基于SVD和BRD的二维核磁共振测井正则化反演算法研究

二维核磁共振能从"弛豫-扩散"两个维度上展现流体性质,在识别稠油储层方面具有理论优势,是当前核磁共振测井技术的研究热点.本文深入研究二维核磁共振测井原理,系统分析CPMG-DE脉冲序列测量扩散系数与弛豫时间的方法,结合核磁共振二维谱数理模型,提出一种基于SVD和BRD的正则化反演算法.该算法通过SVD压缩数据,采用带非负约束的Tikhonov正则化方法求解流体"弛豫-扩散"分布,并基于BRD算法迭代确定最佳正则化因子.模拟实验与数值分析表明,该算法无需先验信息、运算效率高、相对误差小,在原始数据信噪比低至50时,仍可有效获取流体(T₂,D)二维分布.在二维核磁共振测井数据实时解释应用中,该方法较传统反演算法(如TSVD)具有较大优势.同时,在自主研发的核磁共振测井仪测量CuSO₄溶液(T₂,D)分布的实验显示,本文设计算法对弛豫时间和扩散系数的反演误差分别仅为2%和4%,较TSVD算法有较大改善.     

(T2,D)二维核磁共振测井混合反演方法与参数影响分析

一维核磁共振(1D NMR)测井技术在流体识别中具有一定的局限性.二维核磁共振(2D NMR)测井能同时测量到多孔介质中横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D)等信息,利用这两个参数区分流体性质,较一维核磁共振测井技术具有明显的优越性.针对梯度场下的2D NMR测井弛豫机理和数学模型,提出了适用于求解大型稀疏矩阵方程的反演方法-基于非负最小二乘法(LSQR)和截断奇异值分解(TSVD)法的混合算法.为验证方法的有效性,先根据多回波观测模式合成回波串数据,然后再用混合反演算法进行反演,反演得到横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D),并构建T₂-D二维谱图.结果对比表明,该混合反演算法得到的T₂-D二维谱与流体模型一致性好,计算精度均比单一反演方法有较大改善,表明该混合反演方法可用于油气储集层2D NMR测井的反演和流体识别.此外,分别对油水同层和气水同层模型进行了正演模拟和反演实验, 系统考察了不同磁场梯度、不同回波间隔组合对反演效果的影响,为2D NMR参数设计提供依据.     

二维核磁共振测井在柴达木盆地复杂储层流体识别中的应用

柴达木盆地低孔低渗储层、复杂岩性储层、高泥质含气疏松砂岩等复杂储层并存,常规及一维核磁共振测井方法难以进行储层流体的有效识别,二维核磁共振能够提供T_1、T2、D等多种测量信息.本文在阐述二维核磁共振测井基本理论、仪器参数、处理软件和解释评价方法基础上,分析了其T_1谱、T_2-T_1、T_2-D二维交会技术在台南和扎哈泉地区复杂储层流体识别中的应用,结果表明:二维核磁共振测井具有较好的实际效果,但对孔隙结构十分复杂的储层仍有局限性,存在一些问题与难点有待解决.     

核磁共振多回波串联合反演方法

提出一种核磁共振多回波串数据联合反演方法,分别对核磁共振孔隙度测量的两组回波串数据、变等待时间多回波串数据以及变回波间隔多回波串数据进行了处理.结果表明,这样处理得到的一维核磁共振T₂分布不但连续,而且能够揭示短横向弛豫组分的细微特征,提高了核磁共振孔隙度的精度.处理变等待时间或变回波间隔下的多回波串数据,可以得到孔隙流体的 (T₂, T₁)或(T₂, D) 二维核磁共振分布图.与一维核磁共振T₂分布相比,二维核磁共振提高了识别流体的效果.     

核磁共振双TW测井数据联合反演与流体识别

针对核磁共振测井双TW观测数据分析和流体识别的需要,研究了基于全局搜索的遗传算法和局部搜索的最小二乘法的联合反演算法,实现了核磁共振双TW观测数据处理.首先,研究了饱和油气水岩石物理模型的核磁共振双TW观测模式的测井响应机理;然后,利用全局搜索性能优良的遗传算法, 对核磁共振回波差数据进行了反演,计算出了流体的核磁弛豫性质及其体积;最后,以遗传算法的反演结果为初值, 利用阻尼最小二乘方法对双TW回波串进行更精细的反演,计算出了双TW的T₂分布、孔隙度和流体饱和度.理想模型的合成数据和实际测井资料应用表明,遗传算法与最小二乘方法相结合是一种行之有效的联合反演方法,能较好地实现核磁共振测井双TW观测数据的处理和流体评价.     

