一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法技术

本发明专利技术涉及一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法,包括下列步骤：建立地层电流环模型，对于地层环上任意一点Q点，斜井内发射线圈相对于地层环的位置没有改变，坐标旋转以后只有接收线圈的坐标发生了改变；根据Biot

【技术实现步骤摘要】
一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法


[0001]本专利技术属于瞬变电磁测井技术中井间剩余油监测与勘探领域，更确切的说，是一种利用瞬变电磁勘探响应及其涡流再次激发的有用信号计算发射线圈所在的井倾斜时全空间几何因子的方法。

技术介绍

[0002]石油勘探领域中，有用信号与几何因子被广泛用于剩余油监测。在Doll提出的几何因子理论中，将地层拆解为位于空气中的一系列地层电流环模型，并用空气中的电磁场代替发射线圈在地层中激发的瞬变电场。给定发射线圈一个激发源，可以感应出一个呈偶极子分布的磁场，感应电动势为闭合状态，沿圆周方向分布。如图1所示，环内的感应电动势会在圆环内部再次激发出电流即涡流，其幅值与地层电导率成正比。该涡流在接收位置再次激发的响应为二次场响应，即有用信号。而无用信号是发射线圈在接收位置激发出的磁场产生的感应电动势，不受地层电导率影响，该信号幅值较大且与有用信号叠加存在(张庚骥.电法测井[M].石油工业出版社,1984:128
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137.)。以此为基础，用地层中的电场强度响应获得涡流，其对时间的导数获得地层涡流再次激发响应，发现了涡流激发响应的极性变化。李红瑞将井中轴对称的响应拓展到全空间，获得了全空间几何因子，使不同方位和距离的磁场特征转换为极性、幅度不同的几何因子，并发现了几何因子在空间的极性变化(ShenJG,LiHR,ShenYJ,FullSpaceGeometricFactorsforCross
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wellTransientElectromagneticExploration[J].GeophysicalProspectingforPetroleum,2020,59(03):462
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471.)
[0003]发射线圈在斜井中激发时，地层环模型也发生倾斜，邻近井接收位置与地层环之间的几何关系发生变化，其瞬变电磁响应与直井激发时差异大。发射线圈所在的井倾斜时，井内各个方向接收的瞬变电磁响应和地层涡流再次激发响应均发生比较大的变化。斜井在海上油田、山区等实际生产中大量存在，在斜井激发瞬变电磁场，在地面、邻近井进行接收，能够对井周围地层的电导率分布进行有效探测。研究斜井激发的瞬变电磁有用信号分布对设计采集装置具有一定的指导意义。因此，提出一种斜井的瞬变电磁勘探全空间几何因子并分析其空间分布。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法，技术方案如下：
[0005]一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法,包括下列步骤：
[0006](1)建立地层电流环模型，采用笛卡尔坐标系，z与发射井井轴重合，将发射线圈视为磁偶极子，偶极矩为M＝n
T
S0I,方向沿z方向，S0是发射和接收线圈的截面积，设n
T
，n
R
分别为发射线圈、接收线圈匝数，发射线圈轴和接收线圈轴之间的水平距离为c，垂直距离为L，I是电流激励波形；
[0007]发射井围绕x轴旋转，设旋转后倾斜井坐标系的坐标用X,Y,Z，原来的大地坐标系的坐标为x1,y1,z1：
[0008][0009]即x1＝x，y1＝ycosθ+zsinθ，z1＝zcosθ
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ysinθ；
[0010]对于地层环上任意一点Q点，斜井内发射线圈相对于地层环的位置没有改变，坐标旋转以后只有接收线圈的坐标发生了改变，将Q点用倾斜井坐标(x,y,z)表示，则：
[0011][0012][0013]其中ρ
R
,ρ
T
分别表示地层环任意一点Q与接收线圈、发射线圈的距离；
