电磁传播电阻率测井的二维全参数反演方法研究

Baker Hughes INTEQ的MPR是应用较广的传播电阻率测井仪器,它有4条相位差和4条幅度比测井曲线,本文以它在垂直井中的测井响应为例开展电磁传播电阻率资料的二维反演方法研究.由于其测井响应对地层纵向边界的探测灵敏度比对其他地层参数的大得多,在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度.本文首先应用特征识别方法由分辨率最好的测井曲线提取地层纵向边界,接着对浅、深探测的两条相位差曲线分别做纵向一维反演,利用此结果来建立二维反演的初始地层模型,采用改进的阻尼型正则化高斯 牛顿优化算法,实现了MPR资料的二维全参数反演.对含23个纵向分层的两种典型地层模型的数值模拟测井资料的二维反演得到了令人满意的结果,它可显著提高MPR的资料解释水平.发现只用它的5条测井曲线就可得到与8条测井曲线几乎相同的反演效果.     

水平层状介质中双侧向资料的全参数正则化迭代反演与应用

水平层状介质中的模型向量通常由地层原状电阻率、侵人带电阻率、侵入半径以及地层界面深度等参数组成,整个测井记录实质上是模型向量的非线性函数.本文将研究双侧向仪器Born近似表达式并建立用双侧向测井资料同时反演所有模型的全参数正则化迭代算法(RWPII).双侧向电极系上的电流和电位必须满足特定的聚焦条件,其正演模拟与Born近似表达式与非聚集型仪器完全不同.应用摄动原理,首先研究双侧向仪器响应的Born近似,给出电极系上的电流密度、电流和电位微小变化与电导率摄动之间的积分关系.然后,根据层状地层中电阻率分布特征以及半解析正演模拟技术,建立Fréchet导数矩阵的快速算法,该Fréchet导数矩阵包含了视电阻率对所有模型参数的偏导数.在此基础上,研究同时反演所有模型参数的正则化迭代算法,并给出正则化因子的具体计算方法.最后,应用理论模型和实际资料反演结果验证该反演算法的有效性.     

双侧向型复电阻率测井响应的数值模拟

在二维地层模型条件下,应用有限元方法模拟了双侧向模式的复电阻率测井仪器在不同频率下的响应,结果表明当频率很低时,复电阻率测井的响应接近双侧向测井的响应;随着频率的提高,复电阻率测井的响应幅度降低。当地层具有一定的频散效应时,可以利用不同频率下的复电阻率测井响应直观地区分油水层     

基于卷积神经网络和MPGA-LM算法的阵列侧向测井快速反演方法

在大斜度井/水平井环境下,阵列侧向测井受钻井液侵入、地层倾角和各向异性等多种因素影响,导致测井响应复杂,需借助反演手段提取地层真实电阻率.然而,阵列侧向测井三维正演效率低,难以满足测井资料快速反演和油气藏快速评价的需求.为此,本文基于深度学习并联合混合多种群遗传(MPGA)与列文伯格马奎特(LM)算法建立了一种快速反演方法.首先从地层参数敏感性出发,基于严格的三维有限元正演算法,依次确定侵入、各向异性和地层倾角的敏感性大小;其次,引入深度学习和模型可视化技术,实现斜井各向异性地层阵列侧向测井响应的快速正演;最后,基于数据集分解技术和混合MPGA-LM算法,实现斜井各向异性地层电阻率剖面快速精确重构.数值模拟结果表明:斜井各向异性地层中,阵列侧向测井响应对侵入深度敏感性最高,各向异性和地层倾角次之;相较于反向传播神经网络(BPNN),二维卷积神经网络(2D-CNN)能够实现阵列侧向测井响应的快速精确计算,计算一个测井点仅需0.36 ms,精度可达99％左右;基于三层反演模型的MPGA-LM混合算法稳定性强,电阻率参数反演精度高的优点,可用于阵列侧向测井资料的快速处理.     

