CN102053281B - 一种运用长偏移距瞬变电磁阵列法进行油气检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运用长偏移距瞬变电磁阵列法进行油气检测的方法。包括先对探测区域进行ATEM观测，获取资料；在未剥离激发极化场时，选取电场分量无明显畸变或负异常的测点，利用ATEM资料反演，获取探测区高分辨率的层状电阻率模型；然后进行ATEM正演，获得探测区各测点的瞬变感应电场或磁场衰减曲线；在同一观测时间点上，用实际观测的ATEM电场或磁场分量衰减曲线减去正演获取的电场或磁场分量衰减曲线，获取时域激电谱；应用时间域激发极化法，反演获取地下介质的极化率；通过利用电阻率和极化率参数实现油气藏的检测与评价。本发明使电磁法勘探油气藏的准确性和可靠性大大增强，工作效率提高，勘探成本降低。

Description

一种运用长偏移距瞬变电磁阵列法进行油气检测的方法

技术领域

本发明涉及一种运用长偏移距瞬变电磁阵列法(ATEM)观测资料中获取时域激电谱进而进行油气检测的方法。

背景技术

在油气地质勘探上，无论是以电阻率为参数的电磁法，还是以极化率为参数的激电法，所观测的电磁场信号中均包含了直流场、感应场和激发极化场。显然，电磁法中激发极化场是干扰场，激电法中感应场是干扰场。如何分离感应场和激发极化场是提高方法解释精度的重要保证。

上个世纪末，激电测量中发展起来的复电阻率法(CR)通过共剖面的偶极-偶极装置和其较低的工作频段，主要观测激电场，从而可获取地下异常体的激电参数，达到寻找地质目标之目的。张赛珍、苏朱刘等人认为，在外在电场的作用下，油气藏本身存在激发极化(IP)效应，特别是在低幅构造的沉积盆地，油气藏是产生IP效应的主体，也即IP场直接与油气藏相关联。目前，在多个油田开展了复电阻率(CR)法试验，通过探测激电场来直接寻找油气藏，取得了良好的地质效果。然而该方法有两个难点：一是野外施工复杂，工作难度大，效率低，成本高；二是电磁耦合难以有效根除。

大功率长偏移距瞬变电磁阵列法(简称ATEM)是目前在油气田勘探与开发中极具潜力的可控源电磁探测方法，它观测的是感应场，是以电阻率参数来研究地质目标的电磁勘探方法。其发射源为接地长导线，采用大电流双极性方波供电，根据勘探深度要求选择不同的方波宽度。测量在供电电流关断的瞬间开始进行，这样测得的信号仅为地中的衰变场(二次场)而没有一次场的影响。由于其大电流和长方波及特殊的布极装置，加之近年来资料采集、处理与反演解释方法技术的提高，使其具有勘探深度大，抗电磁干扰能力强，工作效率高，纵横向分辨能力强等优点，该方法已在开发油藏的注采动态监测和剩余油探测方法上展露端倪，倍受油藏地球物理界关注。由于石油勘探要求探测深度大，因而要求ATEM供电时间较长(多至16s)，至使IP效应影响加大，常常发现电压衰减曲线的晚期畸变或变为负值的现象，严重影响了ATEM资料处理与解释。显然，如果能从ATEM资料中直接提取激电场，实现一种方法反演电阻率与极化率两种参数，将使电磁法找油的可靠性大大增强，同时也可提高工作效率，降低勘探成本。

如何提取激电谱？Pelton(1978)对此早有研究，并提出了多个Cole-Cole模型组合描述感应场与激电场的数学物理方法，Brown(1985)以更为严格的推导得出关于电磁耦合的模型即使在均匀大地的情况下，其电磁耦合的模型中也还应有附加项，为感应场与激电谱分离奠定了理论基础。然而到目前为此，研究得较多的是激电测量中如何从激电测量中消除感应场(刘崧，1998)。

如何从可控源电磁法中提取激电谱并加以应用是目前的研究热点。罗延钟认为，由于地下导电性不均匀所引起的大地电磁场异常强度远大于激电异常，要从被强大导电和电磁效应异常淹没中提取弱小激电异常的难度极大，前景不容乐观。而李金铭等撰文介绍了极化水平层上天然场源激电测深的理论，对天然场源提取激电信息作出了肯定结论，并给出了铅锌矿上的试验结果；陈清礼(2006)介绍了由MT资料反演真谱参数的基本原理并给出了相关反演计算程序；曹中林(2006)通过Cole-Cole模型的代入，对MT资料进行正演研究和实测数据的反演，取得了有意义的成果。对于可控源电磁法，由于电磁场强度的加大，IP信号也相应增强。殷长春(1994)等人分析和计算了瞬变电磁场中IP场，发现了感应场与IP场在时间上的分异性，指出了提取IP场可行性。岳安平(2007)等人通过从可控源音频大地电磁法(CSAMT)信号中提取激电信息，可以加大激电法的探测深度和范围，同时也可以提高CSAMT的勘探精度。

