陣列感應(yīng)測(cè)井在直井和斜井中的對(duì)比

王鈺楠++關(guān)靜

摘 要： 基于COMSOL多物理場(chǎng)仿真軟件對(duì)直井和斜井中陣列感應(yīng)線圈系的測(cè)井信號(hào)進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，通過計(jì)算分析陣列感應(yīng)線圈系在直井與斜井中的響應(yīng)特性，得出陣列感應(yīng)響應(yīng)特性在直井與斜井中差別較大的結(jié)論。通過對(duì)電流流向和磁場(chǎng)大小的分析進(jìn)一步解釋形成差別的原因。結(jié)論對(duì)實(shí)際測(cè)井解釋具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞： 陣列感應(yīng)； 直井； 斜井； 數(shù)值計(jì)算

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2017）02-55-03

0 引言

在礦場(chǎng)地球物理勘探方法中，感應(yīng)測(cè)井是重要的傳統(tǒng)電阻率系列測(cè)井方法之一，該方法主要用于測(cè)量裸眼井中不同深度井壁周圍地層的電阻率。針對(duì)傳統(tǒng)的聚焦感應(yīng)測(cè)井方法不能有效地消除二維的圍巖、井眼、侵入等環(huán)境和趨膚效應(yīng)的影響等缺點(diǎn)，20世紀(jì)90年代，人們提出了陣列感應(yīng)測(cè)井方法。隨著陣列感應(yīng)測(cè)井技術(shù)的迅速發(fā)展，陣列感應(yīng)測(cè)井儀器已很好地應(yīng)用在直井和斜井中。1995年，肖加奇、張庚驥對(duì)水平井和大斜度井中的感應(yīng)測(cè)井進(jìn)行計(jì)算[1]，2009年，范宜仁等人提出了層狀介質(zhì)中大斜度井感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)計(jì)算新方法[2]，2010年，仵杰等用幾何因子分析斜井中的陣列感應(yīng)響應(yīng)特性[3]。由于三維計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大，涉及大量公式，故本文基于COMSOL多物理場(chǎng)仿真軟件，建立地層模型，對(duì)陣列感應(yīng)測(cè)井信號(hào)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

1 COMSOL中直井與斜井模型的構(gòu)建

在COMSOL中建立直井與斜井模型，如圖1所示。圖1（a）為直井模型，即地層法線與井眼夾角為0度，圖1（b）為斜井模型，該模型中，地層法線與井眼夾角為70度。求解域半徑等于趨膚深度的三倍，目的層中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。

本文所用的測(cè)井儀器是由貝克阿特拉斯公司設(shè)計(jì)的高分辨率感應(yīng)測(cè)井儀器HDIL，該儀器的線圈系由單側(cè)布置的7個(gè)三線圈系子陣列構(gòu)成，由于線圈半徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，故用磁偶極子源代替發(fā)射電流源[4-5]。儀器外殼半徑為0.045m，其內(nèi)部材料（空氣）的電導(dǎo)率設(shè)置為0S/m。

2 直井和斜井測(cè)井響應(yīng)對(duì)比

模型中設(shè)置地層厚度為2m，目的層電導(dǎo)率為0.01S/m，上下圍巖電導(dǎo)率為0.1S/m，泥漿電導(dǎo)率為1S/m，讓儀器按著設(shè)定的步長(zhǎng)從上圍巖（正方向）沿著井眼方向向下圍巖（負(fù)方向）移動(dòng)，步長(zhǎng)設(shè)置為0.2m，層界面附近的步長(zhǎng)減小為0.1m，移動(dòng)范圍為-6m～4m，井傾角可以設(shè)置成不同的值，本文只給出當(dāng)頻率為10kHz時(shí)，直井和斜井井傾角為30度、70度的計(jì)算結(jié)果，如圖2所示。

HDIL的7個(gè)子陣列縱向分辨率分別為：1.015m、1.676m、1.643m、4.090m、6.323m、9.805m、15.292m，從計(jì)算結(jié)果可知以下幾點(diǎn)。

⑴ 在直井中，曲線光滑沒有異常突變，短陣列的計(jì)算結(jié)果接近于真實(shí)值，長(zhǎng)陣列受到圍巖影響，與真實(shí)地層電導(dǎo)率差異大，而且短陣列很清晰的反映出層厚H=2m。

⑵ 斜井中的情況較為復(fù)雜，短陣列受傾角的影響小，讀數(shù)接近地層電導(dǎo)率。隨著接收線圈從低阻圍巖進(jìn)入高阻地層再進(jìn)入低阻圍巖，長(zhǎng)陣列曲線在層界面處發(fā)生畸變。故可用短陣列分辨層厚，用長(zhǎng)陣列分辨傾角。

⑶ 斜井中，傾角增大時(shí)，傾角影響對(duì)分辨率低、不能分辨層厚的長(zhǎng)陣列的影響也變大。

3 直井和斜井電磁場(chǎng)分析

從圖3中可看出以下幾點(diǎn)。

⑴ 在直井中二次場(chǎng)產(chǎn)生圍繞儀器軸對(duì)稱分布的渦流，而在斜井中，由于傾角的影響，電流線不再關(guān)于儀器軸對(duì)稱分布。

⑵ 電流在穿過層界面時(shí)，會(huì)發(fā)生折射，由于目的層與上、下圍巖的電導(dǎo)率不同，所以折射角也不同，因此可以從（b）圖中清晰地看出，上圍巖與目的層的分界面在x=0處，目的層與下圍巖的分界面在z=-2m偏右一點(diǎn)的位置。

⑶ 斜井中，電流不容易從低阻圍巖進(jìn)入高阻地層，所以有電荷堆積在層界面附近，使得層界面處的響應(yīng)值畸變，曲線不再光滑。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過建立直井和斜井的三層地層模型，并對(duì)其進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算，通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，得出直井和斜井中，HDIL測(cè)井儀器短陣列的響應(yīng)特性類似，長(zhǎng)陣列的響應(yīng)特性具有差異，在斜井中，可用短陣列分層，長(zhǎng)陣列分析傾角。本文的研究結(jié)論對(duì)于直井和斜井中陣列感應(yīng)測(cè)井的解釋工作具有重要意義。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 肖加奇，張庚驥.水平井和大斜度井中的感應(yīng)測(cè)井響應(yīng)計(jì)算[J].

地球物理學(xué)報(bào)，1995.38（3）：396-404

[2] 范宜仁，楊震，鄧少貴，文藝.層狀介質(zhì)中大斜度井感應(yīng)測(cè)井響

應(yīng)計(jì)算新方法[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009.1：166-169，200

[3] 仵杰，桂彩云，解茜草.用幾何因子分析斜井中的陣列感應(yīng)響

應(yīng)特性[J].國(guó)外測(cè)井技術(shù)，2010.5：17-21

[4] 張建華，劉振華，仵杰.電法測(cè)井原理與應(yīng)用[M].西北大學(xué)出

版社，2002.

[5] 晁立東，仵杰，王仲奕.工程電磁場(chǎng)基礎(chǔ)[M].西北工業(yè)大學(xué)出

版社，2002.