CN115292771B - 一种随钻电阻率测井响应伪2.5d模拟方法 - Google Patents

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Abstract

一种随钻电阻率测井响应伪2.5D模拟方法，包括步骤：建立地层坐标系；获取地质体边界坐标；确定地质体类别的岩石物理参数，从而建成二维地层模型；确定当前测井点坐标；确定计算域范围，并明确计算域内部电性参数的分布；确定降维窗口；使用降维窗口提取二维地层模型中的地层界面位置以及地层界面斜率来建立一维模型；每1个降维窗口对应建立1个一维模型；分别计算各一维模型的测井响应；对所有窗口得到的一维模型的电阻率测井响应进行加权平均处理得到伪2.5D计算结果，将伪2.5D计算结果作为最终的电阻率测井响应结果并输出。本发明有效平衡了对随钻电阻率测井响应速度和精度的需求。

Description

一种随钻电阻率测井响应伪2.5D模拟方法
技术领域
本发明涉及石油勘探开发领域，具体涉及随钻电测井方法，更为具体地说是涉及一种随钻电阻率测井响应伪2.5D模拟方法。
背景技术
随钻电阻率测井是水平井地质导向和储层参数测量的重要手段，是油气高效勘探开发的关键技术之一。随钻电阻率测井正演模拟技术，是井下测井仪器设计优化、响应特征分析的重要工具，也是测井资料反演的重要基础。当前的随钻电阻率测井响应模拟方法，根据研究侧重的不同，主要包括三维3D模拟、2.5D模拟和一维1D模拟。其中，三维方法可以模拟任意的仪器结构、井眼环境和地层结构，其适用性最强，但是计算速度慢、内存消耗高。
钻井过程中可能遇到的地层结构复杂多样，但是在测井仪器的探测范围内，通常可以认为地层性质沿着走向方向（Y轴）保持不变，地层性质仅在水平和垂直方向（XZ轴）上变化，依此可以认为地层是二维的。目前在工业界广泛使用的随钻电阻率测井响应模拟主要是适用于一维模型的伪解析解和适用于二维地层的2.5D模拟算法。本申请将上述2.5D模拟算法称为严格2.5D模拟算法。
一维模拟是一种伪解析方法，将地层简化为简单的一维模型，模拟速度快、内存要求低。传统一维简化方法忽略了地层结构的横向变化，仅通过提取地层界面位置和斜率将二维模型简化为一维，是当前工业界资料处理的主流方法。
在地层模型相对简单、仪器探测深度较小的情况下，一维模拟很好的解决了随钻测井对资料实时处理的需求。但是，随着勘探开发的不断深入和测井仪器探测深度的增大，一维模拟方法适用性弱的问题逐步凸显。一维模拟其存在适用性较差，难以准确模拟褶皱、断层等复杂地层中响应的问题，无法计算二维地层模型中的测井响应。
严格2.5D模拟忽略了仪器具体结构和井眼环境，仅考虑地层性质的纵向和横向变化，一定程度上平衡了计算效率和模型复杂度，适用性强。严格2.5D模拟方法近年来受到广泛关注，在随钻电阻率测井资料钻后处理中发挥着越来越重要的作用，但是受限于计算速度，模拟效率难以满足现场实时资料处理的需求，仍然无法在随钻过程中推广应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种能兼顾高精度与高速度测量到电阻率的随钻电阻率测井响应模拟探测方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种随钻电阻率测井响应伪2.5D模拟方法，包括以下步骤：
s1.建立地层坐标系；
s2.获取地质体边界坐标；
s3.确定地质体的岩石物理性质的参数；根据地层坐标系、地质体边界坐标以及表示岩石物理性质的参数建立二维地层模型；
s4.依据井眼轨迹和地层坐标系确定当前测井点位置；
s5.确定当前测井点的计算域的范围以及计算域内部电性参数的分布；
s6.确定降维窗口的窗口个数及窗口尺寸；
s7. 使用降维窗口提取二维地层模型中的地层界面位置以及地层界面斜率来建立一维模型；每1个降维窗口对应建立1个一维模型；
建立一维模型的方法具体为：对于宽度为0的降维窗口，在二维地层模型中提取探测仪器当前位置处地层界面位置作为一维模型中地层界面的端点位置，以二维地层模型中距离探测仪器当前位置最近的地层界面斜率作为一维模型中地层界面斜率；对于宽度不为0的降维窗口，提取二维地层模型的地层界面与降维窗口左右边界的交点位置作为一维模型中平直地层界面的端点位置，所述平直地层界面的斜率作为一维模型中地层界面斜率；
