瞬变电磁测井原理研究I:Doll几何因子

瞬变电磁测井是一种通过井内大功率瞬变电磁激发测量井内电磁感应电动势的方法。与电极、侧向与感应等电测井方法不同,瞬变电磁激发的电磁场频率是连续的,采集到的感应电动势也是连续波形,测量的原始数据量大、所携带的地层信息丰富。瞬变电磁激发的电磁场在地层中会产生二次场,该二次场可以用Doll几何因子进行描述。给出瞬变电磁激发信号为阶跃函数时井内二次感应电动势的响应曲线。从曲线上发现,在激发波形发生突变的位置,井内电磁感应电动势响应信号的幅度最大,当激发波形恒定后,响应信号从最大值连续变化到0。二次感应电动势曲线的幅度与地层电导率成正比。实际的瞬变激发波形不会突变,会有一定的延迟和过渡过程,用一阶网络的指数衰减模拟激发波形后发现,其响应波形的幅度减小,指数衰减越慢,其二次场响应幅度越小。

瞬变电磁测井原理研究Ⅳ:二维谱

在井条件下解Mexwell方程研究裸眼井的瞬变电磁测井低频响应及其二维谱,频率范围为1～30 Hz.低频段的响应主要受地层电导率影响;电磁波传播速度很低,传播过程不明显,满足电磁感应原理,其二维谱主要刻画电磁感应现象.二维谱的实部很大,虚部很小,对应的测井响应中与地层电导率参数无关的直接耦合信号幅度很大,反映地层电导率的响应幅度很小.将不同地层电阻率的响应波形相减得到的响应差与地层电阻率有关,电阻率越大,响应差的峰值越大;响应差的峰值偏离激发波形突变位置,接收线圈距离发射线圈越远,响应差的峰值偏离波形突变位置的时间越大.这些差别刻画了瞬变电磁测井的主要特征是由地层的电导率产生的.

瞬变电磁测井原理研究V:径向几何因子

对于瞬变电磁测井,Doll几何因子是一阶近似结论,没有考虑单元环之间的相互作用,更没有考虑井壁对瞬变电磁场的各种反射和折射特征。通过对比Doll几何因子与精确解的响应波形发现,在地层电导率很高或者源距比较长时,两者差异比较大。用实轴积分方法计算了不同井眼半径的裸眼井响应,用半径增加以后的响应减去标准井眼半径的响应获得一个响应差。该响应差主要刻画井半径增加部分地层对响应的贡献。将该部分归一化获得了瞬变电磁测井响应的径向积分几何因子,进一步计算径向积分几何因子对半径的导数获得了径向微分几何因子。该几何因子较Doll几何因子精度高,因为它考虑了集肤效应和井眼的影响。从该径向几何因子发现,瞬变电磁测井不同源距的阵列接收波形的径向探测深度差别大,近源距的径向探测深度浅,远源距的探测深度深。该几何因子为设计探测不同径向深度地层电阻率的瞬变电磁阵列测井仪提供了具体手段,对瞬变电磁测井资料的处理和评价具有重要意义。

瞬变电磁测井实验研究

文章给出瞬变电磁测井原理的实验验证。用外径为113 mm、壁厚6 mm、长1 m的有机玻璃管模拟裸眼井井眼、用外径350 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层,粗有机玻璃内放置盐水模拟地层的电阻率,用长1 m的5.5 in(1 in=25.4 mm)套管制作套管模型井,同样,用直径300 mm、壁厚10 mm的粗有机玻璃管模拟地层。自制发射和接收线圈,用间距150 ms的方波激发,测量不同源距的接收波形,获得了瞬变电磁响应随源距的衰减规律。改变盐水的电阻率重新测量,用不同地层电阻率的响应相减抵消瞬变电磁激发响应的一次场,获得了直接反映地层电阻率的二次场响应波形。实验发现:理论计算的二次场响应波形特征与实验结果一致,即裸眼井的二次场在瞬变激发的两侧(通断前后)均有极值,而且符号相反;套管井的二次场仅仅在一侧有极值。但是,由于激发电路衰减常数的影响,实际测量的二次场波形在电流突变一侧的幅度大,在指数衰减一侧的幅度小。裸眼井的二次场幅度远远大于套管井的二次场幅度,套管井地层电阻率测量的原始信号很小。

