基于PARDISO直接求解器的三维自然电位正反演

近年来自然电位法在海底硫化物资源的勘探和评价中发挥了重要作用。本文开展的是基于PARDISO直接求解器的3D自然电位正反演算法研究。首先,利用有限体积法离散自然电位控制方程,采用PARDISO直接求解器提高正演计算的效率,通过数值解与解析解对比,验证了正演算法的可靠性。其次,在3D反演算法中考虑了地形因素,同时将最小支撑约束与深度加权加入目标泛函中,理论模型数据的反演结果很好地恢复了矿体的结构。最后,利用该算法对室内沙箱实验获得的自然电位数据进行反演,结果显示得出的电流密度异常与金属棒的位置基本一致。因此,本文提出的反演算法在未来大规模自然电位数据反演中具有重要作用。

裂缝性储层阵列声波成像测井响应模拟及速度频散特征研究

为分析裂缝性储层中裂缝发育带对阵列声波测井响应的影响,本文采用交错网格有限差分算法实现孔弹介质阵列声波测井波列响应的数值模拟。通过对模拟波形速度频散信息的提取,总结裂缝发育带与扩径井段不同模式波的吸收衰减与速度频散响应特征的差异性。首先基于Biot孔弹介质模型导出柱坐标下弹性波的速度-应力方程;其次,用交错网格有限差分方法对孔弹波动方程进行离散化,为提高模拟算法效率与精度,使用高阶差分格式与NPML;最后,基于含倾斜裂缝带模型与井壁坍塌地层模型的响应模拟,用前后向振幅相位估计法分析阵列声波的波形幅度相位响应特征与速度频散的差异性。结果表明,低速裂缝带纵横波波场时差会增大,且衰减幅度随裂缝带倾角变化;井壁塌陷在径向与轴向上扩大时,会增强斯通利波与伪瑞利波衰减。声波纵横波时差、速度频散与幅度衰减均可反映一定的裂缝带特征,这些影响对评价和开发裂缝性储层具有重要意义。

可控源海洋电磁勘探中空气波影响的理论分析和数值模拟

可控源海洋电磁勘探(MCSEM)中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所熟知,且已提出了多种压制方法.然而,由于空气波与海水层中其它信号相互作用的复杂性,至今其作用机理及对有效信号的影响方式尚未完全清楚,这也阻碍了浅水域MCSEM油气勘探的应用.本文在前人研究的基础上,基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论导出了空气、海水层和海底地层之间的相互作用关系.分析了MCSEM电磁响应的影响因素和空气波的作用机理.以无限水深假想模型、三层介质模型和四层介质模型为基础,导出了水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场关系,分析显示了前人提出的上下行波分离进行空气波压制所存在的缺陷.通过理论和数值模拟知道,利用横电(TE)和横磁(TM)模式受空气相互作用影响的差异和电磁场水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响程度的不同可减弱空气波对有效信号的影响,这将有助于实现浅水域海洋电磁勘探数据的有效利用.

裂缝性储层的电各向异性响应特征研究

以水平裂缝分布的孔隙介质模型为基础,建立了水平裂缝面的平行裂缝分布和带粗糙表面的点接触裂缝模型,导出了两类裂缝模型的水平和垂直电阻率响应关系,分析了两类裂缝模型在没有围压和存在围压条件下的水平电阻率、垂直电阻率变化规律和电各向异性系数的变化特征.讨论了裂缝开度、裂缝密度和裂缝粗糙度等裂缝特征参数对裂缝性储层电各向异性的影响.为简化讨论,所有电性响应特征的分析都忽略了裂缝和孔隙表面的导电性和极化的影响.利用平行分布水平裂缝面模型和带粗糙面的裂缝模型,考察了围压条件下的裂缝性岩石的电各向异性响应特征,得到了对实际应用有意义的结果.

