CN114895365A - 高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置 - Google Patents

高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置，包括：开展m颗高温高压岩心电阻率测试并归一化处理电阻率；构造电阻率‑温度‑压力耦合关系约束方程，推导不同深度不同岩心归一化电阻率与温度、压力精确关系表征；反演研究区三维密度并换算成上覆地层压力分布；反演电磁数据获取三维电阻率，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，将三维电阻率归一化；结合精确关系表征、三维归一化电阻率及上覆地层压力逐层逐点反推地下深部温度场展布特征。本发明能够基于高温高压岩心电阻率试验及岩心标定将地下介质宏观电阻率特征精确转换为直观温度场展布，预测范围广且深。

Description

高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置
技术领域
本发明涉及地温场预测领域，尤其涉及一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置。
背景技术
温度是地球内部的关键特征之一，对深部温度属性的预测能力直接决定了我们研究基础地球科学和应用地热资源的能力。因此，准确快速估算地下空间温度分布特征显得极为重要。
目前，获取地球内部温度的方式主要有两大类：直接测量及间接预测。直接测量主要是通过钻孔测井获取沿深度方向温度特征，并基于不规则分布的钻孔测温进行空间插值。但直接测量存在两个问题：一方面，若钻孔太多则成本太高；另一方面，若钻孔太少则通过测井温度插值常常导致相当大的误差，尤其在地质构造复杂区域。而间接预测主要是基于地球化学或地球物理手段反推地温场。其中，地球化学手段主要是利用各种地球化学温标预测温度场，即通过收集地球化学同位素、流体或气体等数据反推温度特征，但地球化学地温计只能大致预估热储温度的分布范围，无法将预测温度与深度匹配，更无法获取区域性温度场展布。而基于地球物理探测的地温场预测方法，目前主要是通过搭建地球物理参数(如电阻率、波速等)与温度的耦合关系并基于地球物理探测反推地温场，而目前利用地球物理参数(如电阻率)预测温度场目前主要是使用纯经验公式，其有效性被假设为不随空间位置的变化，即经验公式中的各项参数在任意地质环境及深度下均假设为定值，但这种方法很明显是不合理的。因此，现有的地下深部温度场间接估算方法无法准确预测钻孔未到达深度的温度及井间空间的温度，更无法准确预测区域性深部地温场展布特征。
发明内容
针对目前地下温度场预测尤其深部空间温度场预测模型误差较大，且基于纯经验公式预测地温场的不合理性。本发明提出了一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，通过高温高压岩心电阻率测试推导构建不同岩性不同深度的岩心归一化电阻率与温度、压力关系表征；反演研究区三维密度分布特征并换算成上覆地层压力分布，同时反演电磁数据获取三维电阻率并基于最优化理论优选出岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，将反演电阻率归一化处理；最终结合研究区不同深度归一化电阻率与温度、压力之间精确关系表征及上覆地层压力与归一化电阻率实现地下深部温度场预测。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置。
根据本发明的一方面，一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法包括以下步骤：
选取研究区或邻区已有的NL口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗，对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集；
根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，i表示第i颗岩心；
提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取该深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)；
对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，选取与地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)，同时对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)；
根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)，及所述Pover(x,y,z)，得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算不同深度处地温场Tcal(x,y,z)展布特征。
优选地，所述获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，其中，岩心电阻率归一化处理公式为：
Figure BDA0003610789760000031
i＝1,2,3,…m，RNtest(i,Tj,Pj)为第i颗岩心某一测试温度Tj、压力Pj下岩心归一化电阻率；Rtest(i,Tj,Pj)为第i颗岩心某一测试温度Tj、压力Pj下岩心电阻率值；Rtest(i,T,P)为第i颗岩心所有测试温度、压力下岩心电阻率数据集；max[Rtest(i,T,P)]为第i颗岩心所有测试温度、压力下岩心电阻率数据集的最大值。
优选地，所述通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)的表达式为：
FRTP(i)＝F(RNtest(i,T,P),T(i),P(i))
其中，RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)三者之间耦合关系表示为：
Figure BDA0003610789760000032
i＝1,2,3,…m，FRTP(i)表示第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程，为RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)的函数，表示为F(PNtest(i,T,P),T(i),P(i))；RNtest(i,T,P)表示第i颗岩心在不同测试温度及压力下的归一化电阻率数据集；P(i)表示第i颗岩心高温高压测试中压力数据集；T(i)表示第i颗岩心高温高压测试中温度数据集；P0表示常压。
