油井流动成像电磁测量相位场特性

为了探索电磁流动成像测井仪器激发的相位场信号的传播特性,本文根据实际电磁流动成像传感器的阵列电极结构,应用有限元方法进行正演仿真模拟,得到在不同持水率的层流环境下各电极所测量到的电位相位值,以及6种典型的相位敏感场分布.正演仿真结果表明,相位测量值随着持水率的增加而减小,相位敏感场只对靠近接收电极区域的敏感性较强.不同流型下的相位特征区别明显,表明了利用相位场数据进行电磁流动成像是可行的.     

油井多相流电磁成像测量敏感场仿真

为了考察油井多相流电磁成像测量的敏感场分布,本文根据阵列电极结构和测量电磁场特性,应用有限元求解流体截面的电磁场问题,对于不同介质分布模型,计算电势分布,进而模拟测量敏感场.仿真结果表明,测量敏感场呈马鞍面状分布,在靠近发射电极和测量电极的区域敏感性较强,在弧形区域的中间敏感性较小.     

多相流动电磁波成像测井测量敏感场计算

在多相流动电磁波成像测井研究中，测量敏感场是设计测量仪器和研究图像重建算法的前提工作. 本文用数值方法计算多相流动电磁波成像测井测量敏感场. 根据测量探头电极阵列的对称性，将三维敏感场问题划分为轴向和横向两个平面问题，然后应用有限元算法求解两个平面电势分布问题，对于不同介质模型，计算各种测量条件下测量区域内电势分布，进而根据电势分布计算测量敏感场. 结果表明测量敏感区域为发射电极到测量电极的弧形区域，在发射电极到测量电极的电势梯度线上，测量敏感函数近似于一个指数函数.     

低流速高含水油水两相流超声传感器持水率测量特性（英文）

国内陆上处于中晚期开采的低孔低渗油藏已进入高含水生产状态,其井筒内油水两相流分散相(油滴)局部流速及浓度呈严重的非均匀流动剖面特性,致使油井持水率检测难度很大。本文采用脉冲透射式的超声传感器对低流速高含水油水两相流持水率进行测量。首先,使用多物理场耦合有限元法计算超声场灵敏度分布,对超声传感器激励频率进行了优化。通过计算不同持油率下声压级衰减率,对超声传感器直径的适用性进行了考察。在此基础上,研究了油滴直径及分布对超声传感器声场分布特性的影响。为验证优化后的超声传感器测量特性,搭建了低流速高含水垂直上升油水两相流流动环试验装置,并获取了超声传感器持水率输出响应特性。结果发现超声传感器对水包油段塞流(DOS/W)的测量分辨率较差,但对水包油泡状流(DO/W)和水包油细小泡状流(VFD O/W)具有较好的分辨率。研究表明脉冲透射式超声法对低流速高含水油水两相流持水率测量存在潜在的应用价值。     

时间域波场重构反演（英文）

波场重构反演是一种改进的全波形反演理论。该反演方法通过将波动方程引入目标函数中拓宽了解的寻找空间,通过重构真实波场来计算模型梯度,大大提高了计算效率的同时还减弱了局部极小值的影响。但目前该理论基本在频率域进行,而频率域反演对计算内存的需求太高,并且很难应用到实际生产中。因此,本文将波场重构反演拓展到时间域,推导了时间域波场重构的增广方程,结合模型试算结果对波场重构的模型梯度进行了修改。数值实验表明,时间域波场重构反演准确性较高并且对低频信息具有良好的重建能力。     

时间域航空电磁三维并行反演研究（英文）

为提高复杂条件下时间域航空电磁数据解释精度,本文开展了时间域航空电磁三维并行反演算法研究。该算法中的三维正演是基于有限差分技术,并采用"移动脚印"技术来减小实际计算模型尺寸;三维反演基于Gauss-Newton反演方法,并采用显式灵敏度矩阵计算技术减少反演过程中的正演次数。为提高三维反演的效率,本文基于OpenMP并行库实现了三维反演的并行化。从理论和实测数据的三维并行反演结果可以看出本文的并行化策略明显地提高了三维反演的速度,能够胜任大数据量时间域航空电磁实测资料三维反演解释任务。     

