一種運用長偏移距瞬變電磁陣列法進行油氣檢測的方法

2023-04-23 20:34:11

專利名稱：一種運用長偏移距瞬變電磁陣列法進行油氣檢測的方法
技術領域：
本發明涉及一種運用長偏移距瞬變電磁陣列法(ATEM)觀測資料中獲取時域激電 譜進而進行油氣檢測的方法。
背景技術：
在油氣地質勘探上，無論是以電阻率為參數的電磁法，還是以極化率為參數的激 電法，所觀測的電磁場信號中均包含了直流場、感應場和激發極化場。顯然，電磁法中激發 極化場是幹擾場，激電法中感應場是幹擾場。如何分離感應場和激發極化場是提高方法解 釋精度的重要保證。上個世紀末，激電測量中發展起來的復電阻率法(CR)通過共剖面的偶極-偶極裝 置和其較低的工作頻段，主要觀測激電場，從而可獲取地下異常體的激電參數，達到尋找地 質目標之目的。張賽珍、蘇朱劉等人認為，在外在電場的作用下，油氣藏本身存在激發極化 (IP)效應，特別是在低幅構造的沉積盆地，油氣藏是產生IP效應的主體，也即IP場直接與 油氣藏相關聯。目前，在多個油田開展了復電阻率(CR)法試驗，通過探測激電場來直接尋 找油氣藏，取得了良好的地質效果。然而該方法有兩個難點一是野外施工複雜，工作難度 大，效率低，成本高；二是電磁耦合難以有效根除。大功率長偏移距瞬變電磁陣列法(簡稱ATEM)是目前在油氣田勘探與開發中極具 潛力的可控源電磁探測方法，它觀測的是感應場，是以電阻率參數來研究地質目標的電磁 勘探方法。其發射源為接地長導線，採用大電流雙極性方波供電，根據勘探深度要求選擇不 同的方波寬度。測量在供電電流關斷的瞬間開始進行，這樣測得的信號僅為地中的衰變場 (二次場)而沒有一次場的影響。由於其大電流和長方波及特殊的布極裝置，加之近年來資 料採集、處理與反演解釋方法技術的提高，使其具有勘探深度大，抗電磁幹擾能力強，工作 效率高，縱橫向分辨能力強等優點，該方法已在開發油藏的注採動態監測和剩餘油探測方 法上展露端倪，倍受油藏地球物理界關注。由於石油勘探要求探測深度大，因而要求ATEM 供電時間較長(多至16s)，至使IP效應影響加大，常常發現電壓衰減曲線的晚期畸變或變 為負值的現象，嚴重影響了 ATEM資料處理與解釋。顯然，如果能從ATEM資料中直接提取激 電場，實現一種方法反演電阻率與極化率兩種參數，將使電磁法找油的可靠性大大增強，同 時也可提高工作效率，降低勘探成本。如何提取激電譜？ Pelton (1978)對此早有研究，並提出了多個Cole-Cole模型組 合描述感應場與激電場的數學物理方法，Brown(1985)以更為嚴格的推導得出關於電磁耦 合的模型即使在均勻大地的情況下，其電磁耦合的模型中也還應有附加項，為感應場與激 電譜分離奠定了理論基礎。然而到目前為此，研究得較多的是激電測量中如何從激電測量 中消除感應場(劉崧，1998)。如何從可控源電磁法中提取激電譜並加以應用是目前的研究熱點。羅延鍾認為， 由於地下導電性不均勻所引起的大地電磁場異常強度遠大於激電異常，要從被強大導電和 電磁效應異常淹沒中提取弱小激電異常的難度極大，前景不容樂觀。而李金銘等撰文介紹了極化水平層上天然場源激電測深的理論，對天然場源提取激電信息作出了肯定結論，並 給出了鉛鋅礦上的試驗結果；陳清禮O006)介紹了由MT資料反演真譜參數的基本原理並 給出了相關反演計算程序；曹中林O006)通過Cole-Cole模型的代入，對MT資料進行正 演研究和實測數據的反演，取得了有意義的成果。對於可控源電磁法，由於電磁場強度的加 大，IP信號也相應增強。