优选地，所述提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，其中，Pplog、Tb(h)及Pb(h)的表达式分别表示为：
Figure BDA0003610789760000041
Tb(h)＝FT(h)
Pb(h)＝FP(h)
Pplog为上覆地层压力；ρlog为地层测井密度；g为重力加速度；h为地层深度；Δh为测井数据间距；NP为深度h处至地表处测井数据节点数；FT(h)表示地层背景温度随深度的映射；FP(h)表示地层背景温度随深度的映射。
优选地，所述计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取该深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)，其中，标准归一化电阻率RNstand(zi)的表达式表示为：
Figure BDA0003610789760000042
Figure BDA0003610789760000043
i＝1,2,3…m，RNstand(zi)表示研究区zi深度处标准归一化电阻率；Aibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的压力系数；Bibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的温度系数；Cibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的常系数；Hcontrol(i)表示利用第i颗岩心计算标准归一化电阻率RNstand(zi)时的适用深度范围；zcmin(i)≤Hcontrol(i)≤zcmin(i)表示所述适用深度范围在zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
优选地，所述逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，具体计算公式为：
Figure BDA0003610789760000051
K1为归一化电阻率扩大转换系数，K2为归一化电阻率缩小转换系数，两者均定义为岩心尺度归一化电阻率标定场地尺度归一化电阻率的转换系数；Rinv(x,y,zi)表示电磁反演电阻率Rinv(x,y,z)在深度zi处的电阻率数据集；Rinv(xb,yb,zi)表示计算研究区归一化电阻率时，相应标定岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率；x为地下三维空间节点横向距离，y为地下三维空间节点纵向距离，z为地下三维空间节点沿垂向深度。
优选地，所述对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)，其中，上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)的计算公式表示为：
Figure BDA0003610789760000052
Pover(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处基于反演密度计算的上覆地层压力；ρg(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处重力数据反演地层密度；g为重力加速度；Δzinv为反演密度数据体沿深度z方向间距；NP为深度z处至地表处反演密度数据节点数。
优选地，所述根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算不同深度处地温场Tcal(x,y,z)展布特征，计算公式为：
Figure BDA0003610789760000053
i＝1,2,3…m，Aical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力系数；Bical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的温度系数；Cical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)的常系数；Hcal(i)表示利用第i颗岩心标定计算温度场时，其适用深度范围为zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
优选地，基于最优化理论，求取最优化电阻率归一化转化系数K1＝kbest1及K2＝kbest2，使得利用所述最优化电阻率归一化转化系数kbest1及kbest2换算归一化电阻率RNinv(x,y,z)并反推温度场Tcal(x,y,z)＝Tbest(x,y,z)时，提取的m颗岩心对应NL口钻孔位置处的预测温度与实测温度拟合度最佳，Tbest(x,y,z)即为研究区现今深部地温场分布特征。
根据本发明的另一方面，一种基于岩心高温高压电阻率标定的深部地温场预测装置，包括以下模块：
数据集获取模块，用于选取研究区或邻区已有的NL口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗，对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集；
多元回归分析模块，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，i表示第i颗岩心；
标准归一化电阻率计算模块，用于提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)；
深部电阻率归一化处理模块，用于对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，选取与地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)；
上覆地层压力分布特征计算模块，用于对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)；
地温场分布预测模块，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)，及所述Pover(x,y,z)，得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算深部地温场Tcal(x,y,z)展布特征。
本发明所采取的技术方案带来的有益效果是：本发明基于不同深度不同岩性的岩心高温高压电阻率试验，结合岩心尺度电阻率校正场地尺度电阻率转换公式，构建研究区不同深度归一化反演电阻率-压力-温度之间的精确关系表征，融合上覆地层压力属性，根据所述精确关系表征将岩心标定的地下介质宏观电阻率特征转换为直观的温度场分布，预测值的准确率达到了86.33％～97.28％。实用性强，预测范围广且深，对于地热资源勘探评价、可持续开发利用及地下温度监测具有重要意义。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测流程图；