低流量水平井油水两相分层流速度场数值模拟与实验研究

低流量水平井中,由于存在重力分异,油水两相的流型主要以分层流为主,流体速度场的分布沿重力方向发生变化,致使油田现场生产测井的流量和持水率测量及多相流分相流量解释非常困难.为了充分了解水平井流体流动特征提高生产测井解释精度,本文以低流量水平井油水两相分层流为研究对象,采用流体动态测量实验和数值模拟计算相结合的方法,研究其...     

增量式半监督学习地震相智能识别（英文）

基于深度学习的地震相智能识别技术可以缓解人工解释费时费力的问题,目前得到了广泛应用。有监督学习算法能够高效率、高精度地实现地震相智能识别,但依赖于大量有标签地震数据的使用。针对这一问题,本文提出了一种增量式半监督学习地震相智能识别方法。该方法考虑地层的横向连续性特征,采用余弦相似度量化地震数据特征域的相似性,寻找当前使用的训练样本邻域中的最大差异样本,以合理地扩展训练数据集。这一过程不断增加训练数据的数量、学习训练数据的分布。在吸收新知识的同时整合旧知识,实现增量式半监督学习,以达到进化网络模型的目的。本文利用准确率和混淆矩阵从整体及局部共同质控模型的预测结果。将本方法应用到一个三维实际数据集,并对结果进行定量评估。该方法由于充分利用无标签地震数据,测试结果比仅使用有标签地震数据的常规有监督学习算法更准确、更稳定,且对于小样本类别的识别精度有显著地提升。本文方法仅利用不到1%的训练数据,在三维数据集的平均准确率可达到95%以上,对于常规有监督学习算法,其平均准确率约为85%。     

人工源极低频电磁法三维LBFGS反演（英文）

人工源极低频电磁法因其具有场源长度大,观测范围广的特点,使得极低频电磁波的传播会受到电离层和位移电流的影响。现阶段针对该方法的三维正反演研究尚处于起步阶段。作为一项探索性的尝试,本文首先给出了电离层、空气以及地下介质耦合情况下一维极低频背景电磁场的计算方案,并对电离层影响下背景电磁波的传播特征进行了分析、总结。通过将之与求解二次电场的交错网格有限差分数值模拟算法整合,实现了人工源极低频电磁法的三维正演。针对人工源极低频探测中可能遇到的近区、过渡区数据反演问题,本文进而采用针对该方法的三维有限内存Broyden-Fletcher-GoldfarbShanno(Limited-memory BFGS,LBFGS)带源反演算法,实现了对全区张量阻抗数据的直接反演。文中详细介绍了目标函数梯度计算这一LBFGS反演中的核心问题。合成数据反演算例结果表明在LBFGS反演中,选择恰当的近似Hessian矩阵能够有效提高反演效率。高低阻异常同时存在下的反演模型响应告诉我们张量阻抗反对角元素对恢复地下电性结构的贡献远大于主对角元素。与常规标量数据反演相比,张量数据反演在异常体的恢复和背景电阻率的控制方面具有明显的优势。     