套管井瞬变电磁测井在节箍处的响应与几何因子分析

剩余油的探测需要利用套管井条件下的电阻率测井曲线.为此,用线圈电流的导通和关断激发电磁场,这些电磁场以低频为主,集肤深度大,能够穿过套管进入地层,并在地层中激发涡流,涡流激发的磁场能够再次穿过套管在接收线圈上产生响应.测量不同源距的瞬态电磁响应波形,将同一源距相邻两个深度点测量的波形相减去掉无用信号,获得的波形反映了地层的电导率.取其峰值得到测井曲线,该曲线在套管节箍处幅度很大,随深度变化的形状与同源距的Doll几何因子在半径比较小时随深度变化的形状相似.将同源距的Doll几何因子在径向上压缩、纵向上拉伸到与实际测量的曲线形状一致,压缩拉伸后的Doll几何因子即为套管井的几何因子,套管的高电导率和磁导率对响应的影响被归并到几何因子中.这为分析套管井瞬变电磁测井的纵向和径向特征,获得不同纵向分辨率和探测深度的测井曲线提供了基础.

瞬变电磁测井视电阻率提取方法及地质导向潜力

提出晚期视电阻率公式和全区视电阻率反演两种适用于瞬变电磁测井的时间域视电阻率提取方法。模拟不同地层模型的时域视电阻率响应,并基于烟圈原理,通过分析感应涡流在全空间的扩散规律分析电阻率响应机制。结果表明:采用晚期视电阻率公式得到的视电阻率曲线在测量早期严重偏离地层电阻率真值,与之相比,全区视电阻率反演在测量早期也可以得到地层的真实电阻率。对于两层模型,当仪器位于高阻层,邻层为低阻时,整个测量周期内视电阻率都接近地层真电阻率;当仪器位于低阻层,邻层为高阻时,会出现低阻屏蔽现象,时域衰减后期的视电阻率与地层真电阻率差别较大。对于三层模型,无论仪器所在中间层为高阻或低阻,时域视电阻率都可以反映地层真实情况,不受低阻屏蔽的影响。

瞬变电磁测井的过套管地层电导率探测

剩余油探测需要套管井条件下的地层电导率,而利用瞬变电磁激发,在套管井测量的响应波形中包含了地层电导率信息。因此,需要研究该测井波形以及电导率信息在波形中的分布形式和地层电导率曲线的计算方法。首先研究了套管节箍处的响应,并借助该响应获得了套管井的几何因子。采用几何因子分析了地层电导率曲线的计算方法:将两个相邻深度测量的波形相减去掉波形中幅度很大的无用信号和井眼影响;再从其中任取一个时刻的值得到一条实测曲线,其特征与普通电导率曲线差异很大,其几何因子是两个相同的套管井几何因子错开一个深度间隔之后相减得到的差分几何因子。将套管井的差分几何因子与实测曲线进行反褶积可得到地层的电导率曲线。实际测井数据的处理结果表明,处理后的电导率曲线与裸眼井的电导率测井曲线具有一致性,表明瞬变电磁测井响应可以用几何因子描述,且能进行有用信号和无用信号的分离。最终利用有用信号实现套管井地层电导率测量。源距越大,得到的套管井条件下的曲线和裸眼井的曲线越一致,而目前最大源距的套管井曲线与裸眼井曲线依然存在差异,说明目前的仪器探测深度浅,下一步的研究应该增加仪器的源距。

瞬变电磁测井方法试验研究

煤矿井下灾害防治主要采用钻探和物探方法,两者通常是相辅相成的。结合两者的优点,提出了瞬变电磁测井方法,通过物理模型模拟了同井装置在井下全空间钻孔中的应用,研究了径向同一位置的4种异常体(空气、金属、水、湿土)的瞬变电磁响应曲线特征,并进行了井下实地应用,最终验证了钻孔内瞬变电磁测井的可行性。

