中文摘要 論文題目： 專業(yè)： 碩士生： 指導教師： 陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟件開發(fā) 測試計量技術及儀器 李強( 簽名) 仵杰( 簽名 摘要 在石油測井中，感應測井是重要的電阻率測井方法。隨著測井技術的發(fā)展，陣列感 應測井，由于分辨率高，探測深度深，侵入指示明顯，提供豐富的地層信息，已成為電 阻率測井的主要手段。本文研究的目的就是開發(fā)陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟 件，不但方便測井解釋工程師對陣列感應測井數(shù)據(jù)進行處理、綜合解釋和異常測井數(shù)據(jù) 分析，而且還方便研究人員進行陣列感應測井儀器設計。 本文首先論述了感應測井的基本原理，研究了陣列感應數(shù)據(jù)處理方法，主要包括趨 膚效應校正、井眼校正、信號合成、反演處理和基于非均勻背景地層的信號合成。完成 所有f o r t r a n 程序轉(zhuǎn)換為c + + 程序。然后以v i s u a lc + + 為主要開發(fā)工具，實現(xiàn)了陣列感 應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟件。本軟件主要有測井數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理、響應計算和 多種形式的測井圖形繪制等四部分。在測井數(shù)據(jù)管理中，根據(jù)測井數(shù)據(jù)記錄文件的特點， 設計了中間數(shù)據(jù)文件格式，實現(xiàn)了常見測井數(shù)據(jù)格式文件解編為中間數(shù)據(jù)文件格式，以 及中間數(shù)據(jù)文件格式的讀寫訪問操作。測井圖形繪制部分，主要實現(xiàn)了一維曲線、波列 曲線、曲線填充和成像等形式的測井圖形繪制和鼠標操作。數(shù)據(jù)處理和響應計算部分， 根據(jù)數(shù)據(jù)處理的特點，設計了以動態(tài)鏈接庫為主要形式的處理方法掛接接口，將每個處 理方法編譯成使獨立的d l l 文件，既方便了軟件的處理方法擴展，也有利于軟件的升 級維護。 最后通過實際應用實例，驗證了本文所開發(fā)的陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟 件，界面友好，操作方便，功能豐富，滿足測井解釋人員和科研人員要求。 關鍵詞：陣列感應數(shù)據(jù)處理響應計算軟件開發(fā) 論文類型：應用研究 經(jīng) 英文摘要 s u b je c t ： s o f t w a r ed e v e l o p m e n to fa r r a yi n d u c t i o nl o g g i n gd a t ap r o c e s s i n ga n d r e s p o n s ec a l c u l a t i o n s p e c i a l i t y ：t e c h n o l o g y & i n s t r u m e n t so ft e s ta n dm e a s u r e m e n t n a m e ：l i q i a n g ( s i g n a t u r e ) 叢幽絲峰 i n s t r u c t o r ：w uj i e ( s i g n a t u r e ) 兇匕j 遞二 a b s t r a c t i n d u c t i o nl o g g i n gp l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h er e s i s t i v i t yl o g g i n gf i e l d w i t ht h e d e v e l o p m e n to fl o g g i n gt e c h n o l o g y , t h ea r r a yi n d u c t i o nl o g g i n gt o o l ，w h i c hc a np r o v i d e h i g h e rr e s o l u t i o n ，d e e p e rd e p t ho fi n v e s t i g a t i o n , c l e a r e ri n v a s i o ni n d i c a t i o n sa n dr i c h e r f o r m a t i o ni n f o r m a t i o n ，h a sb e c o m et h ep r i m a r ym e t h o do fr e s i s t i v el o g g i n g 1 1 1 ep u r p o s eo f t h et h e s i si st od e v e l o pt h es o f t w a r ep l a t f o r mf o ra r r a yi n d u c t i o nd a t ap r o c e s s i n ga n dm o d e l r e s p o n s ec a l c u l a t i o n i tf a c i l i t a t e sn o to n l yd a t ap r o c e s s i n g ，i n t e g r a t e di n t e r p r e t a t i o na n d a n a l y s i so fa b n o r