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三分量阵列感应测井仪器与传统的阵列感应测井仪器不同，线圈系探头由3个相互正交的发射-接收线圈组成，测量具有9个分量的张量电导率，体现出地层的电各向异性信息，同时获得地层倾角和仪器的方位角，能够探测传统方法难以探测到的薄储层、低渗透率储层，可以更有效地进行储层预测和产能评价，具有广阔的应用前景。但是现有三分量仪器沿用传统阵列感应的方法，利用屏蔽线圈抵消直耦的方法，导致共面线圈系径向响应出现了负值，纵向响应出现了严重的“犄角”现象，使得从测量值直接评估储层的油气藏含水(油)饱和度变得更加困难。针对这些问题，本文系统地研究了三分量阵列感应测井理论及相关技术，提出了一种新的2发射1接收共面子阵列结构，通过理论分析和实验验证，新的三分量共面子阵列结构有效地减少了负响应区域，降低了“犄角”的幅度，减小了趋肤效应影响，并且井眼影响近似为线性。这些都对三分量阵列感应仪器设计和测井响应解释评价具有重要的理论价值和现实意义。本文主要研究工作和贡献如下：
1.构建了复矢量麦克斯韦方程组，建立了无限大无耗媒质、导电媒质和混合媒质中线圈电流源产生的电磁场模型，清楚地描述了源与场的相互关系，直观展现了时谐电流源激发时变电磁场的过程和规律。提出了新的复矢量感应测井模型，分析了阵列感应测井发射线圈在井眼周围产生的电磁现象，揭示了接收电压信号与线圈电流源、周围地层导电媒质和激发的各次电场、磁场、感应电流的实部和虚部之间的相互关系，为阵列感应测井仪器周围井眼、地层、金属体影响的测井解释提供理论依据。
2.采用类似于阵列感应测井响应的计算方法，计算研究三分量共轴线圈系和共面线圈系的均匀地层响应特性、Born几何因子响应特性和参数影响特性，发现目前三分量阵列感应共面线圈系测量信号的趋肤效应明显大于共轴线圈系，尤其长子阵列。在径向和纵向出现了激烈变化的负响应，通过调整发射线圈频率、屏蔽线圈的距离和匝数无法改善，负的响应影响依然存在，这是目前三分量阵列感应共面线圈系的固有缺陷。通过考察发射与接收线圈分割的空间区域涡流对接收电压的影响规律，揭示了三分量阵列感应共面线圈系存在“负响应”的原因。
3.提出了基于水平磁偶极子磁赫兹位矢量的测井响应正演计算方法。引入Bessel函数，应用层边界的切向连续，建立了径向柱状和纵向层状非均匀地层中三分量阵列感应测井响应的求解方法。详细研究了径向和纵向非均匀地层中三分量共轴和共面线圈系的响应特性。实验分析表明,共面子阵列的井眼影响和围岩影响与共轴子阵列显著不同，井眼影响是导致测井响应为负值的主要原因。对比共面线圈系实验室建模仿真与现场试验结果，可以使用三分量阵列感应共面线圈系的发射线圈或者主接收线圈识别地层边界。
4.提出了一种新的2发射1接收共面子阵列结构。计算对比分析了新共面线圈系与常规共面线圈系的均匀地层响应特性、Born几何因子响应特性、标准8in井眼中的井眼影响和水平层状非均匀地层中的响应特性。考察了薄交互地层、Chirp地层和倾斜各向异性地层等复杂地层中，两种不同共面线圈系结构的测量结果。通过分析由发射线圈、屏蔽线圈和接收线圈分割的不同空间区域涡流对接收电压的影响，揭示了新共面线圈系减小趋肤效应影响和降低负响应的机理。
5.根据理论研究结果，设计了三分量阵列感应的实验装置，包括发射电路、线圈系和接收电路。确定了实验装置中发射和接收参数设计原则，为消除发射线圈中的噪声干扰，采用阻抗匹配方法，在发射电路中并联谐振电容达到选频滤波的功能。使用该实验装置，完成了共轴线圈系、共面双线圈系、常规共面线圈系和新共面线圈系发射和接收信号的测量。实验验证了新共面线圈系的响应特性与常规共面线圈系相比，响应特性得到有效改善。基于本设计，测量装置还可研究线圈系匝数、距离以及发射信号频率等参数变化对接收信号的影响，为三分量阵列感应仪器的设计提供实验基础。
