CN103149596A - 用于确定井眼在地下区域中的位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定井眼在地下区域中的位置的方法，包括以下步骤：a)形成所述地下区域的三维电磁特性模型；以及b)当对从所述地下区域采集的电磁数据做反演时，仅允许井眼位置变化。

Description

用于确定井眼在地下区域中的位置的方法

本申请为申请号为200880126329.5、发明名称为“用于解释深探测电磁数据的基于模型的工作流程”、优先权日为2007年12月7日的专利申请的分案申请

技术领域

本发明总体涉及对地球物理数据进行规划、采集、处理和解释，并且更具体地涉及一种用于对在地下区域的现场勘探期间采集的深探测电磁数据进行解释的工作流程和一种与这种现场勘探的规划和设计相关联的有关工作流程。

背景技术

地下区域的深探测（deep-reading）电磁场勘探通常涉及从地面、从地面到井眼、和/或井眼之间的大规模测量。现场电磁数据以大规模感测的方式感测油藏和周围介质。目前，深探测电磁场勘探通常以逐渐的方式进行实施和解释。通常分别由不同的人对勘探进行规划、实施、和解释，并且直到在过程中相对较后的时间，此时会解释数据，才生成所研究的地下区域的模型。

在本专利申请中，说明了一种新型电磁数据解释工作流程，所述新型电磁数据解释工作流程首先将现有的地球物理、地质、和岩石物理知识存储到公用模型中，然后当正在更新和改进基本模型时，电磁数据模拟、处理和解释可以基于此模型。通过这样，所述方法能够利用区域、油藏、和电磁数据采集技术的测量尺度的现有知识，以将模型建立和改进结合到不同的处理方面中。

用于本发明的处理的结构单元存在于各种不同的软件和硬件产品中。具体地，以下参照建模软件、模拟软件、和粗化（upscaling）处理进行说明。通常在本发明的方法中使用的建模软件被称作为

是可从斯伦贝谢获得的通用地球物理数据模拟程序包。软件包接受多种输入数据，具有复杂的岩石物理和显示选项，并且能够使用统计地质学程序(即，诸如克里格法的内插和外推程序)增加不存在直接测量数据的位置的三维网格。以下还说明流体流动模拟过程。可以使用不同的软件包，用于进行历史拟合并且为油藏中的多相流特性产生预测模型。一种通常使用的模拟器被称为此软件包也可以从斯伦贝谢获得。井间电磁技术和地面到井眼电磁技术表示由斯伦贝谢公司和其它公司研制的用于采集、处理、和解释深地层成像电磁数据的通用型系统。粗化表示可以用于将精细等级的数据转成更加适于以更大等级的方式进行模拟和仿真的粗糙等级的数据的一套过程。

本发明的方法的不同实施例的益处很多。首先，此方法可以为在某一区域内的电磁数据采集和处理方案提供用可行性研究、勘探设计、数据采集、和数据解释活动的统一框架。其次，此方法可以通过使用其它类型的数据以适当地约束模型而减少模型的不确定性。最后，此方法提供一种用于对来自区域的各种类型的数据进行积分使得可容易比较所述数据并且当合适时一起使用所述数据的通用机构。

本发明的方法通过规划、采集、处理和解释深电磁波测量的工作流程都涉及油藏这一方面而统一了规划、采集、处理和解释深电磁波测量的工作流程。本方法能够利用例如由电缆测井和/或随钻测井数据获得的地质模型和流动模型、包括由地震数据获得结构模型的地震数据、和流动模拟器结果作为用于深电磁勘探的勘探设计、模拟、数据处理、和解释的基础。整个电磁勘探过程可以由这些模型来指导。所述模型可以用于模拟数据采集过程、引导勘探设计、处理所述数据、并且为解释提供基础。所述模型还可以通过对流动模拟程序结果进行历史拟合而用在时滞勘探中。.

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种用于确定电磁勘探是否能够在区域中的不同地下条件之间进行区分的方法，所述方法包括以下步骤：形成区域的三维电磁特性模型；以及使用三维电磁特性模型模拟场电磁数据采集系统的电磁响应，以确定电磁数据采集系统的电磁响应的期望差是否在系统的检测能力范围内。本发明的另一个实施例涉及一种对与地下区域相关联的电磁数据做反演的基于模型的方法，所述方法包括以下步骤：形成区域的三维电磁特性模型；以及在电磁数据反演过程期间限制可以对三维电磁特性模型作出的改变。本发明的另一个实施例涉及一种用于确定井眼在地下区域中的位置的方法，所述方法包括以下步骤：形成区域的三维电磁特性模型；以及当对从地下区域采集的电磁数据做反演时，仅允许井眼位置变化。本发明的另一个实施例涉及一种处理与地下区域相关联的电磁数据的基于模型的方法，所述方法包括以下步骤：形成区域的三维电磁特性模型；从三维电磁特性模型截取二维截面；对电磁数据做反演，从而更新二维截面；以及通过将更新的二维截面内插到三维电磁特性模型中来更新三维电磁特性模型。本发明的另一个实施例涉及一种用于设计电磁勘探的基于模型的方法，所述方法包括以下步骤：形成区域的三维电磁特性模型；从三维电磁特性模型截取二维截面；以及在设计电磁勘探期间使用二维截面。

