CN111734404A - 一种瞬变电磁阵列感应测井模型及其响应解 - Google Patents

Abstract

一种瞬变电磁阵列感应测井模型及其响应解，测井模型主要由一发八收瞬变电磁测井仪器、一发八收线圈系、木箱、铝圆薄板、塑料管、钢套管、滑轮组成。该系统模拟了实际测井，解决了现场实验的不便性，方便各种技术方法的验证。给出了三层介质的响应解，通过测量两次第一层介质中的电场强度Ex,可以判断第三层介质的电导率是否有变化，这是非接触测量；定量测量第三层介质的电导率，通过对第一层介质中的两次测量的电场强度E_x相减，可以将一次场减掉，只留下二次场，一次场只与第一层介质的电导率相关；还可以判断有无界面，如果没有界面，则第一层介质的电场强度E_x不变。

Description

一种瞬变电磁阵列感应测井模型及其响应解

技术领域

本发明属于瞬变电磁勘探技术领域，尤其涉及一种阵列感应测井模型及其响应解。

背景技术

近年来，由于瞬变电磁法易于加大勘探深度,具有分辨能力强、工作效率高、受地形影响小等特点,瞬变电磁测井在地球物理勘探中发展迅速，被广泛应用于油气田、煤炭以及地下水勘探等各种领域。瞬变电磁测井主要测量由地下介质产生的二次场随时间的变化场，从而探测到地层的信息。但在实际勘探中，瞬变电磁勘探仪器接收到的不仅有二次场，也有一次场，且一次场占主要部分。为此，在后期数据处理中要采取一定方法分离出二次场，不仅增加了工作量，而且影响二次场数据的准确性。此外，野外现场工作耗时耗力巨大，不适合重复多次进行测量实验，对验证技术方法的有效性有相当大的限制。

发明内容

为解决现有技术提到的问题，本发明提供了一种瞬变电磁阵列感应测井模型，模拟实际测井，并给出其响应解，通过模型实验结果验证技术方法等是否有效准确。

一种瞬变电磁阵列感应测井模型及其响应解，此模型模拟实际地层三层介质情况，并从平面电磁波的角度给出响应解。

测井模型主要由一发八收瞬变电磁测井仪器、一发八收线圈系、木箱、铝圆薄板、塑料管、钢套管、滑轮组成。一发八收瞬变电磁测井仪器和一发八收线圈系已在发表的一种 同轴一发八收瞬变电磁测井仪器专利中详细介绍，这里只简要说明，通过它们能够同时接收八个接收线圈的数据实现阵列测量；木箱选取边长为2m的正方形上方开口木箱；铝圆薄板的半径为1m,厚度为3mm，且在其中心开一个半径为10cm的圆孔，其相当于实际地层的分层界面；木箱与铝圆薄板即可将空间分为三层，模拟三层介质。塑料管主要是为了固定线圈系，方便线圈系的的上下移动；钢套管是为了模拟过套管瞬变电磁测井；拉动绕在滑轮上的细绳，移动线圈系，改变发射线圈和接收线圈的位置，即模拟改变线圈在地层中所处的深度。

该模型的响应解大体推导如下：

建立直角坐标系，以电磁波传播的方向为z轴，

麦克斯韦方程组：

随时间做正弦函数规律变化，即

较低时

解出：

第一层介质：

第二层介质：

第三层介质：

其中

根据边界条件，电场强度和磁场强度切向连续，模型设定z=0处为第一边界，z=L处为第二边界，L为铝圆薄板的厚度，因此可得出：

由此边界条件可求出C₁ ，C₂ ，C₂ ^’，C₃，各层的电场强度和磁场强度至此全部求出，这就是瞬变电磁阵列感应三层介质模型的响应解。

本发明提供的瞬变电磁阵列感应测井模型及其响应解，模拟了实际测井，解决了现场实验的不便性，方便各种技术方法的验证。给出了三层介质的响应解，通过测量两次第一层介质中的电场强度E_x,,可以判断第三层介质的电导率是否有变化，这是非接触测量；定量测量第三层介质的电导率，通过对第一层介质中的两次测量的电场强度E_x相减，可以将一次场减掉，只留下二次场，一次场只与第一层介质的电导率相关；还可以判断有无界面，如果没有界面，则第一层介质的电场强度E_x不变。

