引用本文
范业活, 李威, 聂在平, 杨志强, 孙向阳. 2016. 基于NMM随钻电磁波传输信道特性分析. 地球物理学报, 59(3): 1125-1130, doi: 10.6038/cjg20160332
FAN Ye-Huo, LI Wei, NIE Zai-Ping, YANG Zhi-Qiang, SUN Xiang-Yang. 2016. Analysis of EM-MWD channel based on NMM.
Chinese J. Geophys. (in Chinese), 59(3): 1125-1130, doi: 10.6038/cjg20160332
基于NMM随钻电磁波传输信道特性分析
范业活
1,2, 李威
1, 聂在平
1, 杨志强
2, 孙向阳
1
1. 电子科技大学, 成都 611731;
2. 中国电波传播研究所, 河南 新乡 453003
收稿日期: 2014-08-17 2015-12-30 收修定稿
基金项目: 国家自然科学基金项目(61231001)资助.
作者简介: 范业活,男,1979年生,在读博士生,主要从事随钻传输和电测井理论方法研究.E-mail: fanyehuo@sina.com
摘要: 基于数值模式匹配法(NMM)与源等效原理,建立了随钻电磁波传输理论模型,可以同时考虑介质的径向和轴向非均质性,便于分析套管、泥浆、高导层、高阻层对信号传输的影响.通过理论计算结果与试验结果对比,验证了理论模型的正确性.在此基础上对地层电阻率、工作频率、套管、泥浆、钻柱导电性、高导层和高阻层对信号传输的影响进行了计算分析.
关键词:
电磁波随钻测量
数值模式匹配法
等效原理
信道
Analysis of EM-MWD channel based on NMM
FAN Ye-Huo
1,2, LI Wei
1, NIE Zai-Ping
1, YANG Zhi-Qiang
2, SUN Xiang-Yang
1
1. University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611713, China;
2. China Research Institute of Radiowave Propagation, Henan Xinxiang 453003, China
Abstract: In this paper, a theoretical model of EM-MWD has been set up based on the numerical mode matching method(NMM) and source equivalent principle. This model can consider radial and axial heterogeneities, and facilitate analysis of effects of casing, mud, high-conductivity layers, and high resistivity layers on signal transmission. The correctness of this theoretical model has been proved by calculation and field test. The influences of formation resistivity, working frequency, casing, drilling mud, pillar, high conductivity layers and high resistivity layers on the signal transmission are analyzed.
Key words:
EM-MWD
NMM
Equivalent principle
Channel
1 引言
随着欠平衡钻井、气体钻井等特殊钻井工艺的应用,电磁波传输方式受钻井介质影响小的优势更显著,另外电磁波传输不依赖钻井介质循环,在接钻杆时可以传输信息,减少传输占用钻井时间,提高工作时效(范业活等,2013),因此,近年来电磁波随钻测量技术成为研究的热点.
有关随钻电磁波传输的理论研究主要可分为两类,一类是基于低频近场特点的等效近似方法——等效传输线法(Wait and Fuller,1973;刘章发,1988;熊皓等,1995;范业活等,2013);一类是基于求解场方程边值问题的数值方法(Lovell.,1993; Li et al.,2014).基于第一类方法的研究,需将模型进行简化,一般将地层简化为均匀介质(Wait and Fuller,1973;刘章发,1988;熊皓等,1995)或不考虑套管的影响(范业活等,2013)与实际情况差别较大.基于第二类方法的研究,可采用有限元素法(Lovell.,1993),由于问题的求解区域大,边界条件复杂,求解难度大.课题组利用激励源等效关系,结合数值模式匹配法建立了可以考虑水平分层和径向分层的理论模型(Li et al.,2014),但没有与实测的试验结果进行比较,也没有对现场常出现的高导层、高阻层等影响信号传输的因素进行分析.本文通过计算结果与试验结果比较,验证了理论模型的正确性,并对套管、泥浆、高导层、高阻层等对信号传输的影响进行了计算分析.
2 问题描述
井下测量信息经发射机编码调制后激励到发射天线(由特殊工艺将钻柱绝缘形成的非对称偶极天线)两端,信号经由地层、钻柱、套管、泥浆等构成的信道传输到地面,地面通过测量井口与距井口一定距离(通常为几十米)两点之间的电位差的变化拾取信息.基本原理如图 1所示,图中已对实际问题进行简化处理,地层为水平分层,井为直井,且模型具有轴对称性.本问题简化后的物理模型为考虑了钻柱、井眼、泥浆、套管和水平分层的轴对称模型.模型中将地面上方的空气看做分层介质的一层,计算时赋予相应的电磁参数,即可考虑地面的影响.