随着石油勘探技术的不断发展,水平井钻井技术已经成为油气勘探开发中重要的技术之一,在不同类型的油气藏中得到广泛的应用。水平井钻井技术在给油气田开发带来巨大效益的同时也给测井等工程技术带来了新的课题,直井中的测井解释理论已经不适用于水平井中的测井解释。因此,本文应用COMSOL有限元软件详细研究阵列感应仪器在斜井和水平井中的响应特性,考虑不规则井眼、侵入、层界面和层内非均质等因素的影响,分析仪器在层界面附近时的响应机理,为水平井中阵列感应测井解释提供理论依据。本文的研究分为五个部分。第一部分首先阐述阵列感应测井仪器HDIL的研发背景、优点、仪器结构参数和性能指标,然后推导了感应测井中各向同性均匀地层的电磁场场量分布,最后研究感应测井中双线圈系和三线圈系的测量原理。第二部分研究了阵列感应在斜井和水平井中的响应特性。首先基于COMSOL有限元软件建立三层地层中斜井和水平井的阵列感应模型,然后计算了目的层厚变化、围岩和目的层电导率对比度、仪器倾角变化对阵列感应测井的影响。结果表明,水平井的阵列感应测井响应特性取决于层厚、电导率对比度、子阵列间距、仪器距层界面距离等多种因素。当层厚大于仪器分层厚度时,水平井响应与直井响应接近;当层厚小于仪器分层厚度时,水平井响应与直井明显不同,在仪器进出界面时,响应出现明显尖峰;给定层厚,与直井比较,短阵列差别小,长阵列差别大。斜井中,当倾角小于30o时,响应受倾角影响小。当倾角从30o到80o变化时,从短子阵列到长子阵列,倾角影响逐渐增大,主接收从高阻进入低阻,界面出现尖峰现象。第三部分研究水平井中钥匙型井眼对阵列感应测井的影响。首先基于COMSOL有限元软件创建三层地层中水平井的钥匙型井眼模型,然后计算了井眼大小、泥浆和地层电导率对比度、仪器偏心和三层地层中井眼位置移动对阵列感应测井的影响。结果表明,井眼的大小、泥浆和地层电导率对比度和井眼偏心时对短子阵列影响较大;子阵列5在电导率对比度较大和井眼偏心较小时,读数异常,出现负值;在三层地层中,由于井眼影响,层厚变化对短子阵列影响较小,长子阵列在水平井受泥浆影响没有直井中严重,与无井眼时相比,在层界面处尖峰现象减弱。第四部分研究水平井中椭圆型侵入对阵列感应测井的影响。首先基于COMSOL有限元软件创建三层地层中水平井的椭圆型侵入模型,然后计算了侵入大小变化、井眼偏心、侵入中电导率对比变化和三层地层中侵入位置移动对阵列感应测井的影响。结果表明,侵入形状在重力方向上增大影响较小,而侵入在与重力正交方向变化影响较大;侵入偏心位置、侵入电导率和泥浆电导率主要影响短子阵列,目的层电导率影响各个子阵列,围岩电导率影响长子阵列;在三层地层中,子阵列1在目的层中的读出侵入电导率,子阵列5在围岩的读数接近围岩真实电导率,长子阵列在层界面处,尖峰现象比无侵入时减弱更加明显。第五部分研究层内非均质对阵列感应测井的影响。首先基于COMSOL有限元软件创建三层地层中层内非均质模型,然后计算了层内非均质中韵律性和夹层对阵列感应测井的影响。结果表明,在地层韵律性中,当中间层较薄时,短子阵列不能读出其电导率的值,当较厚时,读数接近其真实电导率,长子阵列出现的尖峰可以确定出层界面的位置;绘制地层正韵律中距发射线圈不同横截面上的磁场分布图和涡流流向图,展示了涡流在多个不同电导率交界面的折射现象。在夹层情况下,夹层厚度变化对短子阵列比较敏感,当夹层位置移动一侧围岩时,各子阵列在目的层窄的一侧电导率曲线变化逐渐复杂,长子阵列在层界面处,尖峰现象比三层地层值更加复杂,而另一侧各子阵列的读数逐渐接近目的层真实电导率。