【摘要】：石油是國家重要的戰(zhàn)略資源,為了降低對進口原油的依賴,油田的穩(wěn)產增產是亟待解決的主要問題。老生產井(金屬套管井)復查挖潛和發(fā)現新產層是穩(wěn)產增產的重要途徑。但是,一方面,生產井長期開采導致原油儲層發(fā)生變化,原有的裸眼井測井資料不能有效解釋和評價儲層;另一方面,生產井中的金屬套管嚴重阻礙了常規(guī)側向儀器和感應測井儀器測量評價油氣的關鍵參數—地層電阻率(地層電導率)。因此,迫切需要研究新方法探測金屬套管外地層電阻率,重新解釋和評價地層,發(fā)現新的油氣儲集層。本文利用數值計算方法研究了基于電流線圈的套管井電磁場分布特征,提出了套管井中測量套管外地層電阻率的感應測井新方法,系統研究了套管井關鍵參數選擇、非均勻地層響應、非均勻金屬套管影響等問題,同時提出了基于正演響應信息庫的套管參數反演方法,最后研究了測井新方法在工程實現中的相關技術問題。本文的主要工作及貢獻如下:(1)基于電磁感應原理,提出了同時考慮磁導率和電導率參數的金屬套管井電磁場計算方法,解決了套管井電磁場數值計算問題。測量金屬套管外地層電阻率的關鍵是解決基于線圈源的套管井電磁場計算問題。首先給出了均勻介質電磁場、電壓和地層電導率的計算方法,得到均勻介質中電磁場的分布規(guī)律。在此基礎上提出了縱向和徑向三層非均勻介質中電磁場的計算方法,為準確分析井眼、套管和地層的影響特征,研究套管外地層測量方法奠定了理論基礎。(2)提出了基于相位差測量套管外地層電阻率的感應測井方法,解決了套管外地層電阻率的感應測量問題。首先,針對電磁場計算函數的振蕩積分不準確問題,深入分析振蕩函數特征,提出了分段積分策略。其次,通過數值計算分析研究套管井和裸眼井中電磁場分布與地層電導率、發(fā)射-接收距離的關系,結果表明:在套管井中當發(fā)射-接收距離大于3m后,電場虛部(磁場實部)隨地層電導率變化,而裸眼井中電場實部(磁場虛部)隨地層電導率變化。接著,給出了計算電場相位差的方法,分析了不同發(fā)射-接收距離、不同地層電導率對相位差的影響規(guī)律,提出了基于相位差測量套管外地層電阻率的感應測井新方法。最后,計算分析了激勵頻率和發(fā)射-接收距離對相位差和接收電壓的影響特征,根據可檢測信號量級建立激勵頻率和發(fā)射-接收距離兩個關鍵參數的最佳選擇區(qū)域。(3)提出了套管井感應測井縱向分辨率和徑向探測深度的確定方法,解決了套管井感應測井儀器性能參數的計算問題。構建套管外縱向三層和徑向兩層地層模型,分別計算分析了地層電導率、地層厚度和侵入半徑對不同發(fā)射-接收距離相位差的影響特征,提出利用發(fā)射-接收距離與目標地層厚度的比值來確定測井縱向分辨率,利用歸一化相位差來確定測井徑向探測深度的方法,當歸一化相位差為0.4時,徑向探測深度大于發(fā)射-接收距離。(4)構建了套管非均勻測井模型,揭示了套管參數非均勻變化對測井的影響規(guī)律。套管的腐蝕、接箍、斷裂和局部電導率變化等非均勻的影響是套管井感應測井新方法應用中必須要解決的問題。本文設計了套管腐蝕、接箍、裂縫及電導率局部變化的簡化模型,計算分析了非均勻參數變化對相位差和接收電壓的影響規(guī)律,該研究結果為實際測井中消除套管非均勻影響提供了理論依據。(5)提出了基于正演響應信息庫的套管參數反演方法,解決了井下套管參數的測量問題。套管內徑、厚度、電導率和磁導率是影響測井響應的四個參數,其中套管內徑可通過井徑儀器測量得到,其余三參數只能通過反演得到。首先,設計了1發(fā)射-3接收線圈的套管參數感應測量線圈系,然后利用數值計算建立套管參數正演響應信息庫,解決了正演響應的快速計算問題。接著,基于正演響應信息庫,采用三參數降維思想,設計三維參數快速反演搜索方法。最后,設計反演算法并編寫反演程序,利用不同參數組合的反演,測試驗證了算法的有效性。(6)研究了套管井感應測井儀器工程實現問題。設計了套管井感應測井儀器系統,詳細研究儀器工程實現時需要解決的信號源和接收線圈等問題。提出了基于數字相敏檢波技術實現響應信號實部虛部分離及微弱信號檢測方法,研究了信號噪聲消除方法,并通過仿真實驗研究了檢測算法的性能。本文的研究成果為測量套管外地層電阻率的感應測井方法應用奠定了理論基礎,為套管井感應測井儀器的設計與研究提供了方法和依據。
【圖文】：

地層無限元地層圖4.3 套管井感應測井有限元模型 圖4.4 套管井模型整體剖分效果4.1.3 模型驗證在有限元模型中設置套管外地層均勻，，通過比較解析結果和有限元計算結果，驗證所構建模型的正確性。在圖 4.1 中，假設發(fā)射和接收線圈半徑 0.03m，發(fā)射線電流1A，發(fā)射頻率 100Hz，線圈匝數 3000RN N T匝，井眼電導率 0H ，井眼磁導率h0

空芯感應線圈
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TE151

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本文編號：2609072