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.

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。

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。

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。

利用振幅随炮检距变化检测油气藏的有效方法

振幅随炮检距变化(AVO)检测技术是目前寻找油气藏的主要技术。根据Zoeppritz简化方程,确定出AVO属性求取公式,通过实际模型确定出储层在含油气与含盐水情况下的差异,可以通过AVO交会图来模拟由烃类因素引起的异常现象和变化趋势。模拟结果表明,应用λρ属性剖面与μρ属性剖面交会图、P波波阻抗与泊松比属性剖面交会图,能够检测出含油气砂岩所引起的异常变化,根据交会图中的异常范围,可以标定出含气层在钻井地层中的位置。验证结果表明,利用AVO属性剖面的交会图确定气层范围是一种有效的方法,其岩性参数计算是AVO反演技术中的关键。

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。

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.

频率域弹性波场模拟中高阶有限差分法的精度对比与改进策略

推导基于二维交错网格的二阶和四阶频率域弹性波有限差分算子,并结合最优化差分系数和质量加权平均方法压制数值各向异性。基于均匀各向同性介质比较不同差分算子的模拟精度和频散关系,并详细比较二阶算子和四阶算子的精度和误差量级。结果表明,当采用交错网格最优化四阶差分算子,单位横波波长内含3个及以上网格点时,可将模拟误差控制在2%以内。同时,相对于常规网格,基于交错网格的差分算子可用于对含流体介质模型的模拟。

浅水域可控源海洋电磁测量中空气波的渐近表达与波场分离方法

可控源海洋电磁(MCSEM)勘探中空气波对海底电磁响应的影响已为业界所重视,它是由水平电偶极子源发射的电磁信号沿空气-海水界面传播与来自海底地层的有效信号相互作用产生的。在浅水域勘探时,空气波淹没来自地层的有效信号,使浅水域MCSEM实现油气层识别产生困难。基于层状介质模型,采用电磁场的模式分解理论导出了半空间电阻率模型的空气波表达式,利用该式将空气波在海水层的传播近似用海水-空气界面与海底地层之间的多次鸣震表达。结合源和接收器两边电磁场的传播特征,导出了有限水深时空气波近似关系,用于近似模拟空气波响应。为了对比不同方法压制空气波的效果,基于上行波场和下行波场的分解方法,获得了含油气高阻储层上上行波的异常幅度增大数倍的结果,显示了波场分解方法压制空气波的良好效果。最后,利用不含油气层的背景模型和含油气储层模型电磁响应的数值模拟结果,比较空气波渐近表达和波场分离2种空气波压制方法可知:对于水平层状模型后者效果更好;前者可适用于崎岖海底地层的数据处理,后者只适用于水平海底地层。

用等效介质理论模拟裂缝溶洞型孔隙对速度和弹性模量的影响

针对缝洞型储层流体性质识别的困难,采用Kuster-Toksz(K-T)模型、Berryman自恰模型(SCM)和差分等效介质(DEM)三类近似模型,用不同纵横比的孔隙模拟了缝洞型储层的地震波速度和弹性参数响应,定量分析了溶蚀孔洞和裂缝二类次生孔隙对地下储层弹性性质的影响。明确了孔隙几何结构对岩石弹性参数的影响趋势和幅度大小,为利用地震信息评价孔隙结构提供了理论基础。根据物理模型的裂缝介质参数,分别采用K-T模型、SCM自恰模型和DEM差分等效介质模型,计算了裂缝介质的纵横波速度,考察了三个模型对缝洞型储层弹性响应计算的适用性,得到了有意义的认识。

井间Hz—Hz方式电磁波层析成像方法研究

从无限大均匀介质空间中磁偶极子激发的磁场解析表达式出发，本文导出了一种新的井间Hz-Hz方式电磁波层析成像公式，并设计了一种稳定的迭代算法求解电磁波波数积分α和电磁波瞬变参数积分x，根据电磁波波数积分α和波数的线性积分关系，可对井间介质的电阻率和介电系数成像；根据电磁波瞬变参数积分α和电导率的线性积分关系，可对井间介质的电导率成像。该电磁波层析成像方法具有不受电磁波远区近似假设限制的特点。

湖南保靖X区页岩气储层“甜点”区地震资料非线性反演预测方法

针对湖南保靖地区地表覆盖层复杂、地下高陡构造多变、地震勘探资料信噪比低,以及页岩气储层与周围泥岩层波阻抗对比度小等特点,研究敏感测井曲线重构与优化处理、地震资料相控非线性反演和叠后地震属性流体检测的综合储层评价方法。通过对多条测线的地震资料反演和流体检测并与实钻井结果对比,获得了良好的地质效果,初步验证了所研究方法的有效性和实用性。

井震约束的广域电磁数据反演及其在保靖页岩气储层评价中的应用

目的是研究一种井震约束的广域电磁数据反演方法,用以处理湖南保靖地区采集的广域电磁数据,获取地层电阻率反演结果,然后用以得到研究区的地层分布格架、断层展布特征和页岩储层的纵横向分布。文中所用的方法包括三个方面。首先,用测井数据标定地震资料,对二维地震剖面进行处理解释,得到地震层位和断层分布;然后,用地震层位结果建立初始电阻率分布模型,用测井分层电导率作为上下界约束,对广域电磁数据进行井震约束反演,得到研究区地下地层的电阻率分布;最后,对电阻率反演结果进行综合地质解释,建立页岩气储层的纵横向分布剖面,给出页岩气富集的有利分布位置。通过与3口测井及试气结果对比,初步证实了井震约束的广域电磁数据反演方法在保靖页岩气储层评价中的应用效果。