二维MT快速曲线对比反演方法的可行性研究

最近开发了一种针对二维大地电磁野外数据进行处理解释的新反演方法。该方法以加入阻抗相位信息的一维大地电磁连续介质曲线对比法为基础 ,把一维反演得到的电阻率和相位的数据集作为二维反演的初始模型 ,使用二维有限单元法做正演模拟。在程序的后继迭代中 ,深度方向上用一维反演修改模型的电阻率和深度值 ,沿测线方向由二维有限元作修改 ,反演结束可得到一个接近真实电性分布的电阻率数据集 ,并绘制成电阻率断面图。对模型的反演实验结果显示 ,该反演方法能够较真实地反映地下电性分布 ,而且避免了偏导数矩阵的计算 ,其原理简单 ,计算速度快 ,表明该反演方案是可行的     

多尺度孔隙岩石的核磁共振扩散耦合现象及其探测方法

油藏岩石的孔隙连通性是反映流体渗流难易程度的重要参数,对渗透率、有效孔隙度等岩石物理参数的评价具有重要作用.连通的孔隙中,核磁共振(NMR)弛豫的交换会产生扩散耦合现象,可作为孔隙连通性的表征和探测方法.本文提出利用横向弛豫T 2-T 2脉冲序列测量岩石的扩散耦合现象.运用随机游走方法模拟多孔岩石的核磁共振响应特征,分析扩散耦合的影响因素,推导表征扩散耦合强度的弛豫交换速率计算公式.结果表明:孔隙间的扩散耦合强度与T 2-T 2脉冲序列的混合时间呈正相关性,基于双孔弛豫交换模型推导的弛豫交换速率计算公式能够准确表征双尺度孔隙系统的扩散耦合强度.在孔隙尺寸不满足快扩散条件时,会出现与扩散耦合无关的非对角峰信号.针对含多类型孔隙的碳酸盐岩模型,随混合时间的增加,扩散耦合强度变大,一维T 2谱的形态畸变程度加重,在T 2-T 2二维谱中,代表微裂缝、粒间小孔、溶蚀大孔的信号能量变化趋势不同,反映不同类型孔隙间的连通性存在差异.本文的分析与讨论丰富了核磁共振弛豫在岩石物理性质评价中的应用方向,对利用核磁共振评价复杂孔隙岩石的孔隙结构和连通性提供了新思路和新方法.     

碎屑岩储层饱和度及水驱油效果岩心实验评价 ——以塔河油田九区三叠系开发区为例

利用核磁共振二维谱、在线测试技术,建立了扩散-弛豫二维谱技术分析岩心含油饱和度的方法;对不同井的不同层段岩心进行了不同驱替速度水驱油的核磁共振在线测试,通过对比不同时刻测试的核磁共振T2图谱的面积值和分布特征,计算不同孔隙区间油的采出程度,分析评价不同孔隙对整体采出程度的贡献率、水驱油效果以及剩余油状况.实验结果表明,...     

岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果

随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T₁-T₂弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T₁-T₂弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T₁/T₂比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T₁/T₂值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T₁-T₂二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.     

