CN212364624U - 地震电磁复合数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种地震电磁复合数据采集系统，利用地面或地‑井同步采集的三维地震和电磁数据、岩芯测量数据、声波和电磁测井数据、含油气储层的埋深、厚度、地下三维展布和总体积、声波测井数据的波阻抗标定含油气储层的孔隙度、电磁测井数据的电阻率标定含油气储层的含油气饱和度、三维地震数据反演含油气储层的波阻抗，根据波阻抗标定的孔隙度计算储层的总体孔隙度分布；三维电磁数据反演含油气储层的电阻率，根据电阻率标定的含油气饱和度计算储层的总含油气饱和度；根据含油气储层的体积和总体孔隙度计算出含油气储层的总流体体积；根据总含油气饱和度计算出总油气体积或重量，对含油气储层的总油气储量进行预测。

Description

地震电磁复合数据采集系统

技术领域

本实用新型属于地球物理勘探技术领域，特别涉及一种地震电磁复合数据采集系统。

背景技术

地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

地震勘探是利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。它利用人工方法激发的弹性波来定位矿藏，获取工程地质信息。地震勘探是钻探前勘测石油、天然气资源、固体资源地质找矿的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

地震勘探则是利用人工的方法引起地壳振动(如炸药爆炸、可控震源振动)，再用精密仪器按一定的观测方式记录爆炸后地面上各接收点的振动信息，利用对原始记录信息经一系列加工处理后得到的成果资料推断地下地质构造的特点。在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。地震勘探在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般从数十米到数十千米。地震勘探的难题是分辨率的提高，高分辨率有助于对地下精细的构造研究，从而更详细了解地层的构造与分布。

感应电磁勘探法，简称电磁法，是指以介质的电磁性差异为物质基础，通过观测和研究人工或天然的交变电磁场随空间分布规律或随时间的变化规律，达到某些勘查目的的一类电法勘探方法。

电磁勘探的找矿原理是基于不同岩石和矿石间的电学性质的改变，而引起电磁场(人工的和天然的)空间分布状态发生相应的变化。由此，人们便可利用不同性能的仪器，通过对场的空间和时间分布状态的观测与研究，来勘查矿产资源或查明地质目标在地壳中的存在状态，从而实现电法勘探的地质目标。

感应电磁勘探法通常分为两类：一类为直接寻找油气的电磁法，目前主要有激发极化法、磁电法、电场差分法等。另一类是寻找含油气构造的方法，目前主要有大地电磁法(MT)、电磁阵列剖面法(EMAP)，建场测深法等。

电磁法勘查数据采集与其他物探方法的数据采集的不同点在于电磁法勘查数据采集的多样性，这是与电磁法勘查方法的多样性分不开的。电磁法勘查方法多，工作方式各不相同，装置不同，场的特点不同，传感器不同，使得采集形式多样。它既有天然场源的方法，也有人工场源的方法。既可以采用接地电极测量电场，也可以采用不接地的线圈测量磁场；既可以测量相对量，也可以测量绝对量；既可以测量标量，也可以测量矢量；既可以测量振幅和相位，也可以测量实虚分量；既可以测量总场，也可以测量纯异常场。

油气储量是油气资源管理和规划的重要内容之一,也是指导石油企业(公司)各阶段工作以及编制中长期发展规划的基础。储量评价的结果直接关系到油气田开发规模、各项开发指标预测的可靠性及整体效益,是开发决策的重要依据。因此对石油与天然气储量评价方法的研究是一项十分必要的工作。目前国内外常用的石油与天然气储量评价方法有翁氏旋回预测模型、威布尔预测模型、对数正态分布预测模型、逻辑斯蒂预测模型、胡-陈-张预测模型、灰色系统预测法、油田规模序列法、蒙特卡罗法,共四大类八种实用有效的资源量评价方法。

