定量计算极化值及应用的方法技术

本发明专利技术提供一种定量计算极化值及应用的方法，该方法包括：步骤1，开发矢量有限元素法正演仿真算法；步骤2，分析极化现象规律，给出极化值定量计算公式；步骤3，通过极化值定量计算公式计算出极化值Peak，建立地层模型，考察极化现象的影响因素；步骤4，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用极化值定量计算公式计算出的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，进行地质导向实时反演，获得实测井反演结果。该定量计算极化值及应用的方法填补了人们对极化现象直观认识的空白。通过定量计算极化值大小，结合方位伽马测井地层方位识别特性进行联合反演，可以解决常规仪器在实时地质导向中不能探测边界和不能识别方位的不足，为复杂地层环境下水平井地质导向提供了新的思路和新方法。

【技术实现步骤摘要】
定量计算极化值及应用的方法
本专利技术涉及油田开发
，特别是涉及到一种定量计算极化值及应用的方法。
技术介绍
随钻测井已经成为大斜度井、水平井和小井眼侧钻多分支井油藏评价的重要手段，也是完成大斜度井、水平井钻井设计，实时井场数据采集、解释和现场决策以及指导地质导向钻井的关键技术。而在大斜度井和水平井测井过程中，在地层界面附近，将会产生极化现象。以往人们对极化现象只侧重于成因分析和定性描述，忽略了极化现象在地质导向中的作用。就目前而言，国内使用的常规随钻仪器与方向性探边测量工具存在代际差异，其导向水平不如方向性测量工具好，尤其是对于存在薄层、断块、底水油气层等复杂环境，常规随钻仪器进行导向面临诸多困难和风险。联合反演为解决这一问题提供了有效途径。联合反演是指利用不同物理机制的两种或两种以上测井数据进行地质模型参数反演。联合反演在本质上是通过增加特定探测目标的有效信息量(增加约束)，来达到更准确反映地质目标体的目的。随钻电磁-方位伽马联合反演可以增加丰富的有效信息。随钻电磁-方位伽马联合反演是以马奎特迭代算法构造最小二乘目标函数为基础，将方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据有机统一起来进行反演。首先，使用某种随钻电磁波电阻率测井仪器，通过在水平井地层模型下对仪器响应进行正演仿真；针对水平井随钻电磁波电阻率测量界面处的极化现象；在考察仪器响应极化角受地层参数、仪器结构参数影响基础上，对界面处利用电阻率合成的极化值曲线具备较深探测深度的特征，结合方位伽马测井数据地层方位指示功能，开发地质导向实时反演算法。采用马奎特迭代算法，构造最小二乘目标函数后即可进行联合反演。但是，联合反演所需要的定量化的极化值曲线以前是不存在计算公式的，联合反演所得到的地层评价信息也必然是不全面的。为此，我们专利技术了一种定量计算极化值的方法，解决了以上技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种较为准确的定量计算极化值及应用的方法。本专利技术的目的可通过如下技术措施来实现：定量计算极化值的方法及应用，定量计算极化值及应用的方法包括：步骤1，开发矢量有限元素法正演仿真算法；步骤2，分析极化现象规律，给出极化值定量化计算公式；步骤3，通过极化值定量化计算公式计算出极化值Peak，建立地层模型，考察极化现象的影响因素；步骤4，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，进行地质导向实时反演，获得实测井反演结果；本专利技术的目的还可通过如下技术措施来实现：在步骤1中，正演仿真算法原理：从Maxwell方程出发，随钻电磁波电阻率测井问题中的电磁场满足以下方程：式中，E、H、J、ω、σ、μ分别为电场强度、磁场强度、源电流密度、源电流角频率、电导率、磁导率。由方程(1)、(2)可以推导出电场所满足的矢量波动方程为：为复介电常数，ε＝εrε0其中ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数。令E＝Ep+Es(4)其中，背景场Ep是当全部空间被电导率为σ0的介质填充时的电场，它满足方程：其中，将(3)式减去(5)式并联合(4)式可得：式中，Ep通过解析方法计算得到，二次场则由有限元素法计算。相对于(3)式，(6)式的解变化平缓，可以利用稀疏一些的网格来进行求解，减少了计算工作量。选取足够大区域，使边界上的电场衰减到近似为0，则方程(6)只需满足边界条件：式中，n分别为求解区ω的边界、法线方向。通过边界条件方程(7),将矢量波动方程(6)转化为其弱积形式：式中，N为矢量基函数，Ω是整个求解域。在步骤2中，所述极化值定量化计算公式为：其中，Ra表示视电阻率，包括相位差视电阻率和幅度比视电阻率，Dip为井眼轴线与地层界面法线相对夹角，θ为井眼轴线与地层界面法线相对夹角的某一角度值，Ra|Dip＝θ表示井眼轴线与地层界面法线相对夹角为θ时所测得到的视电阻率。通过给出极化值的定量公式，给出极化现象产生的基本条件，为接下来的步骤提供基础依据。在步骤3中，通过对极化现象的影响因素考察，得到更为普遍的极化现象规律，探究影响极化值大小的影响因素。首先进行工作频率影响考察，建立地层模型，输出测井响应，得出低频、幅度比电阻率Peak值边界探测能力强，适合用来边界距指示；其次考察收发线圈源距影响，设置同一地层模型，输出测井响应，得出长源距、幅度比电阻率Peak值更适合用来指示边界；再对电阻率对比度进行考察，建立地层模型，输出测井响应，得出一般结论：Peak值受界面两侧电阻率对比度、电阻率大小、边界距离远近影响，同时受井眼轴线与地层界面法线相对夹角大小、仪器工作频率、收发线圈源距综合影响，其影响规律如下：其中，Peak表示极化值大小，∝为正比关系符号，Rs、Rt分别表示界面两侧电阻率大小，Δ表示两接收线圈间距，Dip表示井眼轴线与地层界面法线方向夹角。在步骤4中，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用所述极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，进行地质导向实时反演，采用马奎特迭代算法，构造最小二乘目标函数如下：其中，m为测井曲线个数，f是关于参量的非线性函数，是待反演参数。开展水平井和大斜度井地质导向实时反演，待反演参数包括：围岩电阻率、目的层电阻率、层厚、测量点到层边界距、井眼轴线与地层界面法线相对夹角。反演得到实测井结果。利用矢量有限元素法正演仿真算法进行随钻电磁波测井仪器的数值仿真，研究水平井中测量界面处得极化现象。研究结果表明，根据极化值的大小能够计算仪器测量点到边界的距离、井眼轴线与地层界面法线相对夹角大小，且极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深的探测深度。此时，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用该极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，即可开发出地质导向实时反演算法。因此，本专利技术提出的定量计算极化值大小的方法，为地质导向开辟了新思路、新方法。本专利技术充分利用极化值反映的地层倾角、地层电阻率、层边界距离信息，进行地层参数数据挖掘。通过反演获得更丰富的地层参数，并将此技术应用在常规随钻测井仪器地质导向中，在不增加其他测井项目的前提下，将随钻电磁波方位伽马联合起来，近似达到了新一代方位探边工具所具备的边界探测能力。附图说明图1为本专利技术的定量计算极化值及应用的方法的一具体实施例的流程图；图2为本专利技术的一实施例中随钻电磁波测井极化效应的成像图；图3为本专利技术的一实施例中极化值随边界距变化的图版；图4为本专利技术的一实施例中工作频率对极化影响的考察图版；图5为本专利技术的一实施例中源距对极化影响的考察图版；图6为本专利技术的一实施例中固定低阻-电阻率对比度对极化影响的考察图版；图7为本专利技术的一实施例中固定高阻-电阻率对比度对极化影响的考察图版；图8为本专利技术的一实施例中背景电阻率对极化影响的考察图版；图9为本专利技术的一实施例中实时导向反演算法模型测试结果图；图10为本专利技术的一实施例中实测井反演测试结果图。具体实施方式为使本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
定量计算极化值及应用的方法，其特征在于，包括：步骤1，开发矢量有限元素法正演仿真算法；步骤2，分析极化现象规律，给出极化值定量化计算公式；步骤3，通过极化值定量化计算公式计算出极化值Peak，建立地层模型，考察极化现象的影响因素；步骤4，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用所述极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，进行地质导向实时反演，获得实测井反演结果。