水平井及斜度井声波测井响应正演模拟研究（英文）

常规声波测井解释方法建立在各向同性地层中的垂直井基础之上,对各向异性地层中的水平井和斜度井并不适用。在水平井和斜度井的钻井过程中,岩屑会溅到井壁并最终在井壁底部形成一层薄岩屑层。同时,高速层和各向异性也可能会影响声波时差的测量。本文采用结合了Hybrid-PML的交错网格时域有限差分方法(SGS-FDTD),研究阵列声波仪器在各向异性介质中的水平井和斜度井条件下,不同因素对测得时差所带来的影响。模拟结果揭示了声波时差在高速层,薄岩屑层,井斜角,层厚,各向异性等不同影响因素下的相应规律。我们发现当波长远小于井壁与高速层的距离时,能够准确测得目的层时差;然而在两者处于同一量级时的近场条件下,几何声学理论不再适用;当井眼底部存在岩屑层时,费马原理依旧适用,对真实时差测量没有影响;在各向异性地层环境下,井斜角的增大使得测得时差由垂直向时差逐渐趋近于水平向时差;对于特定源距的声系,仪器在目的层中所移动的距离超过一定距离时,方可获得薄层时差值。基于不同井斜角和不同各向异性大小均匀TI地层模型的模拟结果,绘制了时差估计图版,可以对任意井斜角和各向异性比的模型进行时差的定量估计。通过对不同声系和不同弹性参数的模拟实验,证明了这种时差估计方法对TI地层中的水平井和斜度井准确有效。     

低流速高含水条件下油水两相流产出剖面测井方法（英文）

为了获得低流速高含水条件下油井内油水两相流产出剖面,本文提出了一种由场聚焦弧形对壁式电导传感器(ATCS)与插入式相关流量计(CFM)构成的组合测井方法,并通过实验对其测量特性进行了验证。采用场聚焦弧形对壁式电导传感器测量分相持率,插入式相关流量计实现混合流速的测量,通过建立基于流型的漂移模型对分相表观速度进行了预测。研究结果表明,场聚焦弧形对壁式电导传感器对持水率有很好的分辨率,且基于传感器信号及非线性时间序列分析方法可以实现流型的准确识别。插入式相关流量计由于插入体的流型调控作用,增强了上下游信号的相关性,简化了相关速度与混合流速的关系。基于漂移模型可实现不同流型分相表观速度的高精度预测。     

煤巷三维槽波全波场数值模拟与波场特征分析（英文）

当前煤巷地震槽波超前探测数值模拟主要以二维波场研究为主,难以精确模拟三维全波场特征和全空间观测方式接收的地震记录。本文应用三维弹性波动方程的交错网格有限差分算法模拟了在巷道迎头前方煤层中以纵波震源激发的三维全波场。采用取平均值的办法实现了交错网格地震波场模拟的振动速度三分量同点记录。查明了三维顶底板对称煤巷模型和非对称模型中传播的波型及其传播特征。研究发现巷道迎头前方煤层内Rayleigh型槽波能量较强,Love型槽波能量较弱,煤层内巷道迎头反射Rayleigh型槽波在煤层顶、底板中泄露能量较小,在煤层中传播距离较远;在巷道周围存在巷道面波和折射头波;在煤巷两侧煤层内接收的地震记录中Rayleigh型槽波能量较强,受头波和面波的干扰较弱,而Love型槽波能量较弱,受到相对强能量头波和面波干扰,难以识别;增加接收点在煤层中的深度可以有效降低面波对Rayleigh型槽波的干扰,但不能有效减弱面波对Love型槽波的干扰。基于以上波场认识,发现传统的采煤工作面Love型槽波构造探测方法难以适用于掘进煤巷构造超前探测,Rayleigh型槽波可以用于掘进煤巷构造超前探测。     

频率域航空电磁法2.5维正反演研究（英文）

频率域航空电磁法具有经济、高效和适应能力强等特点,广泛应用于矿产普查、地质填图、地下水资源调查等领域。目前,实测数据处理技术以电阻率深度转换成像技术以及一维反演方法为主。然而,对二、三维复杂地电模型,一维反演往往难以达到满意的结果。虽然三维正反演能较好的解决该问题,但其计算效率难以满足海量实测数据的计算要求。因此,本文在前人研究的基础上开展了三维源二维地电模型(2.5维)的频率域航空电磁法正反演算法研究。将总场分解为一次场和二次场来消除源的奇异性,一次场在均匀全空间或层状介质中求得,二次场用等参有限元方法计算得到,利用大规模系数矩阵并行直接求解器计算线性方程组,有效提高了计算效率。在正演的基础上,实现了基于奇异值分解(SVD)的阻尼最小二乘反演算法,通过"拟正演"和互换定理来计算雅克比矩阵。通过理论模型计算和实测数据很好的验证了本文方法在频率域航空电磁数据正反演应用中的准确性和有效性。     

