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.

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。

基于ICCG方法的随钻方位电磁波测井响应模拟研究

采用改进的不完全乔尔斯基共轭梯度法(ICCG),计算了方位电磁波电阻率仪器响应以及传统的电磁波电阻率仪器的响应,分析了井斜以及不同接收线圈倾角对水平层状介质响应的影响,讨论了接收线圈与仪器轴夹角的选择依据。实际计算结果表明,随钻方位电磁波仪器与传统的电磁波电阻率仪器相比,能分辨出地层的方位信息,对地层界面有更好的灵敏性,方位电磁波电阻率仪器能更好地识别地层界面和进行地质导向。

泥浆侵入对随钻电磁波电阻率测井响应的影响

泥浆侵入影响是随钻电磁波电阻率测井工程应用必须考虑的因素。基于COMSOL软件数值计算,分析常见6种侵入模型中四发双收随钻电磁波电阻率测井响应特征。结果表明:在低阻围岩模型中,侵入小于地层电导率或者侵入大于地层电导率而小于围岩电导率时,可以忽略侵入影响;侵入大于地层电导率和围岩电导率时,侵入对4条曲线影响最为明显;高阻围岩模型中,侵入对短源距影响明显,同一源距的高低频率曲线明显分离。6种侵入模型中均出现了“双轨”及“分辨率降低”的现象。通过空间涡流分布特性分析揭示了井中存在侵入时的随钻电磁波电阻率测井响应机理。研究结果为随钻电磁波电阻率测井解释以及井眼影响校正提供了理论依据。

随钻方位电磁波电阻率未钻地层预测技术

通过大量的调研、分析和归纳,介绍了一种采用随钻方位电磁波电阻率测量仪器对未钻地层进行预测的新方法,介绍随钻电阻率测量技术,未钻地层随钻方位电磁波测量技术,未钻地层预测定义、所用仪器、功能比较及未钻地层预测技术在复杂油气藏领域的应用。对国内开展未钻地层预测及探测、随钻地质导向及油藏导航应用、储集层精细解释及评价、定量随钻测井等方面的研究具有借鉴价值。

大斜度井随钻电磁波层厚影响模拟及机理分析

大斜度井和水平井的测井解释和地层评价的方法和模型主要是针对直井,与实际情况有很大的偏差。在随钻电磁波测井中,层厚和井斜的影响从来都是联系在一起的。通过傅里叶-汉克尔变换法得到斜井中的电磁波电阻率测井响应,模拟分析了不同井斜条件下层厚对电磁波测井响应的影响结果表明,随钻电磁波电阻率受围岩影响:曲线探测深度越大,围岩影响越严重。深相位电阻率在大斜度井低阻围岩情况下,层厚校正模板中校正电阻率值不再随层厚增加单调递减;当层厚较小时,视电阻率在大斜度井中的校正值小于直井中的校正值;随着层厚的增大,大斜度井中的校正值大于直井中的校正值。这些结论可以有效指导大斜度井环境下随钻电磁波电阻率测井资料的解释。

基于随钻测井的地层界面识别方法

随钻测井资料特别是随钻方位性测井资料在地质导向钻井中起着至关重要的作用,可以预测和判断地层界面、地层方位特征以及各向异性地层走向。通过介绍随钻电磁波电阻率仪器、方位深探测电磁波电阻率仪器和方位伽马仪器的基本结构及测量原理,结合实际应用环境,分析测量仪器在穿越地层界面时的影响因素和边界效应,进而提出利用电磁波电阻率和方位伽马曲线响应特征实现地层界面识别的方法,最后举例说明了随钻电磁波电阻率和伽马成像仪器在地层界面识别中的应用。现场应用表明,研究开发的具有边界探测能力的地质导向技术和装备,优化了井眼轨迹在储层中的位置,降低了打穿油层的风险,提高了储层钻遇率。

多深度随钻电磁波电阻率测量系统设计

多深度随钻电磁波电阻率测量系统由电磁波发射接收线圈系和电子线路两部分组成。分析线圈系设计中需要考虑的各种影响因素,介绍以数字信号处理器为核心的测量系统基本构成。测量系统采用24位∑—Δ模数转换器实现幅度衰减测量,采用复杂可编程逻辑器件实现高精度相位差测量。系统采用双频率、双源距实现径向上多个探测深度的电阻率剖面测量,能够在地层钻遇的第一时间全面、真实地获取地层电阻率数据,为钻井地质导向及地层评价提供重要地质参数。