上述提取激电谱的方法主要有两种途径：一是从卡尼亚电阻率曲线出发直接计算频散率；另一种方法是用反演电阻率模型Cole-Cole模型或Dias模型直接反演激电谱真参数。前一方法由于感应场与IP场融合在一起，计算结果误差较大，后一种方法是目前常用的方法，但由于反演的非线性及非唯一性，使得应用效果不太理想。

总之，从可控源电磁法资料中准确提取激电谱的难度较大。原因有二：一是因为电磁法工作频率较高，模型假设还存在理论缺陷；二是因为正反演过程中的非线性问题导致解的非唯一性。然而对于ATEM方法，由于其工作于时间域，且仅测量二次场，断电后观测时间长，因而易于激电谱的提取。特别是在沉积盆地的油田开发区，当构造不太复杂时，油气藏是产生激电场的主体，实现激电谱的提取对剩余油检测有重要的实用价值。

基于Pelton(1978)、傅良魁等(1986)与刘崧(1998)等关于激电场的基本理论，电磁观测所得到的电磁谱为纯电阻率效应(传导)、感应效应、激发极化效应，以及介质激发极化效应引起的感应效应四者的叠加。当观测的是电场分量且频率不是太高时，激发极化效应引起的感应效应可以忽略不计，此时如果准确获取研究区的背景感应场，然后从观测的二次场(感应与激化)中减去背景感应场，便可快速便捷地获取激电谱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足而提出一种在含油低幅构造区进行ATEM观测获取时域激电谱进行油气地质勘探的方法，实现一种方法反演电阻率与极化率两种参数，使电磁法勘探油气藏的准确性和可靠性大大增强，并提高工作效率，降低勘探成本。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

先对探测区域进行ATEM观测，获取ATEM观测场资料；

在未剥离激发极化(IP)场时，选取电场分量无明显畸变或负异常的测点，利用探测区内测井约束的ATEM资料反演，获取探测区高分辨率的层状电阻率模型；

然后进行ATEM正演，获得探测区各测点的瞬变感应电场或磁场衰减曲线；

在同一观测时间点上，用实际观测的ATEM电场或磁场分量衰减曲线减去上述正演获取的电场或磁场分量衰减曲线，则剩余场为时域激电场，由此获取时域激电谱；

以时域激电谱为反演参数，应用时间域激发极化法，即层状介质的等效电阻率法(傅良魁，1989)，反演获取地下介质的极化率；

通过利用深部电阻率参数和极化率参数实现油气藏的检测与评价。

按上述方案，所述的评价可直接指示油气藏的存在。

本发明基于下述机理：

实验与理论研究(Pelton，1978)表明，对于均匀半空间极化介质，电偶极源激发的复阻抗谱可表示为：

Z_T(ω)＝R+Z_IP(ω)+Z_IC(ω)+ΔZ(ω)                        (1)

其中R是介质的纯电阻率效应；ω为发射源电磁波的角频率；Z_IP(ω)是介质的纯激发极化效应；Z_IC(ω)是介质的纯电阻有关的感应效应；ΔZ(ω)是介质的纯激发极化效应引起的感应效应。

则时域响应为：

∫Z_T(ω)e^iwtdw＝∫(R+Z_IP(ω)+Z_IC(ω)+ΔZ(ω))e^iwtdw    (2)

一般情况下，ΔZ(ω)可以忽略，且ATEM观测的是二次场，直流分量不存在。则ATEM测量的二次场为：

∫Z_T(ω)e^iwtdw≈∫(Z_IP(ω)+Z_IC(ω))e^iwtdw            (3)

其时域场为：

V_IP(t)≈V_ATEM(t)-V_EM(t)                    (4)

t为关断后的衰减时间；V_IP(t)是时域激发极化场(可以是电场分量或磁场分量；V_ATEM(t)是ATEM测得的二次总场；V_EM(t)为感应电磁场。

本发明取得的有益效果：1.从ATEM观测场提取IP场，可消除ATEM感应场晚期畸变，改善晚期视电阻率曲线质量，深部电阻率参数的反演精度明显提高，勘探深度明显加大；2.由于ATEM观测场是瞬变感应场与激发极化(IP)场的叠加，满足叠加原理，因此，从ATEM资料中提取IP场，进而反演可以得到地下极化体的激电谱真数，利用该参数实现油气藏的检测与评价；3.本发明实现了一种方法反演电阻率与极化率两种参数，使ATEM方法具备了电阻率勘探与激发极化法勘探两种功能，降低了反演结果的非唯一性，反演结果具有准确性好、精度高和分辨能力强之特点，使电磁法勘探油气藏的准确性和可靠性大大增强，工作效率提高，勘探成本降低。

