CN116227308B - 一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统 - Google Patents

一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统 Download PDF

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CN116227308B CN202310510868.5A CN202310510868A CN116227308B CN 116227308 B CN116227308 B CN 116227308B CN 202310510868 A CN202310510868 A CN 202310510868A CN 116227308 B CN116227308 B CN 116227308B
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Abstract

本发明属于计算机辅助设计技术领域，提供了一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统，通过构建浅层测井区域的自然电场地电模型；将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正。准确的识别出有限元仿真时在浅层测井区域的模型中数据台阶的跳跃性足以影响在后续计算中精度的节点电位值，并且根据模拟的声波时差值的脉冲性在深度上偏移将数据台阶进行分类，根据偏移量深度的偏移进一步的定位修正值的补偿量，极大的消除了在有限元仿真时节点电位值声波时差导致的脉冲性影响。

Description

一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统
技术领域
本发明属于计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统。
背景技术
在针对油层三角洲内前缘相砂体的计算机辅助设计仿真过程中，由于测井采集数据的过程中，由于在＞16.7m的砂层才能在地震剖面上产生可分辨的同相轴，小于3m的砂岩受厚度及隔层厚度、曲线区分岩性能力等的影响，纵向分辨率偏低，所以在小于3m的砂岩的测井自然电位数据，由于测井数据中采集的声波测井曲线在标准化前，其中的部分深度较浅的井声波时差值有偏移，所以会产生大量的“数据台阶”现象，即部分水淹层在有限元模型上显示的基本特点是有限元模型的基线在声波时差值在相近深度上下发生偏移，所以数据出现较大偏移，即“数据台阶”，这些“数据台阶”会使自然电场产生很大的偏差。
所以为了提高反演解释的精度，针对性地对浅层测井自然电场的数值进行模拟以辅助修正监测到的实际自然电场，模拟出“数据台阶”出现的位置和大小。对此，目前常规的做法是通过传统的有限元、有限差分或有限体积法等数值方法开展二维或三维的模拟工作，地电模型不能过于复杂，以保证电位在近似无穷远处尽可能衰减为零，以及人工边界的有效性。而现有公开文件（例如公开号为CN109740230A的中国发明专利）可实现电位逐渐衰减至无穷远的过程，能充分保证复杂模型的计算精度，减小了有限单元的剖分区域和总自由度，对计算效率有所提高，但是，该方法在小于3m的砂岩的“数据台阶”产生时依然是会使仿真的数据质量和精度难以得到保障。
发明内容
本发明的目的在于提出一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，所述方法包括以下步骤：
本发明的目的在于提出一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，所述方法包括以下步骤：
S1，构建浅层测井区域的自然电场地电模型；
S2，将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；
S3、通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值；
S4、判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶；
S5、对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正。
进一步地，所述方法还包括步骤S6：根据各有限元的节点的空间坐标信息和修正后对应的电位值绘制自然电位分布图。
进一步地，在S1中，浅层测井区域包括枝状三角洲内前缘相砂体、枝-坨过渡状三角洲内前缘相砂体和坨状三角洲内前缘相砂体中的任意一种。
进一步地，在S1中，构建浅层测井区域的自然电场地电模型为通过EarthVolumetric Studio软件、GOCAD软件、Gempy 软件中任意一种地质三维建模软件对浅层测井区域进行三维建模获得的三维模型作为自然电场地电模型。
进一步地，在S2中，将自然电场地电模型进行有限元剖分为有限单元和无限单元，将所述有限单元和无限单元耦合在一起构成有限元模型，无限单元包括单向映射无限单元、双向映射无限单元和三向映射无限单元。
优选地，将自然电场地电模型进行有限元剖分为60×60×40个六面体网格单元，有限元区域尺度设置为90m×90m×110m，其中地表覆盖层厚度设为10m，电阻率取200Ω·m，底部基岩电阻率取1000Ω·m。
进一步地，在S3中，有限元模型的总刚度矩阵获取的方法为：对有限元模型的有限单元和无限单元进行单元分析，求解得到有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵；将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵组装并将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵按自然电场地电模型中的节点编号进行累加，得到总刚度矩阵。
其中，采用形函数对有限单元刚度矩阵进行求解，采用映射函数和形函数对无限单元刚度矩阵进行求解。
优选地，在S3中，有限元模型的总刚度矩阵获取的方法为：公开号为CN112163332A或者CN109740230A的中国发明申请中计算有限元模型的总刚度矩阵的方法。
优选地，在S3中，通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值的方法为：公开号为CN112163332A或者CN109740230A的中国发明申请中通过总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值的方法。
进一步地，在S4中，判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶的方法为：
记每个有限单元中所有节点的平均电位值为节点电位值；
以有限元模型上各个有限单元的序号为i，以sp(i)为有限元模型上序号为i的有限单元的节点电位值；在除了i为有限元模型上第1个序号和最后1个序号之外的i的范围内，依次判断各个sp(i)：
如果sp(i)对应的深度小于sp(i-1)对应的深度时sp(i)的值小于sp(i-1)的值，并且如果sp(i)对应的深度大于sp(i+1)对应的深度时sp(i)的值大于sp(i+1)的值，sp(i)的值大于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为上移型数据台阶；