油气探明储量又称证实储量。是在油气田评价钻探阶段完成后计算的储量。在现代技术和经济条件下，可提供开采并能获得经济效益的可靠储量。探明储量是编制油气田开发方案、进行油气田开发建设投资决策和开发分析的依据。根据勘探开发程度和油气藏的复杂程度，可将探明储量进一步划分为三类：已开发探明储量、未开发探明储量、基本探明储量。未开发探明储量(简称Ⅱ类，相对于其它矿种的B级)，未开发探明储量指已完成评价钻探，并取得可靠的储量参数后计算的储量。它是编制开发方案和进行开发建设投资决策的依据，其相对误差不得超过正负20％。基本探明储量(简称Ⅲ类，相对于其它矿种的C级)，基本探明储量的相对误差小于正负30％。多含油气层系的复杂断块油田、复杂岩性油田和复杂裂缝性油田，在完成地震详查或三维地震并钻了评价井后，在储量参数基本取全、含油面积基本控制的情况下所计算的储量为基本探明储量。该储量是进行“滚动勘探开发”的依据。在滚动勘探开发过程中，部分开发井具有兼探的任务，应补取算准储量的各项参数。在投入滚动勘探开发后的3年内，复核后可直接升为已开发探明储量。

油气资源预测方法主要用于估算尚未发现的油气资源预测的方法。其计算方法甚多，主要有：面积产量法；构造平均法；储量密度法；比分法；艾梯克—苏阿迪法；最小因素(最薄弱环节)法；形象识别法(评分法)；定量比值法；沉积体积速率法；储集层体积产量法；圈闭体积法；桶/英亩—英尺法(单位体积产量法)；容积法(加拿大地质调查所法)；油气浓度系数法；聚集系数法；运移系数法；有机碳法；烃类法；沥青法改进公式法；厄尔德曼—亨特法；干酪根热降解数学模拟法；扎普法；哈伯特法(历史统计度法，趋势外推法)；梅纳德法；油藏规模分布法；油田规模序列法(油田序列法)；德尔菲法(专家评议法)；蒂索法；归类分析法(统计比较法)；地质比较法；比分法；勘探程度对比法；线密度法等。这些方法中有一些是大同小异的，大体可以归为四大类：①地质条件的分析和类比；②沉积条件的分析和类比；③生油和运移条件的分析和类比；④历史数据的统计分析。

目前行业内使用最多的油气资源储量预测方法大多基于测井数据解释成果和实际油气井的生产数据，通过统计分析和类比的方法来获得。这些方法在评价井和油气生产井位置获得的油气资源储量基本上是可靠的。但是油田里面的评价井和油气生产井的数量有限，仅仅依靠油田里为数不多的评价井和油气生产井进行整个油田储层里的油气资源储量的准确评估和预测是比较困难的，特别是在评价井和油气生产井很少或缺失的油田远景区，几乎没有办法用测井数据解释成果和实际油气井的生产数据来评估和预测油田范围内油气资源的储量。

实用新型内容

为了解决在评价井和油气生产井很少或缺失的油田远景区进行准确可靠的油气资源储量的评估和预测，本实用新型提出了一种地震电磁复合数据采集系统，采用地面或地面与井中同步采集的三维地震和电磁数据，结合实验室岩石物理测量数据、声波和电磁测井数据，利用三维地震数据解释成果得到的含油气储层的埋深、厚度和在地下的三维展布和总体积；使用声波测井数据的波阻抗标定含油气储层在井中的孔隙度，找到含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度之间的关系式；使用电磁测井数据的电阻率标定含油气储层在井中的含油气饱和度，获得含油气储层的电阻率与含油气饱和度之间的关系式；通过三维地震数据反演含油气储层的波阻抗，根据含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度之间的关系式和含油气储层的波阻抗分布值计算储层的总体孔隙度及其分布；通过三维电磁数据反演含油气储层的电阻率，根据含油气储层的电阻率与含油气饱和度之间的关系式和含油气储层的电阻率分布值计算储层的总体含油气饱和度及其分布；根据含油气储层的体积和总体孔隙度分布可以计算出含油气储层内的总流体体积及其在三维空间上的分布；根据含油气储层的总体含油气饱和度分布可以计算出含油气储层内的总油气体积或重量(储量)及其在三维空间上的分布，从而实现对含油气储层的总油气储量评估和预测。