附图说明

图1是本发明专利瞬变电磁阵列感应测井模型图；

图2是本发明专利瞬变电磁阵列感应测井模型的响应波形图；

图3是本发明专利瞬变电磁阵列感应测井模型的响应差波形图。

图中：1：木箱；2：塑料管；3：钢套管；4：一发八收线圈系；5：滑轮；6：细绳；7：铝圆薄板。

具体实施方式

为使本发明的工作原理，组成结构等特征表述的更加清晰，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

将木箱1放在空旷的位置，将铝圆薄板7放在在木箱1上方，将一发八收线圈系4放在塑料管2中，并将其用胶带固定在塑料管2中，将它们整体竖直放入铝圆薄板7的圆孔中，细绳6通过滑轮5连接它们，瞬变电磁阵列感应测井模型基本完成，如果要进行瞬变电磁过套管测井实验，则将塑料管2与线圈系4的整体插入到钢套管3中，钢套管3通过铝圆薄板7中间圆孔放入，如图1所示。根据具体实验要求决定是否使用钢套管2，模型建立起来之后，在没有使用钢套管3的情况下，用一发八收瞬变电磁测井仪器进行一次测量，测量波形如图2所示。测量之后，再通过滑轮5将线圈系4向上移动5cm，再次测量，两次测量同一接收线圈的响应相减，得到响应差波形，此响应差只有二次场，没有一次场，响应差波形如图3所示。也可以将线圈系4向下移动5cm,进行测量。重复上述步骤多次测量，对测量结果进行多样化处理，不仅仅局限于做差。

通过平面波对三层介质的瞬变电磁测井模型进行分析推导，得到响应（电场和磁场）的基本表达式，发现响应由两部分组成，一部分是透射波，另一部分是反射波，反射波只有通过界面时才会有，表达式中的两个系数即透射系数和反射系数。在本模型中，第一层介质为一发八收线圈系所在的位置，是源的位置，所以透射波是已知的，为了方便计算，取值为1；第二层介质为中间层，响应与与基本表达式相同；第三层介质为最后一层，在它之后，没有界面的存在，所以它的响应只包含透射波而不包含反射波，这就是第三层介质响应只有一项的原因。

Claims (2)

1.一种瞬变电磁阵列感应测井模型，其特征在于：测井模型主要由一发八收瞬变电磁测井仪器、一发八收线圈系、木箱、铝圆薄板、塑料管、钢套管、滑轮组成；通过一发八收瞬变电磁测井仪器和一发八收线圈系能够同时接收八个接收线圈的数据实现阵列测量；木箱选取边长为2m的正方形上方开口木箱；铝圆薄板的半径为1m,厚度为3mm，且在其中心开一个半径为10cm的圆孔，其相当于实际地层的分层界面；木箱与铝圆薄板即可将空间分为三层，模拟三层介质；塑料管主要是为了固定线圈系，方便线圈系的的上下移动；钢套管是为了模拟过套管瞬变电磁测井；拉动绕在滑轮上的细绳，移动线圈系，改变发射线圈和接收线圈的位置，即模拟改变线圈在地层中所处的深度。

2.一种瞬变电磁阵列感应测井模型的响应解，其特征在于：推导如下：

建立直角坐标系，以电磁波传播的方向为z轴，

麦克斯韦方程组：

随时间做正弦函数规律变化，即

较低时

解出：

第一层介质：

第二层介质：

第三层介质：

其中

根据边界条件，电场强度和磁场强度切向连续，模型设定z=0处为第一边界，z=L处为第二边界，L为铝圆薄板的厚度，因此可得出：

由此边界条件可求出C₁ ，C₂ ，C₂ ^’，C₃，各层的电场强度和磁场强度至此全部求出，这就是瞬变电磁阵列感应三层介质模型的响应解。

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