多分量感应测井仪器偏心效应模拟与校正

Borehole correction is a challenging problem for multicomponent induction logging data processing and the eccentricity is the key factor of the borehole environment. The eccentricity breaks the original rotation tensor of the tool response in deviated and horizontal wells. This leads to complicated borehole effect on the tool response and it is difficult to be corrected. This project plans to find a new rotation tensor for the eccentricity effects in order to correct the eccentricity in any direction to x-direction of the response component and make further borehole corrections. The main contents are: 1. Solve the electromagnetic field in the cylindrical layered media using TE, TM wave decomposition technique, and fast model tool eccentricity effect in deviated wells drilled in anisotropic formation; 2. Fit forward modeling results against the eccentric angle and azimuth by using the trigonometric functions to determine the expression of rotation tensor; 3. Establish the inversion rule to correct the eccentricity with 9 components in any direction to x-direction with 5 nonzero components; 4. Construct combination log to eliminate the effects of the eccentricity and borehole mud and to obtain the horizontal and vertical apparent conductivity. Combined with a vertical one-dimensional inversion method of logging data processing, this method is fast enough for decision-making on the well site.

井眼校正是多分量感应测井资料处理首先需要克服的难题，仪器偏心是井眼环境的主要组成部分。在倾斜井和水平井中，仪器偏心破坏了测井响应分量原有的旋转变换矩阵，造成井眼环境影响复杂，难于校正。本项目拟通过对偏心效应的数值模拟总结新的旋转变换矩阵，将任意方位仪器偏心校正到沿x轴方向偏心，在此基础上做进一步的井眼校正。主要研究内容为：1.利用TE、TM波分解技术求解圆柱面分层介质电磁场，实现各向异性倾斜井中仪器偏心效应高精度快速正演模拟；2.利用三角函数系拟合随偏心角和井筒方位角变化的正演模拟曲线，确定变换矩阵表达式；3. 建立反演规则，将沿任意方位偏心时的9个非零测井响应分量校正到沿x轴方向偏心时的5个非零响应分量；4.进一步构造组合量消除偏心及井眼泥浆影响并给出水平电导率和垂直电导率视值。该方法可与纵向一维反演方法相结合实现测井资料快速处理，满足现场测井解释需要。

偏心对电磁测井仪器在井眼中响应的影响一直是测井分析家及为关注的问题之一，对于测量数据的精确解释具有重要价值。对仪器偏心效应校正的研究分为正演模拟和在此基础上的反演策略研究两部分工作。正演模拟一般采用忽略地层上下围岩影响的圆柱状多层介质模型，发射线圈采用等效的磁偶极子源或者考虑几何半径的电流源。随着对砂泥岩薄交互层这类低阻油储层的勘探与开发，地层电导率各向异性探测问题受到关注。线圈轴向缠绕型的传统感应测井仪器也相应发展为能同时测量9个磁场分量的新型三轴感应测井仪器。.本课题组推导了三轴磁偶极子源在圆柱状各向异地层中的仪器响应伪解析解公式并开发了计算机程序，用来模拟井眼环境、地层电导率各向异性以及仪器偏心对测井响应的影响。该方法的创新之处在于分别采用Bessel函数和Hankel函数比值作为理论公式的基本结构单元，解决了以往理论公式中Bessel函数Hankel函数在大宗量和小宗量时出现的数值溢出问题，保证了算法的稳定性。计算机程序适用于有耗散介质全频段的电磁场模拟。该工作发表在①IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing 期刊上，得到了审稿人和编辑的赞许。以此为基础，课题组还推导了考虑钻杆影响的水平和倾斜电流源在圆柱状多层介质中偏心时测井响应的伪解析算法，并开发了计算机程序。文章现已分别被②IEEE Transaction on Antennas and Propagation和③IEEE Geoscience and Remote Sensing Letter期刊接收。磁偶极子源和电流源伪解析解算法具有相同的高效率和高精度的优点，可相互验证和补充，是三轴仪器偏心效应校正、多阵列仪器参数设置与优化的基础理论工具。.在偏心效应校正方面，通过对大量模型数值结果的对比分析，a)我们得到了三轴感应测井仪器在各向同性地层和各向异性地层垂直井中9个测井响应分量随偏心角变化的旋转矩阵，通过其逆矩阵可将任意偏心角时的测井响应分量校正到偏心角为零时的测井响应；b)考察测井响应分量随井筒方位角变化规律，也得到了类似随偏心角变化的旋转矩阵及其逆矩阵；c)在各向异性倾斜井中利用三角函数系拟合出测井响应分量随偏心角和井筒方位角的变换关系，响应分量的线性组合可以简化这种变化关系；d)测井响应交叉分量随偏心距变化呈近似线性变化关系，针对具体仪