殷長春(1994)等人分析和計算了瞬變電磁場中IP場，發現了感 應場與IP場在時間上的分異性，指出了提取IP場可行性。嶽安平O007)等人通過從可控 源音頻大地電磁法(CSAMT)信號中提取激電信息，可以加大激電法的探測深度和範圍，同 時也可以提高CSAMT的勘探精度。上述提取激電譜的方法主要有兩種途徑一是從卡尼亞電阻率曲線出發直接計算 頻散率；另一種方法是用反演電阻率模型Cole-Cole模型或Dias模型直接反演激電譜真參 數。前一方法由於感應場與IP場融合在一起，計算結果誤差較大，後一種方法是目前常用 的方法，但由於反演的非線性及非唯一性，使得應用效果不太理想。總之，從可控源電磁法資料中準確提取激電譜的難度較大。原因有二 一是因為電 磁法工作頻率較高，模型假設還存在理論缺陷；二是因為正反演過程中的非線性問題導致 解的非唯一性。然而對於ATEM方法，由於其工作於時間域，且僅測量二次場，斷電後觀測時 間長，因而易於激電譜的提取。特別是在沉積盆地的油田開發區，當構造不太複雜時，油氣 藏是產生激電場的主體，實現激電譜的提取對剩餘油檢測有重要的實用價值。基於Pelton(1978)、傅良魁等(1986)與劉崧(1998)等關於激電場的基本理論，電 磁觀測所得到的電磁譜為純電阻率效應(傳導)、感應效應、激發極化效應，以及介質激發 極化效應引起的感應效應四者的疊加。當觀測的是電場分量且頻率不是太高時，激發極化 效應引起的感應效應可以忽略不計，此時如果準確獲取研究區的背景感應場，然後從觀測 的二次場(感應與激化)中減去背景感應場，便可快速便捷地獲取激電譜。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術存在的不足而提出一種在含 油低幅構造區進行ATEM觀測獲取時域激電譜進行油氣地質勘探的方法，實現一種方法反 演電阻率與極化率兩種參數，使電磁法勘探油氣藏的準確性和可靠性大大增強，並提高工 作效率，降低勘探成本。本發明為解決上述提出的問題所採用的技術方案為先對探測區域進行ATEM觀測，獲取ATEM觀測場資料；在未剝離激發極化(IP)場時，選取電場分量無明顯畸變或負異常的測點，利用探 測區內測井約束的ATEM資料反演，獲取探測區高解析度的層狀電阻率模型；然後進行ATEM正演，獲得探測區各測點的瞬變感應電場或磁場衰減曲線；在同一觀測時間點上，用實際觀測的ATEM電場或磁場分量衰減曲線減去上述正 演獲取的電場或磁場分量衰減曲線，則剩餘場為時域激電場，由此獲取時域激電譜；以時域激電譜為反演參數，應用時間域激發極化法，即層狀介質的等效電阻率法 (傅良魁，1989)，反演獲取地下介質的極化率；通過利用深部電阻率參數和極化率參數實現油氣藏的檢測與評價。按上述方案，所述的評價可直接指示油氣藏的存在。
本發明基於下述機理實驗與理論研究(Pelton，1978)表明，對於均勻半空間極化介質，電偶極源激發 的復阻抗譜可表示為Zt ( ω ) = R+ZIP ( ω ) +Zic ( ω ) + Δ Z ( ω ) (1)其中R是介質的純電阻率效應；ω為發射源電磁波的角頻率；ΖΙΡ(ω)是介質的純 激發極化效應；Ζκ(ω)是介質的純電阻有關的感應效應；ΔΖ(ω)是介質的純激發極化效 應引起的感應效應。則時域響應為/ Zt (ω) eiwtdw = f (R+ZIP (ω) +Zic (ω) + Δ Z (ω)) eiwtdw (2)一般情況下，ΔΖ(ω)可以忽略，且ATEM觀測的是二次場，直流分量不存在。