综上所述，与目前三分量阵列感应共面线圈系相比，本文的新共面线圈系结构不仅改善了负响应问题和层边界的“犄角”现象，而且井眼影响近似为线性且空间分辨率提高了2倍，对准确评估地层信息取得了积极的效果，同时为三分量阵列感应测井仪器设计和应用奠定理论基础。
1.构建了复矢量麦克斯韦方程组，建立了无限大无耗媒质、导电媒质和混合媒质中线圈电流源产生的电磁场模型，清楚地描述了源与场的相互关系，直观展现了时谐电流源激发时变电磁场的过程和规律。提出了新的复矢量感应测井模型，分析了阵列感应测井发射线圈在井眼周围产生的电磁现象，揭示了接收电压信号与线圈电流源、周围地层导电媒质和激发的各次电场、磁场、感应电流的实部和虚部之间的相互关系，为阵列感应测井仪器周围井眼、地层、金属体影响的测井解释提供理论依据。
2.采用类似于阵列感应测井响应的计算方法，计算研究三分量共轴线圈系和共面线圈系的均匀地层响应特性、Born几何因子响应特性和参数影响特性，发现目前三分量阵列感应共面线圈系测量信号的趋肤效应明显大于共轴线圈系，尤其长子阵列。在径向和纵向出现了激烈变化的负响应，通过调整发射线圈频率、屏蔽线圈的距离和匝数无法改善，负的响应影响依然存在，这是目前三分量阵列感应共面线圈系的固有缺陷。通过考察发射与接收线圈分割的空间区域涡流对接收电压的影响规律，揭示了三分量阵列感应共面线圈系存在“负响应”的原因。
3.提出了基于水平磁偶极子磁赫兹位矢量的测井响应正演计算方法。引入Bessel函数，应用层边界的切向连续，建立了径向柱状和纵向层状非均匀地层中三分量阵列感应测井响应的求解方法。详细研究了径向和纵向非均匀地层中三分量共轴和共面线圈系的响应特性。实验分析表明,共面子阵列的井眼影响和围岩影响与共轴子阵列显著不同，井眼影响是导致测井响应为负值的主要原因。对比共面线圈系实验室建模仿真与现场试验结果，可以使用三分量阵列感应共面线圈系的发射线圈或者主接收线圈识别地层边界。
4.提出了一种新的2发射1接收共面子阵列结构。计算对比分析了新共面线圈系与常规共面线圈系的均匀地层响应特性、Born几何因子响应特性、标准8in井眼中的井眼影响和水平层状非均匀地层中的响应特性。考察了薄交互地层、Chirp地层和倾斜各向异性地层等复杂地层中，两种不同共面线圈系结构的测量结果。通过分析由发射线圈、屏蔽线圈和接收线圈分割的不同空间区域涡流对接收电压的影响，揭示了新共面线圈系减小趋肤效应影响和降低负响应的机理。
5.根据理论研究结果，设计了三分量阵列感应的实验装置，包括发射电路、线圈系和接收电路。确定了实验装置中发射和接收参数设计原则，为消除发射线圈中的噪声干扰，采用阻抗匹配方法，在发射电路中并联谐振电容达到选频滤波的功能。使用该实验装置，完成了共轴线圈系、共面双线圈系、常规共面线圈系和新共面线圈系发射和接收信号的测量。实验验证了新共面线圈系的响应特性与常规共面线圈系相比，响应特性得到有效改善。基于本设计，测量装置还可研究线圈系匝数、距离以及发射信号频率等参数变化对接收信号的影响，为三分量阵列感应仪器的设计提供实验基础。
综上所述，与目前三分量阵列感应共面线圈系相比，本文的新共面线圈系结构不仅改善了负响应问题和层边界的“犄角”现象，而且井眼影响近似为线性且空间分辨率提高了2倍，对准确评估地层信息取得了积极的效果，同时为三分量阵列感应测井仪器设计和应用奠定理论基础。