具体的技术方案为：

地震电磁复合数据采集系统，包括：地面三维分布的人工震源、地面可控电磁源、地面三维分布的地震数据采集装置、地面三维分布的电磁数据采集装置，还包括井中地震电磁复合信号接收采集短接；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接通过铠装光电复合缆与工区内或井口附近的地面地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器相连接，所述铠装光电复合缆控制井中地震电磁复合信号接收采集短接在井中的深度位置；

所述人工震源为在地面按照预先设计的震源线和震源点激发的震源，震源均匀或非均匀分布，震源为重锤震源、炸药震源、气枪震源、电火花震源、可控震源中的一种；

所述地面可控电磁源，包括在地面按照预先设计布设的大功率偶极电流源或大回线电磁源；

所述地面三维分布的地震数据采集装置，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式地震数据采集单元和地面检波器，所述的地面检波器为单分量或三分量动圈式检波器、压电式检波器、加速度式检波器、MEMS检波器、光纤检波器中一种；地面地震数据采集装置与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器连接；

所述地面三维分布的电磁数据采集装置，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式电磁数据采集单元、三分量磁场传感器和不极化电极对(电场传感器)。所述的三分量磁场传感器为感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、MEMS磁场传感器、超导磁场传感器、光纤磁场传感器中的一种；所述电场传感器为硫酸铜、氯化银、纳米材料、钽电容不极化电极对、光纤电场传感器中的一种；地面电磁数据采集装置与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器连接；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接有多个，在井中呈阵列式分布。

实用新型本实用新型的有益效果：本实用新型通过采用地面或地面与井中同步采集的三维地震和电磁数据，结合实验室岩石物理测量数据、声波和电磁测井数据，利用三维地震数据解释成果得到的含油气储层的埋深、厚度、总体积和在地下的三维展布；使用声波测井数据的波阻抗标定含油气储层在井中的孔隙度，找到含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度之间的关系式；使用电磁测井数据的电阻率标定含油气储层在井中的含油气饱和度，获得含油气储层的电阻率与所含油气饱和度之间的关系式；通过三维地震数据反演含油气储层的波阻抗，根据含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度之间的关系式和含油气储层的波阻抗及其分布值计算储层的总体孔隙度及其分布；通过三维电磁数据反演含油气储层的电阻率，根据含油气储层的电阻率与含油气饱和度之间的关系式和含油气储层的电阻率及其分布值计算储层的总体含油气饱和度及其分布；根据含油气储层的总体积和总体孔隙度及其分布可以计算出含油气储层的总流体体积及其在三维空间上的分布；根据含油气储层的总体含油气饱和度分布可以计算出含油气储层内的总油气体积或重量(储量)及其在三维空间上的分布，从而实现对含油气储层的总油气储量准确可靠的评估和预测。

附图说明

图1是本实用新型的地震电磁复合数据采集处理和油气资源储量预测方法的流程图。

图2是本实用新型的地面电磁源为大功率偶极电流源的地面三维地震电磁复合数据采集系统的结构示意图。

图3是本实用新型的地面电磁源为大回线电磁源的地面三维地震电磁复合数据采集系统的结构示意图。

图4是本实用新型的地面电磁源为大功率偶极电流源的地-井三维地震电磁复合数据采集系统的结构示意图。

图5是本实用新型的地面电磁源为大回线电磁源的地-井三维地震电磁复合数据采集系统的结构示意图。

图6a是本实用新型穿过含气储层的部分测井曲线(密度/孔隙度、含气饱和度、纵波波阻抗、泥质含量)示意图。

图6b是本实用新型的通过声波测井数据反演出的纵波波阻抗和孔隙度交汇图获取纵波波阻抗与孔隙度线性关系式的示意图。

图7a是本实用新型穿过含气储层的部分测井曲线(含气饱和度、电阻率)示意图。

图7b是本实用新型的通过电磁测井数据反演出的电阻率和含油气饱和度交汇图获取电阻率与含油气饱和度非线性关系式的示意图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本实用新型的技术内容，下面结合附图对本实用新型内容进一步阐释。