如果sp(i)对应的深度大于sp(i-1)对应的深度时sp(i)的值大于sp(i-1)的值，并且如果sp(i)对应的深度小于sp(i+1)对应的深度时sp(i)的值小于sp(i+1)的值，sp(i)的值小于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为下移型数据台阶；
其中，sp(i-1)、sp(i+1)分别表示sp(i)位置的倾斜段拐点处的前侧节点电位值和后侧节点电位值；spMean是有限元模型上各个节点电位值的平均值，数据台阶包括上移型数据台阶和下移型数据台阶两种。
进一步地，在S5中，对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+|SPMax1-Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-|SPMin1-Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；
Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值。
以上方法准确的识别出有限元仿真时在浅层测井区域的模型中数据台阶的跳跃性足以影响在后续计算中精度的节点电位值，并且根据模拟的声波时差值的脉冲性在深度上偏移将数据台阶进行分类，根据偏移量深度的偏移进一步的定位修正值的补偿量，极大的消除了有限元仿真时节点电位值声波时差导致的脉冲性影响，在充分考虑多井处理时深度变化影响的基础上保证了所需的数据精度。
由于在真实的情况下，有限元模型主要通过同深度点的曲线起跳来判断生成岩性，部分水淹层在有限元模型上显示的基本特点是有限元模型的基线深度上下发生偏移，仿真数据出现台阶，为了进一步的提高反演的结果的精度，本申请提供了以下方法：
优选地，在S5中，对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法为：
为了进一步提高数据精度，还需要增加仿真的节点电位值声波时差导致的脉冲性影响时数据均衡的震动幅度产生的脉冲修正值作为补偿量，具体如下：
优选地，将对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法替换为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+SpTw(i)；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-SpTw(i)；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值。
其中，SpTw(i)是发生了数据台阶的sp(i)的脉冲修正值，其计算方法为：
其中，Num是有限元模型上所有发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值的数量，j是序号，Max(sp(j-1),sp(j))是sp(j)和前侧节点电位值sp(j-1)中最大的值；Min(sp(j),sp(j+1))是sp(j)和后侧节点电位值sp(j+1)中最小的值。
本发明还提供了一种浅层测井自然电场的数值模拟系统，所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种浅层测井自然电场的数值模拟方法中的步骤，所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
三维建模单元，用于构建浅层测井区域的自然电场地电模型；
有限元剖分单元，用于将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；
电位值计算单元，用于通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值；
台阶判断单元，用于判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶；
电位值修正单元，用于对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正。
本发明的有益效果为：本发明提供一种浅层测井自然电场的数值模拟方法及系统，能够通过计算机仿真得到比较适合单砂体较薄的浅层测井区域的准确电位值，准确的识别出有限元仿真时在浅层测井区域的模型中数据台阶的跳跃性足以影响在后续计算中精度的节点电位值，并且根据模拟的声波时差值的脉冲性在深度上偏移将数据台阶进行分类，根据偏移量深度的偏移进一步的定位修正值的补偿量，极大的消除了在有限元仿真时节点电位值声波时差导致的脉冲性影响，充分考虑了多井处理时深度变化所影响的数据精度。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，本发明附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为一种浅层测井自然电场的数值模拟方法的流程图；
图2所示为一种浅层测井自然电场的数值模拟系统结构图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为一种浅层测井自然电场的数值模拟方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，所述方法包括以下步骤：
S1，构建浅层测井区域的自然电场地电模型；
S2，将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；
S3、通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值；
S4、判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶；
S5、对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正。
进一步地，所述方法还包括步骤S6：根据各有限元的节点的空间坐标信息和修正后对应的电位值绘制自然电位分布图。
进一步地，在S1中，浅层测井区域包括枝状三角洲内前缘相砂体、枝-坨过渡状三角洲内前缘相砂体和坨状三角洲内前缘相砂体中的任意一种。
进一步地，在S1中，构建浅层测井区域的自然电场地电模型为通过EarthVolumetric Studio软件、GOCAD软件、Gempy 软件中任意一种地质三维建模软件对浅层测井区域进行三维建模获得的三维模型作为自然电场地电模型。
进一步地，在S2中，将自然电场地电模型进行有限元剖分为有限单元和无限单元，将所述有限单元和无限单元耦合在一起构成有限元模型，无限单元包括单向映射无限单元、双向映射无限单元和三向映射无限单元。
优选地，将自然电场地电模型进行有限元剖分为60×60×40个六面体网格单元，有限元区域尺度设置为90m×90m×110m，其中地表覆盖层厚度设为10m，电阻率取200Ω·m，底部基岩电阻率取1000Ω·m。
进一步地，在S3中，有限元模型的总刚度矩阵获取的方法为：对有限元模型的有限单元和无限单元进行单元分析，求解得到有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵；将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵组装并将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵按自然电场地电模型中的节点编号进行累加，得到总刚度矩阵。
