Введение к работе
Акпальность_темы. увеличение глубин разведочного бурения сква-кин приводит к возрастанию доли коллекторов сложного строения,как правило характеризующихся ярко выраженной анизотропией физических свойств: проницаемости, электрической проводимости и т.п.Применяемый в настоящее время комплекс электрических и электромагнитных методов каротажа (ЭК и ЭМК) позволяет оценивать анизотропные пласти только в благоприятных условиях ( большая мощность пласта,отсутствие или неглубокое проникновение,одноосная анизотропия с вертикальной осью ), в целом же задача выделения анизотропных пластов, особенно с произвольным направлением оси (или осей) анизотропии проводимости в пространстве не решается. Это обусловлено практически полным (за исключением наклономеров) отсутствием в современном комплексе ЭК и ЭМК методов,обладающих ориентированной в пространстве чувствительностью. Учитывая вышеизложенное,а также то обстоятельство,что определение всех компонент тензора проводимости анизотропного пласта позволит точнее определять тип коллектора, структуру его пустотного пространства,зависимость проницаемости коллектора от направления (что очень важно,например,для оптимизации сетки эксплуатационных скважин),разработка аппаратуры,обеспечивающей решение указанных выше задач, является весьма актуальной и своевременной.Поскольку анизотропия коллекторских свойств тесно связана с анизотропией электрической проводимости Горных пород,одним из перспективных методов изучения'анизотропных пластов является аппаратура электромагнитного каротажа,обеспечивающая регистрацию грех взаимноперпендикулярных компонент магнитного поля,создаваемого ориентированным в пространстве излучающим магнитным диполем, пространственная ориентация которого периодически изменяется во времени.Указанные зонды,назовем их зондами трехкомпонентного электромагнитного каротажа,могут быть реализованы системами трех взаимноперпендикулярных катушек,в которых пространственная ориентация излучающего диполя изменяется соответствующим изменением фаз питающих генераторные катушки зонда токов.
Пелью_работы является разработка теоретических и практических основ трехкомпонентного электромагнитного каротажа.
Основные_з'адачи_исследований:
-решение прямых задач и разработка алгоритмов и программ для
расчета показаний зондов трехкомпонентного электромагнитного каротажа в однородных анизотропных средах с произвольной,с вертикальной и горизонтальной осями анизотропии,без и при наличии скважины кругового сечения,при осэвом и не осевом расположении зондов в скважине;
-анализ информационных возможностей трехкомпонентного электромагнитного каротажа по разделению анизотропных горных пород с различными ориентацияда осей анизотропии и определению электрических параметров этих пород;
-обоснование основных технических требований к зондам трехкомпонентного ЭМК для изучения анизотропных сред с произвольной ориентацией оси анизотропии проводимости в пространстве.
Ш22Ш.исследования.Работа выполнялась на основе математического моделирования электромагнитных полей,возбуждаемых произвольно ориентированным гармоническим магнитным диполем в проводящей неоднородной анизотропной ере це с произвольной ориентацией оси анизотропии проводимости.
Научная_новизна состоит в следующем:
-получены аналитические выражения для электромагнитных полей, создаваемых произвольно ориентированными гармоническими магнитными диполями в скважине.пересекающей анизотропный пласт неограниченной мощности с горизонтальной (диполь на оси скважины) и вертикальной (диполь смещен с оси скважины) осями анизотропии проводимости;
-показано,что регистрация трех взаимноперпендикуляршх компонент магнитного поля,создаваемых каждым из трех взаимноперпендику-лярных магнитных диполей,дает принципиальную возможность определения двух главных параметров однородного одноосно-анизотропного пласта:значений ; дельной проводимости среды вдоль и перпендикулярно оси анизотропии и ориентации последней в пространстве;
-предложен комплекс фокусированных зондов,содержащий два разноглубинных зонда Ж,два зонда ИК-Ш1,повернутые по азимуту один относительно другого на угол 90,два зонда ИК с взаимноперпендику-лярными катушками в горизонтальной плоскости,повернутые по азимуту друг относительно друга на угол 45,два зонда ИК с взаимнопер-пендикулярными катушками в вертикальной плоскости,повернутые по азимуту друг относительно друга на угол 90;получены количественные оценки радиусов исследования указанных зондов,влияния на их показания параметров скважины,пласта и эксцентриситета зондов.
