阵列感应测井在直井和斜井中的对比

2017-03-06王钰楠关静

计算机时代 2017年2期

王钰楠++关静

摘要：基于COMSOL多物理场仿真软件对直井和斜井中阵列感应线圈系的测井信号进行三维数值计算，通过计算分析阵列感应线圈系在直井与斜井中的响应特性，得出阵列感应响应特性在直井与斜井中差别较大的结论。通过对电流流向和磁场大小的分析进一步解释形成差别的原因。结论对实际测井解释具有指导作用。

关键词：阵列感应；直井；斜井；数值计算

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2017）02-55-03

0 引言

在矿场地球物理勘探方法中，感应测井是重要的传统电阻率系列测井方法之一，该方法主要用于测量裸眼井中不同深度井壁周围地层的电阻率。针对传统的聚焦感应测井方法不能有效地消除二維的围岩、井眼、侵入等环境和趋肤效应的影响等缺点，20世纪90年代，人们提出了阵列感应测井方法。随着阵列感应测井技术的迅速发展，阵列感应测井仪器已很好地应用在直井和斜井中。1995年，肖加奇、张庚骥对水平井和大斜度井中的感应测井进行计算[1]，2009年，范宜仁等人提出了层状介质中大斜度井感应测井响应计算新方法[2]，2010年，仵杰等用几何因子分析斜井中的阵列感应响应特性[3]。由于三维计算复杂，计算量大，涉及大量公式，故本文基于COMSOL多物理场仿真软件，建立地层模型，对阵列感应测井信号进行数值计算，并对结果进行对比分析。

1 COMSOL中直井与斜井模型的构建

在COMSOL中建立直井与斜井模型，如图1所示。图1（a）为直井模型，即地层法线与井眼夹角为0度，图1（b）为斜井模型，该模型中，地层法线与井眼夹角为70度。求解域半径等于趋肤深度的三倍，目的层中心点为坐标原点。

本文所用的测井仪器是由贝克阿特拉斯公司设计的高分辨率感应测井仪器HDIL，该仪器的线圈系由单侧布置的7个三线圈系子阵列构成，由于线圈半径远小于波长，故用磁偶极子源代替发射电流源[4-5]。仪器外壳半径为0.045m，其内部材料（空气）的电导率设置为0S/m。

2 直井和斜井测井响应对比

模型中设置地层厚度为2m，目的层电导率为0.01S/m，上下围岩电导率为0.1S/m，泥浆电导率为1S/m，让仪器按着设定的步长从上围岩（正方向）沿着井眼方向向下围岩（负方向）移动，步长设置为0.2m，层界面附近的步长减小为0.1m，移动范围为-6m～4m，井倾角可以设置成不同的值，本文只给出当频率为10kHz时，直井和斜井井倾角为30度、70度的计算结果，如图2所示。

HDIL的7个子阵列纵向分辨率分别为：1.015m、1.676m、1.643m、4.090m、6.323m、9.805m、15.292m，从计算结果可知以下几点。

⑴ 在直井中，曲线光滑没有异常突变，短阵列的计算结果接近于真实值，长阵列受到围岩影响，与真实地层电导率差异大，而且短阵列很清晰的反映出层厚H=2m。

⑵ 斜井中的情况较为复杂，短阵列受倾角的影响小，读数接近地层电导率。随着接收线圈从低阻围岩进入高阻地层再进入低阻围岩，长阵列曲线在层界面处发生畸变。故可用短阵列分辨层厚，用长阵列分辨倾角。

⑶ 斜井中，倾角增大时，倾角影响对分辨率低、不能分辨层厚的长阵列的影响也变大。

3 直井和斜井电磁场分析

从图3中可看出以下几点。

⑴ 在直井中二次场产生围绕仪器轴对称分布的涡流，而在斜井中，由于倾角的影响，电流线不再关于仪器轴对称分布。

⑵ 电流在穿过层界面时，会发生折射，由于目的层与上、下围岩的电导率不同，所以折射角也不同，因此可以从（b）图中清晰地看出，上围岩与目的层的分界面在x=0处，目的层与下围岩的分界面在z=-2m偏右一点的位置。

⑶ 斜井中，电流不容易从低阻围岩进入高阻地层，所以有电荷堆积在层界面附近，使得层界面处的响应值畸变，曲线不再光滑。

4 结束语

本文通过建立直井和斜井的三层地层模型，并对其进行三维数值计算，通过对计算结果的分析，得出直井和斜井中，HDIL测井仪器短阵列的响应特性类似，长阵列的响应特性具有差异，在斜井中，可用短阵列分层，长阵列分析倾角。本文的研究结论对于直井和斜井中阵列感应测井的解释工作具有重要意义。

参考文献（References）：