用于油气藏勘探的井筒电磁法反演算法研究

发布时间：2020-10-26 05:15

　　 井筒电磁法(electromagnetic methods in well)是指发射和接收装置其中一个置于井中,另外一个置于地面,或者两者都置于井中的一类电磁勘探技术,根据场源和接收的相对位置可以分为电测井——激发-接收在同一口井中、井间电磁法——激发-接收在分别两口井、井地电磁法——井中激发-地面接收和地井电磁法——地面激发-井中接收。井筒电磁法充分利用了井中供电或者井中接收电磁场的优势,从而对探测目标体形成最佳的激发和照明度,可以用于圈定油气藏边界、评价相邻目标靶区的含油性,监测油气田开发中的油水动态变化以及发现隐蔽剩余油气藏等。基于积分方程法,本文开展了三维井间和井地电磁数据反演及二维地井垂直电磁剖面法快速正反演算法研究,并评价这些方法在复杂油气藏勘探中应用的有效性。三维井间电磁法几何参数化反演研究：采用最小二乘反演理论对井间三维油气藏模型进行模拟,研究中将目标油气藏的空间分布和物性参数等作为反演目标函数中的待定量,避免三维网格电阻率反演因反演参数量过多引起的多解性问题；研究多井激发电磁场分量叠加信号的多分量约束反演,提高反演分辨能力；采用模型修改量与初始模型乘法运算,消除反演过程中模型电阻率奇异值,使反演稳定；将未知的层状背景介质电导率视为反演目标函数待定量,使反演研究更方便实际应用。并探讨最小二乘法在三维井间电磁场参数化反演中的应用前景。三维复杂油气藏模型井地电磁法快速反演算法研究：详细推导了相关快速反演算法,提出了两步顺序最优化方法。第一步几何参数化反演,确定目标油气藏所处的可能靶区范围,第二步三维网格电阻率反演,第一步确定范围减小第二步所需的剖分空间；由于可确定反演区域,对基于积分方程法正演的反演计算而言,激发场源和接收点与目标靶区空间位置之间的背景介质格林函数只需要计算一次,极大地减小传统反演算法中盲目选取大范围目标靶区,也减少了每次反演迭代后根据反演结果更新修改目标靶区及重新计算背景介质格林函数所需的大量时间和存储空间。通过对具有空间倾角的高阻油气藏模型反演试算,分析两步反演算法的可行性。二维地井垂直电磁剖面快速模拟算法研究：引入稳定型双共轭梯度-快速傅里叶变换算法,详细推导二维层状并矢格林函数计算过程,实现了二维地井垂直电磁剖面快速模拟；通过对油气藏模型试算,采用传统积分方程法验证该快速算法的精度和稳定性,对比结果表明,所采用快速算法可有效提高多场源多频率地井垂直电磁剖面计算效率；考虑均匀半空间和层状背景介质,对多场源地井垂直电磁剖面进行模拟计算,分析讨论不同复杂油气藏模型的响应特征和规律,为后续开展快速反演算法研究奠定基础。多场源二维地井垂直电磁剖面的快速反演算法研究：详细推导基于多场源多频率电磁场的对比源反演算法,结合稳定型双共轭梯度-快速傅里叶变换算法,实现适用于复杂油气藏模型多场源二维地井垂直电磁剖面的快速反演；反演过程引入快速傅里叶变换算法,加速反演迭代过程中涉及的矩阵相乘计算。考虑均匀半空间与层状介质背景,通过对油气藏模型反演试算,并与地面电磁法反演结果对比,分析该反演方法重构油气藏深部边界的有效性。开展井筒电磁法反演实用化数值试验与分析。针对三维井间电磁参数化反演、三维井地电磁两步式反演及二维地井垂直电磁剖面多场源反演,通过对不同复杂度油气藏模型进行数值试算,分析上述井筒电磁法反演的稳定性及其分辨能力。分析指出,三维井间电磁参数化反演可有效监测井筒旁侧油气藏电阻率的变化,对层状介质中薄层油气藏模型具有较好的分辨能力；三维井地电磁两步反演对均匀半空间及层状介质中低阻油气藏模型具有较好的分辨能力及稳定性：针对不同复杂油气藏模型,与地面电磁法数据反演相比,多场源多频率地井垂直电磁剖面数据反演可有效提高对油气藏模型的重构能力和精度。最后,开展井筒电磁法反演算法抗噪性分析,讨论几何参数化反演及对比源反演算法对不同噪音强度合成数据的反演效果,为井筒电磁法反演算法实用化提供数值模拟依据。
【学位单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P631.811;P618.13
【文章目录】：
作者简介
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 油气电磁勘探现状
        1.2.2 井筒电磁法发展现状
        1.2.3 井筒电磁法数值模拟研究现状
    1.3 主要研究内容和结构安排
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 论文结构安排
    1.4 本章小结
第二章 基于积分方程法的井筒电磁法正演
    2.1 积分方程法
        2.1.1 积分方程推导
        2.1.2 并矢格林函数
        2.1.3 积分方程的求解
        2.1.4 积分方程的正确性验证
    2.2 井筒电磁法正演的实现与分析
        2.2.1 井间电磁法正演
        2.2.2 井地电磁法正演
        2.2.3 地井垂直电磁剖面正演
    2.3 本章小结
第三章 基于积分方程法的井筒电磁法反演
    3.1 最小二乘参数化反演
    3.2 对比源反演算法
        3.2.1 对比源最优化
        3.2.2 对比度最优化
    3.3 考虑储层特性的两步反演算法
        3.3.1 几何参数化反演
        3.3.2 网格电阻率反演
    3.4 本章小结
第四章 井筒电磁法反演数值试验
    4.1 井间电磁合成数据反演试验
        4.1.1 油气藏电阻率反演
        4.1.2 考虑储层的油气藏电阻率反演
    4.2 井地电磁合成数据反演试验
    4.3 地井垂直电磁剖面合成数据反演试验
    4.4 本章小结
第五章 数值试验结果分析与讨论
    5.1 井筒电磁反演算法稳定性分析
        5.1.1 井间电磁参数化反演
        5.1.2 井地电磁两步反演
        5.1.3 地井垂直电磁剖面对比源反演
    5.2 井筒电磁反演算法分辨能力分析
        5.2.1 井间电磁参数化反演
        5.2.2 井地电磁两步反演
        5.2.3 地井垂直电磁剖面对比源反演
    5.3 井筒电磁法反演算法抗噪性分析
        5.3.1 几何参数化反演算法
        5.3.2 对比源反演算法
    5.4 本章小结
第六章 讨论与总结
    6.1 讨论
    6.2 结论
致谢
参考文献

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本文编号：2856549