一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法

2023-06-05 05:05:11 1

專利名稱：一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法
技術領域：
本發明屬於地球物理勘探與油田開發技術領域，是一種利用地面斜源瞬 變電磁測量獲得儲層的電性各向異性參數進而確定儲層孔隙各向異性的瞬變 電磁方法。
背景技術：
地層介質的電學性質具有各向異性特徵，從微觀上看，是巖層的骨架成
分、粒度和分布狀態、孔隙的幾何結構隨著方向的不同而不同；從相對宏觀 的尺度上看，是地層中的裂隙分布、巖性的變化、結構局部異常、局部變質 作用等因素的共同作用。
目前，已經觀測到頁巖的電導率具有各向異性，其係數介於1 3之間。 各向異性通常用於解釋頁巖測井中所觀測到的異常的響應。大多數的油藏巖 層面與水平面由於存在各向異性交錯的現象，測井儀器的響應主要反映的是 電導率的水平分量。在利用一些特殊的巖心分析得到阿爾奇公式中含水飽和 度指數/ 和孔隙度指數"時，挑選的巖心要保證所得到的參數都是與巖層面 平行的(大致水平)。因此，在垂直井中，巖心分析得到的阿爾奇參數一般與測 井儀器的響應是一致的，所以利用測井資料可以很好地預測油藏的含水飽和 度。
各向異性與測量尺度有關，它依賴於特定的測井儀器的發射器-接收器的 間距，以確定測井儀器所探測到的地層是各向同性還是各向異性。在一個無 窮大的各向同性介質中，在傳感器附近，只存在軸向場，儀器輸出的數據足
以完整地描述所測的地層。但是，如果存在各向異性，通常會產生橫向場分 量，而在傳統的電測儀或軸向雙感應測井儀中，沒有在橫向上安裝傳感器， 就無法對電磁場的橫向分量作出響應，也就無法探測到橫向場分量，結果儀 器記錄到的數據並不完整，無法從這些不完整的數據來正確地描述地層電阻 率。
隨著水平鑽井技術越來越廣泛地應用，人們將地層的各向異性特徵作為飽 含油油藏電導率的通用性質來進行研究。在水平井中，即便是很厚的地層，其 水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率也不一定相等，尤其是在交界面處。此 時的儀器測量值是地層水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率共同作用的結 果。在砂泥巖薄互層、不同粒度大小的砂巖層、薄的電阻性或電導性條帶等 地層其水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率有很大的差別，這兩種方向的 電阻率同時影響著測量得到的地層視電阻率值。如果將這些地層當作各向同 性地層來處理會給解釋帶來很大誤差。
地面電磁勘探中，採用天然場源的大地電磁測深法觀測五個電磁場分量， 在資料處理中，計算出兩種極化方式的視電阻率參數，這兩種極化模式的視 電阻率基本上就是平行電性主軸和垂直於電性主軸這兩個方向上的視電阻 率，反映的就是地層電性的方位各向異性特徵。但由於天然場源的信號很弱， 該方法的電場分量受地表不均勻體的靜態偏移影響非常突出，這將直接影響 到指示各向異性的效果。 一般來講，若沒有靜態偏移的影響，大地電磁測深 兩種極化方式的視電阻率在高頻時一般差異不大，而在低頻時兩種極化的視 電阻率曲線分異較大，重點反映了區域範圍內深部構造的各向異性，其分辨 能力達不到研究儲層各向異性的精度。另外，也由於天然場源的信號很弱，
在工業用電幹擾很強的開發油區不能獲得高信噪比的測量，所以大地電磁測 深法不能有效地用於油氣儲層電性各向異性特徵探測。
可控源電磁方法又可分為頻率域方法和時間域方法。頻率域方法通常以 固定頻率或混合頻率的連續電流波形作為發射源，其主要的局限是發射裝置 與接收器的強耦合。由於發射電流波形連續，任意時刻接收到的信號是源場 (一次場)和地中介質異常響應(二次場)在接收器處的合成。 一般情況下， 二次場的幅度要遠小於一次場，要將淹沒在總場信號中的微弱二次場信號精 確地提取出來比較困難，限制了頻率域方法的分辨能力和應用效果。
時間域方法的激勵波形一般為脈衝或半佔空的方波，根據需要可以選擇 不同的方波脈衝寬度。根據電磁感應原理，供電脈衝在關斷的瞬間將在供電 電極附近的地層中產生一個很強的感應場，並隨時間推移逐漸向外擴散並衰 減，該瞬變場的擴散與衰減特徵就反映了地層電性參數的空間分布信息。如 果能將電性各向異性參數與彈性波各向異性參數結合其來進行綜合解釋，不 僅可以定量描述儲層的孔隙度和滲透率的各向異性分布，還可以更好地用於 預測儲層中的流體性質，定量評價儲層中的含油飽和度。儘管在地面電磁勘 探中可計算兩種極化方式的視電阻率參數，還沒有作為反映地層電性的方位 各向異性特徵，進而確定油氣儲層孔隙各向異性的方法。

