專利名稱：一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地球物理勘探與油田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用地面斜源瞬 變電磁測量獲得儲層的電性各向異性參數(shù)進(jìn)而確定儲層孔隙各向異性的瞬變 電磁方法。
背景技術(shù)：
地層介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)具有各向異性特征，從微觀上看，是巖層的骨架成
分、粒度和分布狀態(tài)、孔隙的幾何結(jié)構(gòu)隨著方向的不同而不同；從相對宏觀 的尺度上看，是地層中的裂隙分布、巖性的變化、結(jié)構(gòu)局部異常、局部變質(zhì) 作用等因素的共同作用。
目前，已經(jīng)觀測到頁巖的電導(dǎo)率具有各向異性，其系數(shù)介于1 3之間。 各向異性通常用于解釋頁巖測井中所觀測到的異常的響應(yīng)。大多數(shù)的油藏巖 層面與水平面由于存在各向異性交錯(cuò)的現(xiàn)象，測井儀器的響應(yīng)主要反映的是 電導(dǎo)率的水平分量。在利用一些特殊的巖心分析得到阿爾奇公式中含水飽和 度指數(shù)/ 和孔隙度指數(shù)"時(shí)，挑選的巖心要保證所得到的參數(shù)都是與巖層面 平行的(大致水平)。因此，在垂直井中，巖心分析得到的阿爾奇參數(shù)一般與測 井儀器的響應(yīng)是一致的，所以利用測井資料可以很好地預(yù)測油藏的含水飽和 度。
各向異性與測量尺度有關(guān)，它依賴于特定的測井儀器的發(fā)射器-接收器的 間距，以確定測井儀器所探測到的地層是各向同性還是各向異性。在一個(gè)無 窮大的各向同性介質(zhì)中，在傳感器附近，只存在軸向場，儀器輸出的數(shù)據(jù)足
以完整地描述所測的地層。但是，如果存在各向異性，通常會產(chǎn)生橫向場分 量，而在傳統(tǒng)的電測儀或軸向雙感應(yīng)測井儀中，沒有在橫向上安裝傳感器， 就無法對電磁場的橫向分量作出響應(yīng)，也就無法探測到橫向場分量，結(jié)果儀 器記錄到的數(shù)據(jù)并不完整，無法從這些不完整的數(shù)據(jù)來正確地描述地層電阻 率。
隨著水平鉆井技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用，人們將地層的各向異性特征作為飽 含油油藏電導(dǎo)率的通用性質(zhì)來進(jìn)行研究。在水平井中，即便是很厚的地層，其 水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率也不一定相等，尤其是在交界面處。此 時(shí)的儀器測量值是地層水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率共同作用的結(jié) 果。在砂泥巖薄互層、不同粒度大小的砂巖層、薄的電阻性或電導(dǎo)性條帶等 地層其水平方向的電阻率和垂直方向的電阻率有很大的差別，這兩種方向的 電阻率同時(shí)影響著測量得到的地層視電阻率值。如果將這些地層當(dāng)作各向同 性地層來處理會給解釋帶來很大誤差。
地面電磁勘探中，采用天然場源的大地電磁測深法觀測五個(gè)電磁場分量， 在資料處理中，計(jì)算出兩種極化方式的視電阻率參數(shù)，這兩種極化模式的視 電阻率基本上就是平行電性主軸和垂直于電性主軸這兩個(gè)方向上的視電阻 率，反映的就是地層電性的方位各向異性特征。但由于天然場源的信號很弱， 該方法的電場分量受地表不均勻體的靜態(tài)偏移影響非常突出，這將直接影響 到指示各向異性的效果。 一般來講，若沒有靜態(tài)偏移的影響，大地電磁測深 兩種極化方式的視電阻率在高頻時(shí)一般差異不大，而在低頻時(shí)兩種極化的視 電阻率曲線分異較大，重點(diǎn)反映了區(qū)域范圍內(nèi)深部構(gòu)造的各向異性，其分辨 能力達(dá)不到研究儲層各向異性的精度。另外，也由于天然場源的信號很弱，
在工業(yè)用電干擾很強(qiáng)的開發(fā)油區(qū)不能獲得高信噪比的測量，所以大地電磁測 深法不能有效地用于油氣儲層電性各向異性特征探測。