泥质砂岩电导率模型的分析及对比

通过对Hanai-Bruggeman电导率模型(H-B模型)与Archie公式、Waxman-Smith模型(W-S模型)和双水模型的电导率响应的对比分析,明确了Archie公式、Waxman-Smith模型的适用条件,总结了H-B电导率模型在高、低矿化度条件下的电导率响应特征。导出了与电测井数据相关的泥质砂岩储层电导率-饱和度响应方程。通过对H-B电导率模型的近似分析知道,在高孔隙度高渗透率和高矿化度条件下,H-B电导率模型可以退化为Archie型关系。对H-B模型在一定条件下进行适当简化与近似,导出了含油气泥质砂岩储层的电导率响应关系和利用测井数据计算含水饱和度的实用公式。分析得到,若测得岩石的电阻率和孔隙流体的电导率,通过二元混合模型和H-B电导率模型可以估算骨架的电导率,这为泥质砂岩附加导电性研究提供了理论分析手段。

裂缝等效介质模型对裂缝结构和充填介质参数的适应性

基于裂缝各向异性等效介质模型:定量分析了纵横波速度、弹性刚度张量随裂缝密度、裂缝孔隙纵横比及孔隙充填流体性质的变化规律;考察了Hudson模型、Pade近似和Liu含裂缝介质模型的适用条件和精度;重点分析了裂缝孔隙的结构参数、孔隙度大小及充填流体性质对弹性模量和纵横波速度的影响。基于Hudson模型的Pade近似,明确了它对高裂缝密度和大纵横比的适应性。Hudson模型、Pade近似和Liu含裂缝介质模型的响应模拟表明:在裂缝密度小于0.1时,Liu模型和Hudson二阶近似的响应基本一致,Liu模型和Pade近似均适用于裂缝密度小于等于0.2的裂缝介质;裂缝密度大于0.2时,前者适应性更好些。另外,纵横比对饱水裂缝介质标准化刚度模量的影响较干裂缝介质的影响大。

各向异性层状介质中视电阻率与磁场响应研究

针对任意各向异性地层,利用极向型和环向型标量位函数,导出相应的直流电视电阻率和磁电阻率的磁场响应关系.计算了各向异性地层的直流电视电阻率和磁电阻率响应特征,重点分析了电阻率测深方法与磁电阻率探测方法对地下各向异性介质的探测能力.文中采用状态矩阵的分析方法,首先采用极向型和环向型标量位构造了各向异性层状介质电场与磁场的通解,利用各层界面电场、磁场的连续性及地面激励源的耦合条件,推导了不同层之间电磁场的状态矩阵,建立了空间电场与磁场的递归计算关系.其次,针对递归计算中指数项数值计算的不稳定性,借用状态矩阵的性质,导出了将不稳定指数计算项转化为稳定的指数项的转换关系.针对横向各向同性(TI)介质中极向位与环向位解耦的特点,导出了电磁场的直接积分解.最后,采用解析解验证了算法的正确性,给出了多层各向异性地层模型的视电阻率和磁场响应曲线,分析了直流电法探测裂缝性地层、估计裂缝分布性状的可能性.

井间电磁测量数据的模拟与处理解释

用有限元法模拟了偶极子源在二维介质中的频率域井间电磁响应。针对测量区域的层状地层分布特征,沿构造走向(y-轴方向)作Fourier变换,将全三维电磁场问题转化为一系列二维问题在波数域求解,极大地减小了计算量,使实际测量数据的处理解释成为可能。针对波数域中波数取值对模拟结果的影响,采用三次样条插值加密波数域数据,用高斯积分实现Fourier逆变换将波数域解变换为空间域电磁场。采用具有一定面积的伪δ函数表示源电流分布,避开了源点的奇异性,使数值解精度得以提高。通过对中国东部某油田2口井的实测井间电磁数据的模拟与处理解释,验证了该算法的有效性,为井间电磁数据的反演解释奠定了基础。

