[发明专利]水平井复杂环境随钻电磁波电阻率测井快速仿真方法

权利要求书

1.水平井复杂环境随钻电磁波电阻率测井快速仿真方法，其特征在于，该电阻率测井快速仿真方法包括：

步骤1，依照随钻电磁波电阻率仪器工作原理，设定工作频率和收发线圈源距，将发射线圈等价为点源，根据单位磁偶极子发射源随时间变化关系，建立单位磁偶极子电磁场分量关系式；

步骤2，将水平井地层模型等价拆分包含井斜、层界面、原状地层水平电阻率、各向异性系数、地层介电常数、边界距参数的纵向成层介质模型和包含仪器结构、井眼直径、泥浆电阻率、井眼偏心距、偏心方位、侵入深度、侵入带电阻率、原状地层电阻率的径向成层介质模型，其中，将水平井地层模型等价拆分纵向成层介质模型和径向成层介质模型，具体包含以下几个步骤：

1)按照三维空间地层电性分布和结构参数，充分考虑层、侵入、倾斜、井眼变化，建立三维原始模型；

2)按照原始模型的层数、层界面位置、层内水平电阻率、垂直电阻率、地层倾角、地层方位角、井斜角、采样深度、采样间隔建立新纵向成层介质模型，纵向成层介质模型不考虑模型参数径向上变化；

3)按照原始模型参数在径向上变化，逐采样点建立径向成层介质模型，模型参数与原始模型在对应采样点处井径、泥浆电阻率、侵入深度、侵入带电阻率、仪器偏心距一致，原状地层电阻率不予赋值；

步骤3，将步骤2纵向成层介质模型利用解析解方法进行包括数值模拟、信号补偿、电阻率转换的操作，获得仪器纵向成层介质中的测井响应,具体包括：1)纵向共有n+1层介质中，各层层界面位置、层厚和地层参数不尽相同，各层编号为k＝0，1，…，n，磁偶极子源在第j层，方向单位磁偶极子产生TE波，方向单位磁偶极子既产生TM波又产生TE波，方向单位磁偶极子也是既产生TM波又产生TE波；

2)根据电场和磁场z分量的Sommerfeld积分形式以及层界面处电场和磁场的切向量连续，得到z分量的电场和磁场强度表达式；

3)根据所述z分量的电场和磁场强度表达式以及Maxwell方程组电场和磁场波模的切向分量与纵向分量之间的关系，得到方向单位磁偶极子在x，y分量上的电场和磁场强度表达式；

4)对推导得到的电场和磁场强度表达式进行积分计算，即可得到各个方向磁偶极子x，y，z分量的电场和磁场值；

5)根据接收线圈处的电场强度或磁场强度计算得到接收线圈处的感应电动势，分别计算出两个接收线圈的相位和幅度；

6)用两个接收线圈得到的相位做差，幅度做比值，得到相位移和幅度衰减；步骤4，将步骤3中的测井响应，替代步骤2中径向成层介质原状地层电阻率，调用径向成层解析解数值仿真方法，计算测井响应，对计算得到的信号进行包括对称补偿、电阻率工程转换的操作获得电阻率曲线，具体包括；

1)径向成层介质模型采用逐源距和频率仿真，利用步骤3中纵向成层介质正演结果对应源距和频率下的电阻率值，赋值径向成层模型原状地层电阻率，将径向成层介质模型补充完整；

2)根据环形电流源随时间的变化关系为exp(iωt)，其中ω为角频率，有ω＝2πf，f为交变电流频率；并假设在地层直角坐标系中，水平面为xy面，源点的位置坐标为r_t＝(x_t，y_t，z_t)，场点的位置坐标为r＝(x，y，z)，则方向单位磁偶极子在均匀各向异性介质中产生的Hertz势可表示为：

式中，μ_b为均匀介质磁导率，σ_hb为均匀各向异性介质的水平复电导率；

3)建立电磁场与Hertz势之间的关系式：

其中E为电场强度，Π为Hertz势，i为虚部单位，为均匀各向异性介质的电导率张量；

4)根据Maxwell方程组，建立电场和磁场波模的切向分量与纵向分量之间方程组：

式中表示磁场波模切向分量，表示磁场波模纵向分量，表示电场切向分量，表示电场纵向分量，μ为磁导率，ε_h为介电常数，λ为积分变量，为各向异性系数，σ_vb为均匀各向异性介质的垂向复电导率；

5)求解上式线圈处的电场强度或磁场强度，计算得到接收线圈处的感应电动势，进而计算得到两个接收线圈之间的相位差和幅度比值；

6)将相位差值和幅度比值通过电阻率转换链表转换成电阻率；

步骤5，对计算后得到的电阻率曲线进行包括井眼环境校正、偏心校正的环境因素校正操作，最后获得输出电阻率仿真结果。

2.根据权利要求1所述的水平井复杂环境随钻电磁波电阻率测井快速仿真方法，其特征在于，在步骤1中，依照随钻电磁波电阻率仪器工作原理，根据单位磁偶极子发射源随时间变化关系，建立单位磁偶极子电磁场分量关系式，包含以下几个步骤：

1)单位磁偶极子源随时间的变化关系为e^iωt，其中ω为角频率，得到方向单位磁偶极子在均匀各向异性介质中产生的Hertz势；

2)将所述Hertz势经过转化处理后表示为Sommerfeld积分形式；

3)由电磁场与Hertz势之间的关系式可以得到沿三个方向单位磁偶极子产生的电场和磁场各分量的解析式，并将解析式表示为Sommerfeld积分形式，其中电场和磁场z分量的Sommerfeld积分形式分别表示成波模积分的形式；

4)根据Maxwell方程组，电场和磁场波模的切向分量与纵向分量之间的关系以及所述电场和磁场z分量的Sommerfeld积分形式，分别计算得到电场和磁场x、y分量的Sommerfeld积分表达式。