Практическая_ценность работы заключается в создании для ЭВМ [ВМ-РС-АТ комплекса программ для расчета показаний зондов трехком-юнентного электромагнитного каротажа в скважине,пересекающей анизотропный пласт неограниченной мощности с произвольной ориентацией з пространстве оси анизотропии проводимости,для создания методи-їєского обеспечения палеток и определения наиболее перспективных цля реализации схем измерения.
Реализация^ез^льтагов_рабдты.Рассчитанные и обоснованные автором параметры зондов и количественные оценки влияния различного рода факторов на показания этих зондов положены в основу " Технического задания на НИР по созданию аппаратуры трехкомпонентного ЭМК для изучения анизотропных пластов ".разработка которой предполагается зо ВНИГЖ в 1994-1996 г.г.
Основше_задищаемые_полокения:
-применение метода разделения переменных и использование теоремы сложения функций Бесселя позволяет решить задачи- о распределении электромагнитного поля произвольно ориентированного магнитного диполя,расположенного на оси цилиндрической поверхности раздела в среде с осью анизотропии перпендикулярной оси цилиндрической поверхности,и смещенного с оси цилиндрической поверхности в среде с осью анизотропии параллельной оси этой поверхности;
-регистрация в электромагнитном каротаже трех взаишоперпен-дикулярных компонент магнитного поля,генерируемых каждым из трех взаимноперпендикулярных магнитных диполей,создает принципиальную возможность разделения горных пород с различной ориентацией оси анизотропии и определения нормальной и тангенциальной состаїлящих удельной электрической проводимости (УЭС) этих пород;
-шестнадцатикатушечный зонд для скважинной аппаратуры трехкомпонентного ЭМК,реализующий пары фокусированных зондов четырех типов: с диполями вертикальными (Ж), горизонтальными соосными (ИК-1Ш),взаимноперпендикулярными в горизонтальной плоскости и взаимноперпендикулярными в вертикальной плоскости; позволяющий измерять электрические свойства анизотропных сред в скважинах диаметром до 0,3 м при УЭС бурового раствора более 0,2 Ом.м в пластах толщиной более 1,5-2 м.
Апробация и публикация работы.Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзной конференции " Условно-корректные задачи математической физики и математического анализа"
-k-
в г.Новосибирске (1992г.), на секции Ученого совета ВНИГИКа (1993г.).По теме диссертации опубликовано 4 работы и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.
Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения,3-глав и заключения,содержит 102 страницы текста, II таблиц, 21 рї сунок.Библиография включает 108 наименований.
Автор выражает признательность своим научным руководителям: доктору технических наук.профессору С.Б.Денисову и доктору техш ческих наук Е.В.Чаадаеву за внимание и помощь в процессе работы над диссертацией.
Автор благодарит доктора технических наук,профессора П.П.Макг гонова за ряд ценных замечаний при постановке темы исследования.
Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность к.ф.-м.н. В.В.Вержбщкому за постановку темы исследований и поддержку на всех этапах работы.Автор благодарен к.ф.-м.н. Б.В.Руд* ку,к.ф.-м.н. В.А.Пантюучну.к.т.н. Ю.Л.Шеину.к.т.н. А.В.Малинину, к.ф.-м.н. Е.Л.Датнову.с.н.с. Г.Я.Каган,н.с. Г.С.Стельмаху за кої структивные замечания и обсуждения,вед.инж. Т.Г.Ематовой за болі шую работу по составлению программ и проведению расчетов на ЭВМ, инженеру Г.А.Курицыной за помощь в оформлении материалов диссертации.