發明內容
本發明目的在於提出一種獲得油氣儲層的兩個水平電場分量的響應，反 演得到儲層的兩個方向上的電阻率值，計算出儲層的電性各向異性比值，進 而確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法。
本發明採用以下技術步驟實現
1) 採用接地導線作為激勵源，並將源偏離測線X方向一定角度(^，通過
發射裝置向地下供電，沿測線方向測量相互正交的兩個電場分量&和^;對 發射波形和接收信號同時進行全時段數字記錄；
所述的發射裝置通過GPS實現全系統的精確時間同步。
所述的一定角度(^，為20_45° ，最佳為45° 。
2) 對經過常規處理後的兩個電場水平分量分別進行反演，得到不同深度 處的x方向和y方向的地層電阻率p,和p^;
所述的常規處理包括在時間域內對觀測數據進行去噪濾波、去直流和靜態
偏移影響的校正、時間序列的疊加處理、視電阻率參數的計算等。
3) 根據以下公式計算水平電場總場矢量的幅值formula see original document page 7
(1)
根據以下公式計算電場各向異性係數
formula see original document page 7 (2)
電場各向異性係數77是電性主軸方位角的正切值；
步驟3)各向異性係數77也可以先計算出電性主軸方向上的電阻率值
以上A和A為採用反演得到的地層兩個方向的電阻率，然後求得電阻率各 向異性係數formula see original document page 7(4)
4)根據測點與源中心的相對位置計算均勻半空間測點處電場響應的電性
觀測電場主軸的方位角為formula see original document page 7(77)
式中e為測點至源中心連線與源偶極的夾角， 由以下公式得到觀測電場的電性主軸校正方位角
formula see original document page 8 (6)
公式中源偏角phi0，電性主軸方位角phis，觀測電場主軸的方位角phie;
5) 利用測井常用的Archie關係模型，由電性主軸方向上的電阻率值得 到電性主軸方向上的地層孔隙度值；
6) 採用通常的方法繪製矢量箭頭圖表示地層孔隙的各向異性分布，用箭 頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，箭頭的角度 採用電性主軸校正的方位角phie';
7) 矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致表示地層孔隙度為各向均勻； 偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。
本發明圖3為一個工區的儲層孔隙分區及相應的電場各向異性矢量圖， 圖中的細等值線圈定了工區的儲層分帶，粗虛線為推測的斷層線，其中南北 向的兩個為斷裂帶，在一定的寬度範圍內反映出斷裂的特徵。利用電場矢量 圖能形象地確定孔隙變化的方向，與等值線圈定的分區邊界一致。


圖1為本發明電磁觀測布設示意圖2為本發明斜源瞬變電場分量分解圖3.為本發明儲層孔隙分區及相應的電場各向異性矢量圖的實施例。
具體實施例方式
野外資料採集採用地面斜源瞬變電磁測量方案，如圖1所示，其特點是 採用偏離測線(x方向) 一定角度phi0的接地導線為激勵源。由發電機l通過發
射控制裝置2向接地長導線4向地下供電，發射裝置通過GPS3實現全系統的 精確同步。源的布設考慮應該儘可能與待測工區在同一地質構造單元內，且 能將工區覆蓋在有效的範圍內而又不至於信號太弱。設測線方向x與地層的 構造走向一致，為了一次測量就能獲得地層兩個方向上的電阻率值，需要將 源偏離x方向一定的角度，最便於資料處理的設置應取<^。=45°。
單元5為多分量瞬變電磁數據採集站，觀測沿x方向的電場分量仏和與其 正交的電場分量&，垂直磁軌作為可供選擇的觀測場量。
對觀測資料進行常規的瞬變電磁資料處理包括在時間域內對觀測數據進 行去噪濾波、去直流和靜態偏移影響的校正、時間序列的疊加處理、視電阻 率參數的計算等。
如圖2所示，根據測量裝置觀測的水平電場的兩個分量&9和可以計 算水平電場總場矢量11的幅值為
以及電場各向異性係數
"4 (2)
電場各向異性係數77表示的是電性主軸方位角的正切值。
也可以採用反演得到的地層兩個方向的電阻率A和A來進行計算，先計算 出電性主軸方向上的視電阻率值
然後求得電阻率各向異性係數
由電場場值和視電阻率值求得的各向異性係數基本相同，但視電阻率轉
換時會有近似誤差。
按下式計算電場主軸的方位角 <pe=tan-!(") (5)
根據測點與源中心的相對位置計算均勻半空間測點處電場響應的發射源
的電性主軸方位角^:
一「3sin0cos" ,八
A — 二 tan -^~ (6)