s8.获取每个一维模型的电阻率测井响应；
s9.对所有窗口得到的一维模型的电阻率测井响应进行加权平均处理得到伪2.5D计算结果，将伪2.5D计算结果作为最终的电阻率测井响应结果并输出。
本发明将一个复杂的二维模型中的测井响应计算转换为一系列一维模型中的响应计算，其关键在于基于开窗的模型简化和伪2.5D响应合成；基于一维模拟算法，结合变尺度降维策略，可极大提升二维模地层模型中的随钻电阻率测井响应模拟，同时，由于该方法计算核心是一维算法，其计算效率远高于严格2.5D算法。
本发明的有益效果是，有效权衡随钻电阻率测井响应速度和精度需求。相比于仅适用于一维模型的伪解析算法，本发明既适用于一维模型，也适用于二维模型，适用范围更广。相比于严格2.5D算法，本发明仅需计算一维模型中的测井响应，具有巨大的效率优势；本发明对于随钻电阻率测井钻前正演和实时反演均有重要帮助，可作为随钻电阻率测井处理的核心算法。
附图说明
图1为实施例流程图；
图2为实施例中二维地层模型及降维窗口示意图，其中（a）示出计算域内为二维地层模型，（b）～（f）为不同尺寸降维窗口示意图；
图3为实施例中二维地层模型简化为一维模型示意图，其中（a）示出计算域内为二维地层模型，（b）～（f）为不同窗口简化一维模型示意图；
图4为一个具体的二维地层模型示意图；
图5为严格2.5D模拟和传统化简方法得到的视电阻率曲线示意图；
图6为严格2.5D模拟和实施例伪2.5D模拟得到的电阻率曲线示意图。
具体实施方式
本发明从拓展一维伪解析算法适用性的角度入手，将一个复杂的二维模型中的测井响应计算转换为一系列一维模型中的响应计算，其关键在于基于开窗的模型简化和伪2.5D响应合成，下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，其包括步骤：
s1.建立地层坐标系：
1.1以地层走向方向为y轴，即沿地层性质不变方向设为y轴；
1.2在地面上且垂直于y轴方向建立x轴，x轴和y轴交于原点O；
1.3垂直于xOy平面沿深度方向为z轴。
s2.依据地质体特征勾画地层结构，结合地层坐标系获取地质体边界坐标。
s3.确定地质体类别，提供其电阻率等表示岩石物理性质的参数；根据已经确定的地层坐标系、地质体边界坐标以及表示岩石物理性质的参数建立二维地层模型。
s4.依据井眼轨迹和地层坐标系确定当前测井点位置。
s5. 结合仪器参数和当前位置地层性质确定当前测井点的计算域范围，并明确计算域内部电性参数的分布，所述仪器参数主要包括频率和源距，具体步骤如下：
5.1依据当前测井点电阻率和仪器频率计算趋肤深度；
5.2以当前测井点为中心，划定矩形区域作为计算域；具体的，实施例采用长和宽均为6倍趋肤深度的矩形区域作为计算域；图2（a）为实施例中以仪器记录点为中心的计算域内为二维地层模型；
5.3依据地质体边界和地层电性特征对计算域进行电阻率赋值，确定计算域内部电性参数的分布。
s6.通过设置降维窗口的参数确定降维窗口，降维窗口的参数包括窗口个数及窗口尺寸。具体的，在综合考虑计算精度和模拟速度要求后，推荐将降维窗口个数设置为1～10；将窗口的高度均为6倍趋肤深度，取最小窗口宽度为0、最大窗口宽度为1倍最大趋肤深度。
实施例首先确定降维窗口个数为5，最小和最大降维窗口宽度分别为0和1倍最大趋肤深度δ m ；其次，确定所有窗口宽度分别为0、0.25δ m 、0.50δ m 、0.75δ m 、1.0δ m ；最后，以仪器记录点为中心划定各个窗口范围，图2（b）～（f）为针对图2（a）的计算域设置的5个不同尺寸降维窗口的示意图。
s7. 提取降维窗口内边界的坐标和斜率参数，建立一维模型；每1个降维窗口对应建立1个一维模型。
如图3所示，图3（a）为实施例中以仪器记录点为中心的计算域内为二维地层模型；图3（b）～（f）为针对上述5个不同尺寸窗口简化生成的一维模型示意图。
根据降维窗口划定的地层区域生成一维地层模型的方法具体为：对于宽度为0的窗口，提取仪器当前位置处地层界面位置以及最近界面的斜率；对于宽度不为0的窗口，以地层界面与窗口左右边界的交点为端点，简化出平直的地层界面。如图3的（f）中线段AB和线段BC为原始地层界面，线段AC为简化后界面；提取与仪器最近距离简化地层界面斜率，并应用至所有简化界面得到所有界面均平行的一维地层模型。