附图说明

图1是显示与本发明的方法的可选实施例相关联的不同过程的流程图；

图2是由测井和井斜勘探组合的示例性Petrel背景模型的立体图；

图3显示基本情况和水淹层段的模拟结果；

图4A显示基本情况的振幅结果；

图4B显示基本情况的相位模拟结果；

图4C显示水淹层段(情况)的振幅模拟结果；

图4D显示水淹层段的相位模拟结果；

图4E显示图4A与图4C中显示的结果之间的绝对场差；

图4F显示图4B和图4D中显示的结果之间的相位差；

图5A显示开始模型井间电阻率截面；

图5B显示最终模型井间电阻率截面；和

图5C显示开始模型截面与最终模型截面之间的电阻率的比值的截面。

具体实施方式

图1是示出与本发明的工作流程相关联的可选实施例的不同过程。在生成初始模型12中，例如可以通过使用流动模拟器结果大致确定油气层的水或蒸汽驱的特征来形成所研究的地下区域的初始模型。可以将此初始模型的结果与其它地质、地震、或测井数据一起输出给Petrel，以构建所研究的地下区域的三维背景模型。这在图1中被示出为产生背景模型14。这类背景模型的形成和使用是本发明的整个过程的统一特征。图2中示出了这种三维Petrel背景模型的外部立体图。

在本发明的工作流程中的下一个可能的过程时确定场电磁数据采集系统的电磁响应的期望差是否在所述系统的检测能力的范围内。这可以使用二维程序，例如通过从原始背景模型截取横截面以用作用于地球物理模拟的初始模型来完成。这样，背景模型用于建立用于电磁数据灵敏度研究的基础模型。这在图1中被示出为截取横截面16。

然后，这之后可以是生成与不同的地下条件相对应的修改的二维截面。这在图1中被示出为生成修改的横截面18。可以使用用于生成修改的横截面的两个可选方案。可以修改或改变在截取横截面16中截取的横截面，以产生一个或多个可选的地球物理情景，或者可选地，可以修改背景模型以与一个或多个不同的地下条件相对应，并且可以从此修改的背景模型截取修改的横截面。此过程可以包括例如在截取的横截面或背景模型中由注入水替代具体油藏层段中的烃流体。可选地，可以使用相关类型的三维程序来执行这些过程，在所述相关类型的三维程序中，使用可以从原始和修改的三维电磁特性模型直接计算模拟的电磁响应的软件推导模拟的电磁响应。

在2007年8月10日提出申请的、题目为“Removing Effects of NearSurface Geology from Surface-To-Borehole Electromagnetic Data”、共同转让的美国专利申请No.11/836,978(所述专利申请通过引用在此并入)中所述的这类灵敏度研究可以用于测试不同电磁数据采集结构的可行性，并且用作勘探设计的基础。此过程在图1中被示出为执行灵敏度研究20。

这些灵敏度研究可以用于评价电磁勘探是否将能在基本条件与可选情况(一个或多个)之间进行区分。这在图1中被示出为评价EM勘探的可行性22。这些灵敏度研究还可以用于设计EM勘探布置和数据采集协定。这在图1中被示出为设计EM勘探24。

本发明的方法的实施例中的下一个步骤是进行电磁场测量，即，用于探测所关心的地下区域的电磁数据。这在图1中被示出为执行EM勘探26。

当完成勘探时，在反演处理中使用电磁数据以调节和更新模型。这在图1中被示出为对EM数据做反演28并且更新背景模型30。模型可以用于约束反演，使得反演不会冒然进入其中变化在地质学上是不合理的的区域中。然后可以将结果重新输出到Petrel中，并且如果涉及流动模拟器，则可以将所述结果重新输出到Eclipse中，这在图1中被示出为更新流动模型32。这里的独特原理是模型是整个过程的不可分割的部分，并且不是仅仅出现在在结束时。在整个此过程中，可以连续进行形成、更新、和解释。这些过程可以重复以对所研究的区域产生时滞图像或对所述区域进行分析。