磁场强度对T2-T1二维核磁共振实验的影响研究

多维核磁共振测井比一维核磁包含更多的观测信息,往往可以解决单独使用横向弛豫时间(T2)进行测井评价时遇到的困难,在非常规油气储层勘探开发中发挥着不可替代的作用.T2-T1二维核磁共振能够检测页岩中的类固体有机质等含氢化合物,对于确定页岩储层流体成分至关重要,已经成为核磁测井和岩石物理实验的研究热点.与一维核磁共振相比,T2-T1二维核磁实验结果对测量参数更加敏感,已有学者对回波间隔(TE)、等待时间(TW)、扫描次数(SCAN)、回波个数(NECH)对实验结果的影响开展了深入研究,但磁场强度对T2-T1二维核磁的影响尚未见报道.对不同种类样品分别进行0.5T、0.05 T两种磁场强度(对应共振频率分别为21 MHz、2 MHz)下的T2-T1二维核磁共振实验,分析了磁场强度对实验结果的影响,研究表明:对于自由溶液,纵向弛豫时间(T1)对磁场强度更加敏感,磁场强度增大时,自由溶液T1增大、T2不变,T2-T1谱流体信号向上移动;对于实际岩样,受内部磁场梯度的影响,磁场强度增大时,T1增大、T2减小,T2-T1谱中流体信号向左上方移动.定量刻画了不同弛豫组分在磁场强度变化时谱峰位置的变化规律,能够将实验室得到的页岩油高频核磁流体识别图版转换为测井资料的低频流体识别图版,为二维核磁共振测井表征储层流体成分信息提供了理论依据.     

大地电磁二维层状模型参数化反演

本文针对目前二维反演存在求解参数过多和求其偏导数困难的两个问题，在近年来关于连续介质二维大地电磁测深资料快速反演的理论基础上，对二维层状模型反演的目标函数，进行线性近似，采用加权法来近似计算二维模型参数的偏导数。从而实现比较快速的二维层状模型的参数化反演。理论模型的反演试验表明，反演迭代可以较快地以足够的精度拟合视电阻率和相位资料，并收敛接近理论模型。     

航空瞬变电磁数据光滑拟二维反演

航空瞬变电磁法适用于浅表地层的大面积探测,由于实测数据量巨大,一维反演作为一种快速高效的方法被广泛应用.在层状地电条件下,横向约束反演能有效的改善传统单点阻尼最小二乘反演结果中界面横向不连续的情况,但其存在反演过程依赖初始模型,且在复杂层状情况下迭代不稳定的问题.本文提出一种基于OCCAM反演并在正则化项中引入横向光滑约束的光滑拟二维反演方法,在保持OCCAM方法对初始模型依赖性小优势的同时,也使得相邻测点电性横向连续.在反演过程中采用令满足迭代误差的测点不再参与后续迭代的策略,以此减少不必要的正演和雅可比计算,提高反演效率.通过对三个不同地电情况的理论模拟数据进行光滑拟二维反演,并与其他传统反演方法对比,验证了该方法能有效的提高反演稳定性,得到与理论模型高度吻合的反演结果.     

电阻率二维神经网络反演

由于非线性特性地球物理反演一直以来都是一个比较困难的问题. 近十年来,非线性反演方法如人工神经网络、遗传算法在地球物理数据解释中得到越来越多的应用,但目前基本仍限于一维反演问题. 对于二维反问题,反演参数较多,神经网络反演运用较少. 本文利用BP神经网络优化方法,实现了电阻率二维非线性反演. 与传统线性化的迭代反演比较,神经网络反演能够克服传统方法的不足、获得更好的反演结果.     

(T2,D)二维核磁共振测井识别储层流体的方法

当地层孔隙中油气和水同时存在时,在核磁共振T2分布上不同流体信号往往重叠,很难有效识别.本文采用改变回波间隔测量多组自旋回波串序列实现了(T2, D)二维核磁共振方法,为有效识别储层流体提供了基础.通过数值模拟系统研究了(T2, D)方法在不同储层、不同测量信噪比以及不同外加磁场梯度条件下识别流体的效果.结果表明:(T2,D)方法识别中、低黏度油层具有优势,随着信噪比增加和外加磁场梯度加大,分辨油和水的效果将变好.在气层,对磁场梯度有一定要求,并且,测量数据的信噪比越高,分辨气与水的效果越好,当测量数据信噪比低于70时,(T2,D)方法在气层可能失效.在2MHz共振频率下,利用MARAN核磁共振岩芯分析仪器,对含顺磁性物质的饱和流体岩样进行了实验测量,验证了(T2,D)方法的有效性.     