附图说明

图1为本发明实施例中均匀极化半空间模型随极化率变化的电场衰减特征曲线图。

图2为本发明实施例中ATEM二次总场、激发极化场和感应场的衰减曲线图。

图3为本发明实施例中油田剩余油检测ATEM试验采集点位分布图。

图4为本发明实施例中油田剩余油检测ATEM试验储层电阻率异常分布图。

图5为本发明实施例中油田剩余油检测试验ATEM激电异常提取平面分布图。

具体实施方式

首先在未剥离激发极化(IP)场时，认真选取电场分量无明显畸变或负异常的测点，利用测区内测井约束的ATEM资料反演，获取探测区高分辨率的层状电阻率模型。然后进行ATEM正演，获得探测区各测点的瞬变感应电场(或磁场)分量衰减曲线。由于ATEM观测场是瞬变感应场与激发极化(IP)场的叠加，满足叠加原理，因此，在同一观测时间点上，用实际观测的ATEM电场(或磁场)分量衰减曲线减去反演获取的电场(或磁场)分量衰减曲线，则剩余场为时间域激电场。应用时间域激发极化法求取极化率参数，利用深部电阻率参数和极化率参数实现油气藏的检测与评价。

下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

图1是均匀极化半空间模型随极化率变化的电场衰减特征变化图。以均匀极化的半空间(电阻率与极化率)模型进行检验，假设：ρ₀电阻率、τ时间常数、c频率相关系数、m极化率，均匀半空间模型参数为：

ρ₀＝100Ω·m，τ＝1s，c＝0.5，m＝0，0.05，0.2，0.4，

结果表明激电谱能成功提取，同时ATEM感应场尾支质量得到改善。由图1可以看出，当介质极化时，晚时激电场表现明显。即使极化率m＝0.05时，尾支曲线也明显变缓，影响范围从10^-3秒后就已非常明显。对于深部勘探来说，10^-3至1秒是重要的勘探窗口，如不消除IP的影响，势必影响ATEM的资料解释。同理也可计算层状介质模型的电场曲线，其特征与上述相似。

图2是将观测的ATEM二次总场、激发极化场和感应场的衰减曲线(实线标示二次总场，点画线(粗线)表示激发极化场，虚线表示感应场的衰减曲线)。通过(4)式计算的激发极化场可用Cole-Cole模型来描述，从而可较为精确地求取地下介质的极化参数。

具体实施例：

选取的试验区为潭口油田广三段稠油区块。潭口油田位于湖北省潜江市王场镇张新乡，构造位置位于江汉盆地潜江凹陷北部潜北断裂带中段。广三段稠油区主要分布于潭口油田潭34井区及其外缘，为一具有气顶气的构造层状稠油油藏。潭34井区的潜江组与广华寺组广三段成角度不整合，潜江组油气通过剥蚀面向上逸散，在广华寺组底部沙砾岩中聚积，形成了目前的潭口广三段稠油。油藏埋深仅620.2-625.2m。该油田特点是油藏单一且埋深浅，作为试验区，有利于检验电磁方法检测剩余油的效果。

ATEM采集点位分布图如图3所示。共布置测线18条，线距50米；每条测线28个物理点，点距50米。测点总个数为504个。ATEM测区位于油气区构造顶部北东侧。

ATEM测量参数为：

●三分量测量(Ex、Ey、Hz)

●供电AB极偶极距：2000米

●收发距：3000-4500米

●发射电流：30安培

●发射功率：30千瓦

●测点间距：50米

●电极距：50米

●发射周期：4秒

●记录时间：＞45分钟

激电异常提取效果：首先对江汉盆地谭口油田的ATEM资料进行了测井约束的高分辨能力的电阻率反演，并进行了沿层电阻率切片，给出了该区储层的电阻率异常分布，如图4所示，共发现电阻率异常4个(编号为：R01、R02、R03、R04)。对ATEM资料进行了时域激电谱提取，获得了该区蒸汽驱稠油藏的激电谱参数平面分布图，如图5所示，发现激电异常5个(编号为IP-1、IP-2、IP-3、IP-4、IP-5)。对比图4和图5发现，除IP-1异常没有对应外，IP-2、IP-3、IP-4、IP-5激电异常与R01、R02、R03、R04电阻率异常十分吻合，其中IP-5异常极化率最大，范围也最大。显然研究结果对下一步油气开发有重要的指导意义。

Claims (2)

1.一种运用长偏移距瞬变电磁阵列法进行油气检测的方法，其特征在于

先对探测区域进行ATEM观测，获取ATEM观测场资料；

在未剥离激发极化场时，选取电场分量无明显畸变或负异常的测点，利用探测区内测井约束的ATEM资料反演，获取探测区高分辨率的层状电阻率模型；

然后进行ATEM正演，获得探测区各测点的瞬变感应电场或磁场衰减曲线；

在同一观测时间点上，用实际观测的ATEM电场或磁场分量衰减曲线减去上述正演获取的电场或磁场分量衰减曲线，则剩余场为时域激电场，由此获取时域激电谱；

以时域激电谱为反演参数，应用时间域激发极化法，即层状介质的等效电阻率法，反演获取地下介质的极化率；

通过利用深部电阻率参数和极化率参数实现油气藏的检测与评价。

2.按权利要求1所述的运用长偏移距瞬变电磁阵列法进行油气检测的方法，其特征在于所述的评价可直接指示油气藏的存在。

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