随钻方位电磁波测井多参数快速反演

大斜度井/水平井随钻测井技术已被广泛的应用于各种复杂油气藏中,但传统随钻电磁波测井仅提供仪器轴向磁场分量,井斜和各向异性对测井响应影响耦合在一起,难以剥离,无法基于反演同时获取多个参数,进行相应的地层评价,且不能提供方位信息,难以实现地质导向功能.随钻方位电磁波测井在提供仪器轴向磁场分量的基础上,还提供了仪器横向磁场分量,其提取的地质导向信号,对地层界面非常敏感,受井斜、地层电阻率对比度和各向异性影响弱,可以反演得到准确的界面位置.此外,额外的磁场分量信息,有效降低了井斜与各向异性的耦合程度,可基于反演算法实现多参数联合反演,满足电阻率测井精细解释评价需求.

     

随钻方位电磁波电阻率测井数据精度分析及实时反演成像

随钻方位电磁波电阻率测井数据包含地层电阻率、地层边界方位及距离等信息,其中地层边界的方位和距离作为大斜度井/水平井开发过程中的重要参数,是地质导向正确决策的关键.通过反演和成像技术能够将随钻方位电磁波电阻率测井数据转换为可视化的地层参数信息.由于测井过程中上传数据有限,本文分析了不同数据的测量精度,为上传数据选取提供参考.基于传播矩阵算法和Levenberg-Marquardt算法开展了一维快速反演研究.通过实时监测模型参数质量,避免反演陷入局部极小值,保证模型参数的全局收敛性.最后,通过实测数据处理,验证了反演算法的可靠性.

     

定向随钻电磁波电阻率测井仪器地质导向方法初探

随着石油勘探开发需要的转变,随钻测井技术的地质导向功能正受到越来越多的使用.本文利用各向异性水平层状地层中的磁流源并矢Green函数对定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法进行了研究.利用由接收线圈的电压定义的导向向量对低阻围岩的指向性并结合定向地质导向信号的变化,可以确定仪器与地层界面的相对位置.对定向数据进行方位成像可以得到地层方位和井斜角的相关信息,并且不受地层各向异性的影响.数值模拟结果表明:线圈距越长,仪器的探测范围越远且成像的对比度越大;频率越高,目的层与围岩层的电阻率对比度及井斜角越大时,成像的对比度也越大,但井斜角越大,定向信号发生明显变化的深度区间会越窄.利用单界面模型的定向地质导向信号制作出的交会图版可以使用插值法估计仪器到界面距离.所得结果为定向随钻电磁波电阻率测井仪器的地质导向方法提供了参考.     

超深随钻方位电磁波测井探测特性及参数敏感性分析

本文给出超深随钻方位电磁波测井的仪器天线设计及探测模式信号定义;分析各探测模式的探测性能及对地层电阻率、倾角及各向异性的表征能力;定义方位角、井斜角及地层电阻率的敏感性函数,定性分析不同模式对地层参数的敏感性.研究结果表明,超深随钻方位电磁波测井各探测模式具有不同探测特性,探测模式Ⅰ利用对称设计识别地层边界,消除井斜角...     

随钻方位电磁波测井响应快速正演方法与地质导向应用

随钻方位电磁波测井解析快速正演是实现仪器响应特征分析、结构优化设计以及地层参数精确反演的基础.本文基于赫兹势函数法求解水平层状各向异性介质中的电磁场, 通过引入地层界面位置, 改造解势函数中的指数增大项, 提取溢出因子, 消除了势函数系数递推法中的数值溢出, 实现了频率-波数域电磁场收敛计算.将算法应用于新型随钻方位电磁波测井技术, 分析自主研发的Directional Wave Propagation Resistivity (DWPR)仪器原始响应信号特征, 提取地质信号、电阻率信号.结果表明: DWPR新型仪器结构对地层界面及电阻率敏感, 可提供准确的实时地质导向信息; 水槽实验和实际地质导向应用结果进一步验证了本文算法的实用性和高效性.

     

随钻方位伽马测井仪器的优化设计

随钻方位伽马测井仪器能在钻井过程中有效测量地层的方位放射性强度,其测量效率与其结构参数有关.合理设计测井仪器的结构参数,可以大大提高其测量效率.利用蒙特卡罗数值模拟方法建立模型,从归一化统计误差和探测特性分析仪器的响应特征,为结构参数的选取提供理论依据.研究结果表明,6.75 in(1 in=2.54 cm)的钻铤外径下,当晶体直径为1 in左右,晶体长度为18～22 cm,屏蔽体长度为2～3 cm,屏蔽体厚度为2～3 cm,窗口材料为铍,屏蔽体开口角度选在0°附近,泥浆通道半径为2 cm左右时,仪器可以获得相对较低的统计误差和相对较好的探测特性.该研究表明,优化后的随钻方位伽马测井仪器的测量效率大大提高.     

