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地层的电各向异性是电法测井的重要研究内容。随着理论研究的深入和计算机能力的提高,系统研究和探测地层的电各向异性成为可能。感应测井是测量地层电各向异性的一种有效方法。本文研究基于交错网格有限差分法的感应测井响应数值计算方法,分析电各向异性地层中的感应测井响应特性。其成果为三分量阵列感应测井仪器的结构设计、信号处理、异常曲线解释、正演和反演计算奠定理论基础。
首先描述了地层电各向异性的基本概念和分类,结合各向同性地层双线圈系和三线圈系感应测井基本理论,研究了电各向异性地层的感应测井仪器结构及原理。
其次由Maxwell方程出发,利用解析法和交错网格有限差分法推导了感应仪器在三维空间下计算电场分布的差分格式,用预处理的双共轭梯度法求解了形成的大型稀疏复对称方程组,并讨论了电场的散度校正和低频下地层视电导率的近似计算方法,完成了数值计算程序的编写。
最后主要数值计算研究了各种地层模型中感应测井响应特性。计算分析了均匀地层、径向两层、径向三层地层中感应测井响应特性,验证了算法的有效性以及分析了井径、井眼泥浆电导率、侵入带电导率、侵入带半径变化对测量信号的影响;计算了垂直磁偶极子和水平磁偶极子分别在纵向三层各向同性与电各向异性地层中的测井响应,分析了线圈距、频率和各向异性指数的变化对测量信号的影响以及侵入带和围岩对测量信号的影响。验证了三分量仪器的垂直磁偶极子只能测量到电各向异性地层的水平电导率,而水平磁偶极子能同时测量到垂直电导率和水平电导率。本软件不但能计算三分量仪器在各向同性和电各向异性地层中的测井响应以及识别电各向异性,而且能计算分析电各向异性地层中受各向同性和电各向异性侵入的影响。