多频感应幅相测井理论及实现方法研究

论文摘要

对于复杂油气井,新型测井理论及实现方法的研究具有重要意义。多频感应幅相测井主要测量相位差和幅度比,具有分辨率高、仪器实现的体系结构相对简单等特点。目前,国外已经在随钻测井中研究幅相测井技术,其技术专利主要掌握在美国的斯仑贝谢和阿特拉斯以及俄罗斯的卢奇等公司的手中,国内各测井公司与研究机构仍处于探索和追赶研究阶段。本文结合攻读博士学位期间承担的相关研究课题,着眼于多频感应幅相测井仪的研制和工程实现,围绕多频感应幅相测井的基本原理、发射频率和源距的选择理论以及多频感应幅相测井的实现方法等三个方面展开了深入的研究,主要的创新和工作成果如下:(1)系统地论述了阵列感应测井技术的发射频率、源距与径向探测深度、纵向分辨率的关系。明确了发射频率的选择原则,感应测井的发射频率上限决定因素:电磁场似稳条件、传播效应、探测深度;感应测井的发射频率的下限决定因素:信噪比。在多频感应幅相测井的实现方法和技术研究中,这些成果为多频感应幅相测井仪信号的发射和获取线圈系的设计提供了理论基础。(2)在综合前人的研究成果的基础上,从麦克斯韦方程组出发,应用电磁场理论,给出了多频感应幅相测井的两个最重要的测量量——相位差和幅度比的解析表达式,并据此详细阐述了多频感应幅相测井的基本原理。根据本文所述的多频感应幅相测井发射频率和源距选择的理论原则,设计了多频感应幅相测井仪的线圈系,研究了三线圈系的响应函数,并在典型地层中模拟了仪器的探测特性。同时研究了仪器刻度原理,定义了刻度实现方法和设计参数,为多频感应幅相测井的实现——多频感应幅相测井仪的研制提供了重要的理论支撑。(3)在多频感应幅相测井的实现方法上,重点针对本测井仪特有的仪器结构和工作频率,独创了对于二维旋转对称介质的自适应的井眼校正方法。井眼校正方法采用数据查询的方式,以此对由于井眼尺寸和泥浆电阻率引起的相位差和幅度比误差进行校正。针对相位差和幅度比的内部测量电路研究了一种改进的数字相关法对相位差和幅度比进行测量,解决了基本数字相关法在实际感应测井中无法求解负相位差这一棘手的问题。(4)为了验证多频感应幅相测井的理论及实现方法,根据多频感应幅相测井仪的结构特点,进行了仪器的总体设计,完成了仪器的控制和工作时序设计。在此基础上,进行了控制与通讯电路、数据采集和处理电路、信号产生与控制电路、电磁信号激励电路等模块电路的分析与设计,进而完成了多频感应幅相测井仪器的设计与工程实现。(5)完成了多频感应幅相测井的现场测井实验。实验结果表明,基于本文理论所实现的多频感应幅相测井仪的测井曲线形态良好、趋势正确、信噪比高,与井场标准数据具有很好的一致性,能够反应实际地层特性。实验结果验证了本文理论和实现方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 相位感应测井的提出和国内外研究现状
• 1.2.1 传统感应测井原理及其利弊
• 1.2.2 感应幅相测井仪器国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及结构安排
• 1.3.1 本文主要研究内容
• 1.3.2 本文结构安排
• 第二章 多频感应幅相测井的基本原理和方法研究
• 2.1 引言
• 2.2 多频感应幅相测井的相位差和幅度比解析表达式
• 2.3 趋肤效应及修正
• 2.4 多频感应幅相测井技术校正方法
• 2.4.1 井眼校正方法
• 2.4.2 幅度比校正
• 2.4.3 相位差校正
• 2.5 刻度系统
• 2.5.1 刻度系统简介
• 2.5.2 三级刻度器设计
• 2.5.3 刻度器响应测试
• 2.6 多频感应幅相测井仪性能指标模拟分析
• 2.6.1 MFIAPT 所用模拟地层
• 2.6.2 MFIAPT 在模拟地层中的视电阻率模拟
• 2.7 本章小结
• 第三章 多频感应幅相测井的信号发射和获取方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 多频感应幅相测井的信号发射频率选择
• 3.2.1 满足似稳电磁场的条件
• 3.2.2 传播效应的影响
• 3.2.3 探测深度的要求
• 3.2.4 信噪比的要求
• 3.3 多频感应幅相测井的信号发射功率选择
• 3.3.1 信号激励电路高频功率放大器选型分析
• 3.3.2 信号激励电路功率放大器原理分析
• 3.3.3 信号激励电路参数设计及仿真
• 3.4 多频感应幅相测井的源距选择研究
• 3.4.1 源距与纵向分辨率关系
• 3.4.2 源距与径向探测深度的关系
• 3.4.3 试验结果分析
• 3.5 多频感应幅相测井的线圈系结构设计
• 3.5.1 多频感应幅相测井线圈系选择的基本原则
• 3.5.2 多频感应幅相测井的三线圈系模型及响应函数
• 3.5.3 多频感应幅相测井的线圈系模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 多频感应幅相测井仪器的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 仪器总体设计
• 4.3 功能模块设计
• 4.3.1 通道调理电路模块
• 4.3.2 信号产生与控制电路模块
• 4.3.3 电磁信号激励电路模块
• 4.3.4 数据采集与处理电路模块
• 4.3.5 控制与通讯电路模块
• 4.3.6 线圈发射机电路模块
• 4.4 相位差幅度比测量算法比较及实现
• 4.4.1 相位差幅度比测量算法比较
• 4.4.2 测量算法设计
• 4.4.3 测量算法的软件实现
• 4.5 电磁兼容性设计
• 4.5.1 对空间测量信号的电磁兼容性设计
• 4.5.2 对内部信号的电磁兼容性设计
• 4.6 保温瓶设计
• 4.6.1 绝热层
• 4.6.2 蓄热体和材料等配件
• 4.7 本章小结
• 第五章 多频感应幅相测井仪的测试与现场测井实验
• 5.1 实验室联调
• 5.2 现场测井实验及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果