随钻电磁波传播方位电阻率仪地质导向关键技术

随钻电磁波传播方位电阻率仪器在钻井过程中可以提供地层边界的方位及距离信息,因此在地质导向应用中发挥着重要作用,是提高油气资源开采率的重要手段.该技术是国外近十年来发展起来的前沿技术,在国内尚属空白.本文首次构思并实现了一种应用"交联天线"的随钻电磁波传播方位电阻率仪器,并从天线结构,测量原理,数据处理以及地层电阻率成像及解释等几个方面详细阐述.交联天线由极化方向正交的线圈串绕组成,同时具有方位探测和地层背景电阻率测量的功能.通过分析交联天线的电压在仪器旋转过程中的变化规律,可以计算出仪器所在地层的电阻率,判断地层边界的方位以及估算地层边界相距仪器的距离.该随钻电磁波传播方位电阻率仪器还包括用于常规电磁波传播电阻率测试的多频多测距补偿天线结构.结合地层电阻率测量及其在方位上的相对变化,可以实现对地层电阻率的全方位成像.该仪器在国内油田进行了多次实井测试,测试结果证明仪器能够在水平井地质导向中准确提供仪器所在地层的电阻率,以及地层边界方位和距离信息.已有实井测试结果表明仪器在油层(100 Ωm)和泥岩(5 Ωm)中的地层边界探测深度分别为2.2 m和1.6 m,平均误差在0.2 m以内.     

层状各向异性地层中含环状天线槽随钻方位电磁波测井几何因子算法

本文基于感应测井中的几何因子与一阶Born近似理论,通过柱坐标系下耦合势Helmholtz方程三维有限体积法研究建立了各向异性地层中含环状天线槽的随钻方位电磁波测井几何因子.首先,通过引入环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数,并结合Green第二积分公式,推导出随钻方位电磁波测井仪器中环形电场和横向磁场微小变化与各向异性地层中水平和垂直电导率相对摄动量之间的关系,得到轴向和横向感应电动势微小变化量计算方法与柱坐标系中轴向和横向分量空间灵敏度函数（三维几何因子）表达式.在此基础上,进一步给出径向和纵向微分几何因子计算公式.然后,应用耦合势三维有限体积法确定发射线圈产生的感应电磁场以及环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数的数值解.最后,给出不同频率、不同倾角、不同各向异性系数等多种情况下该仪器的空间灵敏度函数与微分几何因子的数值结果,用于分析考查仪器的响应特征与空间探测能力.

     

随钻条件下井旁界面声电效应的辐射电磁波响应特征

孔隙地层中存在着动电耦合现象,弹性波作用在声阻抗或者电化学性质差异地层会产生辐射电磁波.本文探讨了随钻条件下,利用孔隙地层中的动电耦合效应探测井旁地质体的可行性.为此模拟了井外存在声阻抗差异和电化学差异界面时声波诱导的辐射电场响应特征.求出柱坐标下介质中声场和电场函数表达式,由此计算并比较了均匀介质和弹性差异界面情况下井中接收到的电场.发现随钻条件下,井外的弹性差异界面会产生以光速传播的辐射电磁波.该电磁波反映了井外地质信息,并先于井中直达声波的伴随电磁场到达接收器,因而可以直接观测到.此外,还发现界面辐射电磁波可以用来探测油、水等电化学性质差异大而弹性阻抗差异小的界面;声源频率以及界面两侧地层性质差异程度是辐射电磁波幅度的影响因素.     

