CN101382599B - 一种确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法 - Google Patents

Abstract

本发明为地球物理勘探与油田开发技术领域，是一种确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法，步骤是：接地导线作为激励源并将源偏离测线x方向形成源偏角

₀，测量记录相互正交的两个电场分量E_x和E_y；反演得到不同深度处的x方向和y方向的地层电阻率；计算水平电场总场矢量的幅值、电场各向异性系数、电场主轴的方位角；由电性主轴方向上的电阻率值得到电性主轴方向上的地层孔隙度值；绘制矢量箭头图，用箭头的长短表示电性主轴方向上的地层孔隙度或电阻率值的大小，矢量箭头的指向与源偶极的方位角一致为地层孔隙度各向均匀；偏离电性主轴的矢量箭头为地层孔隙度各向异性。本发明可以确定地层中的裂隙分布、岩性的变化、结构局部异常、局部变质情况。

Description

一种确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探与油田开发技术领域，是一种利用地面斜源瞬变电磁测量获得储层的电性各向异性参数进而确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法。

背景技术

地层介质的电学性质具有各向异性特征，从微观上看，是岩层的骨架成分、粒度和分布状态、孔隙的几何结构随着方向的不同而不同；从相对宏观的尺度上看，是地层中的裂隙分布、岩性的变化、结构局部异常、局部变质作用等因素的共同作用。

目前，已经观测到页岩的电导率具有各向异性，其系数介于1～3之间。各向异性通常用于解释页岩测井中所观测到的异常的响应。大多数的油藏岩层面与水平面由于存在各向异性交错的现象，测井仪器的响应主要反映的是电导率的水平分量。在利用一些特殊的岩心分析得到阿尔奇公式中含水饱和度指数m和孔隙度指数n时，挑选的岩心要保证所得到的参数都是与岩层面平行的(大致水平)。因此，在垂直井中，岩心分析得到的阿尔奇参数一般与测井仪器的响应是一致的，所以利用测井资料可以很好地预测油藏的含水饱和度。

各向异性与测量尺度有关，它依赖于特定的测井仪器的发射器-接收器的间距，以确定测井仪器所探测到的地层是各向同性还是各向异性。在一个无穷大的各向同性介质中，在传感器附近，只存在轴向场，仪器输出的数据足以完整地描述所测的地层。但是，如果存在各向异性，通常会产生横向场分量，而在传统的电测仪或轴向双感应测井仪中，没有在横向上安装传感器，就无法对电磁场的横向分量作出响应，也就无法探测到横向场分量，结果仪器记录到的数据并不完整，无法从这些不完整的数据来正确地描述地层电阻率。

随着水平钻井技术越来越广泛地应用，人们将地层的各向异性特征作为饱含油油藏电导率的通用性质来进行研究。在水平井中，即便是很厚的地层，其水平方向的电阻率和垂直方向的电阻率也不一定相等，尤其是在交界面处。此时的仪器测量值是地层水平方向的电阻率和垂直方向的电阻率共同作用的结果。在砂泥岩薄互层、不同粒度大小的砂岩层、薄的电阻性或电导性条带等地层其水平方向的电阻率和垂直方向的电阻率有很大的差别，这两种方向的电阻率同时影响着测量得到的地层视电阻率值。如果将这些地层当作各向同性地层来处理会给解释带来很大误差。

地面电磁勘探中，采用天然场源的大地电磁测深法观测五个电磁场分量，在资料处理中，计算出两种极化方式的视电阻率参数，这两种极化模式的视电阻率基本上就是平行电性主轴和垂直于电性主轴这两个方向上的视电阻率，反映的就是地层电性的方位各向异性特征。但由于天然场源的信号很弱，该方法的电场分量受地表不均匀体的静态偏移影响非常突出，这将直接影响到指示各向异性的效果。一般来讲，若没有静态偏移的影响，大地电磁测深两种极化方式的视电阻率在高频时一般差异不大，而在低频时两种极化的视电阻率曲线分异较大，重点反映了区域范围内深部构造的各向异性，其分辨能力达不到研究储层各向异性的精度。另外，也由于天然场源的信号很弱，在工业用电干扰很强的开发油区不能获得高信噪比的测量，所以大地电磁测深法不能有效地用于油气储层电性各向异性特征探测。

可控源电磁方法又可分为频率域方法和时间域方法。频率域方法通常以固定频率或混合频率的连续电流波形作为发射源，其主要的局限是发射装置与接收器的强耦合。由于发射电流波形连续，任意时刻接收到的信号是源场(一次场)和地中介质异常响应(二次场)在接收器处的合成。一般情况下，二次场的幅度要远小于一次场，要将淹没在总场信号中的微弱二次场信号精确地提取出来比较困难，限制了频率域方法的分辨能力和应用效果。

