CN102112895A - 海底油气藏的电磁勘测数据的转换和成像方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于对被配置用于检测包括油气藏的地球地层的海下勘测数据进行处理、转换并绘图的方法。该方法与已知方法的区别在于包括探测系统的真实配置以及给定区域的参考模型的参数，以及用于处理并转换所测量信号的方法。

Description

海底油气藏的电磁勘测数据的转换和成像方法

技术领域

本发明涉及电磁场数据的分析、处理以及转换的方法，用于对包含油气藏的地球地层(formation)进行绘图。本发明的一个应用是对在使用TEMP-VEL/OEL油气勘探系统的海洋勘测过程中所测量到的电磁场数据进行成像和反演(inversion)。

背景技术

挪威(NO)专利323889和挪威申请20065436分别描述了TEMP-VEL(＝瞬态电磁海洋勘探-垂直型电线)和TEMP-OEL(＝瞬态电磁海洋勘探-正交型电线)油气勘探系统，其全部内容作为引用结合与此。

现有的受控源电磁(CSEM)油气勘测方法通常基于简化的定性的描述形式和视觉化场数据，其中，油气藏被区别为局部异常。当对海洋油气勘测结果进行成像或绘图时，或者当反演和解释该数据时，研究人员有时只限于笼统的说法，例如“...分析包括将所采取的测量的结果与基于油气藏的已知属性和过载条件的数学模拟模型的结果进行比较”(Eidesmo等人，2006(US7,026,819))。

Srnka(1986(US 4,617,518))提出以两个或更多个频率对相隔一定距离的电极间的电场进行测量，并使用这些测量结果来确定位于离海底不同深度的区域中的一部分区域的平均电阻率。这是通用方法(VES)的虚拟描述，且广泛用于海岸。

Eidesmo等人(2002)、Ellingsrud等人(2002)、Amundsen等人(2004)、Johansen等人(2005)等使用最简单的转换，因为以某个频率沿某个剖面(profile)所测量的电磁场响应被归一化为在位于假定或已知存在地下油气藏的区域以外的某个参考点处所测量的响应。该方法的优点是其不需要配置发射器以及发射器电流的强度，但是该方法的异常值很大程度上取决于在该参考点处的响应，且有时可能会由于该参考点处的电场的幅度小而响应非常粗糙。此外，这种转换的分辨率低且描述的是以用于电场的无量纲值表达的勘测结果，而不是电勘探的自然参数(即，电阻率和深度)。

Wright等人(2006(EP1425612))在他们的发明中提出“...为了进行多通道瞬态测量(MTEM)...地球的脉冲响应并显示该响应或对该脉冲响应进行转换，以创建对电阻率对比的描述”。在该发明中没有描述可能的转换。

视电阻率(apparent resistivity)通常用于转换所测场的场数据。视电阻率明显的优点是在电磁场方面，因为其提供对海床结构的充分理解。

视电阻率的值通常被确定为具有与现场试验记录相同的脉冲响应的均质(homogenous)半空间(具有给定的发射器/接收器设置)的电阻率。

对于海洋应用来说，Edwards等人(1984)就提出了MOSES方法，其以视电阻率形式的数据成像为

其中，ρ₀是海水电阻率，d是海深度，I是来自发射器的电流，r是发射器与接收器之间的距离，

是在海底上测量的磁场的方位角分量。该公式在一些限制条件下有效，即垂直的发射器线的长度等于海深度，第一地壳层(crust layer)的平均电阻率与海水的平均电阻率之间的比大于10，因此，该公式只对浅海情况下有效且不能提供对深海的良好近似。

Wolfgram等人(1986)提出了视电阻率的另一个公式：

该公式假定上电极是无限延伸的，其只对浅海有效，即当d/r＜10时。

Chen和Oldenburg(2006)基本改进了EdWard和Wolfgram的公式，并考虑了更常用的1D地球参考模型，该模型包括由半无限电极激励的两层结构。该公式基于对磁场的半分析项，并可以用于浅海和深海。

