【摘要】：石油是國(guó)家重要的戰(zhàn)略資源,為了降低對(duì)進(jìn)口原油的依賴,油田的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)是亟待解決的主要問(wèn)題。老生產(chǎn)井(金屬套管井)復(fù)查挖潛和發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)層是穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要途徑。但是,一方面,生產(chǎn)井長(zhǎng)期開(kāi)采導(dǎo)致原油儲(chǔ)層發(fā)生變化,原有的裸眼井測(cè)井資料不能有效解釋和評(píng)價(jià)儲(chǔ)層;另一方面,生產(chǎn)井中的金屬套管?chē)?yán)重阻礙了常規(guī)側(cè)向儀器和感應(yīng)測(cè)井儀器測(cè)量評(píng)價(jià)油氣的關(guān)鍵參數(shù)—地層電阻率(地層電導(dǎo)率)。因此,迫切需要研究新方法探測(cè)金屬套管外地層電阻率,重新解釋和評(píng)價(jià)地層,發(fā)現(xiàn)新的油氣儲(chǔ)集層。本文利用數(shù)值計(jì)算方法研究了基于電流線圈的套管井電磁場(chǎng)分布特征,提出了套管井中測(cè)量套管外地層電阻率的感應(yīng)測(cè)井新方法,系統(tǒng)研究了套管井關(guān)鍵參數(shù)選擇、非均勻地層響應(yīng)、非均勻金屬套管影響等問(wèn)題,同時(shí)提出了基于正演響應(yīng)信息庫(kù)的套管參數(shù)反演方法,最后研究了測(cè)井新方法在工程實(shí)現(xiàn)中的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。本文的主要工作及貢獻(xiàn)如下:(1)基于電磁感應(yīng)原理,提出了同時(shí)考慮磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率參數(shù)的金屬套管井電磁場(chǎng)計(jì)算方法,解決了套管井電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算問(wèn)題。測(cè)量金屬套管外地層電阻率的關(guān)鍵是解決基于線圈源的套管井電磁場(chǎng)計(jì)算問(wèn)題。首先給出了均勻介質(zhì)電磁場(chǎng)、電壓和地層電導(dǎo)率的計(jì)算方法,得到均勻介質(zhì)中電磁場(chǎng)的分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上提出了縱向和徑向三層非均勻介質(zhì)中電磁場(chǎng)的計(jì)算方法,為準(zhǔn)確分析井眼、套管和地層的影響特征,研究套管外地層測(cè)量方法奠定了理論基礎(chǔ)。(2)提出了基于相位差測(cè)量套管外地層電阻率的感應(yīng)測(cè)井方法,解決了套管外地層電阻率的感應(yīng)測(cè)量問(wèn)題。首先,針對(duì)電磁場(chǎng)計(jì)算函數(shù)的振蕩積分不準(zhǔn)確問(wèn)題,深入分析振蕩函數(shù)特征,提出了分段積分策略。其次,通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析研究套管井和裸眼井中電磁場(chǎng)分布與地層電導(dǎo)率、發(fā)射-接收距離的關(guān)系,結(jié)果表明:在套管井中當(dāng)發(fā)射-接收距離大于3m后,電場(chǎng)虛部(磁場(chǎng)實(shí)部)隨地層電導(dǎo)率變化,而裸眼井中電場(chǎng)實(shí)部(磁場(chǎng)虛部)隨地層電導(dǎo)率變化。接著,給出了計(jì)算電場(chǎng)相位差的方法,分析了不同發(fā)射-接收距離、不同地層電導(dǎo)率對(duì)相位差的影響規(guī)律,提出了基于相位差測(cè)量套管外地層電阻率的感應(yīng)測(cè)井新方法。最后,計(jì)算分析了激勵(lì)頻率和發(fā)射-接收距離對(duì)相位差和接收電壓的影響特征,根據(jù)可檢測(cè)信號(hào)量級(jí)建立激勵(lì)頻率和發(fā)射-接收距離兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的最佳選擇區(qū)域。(3)提出了套管井感應(yīng)測(cè)井縱向分辨率和徑向探測(cè)深度的確定方法,解決了套管井感應(yīng)測(cè)井儀器性能參數(shù)的計(jì)算問(wèn)題。構(gòu)建套管外縱向三層和徑向兩層地層模型,分別計(jì)算分析了地層電導(dǎo)率、地層厚度和侵入半徑對(duì)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(biāo)地層厚度的比值來(lái)確定測(cè)井縱向分辨率,利用歸一化相位差來(lái)確定測(cè)井徑向探測(cè)深度的方法,當(dāng)歸一化相位差為0.4時(shí),徑向探測(cè)深度大于發(fā)射-接收距離。(4)構(gòu)建了套管非均勻測(cè)井模型,揭示了套管參數(shù)非均勻變化對(duì)測(cè)井的影響規(guī)律。套管的腐蝕、接箍、斷裂和局部電導(dǎo)率變化等非均勻的影響是套管井感應(yīng)測(cè)井新方法應(yīng)用中必須要解決的問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了套管腐蝕、接箍、裂縫及電導(dǎo)率局部變化的簡(jiǎn)化模型,計(jì)算分析了非均勻參數(shù)變化對(duì)相位差和接收電壓的影響規(guī)律,該研究結(jié)果為實(shí)際測(cè)井中消除套管非均勻影響提供了理論依據(jù)。(5)提出了基于正演響應(yīng)信息庫(kù)的套管參數(shù)反演方法,解決了井下套管參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題。套管內(nèi)徑、厚度、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率是影響測(cè)井響應(yīng)的四個(gè)參數(shù),其中套管內(nèi)徑可通過(guò)井徑儀器測(cè)量得到,其余三參數(shù)只能通過(guò)反演得到。首先,設(shè)計(jì)了1發(fā)射-3接收線圈的套管參數(shù)感應(yīng)測(cè)量線圈系,然后利用數(shù)值計(jì)算建立套管參數(shù)正演響應(yīng)信息庫(kù),解決了正演響應(yīng)的快速計(jì)算問(wèn)題。接著,基于正演響應(yīng)信息庫(kù),采用三參數(shù)降維思想,設(shè)計(jì)三維參數(shù)快速反演搜索方法。最后,設(shè)計(jì)反演算法并編寫(xiě)反演程序,利用不同參數(shù)組合的反演,測(cè)試驗(yàn)證了算法的有效性。(6)研究了套管井感應(yīng)測(cè)井儀器工程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。設(shè)計(jì)了套管井感應(yīng)測(cè)井儀器系統(tǒng),詳細(xì)研究?jī)x器工程實(shí)現(xiàn)時(shí)需要解決的信號(hào)源和接收線圈等問(wèn)題。提出了基于數(shù)字相敏檢波技術(shù)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)信號(hào)實(shí)部虛部分離及微弱信號(hào)檢測(cè)方法,研究了信號(hào)噪聲消除方法,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)研究了檢測(cè)算法的性能。本文的研究成果為測(cè)量套管外地層電阻率的感應(yīng)測(cè)井方法應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),為套管井感應(yīng)測(cè)井儀器的設(shè)計(jì)與研究提供了方法和依據(jù)。
【圖文】：

地層無(wú)限元地層圖4.3 套管井感應(yīng)測(cè)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(yàn)證在有限元模型中設(shè)置套管外地層均勻，，通過(guò)比較解析結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證所構(gòu)建模型的正確性。在圖 4.1 中，假設(shè)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(shù) 3000RN N T匝，井眼電導(dǎo)率 0H ，井眼磁導(dǎo)率h0

空芯感應(yīng)線圈
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TE151

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本文編號(hào)：2609072