图2为本发明的不同深度不同岩性岩心归一化电阻率-温度-压力关系分布图；
图3为本发明的研究区地下空间反演电阻率剖图；
图4为本发明的研究区地下空间上覆地层压力剖图；
图5为本发明的研究区地下空间温度场预测剖面图；
图6为本发明的研究区预测温度与实测温度对比验证图；
图7为本发明的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测装置结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
为了使本发明的目的、技术方案和效果更加清楚的理解，现将结合附图对本发明实施方式作进一步的描述。
实施例一：参考图1，图1为本发明的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法流程图，实施例提供的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，包括以下步骤：
S1、选取研究区或邻区已有的NL(NL>＝1)口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗。对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，构建不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集。
在本实施例中，步骤S1具体为：优选研究区或邻区已有的NL＝2口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m＝6颗。对m＝6颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，构建不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集。其中，岩心电阻率归一化处理公式为：
Figure BDA0003610789760000081
RNtest(i,Tj,Pj)为第i(i＝1,2,3,…m)颗岩心在测试温度Tj、压力Pj下岩心归一化电阻率；Rtest(i,Tj,Pj)为第i(i＝1,2,3,…m)颗岩心在测试温度Tj、压力Pj下岩心电阻率值；Rtest(i,T,P)为第i(i＝1,2,3,…m)颗岩心在所有测试温度、压力下的岩心电阻率数据集；max[Rtest(i,T,P)]为第i(i＝1,2,3,…m)颗岩心在所有测试温度、压力下的岩心电阻率数据集的最大值。
S2、基于所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心(适用地下不同深度范围)FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中i表示第i颗岩心。
在本实施例中，步骤S2具体为：基于步骤S1中不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到步骤S1中m＝6颗岩心(适用地下不同深度范围)归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)(参考图2)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)。其中，不同岩心FRTP(i)表示为：
FRTP(i)＝F(RNtest(i,T,P),T(i),P(i)) (2)
其中，RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)三者之间耦合关系表示为：
Figure BDA0003610789760000091
FRTP(i)表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合约束关系方程，为RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)的函数，表示为F(RNtest(i,T,P),T(i),P(i))；RNtest(i,T,P)表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心在不同测试温度及压力下的归一化电阻率数据集；P(i)表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心所有测试压力数据集；T(i)表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心所有测试温度数据集；P0表示常压，取0.1Mpa。
S3、提取所述岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog(基于测井密度计算获取)随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)。计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)。然后将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入所述相应岩心(适用深度范围包含zi)的归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)。
在本实施例中，步骤S3具体为：提取步骤S1中m＝6颗岩心样品对应NL＝2口钻孔位置处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog(利用公式(4)基于测井密度计算获取)随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)。计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)。然后将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入步骤S2中相应岩心(适用深度范围包含zi)的归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)。其中，地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，分别表示为(5)式和(6)式：
Figure BDA0003610789760000092
Tb(h)＝FT(h) (5)
Pb(h)＝FP(h) (6)
Pplog为上覆地层压力；ρlog为地层测井密度；g为重力加速度；h为地层深度；Δh为测井数据间距；NP为深度h处至地表处测井数据节点数。FT(h)表示地层背景温度随深度的映射(函数)。FP(h)表示地层背景温度随深度的映射(函数)。
而标准归一化电阻率RNstand(zi)。表示为：
Figure BDA0003610789760000101
Figure BDA0003610789760000102