在电勘探中已经发现，在时域中操作的方法能比直流方法或交流方法提供更高分辨率的油气目标。接下来，我们只涉及在时域中估计EM测探(sounding)，更特别地通过TEMP-VEL/OEL方法(Barsukov等人，2007(WO2007/053025))。其中提出，在一些修改后，该方法和算法可以用于在频域和直流中的测探。

在时域中，在任意时间τ(如果可能)从分析上计算均质半空间的响应，或通过使用后期或早期的渐进公式来计算(Kaufmann和Keller，1993；Spies和Frischknecht，1991；Wilt和Stark，1982；等等)。对于瞬态电偶极子-偶极子设置，Edwards(1997)提出了公式

其将电场响应转换成视电阻率。这里，E_r是位于离电偶极子发射器的距离为r处的接收器所测量的电场的轴向(in-line)分量，I·ΔI是发射器的矩(moment)。该公式没有考虑海的深度、线的实际长度、时间延迟，因为其假定第一地壳层的平均电阻率与海水的平均电阻率之间的比大于10。这种情况明显限制这种转换的可能性。

发明内容

本发明的目的是解决或减少现有技术缺陷中的至少一个缺陷。

通过以下描述中以及权利要求中的特征可以实现该目的。

提出了一种基于海洋CSEM勘测数据的1D两层参考模型的快速成像和反演的方法，该模型通过任意电流激励并通过任意接收器测量。

在第一个方面中，本发明更具体地涉及对来自海洋油气勘测的电磁数据进行成像、转换以及绘图的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)通过测量地球中由受控源激励的电磁响应来进行海洋勘测；

b)分析所述电磁响应，通过平滑曲线来近似所测量的响应；

c)确定所述电磁响应的一阶导数；

d)将所述近似结果与一阶导数转换成电阻率-深度图表；

e)使用所述图表来对包括油气藏的地球地层进行成像和绘图；

f)在构建反演基础模型时使用所述图表。

可以在时域中测量电磁响应。

可以在通过平滑曲线对所测量的时间响应进行近似的过程中使用另外的信息和约束。

可以在确定一阶时间导数的过程中使用另外的信息和约束。

除了电阻率-深度图表，还可以构建视电阻率-时间图表。

电阻率-深度图表和视电阻率-时间图表都可以用于对包括油气藏的地球地层进行成像和绘图。

在构建反演基础模型时可以使用电阻率-深度图表和一阶导数。

电磁响应可以被测量，且当在频域中构建反演基本模型时可以计算并使用一阶导数。

在第二个方面，本发明涉及计算机设备，其特征在于，该计算机设备具有安装的机器可读指令，该指令用于执行根据上述方法的用于对电磁海洋油气勘测数据进行成像、转换和绘图的方法。

附图说明

以下描述了在附图中示出的优选实施方式的示例，其中：

图1示出了视电阻率曲线的结构平面图；

图2示出了视电阻率的绘图；

图3示出了TEMP-VEL响应到视电阻率的转换；以及

图4示出了根据本发明提出的方法的对从3D模拟响应函数(电压)接收的特罗儿(Troll)地区进行绘图的转换成电阻率-深度的结果，图中的矩形表示真实油气藏的几何形状，上面的图表示以“记录(logging)”方式的部分，下面的图表示“成像”方式。

具体实施方式

视觉化和反演的方法以两个阶段执行。

阶段1：构建视电阻率ρ_a(t)的曲线。该阶段包括三个连续步骤。

步骤1：对所测量的电磁响应进行近似，并计算一阶导数。

该过程是不稳定的且需要稳定化。一些约束或另外的信息可以用于稳定化。例如，通过叠加指数函数来对场进行近似(Barsukov，Svetov，1984)：

$E\left(t\right)=\underset{0}{\overset{\∞}{\∫}}E\left(s\right)e^{-\mathrm{st}}\mathrm{ds}---\left(1\right)$