m a lp h e n o m e n af o ri n t e r p r e t a t i o ne n g i n e e r s ，b u ta l s oi n s t r u m e n td e s i g no f t h ea r r a yi n d u c t i o nl o g g i n gf o rr e s e a r c h e r s a tf i r s t ，t h i st h e s i sg i v e st h ef u n d a m e n t a l so fi n d u c t i o nw e l ll o g g i n g ，a n ds t u d i e st h e a r r a yi n d u c t i o nd a t ap r o c e s s i n gm e t h o d s ，m a i n l yi n c l u d i n gs k i ne f f e c tc o r r e c t i o n ，b o r e h o l e c o r r e c t i o n , s i g n a ls y n t h e s i s ，i n v e r s i o n p r o c e s s i n ga n df o c u sp r o c e s s i n g b a s e do n i n h o m o g e n e o u sb a c k g r o u n dc o n d u c t i v i t y a l lf o r t r a nc o d ea r er e w r i t t e nb yc + + c o d e t h e n ， t h es o f t w a r ep l a t f o r mo ft h ea r r a yi n d u c t i o nd a t ap r o c e s s i n ga n dr e s p o n s ec a l c u l a t i o ni s d e v e l o p e db yv i s u a lc + + t 0 0 1 i t sf u n c t i o ni sc o m p o s e db yf o u rm a i nm o d u l e s t h e ya l e r e s p e c t i v e l yw e l ll o g g i n gd a t am a n a g e m e n t ，d a t ap r o c e s s i n g ，r e s p o n s ec a l c u l a t i o na n dv a r i o u s f o r m so fp l o t t i n gt o o l s i nt h ed a t am a n a g e m e n tm o d u l e ，w eh a v ed e s i g n e daf i l ef o r m a tf o r t h et e m p o r a r yd a t ab a s e do nt h es p e c i a lf e a t u r e so fw e l ll o g g i n gf i l e s i th a st h ef u n c t i o n st o c o n v e r tt h ea v a i l a b l ef i l ef o r m a t st ot e m p o r a r yf i l ef o r m a t , a n dr e a l i z er e a da n dw r i t e o p e r a t i o n so ft h et e m p o r a r yd a t af i l e 1 1 1 ep l o t t i n gm o d u l er e a l i z e sm a n yo p e r a t i o n so n1d c u r v e s ，w a v e a r r a yc u r v e s ，c u r v ef i l l i n ga n di m a g i n g a ts a m et i m et h e yc a l lb eo p e r a t e db y m o u s e i nt h ed a t ap r o c e s s i n ga n dr e s p o n s ec a l c u l a t i o nm o d u l e ，w eh a v ed e s i g n e di n t e r f a c e s t od l l sa c c o r d i n gt ot h ed a t ap r o c e s s i n gf e a t u r e s e a c hp r o c e s s i n gm e t h o di sc o m p i l e di n t o a ni n d e p e n d e n td l lf i l e sf u n c t i o ni sc o n v e n i e n tt oe x p a n d ，m a i n t a i na n d u p d a t e f i n a l l y , t h ed e v e l o p e ds o f t w a r ep l a t f o r mh a sv a l i d a t e dt h r o u g ha l la c t u a lw e l ld a t a p r o c e s s i n g 1 1 1 er e s u l t ss h o wt h a tt h