各向异性地层随钻方位电磁波测井探测特性分析（英文）

随钻方位电磁波测井仪器已广泛应用于大斜度井/水平井钻井,但地层各向异性使得地质导向及储层评价更为困难。为定量分析地层各向异性对随钻方位电磁波测井响应及资料处理影响,本文借助正反演技术,详细考察了测井响应对各向异性的敏感性及测井数据反演精度。首先,定义了敏感因子,定量分析了不同磁场分量、合成信号对各向异性的敏感性;然后,模拟了层状各向异性地层中的随钻方位电磁波测井仪器响应,对比分析了对称设计和非对称设计仪器的响应特征及对地层参数的敏感性;最后,探讨了反演模型的选取对各向异性地层界面反演精度的影响。数值模拟及反演结果表明:随钻方位电磁波测井响应受各向异性影响严重,通过对称补偿设计可降低地质信号对各向异性的敏感性,进而增强对地层界面的探测能力;各向异性地层中,视电阻率曲线出现分离及"犄角"等现象,界面附近方位信号则可能出现复杂非线性变化;反演中若不考虑各向异性的影响,难以获取准确的地层界面和电阻率信息,进而可能导致地质导向决策的失误。     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感，在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度，首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数，在此基础上建立反演初始地层模型。通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数，采用改进的阻尼型高斯-牛顿算法，实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演，对含17个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行了反演计算，测井响应的反演精度达到2.0%（平均相对误差），电参数的误差为4.4%。     

大斜度井中利用交叉分量快速反演井斜角

利用三维感应测井交叉分量之差响应曲线在边界附近的响应行为,建立了求解大斜度井中井斜角快速反演方法.响应曲线随真实垂直深度(TVD)变化的对数衰减率与随测量距离(MD)变化的对数衰减率与之比是井斜角的余弦函数,通过简单三角函数计算可快速反演井斜角.响应曲线形态规则,在层状各向异性地层中与垂直电导率无关,主要反映水平电导率反差造成的地层边界信息.因此本文的井斜角快速反演方法既适用于各向同性地层也适用于各向异性地层.我们考察了测井环境及仪器参数对响应曲线衰减率的影响以及衰减率估算偏差对井斜角反演精度的影响.数值模拟结果验证了该反演方法在大斜度井中的有效性和实用性.     

电磁波测井资料反演中Jacobi矩阵的快速算法及其特性分析

针对采用单发双收探头同时测量相位差和幅度比,测井响应与地层介电常数和电阻率两者都有关的电磁波测井资料反演问题,构造了其反演目标函数Jacobi矩阵J的快速算法.J直接给出了测井响应随地层参数变化的关系,利用J和它转置矩阵JT的有意义乘积J.JT和JT.J可以方便地对在非均质地层中测井响应特征和仪器的探测特性进行考察分析,为测井资料处理方法研究与仪器改进提供依据.     

电磁波测井资料反演中Jacobi矩阵的快速算法及其特性分析

针对采用单发双收探头同时测量相位差和幅度比,测井响应与地层介电常数和电阻率两者都有关的电磁波测井资料反演问题，构造了其反演目标函数Jacobi矩阵〖WTHX〗J的快速算法.J直接给出了测井响应随地层参数变化的关系，利用J和它转置矩阵J〖WTBZ〗T的有意义乘积〖WTHX〗J·J〖WTBZ〗T和〖WTHX〗J〖WTBZ〗T.〖WTHX〗J〖WTBZ〗可以方便地对在非均质地层中测井响应特征和仪器的探测特性进行考察分析，为测井资料处理方法研究与仪器改进提供依据.     

利用高频电磁波测井反演地层介电常数和电阻率

高频电磁波测井响应对地层纵向边界相当敏感 ,在其资料反演中必须重视地层纵向边界位置的提取和反演精度 .首先应用特征识别技术由测井曲线提取地层参数 ,在此基础上建立反演初始地层模型 ,通过分别构造反演地层电参数和纵向边界位置的目标函数 ,采用改进的阻尼型高斯 -牛顿算法 ,实现了对地层电参数和纵向边界位置的交替循环反演 .对含1 7个水平分层的典型地层模型的模拟测井资料进行反演计算 ,测井响应的反演精度达到2 .0 % (平均相对误差 ) ,电参数的误差为 4.4% .     

