应用COMSOL有限元软件分析储层的电各向异性

杨少波 郭涛 曹婷 李星根

摘 要：本文应用COMSOL Multiphysics有限元软件对储层的电各向异性进行分析，得到理想地层环境下的水平电阻率和垂直电阻率参数，以便更好的来分析储层特性。

关键词：COMSOL；有限元法

1 引言

对储层评价来说，岩石含烃饱和度是一个重要的指标，岩石电阻率是推断岩石含烃饱和度的一个重要物理量，岩石电阻率参数一直被作为划分油水界面及评价储层的含油性及含油程度的重要指标。岩石电阻率与地层“四性”（岩性、物性、水性和含油气性）紧密相关，是油气解释评价的重要参数。通过岩石电阻率测试，可以对测井曲线进行标定，利用含油饱和度与电阻率关系确定储层饱和度，通过饱和原油样品的电阻率测定确定含油饱和度等。因此，利用电阻率测量仪器测量、求准地层真电阻率，是估算地层原始含油（气）饱和度、识别油气层、进行储层评价的重要研究内容之一。

2 COMSOL软件介绍

COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。COMSOL是多场耦合计算领域的伟大创举，它基于完善的理论基础，整合丰富的算法，兼具功能性、灵活性和实用性于一体，并且可以通过附加专业的求解模块进行极为方便的应用拓展。

COMSOL是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，用数学方法求解真实世界的物理现象。目前已经在声学、生物科学、化学反应、弥散、电磁学、流体动力学、燃料电池、地球科学、热传导、微系统、微波工程、光学、光子学、多孔介质、量子力学、射频、半导体、结构力学、传动现象、波的传播等领域得到了广泛的应用。本课题主要应用其电磁模块作为研究辅助工具。

3 模型建立及网格剖分

根据实际情况，建立了一个20（cm）*20（cm）*15（cm）的地层环境，在模型的水平和垂直方位各安装了2个对称的电极，一个发射，一个接收。从而来研究地层的电各向异性。网格剖分对于有限元方法来说，是重要的一步。网格剖分的合理性，直接影响数据是否精确。对于网格剖分，COMSOL有很多方法，根据模型的特点，经过多次试验，先进性映射，再进行扫略，可达到最好效果，如图1所示。图2是计算完成后的电流线分布图。

4 实验数据及结论

根据实验数据画出水平、垂直电阻率的对比图，如图3所示。可得出以下结论：通过COMSOL的仿真，在理想地层环境下，地层各向异性的存在造成水平电阻率大于垂直电阻率。通过此采集系统得到地层电阻率，对储层的评价，进一步估算地层原始含油（气）饱和度，识别油气层都有一定的研究价值。

[参考文献]

[1]张建华，刘振华，仵杰.电法测井原理与应用[M].西安：西北大学出版社，2002.11.

[2]COMSOL Multiphysics.汉化手册AC/DC模块用户指南[OL].http：// www.cntech.com.cn/ebook/index.html.