es o f t w a r eh a sf r i e n d l yh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，e a s y o p e r a t i o n sa n dr i c hf u n c t i o i l s ，w h i c hc a ns a t i s f yt h en e e d sf r o mt h ei n t e r p r e t a t i o n , e n g i n e e r s a n dr e s e a r c h e r s k e y w o r d s ：a r r a yi n d u c t i o nl o g g i n g ，d a t ap r o c e s s i n g ，r e s p o n s ec a l c u l a t i o n ，s o f t w a r e d e v e l o p m e n t t h e s i s ：a p p l i c a t i o n i l l 學位論文創(chuàng)新性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成 果。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他 人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安石油大學或其它教育機構(gòu)的學位 或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中做 了明確的說明并表示了謝意。 申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔一切相關責任。 論文作者簽名：經(jīng)堡 魄艘竺：塵 學位論文使用授權的說明 本人完全了解西安石油大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀 學位期間論文工作的知識產(chǎn)權單位屬西安石油大學。學校享有以任何方法發(fā)表、復制、 公開閱覽、借閱以及申請專利等權利，同時授權中國科學技術信息研究所將本論文收錄 到中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫并通過網(wǎng)絡向社會公眾提供信息服務。本人離校后發(fā)表 或使用學位論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，署名單位仍然為西安石油大 學。 論文作者簽名：蘭盂至立一 導師簽名：墼 日期：砂j o j 舢 日期：1 0 ，0 歲z 0 注：如本論文涉密，請在使用授權的說明中指出( 含解密年限等) 。 第一章緒論 第一章緒論 1 1 研究目的和意義 在石油天然氣勘探開發(fā)中，地層電阻率測量是測井解釋評價油氣儲藏的主要依據(jù)【l 】。 感應測井是重要的電阻率測井方法。隨著測井技術的發(fā)展，陣列感應測井在儀器設計、 方法研究、信號處理、解釋應用等方面取得了重大突破。陣列感應測井，由于分辨率高， 探測深度深，侵入指示明顯，正在逐漸成為電阻率測井的主要手段【2 】。開發(fā)快速準確的 陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟件，對陣列感應測井儀器設計、測井數(shù)據(jù)分析和解 釋具有重要作用。本文的目的是實現(xiàn)陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟件開發(fā)。本文 研究內(nèi)容可分兩個部分，第一部分是開發(fā)陣列感應測井解釋數(shù)據(jù)處理軟件，使測井解釋 工程師可以方便、快捷地對陣列感應測井數(shù)據(jù)進行處理和綜合解釋。第二部分是陣列感 應測井響應數(shù)值計算可視化研究，實現(xiàn)儀器結(jié)構(gòu)、地層模型和測井響應計算結(jié)果的可視 化，不但方便研究人員進行陣列感應測井儀器設計，而且有利于測井分析人員解釋異常 測井數(shù)據(jù)。 1 2 陣列感應測井儀器發(fā)展現(xiàn)狀 感應測井儀器經(jīng)歷了雙感應、相量感應、陣列感應測井儀器等幾個發(fā)展階段。 1 9 4 9 年d o l l 根據(jù)電磁感應原理提出了感應測井方法【2 】，1 9 6 2 年研制出商用雙感應 測井儀器。由于感應測井不但適用于油基泥漿和淡水泥漿井，而且在不太咸的井中也可 使用，因此得到了廣泛應用。 進入9 0 年代，由于感應測井的理論研究、數(shù)值計算、計算技術的進步，出現(xiàn)了陣 列感應測井儀器。1 9 8 3 年，b p b 公司首先推出了商用的陣列感應測井儀器( a r r a y i n d u c t i o ns o n d e ，a i s ) 。s c h l u m b e r g e r 公司在不斷改進相量感應測井儀器和研究各種環(huán) 境影響校正同時，著手研究陣列感應測井儀器( a r r a yi n d u c t i o n t o o l ，觸t ) 。1 9 9 0 年， 斯倫貝謝( s c h l u m b e r g e r ) 測井公司推出商業(yè)的a i t - b 型儀器【3 】，線圈系由一個主發(fā)射 和上下非對稱布置的8 個線圈系組成。