【技术特征摘要】
1.定量计算极化值及应用的方法，其特征在于，包括：步骤1，开发矢量有限元素法正演仿真算法；步骤2，分析极化现象规律，给出极化值定量化计算公式；步骤3，通过极化值定量化计算公式计算出极化值Peak，建立地层模型，考察极化现象的影响因素；步骤4，联合方位自然伽马测井和随钻电磁波电阻率测井数据，在界面处利用所述极化值定量化计算公式得到的Peak值曲线具备较深探测深度的特征，和方位伽马数据地层方位指示功能，进行地质导向实时反演，获得实测井反演结果。2.根据权利要求1所述的定量计算极化值及应用的方法，其特征在于，在步骤1中，正演仿真算法原理：从Maxwell方程出发，随钻电磁波电阻率测井问题中的电磁场满足以下方程：式中，E、H、J、ω、σ、μ分别为电场强度、磁场强度、源电流密度、源电流角频率、电导率、磁导率；由方程(1)、(2)可以推导出电场所满足的矢量波动方程为：为复介电常数，ε＝εrε0其中ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数；令E＝Ep+Es(4)其中，背景场Ep是当全部空间被电导率为σ0的介质填充时的电场，它满足方程：其中，将(3)式减去(5)式并联合(4)式可得：式中，Ep通过解析方法计算得到，二次场则由有限元素法计算；选取足够大区域，使边界上的电场衰减到近似为0，则方程(6)只需满足边界条件：式中，n分别为求解区ω的边界、法线方向；通过边界条件方程(7),将矢量波动方程(6)转化为其弱积形式：

【专利技术属性】
技术研发人员：张中庆，
申请(专利权)人：杭州迅美科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33