本发明的方法可以通过公共模型统一深电磁勘探的模拟、勘探设计、数据采集和数据解释的过程。这种模型通过测井的现有数据库、地球物理勘探和模拟结果组合而成。

此过程的各种实施例的益处在于：1)为地质数据的采集提供通用参考；2)通过反演提供对解释的实际约束；3)提供时滞测量与流动模型之间的关系；4)提供实际勘探模拟；以及5)根据现有的井场知识提供更加有用的勘探设计。以下提供关于这种模型是如何组合并且所述模型在数据模拟、采集、和解释处理中是如何使用的另外的细节。

可以与本发明的方法一起使用的一类电磁数据采集技术(井间电磁)是层析成像技术，藉此，可由在井眼之间传播的EM信号确定井间电阻率分布。所述技术通过测量由井间地层的电阻率所产生的衰减和相位旋转并使用此信息以重构井之间的电阻率分布来进行工作。

在此技术中使用的设备包括专用源和传感器的标准电缆配置。源通常包括感应频率(1Hz-10kHz)螺线管(磁偶极子)电磁发射器。这通常是非常强大的装置，其中几安培的电流通过绕可磁性渗透的芯的多个线匝被注入。在邻井中，布置一串灵敏的磁场检测器。所述系统被同步，使得提供的场可以与在地层中感生的副磁场进行区分。勘探包括使用位于所关心的深度的上方、下方、以及在所述所关心的深度中的位置的多个源和接收器进行互耦测量。

基于对所采集的数据进行数值模型反演来进行解释以重构二维或三维模型。通常现场数据在测量误差容许误差内适于二维模型，并且采用多个模型约束以操纵模型使得不具有唯一性。

在地面到井眼EM中，在成像期间基于地面的源与井眼接收器配合使用。这些源可以是磁偶极子天线(与井间系统相同)或接地电线。地面天线通常沿具体的方位角移动以构造井眼的二维横截面。过程的其余部分非常类似于井间工作流程。其中可以使用本发明的工作流程的其它实施例包括井眼到地面EM和基于地面的EM。

然后，通常地，使用地面到井眼勘探结果由原始开始模型改变新模型。在反演期间，通常不允许改变近地面模型参数。依此方式，反演只限于其中地层电阻率在油藏区内变化的模型，从而提供更加有意义的方案。

通常在与工程的完成相对应的具体阶段进行所提出的工作流程。以下详细说明这些阶段。

概念阶段：

当应用井间或地面到井眼EM时，通常在过滤阶段开始所述过程。这里，通常使用其中概念可以相对于系统的性能得到测试的简单工具设计软件。在此阶段，模型通常是简化的单一或分层背景，或者可能是Eclipse结果，而模拟软件通常是用于测试工具对此应用的可行性的简单的一维模型程序包。此阶段的目的通常是去除技术的不适当应用，但是通常在这里开始地下模型建立过程。

模型组合：

如果工程通过概念阶段，下一个步骤是组合背景模型。这里，优选地从包围EM勘探区的区域采集所有相关的测井记录、井斜、地质和岩石物理结果以及地下地球物理结果。将此数据输入到诸如Petrel的地质数据库程序中。然后，程序应用统计地质学及其它技术以填充如由岩石物理模型定义的物理特性的三维立方体。

在一些情况下，通常由Rt、地层电阻率参数构建模型。此参数由测井记录得出，对侵入效应校正所述参数，并且通常按比例放大所述参数以与通过EM勘探取样的单元大小相匹配。

这种模型的示例在图2中被示出为Petrel背景模型50。这里可以观察到包围所关心的区域的数据的立方体。通常在井的7个井间半径的范围内采集在井间研究中要使用的数据。

模拟：

接下来，通常从立方体截取二维截面。这可使用在数据库中存在的井斜和电阻率网格来完成。此二维模型可以是用于模拟研究的基础，其中可改变基础模型或二维截面以与被井间EM勘探研究的不同情况相对应。

图3和4A-4F中显示了典型的示例。这里，已经将所截取的二维截面改变成与其中将水注入井眼之间的情况相对应。在存在和不存在注入水的情况下，在二维截面上运行EM模拟器，并且结果确定目标响应是否在场系统的检测能力范围内。图3显示基本情况（base case）52和水淹层段54的模拟结果。图4A显示基本情况的振幅模拟结果，而图4B显示相对应的基本情况的相位模拟结果。图4C显示水淹层段(情况)的振幅模拟结果，而图4D显示相对应的水淹层段的相位模拟结果。图4E显示图4A与4C中所示的结果之间的绝对场差，而图4F显示图4B和图4D中所示的结果之间的相位差。如图所示，绝对场差64(图4E)显示基础模型振幅56(图4A)与情景振幅（Scenario Amplitude）60(图4C)之间的振幅差，而相位差66(图4F)显示基础模型相位58(图4B)与情景相位（Scenario Phase）62(图4D)之间的相位差。