可控源電磁方法又可分為頻率域方法和時(shí)間域方法。頻率域方法通常以 固定頻率或混合頻率的連續(xù)電流波形作為發(fā)射源，其主要的局限是發(fā)射裝置 與接收器的強(qiáng)耦合。由于發(fā)射電流波形連續(xù)，任意時(shí)刻接收到的信號是源場 (一次場)和地中介質(zhì)異常響應(yīng)(二次場)在接收器處的合成。 一般情況下， 二次場的幅度要遠(yuǎn)小于一次場，要將淹沒在總場信號中的微弱二次場信號精 確地提取出來比較困難，限制了頻率域方法的分辨能力和應(yīng)用效果。
時(shí)間域方法的激勵(lì)波形一般為脈沖或半占空的方波，根據(jù)需要可以選擇 不同的方波脈沖寬度。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，供電脈沖在關(guān)斷的瞬間將在供電 電極附近的地層中產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的感應(yīng)場，并隨時(shí)間推移逐漸向外擴(kuò)散并衰 減，該瞬變場的擴(kuò)散與衰減特征就反映了地層電性參數(shù)的空間分布信息。如 果能將電性各向異性參數(shù)與彈性波各向異性參數(shù)結(jié)合其來進(jìn)行綜合解釋，不 僅可以定量描述儲層的孔隙度和滲透率的各向異性分布，還可以更好地用于 預(yù)測儲層中的流體性質(zhì)，定量評價(jià)儲層中的含油飽和度。盡管在地面電磁勘 探中可計(jì)算兩種極化方式的視電阻率參數(shù)，還沒有作為反映地層電性的方位 各向異性特征，進(jìn)而確定油氣儲層孔隙各向異性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種獲得油氣儲層的兩個(gè)水平電場分量的響應(yīng)，反 演得到儲層的兩個(gè)方向上的電阻率值，計(jì)算出儲層的電性各向異性比值，進(jìn) 而確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)步驟實(shí)現(xiàn)
1) 采用接地導(dǎo)線作為激勵(lì)源，并將源偏離測線X方向一定角度(^，通過
發(fā)射裝置向地下供電，沿測線方向測量相互正交的兩個(gè)電場分量&和^;對 發(fā)射波形和接收信號同時(shí)進(jìn)行全時(shí)段數(shù)字記錄；
所述的發(fā)射裝置通過GPS實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的精確時(shí)間同步。
所述的一定角度(^，為20_45° ，最佳為45° 。
2) 對經(jīng)過常規(guī)處理后的兩個(gè)電場水平分量分別進(jìn)行反演，得到不同深度 處的x方向和y方向的地層電阻率p,和p^;
所述的常規(guī)處理包括在時(shí)間域內(nèi)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪濾波、去直流和靜態(tài)
偏移影響的校正、時(shí)間序列的疊加處理、視電阻率參數(shù)的計(jì)算等。
3) 根據(jù)以下公式計(jì)算水平電場總場矢量的幅值<formula>formula see original document page 7</formula>
(1)
根據(jù)以下公式計(jì)算電場各向異性系數(shù)
<formula>formula see original document page 7</formula> (2)
電場各向異性系數(shù)77是電性主軸方位角的正切值；
步驟3)各向異性系數(shù)77也可以先計(jì)算出電性主軸方向上的電阻率值
以上A和A為采用反演得到的地層兩個(gè)方向的電阻率，然后求得電阻率各 向異性系數(shù)<formula>formula see original document page 7</formula>(4)
4)根據(jù)測點(diǎn)與源中心的相對位置計(jì)算均勻半空間測點(diǎn)處電場響應(yīng)的電性
觀測電場主軸的方位角為<formula>formula see original document page 7</formula>(77)
式中e為測點(diǎn)至源中心連線與源偶極的夾角， 由以下公式得到觀測電場的電性主軸校正方位角
<formula>formula see original document page 8</formula> (6)
公式中源偏角phi0，電性主軸方位角phis，觀測電場主軸的方位角phie;
