CN106407574A - 一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法，包含以下步骤：S1、获取补偿电磁波信号；S2、根据随钻方位电磁波仪器的结构参数、多分量信息、井斜数据及地质信息，选取多界面多参数地质初始模型；S3、将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算，得到三个不同方向的电导率张量值；S4、根据纵向上反演得到的地层模型参数，联合电磁波数据，结合指向不同方位的差异信号，进行人机交互联合反演，得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出径向上侵入带、原状地层以及地层边界距离信息。本发明能够实时成像显示反演的地层界面和各向异性特征，为地质导向和储层评价提供保障。

Description

一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法

技术领域

本发明涉及石油钻测井勘探领域，具体涉及一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法.

背景技术

目前，随着世界油气勘探开发的深入开展，重点已经转向致密油气、页岩气、缝洞型油气藏、煤层气及深海油气等非常规油气能源，随钻地质导向与随钻测井的储层评价技术变得非常重要，对于较前沿的多分量随钻方位电磁波仪器不仅继承了传统随钻电阻率仪器多线圈距、多频率和对称线圈结构的设计思路和使用优点，同时增加了正交线圈或者倾斜线圈，利用线圈随钻铤的旋转测量得到方位信号，通过不同位置接收线圈的电压比或者相位差和幅度比，反映地层方位信息。多分量随钻方位电磁波测井仪器对电阻率各向异性地层、裂缝性地层、倾斜地层边界等方位不对称性很高的信息都有高度的敏感性，并且被要求在钻进过程中实时快速的显示测井数据以便实现地质导向和储层评价功能，所以推广多分量随钻方位电磁波仪器配套数据的快速处理方法就显得更加必要。

因此，根据以上所述现状，非常有必要提出一种针对多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法，能够实时成像显示反演的地层界面和各向异性特征，为地质导向和储层评价提供保障。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、将随钻方位电磁波仪器获得的补偿电磁波信号进行转换，得到视电阻率，根据视电阻率进行各自匹配的泥浆井眼图版校正；

S2、根据随钻方位电磁波仪器的结构参数、多分量信息、井斜数据及地质信息，从测井数据库中选取匹配的多界面多参数地质初始模型，即一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型；

S3、将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算，不断迭代并与实测结果进行比较，直至满足收敛阀值条件或者超过迭代次数上限为止，得到三个不同方向的电导率张量值；

S4、根据纵向上反演得到的地层模型参数，联合含有长短不同源距、相位差与幅度比不同特性、高低不同频率的电磁波数据，结合指向不同方位的差异信号，进行人机交互联合反演，得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出径向上侵入带、原状地层以及地层边界距离信息，已完成快速正反演处理。

所述的步骤S4之后还包含一步骤S5；

S5、结合指向不同方位的差异信号，通过成像实时反演的地层界面和各向异性特征直观显示出来。

所述的步骤S3中在将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算之前还包含：取最基本的多层平行沉积地层模型，通过多分量信息设置各向异性介质不同方向的初始电导率张量。

所述的步骤S3中采用分离变量方法，在水平截面方向使用傅立叶变换，在垂直方向采用一维有限差分计算，快速反演计算出三维电导率张量值。

所述的地质信息包含地质构造信息、地震剖面信息和邻井的钻井测井信息。

所述的含三维电导率张量的麦克斯韦方程表示为：

其中，三维电导率张量可以具体表示为：

式中，表示旋度计算，表示电场强度，表示磁场强度，表示磁偶极矩，ω表示频率，μ表示磁导率，ε表示介电常数，σ_x，σ_y，σ_z分别表示x，y，z不同方向上的电导率。