瞬变电磁过套管电阻率测井数据采集系统

为满足在生产井中进行套后测量从而获取套管外地层电阻率,进而求取剩余油饱和度的需求,研制了瞬变电磁过套管电阻率测井数据采集系统。系统中井下瞬变电磁过套管电阻率测井仪采用单发双收线圈系,记录4条地层电压时间谱曲线,实现对井周围介质电磁信息的精密采集,并通过CAN高速总线将数据实时传送到遥测仪器。遥测仪器采用曼彻斯特编码技术,实现与地面长距离、双向快速实时通信。电阻率反演基于人工智能机器学习算法完成记录电压值到电阻率的转换,转换后的电阻率曲线与裸眼井地层电阻率曲线形状具有一致性。现场测试表明,所研制的测井数据采集系统能够实时精确地采集地层电磁信号,在数据后处理过程中通过机器学习可以快速获取套后地层电阻率信息。

瞬变电磁过套管电阻率测井响应模拟及分析

瞬变电磁过套管电阻率测井采用线圈电流的导通和关断方式进行大功率激发,测量套管井内不同源距的瞬态响应波形。现场测井得的瞬态波形有2个响应:一个是脉冲,位于激发时刻;一个是单峰波形——上升沿变化快、下降沿变化慢、位于激发时刻之后。用实轴积分法模拟套管井的瞬变电磁响应,得到的2个响应与所测量的波形特征一致,它们分别对应于位移电流(电磁波)和传导电流(电磁感应)的响应。传导电流密度与地层电导率成正比,过套管电阻率测井主要利用第2个瞬态响应获得地层的电导率。由于瞬变激发的连续谱以低频为主,测井波形中直接耦合的无用信号幅度很大。用同一源距不同深度测量的波形相减可以去掉响应中的无用信号(直接耦合响应和井内液体、套管、水泥环的二次场响应),得到2个深度点所测量地层的二次场差,该二次场差与所测量的不同区域地层电导率成正比,从二次场差波形中任取一点的幅度均可得到1条曲线,对其反褶积并刻度可以得到地层电导率随深度的变化曲线,加上初值便得到地层的电导率,实现过套管地层电阻率的连续测量。

瞬变电磁波测井边界远探测方法研究

随钻地质导向钻井的关键在于对边界的探测,为提高仪器探测深度,时谐源激励的电磁波测井方法通常采用降低频率、增大源距的方式.瞬变电磁波测井信号源的突然关断产生会产生感应涡流,涡流随时间向地层深部扩散,与时谐源激励方式相比,其探测深度更大且测量过程不受信号源的干扰.因此,本文提出一种时间域瞬变电磁波测井边界远探测方法,采用余弦变换的数值滤波算法,模拟层状地层同轴发射接收线圈的瞬变电磁波测井响应,结果显示,地层电导率越大,电磁波传播速度越慢,测量晚期感应电动势与地层电导率线性相关;通过定义层状介质总场与线圈系所在当前层背景场的差值可方便提取界面信息,对界面的探测距离可达数十米;瞬变电磁波测井响应受源距的影响很小,为利用短源距实现远探测提供了可能.瞬变电磁波测井与时谐源电磁波测井相比优势明显,在电磁波测井领域中应用前景广阔.

瞬变电磁波测井三轴感应响应特征

瞬变电磁波测井的关键在于对不同界面的探测与识别,为提高仪器的灵敏度和探测距离,采用时间域瞬变电磁方法,模拟高精度三轴测井装置下的瞬变电磁波响应。结果表明:地层距离接收线圈越远,则异常出现的时间越晚,对异常的探测越不敏感;异常场的响应分析表明时间域远探测距离可达50 m左右;同时,瞬变电磁波测井响应对线圈的收发距并不敏感,因此可以采用较短的仪器长度达到频率域较长仪器才能做到的远探;瞬变电磁波遇到高阻层时传播速度加快,识别油-水层界面的能力增强。可见瞬变电磁波测井拓展了薄层敏感性测井资料在储层评价方面的应用,对于电磁波测井领域的发展意义重大。