如图1和图2所示，本实用新型地震电磁复合数据采集系统是指一种地面三维分布的激发和地面三维分布的地震与地面三维激发和地面三维分布的电磁数据同步采集系统，或如图3和图4所示，地面三维分布的激发和地面三维分布的和井中布设的地震和电磁数据同步采集系统，或井中多点激发和地面三维分布的地震和三维分布的电磁数据同步采集系统。

具体的，地震电磁复合数据采集系统包括：地面三维分布的人工震源1、地面可控电磁源2、地面三维分布的地震数据采集装置3、地面三维分布的电磁数据采集装置4，还包括井中地震电磁复合信号接收采集短接5；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接5通过铠装光电复合缆6与工区内或井口附近的地面地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器7相连接，所述铠装光电复合缆6控制井中地震电磁复合信号接收采集短接5在井中的深度位置；

所述人工震源1为在地面按照预先设计的震源线和震源点激发的震源，震源均匀或非均匀分布，震源为重锤震源、炸药震源、气枪震源、电火花震源、可控震源中的一种；

所述地面可控电磁源2，包括在地面按照预先设计布设的大功率偶极电流源，如图1和图3，或大回线电磁源，如图2和图4；

所述地面三维分布的地震数据采集装置3，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式地震数据采集单元和地面检波器，所述的地面检波器为单分量或三分量动圈式检波器、压电式检波器、加速度式检波器、MEMS检波器、光纤检波器中一种；地面地震数据采集装置3与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器7连接；

所述地面三维分布的电磁数据采集装置4，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式电磁数据采集单元、三分量磁场传感器和不极化电极对(电场传感器)。所述的三分量磁场传感器为感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、MEMS磁场传感器、超导磁场传感器、光纤磁场传感器中的一种；所述电场传感器为硫酸铜、氯化银、纳米材料、钽电容不极化电极对、光纤电场传感器中的一种；地面电磁数据采集装置4与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器7连接；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接5有多个，在井中呈阵列式分布。

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接5为四分量地震和六分量电磁信号接收采集短接5，有多个，在井中阵列式分布，井中地震电磁复合信号接收采集短接5中有三分量动圈式检波器或压电式检波器或加速度式检波器或MEMS检波器或光纤检波器、压电或光纤水听器、三分量感应线圈式磁场传感器或磁通门式磁场传感器或MEMS磁场传感器或超导磁场传感器或光纤磁场传感器、三分量硫酸铜或氯化银或纳米材料或钽电容不极化电极对或三分量光纤电场传感器、三分量电子或光纤姿态传感器和电子或光纤惯导陀螺仪。

用上述的地震电磁复合数据采集系统进行地下储层油气储量预测方法，包括以下步骤，如图5：

(a)在地面或地面和井中按照预先设计布设地面地震数据采集装置3、地面电磁数据采集装置4和井中地震电磁复合信号接收采集短接5，在地面激发地面人工震源1和地面可控电磁源2，同步采集地面或地面与井中的三维地震和三维电磁数据；

(b)进行地面三维地震数据的保幅处理或井-地联采三维地震数据的井驱保幅处理，完成各向异性偏移、逆时深度偏移和Q偏移；

(c)对地面三维地震数据或井-地联采三维地震数据保幅处理和偏移后的结果进行综合解释，得到的含油气储层的埋深、厚度、总体积和在地下的三维展布；

(d)通过对步骤(b)保幅处理后的地面三维地震数据进行属性反演，获取含油气储层的波阻抗三维分布值；

(e)进行地面或地面和井中采集的三维电磁数据的预处理和处理，利用步骤(c)得到的含油气储层的埋深、厚度和在地下的三维空间展布来约束地面或地面和井中采集的三维电磁数据的反演，获得含油气储层的三维电阻率分布值；