基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演（英文）

随钻电磁波测井传统电阻率反演方法受反演目标函数约束方式影响,随钻电磁波测井幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线径向及纵向探测特性存在明显差异,从而影响了随钻电磁波测井数据实际应用效果。本文提出了一种基于随钻电磁波电阻率测井数据的地层电阻率自适应约束反演方法,该方法通过在随钻电磁波测井电阻率反演目标函数中引入一个自适应加权表达式平衡了相位差和幅度比数据的相对贡献,并引入粒子群算法来消除反演精度及收敛性对反演初始值的依赖性。基于多组理论地层模型的随钻电磁波测井电阻率反演结果,详细讨论了文中自适应约束反演电阻率曲线与传统幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线探测特性的差异。反演结果表明,文中自适应电阻率曲线兼顾了传统幅度比电阻率曲线径向探测深度及相位差电阻率曲线纵向分辨率两方面的优势,在应用于划分纵向薄层及评价径向侵入特征时明显优于单一的幅度比电阻率曲线及相位差电阻率曲线,可为随钻电磁波测井电阻率反演新方法研究提供理论参考。     

基于扩展方位弹性阻抗的裂缝参数及地应力参数预测方法

裂缝参数及水平应力差异比（DHSR）的准确估测对于裂缝预测及水力压裂具有重要意义.扩展弹性阻抗是一种预测弹性参数及物性参数的有效方法,但其并未考虑各向异性的影响,本文将其推广到水平横向各向同性（HTI）介质中,提出一种基于扩展方位弹性阻抗的裂缝参数及DHSR预测方法.首先推导HTI介质中的扩展方位弹性阻抗方程及傅里叶系数方程,分析表明扩展方位弹性阻抗的二阶傅里叶系数与裂缝参数及DHSR相关性较好.其次,提出一种柯西稀疏约束和平滑模型约束正则化的贝叶斯地震反演来估测截距阻抗、梯度阻抗及曲率阻抗.最终,结合最优的旋转角和扩展方位弹性阻抗的二阶傅里叶系数实现裂缝参数及DHSR预测.模型测试和实际应用表明,该方法能够得到合理可靠的裂缝参数及DHSR预测结果,有助于指导裂缝发育区域及有利压裂区域的横向识别.

     

光滑模型与尖锐边界结合的MT二维反演方法

如何得到快速稳定的反演结果和更清晰的地质体分界面等问题仍然是当前MT反演研究的一个重点.为了解决反演结果不能得到清晰的电性分界面的问题,本文在前人研究的基础上,基于OCCAM反演以及突出尖锐边界反演的思想,结合最小支撑梯度泛函,构建了新的反演目标函数,并利用共轭梯度法优化目标函数,实现了一种光滑模型与尖锐边界结合的MT二维反演方法.模型实验证明了该方法的准确性,通过与已发表的相关反演方法的结果进行比较,证明了该方法在光滑稳定的基础上可突出对尖锐电性边界的刻画.对广东徐闻地区的实测MT资料进行了处理,表明了该方法的适用性和效果.     

全空间条件下矿井瞬变电磁法粒子群优化反演研究

煤矿井下矿井瞬变电磁法(MTEM)探测中,电磁场呈全空间分布,全空间瞬变电磁反演是复杂的非线性问题,目前反演计算中全空间响应主要由半空间响应乘以全空间响应系数来得到,导致反演结果中顶板和底板异常(或前方和后方异常)叠加在一起难以分离,造成分辨率下降.论文提出采用粒子群优化算法(PSO)进行全空间MTEM反演,通过理论分析,在常规的粒子群算法基础上提出了一种新的进化公式改进策略,提高了粒子群算法的寻优能力.基于全空间瞬变电磁场理论,编写了粒子群算法反演程序,进行全空间条件下五层含巷道的复杂模型的反演计算.结合某矿井巷道顶板、底板岩层及断层含水性的探测实例,对实测数据进行反演计算和解释,探测结果得到钻探证实.研究表明,改进的粒子群优化算法对理论模型和实际资料的反演拟合程度较高,实现了矿井顶板、底板视电阻率异常的分离,提高了全空间瞬变电磁勘探资料的解释精度和分辨率.     

The inversion of the data of magnetotelluric sounding and electromagnetic frequency sounding with horizontal electric dipole

On the basis of the dispersion relation of magnetotelluric response functions (MTRF), a filter coefficient algorithm has been made, with which the corresponding impedance phase data can be estimated using a set of apparent resistivity data. The tests of theoretical models and observed magnetotelluric (MT) data show that this algorithm is effective. Comparing the impedance phase estimated using dispersion relation with the observed phase, it can be checked whether the dispersion relation between the observed apparent resistivities and phase data was satisfied. The use of phase data corrected using the dispersion relation in the joint inversion for MT impedance is advantageous to obtain more reliable inversion results. The problems on the one-dimensional joint inversion for the (MT) apparent resistivity and the apparent resistivity of the frequency electromagnetic sounding (FEMS) with horizontal electric dipole, whose observed frequency bands are linked up each other, are studied. The observed data of two kinds of electromagnetic (EM) methods at two sites are used to inverse, the comparison with the drilling data show the results are more reliable. To supply the phase data of FEMS using the dispersion relation, for the apparent resistivity-phase data and impedance real part-imaginary part apparent resistivities of two kinds of EM methods the imitated MT joint inversions are made, and more similar results also are obtained. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 91–96, 1993. The projects sponsored by the Chinese Joint Seismological Science Foundation.     

