地质导向钻井中的电磁波测量方法研究

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1、附件2题名页（内封面）西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：地质导向钻井中的电磁波测量方法研究作者：解茜草学科专业：水声工程指导教师：孙超教授2017年6月StudiesonGeosteeringDrillingElectromagneticMeasurementByXieXi-caoUndertheSupervisionofProfessorSunChaoADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillment

2、oftherequirementForthedegreeofDoctorofUnderwaterAcousticEngineeringXi’anP.R.ChinaSeptember2011摘要摘要地质导向随钻电磁波测量技术的落后制约了我国定向井的开发应用。本文结合国家科技重大专项（No.05020-004-05）和国家自然基金项目（No.41474108），系统研究了基于倾斜线圈系的地质导向随钻电磁波测量方法。从地质导向理论、仪器结构及参数设计、正演计算方法、仪器探测特性的数值模拟与分析、水平井探边反演五个方面进行了重

3、点研究。论文主要研究内容及创新点包括：1.研究了地质导向电磁波测量电磁场模型及数值模拟方法。推导了地质导向电磁波测井响应三维有限元泛函求解方程，研究了连续性边界条件的施加方法及减少伪解的方法。针对地质导向随钻电磁波测量三维有限元数值模拟需要解决的关键问题，提出了针对复杂地层模型在源附近、仪器、井眼、外围地层等不同区域及交界面处的网格处理方法。研究了四种加源方式对正演计算的影响。为保证计算精度，同时简化运算，提出不同模型采用不同的激励源施加方式。基于计算精度、迭代速度及占用内存三个因素，分析比较了GMRES、CG、BiC

4、GStab及FGMRES四种求解算法，提出了不同类型地层模型求解器的选择方法。2.研究了地质导向电磁波测量仪器边界探测机理及线圈系的结构设计。提出了由地层中的涡流分布及流动特性揭示倾斜线圈系仪器探测地层界面机理的方法。推导了采用倾斜发射线圈源时层状有耗媒质中的TM波和TE波求解方程以及反射、透射系数计算公式。数值模拟研究并可视化分析了仪器与地层界面距离不同时单界面及双界面地层中的涡流特性。针对我国没有自主研制的地质导向随钻电磁波测量仪器的问题，设计了仪器线圈系结构，包括倾斜角度、源距及发射频率等。与国外地质导向仪器线圈

5、系参数比较，验证了仪器线圈系参数设计方法的有效性。3.研究了地质导向随钻测量仪器的响应特性。数值模拟并分析了不同厚度及不同电阻率对比度水平地层，采用不同源距以及不同发射频率时的地质导向随钻测量仪器定向探测特性。给出了仪器定向探测范围的定义方法。针对大斜度井模型，数值模拟分析了电各向同性及电各向异性地层当地层倾角变化时的定向响应特性。对仪器单侧布置和对称布置两种线圈系布置方式时的定向响应特性进行了数值仿真，分析得出了定向测量中减小或消除地层相对倾角及其电各向异性影响的解决方法。通过仿真分析得到了一些有价值的结论，为仪器原

6、理及其应用研究奠定理论基础。针对井眼成像测井在低井斜角时测量精度较低，受井眼环境影响较大，并且当前还没有能够同时在导电性泥浆和绝缘性泥浆中工作来测量井斜角的井眼成像仪器的问题，提出了一种由定向测量数据实时获取低井斜角信息的方法。4.研究了地质导向电磁波测量仪器水平井边界探测反演方法。针对地质导向电磁I西北工业大学博士学位论文波仪器边界探测实时性要求高的问题，提出了一种基于数据库的快速正演算法。推导了基于加权法实现四参数线性插值的计算公式。计算了从低频、中频到高频，从短源距到长源距，从薄层到厚层，以及地层界面两侧电导率对

7、比度和地层相对倾角变化等各种类型地层模型的定向响应，建立了定向响应数据库。基于油田实际测井数据验证了水平井边界探测反演方法的有效性。关键词：地质导向，电磁波测井，仪器设计，环境影响，探边反演IIAbstractAbstractThedevelopmentandapplicationofthedirectionalwellisrestrictedbecauseofthebackwarddirectionalelectromagneticpropagationlogging-while-drillingtechnology

8、inourcountry.SupportedbytheNationalScienceandTechnologyMajorProject（No.05020-004-05）andtheNaturalScienceFoundationofChina（No.41474108）,thisdissertationsystematicallys