儀器同時測量實部和虛部信號，利用軟件聚焦得 到三種縱向分辨率( o 3 m ，0 6 m 和1 2 m ) 和五種徑向探測深度( 0 2 5 m ，0 5 0 m ，0 7 5 m ， 1 5 0 m ，2 2 5 m ) 的合成曲線。1 9 9 2 年開始商業(yè)應用。由于實際測井中經(jīng)常遇到測井不 勻速、遇卡和儀器組合過長等問題，1 9 9 5 年推出了新型陣列感應測井儀器a i t i - i 4 , 5 】， 該儀器仍保留5 種探測深度的3 種分辨率曲線。 1 9 9 2 年，阿特拉斯公司( a t l a s ) 開始研究一種高確定性陣列感應測井儀器( h i g h d e f i n i t i o ni n d u c t i o nl o g ，h d i l ) ，1 9 9 6 年該公司正式推出h d i l e 6 1 儀器，它由7 個單側(cè) 布置的子陣列組成，測量記錄8 個工作頻率( 1 0 、3 0 、5 0 、7 0 、9 0 、1 1 0 、1 3 0 和1 5 0 k h z ) 西安石油大學碩士學位論文 的實部和虛部信號，即每一個測量深度點有1 1 2 個信號；i - i d i l 提供6 種探測深度 ( 0 2 5 4 m ，0 5 0 8 m ，0 7 6 2 m ，1 5 2 4 m ，2 2 8 6 m 和3 0 4 8 m ) 的三組信號合成曲線( 0 3 m ， 0 6 m 和1 2 m ) 。 2 0 0 0 年，哈里伯頓( h a l l i b u r t o n ) 公司在其高分辨率感應測井儀器( h 砒) 的基礎 上，推出了新型高分辨率陣列感應測井儀器h r a i 7 , s 】，它由4 線圈系組成，中間為主發(fā) 射線圈，上下各布置5 個接收線圈，兩個工作頻率( 8 k h z 和3 2 k h z ) ，同時測量實部和 虛部信號，探頭有一個發(fā)射線圈和十個接收子陣列組成，接收子陣列為三線圈系或五線 圈系。 2 0 0 3 年，中國石油集團測井公司研制的陣列感應測井儀m i t 9 1 ，其線圈系由8 個3 線圈的子陣列組成。三個工作頻率( 2 5 2 5 6 k h z 、5 2 5 1 2 k h z 和1 0 5 0 2 4 k h z ) 。m i t 的 儀器結(jié)構(gòu)與a i t 的結(jié)構(gòu)類似，儀器同時測量實部和虛部信號，其中第1 、2 陣列，僅接 收高頻信號( 1 0 5 0 2 4 k h z ) ，第3 、4 陣列，接收高頻和中頻信號( 5 2 5 1 2 k h z 、 1 0 5 0 2 4 乜) ，第5 8 陣列，接收中頻和低頻信號( 5 2 5 1 2 k h z 、2 5 2 5 6 l o i z ) ，共記錄 2 8 條曲線，利用軟件聚焦得到三種縱向分辨率( 0 3 m ，0 6 m 和1 2 m ) 和五種徑向探測 深度( 0 2 5 m ，0 5 0 m ，0 7 5 m ，1 5 0 m ，2 2 5 m ) 的合成曲線。目前已投商業(yè)應用。 1 3 陣列感應數(shù)據(jù)處理軟件現(xiàn)狀 目前國外的測井資料處理解釋系統(tǒng)主要有斯倫貝謝公司研制的g e o f m m e 【1o n 】、貝 克阿塔拉斯研制的e x p r e s s 1 2 1 、哈利伯頓研制的p e t r o s i t e 1 3 】。g e o f r a m e 的主要特點有 支持多類操作系統(tǒng)環(huán)境、增強3 d 體雕刻的功能，這樣能夠更容易地識別那些指示含烴 類的異常體、支持對光柵測井曲線的管理、項目管理功能等，但其只能處理本公司的新 型高分辨率陣列感應測井儀器( h r a i ) 。e x p r e s s 運行在u n i x 平臺下，主要包括復雜儲 層分析模塊( c r a ) 、地層傾角測井處理( s t r a t a g o n ) 、全波列聲波測井處理( m a c & x m a c ) 、電阻率、聲波井壁成像測井處理( s t a r - i i ) 、核磁共振測井處理( m i l l ) 等模 塊。其s t a r - i i 模塊中陣列感應子模塊h d i l p r o e 僅處理的高分辨率陣列感應儀器( h d i l ) 視電導率數(shù)據(jù)。程序要對數(shù)據(jù)施加趨膚效應和井眼校正，進行真分辨率聚焦和分辨率匹 配【1 2 1 。程序的最初輸入曲線是原始的多頻陣列數(shù)據(jù)，包括7 個( h d i l ) 線圈間距的實部 和虛部數(shù)據(jù)。使用的處理方法只適用于b a k e r a t l a s 公司的h d i l 儀器，不適用于任何其 它陣列感應儀器數(shù)據(jù)處理。但這些系統(tǒng)都是在u n i x 系統(tǒng)下運行，主機為s u n 工作站。 這些公司很少采用微機作為軟件開發(fā)平臺。 國內(nèi)微機化處理測井資料大約開始于1 9 8 6 年左右。石油大學石達公司開始研制d o s 下測井微機解釋系統(tǒng)，1 9 9 0 年左右開始投放市場。隨著微機速度的提高，測并資料微 機化已開始全面展開。1 9 9 6 年前后中石油北京石達油軟公司開始開發(fā)w i n d o w s 版微機 解釋系統(tǒng)f o 刑a r d 【1 7 , 1 8 , 1 9 , 2 0 ，目前己在國內(nèi)廣泛推廣使用。 2 第一章緒論 另外，中國石油集團測井公司從2 0 0 2 年開始開發(fā)l e a d l l6 ，1 7 鋇0 井解釋系統(tǒng)，目前 已成功推廣應用。