[0014](2)用磁偶极子激发的磁场计算通过地层环的磁通量，由电磁感应定律得地层环中的感应电动势，乘以地层的电导率σ得到地层涡流
[0015][0016]其中S0是发射和接收线圈的截面积，地层涡流是圆环形状，模在整个地层环上大小相同，方向沿地层环切线方向，随位置变化，在Q点其方向的单位向量
[0017][0018]Q点到接收线圈位置的单位向量为：
[0019][0020](3)根据Biot
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Savart定理，Q点电流元在接收线圈位置产生的磁感应强度为：
[0021][0022]Q点电流元在接收线圈位置产生的磁感应强度为矢量，包含3个方向的磁场分量，其中z方向磁场分量在接收线圈产生的感应电动势V
RR
为：
[0023]V
RR
＝kg
z
σ
[0024]其中，k是与地层电导率无关的仪器常数，g
z
是z方向接收时的几何因子；
[0025][0026][0027]g
z
反映了Q点电导率对接收线圈P'点位置z方向接收的有用信号贡献权重；对全空
间dxdydz积分得到总的有用信号V
R
：
[0028][0029]其中
[0030](4)用y方向的磁场获得y方向的几何因子g
y
：
[0031][0032](5)用x方向的磁场获得x方向的几何因子g
x
：
[0033]附图说明
[0034]图1是本专利技术发射井和接收井相对位置示意图；
[0035]图2是本专利技术直井全空间和单点几何因子三维图；
[0036]图3是本专利技术不同倾斜角度时z方向几何因子模值等高面分布图；
[0037]图4是本专利技术发射井倾斜角度不同时z方向几何因子三维分布。
[0038]图5是驱动发射电路产生正向导通、正向关断、反向导通、反向关断的激发信号图。
[0039]图6是斜井的瞬变电磁勘探几何因子实验示意图。
[0040]图7是发射井倾斜不同角度的情况下瞬变电磁响应的地层电导率曲线图。
具体实施方式
[0041]现结合附图和具体实施方式对本专利技术进行说明。
[0042]本专利技术提供一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法，在全空间几何因子的基础上，根据欧拉坐标转换矩阵，以倾斜以后的坐标系为基准，计算倾斜地层环在空间各个位置三个方向再次激发的瞬变电磁响应，即瞬变电磁的有用信号，将其中的几何位置关系归并到一起，给出了发射井倾斜时的几何因子。计算了该几何因子在三维空间中的分布以及不同倾斜角对几何因子的影响，用几何因子分析了井间瞬变电磁有用信号的特点：发射井沿x轴旋转发生倾斜时，接收位置的几何因子幅度向发射线圈方向偏移并且极性发生变化；几何因子的对称性也发生改变。这些变化基于毕奥萨法尔定理，是地层涡流及其再次激发的磁场随空间位置变化在有用信号极性、幅度以及对称性中的反映。
[0043]如附图1所示，为Doll提出的几何因子地层电流环模型，在此基础上将几何因子推广到全空间，得到了全空间几何因子，其地层电流环模型为附图2。
[0044]第一步：在全空间几何因子的基础上，推导得到x,y,z方向的几何因子表达式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜井的瞬变电磁勘探几何因子计算方法,包括下列步骤：(1)建立地层电流环模型：采用笛卡尔坐标系，z与发射井井轴重合，将发射线圈视为磁偶极子，偶极矩为M＝n
T
S0I,方向沿z方向，S0是发射和接收线圈的截面积，设n
T
，n
R
分别为发射线圈、接收线圈匝数，发射线圈轴和接收线圈轴之间的水平距离为c，垂直距离为L，I是电流激励波形；发射井围绕x轴旋转，设旋转后倾斜井坐标系的坐标用X,Y,Z，原来的大地坐标系的坐标为x1,y1,z1：即x1＝x，y1＝ycosθ+zsinθ，z1＝zcosθ
‑
ysinθ；对于地层环上任意一点Q点，斜井内发射线圈相对于地层环的位置没有改变，坐标旋转以后只有接收线圈的坐标发生了改变，将Q点用倾斜井坐标(x,y,z)表示，则：则：其中ρ
R
,ρ
T
分别表示地层环任意一点Q与接收线圈、发射线圈的距离；(2)用磁偶极子激发的磁场计算通过地层环的磁通量，由电磁感应定律得地层环中的感应电动势，乘以地层的电导率σ得到地层...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯浩真，沈建国，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：