火成岩核磁共振数值模拟与影响因素分析

核磁共振(NMR)在储层孔隙结构评价和孔隙度计算方面具有明显的优势,但是在某些火成岩地层核磁共振孔隙度比实际孔隙度偏低,这就限制了核磁共振测井在该类储层的应用.针对这一问题,首先开展了核磁共振的弛豫机理研究,从理论上分析了磁化率引起的附加内部磁场梯度是核磁共振孔隙度偏小的主要原因.然后,模拟了不同磁化率、含不同流体岩石以及不同回波间隔的核磁共振横向弛豫时间(T2)分布,分析了磁化率对核磁共振孔隙度的影响.模拟结果表明,对同一流体的孔隙模型来说,磁化率越大,其引起的扩散弛豫在总弛豫中的比重越大,T2分布前移也越明显,计算的孔隙度就越小.此外,岩心实验也证明磁化率核磁共振的影响较大.此项研究剖析了火成岩核磁共振影响因素,为该类储层的核磁共振测井解释提供了依据.     

反插值法实现地球物理数据快速网格化

本文借鉴反演理论，采用反插值法实现地球物理数据的快速网格化.首先由已知点与未知网格点的反距离拓扑关系建立反演方程，用已知点值直接计算出其所在网格的未知网格点值，再利用Laplacian算子滤波，使得模型光滑，且能量最小化.利用预条件共轭梯度法求解网格化方程组，并结合螺旋坐标系思想和Wilson\|Burg谱分解法，将二维数据的滤波处理转换到一维空间进行处理，实现二维数据快速滤波.另外，引入了阻尼约束，保证求解稳定、迭代收敛.最后，应用该方法对合成数据和实际资料进行了试验.     

致密砂岩储层流体参数核磁共振实验研究

利用核磁共振技术对致密砂岩储层岩心流体参数进行研究,简述致密砂岩储层流体参数核磁共振测量原理及计算岩心流体参数方法。实验确定了岩心流体动用参数T2截止值方法,进行了可动流体致密砂岩储层分类评价研究。油田矿场核磁共振测量岩心含油饱和度、可动流体饱和度,并对可动流体饱和度、含油饱和度识别油水层方法进行研究。表明:实验测定红河区块岩心T2截止值为4.06ms,利用致密砂岩储层岩心可动流体等级划分标准,对致密砂岩储层岩心单井及不同层位、多井之间进行储层比较分类评价。油田矿场核磁共振技术测量计算的含油饱和度结果与常规方法测量的含油饱和度结果对比,表明油田矿场核磁测量含油饱和度是可行且可靠的。岩心含油饱和度与可动流体饱和度比值大小可识别油水层。      

二维波动方程约束反演的大范围收敛广义脉冲谱方法

针对二维波动方程，将大范围收敛的同伦 方法引入算子参数识别反演的过程，并结合求解不适定问题的Tikhonov正则化方法，设计了二维波动方程反演的大范围收敛广义脉冲谱方法，并利用测井资料进行了约束反演. 大量 的数值模拟结果以及抗噪实验均表明了方法的有效性.     

（T2,D）二维核磁共振测井识别储层流体的方法

当地层孔隙中油气和水同时存在时,在核磁共振T₂分布上不同流体信号往往重叠,很难有效识别.本文采用改变回波间隔测量多组自旋回波串序列实现了（T₂,D）二维核磁共振方法,为有效识别储层流体提供了基础.通过数值模拟系统研究了（T₂,D）方法在不同储层、不同测量信噪比以及不同外加磁场梯度条件下识别流体的效果.结果表明：（T₂,D）方法识别中、低黏度油层具有优势,随着信噪比增加和外加磁场梯度加大,分辨油和水的效果将变好.在气层,对磁场梯度有一定要求,并且,测量数据的信噪比越高,分辨气与水的效果越好,当测量数据信噪比低于70时（T₂,D）方法在气层可能失效.在2MHz共振频率下,利用MARAN核磁共振岩芯分析仪器,对含顺磁性物质的饱和流体岩样进行了实验测量,验证了（T₂,D）方法的有效性.     

利用走时反演二维多孔介质渗透率

综合利用直接方法和优化方法研究二维多孔介质渗透率反演问题. 问题的提法与前人不同,是由区域内各点流体渗透的走时来反演渗透率. 该反问题的求解可分成两步进行,归结为两个相应的子问题进行研究. 首先由流体走时反演二维多孔介质速度场的数值算法,然后由二维多孔介质速度场反演二维多孔介质渗透率的数值算法,最后给出数值例子. 数值结果表明了所用数值方法的正确性和有效性.