l e a d 測井資料綜合處理解釋軟件是基于w m d o w s 操作系統(tǒng)的新一 代測井資料處理解釋系統(tǒng)軟件，該系統(tǒng)集成了多學科的優(yōu)秀研究成果，將成熟的測井處 理解釋方法與先進的計算機技術完美結(jié)合，實現(xiàn)多種儀器類型測井資料的快速準確處理 和解釋。l e a d 軟件采用先進的設計理念，充分體現(xiàn)和發(fā)揮測井資料在勘探開發(fā)中的地 位和作用，適應中國油氣藏的地質(zhì)情況特點，符合中國用戶的使用習慣，能夠滿足生 產(chǎn)需要，并提供消息終端、參數(shù)編輯等輔助工具以及可供二次開發(fā)的模塊接口。除了國 際通用的測并儀器外，還與新一代國產(chǎn)成套測井裝備配套，形成有機的系統(tǒng)體系。 l e a d 軟件具有開放化的底層平臺、集成化的應用模塊、交互式可視化的處理解釋流程， 能處理包括常規(guī)測井、成像測井和特殊測井資料，滿足快速直觀處理、儲層精細解釋及 綜合評價的需要。在常規(guī)測井處理方面加入了處理模型的自定義功能，能夠根據(jù)地區(qū)特 點，在處理過程中由處理人員隨時輸入合理的模型公式，得到更加理想的處理結(jié)果。軟 件提供了包括泥質(zhì)砂巖分析處理程序( s a n d ) 、粘土分析處理程序( c l a s s ) 、單孔隙 度處理程序( p o r ) 、復雜巖性處理程序( c r a ) 和多功能處理程序( p o r l 附) 共五種 處理模型。該系統(tǒng)采用先進的計算機技術實現(xiàn)模型實時修改的功能，能夠在不改動程 序的情況下，由使用者自行定義更加合理的處理解釋模型，并提供處理結(jié)果的實時回放 功能。 它們最新版本分別為f o r w a r d n e t 、l e a d2 1 。其中f o r w a r d 中沒有陣列感應數(shù)據(jù) 處理模塊，由用戶通過軟件預設接口自行開發(fā)l e a d 中自帶陣列感應數(shù)據(jù)處理模塊。 1 4 陣列感應測井響應計算方法現(xiàn)狀 陣列感應測井的正演響應計算主要應用于儀器設計和異常測井數(shù)據(jù)的解釋。電法測 井正演方法主要包括：解析法( a n a l y s i sm e t h o d ) 、有限元法( f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ， f e m ) 、有限差分法( f i n i t ed i f f e r e n c em e t h o d ，f d m ) 、積分方程法( i n t e g r a le q u a t i o n m e t h o d ，i e m ) 和數(shù)值模式匹配法( n u m e r i c a lm o d em a t c h ，n m m ) 等。 解析法是通過嚴密的數(shù)理邏輯推導，得到精確描述電磁場運動規(guī)律的解析表達式的 方法。該方法只適用于一些比較簡單的介質(zhì)模型情況，對于比較復雜的帶侵入的地層模 型由于需要考慮的因素太多，幾乎無法適用，三分量感應測井響應的計算一般沒有解析 解。解析法僅在理論上起著先導作用，它全面地考慮電磁波在電介質(zhì)中傳播時發(fā)生的各 種傳播效應，所得的結(jié)果是精確解。 有限元法，從數(shù)學的觀點來看，實質(zhì)上就是r i t z g a l e r k i n 法。它適用于廣泛類型的 偏微分方程問題，特別是線性橢圓型偏微分方程的數(shù)值求解【2 1 1 。有限元素法中網(wǎng)格剖分 的大小與形狀的任意性較大，它能夠模擬較復雜的介質(zhì)模型，是一種精度較高的數(shù)值模 西安石油大學碩士學位論文 擬方法，但是存在數(shù)據(jù)存儲量大，計算速度慢等缺點。 積分方程法一般假定介質(zhì)是分區(qū)均勻的，在這種分區(qū)均勻的介質(zhì)中，積分方程法所 涉及的物理量只分布在不同介質(zhì)的邊界上。如在二維子午面上，邊界面相當于一維的線， 因而未知量由分布在二維的面上縮減到分布在一維的線上，數(shù)目大為減少。在地層邊界 增多時，積分方程法將變得非常復雜且占用大量的計算機時間。有限差分法，類似于有 限元法，也是將求解區(qū)域進行網(wǎng)格劃分【2 5 1 ，然后根據(jù)差分原理，用各離散點上的函數(shù)差 商近似代替該點的偏導數(shù)，從而得到偏微分方程的差分格式，將初邊值問題轉(zhuǎn)化為相應 的差分方程，求解這個方程組即得到各離散點上的場分布值。有限差分法與有限元法類 似，也存在著數(shù)據(jù)存儲量大，占用機時長等缺點。 數(shù)值模式匹配法 2 2 , 2 3 】也叫半解析半有限元法，在電磁測井的數(shù)值模擬中，它被認為 是二維條件下電磁響應中最有效的正演計算方法。它由w c c h e w 等人于1 9 8 4 年首先 提出，國內(nèi)的張庚驥和聶在平為其發(fā)展作了很大貢獻。數(shù)值模式匹配法是將二維的方程 通過分離變量法簡化為兩個一維的問題，其中的一個可通過有限元計算出，另一個則可 直接解析求出【2 4 】。這種方法的優(yōu)點是運算速度快。 1 5 主要研究內(nèi)容 陣列感應數(shù)據(jù)處理與測井響應計算軟件的目標是實現(xiàn)陣列感應測井數(shù)據(jù)的計算機 處理、顯示和解釋，建立陣列感應測井數(shù)據(jù)處理解釋和分析的人機交互式處理解釋軟件 平臺。本文的主要研究內(nèi)容有以下幾部分： ( 1 ) 陣列感應數(shù)據(jù)處理方法研究 陣列感應數(shù)據(jù)處理部分是西安石油大學與中國石化集團河南石油勘探局地球物理 測井公司的技術合作開發(fā)項目“高分辨率陣列感應測井解釋軟件開發(fā)”。