s8.分别计算每个一维模型的电阻率测井响应。
s9.对所有窗口得到的一维模型的电阻率测井响应进行加权平均处理得到伪2.5D计算结果，将伪2.5D计算结果作为最终的电阻率测井响应结果并输出。
优选的，加权平均处理的具体方法是：
9.1 使用相同权重ω1对各个一维模型电阻率测井响应R进行加权平均得到等权值平均结果
Figure 905681DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 284448DEST_PATH_IMAGE002
，T表示转置；
Figure 660065DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 18366DEST_PATH_IMAGE004
；N为一维模型个数；
实施例对于图2所示的5个降维窗口个数的情况，R与ω1具体为：
Figure 694198DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 981216DEST_PATH_IMAGE006
；
9.2 为反映越靠近仪器的地层模型对响应贡献越大，权重随降维窗口增大依次递减；使用差异权重ω2对各个一维模型电阻率测井响应R进行加权得到差异权值平均结果
Figure 109709DEST_PATH_IMAGE007
：
Figure 271700DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 536459DEST_PATH_IMAGE009
；
实施例对于图2所示的5个降维窗口个数的情况，ω2具体为：
Figure 24072DEST_PATH_IMAGE010
；
9.3 对等权值平均结果
Figure 138397DEST_PATH_IMAGE011
和差异权值平均结果
Figure 104079DEST_PATH_IMAGE012
进行等权值加权，得到最终的伪2.5D测井响应结果
Figure 488923DEST_PATH_IMAGE013
：
Figure 881859DEST_PATH_IMAGE014
。
上述优选的加权平均处理采用等权值平均混合差异权值平均的方式。可选的，也可以采用单独的等权值平均方式或者单独的差异权值平均方式。差异权重ω2也可以不限于上述的具体模式，只要反映出权重随降维窗口增大依次递减即可。
s10. 判断当前测井点是否为最后一个测井点，如否，则重复步骤s4～s9，直至完成所有测井点的探测测量。
下面将实施例应用至以一个二维三层地层模型，以验证本发明的有效性。建立一个如图4所示三层地层模型：上下低阻围岩为半无限厚，电阻均为2 Ω·m；P1~P6为地层界面关键节点，各点位置可用坐标(X, Y)表示，P1：(24.44m, 31.85m)；P2：(24.44m, 32.43m)；P3：(26.06m, 32.63m)；P4：(26.06m, 33.21m)；P5：(26.58m, 31.86m)；P6：(26.58m,32.44m)；中间高阻目的层厚度为0.58 m，地层电阻率为20 Ω·m；井眼与地层水平面夹角为45°。
本应用实例中随钻电阻率仪器为双发双收对称结构，仪器线圈距为[18 26]in.，发射频率为2MHz。图5给出了严格2.5D解法和传统简化方法得到的视电阻率曲线，其中ARa和PRa分别表示幅度比视电阻率和相位差视电阻率，可以看出，地层界面发生弯曲的部分简化方法得到的曲线与真实曲线差异较大。图6为本发明伪2.5D模拟方法和严格2.5D解法得到的视电阻率曲线，对比图5可以看出，相比传统简化方法，本发明的伪2.5D模拟方法得到的结果与严格解更加吻合，在提升效率的基础上，也具有较高的准确度。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
当然，以上说明仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本发明的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (9)