这里E(s)是根据所测量数据确定的幂谱。从E(s)和(1)中计算一阶导数。

在通过平滑曲线对场数据进行近似后，适合以视电阻率-时间曲线的形式来表示场响应(步骤2)。

步骤2：以视电阻率-时间曲线的形式描述响应。

开始，使用描述全空间或半空间或两层模型中的近区或远区中的电磁场行为的渐进公式来建立视电阻率的首次近似。

对于TEMP-VEL/OEL方法，根据在两层结构间的电场的最后阶段的渐进特性的基于视电阻率的计算的响应函数的描述对计算视电阻率的首次近似非常实用：

$\mathrm{\ρ}={\{{\mathrm{\μ}}_0^{5/2}*P*h_0^2/(20*{\mathrm{\π}}^{3/2}*U)*[t^{-5/2}-{(t+\mathrm{pulse})}^{-5/2}\left]\right\}}^{2/3}---\left(2\right)$

这里，P＝TR_len*REC_len(m×m)；TR_len和REC_len分别是发射器线的长度和接收器线的长度；h₀＝海深度-TR_len/2(m)；t是时间(单位秒)；pulse是脉冲电流持续时间(单位秒)；U是被归一化为脉冲电流的信号(V/A)；μ₀＝4π×10^-7H/m。图1(三角形点标记的平滑线的“场数据”)示出了在该图的右上角显示的两层模型的视电阻率曲线。

步骤3：将响应函数转换成视电阻率ρ_a(t)。

使用在将所测量电压(电场)转换成视电阻率的后期中有效的渐进公式，丢失在响应函数前期的信息(深度浅)，而使用在前期中有效的渐进公式会丢失该部分中较深结构的信息。

当使用对完全瞬态过程而言精确的公式时，上述缺陷不存在。在一些简单的情况中，能够找到用于完全瞬态过程的精确的公式。在通常的情况中(由任意浸入海中的倾斜的电线激励、由任意浸入的倾斜的电接收器线记录的两层结构)，精确的公式是不存在的，且只能使用数字方法。

在这种情况中，通过解非线性方程P(t)＝F(t，h₁，ρ₁，ρ₂)来确定视电阻率。图1示出该求解过程。在t时刻的电阻率ρ₂给出与场数据相同的响应(Ωm)(圆圈处)，该电阻率ρ₂被接受作为在t时刻的视电阻率ρ_a。在反演和绘图中，时间标度被深度标度替代。表面深度被认为是有效(视)测探深度

$h_a:h_a=\sqrt{2{\mathrm{\ρ}}_{a}t/{\mathrm{\μ}}_0}.$

针对所有延迟发现的视电阻率曲线包含关于整个过程的信息。这种视电阻率曲线可以用于对场数据-时间进行成像和绘图，并可以用作将这些数据转换(反演)成曲线ρ_tr(h_a)的基础曲线。

图2示出了上述用于对针对方形目标计算的TEMP-VEL模型数据进行反演和绘图的方法的应用。E_z(t)-“场”数据通过3D程序来模拟。模型的参数如下：海深度为1km，其电阻率等于0.28Ωm。方形测量的大小为4×4km，位于海底以下h＝1km的深度，且具有横向电阻T＝2000Ωm²(厚度为40米，且特定电阻率为50Ωm)。根据所述算法构建该绘图，其时间延迟t＝6s。可以看出，可以正确确定目标的位置、大小和形状。

阶段2：视电阻率ρ_a(t)到电阻率ρ_tr(ha)的转换(反演)。提出的转换算法如下所述。

定义v＝v(t)为视电阻率的对数导数：

$v=\frac{t}{{\mathrm{\ρ}}_a\left(t\right)}\frac{d{\mathrm{\ρ}}_a\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\left[\ln {\mathrm{\ρ}}_a\left(t\right)\right]\′,$ |v|＜1