該項目的主要研 究內(nèi)容有以下三個方面： 亂預處理研究，包含數(shù)據(jù)預處理方法研究、趨膚效應校正方法研究和井眼校正方法 研究，并設計實現(xiàn)程序。 b 信號合成與分辨率提高處理研究，包括信號合成標準聚焦自適應處理方法研究和 基于非均勻背景地層的信號合成方法( i b f ) 等，并設計實現(xiàn)程序。 c 反演方法研究，包括一維快速反演研究，設計實現(xiàn)程序。 ( 2 ) 陣列感應測井響應計算可視化 主要研究地層模型、儀器模型的可視化顯示和靈活編輯，以及測井響應計算結(jié)果的 可視化顯示實現(xiàn)方法。 ( 3 ) 測井數(shù)據(jù)管理 在分析研究常見測井數(shù)據(jù)文件格式的基礎上，研究設計中間數(shù)據(jù)文件格式，編程實 現(xiàn)中間數(shù)據(jù)文件格式的讀寫訪問i o 接口，并實現(xiàn)常見數(shù)據(jù)格式文件( s 、x t f 、d l i s 、 l i s ) 解編為中間數(shù)據(jù)文件格式。 4 第一章緒論 ( 4 ) 測井圖形繪制編輯 在測井解釋中，圖形與圖像的顯示及編輯是一個很重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)不同的應用， 需要生成各種各樣的圖形，如常規(guī)的測井曲線圖、處理成果圖等。在分析常見測井圖形 繪制特點的基礎上，研究設計多種測井圖形顯示和測井圖形響應鼠標操作等。 ( 5 ) 處理方法接口 處理方法接口是各個處理模塊與軟件數(shù)據(jù)信息交互的通道。在分析各個處理模塊的 輸入輸出和控制參數(shù)的特點基礎上，研究各個處理模塊方法在軟件中的掛接方法。 5 西安石油烤碩士學位論文 第二章陣列感應數(shù)據(jù)處理和測井響應計算方法 本章首先論述了感應測井的基本原理，在此基礎上深入研究了陣列感應澳4 井數(shù)據(jù)處 理中的各個方法，并簡要闡述了陣列感應測井響應計算中常用的數(shù)值模式匹配法。 2 1 感應測井基本理論 2 1 _ i 測井模型 鉆井后未下套管前的裸眼井模型由井眼、上下圍巖、泥漿、泥餅、沖洗帶、過渡帶 和原狀地層。如圖2 - 1 示，由于泥漿的侵入和地層的復雜性，原狀地層真電阻率尼受上 述模型的影響。當井具有大的傾角時，還須考慮傾角的影響。 d f j * 圉2 - 1 裸眼井剖面雷基本模型 2 1 2 雙線圈系感應測井原理 最簡單的感應測井是雙線圈系感應測井，多線圈系感應測井以取線圈系感應測井為 基礎，因此，首先研究雙線圈系的感應測井理論。雙線圈系感應濺井模型如圖2 2 所示。 相隔一定間距的發(fā)射線圈和接收線圈簧于井內(nèi)，若給發(fā)射線圈通以穩(wěn)定的交變電流，那 么交變電流在井服周圍將產(chǎn)生交變電磁場( 稱一次電磁場) ，同時，交變電磁場在導電 地層中感應出環(huán)形渦流，該渦流所建立的二次交變電磁場將在接收線圈中產(chǎn)生感生電動 勢f ”。由于渦流的大小是地層的電導率的函數(shù)，所以它在接收線圈感應的電動勢也是周 圍地層電導率的函數(shù)。通過適當?shù)男盘柼幚?，將測量電壓轉(zhuǎn)換為地層電導率，這就是感 應測井基本原理。在圖2 - 2 中： & 職線圈系位于均勻各向同性時不變的均勻地層，磁導率、電導率j 和介電常數(shù) s 均為常數(shù)： b 地層繞z 軸( 即井軸) 旋轉(zhuǎn)對稱； 第二章陣列感應數(shù)據(jù)處理和測井響應計算方法 c t 和r 分別為發(fā)射線圈和接收線圈，匝數(shù)為 l r 和u r ；線圈半徑均為a ；l 為發(fā)射 線圈與接收線圈之間的間距；線圈的標準工作頻率f _ - 2 0 k z ；發(fā)射線圈中的交變電流 i = e 一枷，是電流強度，0 7 是電流變化的角頻率。 對均勻介質(zhì)感應測井，可以通過電磁場理論推算出接收線圈中的感應電動勢礦為 y i 功 u l t a r n r ， 4 r n r ( 1 一i k z ) p 配( 2 - 1 ) 。己冗乙 式( 2 一1 ) 中，角頻率國= 2 萬廠；是發(fā)射電流強度；4 = 萬a 2 和4 = 萬a 2 分別是發(fā)射和接 收線圈面積；k 2 = i a ) p c r ，k 是地層介質(zhì)的波束。 當電導率為零時，定義其電動勢稱為直耦電動勢圪，其表達式為 產(chǎn)生渦 圖2 2 雙線圈系感應測井示意圖 z r y ：業(yè)生生絲生絲 “ 2 筇p 在感應測井中，測量到的信號是電壓信號，即感生電動勢。為了方便， 測量電導率來表示測量信號。由于測量電導率不等于地層的真實電導率， 電導率，而稱真實電導率為真電導率。視電導率圓定義為 y 一圪 o a 一1 f 式( 2 - 3 ) 中 足：6 0 2 f 1 2 a t a r n r n r r 7 ( 2 - 2 ) 常定義一個 故稱其為視 ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) 西安石油大學碩士學位論文 稱為雙線圈系感應測井儀器的儀器常數(shù)，對于給定的線幽系，它是常數(shù)。 將式( 2 1 ) 、( 2 - 2 ) 和( 2 4 ) 代a ( 2 3 ) ，經(jīng)化簡整理，得雙線圈系的視電導率為 咿意【( 1 吼k 妣_ 1 】 ( 2 - 5 ) 顯然，一般情況下，視電導率為復數(shù)，可分解為實部和虛部 = 云r e m 一魁) p 毗一1 ( 2 - 6 ) = 云h i l 舌【( 1 一舭) e a z - 1 ( 2 - 7 ) 可以進一步把式( 2 - 6 ) 和式( 2 7 ) 化簡。