时间域方法的激励波形一般为脉冲或半占空的方波，根据需要可以选择不同的方波脉冲宽度。根据电磁感应原理，供电脉冲在关断的瞬间将在供电电极附近的地层中产生一个很强的感应场，并随时间推移逐渐向外扩散并衰减，该瞬变场的扩散与衰减特征就反映了地层电性参数的空间分布信息。如果能将电性各向异性参数与弹性波各向异性参数结合其来进行综合解释，不仅可以定量描述储层的孔隙度和渗透率的各向异性分布，还可以更好地用于预测储层中的流体性质，定量评价储层中的含油饱和度。尽管在地面电磁勘探中可计算两种极化方式的视电阻率参数，还没有作为反映地层电性的方位各向异性特征，进而确定油气储层孔隙各向异性的方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种获得油气储层的两个水平电场分量的响应，反演得到储层的两个方向上的电阻率值，计算出储层的电性各向异性比值，进而确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法。

本发明采用以下技术步骤实现：

1)采用接地导线作为激励源，并将源偏离测线x方向一定角度

₀，通过发射装置向地下供电，沿测线方向测量相互正交的两个电场分量E_x和E_y；对发射波形和接收信号同时进行全时段数字记录；

所述的发射装置通过GPS实现全系统的精确时间同步。

所述的一定角度

₀，为20-45°，最佳为45°。

2)对经过常规处理后的两个电场水平分量分别进行反演，得到不同深度处的x方向和y方向的地层电阻率ρ_x和ρ_y；

所述的常规处理包括在时间域内对观测数据进行去噪滤波、去直流和静态偏移影响的校正、时间序列的叠加处理、视电阻率参数的计算等。

3)根据以下公式计算水平电场总场矢量的幅值：

根据以下公式计算电场各向异性系数：

$\mathrm{\η}=\frac{E_y}{E_x}---\left(2\right)$

电场各向异性系数η是电性主轴方位角的正切值；

步骤3)各向异性系数η也可以先计算出电性主轴方向上的电阻率值：

$\mathrm{\ρ}=\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_x{\mathrm{\ρ}}_y}---\left(3\right)$

以上ρ_x和ρ_y为采用反演得到的地层两个方向的电阻率，然后求得电阻率各向异性系数： $\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_y}{{\mathrm{\ρ}}_x}}---\left(4\right)$

观测电场主轴的方位角为 _e＝tan^-1(η)    (5)

4)根据测点与源中心的相对位置计算均匀半空间测点处电场响应的电性主轴方位角

_s：

式中θ为测点至源中心连线与源偶极的夹角，

由以下公式得到观测电场的电性主轴校正方位角：

_e′＝

_e- _s+

₀    (6)

公式中：源偏角

₀，电性主轴方位角

_s，观测电场主轴的方位角 _e；

5)利用测井常用的Archie关系模型，由电性主轴方向上的电阻率值得到电性主轴方向上的地层孔隙度值；

6)采用通常的方法绘制矢量箭头图表示地层孔隙的各向异性分布，用箭头的长短表示电性主轴方向上的地层孔隙度或电阻率值的大小，箭头的角度采用电性主轴校正的方位角

_e′；

7)矢量箭头的指向与源偶极的方位角一致表示地层孔隙度为各向均匀；偏离电性主轴的矢量箭头为地层孔隙度各向异性。

本发明图3为一个工区的储层孔隙分区及相应的电场各向异性矢量图，图中的细等值线圈定了工区的储层分带，粗虚线为推测的断层线，其中南北向的两个为断裂带，在一定的宽度范围内反映出断裂的特征。利用电场矢量图能形象地确定孔隙变化的方向，与等值线圈定的分区边界一致。

附图说明

图1为本发明电磁观测布设示意图；

图2为本发明斜源瞬变电场分量分解图；

图3.为本发明储层孔隙分区及相应的电场各向异性矢量图的实施例。

具体实施方式

野外资料采集采用地面斜源瞬变电磁测量方案，如图1所示，其特点是采用偏离测线(x方向)一定角度

₀的接地导线为激励源。由发电机1通过发射控制装置2向接地长导线4向地下供电，发射装置通过GPS3实现全系统的精确同步。源的布设考虑应该尽可能与待测工区在同一地质构造单元内，且能将工区覆盖在有效的范围内而又不至于信号太弱。设测线方向x与地层的构造走向一致，为了一次测量就能获得地层两个方向上的电阻率值，需要将源偏离x方向一定的角度，最便于资料处理的设置应取