地-井瞬变电磁多分量响应数值分析（英文）

本文对地-井瞬变电磁法多分量响应进行计算分析。规则局部体瞬变场响应的计算方法与解释模型对于实际导电围岩模型的适用性较差,针对该问题,本文提出了一种基于地下瞬态电磁场数值模拟的计算分析方法。瞬变电磁场模拟方面,本文以时域有限差分法实现正演模拟,引入采用Gaver-Stehfest逆拉氏变换与Prony法的离散镜像法求解初始电磁场,应用透射边界条件保证迭代计算精度。通过均质半空间模型算例,证明该套方法可行。响应分析方面,设定含井旁目标体和导电围岩的地电模型,以上述方法对地下瞬态电场进行正演,以多分量观测装置为例换算感应电动势。通过对比各条件下瞬态电场与多分量响应,得出结论:地-井瞬变电磁多分量感应电动势响应反映了地下瞬态电场沿水平、垂直方向的梯度变化;响应特征取决于地层中瞬变场在不同条件下的"扩散、衰减、畸变"过程和观测位置的电磁场状态。本文的计算分析方法兼顾围岩背景场与局部体异常场,较之传统局部体瞬变场原理能够更全面的反映地质信息。     

三维时间域航空电磁任意各向异性正演模拟（英文）

在自然界中地层会呈现出各向异性特征,各向异性介质的研究有助于资料解释和认识地球动力学的过程,但当前数据处理中多数使用各向同性理论解释各向异性构造,因而对电磁资料解释造成了一定的偏差。当前,时间域航空电磁法关于各向异性的解释仍局限于一维情况,且相应的三维数值模拟也正处于研究中,因此本文针对任意各向异性介质中三维时间域航空电磁法进行正演模拟。将各向同性介质的电导率经过坐标旋转后,得到任意各向异性介质的电导率张量,将其引入到麦克斯韦方程组中,采用矢量有限元法的规则网格对求解区域进行剖分,利用直接求解器对总体合成的线性方程组进行求解。通过与解析解对比,验证了算法的精确性和可行性;同时与各向同性情况进行对比,通过响应的分布特征及幅值变化分析任意各向异性对三维时间域航空电磁响应的影响,得出在不同情况下各向异性对时间域航空电磁响应的影响情况存在较大差异。     

时频电磁法勘探数据时域去噪方法研究（英文）

时频电磁法勘探系统兼有频率测深与瞬变电磁测深系统双重特点,可同时在频率域和时间域求取视电阻率,从而获得更加准确可信的地电信息。实测时频电磁勘探数据中的主要噪声有50 Hz工频及其谐波干扰噪声、高频随机脉冲噪声以及低频干扰噪声三种类型,本文针对这些噪声类型以及时频电磁法的方波信号特点,提出分段拓展中值滤波方法和拟合固定极值点EMD方法分别去除高频随机脉冲噪声和低频干扰噪声,提出基于方差和偏度系数的中值滤波窗口大小试验选取方法,采用频域带阻滤波方法去除50 Hz工频及其谐波干扰噪声。并设计了一个相应的去噪流程,以充分发挥各自的去噪方法的优势。经理论分析以及实际观测数据的应用实验验证,本文提出的去噪方法和设计的去噪处理流程合理有效,准确保留了时域信号波形的相位和幅值信息,得到令人满意的高质量时域信号波形,为准确地提取时域瞬变电磁衰减信号打下良好的基础。     