對七2 = r o f l o 開方并取正，得 七：_ 1 + i ( 2 8 ) 其中萬= 止汲面面，定義為趨膚效應深度，它表示電磁場在介質(zhì)中傳播時的滲透深度。 將式( 2 8 ) 代入式( 2 6 ) 和式( 2 7 ) ，經(jīng)化簡整理，得 = 去m t + 扣而ll c o s 鈿 = 壺p l 燦s 籬ls i n 萬l j ) 或者展開為三，萬的冪級數(shù)形式 ( 2 9 ) ( 2 - 1 0 ) 盯呔= 仃l - 一詈砉+ 素( 考) 3 一去( 砉) 4 + 上1 0 5f ，k 蘭a 1 ) 5 一l c 2 一，t ， = 怫一輯+ 矧3 一志( 艫i 嗍 可悟否一互引+ 西引一而扣一i u 。1 印 2 1 3 三線圈系感應測井理論 感應測井的雙線圈系僅有理論上的意義，因為它的縱向探測特性和徑向探測特性不 理想，而且直耦信號太強，以致儀器無法測量出比直耦信號弱幾十倍到幾千倍的地層信 號。實用的線圈系是以雙線圈系為基礎的多線圈系陣列。傳統(tǒng)感應測井中利用井下線圈 系聚焦來改善雙線圈系的探測特性和消除直耦信號。陣列感應測井的思想是井下使用最 少的線圈系，提供原始的測量信息，用地面軟件來改善探測特性并提取測并分析家所需 要的信息。 陣列感應測井采用基本三線圈系子陣列，在雙線圈系之間增加一個屏蔽接收線圈， 8 第二章陣列感應數(shù)據(jù)處理和測井響應計算方法 屏蔽接收線圈不但屏蔽了直耦分量，而且同時增加了高分辨率信息。完整的陣列感應測 井由多個三線圈系子陣列組成。因此，三線圈系的感應測井理論是陣列感應測井理論和 信號處理的基礎。 三線圈系子陣列結(jié)構(gòu)如圖2 3 所示。在雙線圈系基礎上，為屏蔽直耦分量，引入第 二個接收線圈b ，與第一個接收線圈r 串聯(lián)，線圈纏繞方向相反。在兩接收線圈中，第 一個接收線圈稱為主接收線圈r ，第二個接收線圈稱為屏蔽線圈b 。 由式( 2 2 ) ，得到三線圈系的總直耦信號為 圪= 豫+ 縐 ：墊生i a t n t a r n r + 蘭互型! 絲曼絲l ( 2 1 4 ) 2 r e 【該島j 其中，為發(fā)射電流強度：a r y , s 發(fā)射線圈面積，a r = 翮r 2 ；坼為發(fā)射線圈匝數(shù)；a r 和 屯是接收和屏蔽線圈的面積，a 月= 翮尺2 ；和虬是接收和屏蔽線圈的匝數(shù)；k 是 發(fā)射到接收線圈之間的距離；l m 是發(fā)射到屏蔽線圈之間的距離。 因三線圈均纏繞在同一芯棒上，所以= a r = = o r 。設三豫= l ，l 功= c e l ，口為 比例因子，那么式( 2 1 4 ) 變?yōu)?圪= 燮2 r c l 3 卜等l 億均_ r 口3l 崢“7 要使直耦分量等于零，；, 須z - - o ，即 虬+ 萼：o ( 2 1 6 ) 由此解得 n b = 一矗n rq 1 7 ) 為了消除直耦分量對測量信號的影響，屏蔽線圈參數(shù)與主接收線圈的參數(shù)必須滿足 以上關系式。z h o u 等人( 1 9 9 4 ) t i 蘿t ：究了屏蔽線圈參數(shù)占和口的選取與響應函數(shù)和井眼的 關系以及徑向響應函數(shù)的特性，指出在徑向坐標指數(shù)變換后，測量信號為徑向響應函數(shù) 與徑向電導率的褶積。因而提出子陣列的主接收線圈間距按指數(shù)排列的新思想。這種陣 列布置方式使得陣列感應測井在徑向方向具有最少的重復信息。 依據(jù)式( 2 3 ) ，三線圈系的視電導率為 9 西安石油大學碩士學位論文 _ n r n r 吒豫+ 華 吒2 土硒i 彘一 ( 2 1 8 ) 圖2 - 3 三線圈系子陣列結(jié)構(gòu) 其中吒豫是由雙線圈系t r 確定的視電導率：吒縐是由雙線圈系t b 確定的視電導率。將 式( 2 1 7 ) 代入式( 2 1 8 ) ，并利用k = 上，k = a l ，得 咿警 ( 2 1 9 ) 再將雙線圈系視電導率式( 2 5 ) 代入上式，得三線圈系的復視電導率式為 = 嘉南 ( 1 一姚) p 砒一( 1 一i k l 咖舭】 ( 2 - 2 。) 2 2 陣列感應數(shù)據(jù)處理方法 2 2 1 趨膚效應校正 趨膚效應影響【2 】是感應測井測量誤差的重要來源之一，它使感應測井測量值低于實 際地層的電導率。因此感應測井信號處理中必須將它消除。為了更好地進行趨膚效應校 正，首先分析感應測井中的趨膚效應影響，然后根據(jù)陣列感應測井儀器工作頻率的差異 分別設計兩種不同的趨膚效應校方法。 ( 1 ) 趨膚效應影響 設均勻地層電導率為盯，視電導率為吒，則趨膚效應誤差仃。定義為地層電導率與 1 0 第二章陣列感應數(shù)據(jù)處理和測井響應計算方法 視電導率的差值，即 o s2 口一吒 ( 2 - 2 1 ) 由( 2 5 ) 式知，吒為復數(shù)，i n 此o - , 也為復數(shù)。利用復視電導率的概念，定義復趨膚效應 誤差為吒= + f ，其中實部和虛部為 。哦2 0 o 口r o 議2 一。娃 ( 2 - 2 2 ) ( 2 2 3 ) 式( 2 2 2 ) 就是m o r a n 和k u i 以1 9 6 2 ) 定義的趨膚效應誤差【2 j ，它也是通常人們說的趨 膚效應誤差。圖2 _ 4 繪出了雙線圈系視電導率與地層電導率的關系曲線，圖中真電導率 為理想條件下( 即不考慮趨膚效應校正影響是) 的視電導率，由式( 2 6 ) 和( 2 7 ) 計算得出均 勻介質(zhì)條件下雙線圈系的視電導率實部和虛部。 