專利名稱：在電磁成像勘探中用于除去導電套管以及井眼和地面多相性的影響的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于表征油氣層和地下含水層的電磁成像勘探。

背景技術(shù)：
與使用這些電磁成像技術(shù)的當前的勘探方法有關(guān)的主要爭論點中的一個是鋼套管對由井眼傳感器測量的場的影響。這已經(jīng)在包括在美國專利6,294,917的文獻評論中進行了詳細的說明，該專利通過引用在此并入，該專利還提供了一種用于計算數(shù)據(jù)比值以除去鋼套管的影響的方法。當任何源或傳感器位于地球表面時，問題還與近地表多相性相關(guān)聯(lián)。對于大地電磁測量來說，這些影響在地面EM測量中的示例可以在1992年Geophysics，57，603-622中Torres-Verdin，Carlos和Bostick，F(xiàn)rancis.X.的Principles ofspatial surface electric field filtering in magnetotelluricsElectromagnetic arrayprofiling(EMAP)得到，而對于采用接地源的瞬態(tài)EM測量來說，可以在1992年Strack，K.M.的Exploration with Deep Transient Electromagnetics，1989年Elsevier，Amsterdam和Newman，G.A.的Deer transient electromagneticsoundings with a grounded source over near surface conductorsGeophys.J.Int.，98，587-601中得到。因為近地表多相性以及諸如管道、金屬柵欄和建筑物的人工結(jié)構(gòu)可能影響STB或BTS測量，因此除去這些影響的方法將有助于提高圖像精度。
美國專利6,393,363中說明了另一個方法，所述方法詳細地說明了用于校正在鋼套管井中采集的數(shù)據(jù)以產(chǎn)生沒有套管影響的“校準”數(shù)據(jù)集的基于數(shù)字模擬的方法。然而，這種方法依賴于包圍井的地電結(jié)構(gòu)的先驗知識，并且由不正確的模型假設(shè)引入的校準數(shù)據(jù)的誤差度是未知的。雖然在美國專利6,294,917中概述的比值法具有降低用于成像的數(shù)據(jù)的信噪比的缺點，但是所述方法對使用者試圖進行成像的結(jié)構(gòu)沒有進行假設(shè)。
因此，期望提供一種用于減少由近地表多相性引起的失真并且除去井眼內(nèi)的鋼套管的影響的改進的系統(tǒng)和方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供用于井間、地面到井眼、和井眼到地面測量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和流程來解決上述需要，鋼套管的影響將通過所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和流程被降低或除去，并且如果不是完全被除去，由近地表多相性引起的失真被顯著減小。處理流程包括兩個部分1)預反演數(shù)據(jù)簡化，和2)數(shù)據(jù)反演方法。說明兩種類型的比值歸一化技術(shù)，所述歸一化技術(shù)對于所有其它傳感器組合使用恒定參考發(fā)射器和/或接收器位置以計算比值；和多偏移數(shù)據(jù)比值結(jié)構(gòu)。除了在涵蓋比值技術(shù)的美國專利6,294,917中公開之外，如這里所公開的，a)概述了用于從數(shù)據(jù)比值生成電阻率圖像的詳細處理/成像方案，和b)擴展所述技術(shù)以涵蓋STB和BTS結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供了一種用于表征儲層的系統(tǒng)和方法，所述方法包括以下步驟通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)；將歸一化的電壓數(shù)據(jù)分選到公共接收器剖面中；對于接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣；在離散的發(fā)射器位置處對數(shù)據(jù)進行粗再采樣；定義用于反演的起始模型；通過因子對數(shù)據(jù)進行加權(quán)；將歸一化的電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比值；使用比值反演方法計算電導率圖像；以及確認反演已經(jīng)收斂并且圖像在地質(zhì)學上是合理的。
以上已經(jīng)概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點以可以更好地理解以下本發(fā)明的詳細說明。以下說明形成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題的另外的特征和優(yōu)點。



當結(jié)合附圖閱讀時，將從本發(fā)明的具體實施例的以下詳細說明更好地理解本發(fā)明的上述及其它特征和方面，其中 圖1A-1C說明了源-接收器采集幾何結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電磁測量系統(tǒng)的局部簡化俯視圖； 圖3示出了受到根據(jù)本發(fā)明的實施例的電磁分析的地質(zhì)構(gòu)造的立體圖； 圖4A和圖4B示出了用于解釋單比(single ratio)和交比的井間幾何結(jié)構(gòu)； 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例構(gòu)造的過程； 圖6示出了用于圖7和8中所示的敏感度研究的模型； 圖7A和圖7B示出了用于圖6中所示的井間陣列結(jié)構(gòu)的歸一化靈敏度圖像； 圖8A和圖8B示出了圖6中所強調(diào)的地面到井眼陣列結(jié)構(gòu)的歸一化靈敏度圖像； 圖9A示出了在接收器井下有鋼套管的情況下未處理的井間數(shù)據(jù)； 圖9B是應(yīng)用圖9A中所示的雙STRL比值技術(shù)的結(jié)果； 圖10A示出了由比值數(shù)據(jù)的反演生成的圖像； 圖10B是由基于模型的校準數(shù)據(jù)的反演產(chǎn)生的圖像；以及 圖11A和圖11B對于如這里所述計算的圖10A和圖10B中的圖像示出了百分比數(shù)據(jù)殘差。