則 ATEM測量的二次場為/ Zt (ω) eiwtdw ^ f (ZIP (ω) +Zic (ω)) eiwtdw(3)其時域場為Vip (t) ^ Vatem (t)-Vem (t)(4)t為關斷後的衰減時間；VIP(t)是時域激發極化場(可以是電場分量或磁場分量； Vatem(t)是ATEM測得的二次總場；VEM(t)為感應電磁場。本發明取得的有益效果1.從ATEM觀測場提取IP場，可消除ATEM感應場晚期 畸變，改善晚期視電阻率曲線質量，深部電阻率參數的反演精度明顯提高，勘探深度明顯加 大；2.由於ATEM觀測場是瞬變感應場與激發極化(IP)場的疊加，滿足疊加原理，因此，從 ATEM資料中提取IP場，進而反演可以得到地下極化體的激電譜真數，利用該參數實現油氣 藏的檢測與評價；3.本發明實現了一種方法反演電阻率與極化率兩種參數，使ATEM方法具 備了電阻率勘探與激發極化法勘探兩種功能，降低了反演結果的非唯一性，反演結果具有 準確性好、精度高和分辨能力強之特點，使電磁法勘探油氣藏的準確性和可靠性大大增強， 工作效率提高，勘探成本降低。


圖1為本發明實施例中均勻極化半空間模型隨極化率變化的電場衰減特徵曲線 圖。圖2為本發明實施例中ATEM 二次總場、激發極化場和感應場的衰減曲線圖。圖3為本發明實施例中油田剩餘油檢測ATEM試驗採集點位分布圖。圖4為本發明實施例中油田剩餘油檢測ATEM試驗儲層電阻率異常分布圖。圖5為本發明實施例中油田剩餘油檢測試驗ATEM激電異常提取平面分布圖。
具體實施例方式首先在未剝離激發極化(IP)場時，認真選取電場分量無明顯畸變或負異常的測 點，利用測區內測井約束的ATEM資料反演，獲取探測區高解析度的層狀電阻率模型。然後 進行ATEM正演，獲得探測區各測點的瞬變感應電場(或磁場)分量衰減曲線。由於ATEM觀 測場是瞬變感應場與激發極化(IP)場的疊加，滿足疊加原理，因此，在同一觀測時間點上， 用實際觀測的ATEM電場(或磁場)分量衰減曲線減去反演獲取的電場(或磁場)分量衰減曲線，則剩餘場為時間域激電場。應用時間域激發極化法求取極化率參數，利用深部電阻 率參數和極化率參數實現油氣藏的檢測與評價。下面結合附圖進一步說明本發明的實施例。圖1是均勻極化半空間模型隨極化率變化的電場衰減特徵變化圖。以均勻極化的 半空間(電阻率與極化率)模型進行檢驗，假設P0電阻率、τ時間常數、c頻率相關係數、 m極化率，均勻半空間模型參數為ρ。= 100 Ω · m，τ = Is, c = 0· 5，m = 0，0· 05，0· 2，0· 4，結果表明激電譜能成功提取，同時ATEM感應場尾支質量得到改善。由圖1可以看 出，當介質極化時，晚時激電場表現明顯。即使極化率m = 0.05時，尾支曲線也明顯變緩， 影響範圍從10_3秒後就已非常明顯。對於深部勘探來說，10_3至1秒是重要的勘探窗口，如 不消除IP的影響，勢必影響ATEM的資料解釋。同理也可計算層狀介質模型的電場曲線，其 特徵與上述相似。圖2是將觀測的ATEM 二次總場、激發極化場和感應場的衰減曲線(實線標示二次 總場，點畫線(粗線)表示激發極化場，虛線表示感應場的衰減曲線)。通過(4)式計算的 激發極化場可用Cole-Cole模型來描述，從而可較為精確地求取地下介質的極化參數。具體實施例選取的試驗區為潭口油田廣三段稠油區塊。潭口油田位於湖北省潛江市王場鎮張 新鄉，構造位置位於江漢盆地潛江凹陷北部潛北斷裂帶中段。廣三段稠油區主要分布於潭 口油田潭34井區及其外緣，為一具有氣頂氣的構造層狀稠油油藏。