本发明一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法与现有技术相比具有以下优点：多分量随钻方位电磁波仪器提供的方位信号对地层形态的方位指向性和各向异性特征具有天然的优势，其数据处理方法也具有独特性，采用的地质模型库有方位差异参数，整个模型库的复杂程度和全面性有了很大提升；针对多分量随钻方位电磁波仪器提供的三维磁场强度分量，在包含更多信息的同时，单纯的解析解算法已经无法满足复杂的计算条件，而有限元方法(FEM)、有限差分法(FDM)、积分方程法(IE)、模式匹配法(NMM)或多或少受到计算时间、计算规模或者计算模型的限制，不适合现场复杂的实时快速正反演计算，本发明使用的一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型，使用分离变量方法，在水平截面方向使用傅立叶变换，在垂直方向采用一维有限差分计算，能够快速反演计算出三维电导率张量值，能很好的反映出地层的各向异性特征，例如直井中的裂缝性地层和斜井中的倾斜地层；利用随钻方位电磁波数据中长短不同源距、相位差与幅度比不同特性、高低不同频率的电磁波数据，与纵向反演得到的地层模型参数进行人机交互联合反演，得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出侵入带、原状地层以及地层边界距离等信息，结合指向不同方位的差异信号，最终通过成像将实时反演的地层界面和各向异性特征直观显示出来，就能够在钻进过程中实时快速的实现地质导向和储层评价功能。

附图说明

图1为本发明一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法的流程图；

图2为常规电阻率井眼校正图版示意图；

图3为三轴垂直线圈在层状各项异性地层斜井中的简易示意图；

图4为一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型示意图；

图5为水平井中仪器下侧紧贴地层界面时方位探边的圆盘示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法，包含以下步骤：

S1、将随钻方位电磁波仪器获得的补偿电磁波信号进行转换，得到视电阻率，根据视电阻率进行各自匹配的泥浆井眼图版校正。

因为不同的井眼大小和泥浆电阻率值对电磁波响应都有各不相同的影响，因此为了减弱或者消除影响，需要进行井眼图版校正，去除因井眼大小和泥浆电阻率的不同所引起的数据偏差，以便更接近真实地层的电阻率，如图2所示，井眼8in，泥浆电阻率0.1ohm-m，长(L)短(S)不同源距、相位差(Rps)与幅度比(Rad)不同特性的常规电阻率井眼校正图版。

图3为三轴垂直线圈在层状各项异性地层斜井中的简易示意图，接发线圈都含有三轴垂直线圈便会产生多分量随钻方位电磁波信号，具体的三维磁场强度分量可表示为如下矩阵形式：

其中，H代表磁场强度，下标第一个字母代表发射线圈，第二个字母代表接受线圈。

S2、根据随钻方位电磁波仪器的结构参数、多分量信息、井斜数据及地质信息，从测井数据库中选取匹配的多界面多参数地质初始模型，即一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型。

地质信息包含地质构造信息、地震剖面信息和邻井的钻井测井信息。

S3、将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算，不断迭代并与实测结果进行比较，直至满足收敛阀值条件或者超过迭代次数上限为止，得到三个不同方向的电导率张量值。

步骤S3中还包含取最基本的多层平行沉积地层模型，设置各向异性介质不同方向的初始电导率张量。如图4所示，为一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型示意图。在包含更多信息的同时，单纯的解析解算法已经无法满足复杂的计算条件，而有限元方法(FEM)、有限差分法(FDM)、积分方程法(IE)、模式匹配法(NMM)或多或少受到计算时间、计算规模或者计算模型的限制，不适合现场复杂的实时快速正反演计算，本发明使用的一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型，使用分离变量方法，在水平截面方向使用傅立叶变换，在垂直方向采用一维有限差分计算，能够快速反演计算出三维电导率张量值，能很好的反映出地层的各向异性特征，例如直井中的裂缝性地层和斜井中的倾斜地层。

含三维电导率张量的麦克斯韦(Maxwell)方程为下式所示：

三维电导率张量可以具体表示为：

式中表示旋度计算，表示电场强度，表示磁场强度，表示磁偶极矩，ω表示频率，μ表示磁导率，ε表示介电常数，σ_x，σ_y，σ_z分别表示x，y，z不同方向上的电导率。

S4、根据纵向上反演得到的地层模型参数，联合含有长短不同源距、相位差与幅度比不同特性、高低不同频率的电磁波数据，结合指向不同方位的差异信号，进行人机交互联合反演，得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出径向上侵入带、原状地层以及地层边界距离信息，已完成快速正反演处理。