低阻油层双侧向测井的反演研究

对于双侧向测井反演，本文将广义逆反演方法用于消除侵入影响的三参数(侵入半径、侵入带电阻率、原状地层电阻率)反演中。通过实际多口井连续曲线的反演处理表明，本文提出的反演方法令理而且有效。同时，广义逆方法提高了反演计算的稳定性和精度。对低阻油层实际资料的处理结果与试油结论一致。     

用梯度和感应测井联合确定地层电阻率各向异性

实际地层可能出现2种电阻率的宏观各向异性:微观的统计平均效应和裂缝走向等因素的构造效应.三分量感应测井方法可能是确定地层电阻率各向异性的最好方法,但是,该仪器目前在中国还没有应用.已有的数据一般是梯度和双感应曲线,梯度和双感应曲线单独使用都难以揭示各向异性,但是,将二者联合使用则有可能.在反演模型中考虑了电阻率各向异性的存在,给出了梯度和双感应曲线联合求地层电阻率各向异性的方法.通过直井水平层的二维人工模型表明,用感应方法可确定地层的水平电阻率和厚度.而梯度方法的视电阻率可以近似看作水平电阻率和纵向电阻率的几何平均值,梯度方法的视厚度是各向异性参数和真实厚度的乘积.因而不能用梯度方法单独确定各向异性参数和真实厚度2个参数中的任何1个.然而,联合梯度和双感应的方法则可能确定3个参数:各向异性参数,水平电阻率和地层厚度.人工数据的例子表明了这种联合的可行性.     

用梯度和感应测井联合确定地层电阻率各向异性(英文)

实际地层可能出现 2种电阻率的宏观各向异性 :微观的统计平均效应和裂缝走向等因素的构造效应。三分量感应测井方法可能是确定地层电阻率各向异性的最好方法 ,但是 ,该仪器目前在中国还没有应用。已有的数据一般是梯度和双感应曲线 ,梯度和双感应曲线单独使用都难以揭示各向异性 ,但是 ,将二者联合使用则有可能。在反演模型中考虑了电阻率各向异性的存在 ,给出了梯度和双感应曲线联合求地层电阻率各向异性的方法。通过直井水平层的二维人工模型表明 ,用感应方法可确定地层的水平电阻率和厚度。而梯度方法的视电阻率可以近似看作水平电阻率和纵向电阻率的几何平均值 ,梯度方法的视厚度是各向异性参数和真实厚度的乘积。因而不能用梯度方法单独确定各向异性参数和真实厚度 2个参数中的任何 1个。然而 ,联合梯度和双感应的方法则可能确定 3个参数 :各向异性参数 ,水平电阻率和地层厚度。人工数据的例子表明了这种联合的可行性     

双感应测井资料的快速近似迭代反演

本文给出一种双感应资料快速近似迭代反演技术. 首先建立Fréchet导数的快速算法，保证在反演过程中能够同时获得测井响应相对于地层电阻率和层界面的偏导数，并给出用规范化处理与奇异值分解技术进行迭代反演的具体过程. 为了对理论模拟和井场实际资料进行反演，利用综合分层技术从双感应曲线中提取层界面初始位置和地层电阻率初值，通过单独迭代反演中感应资料，修改层界面和地层电阻率实现中感应资料的最佳拟合，得到探测深度相对较浅的地层电阻率，然后固定层界面位置，再迭代反演深感应资料，得到另一组探测深度相对较深的地层电阻率. 理论和实际资料处理结果证明，两个不同探测深度的电阻率反演结果的相对大小能够准确地反映地层真实的侵入特征.此外，由于深感应仪器具有较深的探测深度，不论在高侵或低侵地层上，深感应反演结果与地层原状电阻率的差异大大小于视电阻率的差异，所以利用反演结果也能得到更好的地层原状电阻率的估计值.     

用双侧向测井响应求取地层参数的Newton－SVD反演方法

针对测井中经常遇到的完全非均匀的地层模型，利用深、浅双侧向测井的视电阻率曲线作为约束条件，给出了反演侵入半径ｒ_ｉ、原状地层电阻率Ｒ_ｔ、上（下）围岩电阻率Ｒ_{ｓｕ（Ｒｓｄ）的Ｎｅｗｔｏｎ－ＳＶＤ反演方法．数值模拟表明这一方法是可行的，经实际资料处理．说明该方法实用．}     

水平层状介质中双侧向测井资料的迭代Tikhonov正则化反演

根据非线性反演理论与Morozov偏差原理研究建立从双侧向测井(DLL)资料中同时重构地层原状电阻率、侵入带电阻率、侵入半径、层界面位置以及井眼泥浆电阻率的迭代正则化算法.首先利用Tikhonov正则化反演理论将双侧向测井资料的反演问题转化为含有稳定泛函的非线性目标函数的极小化问题,并利用Gauss-Newton算法确定极小化解.为得到稳定的反演结果并有效实现测井资料的最佳拟合,在迭代过程中将Morozov偏差原理和Cholesky分解技术相结合,建立了一套后验选择正则化因子的方法.最后通过理论模型和大庆油田实际测井资料的处理结果,验证了该算法能够取得更为满意的反演效果.     