设增益k(t)为：

$k\left(t\right)=\frac{1}{{(1-v)}^m},$ m＝3/2

则任意时间延迟t的转换后的视电阻率ρ_tr(t)为：

ρ_tr(t)＝k(t)ρ_a(t)

增益k(t)和系数m＝3/2用于校正转换后的视电阻率曲线的上升分支中的额外的增加和下降分支中的额外的减少。任意时刻t的有效(视)深度h_a被计算为：

$h_a=\sqrt{\frac{\mathrm{t\β}\left(\mathrm{res}\right)}{{\mathrm{\μ}}_0}},$ μ₀＝4π10^-7H/m

$\ln \left(\mathrm{\β}\left(\mathrm{res}\right)\right)=\ln \left({\mathrm{\ρ}}_a\right)+\frac{\ln \left({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{tr}}\right)-\ln \left({\mathrm{\ρ}}_a\right)}{10}*\mathrm{res},$ 0≤res≤10

函数β(res)与电阻率类似，具有量纲[Ωm]，且被插入到该算法中以控制转换的分辨率。β(res)值可以在ρ_a(t)(“非转换的”视电阻率)到ρ_tr(t)的范围内改变，且基本上改变视电阻率ρ_tr(h_a)曲线的形状。在低反差介质情况中β→ρ_tr，对于高反差介质β→ρ_a以及在中反差介质中β＝(ρ_trρ_a)^1/2。在β(res)中的ρ_tr与ρ_a之间的关系可以通过特定参数“res”-“转换分辨率”来调节。

所述方法将所测量的电压响应转换成电截面-电阻率-深度，且实际上提供解决反演问题的解决方案。其提供简单快速的工具来对包含油气藏的地球地层进行视觉化和绘图。

图3示出了TEMP-VEL信号的转换结果，即电压-时间转换成视电阻率-深度。模型参数有：h₁＝300m，ρ₁＝0.28Ωm，h₂＝1400m，ρ₂＝1Ωm，h₃＝40m，ρ₃＝100Ωm，ρ₂＝2Ωm。

可以看出，转换后的曲线定性地正确地描述模型部分。

图4示出了提出的用于对油气目标进行绘图的应用。针对特罗尔地区的简化模型计算TEMP-VEL设置的3D电压响应(Johansen等人，2005)，然后被转换成电阻率-深度。

很明显的是，用于绘图的所提出的方法能够生成目标的正确的位置、大小和深度；目标以下的一些反映是对作为连续深度函数的小而薄的目标层进行近似的结果。

所构建的模型可以用作3D反演的良好基础模型。

参考文献

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Claims (9)

1.一种用于对来自海洋油气勘测的电磁数据进行成像、转换以及绘图的方法，其特征在于，该方法包括：

a)通过测量在地球中由受控源激励的电磁响应来进行海洋勘测；

b)分析所述电磁响应，通过平滑曲线来对所测量的响应进行近似；

c)确定所述电磁响应的一阶导数；

d)将近似结果与所述一阶导数转换成电阻率-深度图表；

e)应用所述图表来对包括油气藏的地球地层进行成像和绘图；

f)在构建反演基础模型时应用所述图表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在时域中测量所述电磁响应。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在通过平滑曲线对所测量的时间响应进行近似的过程中使用另外的信息和约束。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，在确定所述一阶导数的过程中使用另外的信息和约束。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征在于，除了电阻率-深度图表，还构建视电阻率-时间图表。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征在于，所述视电阻率-时间图表和所述电阻率-深度图表都用于对包括油气藏的地球地层进行成像和绘图。

7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其特征在于，在构建反演基础模型时，使用所述电阻率-深度图表和一阶时间导数。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其特征在于，测量所述电磁响应，且在频域中构建反演基础模型时，计算并使用一阶导数。

9.一种计算机设备，其特征在于，该计算机设备具有安装的机器可读指令，所述机器可读指令用于执行根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于对电磁海洋油气勘测数据进行成像、转换和绘图的方法。

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