其中，采用形函数对有限单元刚度矩阵进行求解，采用映射函数和形函数对无限单元刚度矩阵进行求解。
优选地，在S3中，有限元模型的总刚度矩阵获取的方法为：公开号为CN112163332A或者CN109740230A的中国发明申请中计算有限元模型的总刚度矩阵的方法。
优选地，在S3中，通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值的方法为：公开号为CN112163332A或者CN109740230A的中国发明申请中通过总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值的方法。
进一步地，在S4中，判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶的方法为：
记每个有限单元中所有节点的平均电位值为节点电位值；
以有限元模型上各个有限单元的序号为i，以sp(i)为有限元模型上序号为i的有限单元的节点电位值；在除了i为有限元模型上第1个序号和最后1个序号之外的i的范围内，依次判断各个sp(i)：
如果sp(i)对应的深度小于sp(i-1)对应的深度时sp(i)的值小于sp(i-1)的值，并且如果sp(i)对应的深度大于sp(i+1)对应的深度时sp(i)的值大于sp(i+1)的值，sp(i)的值大于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为上移型数据台阶；
如果sp(i)对应的深度大于sp(i-1)对应的深度时sp(i)的值大于sp(i-1)的值，并且如果sp(i)对应的深度小于sp(i+1)对应的深度时sp(i)的值小于sp(i+1)的值，sp(i)的值小于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为下移型数据台阶；
其中，sp(i-1)、sp(i+1)分别表示sp(i)位置的倾斜段拐点处的前侧节点电位值和后侧节点电位值；spMean是有限元模型上各个节点电位值的平均值，数据台阶包括上移型数据台阶和下移型数据台阶两种。
进一步地，在S5中，对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+|SPMax1-Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-|SPMin1-Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；
Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值。
以上方法准确的识别出有限元仿真时在浅层测井区域的模型中数据台阶的跳跃性足以影响在后续计算中精度的节点电位值，并且根据模拟的声波时差值的脉冲性在深度上偏移将数据台阶进行分类，根据偏移量深度的偏移进一步的定位修正值的补偿量，极大的消除了有限元仿真时节点电位值声波时差导致的脉冲性影响，在充分考虑多井处理时深度变化影响的基础上保证了所需的数据精度。
由于在真实的情况下，有限元模型主要通过同深度点的曲线起跳来判断生成岩性，部分水淹层在有限元模型上显示的基本特点是有限元模型的基线深度上下发生偏移，仿真数据出现台阶，为了进一步的提高反演的结果的精度，本申请提供了以下方法：
优选地，在S5中，对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法为：
为了进一步提高数据精度，还需要增加仿真的节点电位值声波时差导致的脉冲性影响时数据均衡的震动幅度产生的脉冲修正值作为补偿量，具体如下：
优选地，将对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法替换为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+SpTw(i)；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-SpTw(i)；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值。
其中，SpTw(i)是发生了数据台阶的sp(i)的脉冲修正值，其计算方法为：
其中，Num是有限元模型上所有发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值的数量，j是序号，Max(sp(j-1),sp(j))是sp(j)和前侧节点电位值sp(j-1)中最大的值；Min(sp(j),sp(j+1))是sp(j)和后侧节点电位值sp(j+1)中最小的值。
本发明的实施例提供的一种浅层测井自然电场的数值模拟系统，如图2所示，该实施例的一种浅层测井自然电场的数值模拟系统包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种浅层测井自然电场的数值模拟方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：
三维建模单元，用于构建浅层测井区域的自然电场地电模型；
有限元剖分单元，用于将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；
电位值计算单元，用于通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值；
台阶判断单元，用于判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶；
电位值修正单元，用于对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正。
所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种浅层测井自然电场的数值模拟方法实施例中的步骤，所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。
所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种浅层测井自然电场的数值模拟系统的示例，并不构成对一种浅层测井自然电场的数值模拟系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器 (Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种浅层测井自然电场的数值模拟系统可运行系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card, SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（Flash Card）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本发明的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本发明的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本发明进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本发明的非实质性改动仍可代表本发明的等效改动。