瞬变电磁法圆锥型场源特征与电感效应（英文）

应用于煤矿巷道、工程隧道等地下有限空间以及城市和工程浅层探测的瞬变电磁法常采用多匝小线圈装置,但是多匝线圈装置的互感耦合大,关断时间长,使探测的浅部"盲区"增大。为此,提出了一种圆锥型场源装置,推导了该装置内各匝线圈半径的计算公式。采用理论解析式对均匀介质中圆锥型场源一次场、二次场特征进行了计算分析,对圆锥型场源与多匝线圈互感系数进行了比较;应用快速汉克尔变换和改进的余弦变换数值滤波法,基于叠加原理的思想讨论了圆锥型场源下瞬变电磁正演方法,并以H型和KH型地电模型为例对正演结果进行了"烟圈"反演分析。研究表明:对于等效磁矩为926.1A·m~2的多匝回线和圆锥型场源,前者的互感约为后者的9倍;增大圆锥型场源的高度可减小互感系数,但其底半径的进一步变化对互感影响有限。圆锥型场源一、二次场特征与多匝线圈相似,但其二次场和总场暂态响应强于多匝线圈。所提出的综合视电阻率方法适用于圆锥型场源计算,正演结果和"烟圈"反演结果与初始模型的吻合性良好。本文研究成果为减小瞬变电磁探测"盲区"提供一种选择,也为装置组合形式和非线性反演技术等后续研究提供理论参考。     

利用各方向均方差相关系数进行位场边界检测（英文）

位场边界检测在位场数据处理中占有重要的地位,大多数的检测方法都是基于位场的梯度计算,因此算法易受干扰、稳定性较低。本文基于数理统计理论,不需要进行位场梯度计算,提出了利用各方向均方差相关系数进行位场边界检测,并且对算法及其合理性进行了详细的阐述与分析。在模型试验中,分别做了单一模型、组合模型以及加入随机噪声的组合模型试验,验证了方法的可靠性,并进一步与其它边界识别方法作了比较。各方向均方差相关系数法的特点为:算法简单稳定,结果辨识度较高,能同时对不同埋深的地质体边界都有较好的检测效果,能较好地保留边界形态,对噪声敏感度较低。最后将方法应用于老挝万象附近某地实测布格重力异常的处理中,利用研究区遥感解译的构造格架作为佐证,说明了各方向均方差相关系数法在实际应用中的可行性,为进一步判读区内构造展布提供了依据。     

高精度双吸收边界条件在地震波场模拟中的应用（英文）

边界反射处理是地震数值模拟中需要研究的重要问题之一。本文将数学科学计算中提出的双吸收边界条件(DABC)(Hagstrom et al.,2014)应用到地震波场数值模拟中。该方法将一种局部高精度吸收边界(ABC)应用于两条平行的人工边界上,从而实现对边界反射的双吸收。本文以二维声波方程为例,设计一个基于DABC的有限差分(FD)正演方案,给出详细推导过程和实现步骤,相对于完全匹配层(PML),其理论分析和实现难度大大降低,稳定性和灵活性亦得到一定程度的增强。文章最后对典型的均质模型和SEG盐丘模型进行有限差分数值模拟实验,实验结果表明,DABC能够得到远远优于Clayton-Engquist边界条件(CEBC)的吸收效果,并与PML吸收效果相当。     

广域电磁法在我国南方海相页岩气勘探中的应用（英文）

在中国页岩气勘探开发仍处于起步阶段,为了降低勘探风险和勘探成本,选择广域电磁法具有分辨率高,抗干扰能力强,勘探深度大,工作效率高等优势。我们选择湖南花垣区块叭岩向斜作为试验区,进行广域电磁法勘探。首先我们在试验区系统地采集了相关岩石标本,分析了岩石标本的电阻率和极化率参数,并针对地质条件建立了系列二维模型,以研究广域电磁法探测对不同地质结构的勘探能力,最后研究了页岩含碳量(TOC)与电阻率和极化率之间的相关性,找到了识别目标层电阻率和极化率参数的阈值,并据此划分了页岩气勘探有利区。通过在有利区内部署的钻井揭露结果表明,广域电磁法可很好地识别该地区的地下地质结构、断层,并确定目标层的分布、深度和厚度。通过对岩石的电阻率、极化率和有机碳含量三者之间的相关性分析,有助于进一步评估页岩品质并选择页岩气开发有利区。