從圖2 4 可以看出，( a ) 只有在理想條件下，視電導率吒與真電導率盯才為線性關 系；( b ) 當盯 0 1 s m 時，吒。非線性增加逐漸偏盯，而吒r 卻逐漸線性增大，這說明，隨著 地層電導率增大，視電導率實部與真電導率出現(xiàn)的差別在視電導率虛部上反映出來，或 者說趨膚效應使視電導率實部與真電導率不同，同時出現(xiàn)視電導率虛部。 由式( 2 5 ) 可知，趨膚效應影響與線圈間距三、磁導率a 、頻率廠和地層電導率仃都 有關系。 從電磁波理論上來說，電磁波在有耗媒質(zhì)( 如電導率不為零的媒質(zhì)) 中從一點傳播到 另一點時，由于能量損耗，必然存在幅度衰減和相位移動，在感應測井中表現(xiàn)為復視電 導率，其值低于真電導率。這就是趨膚效應產(chǎn)生的物理原因。 規(guī)電導率= 電導率 。o ， ，l 視電導率實部 y l 視電導率虛部 i ：p - 1 7 i ， 7 卅 i j 荔 ， 涿i ： l ： l ； ， 一 孝 一 _ # 。 ， ， l 一r 。 。 ， 圖2 _ 4 雙線圈系視電導率與地層電導率的關系 西安石油大學碩士學位論文 ( 2 ) 雙頻率趨膚效應校正方法 對于只有兩個工作頻率的陣列感應測井儀器，如h a l l i b u r t o n 公司的h r a i 主要有兩 個工作頻率理( s k h z 和3 2 k h z ) ，理論上講，在低電阻率地層使用低頻數(shù)據(jù)，高電阻率 地層使用高頻數(shù)據(jù)，中等電阻率地層兩種頻率均適用【2 6 1 。但在實際應用中，采用該種方 法進行趨膚效應校正，總是存在一些問題。下面來討論雙頻率趨膚效應校正方法： 對k ( 2 2 0 ) 進行關于頻率開方( y = 廠) 的級數(shù)展開，取其實部，得 o a r _ r - ：2 1 - 9 3 噦+ 一2 _ 1 - 0 ：sc 3 y 3 - - 土堅 4 + 上一1 - o ：7c s y s _ a ( 2 2 4 ) 仃31 一口2 。1 5l 一口21 81 一口2 。 1 0 51 一口2 式中，c = 三掣盯。根據(jù)式( 2 - 2 0 ) ，可以得出關于頻率開方的一階導趨膚效應校正，公 式為 = 一y 孥 ( 2 2 5 ) 噦 校正后的殘余誤差為 o e r2 盯一o - , c = 盯陪器c 3 y 3 一1 呂c 6y + 三1 0 5 器 5 l q 。2 6 = 盯l 一一 一一_ 。y 。+ _ c 。y 。l i1 51 一口21 一口2 7 1 一口2 7 將式( 2 2 4 ) 和式( 2 2 5 ) 代入式( 2 2 3 ) ，得 叫西4 呂c 3 y 3 1 絲c 4 y 4 + 志昌c s y s - a c y61 - o r 2c y 】( 2 - 2 7 ) 2 盯i - f 而f 】 比較式( 2 2 5 ) 和式( 2 2 7 ) 表明，對頻率開方的一階導數(shù)趨膚效應校正后，殘余 趨膚效應影響是3 次方以上函數(shù)，當趨膚效應影響不是很嚴重時，殘余誤差己很小。 根據(jù)數(shù)值求導方法，給定2 種頻率及其相應的視電導率就可計算式( 2 2 5 ) 中的導 數(shù)，并對其中一個頻率的視電導率進行趨膚效應校正。實際測井中，在正常工作范圍， 高頻信號大、穩(wěn)定，而低頻信號小，測量噪聲大，因此選擇對高頻信號進行趨膚效應校 正，即 陌 o s c h f ( z ) = c r y h ( z ) 一7 燁t o n ( z ) 一( z ) 】幸以z ) ( 2 2 8 ) 0 j h 一、1 ) l 式中，o s c h l ( z ) 為趨膚效應校正后的視電導率：( z ) 為高頻測量信號的實部； c r , , m ( z ) 為低頻頻測量信號的實部；以和石分別為高低工作頻率；以2 ) 為低通濾波器， 其目的是消除低頻信號中的隨機干擾信號；后面一項表示低通濾波器與高、低頻測量信 號之差的卷積。 從( 2 2 8 ) 式，它相當于視電導率關于頻率平方根的一階導數(shù)在高頻平方根處的展 開。因此，利用( 2 2 8 ) 式可以實現(xiàn)對測量信號的趨膚效應的一階導數(shù)校正。使用這種 1 2 第二章陣列感應數(shù)據(jù)處理和測井響應計算方法 方法進行趨膚校正時還要考慮高低頻視電導率的關系，由( 2 - 2 8 ) 式可知，僅當 時，即上式右端第二項為正時，才能實現(xiàn)趨膚效應校正；否則，就不能補償趨膚效應影 響。而這種情況只發(fā)生在電導率比較低的時候，此時低頻信號較小，測量結(jié)果不準確。 相反，高頻測量信號較大，測量結(jié)果比較準確，可直接使用高頻信號作為趨膚效應校正 后結(jié)果。在具體處理時可以根據(jù)高低頻率測量信號之差，來設置一個較小的開關閥值， 選擇校正方法。 ( 3 ) 多頻率趨膚效應校正方法 對于由多個工作頻率的陣列感應測井儀器，如a t l a s 公司的h d i l 陣列感應儀有8 個工作頻率( 1 0 m z ，3 0 k h z ，5 0 k h z ，7 0k h z ，9 0k h z ，1 1 0k i - i z ，1 3 0k h z ，1 5 0l d t z ) ， 采集到豐富的頻率信息，可以利用視電導率與頻率的函數(shù)關系實現(xiàn)多頻率趨膚效應校 正。圖2 5 給出不同地層電導率( o 0 1 、o 1 、0 5 、1 o 、2 0 、5 o 和l o o s m ) 時視電導 率隨頻率的變化關系。 1 0 9 8 7 6 艇5 曲4 = 口 襄3 2 1 o - - 一一- o 1s m - 0 5s m 一1s m - 2s l m - - 5s m 、 1 0s ，m 、 、 - -、