海洋电磁勘探中空气波相互作用机制和水深影响分析

基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论建立空气、海水层和海底地层之间的电磁场相互作用关系。以假想无限水深模型和五层介质模型为基础,导出水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场数学关系,分析空气波占优的临界偏移距随水深和海底地层电导率的变化规律,指出前人定义的300 m水深作为浅水域和深水域分界深度的缺陷。以电磁响应理论为基础,讨论空气波与其他介质层相互作用强耦合特征,考察电磁响应水平分量与垂直分量受空气层相互作用影响的差异和横电与横磁模式受空气波影响的不同特征。结果表明:空气波是电磁波在空气层、海水层和海底地层的相互耦合作用下产生的散射波场,且在TM和TE两种模式上表现出较大差异;电场垂直分量只有TM模式的贡献,受空气波影响小,测量垂直电场分量将有利于减弱空气波的影响;要根据海底电导率、水深和偏移距的关系确定空气占优的临界偏移距,不能笼统定义深水和浅水的界限。

直流电测深中各向异性层状地层的视电阻率响应特征

基于各向异性介质的电磁场方程,利用极向型与环向型标量位函数,得到了任意各向异性层状介质的电磁场响应和视电阻率响应关系。利用界面上电磁场切向分量的连续性及地面激励源的耦合条件,导出不同层之间电磁场的传播状态矩阵和递归计算关系。针对递归计算中指数项的数值不稳定性,借助状态矩阵的性质,构造稳定的计算格式。针对横向各向同性(TI)介质中极向位与环向位解耦的特点,地面磁场的计算采用格林函数积分方法,用均匀各向异性介质的解析解检验所提算法的正确性。结果表明:对于水平薄交互储层或水平裂缝带,地面测得的视电阻率小于实际地层的真电阻率,由此计算的含油气饱和度偏低;对于发育倾斜裂缝的储层,方位视电阻率的极向图表现出明显的反常现象,即随方位视电阻率呈椭圆状分布,长轴方向指向裂缝分布的走向;利用方位视电阻率的椭圆特征参数可以估算地下地层的裂缝分布参数。

二维海底地层可控源海洋电磁响应的数值模拟

利用等参有限元方法对不同类型的偶极子源在二维海底地层上方产生的电磁场响应进行了数值模拟。通过对构造走向进行Fourier变换,将全三维电磁问题转化为一系列二维电磁问题,并在波数域求解,极大地减小了计算量;导出了适用于二维海底地层中任意方向的电偶极子或磁偶极子响应的波数域电磁场方程,并在x-z平面内采用等参有限元方法求解,利用Fourier逆变换得到空间域海洋电磁响应;采用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,提高了数值解的精度;利用层状含高阻油气储层和低阻水层模型的数值模拟结果,分析了不同方向的电偶极子源和磁偶极子源的敏感性。模拟结果表明,水平电偶极子激发测得的两个电场分量和一个水平磁场分量,均对海底高阻层响应灵敏,适合于油气储层直接探测;水平磁偶极子激发的两个磁场分量和一个水平电场分量,尽管响应幅度较低,但在高阻储层能产生一定的异常,可以为水平电偶极子激发油气探测提供补充信息。

海洋油气勘探中可控源电磁探测法(CSEM)的发展与启示

基于含油储层与其周围饱含水地层之间的巨大电阻率差异,为海洋CSEM方法直接探测油气储层,并取得良好效果提供了条件,此法采用船载可移动水平电偶极子源和置于海底的陈列电磁接收器接收来自海底地层的电磁信号,通过对接收到的电磁场信号进行处理、解释,得到地下地层的电阻率分布,借助电阻率与储层含油气饱和度的密切关系,直接探测地层的含油气性。本文通过对近年在国际学术会议及相关学术期刊关于可控源海洋电磁法文献的追踪分析,介绍了可控源海洋电磁探测方法(CSEM)的基本原理、发展历史、采集与处理解释技术,并对研究现状、应用中存在的挑战与问题进行了分析,指出了海洋CSEM未来的发展与研究方向,以供国内油气勘探业界及相关研究人员参考。

