CN111965720A - 一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电磁法及其地层参数获取评价技术领域,尤其涉及一种基于地‑井联合获取水力传导系数的方法。该方法利用测井电阻率数据与分层抽水试验获取的水力传到系数(K值)之间的相关性,提取电阻率‑K值相关性方程,再利用测井电阻率与反演电阻率剖面电阻率之间的相关性,对反演电阻率剖面进行校正换算,得出换算后的拟测井电阻率剖面;最后利用电阻率‑K值相关性方程对换算后的拟测井电阻率剖面进行换算,即可算出电磁法剖面范围内的水力传导系数剖面,从而实现区域剖面尺度的水力传导系数刻画。解决了在井密度较小或只有少数参数井的地区难以精细计算含水层水力传导系数的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁法及其地层参数获取评价技术领域,尤其涉及一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法。
背景技术
大型盆地地下含水层水力传导系数的精细刻画与研究一直是国际水文地质领域的一个难点问题,同时也是分析区域地下水综合补给能力、指导旱区盆地找水、成井取水条件分析的一项重要参数。为了获得这项参数,通常采用水文钻探与抽水试验相结合的方式,获取井旁几十至几百米范围内部的水力传导系数;或应用多口井的抽水试验共性特征代表区域含水层的水力传导系数特征。上述方法中,单井抽水试验数据反映的水力传导系数受影响范围的限制,往往不能代表区域含水层的水力传导系数特征,多口井联合分析则需对参与分析与统计井提出更高的要求,包括抽水层位、井深、成井条件等均有加大的相似性,且这项工作仅仅是反映区域含水层水力渗透系数共性特征的总结,远远达不到精细刻画的程度。
为了解决上述问题,相关实施例中主要通过地震获取地层中泥岩薄层分布的方式对盆地含水层结构进行描述,同时结合抽水试验获取的水力传导系数(K值)样本参数对含水层进行归算,这一方法分辨率较高,但成本昂贵,不具有推广价值;为了节约成本,还有些相关实施例对工作区内进行过抽水试验参数井的K值与同井的测井电阻率曲线采用阿尔奇公式进行多井联合回归分析,在获取共同系数与方程的基础上,再通过联井的方式评估区域的水力传导系数,这种方法的精度受参数井分布密度的影响较为严重,且较多适合于工作程度较高、参数井较多的地区,在少参数井地区的精度将会迅速下降。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足,本发明提供一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其解决了在井密度较小或只有少数参数井的地区难以精细计算含水层水力传导系数的技术问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的,本发明采用的主要技术方案包括:
本发明实施例提供一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法,包括以下步骤:
S1、基于预先获取的电磁法探测剖面,结合非线性共轭梯度反演,得到反演电阻率剖面;
S2、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,对反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面;
S3、基于预先获取的钻孔分层段水力传导系数,在预先获取的钻孔电阻率测井曲线上选择相同段位的电阻率,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线;
S4、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程;
S5、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程,对拟测井电阻率剖面进行换算,得到最终的水力传导系数剖面。
本发明实施例提出的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,基于地-井联合获取水力传导系数的方法,以地面物探+井中物探为基础,结合分层抽水试验,综合计算与提取区域盆地含水层水力传导系数,实现大型盆地含水层结构的水力传导系数精细刻画,解决了在井密度较小或只有少数参数井的地区难以精细计算含水层水力传导系数的技术问题。
可选地,步骤S2包括:
S21、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,结合反演电阻率剖面上钻孔对应位置的反演电阻率曲线,得到井旁深度-反演电阻率曲线;
S22、对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行光滑滤波,得到光滑后的深度-电阻率测井曲线;
S23、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程;
S24、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程,对反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面。
可选地,井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程满足以下公式:
P(C)=αD+βP(B)+γ
式中,P(C)为光滑后的测井电阻率,P(B)为反演电阻率剖面提取的电阻率,D为钻孔深度,α、β和γ均为回归方程的系数。
可选地,深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程满足以下公式:
P(K)=εD+ζP(D)+η
式中,P(K)为深度-水力传导系数,P(D)为深度-平均电阻率,ε、ζ和η均为回归方程的系数。
可选地,将步骤S23中的回归方程转换为矩阵方程,满足以下关系:
Ax=B
式中,A为元素矩阵,x为回归系数,B为目标函数;
式中,Di为钻孔深度,Rhoi为需要转换的参量,RBhoi为目标参量,i=1,2,...,n。
可选地,电磁法探测剖面的点距小于或等于500m。
可选地,电磁法探测剖面的精度大于或等于95%。
可选地,预先获取电磁法探测剖面为采用音频大地电磁探测方法获取的探测剖面。
可选地,非线性共轭梯度反演为MTsoft-2D非线性共轭梯度反演。
可选地,采用Geosoft软件对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行光滑滤波,光滑系数为0.5-0.9,张量系数为0.7-0.9。
(三)有益效果
本发明的有益效果是:本发明的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,以地面物探+井中物探为基础,结合分层抽水试验,综合计算与提取区域盆地含水层水力传导系数,实现大型盆地含水层结构的水力传导系数精细刻画。
附图说明
图1为本发明提供的基于地-井联合获取水力传导系数的方法的流程图;
图2为本发明提供的基于地-井联合获取水力传导系数的方法的逻辑图;
图3为本发明实施例2中的反演电阻率剖面的示意图;
图4为本发明实施例2中预先获取的钻孔电阻率测井曲线、井旁深度-反演电阻率曲线、光滑后的深度-电阻率测井曲线和井旁深度-反演电阻率曲线与光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程的拟合曲线的示意图;
图5为本发明实施例2中拟测井电阻率剖面的示意图;
图6为本发明实施例2中深度-平均电阻率曲线、深度-水力传导系数曲线和深度-平均电阻率曲线与深度-水力传导系数曲线的回归方程的拟合曲线的示意图;
图7为本发明实施例2中最终的水力传导系数剖面的示意图;
图8为本发明实施例3中的电磁剖面布设与钻孔位置图;
图9为本发明实施例3中的反演电阻率剖面图的示意图;
图10为本发明实施例3中的反演电阻率剖面地质-地球物理综合示意图;
图11为本发明实施例3中最终的水力传导系数剖面的示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本发明作详细描述。
本发明实施例提出的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,基于地-井联合获取水力传导系数的方法,以地面物探(电磁法探测剖面)+井中物探(钻孔的电阻率测井)为基础,结合分层抽水试验,综合计算与提取区域盆地含水层水力传导系数,实现大型盆地含水层结构的水力传导系数精细刻画。
为了更好的理解上述技术方案,下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
本实施例提供一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法,如图1所示,为该方法的流程图,如图2所示,为该方法的逻辑图。
在该方法中,预先基于地面物探、井中物探分别获取电磁法探测剖面和钻孔电阻率测井曲线,预先基于分层抽水试验获取钻孔的水力传导系数(K值),包括以下步骤:
S1、基于预先获取的电磁法探测剖面,结合MTsoft-2D非线性共轭梯度反演,得到反演电阻率剖面。
其中,预先获取的电磁法探测剖面为采用音频大地电磁探测方法获取的探测剖面。
充分利用已知井的地质、测井、水力传导系数等信息对所过剖面进行约束。其中,电磁法探测剖面的点距小于或等于500m,电磁法探测剖面的精度(单点数据质量)大于或等于95%,满足电磁法勘探规范A级质量要求,确保数据信息能最大限度地反应剖面下方真实的地质情况。
S2、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,对反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面。具体包括:
S21、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,按照测井电阻率的深度与采样间隔,结合反演电阻率剖面上钻孔对应位置的反演电阻率曲线,得到井旁深度-反演电阻率曲线。
S22、对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行三次样条光滑滤波,得到光滑后的深度-电阻率测井曲线。
由于电磁法探测剖面的分辨率明显不及测井电阻率,且电磁法的反演电阻率只能反应地层电阻率的分布趋势或较厚地层的特征,但对地层中薄层电阻率的特征则反应较少,这就相当于只反应了测井电阻率的高阶平滑趋势,因此,需要对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行三次样条光滑滤波,得到光滑后的深度-电阻率测井曲线。基于同样的深度与采样间隔对井旁深度-反演电阻率曲线、光滑后的深度-电阻率测井曲线进行抽稀,即可得到同等深度与采样间隔的井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线两条平滑曲线。
进一步地,采用Geosoft软件自带三次样条滤波功能模块对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行三次样条光滑滤波,光滑系数为0.5-0.9,张量系数为0.7-0.9。
S23、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程。
由于井旁深度-反演电阻率曲线与光滑后的深度-电阻率测井曲线,最终反应的都是钻井位置的地层垂向分布特征,因此,井旁深度-反演电阻率曲线与光滑后的深度-电阻率测井曲线之间应该是一种基于深度约束的线性相似关系。
回归方程满足以下关系:
P(C)=αD+βP(B)+γ
式中,P(C)为光滑后的深度-电阻率测井曲线的电阻率,P(B)为井旁深度-反演电阻率曲线的电阻率,D为钻孔深度,单位为m,α、β和γ均为回归方程的系数。
