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1、目录摘要Abstract ? ? ? ? ? ?“？ ? ? ? ?IX? ? ? ? ? ? ?缩略名词索引1研究背景和意义1.2 国内外研究现状及存在问题 31.3 论文内容安搭 61.4 参考文献 9第二旗含流体地层的电学特性 132岩石介电特性简介 131.1.1 电介质的介电常数 131.1.2 地层介电特性的微观机理 151.1.3 界面极化与岩石的介电特性 182.2 地层介电混合定律 192.3 测M地层介电特性的方法 222.4 本旗小结 252.5 参考文献 26第jzzs旗八6八八分析方模型 283时域有限差分法 292.5.1 麦克斯韦方程 302.5.2 Yce 氏元
2、胞 312.5.3 三维宜角坐标下的 FDTD差分方程 331.1.5 边界条件 371.1.6 设置激励源 393.2 地层模型的建立及参数设置 403.2.1 模型电学参数的选取 403.2.2 模型结构设置 433.3 本旗小结 443.4 参考文献 45第四旗宽频介电测井系统的理论分析? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 474.1 地层复介电常数频散 474.2 宽频介电测井仪的简化模型 484.3 仪器的宽频响应分析 524.3.1 地层线性分析系统的建立 524.3.2 计算结果与讨论 554.4 本旗小结 604.5 参考文献 62第五旗宽频天域设计和仪器在地
3、层的响应 645宽频天线参数优化 655.2 宽频介电测井仪结构参数设置 685.3 仪器在地层的响应 705.3.1 仪器在均匀地层的响应 705.3.2 仪器在层状地层的响应 725.4 本旗小结 755.5 参考文献 76第六旗仪器辐射电重波传播特性分析及钻铤结构优化 786.1 介电测井仪的电磁波传播特性分析 786.2 沿金属钻铤传播的 Goubau波 806.3 根据探测深度需求对钻铤结构的优化 85ii6.3.1绝缘体钻铤85632金属缓坡钻铤 896.4 本旗小结 956.5 参考文献 96第七旗总结与展望 987.1 总结 987.2 展望99博士期间发表的论文103附录英文
4、论文两篇104ii iContentsABSTRACT(Chinese)IABSTRACT VDescription of Symbols.?_?IXChapter1 Introduction11? 1 Background 11.2 Research status.1.3 ? 3 Organization of the dissertation 61.4 Reference9Chapter2 Dielectric properties of fluid saturated formation ? ? ?132.1 Introduction of rocks dielectric proper
5、ties 132.1.1 Description of dielectric properties 132.1.2 Microscopic mechanism formation dielectric properties 152? 3 Interfacial polarization 182.2 Dielectric mixinglaw 192.3 Dielectric logging tools 222.4 Summary252.5 Reference26Chapter3 Numerical analysis methodand formationmodel ? 283? 1 Finite
6、 Difference time domain method 293? 1? 1 Maxwell equations 303? 2 Yee5 cell313? 1? 3 The FDTD differential equation in theCartesian coordinate 331.1.4 The numerical stability and numerical dispersion351.1.5 Boundary conditions37iv3.2 Formation model and parameters setting403.2.1 Parameters of the mo
7、del403.2.2 Structure of the model433.3 Summary443.4 Reference45Chapter4 Theoretical analysis of broadband dielectric logging tool474.1 Dispersion of fbrmations , dielectric properties 474.2 Simplified model of broadband dielectric logging tool -484.3 Broadband responses of the tool 5243.1 Linear sys
8、tem analysis of formation 5243.2 2 Results and analysis551.4 Summary切1.5 Reference62Chapter5 Design of UWB antennas and analysis of tooFs response in formations 645.1 Parameters optimization of the UWB antenna655.2 Structure parameters of the broadband dielectric logging tool 685.3 TooPs responses i
9、n formation705? 3? 1 Tools responses in homogenous formation705.3.2 TooPs responses in layered formation725.4 Summary755.5 Reference76Chapter6 EM wave propagation features analysis and drilling collar structure6.1 EM wave propagation featuresof dielectric logging tool 786.2 Goubau wavealongthe metal
10、collar806.3 Collar structure optimization for different investigation depth8563.1 Drilling collar with insulated material 8563.2 2 Metal collar with gentle slopes 896.4 Summary956.5 Reference96Chapter7 Summary and prospect987.1 Summary987.2 Prospect99Acknowledgement101Publications104Appendix : Two E
11、nglish papersvi摘要21世纪以来，石油技术人员不断开发新的能够探测油田地层特性的仪器，具中利用电磁波测M岩石和流体性质的介电测井就是一种新的技术。介电测井可以 对含淡水、矿化水或矿化度未知的储层的孔隙度进行测最，根据含水孔隙度，可 得出与 电阻率无关的流体饱和度。测井分析人员可将介电测M结果与深探测仪器 获得的数 据相结合，用于识别含有可动油气的地层，这对于稠油油藏是极为重要的信息。对于地层这种复杂的多孔介质，通过的总电流为位移电流与传导电流的和，而总电流与地层的介电常数有关。 当外电场频率改变时，受多孔介质内各种导电 机理 的影响，介电常数也随之改变。所以，为了可以对地层的频散
12、特性有更全面的评估，自介电测井方法问世以来，仪器研发人员从未停止对介电测井的工作频率进行拓展，从最早 EPT的单点频，到最近推出的 Dielectric Scanner分布于2MHz至U 1GHz的 四点频率这使得仪器除了提供介电信息外，还能提供一项新参数-介电频散，根据这一信息，岩石物理学家可确定更多的地质参数，如岩石结构及泥质的影响。目前研究者们围绕电磁波信号发射接收装K的设计也开展了大M的工作，早期设备多使用缝隙天线，采集到的数据质M总是受井眼粗糙程度影响，而且测星精度也难以M化。为提高收发效率，改良探测精度，丰富探测深度，近期推出的仪器多使用偶极天线，并利用多发多收的天线模式，可同时提
13、供多种不同的径向探测深度，实现对泥饼、侵入带到原状地层的同时测M .在对天线电磁特性的研究及仪器对不同地层响应的分析中，设备的制造、参 数优化和标准地层的设置校准都是非常耗时、耗财的过程，因此理论研究对仪器的设计尤为重要。目前，针对用于介电测井的收发天线优化、仪器在复杂地层响应、钻铤结构的优化等问题尚没有明确的理论指导，为了节约实验成本，通常借 助计算机技术降低开发成本并加快设计过程。时域有限差分(Finite difference time domain method,FDTD)法是一种目前流行的电磁场数值仿真手段，适合解决电磁场的散射、传输及辐射等各种问题，在石油资源勘探、探地雷达、天线设
