属套管井间电磁场的响应

将径向成层介质Green函数的递推矩阵方法与积分方程的BCGS算法结合,模拟含金属套管轴对称二维井间电磁场的响应。计算结果表明,金属套管的存在导致井间电磁信号的强度变弱,且金属套管对井间电磁信号强度的衰减作用随频率的升高而增大。金属套管对磁感应强度幅度的影响近似恒定,与地层电导率无关。金属套管亦引起井间磁感应强度相位的变化,从而导致井间磁感应强度的实分量和虚分量存在'平移'现象。当套管电导率很小时,其对井间电磁信号的影响可忽略不计。当套管电导率增大到某一临界值时,井间磁感应强度将出现快速变化,该临界值与频率有关,频率越高临界值越小。

仅利用磁场幅度信息进行井间电磁反演成像的方法及可行性研究

基于水平层状地层的Green函数得到仅利用磁场幅度信息进行井间电导率一维反演的方法,基于轴对称二维地层模型的积分方程得到仅利用磁场幅度信息进行井间电导率二维成像的方法,并通过算例分析上述方法的可行性及精确性。结果表明,仅利用磁场的幅度信息对井间电磁场进行一维反演时,只要信息量足够、数据误差较小,仍能较准确地获得井间高阻层和低阻层的一维分布。仅利用总磁场的幅度信息在发射—接收剖面对井间电磁场进行二维成像时,影响成像质量的主要因素是井间异常体分布的复杂程度;在信息量数目远大于未知量数目、测量数据误差较小的前提下,对于异常体分布简单的地层,仅利用总磁场的幅度仍可以获得可接受的成像结果;异常体在井间的分布越复杂,成像效果越差。仅利用总磁场的幅度信息对井间电磁场进行联合反演成像时,只要信息量足够,分别进行一维反演和二维成像仍可获得地层电导率在发射—接收剖面的分布。

500 kV交流线路钻越±800 kV直流线路三维离子流场计算

为了保证交直流线路交叉钻越区域的混合电场不超过安全限值,建立了500 kV交流线路钻越±800 kV直流输电线路区域的三维离子流场仿真模型,分析了钻越区交流线路对直流离子流场的影响,基于有限元方法计算了不同高度下线路钻越区的合成电场、离子流密度分布规律及混合电场电磁环境指标。研究表明,钻越区交流线路对直流离子流场具有一定的屏蔽作用;500 kV交流线路同等对地高度下,去地线钻越±800 kV直流线路情况与有地线情况,均在线路最小对地高度大于等于14 m时满足混合电场安全限值的要求。该模型及研究成果可为制订超高压钻越特高压线路典型方案提供参考。