套管井瞬变电磁响应波形中的地层电导率信息

瞬变电磁测井是测量套管外地层电导率的一种有效方法。采用实轴积分法试算了套管井模型的瞬变电磁响应,不同源距响应波形的形状差异明显。对同一源距,将两种不同地层电导率的响应波形相减得到响应差波形,不同源距的响应差波形形状不变。各个时刻的响应差与地层电导率差呈线性关系。首先将实际测量波形减去同一深度的测量波形,取某个时刻的波形差,然后刻度平移得到瞬变电磁视电导率曲线,该曲线形状与裸眼井阵列感应测井曲线形状一致,最后仿照Doll的地层电流环,使用导电薄板对地层中涡流再次激发的二次场响应进行分析,发现其传播特征为单向,得到的传播速度为常数,这解释了响应差波形形状不随源距改变的计算结果,确定了瞬变电磁测井波形中的地层电导率信号由地层涡流激发。上述研究成果为利用二次场响应的传播速度计算过套管地层电导率提供了理论依据。

井中激发接收的瞬变电磁深层精细勘探方法——涡流差

套管井中瞬变电磁勘探得到的瞬态响应中直接耦合响应占据总响应很大幅度且与地层电导率无关,为了提取包含地层电导率信息的涡流再次激发响应,需要研究去除直接耦合响应的方法。根据Doll电流环模型和瞬变电磁响应精确解的级数展开给出了直接耦合响应与地层涡流再次激发响应之间的耦合关系——频谱的实部与虚部,确定了瞬变电磁响应携带地层电导率信息的方式——响应的相位移动。结合瞬变电磁响应的扩散过程,给出了地层电导率计算方法:用不同地层电导率时的响应相减消除直接耦合信号,响应差正比于地层电导率差。利用点源激发的推迟势可将上述方法推广到电极激发响应,其涡流再次激发响应与地层电导率的开平方成反比关系。以此为基础,设计了井内发射、接收系统同时移动跨越浅层测量深部地层电阻率的精细勘探方法。该方法从套管井测量资料中得到验证:瞬变电磁能量可穿过套管和近地层测量深部地层的电导率。

瞬变电磁井间勘探的全空间几何因子

井间是剩余油的主要分布区域,为探测井间剩余油,提高采收率,提出了基于全空间几何因子的瞬变电磁井间勘探方法。在本井使用线圈发射、邻井使用线圈接收,根据瞬变电磁场理论,在阶跃信号的激励下发射线圈在地层中激发出沿圆周方向的闭合瞬变电场,该电场在导电地层中产生与地层电导率呈正比的涡流。由Doll地层环模型可知,地层中的涡流在空间任意点激发得到与地层电导率成正比的二次场响应信号(有用信号),并可表示为空间各点电导率的加权平均值,其权重即为井间瞬变电磁勘探的全空间几何因子;全空间几何因子集中分布在发射线圈和接收线圈附近,其它区域分布较少,在发射线圈和接收线圈两侧呈现不同的极性;对瞬变电磁响应与地层电导率、井间距和源距的变化规律研究可知,瞬变电磁井间勘探有用信号随着地层电导率的增大而增大,随着井间距的增加单调减小,在发射线圈和接收线圈处于同一深度时该响应信号幅度最大。

瞬变电磁全波测井方法高密度采集面临的问题及对策

瞬变电磁全波测井是一种非接触式过套管地层电导率测量方法.在沿井轴方向连续记录瞬变电磁响应波形的过程中进行高密度采集,尽可能减小深度采样间距,可以获得丰富的纵向和径向地层电导率信息,从中提取出不同纵向、径向深度的地层电导率.由于响应波形时间较长,单次采集时间长、数据量大,传输周期长,采用等时激发,实际测井的深度采样间距呈现出随机分布.本文先通过实际测井数据展现了这一结果,简单分析了原因,结合几何因子讨论了深度采样间距对探测深度和纵向分辨率的影响.然后,介绍了瞬变电磁全波测井波形处理方法,用几何因子建立了不同深度采样间隔的处理方法和校正方法;最后结合瞬变电磁响应波形的特点提出了瞬变电磁测井仪器及其高密度采集的改进方案.