勘探设计和数据采集

接下来使用勘探设计中的模型。可选择频率、两个井中源和接收器间距、所需数据的数量和测井速度，并最后计算质量控制指示器规格和勘探持续时间。通常使用与上述相同的模型完成此过程。然后开始EM勘探，并且采集EM数据。

数据解释和模型更新：

在完成数据采集之后，模型用于指导数据反演处理。EM数据的反演通常不具有唯一性。即，通常不同模型可以适于在误差阈值内的同一组数据。在此阶段，背景模型对于判定哪一个可选模型是适当的是至关重要的。

在反演期间，模型可以用于提供对一些层段的电阻率的约束，可以用于防止一些层段任意变化，并且可以提供不会仅仅与EM数据进行区分的地层中的尖锐边界。

这种约束的示例是其中仅允许电阻率在一些层段减小以限制注水的确定性条件。另一种情况是通过使其与良好的地震反射关联而被固定的尖锐边界。在仅根据EM数据执行EM反演的情况下，这将可能被解释为光滑边界。

图5A-5C显示了井间反演的示例。这里显示了由反演产生的开始模型68(图5A)、最终模型70(图5B)、和模型变化(图5C)。在这种情况下，将被成像的目标区将水注入到具体的油藏内。因此在反演过程期间已经固定了上层的电阻率。

要注意的是除了用于井间电阻率(或诸如传导性的相关电磁特性)的反演之外，过程还可以用于对井眼位置做反演。这可使用与上述相同的过程来完成，但是在这种情况下，电阻率结构是固定的，并且允许在反演期间工具位置发生变化。实际上，这通常包括对与标准层析成像数据相比不易受地层电阻率的影响的低频数据集做反演。

重新输入给Petrel模型：

在完成反演并且已经对模型更新之后，然后可以将所述模型重新输入给Petrel。这可以通过将数据段直接输入以及将横截面重新内插到三维立方体来完成。可选地，本发明的工作流程可以装入用于形成和更新背景模型的软件中，从而消除从背景模型输出和重新输入数据的需要。

模型在流动模拟和过程控制中的使用：

如果勘探包括跟踪诸如水或蒸汽驱的流动过程，则EM模型还可以用于约束流动模型。流动过程也不具有单一性，并且由于比例尺差和很少的井间知识，因此难以将外部约束施加到这些模型上。然而，深EM数据提供了使用兼容的Petrel/Eclipse模型格式实现此的可能性。

实际上，此过程包括确立其中井间数据用于建立地质和流动边界的一系列迭代正演模型，井间电阻率变化用于提供油藏饱和度信息，并因此提供压力范围，并且注入和开采数据与井间流体变化平衡。

虽然通过上述示例性实施例说明了本发明，但是本领域的普通技术人员要理解的是在不背离这里公开的发明构思的情况下可以对所述实施例进行修改和改变。此外，虽然结合不同的示例性过程说明了优选的实施例，但是本领域的技术人员将认识到可以使用各种具体程序和设备实施所述系统，并且可以实施所述系统以评价不同类型的应用和相关联的地质层段。本发明的方法可以用于例如监测来自已经在其内注入诸如水、蒸汽、二氧化碳、泡沫、或表面活性剂的流体的碳酸盐岩或硅质碎屑油藏的残油的移动。本方法可以类似地用于对从受到一次、二次或三次采油过程的诸如稠油油藏、沥青砂、硅藻岩区、和油页岩的地质层段采油或其它烃的采出进行监测。所述方法还可以用于确定二氧化碳或其它类型的温室气体在注入到具体的地下区域中之后是否被适当地隔离。此外，本方法可以用于诸如其中注入水以有助于开采诸如岩盐或硫的矿物或有助于监测岩体的脱水的采矿、建筑、和相关应用。因此，除了由所附权利要求的保护范围限定之外，本发明不会被认为是限制性的。

Claims (2)

1.一种用于确定井眼在地下区域中的位置的方法，包括以下步骤：

a)形成所述地下区域的三维电磁特性模型；以及

b)当对从所述地下区域采集的电磁数据做反演时，仅允许井眼位置变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电磁数据包括低频电磁数据集，与典型层析成像电磁数据集相比，所述低频电磁数据集不易受地层电阻率的影响。

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