5) 利用測井常用的Archie關(guān)系模型，由電性主軸方向上的電阻率值得 到電性主軸方向上的地層孔隙度值；
6) 采用通常的方法繪制矢量箭頭圖表示地層孔隙的各向異性分布，用箭 頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，箭頭的角度 采用電性主軸校正的方位角phie';
7) 矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致表示地層孔隙度為各向均勻； 偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。
本發(fā)明圖3為一個(gè)工區(qū)的儲層孔隙分區(qū)及相應(yīng)的電場各向異性矢量圖， 圖中的細(xì)等值線圈定了工區(qū)的儲層分帶，粗虛線為推測的斷層線，其中南北 向的兩個(gè)為斷裂帶，在一定的寬度范圍內(nèi)反映出斷裂的特征。利用電場矢量 圖能形象地確定孔隙變化的方向，與等值線圈定的分區(qū)邊界一致。


圖1為本發(fā)明電磁觀測布設(shè)示意圖2為本發(fā)明斜源瞬變電場分量分解圖3.為本發(fā)明儲層孔隙分區(qū)及相應(yīng)的電場各向異性矢量圖的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
野外資料采集采用地面斜源瞬變電磁測量方案，如圖1所示，其特點(diǎn)是 采用偏離測線(x方向) 一定角度phi0的接地導(dǎo)線為激勵(lì)源。由發(fā)電機(jī)l通過發(fā)
射控制裝置2向接地長導(dǎo)線4向地下供電，發(fā)射裝置通過GPS3實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的 精確同步。源的布設(shè)考慮應(yīng)該盡可能與待測工區(qū)在同一地質(zhì)構(gòu)造單元內(nèi)，且 能將工區(qū)覆蓋在有效的范圍內(nèi)而又不至于信號太弱。設(shè)測線方向x與地層的 構(gòu)造走向一致，為了一次測量就能獲得地層兩個(gè)方向上的電阻率值，需要將 源偏離x方向一定的角度，最便于資料處理的設(shè)置應(yīng)取<^。=45°。
單元5為多分量瞬變電磁數(shù)據(jù)采集站，觀測沿x方向的電場分量仏和與其 正交的電場分量&，垂直磁道作為可供選擇的觀測場量。
對觀測資料進(jìn)行常規(guī)的瞬變電磁資料處理包括在時(shí)間域內(nèi)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn) 行去噪濾波、去直流和靜態(tài)偏移影響的校正、時(shí)間序列的疊加處理、視電阻 率參數(shù)的計(jì)算等。
如圖2所示，根據(jù)測量裝置觀測的水平電場的兩個(gè)分量&9和可以計(jì) 算水平電場總場矢量11的幅值為
以及電場各向異性系數(shù)
"4 (2)
電場各向異性系數(shù)77表示的是電性主軸方位角的正切值。
也可以采用反演得到的地層兩個(gè)方向的電阻率A和A來進(jìn)行計(jì)算，先計(jì)算 出電性主軸方向上的視電阻率值
然后求得電阻率各向異性系數(shù)
由電場場值和視電阻率值求得的各向異性系數(shù)基本相同，但視電阻率轉(zhuǎn)
換時(shí)會有近似誤差。
按下式計(jì)算電場主軸的方位角 <pe=tan-!(") (5)
根據(jù)測點(diǎn)與源中心的相對位置計(jì)算均勻半空間測點(diǎn)處電場響應(yīng)的發(fā)射源
的電性主軸方位角^:
一「3sin0cos" ,八
A — 二 tan -^~ (6)
、l_3cos 0 J
式中e為測點(diǎn)至源中心連線與源偶極的夾角， '
對觀測電場的主軸方位角進(jìn)行校正 < 二 H+<Po (7)
根據(jù)測井資料得到的有關(guān)參數(shù)，利用測井常用的Archie關(guān)系模型，可以 由電性主軸方向上的電阻率值轉(zhuǎn)換得到電性主軸方向上的地層孔隙度值。可 以繪制矢量箭頭圖來形象地圖示地層孔隙的各向異性分布，箭頭的長短表示 電性主軸方向上的地層孔隙度(或電阻率值)的大小，而箭頭的角度就是電 性主軸的方位角。當(dāng)?shù)貙涌紫抖葹楦飨蚓鶆驎r(shí)，矢量箭頭的指向與源偶極的 方位角一致，偏離電性主軸的矢量箭頭即表示地層孔隙度的各向異性。
權(quán)利要求
