COMSOL有限元軟件在井間儲(chǔ)層電磁響應(yīng)分析中的應(yīng)用

雷琳 宋汐瑾

摘 要：以 COMSOL Multiphysics仿真軟件為工具建立井間儲(chǔ)層模型，通過添加物理場和網(wǎng)格剖分，求解井間電磁響應(yīng)，并分析井間距變化以及異常體的存在對于電磁響應(yīng)特征的影響。

關(guān)鍵詞：COMSOL Multiphysics；電磁響應(yīng)；有限元

0 引言

分析電磁場特性是了解和認(rèn)識(shí)地層構(gòu)造的有效方法[1]。COMSOL Multiphysics軟件（以下簡稱“COMSOL軟件”）提供了一個(gè)模擬平臺(tái)，對于電磁響應(yīng)有著更為直觀和清晰的表現(xiàn)。本文借助COMSOL軟件數(shù)值計(jì)算能力，模擬了不同條件下的電磁響應(yīng)。

1 COMSOL軟件簡介

COMSOL Multiphysics軟件是一款大型的高級數(shù)值仿真軟件，該軟件的最大優(yōu)勢就是多物理場的耦合，而多物理場的本質(zhì)是偏微分方程組，所以COMSOLMultiphysics是以有限元為基礎(chǔ)，通過求解偏微分方程或者求解偏微分方程組來模擬真實(shí)物理現(xiàn)象。

COMSOL軟件用于不同的模擬需求提供了多種研究模塊，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊、化學(xué)工程模塊、聲學(xué)模塊、熱傳遞模塊、射頻模塊、AC/DC模塊、地球科學(xué)模塊和微機(jī)電模塊8個(gè)專業(yè)模塊[2]。這些模塊中，預(yù)先定義了大量的物理應(yīng)用模式，用戶可以自主選擇需要的模塊，靈活定義所建模型的材料屬性、邊界條件等。本文選取COMSOL軟件中AC/DC模塊完成井間儲(chǔ)層的電磁響應(yīng)模擬。

2 模型建立及網(wǎng)格剖分

利用COMSOL軟件建立如圖1所示的縮比井間地層模型，圖1（a）是均勻地層的網(wǎng)格劃分圖，圖1（b）是地層中存在異常體時(shí)的網(wǎng)格劃分圖，同時(shí)在地層模型中建立兩個(gè)套管，一個(gè)套管作為發(fā)射套管，另一個(gè)則設(shè)置為接收套管，模型參數(shù)如表1所示。網(wǎng)格的合理剖分影響著求解數(shù)值的精確度，所以在網(wǎng)格剖分時(shí)可選擇用戶控制設(shè)置，自主選擇剖分的網(wǎng)格大小，本文選擇將套管與地層交界處剖分的更為細(xì)致，地層其余部分選擇粗化剖分，這樣可以使計(jì)算結(jié)果更為精確，且提高了計(jì)算速度。

3 模型求解

給模型施加輸入電流激勵(lì)，激勵(lì)使用5階6周期，碼元寬度為0.01 s的偽隨機(jī)m序列信號，在接收套管處布置接收電極，對所建模型進(jìn)行求解。影響井間電磁的因素很多，本文主要研究井間距大小和井間異常體對井間電磁數(shù)據(jù)采集的影響。

3.1 異常體的影響

根據(jù)井間電磁響應(yīng)特征可以判斷井間是否存在異常體（與地層電導(dǎo)率不同的物質(zhì)），異常體的存在會(huì)使原本均勻地層的電磁響應(yīng)特性發(fā)生變化，依據(jù)表現(xiàn)出來的特性差異，可以為井間油氣等資源的勘探識(shí)別提供指導(dǎo)意義。

圖2（a）和（b）分別是均勻地層的電場響應(yīng)剖面圖和存在異常體時(shí)的電場響應(yīng)剖面，對比兩圖可以看出：地層中存在異常體處電場線分布較為稀疏，而均勻地層的電場線分布比較密集，說明受異常體材料的影響，電場能量可能被異常體所吸收。而這種現(xiàn)象可以說明異常體對于井間電磁分布具有一定影響，根據(jù)電磁響應(yīng)之間的差異可以有效分辨出井間是否存在異常體。

3.2 井間距的影響

在均勻地層中，研究井間距對電磁響應(yīng)的影響，改變發(fā)射和接收井之間的距離，其他參數(shù)保持不變。圖3（a）所示是收發(fā)井間距為20 m時(shí)的電場響應(yīng)剖面圖，圖3（b）所示為收發(fā)距為50 m時(shí)的電場響應(yīng)剖面圖。對比兩圖可以看出，隨著收發(fā)距離的增加，電場線不再密集均勻，說明接收井的信號在逐漸變?nèi)酢Ｒ虼耍瑢?shí)際生產(chǎn)中采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)合理選擇井間距。

4 結(jié)語

基于COMSOL仿真軟件，文章建立了井間儲(chǔ)層的電磁響應(yīng)模型，分別研究了儲(chǔ)層間存在異常體與收發(fā)距對電磁響應(yīng)的影響，得出如下結(jié)論：異常體存在會(huì)使異常體周圍電場明顯減弱，依據(jù)此現(xiàn)象可以探測出不同儲(chǔ)層的電阻率信息，而收發(fā)距應(yīng)該合理選擇，收發(fā)距越遠(yuǎn)，電場響應(yīng)越弱。

[參考文獻(xiàn)]

[1]許亮.應(yīng)用COMSOL有限元軟件分析電磁響應(yīng)特性[J].無線互聯(lián)科技，2012（11）：47，55.

[2]楊少波，郭濤，曹婷，等.應(yīng)用COMSOL有限元軟件分析儲(chǔ)層的電各向異性[J].無線互聯(lián)科技，2013（6）：1.

（編輯 何 琳）

Application of COMSOL Multiphysics software in electromagnetic response analysis of cross well reservoir

Lei Lin， Song Xijin*

（Xi’an Shiyou University， Xi’an 710065， China）

Abstract：COMSOL Multiphysics simulation software is used as a tool to establish a reservoir model between wells. By adding physical fields and mesh divisions， the electromagnetic response between wells is solved， and the influence of the change of well spacing and the existence of anomalous bodies on the electromagnetic response characteristics is analyzed.

Key words：COMSOL Multiphysics； electromagnetic response； finite element