随钻方位电磁波数据中含有长短不同源距、相位差与幅度比不同特性、高低不同频率的电磁波数据，这些数据反应出来的地层特性各不相同，包括不同探测范围、不同形态特征、不同响应强度的测量数据，与纵向反演得到的地层模型参数联合反演可得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出侵入带、原状地层以及地层边界距离等信息。

S5、结合指向不同方位的差异信号，通过成像实时反演的地层界面和各向异性特征直观显示出来，就能够在钻进过程中实时快速的实现地质导向和储层评价功能。

如图5所示，为水平井中仪器下侧紧贴地层界面时方位探边的圆盘示意图，提示线501相对圆心所在的方位位置，代表临近的地层边界相对井眼轨迹的方向，圆心所在位置到提示线501的距离，代表仪器轨迹到地层边界的距离，图例说明水平井井眼轨迹下侧正紧贴地层界面。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种多分量随钻方位电磁波仪器的快速正反演处理方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、将随钻方位电磁波仪器获得的补偿电磁波信号进行转换，得到视电阻率，根据视电阻率进行各自匹配的泥浆井眼图版校正；

S2、根据随钻方位电磁波仪器的结构参数、多分量信息、井斜数据及地质信息，从测井数据库中选取匹配的多界面多参数地质初始模型，即一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型；

S3、将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算，不断迭代并与实测结果进行比较，直至满足收敛阀值条件或者超过迭代次数上限为止，得到三个不同方向的电导率张量值；

S4、根据纵向上反演得到的地层模型参数，联合含有长短不同源距、相位差与幅度比不同特性、高低不同频率的电磁波数据，结合指向不同方位的差异信号，进行人机交互联合反演，得到各层位不同探测深度的电阻率值，从而推算出径向上侵入带、原状地层以及地层边界距离信息，已完成快速正反演处理。

2.如权利要求1所述的快速正反演处理方法，其特征在于，所述的步骤S4之后还包含一步骤S5；

S5、结合指向不同方位的差异信号，通过成像实时反演的地层界面和各向异性特征直观显示出来。

3.如权利要求1所述的快速正反演处理方法，其特征在于，所述的步骤S3中在将麦克斯韦方程应用到一维层状双轴各向异性介质斜井的正演模型中进行仿真计算之前还包含：取最基本的多层平行沉积地层模型，通过多分量信息设置各向异性介质不同方向的初始电导率张量。

4.如权利要求1所述的快速正反演处理方法，其特征在于，所述的步骤S3中采用分离变量方法，在水平截面方向使用傅立叶变换，在垂直方向采用一维有限差分计算，快速反演计算出三维电导率张量值。

5.如权利要求1所述的快速正反演处理方法，其特征在于，所述的地质信息包含地质构造信息、地震剖面信息和邻井的钻井测井信息。

6.如权利要求1所述的快速正反演处理方法，其特征在于，所述的含三维电导率张量的麦克斯韦方程表示为：

$\▿\×\stackrel{\→}{E}=i\mathrm{\ω}\mathrm{\μ}(\stackrel{\→}{H}+\stackrel{\→}{M})$

$\▿\×\stackrel{\→}{H}=\[\widehat{\mathrm{\σ}}-i\mathrm{\ω}\widehat{\mathrm{\ϵ}}\]\stackrel{\→}{E}={\widehat{\mathrm{\σ}}}^{\′}\stackrel{\→}{E}$

其中，三维电导率张量可以具体表示为：

$\widehat{\mathrm{\σ}}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\σ}}_x-iw\mathrm{\ϵ}& 0& 0\\ 0& {\mathrm{\σ}}_y-iw\mathrm{\ϵ}& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\σ}}_z-iw\mathrm{\ϵ}\end{array}\right]$

式中，表示旋度计算，表示电场强度，表示磁场强度，表示磁偶极矩，ω表示频率，μ表示磁导率，ε表示介电常数，σ_x，σ_y，σ_z分别表示x，y，z不同方向上的电导率。