1、一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特征采用以下技術(shù)步驟實(shí)現(xiàn)1)采用接地導(dǎo)線作為激勵(lì)源，并將源偏離測線x方向形成源偏角通過發(fā)射裝置向地下供電，沿測線方向測量相互正交的兩個(gè)電場分量Ex和Ey；對發(fā)射波形和接收信號同時(shí)進(jìn)行全時(shí)段數(shù)字記錄；2)對經(jīng)過常規(guī)處理后的兩個(gè)電場水平分量分別進(jìn)行反演，得到不同深度處的x方向和y方向的地層電阻率ρx和ρy；3)根據(jù)以下公式計(jì)算水平電場總場矢量的幅值根據(jù)以下公式計(jì)算電場各向異性系數(shù)電場各向異性系數(shù)η是電性主軸方位角的正切值；觀測電場主軸的方位角為4)根據(jù)測點(diǎn)與源中心的相對位置計(jì)算均勻半空間測點(diǎn)處電場響應(yīng)的電性主軸方位角式中θ為測點(diǎn)至源中心連線與源偶極的夾角，由以下公式得到觀測電場的電性主軸校正方位角公式中源偏角電性主軸方位角觀測電場主軸的方位角5)利用測井常用的Archie關(guān)系模型，由電性主軸方向上的電阻率值得到電性主軸方向上的地層孔隙度值；6)采用通常的方法繪制矢量箭頭圖表示地層孔隙的各向異性分布，用箭頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，箭頭的角度采用校正主軸方位角7)矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致為地層孔隙度各向均勻；偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 征步驟l)所述的發(fā)-射裝置通過GPS實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的精確同步。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 征步驟l)所述的源偏角( 。為20—45。。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法， 其特征步驟l)所述的源偏角(^。為45。。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 征步驟2)所述的常規(guī)處理包括在時(shí)間域內(nèi)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪濾波、去直流 和靜態(tài)偏移影響的校正、時(shí)間序列的疊加處理、視電阻率參數(shù)的計(jì)算等。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，其特 征步驟3)所述的各向異性系數(shù)77通過先計(jì)算出電性主軸方向上的電阻率值p， 然后求得電阻率各向異性系數(shù)P = V"》 (6)以上A和A為采用反演得到的地層兩個(gè)方向的電阻率；
全文摘要
本發(fā)明為地球物理勘探與油田開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，是一種確定儲層孔隙各向異性的瞬變電磁方法，步驟是接地導(dǎo)線作為激勵(lì)源并將源偏離測線x方向形成源偏角φ₀，測量記錄相互正交的兩個(gè)電場分量E_x和E_y；反演得到不同深度處的x方向和y方向的地層電阻率；計(jì)算水平電場總場矢量的幅值、電場各向異性系數(shù)、電場主軸的方位角；由電性主軸方向上的電阻率值得到電性主軸方向上的地層孔隙度值；繪制矢量箭頭圖，用箭頭的長短表示電性主軸方向上的地層孔隙度或電阻率值的大小，矢量箭頭的指向與源偶極的方位角一致為地層孔隙度各向均勻；偏離電性主軸的矢量箭頭為地層孔隙度各向異性。本發(fā)明可以確定地層中的裂隙分布、巖性的變化、結(jié)構(gòu)局部異常、局部變質(zhì)情況。
文檔編號G01V3/26GK101382599SQ20071012126
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月3日
發(fā)明者嚴(yán)良俊, 葵 向, 唐新功, 王軍民, 胡家華, 胡文寶, 蘇朱劉, 謝興兵, 鄭仁淑, 陳清禮 申請人:中國石油天然氣集團(tuán)公司;長江大學(xué)