1.一种随钻电阻率测井响应伪2.5D模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1.建立地层坐标系；
s2.获取地质体边界坐标；
s3.确定地质体的岩石物理性质的参数；根据地层坐标系、地质体边界坐标以及表示岩石物理性质的参数建立二维地层模型；
s4.依据井眼轨迹和地层坐标系确定当前测井点位置；
s5.确定当前测井点的计算域的范围以及计算域内部电性参数的分布；
s6.确定降维窗口的窗口个数及窗口尺寸；
s7. 使用降维窗口提取二维地层模型中的地层界面位置以及地层界面斜率来建立一维模型；每1个降维窗口对应建立1个一维模型；
建立一维模型的方法具体为：对于宽度为0的降维窗口，在二维地层模型中提取探测仪器当前位置处地层界面位置作为一维模型中地层界面的端点位置，以二维地层模型中距离探测仪器当前位置最近的地层界面斜率作为一维模型中地层界面斜率；对于宽度不为0的降维窗口，提取二维地层模型的地层界面与降维窗口左右边界的交点位置作为一维模型中平直地层界面的端点位置，所述平直地层界面的斜率作为一维模型中地层界面斜率；
s8.获取每个一维模型的电阻率测井响应；
s9.对所有窗口得到的一维模型的电阻率测井响应进行加权平均处理得到伪2.5D计算结果，将伪2.5D计算结果作为最终的电阻率测井响应结果并输出。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述加权平均处理采用等权值平均方式。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述加权平均处理采用差异权值平均方式。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述加权平均处理采用等权值平均混合差异权值平均的方式。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，等权值平均混合差异权值平均的方式具体为：对等权值平均结果
Figure 967480DEST_PATH_IMAGE001
和差异权值平均结果
Figure 536781DEST_PATH_IMAGE002
进行等权值加权：
Figure 825155DEST_PATH_IMAGE003
。
6.如权利要求2、 4或5任一所述方法，其特征在于，等权值平均的具体方法是：
使用相同权重ω1对各个一维模型电阻率测井响应R进行加权平均得到等权值平均结果
Figure 885996DEST_PATH_IMAGE001
：
Figure 488492DEST_PATH_IMAGE004
，T表示转置；
Figure 549720DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 274574DEST_PATH_IMAGE006
；N为一维模型个数。
7.如权利要求3、 4或5任一所述方法，其特征在于，差异权值平均的具体方法是：
使用差异权重ω2对各个一维模型电阻率测井响应R进行加权得到差异权值平均结果
Figure 557133DEST_PATH_IMAGE002
：
Figure 49073DEST_PATH_IMAGE007
，T表示转置；
Figure 38370DEST_PATH_IMAGE005
， N为一维模型个数，差异权重ω2随降维窗口增大依次递减。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，差异权重ω2随降维窗口增大依次递减的具体表示为：
Figure 262022DEST_PATH_IMAGE008
。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于，降维窗口个数的设置范围为1～10；降维窗口的高度为6倍趋肤深度；降维窗口的宽度的范围为0至1倍最大趋肤深度。
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