CN-FDTD分析隨鉆電磁波電阻率測井的電磁響應.pdf

1、隨著世界石油工業(yè)的不斷發(fā)展，隨鉆電磁波電阻率測井在油氣勘探中得到廣泛應用。時域有限差分方法是目前用于模擬隨鉆電磁波電阻率測井過程的重要數(shù)值方法，但任何一個方法都有其優(yōu)點和缺點。傳統(tǒng)的時域有限差分方法時間步長的選取受限于Courant-Friedrich-Levy(CFL)穩(wěn)定性條件，即其時間步長的選取與空間步長相關，當對精細結構進行模擬時，傳統(tǒng)的時域有限差分方法往往是十分耗時的。本文采用基于Crank-Nicolson差分格式的柱坐標系

2、時域有限差分方法(CN-FDTD)，克服了穩(wěn)定性條件限制，結合CUDA平臺，進一步加速Crank-Nicolson時域有限差分方法的計算速度。應用此高速平臺分析研究了正弦源產生的電磁波在地層中傳播的瞬態(tài)特性和隨鉆電磁波電阻率測井儀在各向同性地層中的電磁響應。
　　 首先，在分析隨鉆電磁波電阻率測井原理和鉆井模型的基礎上，推導出圓柱坐標系下的CN-FDTD遞推公式，分析了CN-FDTD遞推過程中激勵源的設置和吸收邊界問題。編程實現(xiàn)

3、了基于通用圖形處理器的CN-FDTD計算程序，為研究隨鉆電磁波電阻率測井的電磁響應搭建了高速計算平臺。
　　 其次，本文通過研究正弦源產生的電磁波在不同電導率地層中的瞬態(tài)傳播特性，觀察到電磁波在電導率不為零的地層中傳播時存在損耗，且距離越遠，損耗越嚴重，因此，隨鉆電磁波電阻率測井應該研究電磁波在地層中的近場特性。通過觀察不同頻率的正弦波在地層中的傳播情況，發(fā)現(xiàn)發(fā)射頻率越高，電磁波受趨膚效應的影響越大，在地層中的衰減越快。

4、　　 最后，重點研究了CN-FDTD方法在隨鉆電磁波電阻率測井響應分析中的應用。通過比較CN-FDTD與FDTD方法在多層地層中的計算速度和內存占用比，可以看出，雖然CN-FDTD要占用更多的內存，但其計算結果與FDTD相當吻合，計算速度可以達到傳統(tǒng)FDTD的6倍左右。研究分析了不同儲集層厚度和不同侵入帶深度對幅度比曲線和相位差曲線的影響。數(shù)值模擬表明，相位差曲線可分辨出更薄的地層，儲集層厚度越薄，其電導率越容易受上下兩層地層的影響。