编码脉冲源时域电磁法信息提取方法及实现
本文选题：伪随机 切入点：脉冲源 出处：《长江大学》2017年博士论文
【摘要】：随着国内各大油田逐步进入后期开发阶段,如何动态监测油气水的运移走向及剩余储量,从而为提高油田采收率提供有效、直接的参考依据,显得越来越迫在眉睫。由于地层中油气与水在电阻率参数上差异巨大,而电磁勘探方法对探测目标的电性差异敏感,电磁勘探方法是定量评价储层含油气性直接而有效的方法。时间域电磁勘探方法相比其他电磁勘探方法具有高分辨率、强抗干扰能力和高效率等特点,是油藏动态监测首选的勘探方法。一般施工区域内存在有大量的抽油机、采油树、变电站,常规时域电磁勘探方法由于施工条件限制、环境噪声干扰等因素导致在该场景下并不能得到很好的应用效果。为了提高信噪比和测量的精度,一般会采用两种方式,一种方式是提高发射源发射功率,将导致装置重量增加,难以快速移动,不方便现场施工,同时也会增加整体设备的成本和技术实现的难度,当达到一定功率后再增加功率所得到的改善效果并不明显;另一种方式是增加数据叠加次数,将付出更多的现场采集时间作为代价,降低了工作效率,也会引入更多未知噪声。已经在许多领域得到良好应用效果的相关辨识技术给出了第三种选择。由于干扰信号与发射信号基本不相关,可通过相关辨识技术可以使得在信号频带内的干扰和噪声的功率谱大大降低,从而提高系统的输出信噪比。维纳-霍普方程已说明如何通过互相关函数来辨识大地电磁脉冲响应,只是当满足发射信号自相关函数拥有近似于Delta函数的特性的时候,方程条件才成立。因此问题的重点转变为如何选择合理的发射信号,并保证其拥有良好的自相关特性。虽然白噪声信号满足以上条件,但是白噪声信号产生难度较大和响应信号收集所需时间较长这两个缺点,说明实际工作条件极大地限制了白噪声作为相关辨识的源信号。若采用伪随机信号代替白噪声,不止满足方程条件还将克服上述两个缺点。伪随机码是一种具有和白噪声类似自相关特性的编码序列,常见的伪随机码包含有m序列、逆重复m序列、M序列和Gold序列等。因此使用伪随机码作为发射信号,再通过相关辨识技术提取大地电磁脉冲响应的方法,可以在不额外增加发射功率和采集时间情况下降低电磁干扰对获取地层信息准确性的影响。基于上述论点,作者提出了一种基于m序列编码的脉冲源激励的时域电磁勘探方法,被称为编码脉冲源时域电磁法(Coding pulse-source TEM Method简写为CPTEM),并依据此方法设计一套适用于油气藏勘探与监测的伪随机电磁勘探设备、现场施工流程及信息提取方法。m序列信号具有宽频带、良好的自相关性等优点,可以用来对抗工区中强电磁干扰以提高勘探精度和勘探效率。脉冲源时间域电磁勘探方法具有对电性层差异反映灵敏和高分辨率等优点,可以直接判断油气水层。因此两者的有机结合可以作为进行油藏动态监测的首选方法。作者首先通过分析几种常用伪随机码的产生过程和相关特性,结合时域电磁勘探方法的特性,选定最易产生且自相关性最佳的m序列开始设计编码方案。通过对比阶跃信号编码和脉冲信号编码的自相关性差异,证明了利用脉冲源进行编码将具有更好的中浅层分辨能力。制定了以m序列作为编码且以脉冲源作为激励的编码方案,并分析方案中若干重要参数的选择规则,为资料采集方案和数据处理方法提供理论基础。随后以该编码方案为基础描述了通过相关辨识提取大地电磁脉冲响应函数方法,并以均匀半空间模型为例,验证了编码方案和相关辨识方法能有效提取大地电磁脉冲响应函数,并拥有良好的抗噪特性。根据理论研究和编码方案的要求,提出了编码脉冲源时域电磁法硬件实现方案。发射系统部分包含脉冲电磁场源、时序控制器、电流记录器等,由时序控制器内GPS同步下的m序列码控制脉冲电磁场源发射m序列编码电磁脉冲信号。接收系统采用加拿大凤凰公司的V8电磁采集系统,通过设计V8野外施工布置和工作参数使V8系统能应用于编码脉冲源时域电磁法信号采集。按照相关辨识原理,设计了编码脉冲源时域电磁法资料处理算法,包含有数据切割、数据读取、格值转换、去均值、互相关、幅值矫正和周期截取等步骤,最终计算求得大地电磁脉冲响应。按照设计方案,作者完成了编码脉冲源时域电磁法原理样机的研制,并于2016年12月在天津大港油田进行了三组试验,采用相同的采集系统和不同的发射源进行搭配。三组试验的发射源分别为常规TD50波形发射、周期性脉冲源发射和伪随机编码脉冲源发射。经过现场数据获取和信息提取过程后,通过对比三组试验所得地层脉冲响应曲线形态,证明通过伪随机编码脉冲源发射方案能得到正确的地层响应信息并拥有较强的抗噪能力。理论研究和试验结果表明:根据伪随机m序列对脉冲型电磁场源进行编码,再使用相关辨识方法提取大地脉冲响应的方法是可行的,仪器体积小巧,抗噪声干扰能力强,能与传统电磁仪器和传统电磁反演软件相兼容,很好的弥补了传统电磁法的不足,具有广阔的应用前景。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE33;P631.325
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，本文编号：1662748
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