2.5维电磁响应的有限元模拟与波数取值研究

利用有限元法实现了任意方向偶极子源在二维介质中频率域电磁响应的数值模拟,研究了波数取值对模拟结果的影响。通过对构造走向的Fourier变换,将全三维电磁问题,转化为一系列二维问题,并在波数域求解,极大地减小了计算工作量,导出了波数域耦合适用于二维电性介质中任何方向电或磁偶极子响应计算的电磁场方程。针对每个给定的波数,上述耦合电磁场方程用等参有限元方法在x-z平面内求解。采用Fourier逆变换,将波数域解积分,得到空间域电磁场。针对电磁模拟计算中,源点的奇异性,采用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,使数值解精度得以提高。另外,采用等参有限元,使地下复杂地质体得到准确表达。利用不同波数值对均匀介质与层状介质的模拟结果与解析解的对比,验证了算法的正确性与精度。利用层状介质模型的解析解与数值计算结果的对比,分析了波数的优化取值范围及取值点数对数值模拟结果的影响,考察了算法对非均匀介质的适应性。

井间电磁油气储层监测技术的发展和应用

井间电磁探测方法(Cross-hole Electromagnetic Method,CHEM)是近20年发展起来的一项新的储层监测和评价技术,它可以提供井间储层电阻率分布信息,进而实现流体空间分布的描述。该技术可用于识别由于储层非均质性等造成的死油区、监测储层的宏观波及系数、优化设计加密井位和提升油藏数值模拟的有效性。通过对近年国际学术会议及相关学术期刊关于井间电磁探测技术文献的追踪分析,介绍了井间电磁探测技术的基本原理、响应数值模拟、采集设计与处理解释技术和目前在油气储层监测中的应用状况及存在的问题,指出了井间电磁探测技术未来的发展与研究方向,以供国内电磁勘探业界及相关研究人员参考。

缝洞型储层中次生孔隙类型对胶结指数和饱和度指数影响的机理分析

缝洞型储层非均质性强烈、孔隙类型多且结构复杂,由中高孔隙度渗透率的均质砂岩实验数据建立的Archie公式失效。这类储层中,含水饱和度计算关系中的地层胶结指数和饱和度指数表现出复杂的变化特征。岩电实验观测到的地层胶结指数不仅与孔隙度相关,还出现异常大值或小值;同样,饱和度指数也表现类似特征。基于均匀分布的粒间孔基质中包含孔洞或裂缝的双孔隙储层模型,采用数学模拟方法,定量分析了孔洞型和裂缝型次生孔隙及次生孔隙的润湿性对地层胶结指数和饱和度指数的影响。明确了岩电实验中观测到的裂缝使胶结指数激剧减小,而孔洞使胶结指数增大这一结果的物理机制,有助于岩石物理学和测井处理解释相关人员对缝洞型储层含油气性评价的复杂性有一个基本的认识,也为缝洞型储层含水饱和度的准确计算奠定了理论基础。

用跨井电磁波资料重现地下介质的电阻率分布

本文提出了一种井间低频电磁波测量方法 ,用于重建地下介质电阻率分布。首先选择一个位于井轴上的垂直磁偶极子作为场源 ,并假设参与计算的介质相对于偶极子轴是轴向对称的 ,这样可将模型作为二维问题处理。文中每次进行迭代涉及的正演模拟把总场分为背景场和散射场两部分 ,背景场使用解析法计算 ,而散射场使用 FFM数值近似方法计算 ;在反演计算时使用正则化最小二乘拟合反演技术 ,从跨井电磁波测量资料中重现地下介质的电阻率剖面 ,使用互换原理来处理格林函数的计算以得到电磁响应对电阻率的偏数 ,从而改善了计算精度和工作效率。模型重现的结果表明 ,这种电磁成像方法同时适用于高电阻率对比度模型。像的垂直分辨率随频率的提高而改善 ,而水平分辨率则与频率、收发间距和异常体到钻孔的距离等因素有关。数值模拟的结果表明 。