潭34井區的潛江組與 廣華寺組廣三段成角度不整合，潛江組油氣通過剝蝕面向上逸散，在廣華寺組底部沙礫巖 中聚積，形成了目前的潭口廣三段稠油。油藏埋深僅620. 2-625. an。該油田特點是油藏單 一且埋深淺，作為試驗區，有利於檢驗電磁方法檢測剩餘油的效果。ATEM採集點位分布圖如圖3所示。共布置測線18條，線距50米；每條測線28個 物理點，點距50米。測點總個數為504個。ATEM測區位於油氣區構造頂部北東側。ATEM測量參數為 三分量測量(Ex、Ey、Hz) 供電AB極偶極距2000米 收發距3000-4500 米 發射電流30安培 發射功率30千瓦 測點間距50米 電極距50米 發射周期4秒·記錄時間> 45分鐘激電異常提取效果首先對江漢盆地譚口油田的ATEM資料進行了測井約束的高 分辨能力的電阻率反演，並進行了沿層電阻率切片，給出了該區儲層的電阻率異常分布，如 圖4所示，共發現電阻率異常4個(編號為R01、R02、R03、R04)。對ATEM資料進行了時域 激電譜提取，獲得了該區蒸汽驅稠油藏的激電譜參數平面分布圖，如圖5所示，發現激電異 常5個(編號為IP-1、IP-2、IP-3、IP-4、IP-5)。對比圖4和圖5發現，除IP-I異常沒有對應外，1P-2、1P-3、1P-4、1P-5激電異常與R01、R02、R03、R04電阻率異常十分吻合，其中 IP-5異常極化率最大，範圍也最大。顯然研究結果對下一步油氣開發有重要的指導意義。
權利要求
1.一種運用長偏移距瞬變電磁陣列法進行油氣檢測的方法，其特徵在於 先對探測區域進行ATEM觀測，獲取ATEM觀測場資料；在未剝離激發極化場時，選取電場分量無明顯畸變或負異常的測點，利用探測區內測 井約束的ATEM資料反演，獲取探測區高解析度的層狀電阻率模型；然後進行ATEM正演，獲得探測區各測點的瞬變感應電場或磁場衰減曲線； 在同一觀測時間點上，用實際觀測的ATEM電場或磁場分量衰減曲線減去上述正演獲 取的電場或磁場分量衰減曲線，則剩餘場為時域激電場，由此獲取時域激電譜；以時域激電譜為反演參數，應用時間域激發極化法，即層狀介質的等效電阻率法，反演 獲取地下介質的極化率；通過利用深部電阻率參數和極化率參數實現油氣藏的檢測與評價。
2.按權利要求1所述的運用長偏移距瞬變電磁陣列法進行油氣檢測的方法，其特徵在 於所述的評價可直接指示油氣藏的存在。
全文摘要
本發明涉及一種運用長偏移距瞬變電磁陣列法進行油氣檢測的方法。包括先對探測區域進行ATEM觀測，獲取資料；在未剝離激發極化場時，選取電場分量無明顯畸變或負異常的測點，利用ATEM資料反演，獲取探測區高解析度的層狀電阻率模型；然後進行ATEM正演，獲得探測區各測點的瞬變感應電場或磁場衰減曲線；在同一觀測時間點上，用實際觀測的ATEM電場或磁場分量衰減曲線減去正演獲取的電場或磁場分量衰減曲線，獲取時域激電譜；應用時間域激發極化法，反演獲取地下介質的極化率；通過利用電阻率和極化率參數實現油氣藏的檢測與評價。本發明使電磁法勘探油氣藏的準確性和可靠性大大增強，工作效率提高，勘探成本降低。
文檔編號G01V3/38GK102053281SQ200910272710
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月10日 優先權日2009年11月10日
發明者嚴良俊, 向葵, 唐新功, 王友勝, 胡文寶, 蘇朱劉, 謝興兵, 陳孝雄, 陳清禮, 黃飛 申請人:中國石化集團江漢石油管理局地球物理勘探公司, 中國石油化工集團公司