Claims (6)

1.一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1，构建浅层测井区域的自然电场地电模型；
S2，将自然电场地电模型进行有限元剖分得到有限元模型；
S3、通过有限元模型的总刚度矩阵获得有限元模型中各个有限单元的节点的电位值；
S4、判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶；
S5、对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正；
其中，在S4中，判断出有限单元的节点的电位值是否发生数据台阶的方法为：
记每个有限单元中所有节点的平均电位值为节点电位值；
以有限元模型上各个有限单元的序号为i，以sp(i)为有限元模型上序号为i的有限单元的节点电位值；在除了i为有限元模型上第1个序号和最后1个序号之外的i的范围内，依次判断各个sp(i)：
如果sp(i)对应的深度小于sp(i-1)对应的深度时，sp(i)的值小于sp(i-1)的值；并且如果sp(i)对应的深度大于sp(i+1)对应的深度时，sp(i)的值大于sp(i+1)的值，且sp(i)的值大于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为上移型数据台阶；
如果sp(i)对应的深度大于sp(i-1)对应的深度时，sp(i)的值大于sp(i-1)的值；并且如果sp(i)对应的深度小于sp(i+1)对应的深度时，sp(i)的值小于sp(i+1)的值，且sp(i)的值小于spMean，则标记sp(i)发生了数据台阶，数据台阶类型为下移型数据台阶；
其中，sp(i-1)、sp(i+1)分别表示sp(i)位置的倾斜段拐点处的前侧节点电位值和后侧节点电位值；spMean是有限元模型上各个节点电位值的平均值，数据台阶包括上移型数据台阶和下移型数据台阶两种；
其中，在S5中，对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+|SPMax1-Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-|SPMin1-Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))|；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；
Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值。
2.根据权利要求1所述的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，其特征在于，在S1中，构建浅层测井区域的自然电场地电模型为通过Earth Volumetric Studio软件、GOCAD软件、Gempy 软件中任意一种地质三维建模软件对浅层测井区域进行三维建模获得的三维模型作为自然电场地电模型。
3.根据权利要求1所述的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，其特征在于，在S2中，将自然电场地电模型进行有限元剖分为有限单元和无限单元，将所述有限单元和无限单元耦合在一起构成有限元模型，无限单元包括单向映射无限单元、双向映射无限单元和三向映射无限单元。
4.根据权利要求1所述的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，其特征在于，在S3中，有限元模型的总刚度矩阵获取的方法为：对有限元模型的有限单元和无限单元进行单元分析，求解得到有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵；将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵组装并将有限单元刚度矩阵和无限单元刚度矩阵按自然电场地电模型中的节点编号进行累加，得到总刚度矩阵。
5.根据权利要求1所述的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法，其特征在于，在S5中，将对发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值进行修正的方法替换为：
记有限元模型上各个有限单元中最大的节点电位值为SPMax1、最小的节点电位值为SPMin1；遍历有限单元的序号i将各个发生了数据台阶的sp(i)进行修正，具体为：
如果sp(i)是上移型数据台阶：
sp(i)’=Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))+SpTw(i)；
如果sp(i)是下移型数据台阶：
sp(i)’=Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))-SpTw(i)；
sp(i)’是在有限元模型上对节点电位值sp(i)修正后的节点电位值；
将sp(i)’对应的有限单元中所有节点的电位值修正为sp(i)’；
Min(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最小的节点电位值；Max(sp(i-1),sp(i),sp(i+1))是sp(i)、前侧节点电位值sp(i-1)和后侧节点电位值sp(i+1)中最大的节点电位值；
其中，SpTw(i)是发生了数据台阶的sp(i)的脉冲修正值，其计算方法为：
；
其中，Num是有限元模型上所有发生了数据台阶的有限单元的节点的电位值的数量，j是序号，Max(sp(j-1),sp(j))是sp(j)和前侧节点电位值sp(j-1)中最大的值；Min(sp(j),sp(j+1))是sp(j)和后侧节点电位值sp(j+1)中最小的值。
6.一种浅层测井自然电场的数值模拟系统，其特征在于，所述一种浅层测井自然电场的数值模拟系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1到5中的任意一项所述的一种浅层测井自然电场的数值模拟方法中的步骤。
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