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本文针对水平线圈系和倾斜线圈系感应类测井仪器在各向同性和各向异性地层的数值模拟展开了较深入的系统研究,主要包括高频电磁波测井的有限差分法(Finite DifferenceTime Domain,FDTD)建模、水平线圈系感应类测井的数值模式匹配法(NumericalMode-Matching,NMM)建模以及倾斜线圈系电磁波测井的垂向数值模式匹配法(VerticalNumerical Mode-Matching,VNMM)建模三个方面的内容,并通过大量的计算模拟考察各种因素对感应类测井特别是倾斜线圈系电磁波测井响应特征的影响,获得一些具有参考价值的理论结果。
为了有效考察各种复杂地层中感应类测井的响应特征,本文首先在柱坐标条件下建立了各向同性地层中的二维有限差分模型,在算法过程中通过引入单轴各向异性吸收边界条件(Uniaxial Perfectly Matched Layer,UPML)降低外边界反射,和在径向上采用非均匀网格划分技术减少网格节点个数,提高运算效率,并通过采用单频正弦磁偶源作为发射源和利用双方程算法(Two Equations and Two Unknowns,2E2U)从时域数值结果中快速提取电磁波的幅度和相位,最后本文通过与其它算法对比验证了时域有限差分法的精度和效率。
然而由于二维有限差分算法的效率仍不满足现场反演的需求,而且有限差分算法随着发射源的频率降低所需要的时间迭代次数增大,不利于低频感应类测井的模拟,所以本文随后采用数值模式匹配法模拟感应类测井的响应。首先采用数值模式匹配法模拟水平线圈系感应类测井在各向同性地层中的响应特征,包括低频感应测井和高频电磁波测井,综合考察了复合线圈构造的优势和不同因素对高频电磁波测井径向响应特征的影响。而后,本文采用垂向模式匹配法模拟倾斜线圈系电磁波测井在横向各向同性(Transverse Isotropic,TI)地层中的响应特征,通过对比分析水平线圈系和倾斜线圈系电磁波测井在各向异性地层中的响应特征,表明了倾斜线圈评价各向异性地层的能力,并对介电常数和各向异性指数对仪器响应信号的影响做了相关讨论和分析。最后通过大量的倾斜线圈系的数值模拟工作,首次分析不同源距、不同法向角度的线圈组合的径向探测特征、垂向探测特征和各向异性影响。这些成果可以为设计开发倾斜线圈系电磁波测井仪器提供理论依据和技术支持。