盐水泥浆条件下定向井双侧向测井环境校正方法研究

在定向井中,双侧向测井数据由于受井眼、围岩、井斜、径向侵入等环境因素的影响,难以准确地估算储层的电阻率和更准确地识别储层流体.本文拟提出图版法和反演法相结合的思路来研究地层视电阻率的校正问题.首先,针对研究区的测井环境和钻井液电阻率,计算了不同尺寸井眼的双侧向测井响应,绘制了井眼校正图版;然后,针对斜度井地层模型,采用三维有限元方法计算了不同井斜、不同厚度地层的测井响应,构建了井斜-围岩/层厚图版,利用该图版实现了井眼校正和井斜-围岩/层厚的电阻率快速校正.最后,针对钻井液侵入的影响,采用反演方法计算了侵入半径和地层真电阻率,最终实现了双侧向测井的环境校正.利用上述理论与方法对海洋中定向井的双侧向测井资料进行了环境校正,提高了储层流体定性识别和定量评价的精度.     

感应-横向组合测井联合反演及多解性研究

电阻率测井反演问题解的局部收敛性和非唯一性增加了测井解释的难度，影响了实际的应用，把测量原理迥异的感应型和电流型测井结果联合起来反演，是减小这些影响的有效方法，利用经测井理论和反演技术，建立了适用感应－横向组合测井响应的联合演算法，研究了单一的横向测井反演的感应－横向联合反演的局部收敛性、非唯一性及解的偏差，结果表明，联合反演更有利于同时确定地层电阻率、侵入半径和侵入带电阻率，当初值地较大范围内变化时，反演结果均能在真值或真值附近收敛，改善了反演结果的局部收敛性，增加了反演结果的可信度，避免了差异较大乃至相互矛盾的解，现场实例证实了这一结论。     

轴对称地层中高分辨率阵列侧向测井信赖域反演法

本文研究轴对称地层中高分辨率阵列侧向测井(HRLA)的多参数信赖域反演方法.首先对前期HRLA的有限元正演方法进行改进,提出基于叠加原理和并行直接稀疏求解器PARDISO的快速正演方案,更适合于反演计算.将HRLA反演问题转化为非线性最小二乘问题,利用信赖域算法求解.为提高反演速度,推导了目标函数对优化参数偏导数的具体计算公式.对典型地层模型,与已有文献中Jacobi预条件共轭梯度法(JCG)计算结果比较,发现PARDIDO比JCG快10倍以上,验证了本文正演程序的正确性与高效性.利用信赖域算法求解了电阻率四参数反演和传统的三参数反演.研究结果表明:并行直接稀疏求解器PARDISO能有效求解此类HRLA正演问题,对6次不同探测深度的测井模拟,所形成的有限元刚度矩阵完全相同,只须进行一次矩阵分解,大大加快了正反演的速度.信赖域算法收敛速度快,且具有全局收敛性.HRLA的信赖域反演结果几乎不依赖于初值的选取,从较差初值出发仍能得到满意的反演结果.另外信赖域算法抗噪能力比较强,即使对测井数据添加信噪比为10dB(甚至5dB)的高斯白噪声,仍能通过反演得到较为准确的地层参数.     

基于IGA算法的电阻率神经网络反演成像研究

为满足地球物理资料反演解释的高精度、快速、稳定的要求,本文结合免疫遗传算法寻优速度快和BP神经网络反演不依赖初始模型等优点,设计了一种将BP神经网络和免疫遗传算法进行有机结合的全局优化反演策略,并将该策略成功地应用于二维高密度电法数据反演.利用免疫遗传算法(Immune Genetic Algorithm,简称IGA)对神经网络的反演参数进行同步优化,提高了电阻率反演的精度.仿真和实验结果验证设计的全局优化反演策略取得了较好的效果,通过与线性反演方法和BP法以及遗传神经网络法等反演方法进行比较,得出该方法具有反演精度更高,反演时间更短等显著优势的结论.