基于卷积神经网络的瞬变电磁数据快速成像算法研究

瞬变电磁一维反演技术已经相对成熟,但对野外实测数据进行实时成像仍然有一定难度.本文将卷积神经网络引入到时间域瞬变电磁数据成像中,通过训练网络近似瞬变电磁响应与地电模型之间的函数关系,将复杂的反演过程转化为矩阵映射过程,进而实现瞬变电磁数据的实时快速成像.考虑到传统算法大多针对单点进行成像,难以实现面积性数据快速处理,本文尝试将接收点相对发射源的坐标信息作为网络输入参数,这不仅使得该算法在野外成像过程中更加灵活,同时也大大减少了训练过程中样本集数量.为验证算法的有效性,我们首先在大量理论数据上进行测试,检验了卷积网络的优越性以及加入坐标信息可在不影响成像精度的前提下极大提升该方法对不规则测点电磁数据的成像灵活性.最后,我们通过对实测数据分别进行神经网络成像和Occam反演,进一步验证本文神经网络成像方法的有效性.

     

Sensitivity and inversion of marine electromagnetic data in a vertically anisotropic stratified earth

The controlled‐source electromagnetic (CSEM) and magnetotelluric method (MT) are two techniques that can be jointly used to explore the resistivity structure of the earth. Such methods have, in recent years, been applied in marine environments to the exploration and appraisal of hydrocarbons. In many situations the electric properties of the earth are anisotropic, with differences between resistivity in the vertical direction typically much higher than those in the horizontal direction. In cases such as this, the two modes of the time‐harmonic electromagnetic field are altered in different ways, implying that the sensitivity to the earth resistivity may vary significantly from one particular resistivity component (scalar, horizontal or vertical) to another, depending on the measurement configuration (range, azimuth, frequency or water depth). In this paper, we examine the sensitivity of the electromagnetic field to a vertically anisotropic earth for a typical set of configurations, compare inversion results of synthetic data characterizing a vertically anisotropic earth obtained using the isotropic and anisotropic assumptions and show that correctly accounting for anisotropy can prevent artefacts in inversion results.     

基于最小二乘反演的半航空瞬变电磁纯二次场数据运动噪声去除方法

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method, SATEM)通过在地面布置发射源, 在空中接收信号, 是一种新兴的地球物理勘探方法.在数据采集过程中, 由于接收线圈持续运动和摆动, 产生较大的运动噪声, 导致采集的数据不能直接使用.同时, 瞬变电磁只在关断之后进行数据采集, 获得的数据是非全时的, 为数据预处理过程中的运动噪声去除带来困难.为有效去除非全时半航空瞬变电磁数据中的运动噪声, 本文首先将非全时电磁数据延拓至全时长, 基于傅里叶级数构造了半航空瞬变电磁晚期数据运动噪声超定线性方程组, 通过最小二乘反演求解运动噪声, 并将所获得运动噪声从原数据中剔除.通过对仿真数据和实测数据进行去噪, 其能够有效识别并剔除数据中的运动噪声, 去噪效果良好.

     

BZ参数瞬变电磁法的优势及在沿海滩涂区的验证试验

随着我国一系列发展战略的实施,在沿海滩涂区等低阻环境下开展电磁法深部探测工作的需求越发迫切.传统瞬变电磁法(TEM)一般观测感应电动势(dBz/dt)参数,其响应函数复杂,数据解译难度大,且衰减极快,勘探深度较小,不能满足深部探测的需求.而瞬变电磁法的感应磁场(Bz)参数具有响应函数单调、衰减速度慢等优点,深部探测应用前景广阔.本文首先从理论上讨论了TEM的Bz参数相比dBz/dt参数在响应曲线形态、探测深度等方面的优越性,然后在某沿海滩涂区开展了野外验证工作.理论分析计算和野外试验结果表明,TEM的Bz参数相较于dBz/dt参数有诸多优势,基于Bz参数的瞬变电磁法在滩涂区的极低阻条件下仍具有较强的分层能力、较大的探测深度和较强的适用性.