COMSOL有限元软件在井间储层电磁响应分析中的应用

雷琳 宋汐瑾

摘 要：以 COMSOL Multiphysics仿真软件为工具建立井间储层模型，通过添加物理场和网格剖分，求解井间电磁响应，并分析井间距变化以及异常体的存在对于电磁响应特征的影响。

关键词：COMSOL Multiphysics；电磁响应；有限元

0 引言

分析电磁场特性是了解和认识地层构造的有效方法[1]。COMSOL Multiphysics软件（以下简称“COMSOL软件”）提供了一个模拟平台，对于电磁响应有着更为直观和清晰的表现。本文借助COMSOL软件数值计算能力，模拟了不同条件下的电磁响应。

1 COMSOL软件简介

COMSOL Multiphysics软件是一款大型的高级数值仿真软件，该软件的最大优势就是多物理场的耦合，而多物理场的本质是偏微分方程組，所以COMSOLMultiphysics是以有限元为基础，通过求解偏微分方程或者求解偏微分方程组来模拟真实物理现象。

COMSOL软件用于不同的模拟需求提供了多种研究模块，包括结构力学模块、化学工程模块、声学模块、热传递模块、射频模块、AC/DC模块、地球科学模块和微机电模块8个专业模块[2]。这些模块中，预先定义了大量的物理应用模式，用户可以自主选择需要的模块，灵活定义所建模型的材料属性、边界条件等。本文选取COMSOL软件中AC/DC模块完成井间储层的电磁响应模拟。

2 模型建立及网格剖分

利用COMSOL软件建立如图1所示的缩比井间地层模型，图1（a）是均匀地层的网格划分图，图1（b）是地层中存在异常体时的网格划分图，同时在地层模型中建立两个套管，一个套管作为发射套管，另一个则设置为接收套管，模型参数如表1所示。网格的合理剖分影响着求解数值的精确度，所以在网格剖分时可选择用户控制设置，自主选择剖分的网格大小，本文选择将套管与地层交界处剖分的更为细致，地层其余部分选择粗化剖分，这样可以使计算结果更为精确，且提高了计算速度。

3 模型求解

给模型施加输入电流激励，激励使用5阶6周期，码元宽度为0.01 s的伪随机m序列信号，在接收套管处布置接收电极，对所建模型进行求解。影响井间电磁的因素很多，本文主要研究井间距大小和井间异常体对井间电磁数据采集的影响。

3.1 异常体的影响

根据井间电磁响应特征可以判断井间是否存在异常体（与地层电导率不同的物质），异常体的存在会使原本均匀地层的电磁响应特性发生变化，依据表现出来的特性差异，可以为井间油气等资源的勘探识别提供指导意义。

图2（a）和（b）分别是均匀地层的电场响应剖面图和存在异常体时的电场响应剖面，对比两图可以看出：地层中存在异常体处电场线分布较为稀疏，而均匀地层的电场线分布比较密集，说明受异常体材料的影响，电场能量可能被异常体所吸收。而这种现象可以说明异常体对于井间电磁分布具有一定影响，根据电磁响应之间的差异可以有效分辨出井间是否存在异常体。

3.2 井间距的影响

在均匀地层中，研究井间距对电磁响应的影响，改变发射和接收井之间的距离，其他参数保持不变。图3（a）所示是收发井间距为20 m时的电场响应剖面图，图3（b）所示为收发距为50 m时的电场响应剖面图。对比两图可以看出，随着收发距离的增加，电场线不再密集均匀，说明接收井的信号在逐渐变弱。因此，实际生产中采集数据时应合理选择井间距。

4 结语

基于COMSOL仿真软件，文章建立了井间储层的电磁响应模型，分别研究了储层间存在异常体与收发距对电磁响应的影响，得出如下结论：异常体存在会使异常体周围电场明显减弱，依据此现象可以探测出不同储层的电阻率信息，而收发距应该合理选择，收发距越远，电场响应越弱。

[参考文献]

[1]许亮.应用COMSOL有限元软件分析电磁响应特性[J].无线互联科技，2012（11）：47，55.

[2]杨少波，郭涛，曹婷，等.应用COMSOL有限元软件分析储层的电各向异性[J].无线互联科技，2013（6）：1.

（编辑 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