RNstand(zi)表示研究区zi深度处标准归一化电阻率；Aibest表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心FRTP(i)中的压力系数；Bibest表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心FRTP(i)中的温度系数；Cibest表示第i(i＝1,2,3…m)颗岩心FRTP(i)中的常系数；Hcontrol(i)表示利用第i(i＝1,2,3,…m)颗岩心计算标准归一化电阻率RNstand(zi)时的适用深度范围；zcmin(i)≤Hcontrol(i)≤zcmax(i)表示所述适用深度范围在zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
S4、对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，优选与所述地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Pinv(xb,yb,zi)。基于岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)。
在本实施例中，步骤S4具体为：对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征(参考图3，是对三维反演电阻率ρinv(x,y,z)进行切片，获取某条电磁测线对应的电阻率剖面)。根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，优选m＝6颗岩心中与所述地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)。基于岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)。其中，深度zi处基于岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的转换公式表示为：
Figure BDA0003610789760000111
K1为归一化电阻率扩大转换系数，K2为归一化电阻率缩小转换系数，两者均定义为岩心尺度归一化电阻率标定场地尺度归一化电阻率的转换系数；Rinv(x,y,zi)表示电磁反演电阻率Rinv(x,y,z)在深度zi处的电阻率数据集；Rinv(xb,yb,zi)表示计算研究区归一化电阻率时，相应标定岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率；x为地下三维空间节点横向距离，y为地下三维空间节点纵向距离，z为地下三维空间节点沿垂向深度。
S5、对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)。
在本实施例中，步骤S5具体为：对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)(参考图4，是对三维上覆地层压力Ppre(x,y,z)进行切片，获取步骤S4中电磁测线对应剖面的上覆地层压力分布)。其中，上覆地层压力计算公式表示为：
Figure BDA0003610789760000112
Pover(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处基于反演密度计算的上覆地层压力；ρg(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处重力数据反演地层密度；g为重力加速度；Δzinv为反演密度数据体沿深度z方向间距；NP为深度z处至地表处反演密度数据节点数。
S6、基于所述不同岩心(适用地下不同深度范围)归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)及所述Pover(x,y,z)，可得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，可逐层逐点计算不同深度处地温场Tcal(x,y,z)展布特征。同时，基于最优化理论，求取最优归一化电阻率转化系数K1＝kbest1及K2＝kbest2，使得利用所述电阻率转换系数kbest1及kbest2换算归一化电阻率RNinv(x,y,z)并反推温度场Tcal(x,y,z)＝Tbest(x,y,z)时，提取的m颗岩心对应NL口钻孔位置处的预测温度与实测温度拟合度最佳，Tbest(x,y,z)即为研究区现今深部地温场分布特征。
在本实施例中，步骤S6具体为：基于步骤S2中所述m＝6颗不同岩心(适用地下不同深度范围)归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)及步骤S5中所述Pover(x,y,z)，可得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征；同时，基于最优化理论，求取最优归一化电阻率转化系数K1＝kbest1及K2＝kbest2，使得利用所述电阻率转换系数kbest1＝0.0035及kbest2＝0.0030换算归一化电阻率RNinv(x,y,z)并结合所述精确关系表征反推温度场Tcal(x,y,z)＝Tbest(x,y,z)时，提取的m＝6颗岩心对应NL＝2口钻孔位置处的预测温度与实测温度拟合度最佳，Tbest(x,y,z)即为研究区现今深部地温场分布特征(参考图5，是将地下深部预测三维温度场Tbest(x,y,z)进行切片，获取步骤S4中电磁测线对应剖面的地下温度场分布特征)。其中，计算Tcal(x,y,z)可表示为：
Figure BDA0003610789760000121
Figure BDA0003610789760000122
i＝1,2,3…m，Aical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FPTP(i)中的压力系数；Bical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的温度系数；Cical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)的常系数；Hcal(i)表示利用第i颗岩心标定计算温度场时，其适用深度范围为zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
参考图6，图6为本发明的研究区预测温度与实测温度对比验证图；在本实施例中，提取研究区预测温度剖面中钻孔测温点位处温度随深度的变化曲线，并与实际测井温度进行对比。实验结果表明，D16井与D17井预测温度与实测温度的拟合优度分别为R2＝0.8633及R2＝0.9728，由此表明，预测温度准确率在86.33％～97.28％之间。
