三分量电磁感应测井中的关键技术研究

Multi-component induction logging is an important research trend in electric logging, which provides accuracy evaluation of hydrocarbon saturation of anisotropic formations,such as sandstone and mudstone thin interbed formation and fracture reservoir, because of its direct measurements of horizontal and vertical resistivities. However,the difficulties in theory modeling, borehole and eccentricity effects, logging data analysis, etc. limit the application of multi-component induction logging. . Aiming at the above-mentioned challenges, we will break the technology bottleneck by engaging in creative researches in theory, method and logging data inversion of multi-component induction logging.. Our researches include: (1)the theroy modeling and effective numerical analysis of multi-component induction logging response by applying new methods in Computational Electromagnetics, such as multi-scale and multi-resolution modeling of logging model, using hierarchical mixed order vector base fuction in FEM to reduce the unknowns and using new preconditioners and effective iteration method to improve computational efficiency;(2)putting forward new methods about decreasing borehole and eccentricity effects;(3)presenting a fast two-dimensional inversion method of multi-component induction logging response and realizing the two-dimensional image of formation resistivity based on 2.5 dimensional numerical mode method in anisotropic formation.

三分量感应测井技术是石油电测井技术的重要发展方向之一，它不仅能探得地层的水平电阻率，也能探得垂直电阻率，从而能够为低反差的砂泥岩储层、裂缝性储层等各向异性储层提供准确的含油饱和度评价。但由于三分量感应测井方法存在理论建模困难、井眼及仪器偏心影响较大和测井数据解析困难等缺点，从而影响了该技术的推广应用。.本项目将直面上述技术挑战，通过对三分量感应测井理论、方法及测井数据反演的创新性研究，突破上述的技术瓶颈。.本项目研究内容包括：(1)应用计算电磁的创新成果对三分量感应测井响应进行理论建模和高效数值分析，包括建立多分辨多尺度的测井分析模型，采用混合阶叠层基函数以降低求解规模，采用新型预条件和高效迭代算法加速计算；(2)提出减小井眼和偏心影响的新方法；(3)提出三分量感应测井响应二维快速反演方法，将各向异性介质中2.5维数值模式匹配法用于三分量感应测井数据的反演，以实现地层电阻率的二维剖面成像。

三分量感应测井技术是石油电测井技术的重要发展方向之一，它不仅能探得地层的水平电阻率，也能探得垂直电阻率，从而能够为低反差的砂泥岩储层、裂缝性储层等各向异性储层提供准确的含油饱和度评价。但由于三分量感应测井方法存在理论建模困难、井眼及仪器偏心影响较大和测井数据解析困难等缺点，从而影响了该技术的推广应用。本项目通过对三分量感应测井理论建模方法和测井数据反演的创新研究，突破了三分量感应测井的技术瓶颈；提出适用于三分量感应测井的电磁建模新方法以及接收天线设计、减小井眼影响和数据处理的新技术,超额完成了所有研究内容和论文、专利计划。具体研究成果包括：.1)将混合阶的矢量叠层基函数和区域分解技术应用到三分量感应测井响应的有限元求解中，以简化计算模型，提高求解速度，能较好地适应井中扫描测量的工作方式；提出了用于区域分解的新型二阶传输条件，加快了迭代收敛速度。 .2)优化出了最佳的电极结构和位置，极大地减小井眼的影响，另外在数据处理上，提出了一种新的自适应井眼校正方法，能有效校正残余的井眼影响。.3)设计出了适应三分量感应的三个方向共位且便于直耦调试的线圈系结构。该结构大大减小了整个线圈系的长度以及降低了仪器的复杂度。研究出了一套行之有效的直耦对消调试的方法，从而能快速和方便地实现直耦对消。.4)提出了一种三分量感应测井响应刻度的新方法,本项目提出用分布参数代替集总的电阻参数再通过三维的有限元仿真计算进行刻度,然后通过无限大的水体测试验证了该方法刻度的准确性。.5)提出了一种多分量感应测井响应的快速反演方法，采用基于参数优化方法的高斯牛顿法来反演地层参数。在反演中加入了线性搜索以提高收敛速度，采用了一种非线性变换用于限定反演参数的范围，有利于在反演过程中加入先验知识。在反演过程中实现了基于三分量感应测井物理模型的地层参数的提取。.在本项目的基础上申请到了教育部科技进步二等奖，并且部分成果已在实际工程当中取得了很好的应用效果，本项目在IEEE Transactions、IEEE Letters等国际期刊和国内期刊、国际国内会议上发表(含已录用)论文13篇，其中在IEEE Transactions、IEEE Letters等国际期刊上的论文4篇。