进一步地,利用开元编译器GFortran,将回归方程转换为简单的矩阵方程,满足以下关系:
Ax=B
式中,A为元素矩阵,x为回归系数,B为目标函数;
式中,Di为钻孔深度,Rhoi为需要转换的参量,RBhoi为目标参量,i=1,2,...,n。
S24、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程,对反演电阻率剖面进行基于测井电阻率趋势的校正计算,得到拟测井电阻率剖面(实际为以测井电阻率为基准对反演电阻率剖面进行校正,得到校正后的电阻率剖面,本发明定义为拟测井电阻率剖面),即换后电阻率剖面。
S3、基于预先获取的钻孔的水力传导系数,在预先获取的钻孔电阻率测井曲线上选择相同段位的电阻率,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线。
具体地:调取钻孔分层抽水试验数据,提取各分层抽水段的取水段位与对应的水力传导系数,并根据各分层取样段的范围,在钻孔电阻率测井曲线上选择相同段位的电阻率,求取其几何平均值作为该取水段的电阻率值,并采用取水段的中间深度作为平均深度,建立得到深度-平均电阻率曲线与深度-水力传导系数曲线。
S4、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程。
回归方程满足以下关系:
P(K)=εD+ζP(D)+η
式中,P(K)为深度-水力传导系数,P(D)为深度-平均电阻率,ε、ζ和η均为回归方程的系数。
上述回归方程反映水力传导系数与测井电阻率随深度变化的相关性。
大量的研究表明,在沉积性盆地与山前洪积扇中,在水力传导系数方面普遍存在这样一个规律:泥岩层<砂岩层<砾石层,在电阻率方面也普遍存在这样一个规律:泥岩电阻率<砂岩电阻率<砾石层电阻率。同时,在相同岩性的地层中,由于受地层压力的影响,埋深较浅的岩层水力传导系数较埋深较大的岩层普遍越低,电阻率也随之降低,所以大致可以认为水力传导系数与电阻率的关系是随深度变化的正比关系。
S5、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程,对拟测井电阻率剖面进行换算,将P(D)换算为拟测井电阻率剖面的电阻率值,将D换算为拟测井电阻率剖面的的埋深深度,得到最终的水力传导系数剖面。
实施例2
采用实施例1提供的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,在A地区进行系统性应用试验,具体包括:
S1、基于预先获取的电磁法探测剖面,结合MTsoft-2D非线性共轭梯度反演,得到如图3所示的反演电阻率剖面,即音频大地电磁法反演电阻率剖面。
S2、基于如图4中所示的预先获取的钻孔电阻率测井曲线A,对反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面。具体包括:
S21、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,按照测井电阻率的深度与采样间隔,结合反演电阻率剖面上钻孔对应位置的反演电阻率曲线,得到如图4中所示的井旁深度-反演电阻率曲线C。
S22、对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行三次样条光滑滤波,得到如图4中所示的光滑后的深度-电阻率测井曲线B。
S23、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程。如图4中所示,为该回归方程的拟合曲线D。
回归方程满足以下公式:
P(C)=-0.077717170D+0.281445956457290P(B)+58.4120418
该回归方程的相似度为0.970812。
S24、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程,对反演电阻率剖面进行基于测井电阻率趋势的校正计算,得到如图5所示的拟测井电阻率剖面,即换后电阻率剖面。
S3、基于预先获取的钻孔的水力传导系数,在预先获取的钻孔电阻率测井曲线上选择相同段位的电阻率,得到如图6中所示的深度-平均电阻率曲线E和如图6中所示的深度-水力传导系数曲线F。
S4、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程。如图6中所示,为该回归方程的拟合曲线G。
回归方程满足以下公式:
P(K)=-3.622856376768848D/107+0.0033197686855176P(D)+3.31976868655176/106
该回归方程的相似度为0.9994。
S5、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程,对拟测井电阻率剖面进行换算,得到如图7所示的最终的水力传导系数剖面。
总体来看,研究剖面自地表向下,水力传导系数具有明显减小的趋势,在标准高程为1000米与600米为界分为三成,上部(大于1000米)为环河组砂岩,水力传导系数较大;中部(1000-600米)为洛河组地层,水力传导系数逐渐变小;下部(小于600米)应为侏罗系地层,其水力传导系数趋于0,这与该区地层界线吻合,同时说明侏罗系含水层区域补给能力较弱,区域有效的含水层为大于标高600米,较为优质的含水层为标高大于1000米。
实施例3
采用实施例1提供的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,在B地区进行了系统性应用试验。
如图8所示,为B地区的电磁剖面布设与钻孔位置图,如图9所示,为B地区的反演电阻率剖面图。如图10所示,为B地区的反演电阻率剖面地质-地球物理综合示意图,由图10可知:山口向下沉积巨厚的松散砾岩层,是良好的含水层,距离稍远则颗粒相对较细,磨圆度相对较好,农耕区大多处在第四系山前冲积平原的泥岩区,剖面的尾部则是沙漠扰动区,通过如图11所示的最终的水力传导系数剖面可看出:山前砾岩层为高阻高K值区,是天然良好的含水层,泥岩区属于低阻低K值区,但分布较浅,沙漠区为中阻中K值区,尽管沙漠区可能受到部分水质变咸的影响,表现出很强的规律,为该区水流系统的建立与刻画提供参数。