实施例二：参考图7，图7为本发明的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测装置结构图。实施例提供的一种岩心高温高压电阻率标定的深部地温场预测装置，包括以下模块：
数据集获取模块1，用于选取研究区或邻区已有的NL口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗，对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集；
多元回归分析模块2，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，i表示第i颗岩心；
标准归一化电阻率计算模块3，用于提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取该深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)；
深部电阻率归一化处理模块4，用于对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，选取与地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)；
上覆地层压力分布特征计算模块5，用于对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)；
地温场分布预测模块6，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)，及所述Pover(x,y,z)，得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算深部地温场Tcal(x,y,z)展布特征。
本发明实施例提供一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法及装置，包括：开展m颗高温高压岩心电阻率测试并归一化处理电阻率；构造电阻率-温度-压力耦合关系约束方程，推导不同深度不同岩心归一化电阻率与温度、压力精确关系表征；反演研究区三维密度并换算成上覆地层压力分布；反演电磁数据获取三维电阻率，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，将三维电阻率归一化；结合精确关系表征、三维归一化电阻率及上覆地层压力逐层逐点反推地下深部温度场展布特征。本发明能够基于高温高压岩心电阻率试验及岩心标定将地下介质宏观电阻率特征精确转换为直观温度场展布，预测范围广且深。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。词语第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些词语解释为标识。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述深部地温场预测方法包括以下步骤：
选取研究区或邻区已有的NL口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗，对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集；
根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，i表示第i颗岩心；
提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)；
对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，选取与地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)，同时对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(X,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)；
根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)，及所述Pover(x,y,z)，得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算不同深度处地温场Tcal(x,y,z)展布特征。
2.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，其中，岩心电阻率归一化处理公式为：
Figure FDA0003610789750000021
i＝1,2,3,…m，RNtest(i,Tj,Pj)为第i颗岩心某一测试温度Tj、压力Pj下岩心归一化电阻率；Rtest(i,Tj,Pj)为第i颗岩心某一测试温度Tj、压力Pj下岩心电阻率值；Rtest(i,T,P)为第i颗岩心所有测试温度、压力下岩心电阻率数据集；max[Rtest(i,T,P)]为第i颗岩心所有测试温度、压力下岩心电阻率数据集的最大值。
3.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)的表达式为：
FRTP(i)＝F(RNtest(i,T,P),T(i),P(i))
其中，RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)三者之间耦合关系表示为：
Figure FDA0003610789750000022
i＝1,2,3,…m，FRTP(i)表示第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程，为RNtest(i,T,P)、T(i)及P(i)的函数，表示为F(RNtest(i,T,P),T(i),P(i))；RNtest(i,T,P)表示第i颗岩心在不同测试温度及压力下的归一化电阻率数据集；P(i)表示第i颗岩心高温高压测试中压力数据集；T(i)表示第i颗岩心高温高压测试中温度数据集；P0表示常压。
4.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，其中，Pplog、Tb(h)及Pb(h)的表达式分别表示为：
Figure FDA0003610789750000031
Tb(h)＝FT(h)
Pb(h)＝FP(h)
Pplog为上覆地层压力；ρlog为地层测井密度；g为重力加速度；h为地层深度；Δh为测井数据间距；NP为深度h处至地表处测井数据节点数；FT(h)表示地层背景温度随深度的映射；FP(h)表示地层背景温度随深度的映射。
5.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)，其中，标准归一化电阻率RNstand(zi)的表达式表示为：
Figure FDA0003610789750000032
Figure FDA0003610789750000033