、l_3cos 0 J
式中e為測點至源中心連線與源偶極的夾角， '
對觀測電場的主軸方位角進行校正 < 二 H+<Po (7)
根據測井資料得到的有關參數，利用測井常用的Archie關係模型，可以 由電性主軸方向上的電阻率值轉換得到電性主軸方向上的地層孔隙度值。可 以繪製矢量箭頭圖來形象地圖示地層孔隙的各向異性分布，箭頭的長短表示 電性主軸方向上的地層孔隙度(或電阻率值)的大小，而箭頭的角度就是電 性主軸的方位角。當地層孔隙度為各向均勻時，矢量箭頭的指向與源偶極的 方位角一致，偏離電性主軸的矢量箭頭即表示地層孔隙度的各向異性。
權利要求
1、一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特徵採用以下技術步驟實現1)採用接地導線作為激勵源，並將源偏離測線x方向形成源偏角通過發射裝置向地下供電，沿測線方向測量相互正交的兩個電場分量Ex和Ey；對發射波形和接收信號同時進行全時段數字記錄；2)對經過常規處理後的兩個電場水平分量分別進行反演，得到不同深度處的x方向和y方向的地層電阻率ρx和ρy；3)根據以下公式計算水平電場總場矢量的幅值根據以下公式計算電場各向異性係數電場各向異性係數η是電性主軸方位角的正切值；觀測電場主軸的方位角為4)根據測點與源中心的相對位置計算均勻半空間測點處電場響應的電性主軸方位角式中θ為測點至源中心連線與源偶極的夾角，由以下公式得到觀測電場的電性主軸校正方位角公式中源偏角電性主軸方位角觀測電場主軸的方位角5)利用測井常用的Archie關係模型，由電性主軸方向上的電阻率值得到電性主軸方向上的地層孔隙度值；6)採用通常的方法繪製矢量箭頭圖表示地層孔隙的各向異性分布，用箭頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，箭頭的角度採用校正主軸方位角7)矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致為地層孔隙度各向均勻；偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。
2、 根據權利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 徵步驟l)所述的發-射裝置通過GPS實現全系統的精確同步。
3、 根據權利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 徵步驟l)所述的源偏角( 。為20—45。。
4、 根據權利要求1或3所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法， 其特徵步驟l)所述的源偏角(^。為45。。
5、 根據權利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 徵步驟2)所述的常規處理包括在時間域內對觀測數據進行去噪濾波、去直流 和靜態偏移影響的校正、時間序列的疊加處理、視電阻率參數的計算等。
6、 根據權利要求1所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 徵步驟3)所述的各向異性係數77通過先計算出電性主軸方向上的電阻率值p， 然後求得電阻率各向異性係數P = V"》 (6)以上A和A為採用反演得到的地層兩個方向的電阻率；
全文摘要
本發明為地球物理勘探與油田開發技術領域，是一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，步驟是接地導線作為激勵源並將源偏離測線x方向形成源偏角φ0，測量記錄相互正交的兩個電場分量Ex和Ey；反演得到不同深度處的x方向和y方向的地層電阻率；計算水平電場總場矢量的幅值、電場各向異性係數、電場主軸的方位角；由電性主軸方向上的電阻率值得到電性主軸方向上的地層孔隙度值；繪製矢量箭頭圖，用箭頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致為地層孔隙度各向均勻；偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。本發明可以確定地層中的裂隙分布、巖性的變化、結構局部異常、局部變質情況。
文檔編號G01V3/26GK101382599SQ20071012126
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月3日 優先權日2007年9月3日
發明者嚴良俊, 葵 向, 唐新功, 王軍民, 胡家華, 胡文寶, 蘇朱劉, 謝興兵, 鄭仁淑, 陳清禮 申請人:中國石油天然氣集團公司;長江大學