(f)对含油气储层的岩芯进行实验室岩石物理参数测量，获得含油气储层的岩芯孔隙度、波阻抗和不同含油气饱和度条件下的电阻率；

(g)图6a显示了穿过含气储层的部分测井曲线(密度/孔隙度、含气饱和度、纵波波阻抗、泥质含量)，通过处理含油气储层的声波测井数据，根据声波测井数据的波阻抗和步骤(f)获得的含油气储层的岩芯的波阻抗来标定含油气储层在钻井位置的孔隙度。然后通过纵波波阻抗曲线和孔隙度的交汇图上数据的分布规律，寻早最佳拟合交汇图上数据的分布规律的曲线及其数学表达式，获得含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度的关系式，如图6b中拟合的实心直线(线性关系式)所示；

(h)图7a显示了穿过含气储层的部分测井曲线(含气饱和度、电阻率)，通过处理含油气储层的电磁测井数据，根据电磁测井数据的电阻率和步骤(f)获得的含油气储层的岩芯在不同含油气饱和度条件下的电阻率来标定含油气储层在钻井位置的含油气饱和度。然后通过电阻率曲线和含油气饱和度的交汇图上数据的分布规律，寻早最佳拟合交汇图上数据分布规律的曲线及其数学表达式，获得含油气储层的电阻率与含油气饱和度的关系式，如图7b拟合的实心曲线(非线性关系式，比如指数关系式或双曲线关系式)所示；

(i)根据步骤(g)标定的含油气储层在钻井位置的孔隙度和所获得的含油气储层的纵波波阻抗与孔隙度的关系式，以及步骤(d)反演出的含油气储层的波阻抗三维分布值计算出储层的总体孔隙度及其分布特征；

(j)根据步骤(h)标定的含油气储层在钻井位置的含油气饱和度和所获得的含油气储层的电阻率与含油气饱和度的关系式，以及步骤(e)反演出的含油气储层的电阻率三维分布值计算储层的总体含油气饱和度及其分布特征；

(k)根据步骤(c)获得的含油气储层的总体积和步骤(i)计算出的储层的总体孔隙度及其分布可以计算出含油气储层的总流体体积及其在三维空间上的分布；

(l)根据步骤(j)计算出的储层的总体含油气饱和度及其分布和步骤(k)计算出的含油气储层的总流体体积及其在三维空间上的分布就可以计算出含油气储层内的总油气体积或重量(储量)及其在三维空间上的分布，从而实现对含油气储层的总油气储量准确可靠的评估和预测。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.地震电磁复合数据采集系统，其特征在于，包括：地面三维分布的人工震源(1)、地面可控电磁源(2)、地面三维分布的地震数据采集装置(3)、地面三维分布的电磁数据采集装置(4)，还包括井中地震电磁复合信号接收采集短接(5)；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接(5)通过铠装光电复合缆(6)与工区内或井口附近的地面地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器(7)相连接，所述铠装光电复合缆(6)控制井中地震电磁复合信号接收采集短接(5)在井中的深度位置；

所述人工震源(1)为在地面按照预先设计的震源线和震源点激发的震源，震源均匀或非均匀分布，震源为重锤震源、炸药震源、气枪震源、电火花震源、可控震源中的一种；

所述地面可控电磁源(2)，包括在地面按照预先设计布设的大功率偶极电流源或大回线电磁源；

所述地面三维分布的地震数据采集装置(3)，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式地震数据采集单元和地面检波器，所述的地面检波器为单分量或三分量动圈式检波器、压电式检波器、加速度式检波器、MEMS检波器、光纤检波器中一种；地面地震数据采集装置(3)与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器(7)相连接；

所述地面三维分布的电磁数据采集装置(4)，包括按照预先设计的测线和测点布设的有线或无线节点式电磁数据采集单元、三分量磁场传感器和电场传感器；所述的三分量磁场传感器为感应线圈式磁场传感器、磁通门式磁场传感器、MEMS磁场传感器、超导磁场传感器、光纤磁场传感器中的一种；所述电场传感器为硫酸铜、氯化银、纳米材料、钽电容不极化电极对、光纤电场传感器中的一种；地面电磁数据采集装置(4)与地震电磁复合数据采集控制仪器和激光调制解调仪器(7)相连接；

所述井中地震电磁复合信号接收采集短接(5)有多个，在井中呈阵列式分布。

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