₀＝45°。

单元5为多分量瞬变电磁数据采集站，观测沿x方向的电场分量E_x和与其正交的电场分量E_y，垂直磁道作为可供选择的观测场量。

对观测资料进行常规的瞬变电磁资料处理包括在时间域内对观测数据进行去噪滤波、去直流和静态偏移影响的校正、时间序列的叠加处理、视电阻率参数的计算等。

如图2所示，根据测量装置观测的水平电场的两个分量E_x9和E_y10可以计算水平电场总场矢量11的幅值为：

以及电场各向异性系数

$\mathrm{\η}=\frac{E_y}{E_x}---\left(2\right)$

电场各向异性系数η表示的是电性主轴方位角的正切值。

也可以采用反演得到的地层两个方向的电阻率ρ_x和ρ_y来进行计算，先计算出电性主轴方向上的视电阻率值

$\mathrm{\ρ}=\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_x{\mathrm{\ρ}}_y}---\left(3\right)$

然后求得电阻率各向异性系数

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_y}{{\mathrm{\ρ}}_x}}---\left(4\right)$

由电场场值和视电阻率值求得的各向异性系数基本相同，但视电阻率转换时会有近似误差。

按下式计算电场主轴的方位角：

_e＝tan^-1(η)    (5)

根据测点与源中心的相对位置计算均匀半空间测点处电场响应的发射源的电性主轴方位角

_s：

式中θ为测点至源中心连线与源偶极的夹角，

对观测电场的主轴方位角进行校正：

_e′＝

_e-

_s+

₀    (7)

根据测井资料得到的有关参数，利用测井常用的Archie关系模型，可以由电性主轴方向上的电阻率值转换得到电性主轴方向上的地层孔隙度值。可以绘制矢量箭头图来形象地图示地层孔隙的各向异性分布，箭头的长短表示电性主轴方向上的地层孔隙度(或电阻率值)的大小，而箭头的角度就是电性主轴的方位角。当地层孔隙度为各向均匀时，矢量箭头的指向与源偶极的方位角一致，偏离电性主轴的矢量箭头即表示地层孔隙度的各向异性。

Claims (3)

1.一种确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法，其特征采用以下技术步骤实现：

1)采用接地导线作为激励源，并将源偏离测线x方向形成源偏角通过发射装置向地下供电，沿测线方向测量相互正交的两个电场分量E_x和E_y；对发射波形和接收信号同时进行全时段数字记录；

所述的源偏角

为20°到45°；

2)对经过常规处理后的两个电场水平分量分别进行反演，得到不同深度处的x方向和y方向的地层电阻率ρ_x和ρ_y；

3)根据以下公式计算水平电场总场矢量的幅值：

根据以下公式计算电场各向异性系数：

$\mathrm{\η}=\frac{E_y}{E_x}---\left(2\right)$

电场各向异性系数η是电性主轴方位角的正切值；

观测电场主轴的方位角为：

通过先计算出电性主轴方向上的电阻率值ρ，然后求得电阻率各向异性系数η：

$\mathrm{\ρ}=\sqrt{{\mathrm{\ρ}}_x{\mathrm{\ρ}}_y}---\left(6\right)$

以上ρ_x和ρ_y为采用反演得到的地层两个方向的电阻率；

$\mathrm{\η}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_y}{{\mathrm{\ρ}}_x}}---\left(7\right);$

4)根据测点与源中心的相对位置计算均匀半空间测点处电场响应的电性主轴方位角

式中θ为测点至源中心连线与源偶极的夹角，

由以下公式得到观测电场的电性主轴校正方位角：

公式中：源偏角

电性主轴方位角

观测电场主轴的方位角

5)利用测井常用的Archie关系模型，由电性主轴方向上的电阻率值得到电性主轴方向上的地层孔隙度值；

6)采用通常的方法绘制矢量箭头图表示地层孔隙的各向异性分布，用箭头的长短表示电性主轴方向上的地层孔隙度或电阻率值的大小，箭头的角度采用校正主轴方位角

7)矢量箭头的指向与源偶极的方位角一致为地层孔隙度各向均匀；偏离电性主轴的矢量箭头为地层孔隙度各向异性。

2.根据权利要求1所述的确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法，其特征步骤1)所述的发射装置通过GPS实现全系统的同步。

3.根据权利要求1所述的确定储层孔隙各向异性的瞬变电磁方法，其特征步骤2)所述的常规处理包括在时间域内对观测数据进行去噪滤波、去直流和静态偏移影响的校正、时间序列的叠加处理、视电阻率参数的计算。

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