用交错网格有限差分法计算三维频率域电磁响应

用交错网格有限差分法 (SFD) ,实现了三维频率域电磁场响应的数值模拟 .该方法适用于任何方向的磁偶极子源 .经与解析方法、积分方程等其他方法的计算结果对比表明 ,交错网格有限差分法结合散度校正和不完全乔累斯基分解预处理的双共轭梯度迭代方法进行正演计算 ,速度快、精度高、结果稳定 ,能适应三维复杂介质的数值模拟 ,为三维电磁反演奠定了基础 .

应用分形理论研究鄂尔多斯ZJ油田长6段储层孔隙结构的非均质性

利用薄片资料分析了鄂尔多斯ZJ油田长6段储层的孔隙结构类型和组合特征.用岩样毛管压力数据讨论了岩石孔隙结构的分形特征.用小于某一孔隙半径r的孔隙体积百分比s与r的拟合关系,计算了ZJ油田延长组长6段储层的孔隙结构分形维数.计算结果表明,长6段储层的长62-1小层及长62-2小层的毛管压力曲线都存在一个标度区间,在该区间内孔隙结构才具有分形特征.同一岩样中,大孔隙与小孔隙呈多重分形特征,且对应于不同的标度区间.对于62-1小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.58和2.85,表明长62-1小层小孔隙发育段的孔隙结构更复杂.对于长62-2小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.71和2.83,同样,小孔隙段的孔隙结构复杂、非均质性强.对比长62-1和长62-2的大孔隙段分形维数知道,前者孔隙结构相对简单.对比测试结果知道,孔隙结构与含油性关系密切,孔隙结构简单的长62-1小层的含油性明显好于长62-2小层,而且孔喉相对分选系数与分形维数呈正相关关系.

金属套管井中电磁测井响应的数值计算

分析了金属套管井中有限尺寸线圈的电磁响应特征,讨论了井眼泥浆参数?套管参数和不同线圈尺寸对电磁测井响应的影响,考察了金属套管中电磁测井对地层电阻率变化的灵敏度.径向非均匀介质的模拟计算表明,在套管井中井眼泥浆对电磁测井的影响较大,必须进行校正.在低频条件下,井间测量响应中金属套管与地层的电磁响应是非耦合的,两者可以分离.在套管参数一定时,套管响应与地层的响应的比值近似一个常数.电磁响应对地层电阻变化的灵敏度分析显示,井间电磁测量在储层研究尺度对地层电阻率变化响应灵敏,套管引起的衰减稳定.在其它参数相同的前提下,线圈直径的增大有助于有效电磁响应信号的增强,给大井间距测量提供了可能.不同磁导率金属套管的电磁响应分析表明,电磁测井中,采用非磁性或弱磁性套管要优于一般的铁磁性套管.

用边有限元方法计算磁偶极子的三维电磁响应

用边有限元基函数导出了麦克斯韦 (Maxwell)方程的有限元关系式 ,计算了地下三维介质中磁偶极子的电磁场响应 .将场分量定义在有限单元的边上 ,解决了结点有限元方法中场切向分量不连续的矛盾 ,保证了源除外的所有单元内有旋无散的特性 .将总场分离成背景场和二次场 ,使该方法适用于任何方向的磁偶极子源 .通过模拟算例分析了 7种Krylov子空间迭代算法以及不完全乔累斯基分解预处理手段在解大型线性代数方程组中的计算效率和收敛特性 .对比结果表明 ,施加不完全乔累斯基分解作预处理的广义乘积型双共轭梯度算法GPBiCG (Pbicg)收敛最快 ,是三维复杂介质电磁响应数值模拟的首选算法 .