综上所述,本发明提供的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,以地面物探+井中物探为基础,结合分层抽水试验,综合计算与提取区域盆地含水层水力传导系数,实现大型盆地含水层结构的水力传导系数精细刻画,亦可实现山前冲积平原水力传导系数的描述,进而为区域水流系统划分与地下水区域补给能力研究提供基础数据。同时,还可为找水钻孔布设与成井条件分析提供数据基础,可广泛应用于西北地区内陆干旱盆地、西北地区山前冲击平原找水、含水层结构与范围划分等方面的工作。
本发明中,最终的水力传导系数剖面的刻画精细程度主要受电磁法探测剖面质量、钻井数量和分层抽水试验中获取的水力传导系数样本数量影响。本发明提供的方法具有操作简单,容易实现,可靠性较高的特点,尤其是其包含的最小二乘多元回归拟合技术及其思路,对同类型的井-地参数计算具有较强的方法实用性与参照性。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例,或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。
应当注意的是,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用,仅是为了表述方便,而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外,需要说明的是,在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述,是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也应该包含这些修改和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、基于预先获取的电磁法探测剖面,结合非线性共轭梯度反演,得到反演电阻率剖面;
S2、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,对所述反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面;
S3、基于预先获取的钻孔分层段水力传导系数,在预先获取的钻孔电阻率测井曲线上选择相同段位的电阻率,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线;
S4、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程;
S5、基于深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程,对拟测井电阻率剖面进行换算,得到最终的水力传导系数剖面。
2.如权利要求1所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述步骤S2包括:
S21、基于预先获取的钻孔电阻率测井曲线,结合反演电阻率剖面上钻孔对应位置的反演电阻率曲线,得到井旁深度-反演电阻率曲线;
S22、对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行光滑滤波,得到光滑后的深度-电阻率测井曲线;
S23、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线,结合深度加权的最小二乘回归分析,得到井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程;
S24、基于井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程,对所述反演电阻率剖面进行校正,得到拟测井电阻率剖面。
3.如权利要求2所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述井旁深度-反演电阻率曲线和光滑后的深度-电阻率测井曲线的回归方程满足以下公式:
P(C)=αD+βP(B)+γ
式中,P(C)为光滑后的测井电阻率,P(B)为反演电阻率剖面提取的电阻率,D为钻孔深度,α、β和γ均为回归方程的系数。
4.如权利要求3所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述深度-平均电阻率曲线和深度-水力传导系数曲线的回归方程满足以下公式:
P(K)=εD+ζP(D)+η
式中,P(K)为深度-水力传导系数,P(D)为深度-平均电阻率,ε、ζ和η均为回归方程的系数。
6.如权利要求1所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述电磁法探测剖面的点距小于或等于500m。
7.如权利要求1所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述电磁法探测剖面的精度大于或等于95%。
8.如权利要求1所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述预先获取电磁法探测剖面为采用音频大地电磁探测方法获取的探测剖面。
9.如权利要求1所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,所述非线性共轭梯度反演为MTsoft-2D非线性共轭梯度反演。
10.如权利要求2所述的基于地-井联合获取水力传导系数的方法,其特征在于,采用三次样条滤波对预先获取的钻孔电阻率测井曲线进行光滑滤波,光滑系数为0.5-0.9,张量系数为0.7-0.9。
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