【摘要】：隨著隨鉆測井以及隨鉆測量技術(shù)在測井工程中的普及,其中的關(guān)鍵問題:測量信號的高速傳輸、快速高效的對測井數(shù)據(jù)進行解釋評估也成為學術(shù)界的研究重點。而這些技術(shù)問題的本質(zhì)即是非均勻介質(zhì)中電頻電磁波的散射與傳輸問題。由于背景介質(zhì)的復(fù)雜非均勻性,使得對其中的電磁問題進行數(shù)值建模以及理論分析變得更加復(fù)雜。不僅如此,由于非均勻介質(zhì)背景引起的多徑效應(yīng),會對無線傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾,大大降低接收信號的質(zhì)量。本文的工作主要聚焦于井上和井下之間信號的無線傳輸技術(shù)研究,以及電磁感應(yīng)測井技術(shù)的高效數(shù)值建模和成像算法研究。首先,本文介紹了研究非均勻介質(zhì)背景中正演問題時用到的數(shù)值建模方法。對于二維正演問題,使用數(shù)值模式匹配方法進行求解,本文詳細介紹了其算法原理和求解過程。對于三維正演問題,首先建立體積分方程,然后使用矩量法進行求解,其主要過程也在本文中給出了具體的介紹。由于傳統(tǒng)數(shù)值模式匹配方法在求解低損耗和無耗介質(zhì)中電磁問題時精度較差,本文提出了將數(shù)值模式匹配方法與分裂場理想匹配層相結(jié)合來提升求解精度。通過推導柱面電磁波入射到理想匹配層分界面時在邊界處無反射的條件,給出了理想匹配層的電參數(shù)的設(shè)計方案,在低損耗和無耗介質(zhì)中實現(xiàn)了電磁問題的高精度模擬。然后,針對井下隨鉆測量信號無線傳輸時面臨的諸多挑戰(zhàn),本文提出使用多中繼協(xié)同無線傳輸?shù)乃悸�。在對比度比較弱的地層中,使用先接收再同相轉(zhuǎn)發(fā)的多中繼協(xié)同傳輸策略,該方法借鑒了均勻介質(zhì)中行波陣列的原理,實現(xiàn)了不同中繼發(fā)射的多路信號在接收位置處的近似同相疊加,降低了不同路信號之間的干擾。對于對比度較強的地層,提出了一種自適應(yīng)場聚焦的協(xié)同傳輸策略,該方法需要先進行一次預(yù)測試,然后根據(jù)互易原理,在地層電參數(shù)未知的情況下,實現(xiàn)不同中繼發(fā)射的信號在接收位置處同相疊加。這種多中繼協(xié)同無線傳輸方法可以彌補井下信號傳輸距離不夠遠的弱點。不僅如此,在上傳或下傳信號的同時,可以抑制反向傳輸?shù)男盘枏姸?來減少反向傳輸信號對正向傳輸信號的干擾,能夠進一步提升接收信號的質(zhì)量。文中,使用前文提出的與理想匹配層結(jié)合的數(shù)值模式匹配方法,對井下隨鉆測量信號多中繼協(xié)同傳輸方案進行數(shù)值建模,驗證了提出的多中繼協(xié)同傳輸方法在不同地層環(huán)境下的有效性。為了實現(xiàn)利用電磁感應(yīng)測井數(shù)據(jù)對地層電參數(shù)的高效反演,本文提出了一種基于體積分方程的高效反演新框架。新框架中使用均勻介質(zhì)背景格林函數(shù)作為體積分方程的積分核,其他所有與均勻介質(zhì)背景電參數(shù)不同的區(qū)域被當做散射體。由于不需要求解非均勻介質(zhì)背景對應(yīng)的格林函數(shù),大大提高了數(shù)值求解效率。不僅如此,散射體數(shù)量的增加,并沒有使得待反演未知量的個數(shù)增加,反演待求的未知量個數(shù)與使用非均勻介質(zhì)背景情況下的待反演的未知量個數(shù)相同。然后,本文在新框架的基礎(chǔ)上提出了三種反演策略,其中前兩種策略分別具有穩(wěn)定性強和迭代收斂快的優(yōu)勢,第三種策略作為一種混合策略結(jié)合了二者的優(yōu)勢,使得其在求解有噪聲干擾時的電磁逆散射問題時具有更大的優(yōu)勢。文中用數(shù)值算例驗證說明了新框架求解復(fù)雜環(huán)境中電磁逆散射問題的優(yōu)勢,并對比了不同反演策略的優(yōu)缺點。另外,針對實際反演問題中混有噪聲干擾的情形,本文提出了一種基于波恩迭代方法的用于求解噪聲干擾下反演問題的新迭代策略。在新的迭代策略中,引入平衡因子這一新參數(shù),研究了平衡因子的不同取值對算法性能的影響。并給出了在已知接收測量信號的信噪比的情況下,確定一個相對較好平衡因子的計算公式。通過分析和數(shù)值驗證,新的迭代策略可以在保證迭代收斂的同時具備更快的收斂速度,不僅如此,其還可以與前文提出的反演新框架相結(jié)合,高效求解非均勻介質(zhì)背景中的電磁逆散射問題。最后,本文提出一種基于子空間的變分波恩迭代方法,該方法是將基于子空間的優(yōu)化方法和變分波恩迭代方法相結(jié)合。在新方法中,散射體內(nèi)部的總場近似相比于變分波恩迭代方法中對總場的近似精度更高,因此新方法的收斂速度比變分波恩迭代方法更快,成像質(zhì)量也更高。
【圖文】：

1 1s n nn代表噪聲向量。通過放縮之后，反演方，我們進行了一系列的數(shù)值實驗，實驗結(jié)率大于等于噪聲功率時，即2scat(1 L)E 以求得臨界情況下對應(yīng)的平衡因子RL 為SNR201 10RL 噪比SNR的定義為scatSNR 20lg( E n )，式(6-14)計算得到的平衡因子也無法保證值算例例一：平衡因子對算法的影響里我們用一個反演算例來討論平衡因子向平面分層的地層，其電導率分布如圖zLayer 1

電子科技大學博士學位論文MSE 曲線已經(jīng)不再收斂。所以正如前文討論的，只有 M明對應(yīng)的平衡因子是在區(qū)間之中的。因此在實際反演中快速收斂來挑選合適的平衡因子，而只能使用公式(6-衡因子，最終在抗噪聲的前提下，提升迭代收斂速度。2D 的 Austria 剖面形狀目標散射體介電常數(shù)反演散射體剖面是一個 Austria 形狀，放置在自由空間背景中域為一個正方形區(qū)域包含目標散射體，邊長為 2m。兩0.3,0.6)m 和(-0.3,0.6)m，半徑為 0.2m。下方的環(huán)形中心為 0.3m 和 0.6m。所有散射體的復(fù)介電常數(shù)為2 0 j。 10個角度作為來波方向，分別用 200MHz（波長為 1.5m目標外半徑為 5m 的圓線上用 30rN 個均勻分布的接場信號是通過將待反演區(qū)域離散成64 64個矩形網(wǎng)格并在計算得到的散射場信號上疊加信噪比SNR 8dB 的
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN011

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本文編號：2636955