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基于COMSOL Mutiphysics的电法测井

         (2010-04-25 21:19:13)
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标签：  杂谈

　　一、前言

　　电测井仪器在各种地层条件下测 量响应，数值模拟和仿真是针对特定的地层条件来设计新仪器，对已有仪器的 测量进行适当的信号处理，提取更逼近 于地层的电阻率信息，这是进行地层评价的基础。利用电测井仪器建模仿真算法和软件工具可以提高测量仪器建模效率，取到事半功倍的效果。

　　COMSOL Mutiphysics软件系统中的电磁场软件包提供三种应用模式：emdc(导电介质中电流场)模式、e m q a(似 稳场)模式和r f w(电磁波)模式。e m d c 应用模式适合于各种普通电测井、侧向聚焦电测井在导电介质中电流场的仿真 计算。e m q a模式满足感应测井、聚焦感 应类测井和阵列感应测井测量响应的建 模和仿真计算要求。r f w模式满足电磁波 传播电阻率测井、电磁波传播介电测井仪器测量响应的建模和仿真计算要求。

　　多物理耦合特性使COMSOL Multiphysics满足自然电位测井、时间推移测井、 声电测井的建模和仿真计算要求。当轴对称电测井仪器、推靠井壁电测井 仪器在垂直井、斜井和水平井中测量 时，通常会遇到复杂的几何体，这对于建模和仿真带来了诸多困难 。 而测井仪器所处的实际环境又需要对模型建立各种各样的边界和复杂的激励源，例如在三维电磁场分析中，需要通过棱边上的电流设置激励源。

　　双侧向测井是石油勘探开发中一 种重要的获得储层参数的方法之一， 与其他电法测井不同，它利用屏蔽电 极使发射电极的电流线垂直电极系流入目的层，从而减小了井眼泥浆和低阻围岩的影响，并且增加了探测深度。双侧向测井仪器是在三侧向和七侧向仪器的基础上发展起来，共由9个电极组成，如图1所示。

　　二、双侧向测量原理

　　1.深侧向测量原理和测量条件方程

　　如图1所示，A 2、A1、A0、A2′、A1′作为供电电极。A2电极和A1电极之间满足。B作为A 2、A1、A0、A2′、A1′电极的电流回路电极。N为电压参考电极。

　　M1、M1′、M2、M2′为监督电极。测量时，主电极A0供以单位电流I0，调节A1电压V(A1)( A2电压按αV(A1))使监督电极M1M2之间的电势差。满足测量平衡条件，这时测量监督电极M1(M 1、M1′、M2、M2′等电压)和参考电极N之间的电势差ΔV MN，按公式得到深双侧向测量视电阻率。式中Rlld为深双侧向测量视电阻率，Klld为深侧向仪器常数，单位m-1。在电阻率为R的均匀地层中按上述测量方法测量到I0和ΔVMN，则可计算。

　　2.浅侧向测量原理和测量条件方程与深侧向不同，A1、A0、A1′作为供电电极，A2、A2′作为A1、A0、A1′电极的电流回路电极，N为电压参考电极。

　　M1、M1′、M2、M2′为监督电极。测量时，主电极A0供以单位电流I0，调节A1电压V (A1)，使监督电极M1M2之间的电势差。满足测量平衡条件，这时测量监督电极M1 (M1、M1′、M2 、M2′等电压)和参考电极N之间的电势差ΔVMN ，按公式得到浅双侧向测量视电阻率。式中Rlls是浅双侧向测量视电阻率，Klls为浅侧向仪器常数，单位m-1。在电阻率为R t的均匀地层中按上述测量方法测量到I0和ΔVMN。可以得到。

　　三、计算机仿真模型的建立

　　根据双侧向测井原理，本文选 用C O M S O L M u t i p h y s i c s的e m d c应用模 式进行模拟，为了更好地演示C O M S O L Mutiphysics在场量上的图形、曲线显示 功能，本文使用了二维轴对称模型，计 算几何由两大部分组成：电极系和地层介质几何。地层介质由井眼、目的层和上下围岩构成。本文计算了主发射电极在目的层中心时，深侧向和浅侧向电流 线、等位线在空间的分布。

　　当仪器处于深侧向工作方式时， 由于屏蔽电极的作用，从图2可看出电流线被束缚在一个狭长的区域之内，在很远处才缓慢发散，也就是实现了聚焦的作用，达到了增加储层探测深度和提取目的层真实电学参数的目的。在纵向上，等位线在仪器附近也给出了地层界面的信息。当仪器工作在浅侧向方式时(如图3所示)，与深侧向不同，电流 线在远离仪器时很快发散，使得仪器探测地层的深度变浅，这也反应了地层侵 入的情况。

　　对于更为复杂的介质环境，COMSOL Mutiphysics也能够给出很好的仿真结果。电测井中的特点是子区域几何、子区域参数以及子区域边界是变动的，不可能对每一次的测量都针对变动的模型进行一次GUI的修改和调用。使用COMSOL Multiphysics提供的基于MATLAB 的脚本语言，可以同时处理大量重复的、迭代的运算，给工程问题提供便捷的解决方案。

　　四、结束语

　　本文基于COMSOL Mutiphysics电磁场软件包计算仿真了双侧向测井仪器在二维轴对称地层环境下的测井响应，给出了深侧向和浅侧向工作时电流线和电位线的分布，得出软件计算结果和理论 分析的一致性，从而验证了软件在电法测井的正确性和实用性。

本文来自www.idnovo.com.cn。