井下时域远探测方法研究

作     者：史安然 

作者单位：河南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李赓

授予年度：2021年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：瞬变电磁波测井 时间域 远探测 观测系统 

摘      要：时间域电磁方法利用不接地回线或接地导线向地下发射电磁脉冲,在一次场断电间隙,测量感应二次场,通过研究二次场随时间的响应变化得到大地电性的分布特征,从而解决相关地质问题。由于时间域测井环境复杂,必须通过三维数值模拟方法研究响应特征。而经典的时域有限体积法一般采用矩形网格,在直角坐标系中把麦克斯韦方程转化为有限体积的形式,但对任意弯曲的界面只能采用阶梯近似的方法。为了能够反映出小尺度上的介质响应特征,需要采用很细的网格进行剖分,以使网格大小和参数变化的空间尺度相匹配,导致在整个计算区域中的网格数剧增。因此,本文采用基于圆柱坐标系下的有限体积法进行建模,网格较密时精确模拟井下各种复杂的环境,能够更有效地减少方程组的规模,提高计算效率。本文通过模拟高精度测井装置下的瞬变电磁波响应,完成了井下时域远探测技术的研究。首先详细的讨论了瞬变电磁法的基本理论,从麦克斯韦电磁方程组出发,根据三维时域有限体积法的基本理论得到控制方程,然后在柱坐标系下实现空间上控制方程的离散,再利用隐式欧拉离散技术对其进行时间上的离散,给出控制方程的初始条件和边界条件,最终求解得到圆柱坐标系下的有限体积法控制方程。针对常见的双层及多层地层模型,对地下介质的响应特征进行了深入的研究与分析。在保证本文算法正确性的前提下,详细探讨了电磁测井在探测距离、薄层敏感性、地层角度等影响因素下三轴测井接收装置的响应特征;根据瞬变电磁法基本理论,结合电磁测井的实际工作环境,在圆柱坐标系下建立包含井液、套管和地层在内的电磁测井模型,详细讨论了在电磁测井中井液参数和套管参数变化对瞬变电磁响应特征的影响,分析了短源距在时间域测井中的优势,研究了井中发射电流的不同形式,在梯波形下讨论了关断时间的影响。结果表明:圆柱坐标系下的有限体积法可以模拟复杂的地质体,提高数值解的模拟精度。时间域远探测距离可达五十米左右,采用三分量感应测井装置可以提高地层分辨率。图40幅,表1个,参考文献85篇。