i＝1,2,3…m，RNstand(zi)表示研究区zi深度处标准归一化电阻率；Aibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的压力系数；Bibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的温度系数；Cibest表示第i颗岩心FRTP(i)中的常系数；Hcontrol(i)表示利用第i颗岩心计算标准归一化电阻率RNstand(zi)时的适用深度范围；zcmin(i)≤Hcontrol(i)≤zcmax(i)表示所述适用深度范围在zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
6.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，具体计算公式为：
Figure FDA0003610789750000041
K1为归一化电阻率扩大转换系数，K2为归一化电阻率缩小转换系数，两者均定义为岩心尺度归一化电阻率标定场地尺度归一化电阻率的转换系数；Rinv(x,y,zi)表示电磁反演电阻率Rinv(x,y,z)在深度zi处的电阻率数据集；Rinv(xb,yb,zi)表示计算研究区归一化电阻率时，相应标定岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率；x为地下三维空间节点横向距离，y为地下三维空间节点纵向距离，z为地下三维空间节点沿垂向深度。
7.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)，其中，上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)的计算公式表示为：
Figure FDA0003610789750000042
Pover(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处基于反演密度计算的上覆地层压力；ρg(x,y,z)为地下空间各节点P(x,y,z)位置处重力数据反演地层密度；g为重力加速度；Δzinv为反演密度数据体沿深度z方向间距；NP为深度z处至地表处反演密度数据节点数。
8.如权利要求1所述的一种高温高压岩心电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，所述根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算不同深度处地温场Tcal(x,y,z)展布特征，计算公式为：
Figure FDA0003610789750000043
Figure FDA0003610789750000044
i＝1,2,3…m，Aical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力系数；Bical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的温度系数；Cical表示计算深度z处的温度场时，适用的第i颗岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)的常系数；Hcal(i)表示利用第i颗岩心标定计算温度场时，其适用深度范围为zcmin(i)至zcmax(i)之间；zcmin(i)表示所述适用深度范围的最小深度；zcmax(i)表示所述适用深度范围的最大深度。
9.如权利要求6所述的一种基于岩心高温高压电阻率标定的深部地温场预测方法，其特征在于，基于最优化理论，求取最优化电阻率归一化转化系数K1＝kbest1及K2＝kbest2，使得利用所述最优化电阻率归一化转化系数kbest1及kbest2换算归一化电阻率RNinv(x,y,z)并反推温度场Tcal(x,y,z)＝Tbest(x,y,z)时，提取的m颗岩心对应NL口钻孔位置处的预测温度与实测温度拟合度最佳，Tbest(x,y,z)即为研究区现今深部地温场分布特征。
10.一种基于岩心高温高压电阻率标定的深部地温场预测装置，其特征在于，包括以下模块：
数据集获取模块，用于选取研究区或邻区已有的NL口钻孔内不同深度、不同地层、不同岩性的岩心m颗，对m颗岩心电阻率开展高温高压试验，获取不同温度、不同压力下岩心电阻率并进行归一化处理，形成不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集；
多元回归分析模块，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力数据集，构造归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP，通过多元回归分析计算得到不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)及常系数C(i)，其中，i表示第i颗岩心；
标准归一化电阻率计算模块，用于提取岩心样品对应钻孔处测井温度Tb、上覆地层压力Pplog随深度h的变化特征，分别视作地层背景温度Tb(h)及地层背景压力Pb(h)，计算深度zi处的背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)，将所述背景温度Tb(h＝zi)及背景压力Pb(h＝zi)代入相应岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)，获取深度zi处标准归一化电阻率RNstand(zi)；
深部电阻率归一化处理模块，用于对研究区电磁数据体进行三维精细反演，获取地下空间各节点P(x,y,z)的反演电阻率Rinv(x,y,z)的分布特征，根据Rinv(x,y,zi)所处位置深度zi及地层，选取与地层具有相似岩性的岩心，并提取相应岩心对应钻孔位置P(xb,yb)深度zi处的电磁反演电阻率Rinv(xb,yb,zi)，基于最优化理论选取岩心尺度电阻率标定场地尺度电阻率的最佳转换公式，结合Rinv(x,y,zi)、Rinv(xb,yb,zi)、RNstand(zi)，逐点求取深度zi处归一化电阻率RNinv(x,y,zi)，进而逐层计算不同深度处归一化电阻率RNinv(x,y,z)；
上覆地层压力分布特征计算模块，用于对研究区重力数据体开展三维精细反演，获取三维密度分布特征ρg(x,y,z)并计算上覆地层压力分布特征Pover(x,y,z)；
地温场分布预测模块，用于根据所述不同岩心归一化电阻率-温度-压力耦合关系约束方程FRTP(i)中包含的压力控制系数A(i)、温度控制系数B(i)与常系数C(i)，及所述Pover(x,y,z)，得到研究区不同节点处P(x,y,z)归一化反演电阻率与温度之间的精确关系表征，根据所述精确关系表征及RNinv(x,y,z)，逐层逐点计算深部地温场Tcal(x,y,z)展布特征。
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