具體實施例方式 以下參照附圖，其中所畫的元件沒有必需按照比例繪制，并且在整個幾幅圖中，相同或類似的元件由相同的附圖標記表示。
如圖1A-1C中所示，本發(fā)明涉及井間(CB)(圖1A)、地面到井眼(STB)(圖1B)、和井眼到地面(BTS)(圖1C)電磁(EM)成像勘探，通過所述電磁成像勘探，一系列電偶極子或磁偶極子源20在井眼內(nèi)、地球的表面上、或近海底被激發(fā)，并且通過接收器24在不同的井眼內(nèi)、地球的表面或海底得到磁場和/或電場的測量值。要注意的是井眼可以是裸眼的、下有諸如玻璃纖維的非導電襯管的套管、或下有諸如鋼的導電材料的套管。勘探的目的是以非侵入的方式提供地層電阻率的圖像，包括諸如含烴儲層、注氣層、和淡水層的電阻器、和諸如由于鹽水、礦化層、和頁巖及粘土的存在而產(chǎn)生的導體的位置。這些圖像允許表征油氣層和地下水含水層、定位死油、監(jiān)測儲層開采、注地下水和注氣過程、和對進入到含水層的鹽水侵入進行成像。
參照圖3，被分析的地質(zhì)構(gòu)造10包括整體由12a和12b示出的一個或多個井眼和目的儲層源，在此示例中，一個或多個油氣儲層整體由14a和14b示出。通常，井眼12a和12b中的至少一個下有導電襯管16a和16b的套管。在美國專利第6,294,917號中說明了用于分析地質(zhì)構(gòu)造的設(shè)備，因此為了簡化起見在此沒有重復說明。如圖1中所示，除了設(shè)置在井眼內(nèi)的發(fā)射器和/或接收器之外，地質(zhì)構(gòu)造10的分析還可以采用地球的表面上的發(fā)射器和/或接收器。
例如，如圖2中所示，在使用具有設(shè)置在其內(nèi)的導電襯管216的單個井眼212確定地質(zhì)構(gòu)造的特征的另一個實施例中，發(fā)射器220可以位于包圍井眼212的地質(zhì)構(gòu)造的地面上。一個或多個接收器224設(shè)置在井眼212內(nèi)。在此結(jié)構(gòu)中，接收器可以位于井眼212內(nèi)的諸如Rj和Rj+i的不同位置處。發(fā)射器220從井眼212的軸線徑向地移動到不同的位置。可選地，發(fā)射器位置可以位于井眼212內(nèi)，而接收器位置位于地層的地面上。
當前，井間數(shù)據(jù)的處理包括兩個主要步驟。第一步驟涉及將從在下有鋼套管井或‘裸眼井’內(nèi)的測量電壓的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成將在裸眼井中測量的磁場。此步驟包括對井的幾何結(jié)構(gòu)進行校正(以下在處理說明中提供更多細節(jié))，并且涉及使用如美國專利6,393,363中所述的起始模型或地電模型。第二步驟涉及對校正的數(shù)據(jù)做‘反演’以生成電阻率的2D(或3D)圖像。實現(xiàn)這種成像過程的一個方法是通過以數(shù)值的方式最小化以下成本函數(shù)的計算機算法 這里Hi的形式是長度Nd的測量數(shù)據(jù)的矢量(H)，Si(m)值表示由說明2D或3D地質(zhì)構(gòu)造的正演模擬算法計算的數(shù)值數(shù)據(jù)的矢量(S(m))，m是在將被重構(gòu)井之間和在所述將被重構(gòu)井周圍的不同位置處的電阻率的模型矢量，而Wd是可以包括關(guān)于統(tǒng)計感測中的數(shù)據(jù)的質(zhì)量的信息的數(shù)據(jù)加權(quán)矩陣。對于電磁數(shù)據(jù)來說，S(m)與m之間的關(guān)系是非線性的，并因此通過使當前模型線性化并對最新模型進行迭代求解來迭代求解反演。求解該問題的一個方法是使用如1998年Geophys.J.Int.，134，213-227中Farquharson，C.G.，和Oldenburg，D.W.的Non-linear inversion using general measures of data misfitand model structure所概述的方法，藉此，使用以下公式求解最新模型 這里mp是在第p次迭代時求解的最新模型，mp-1和S(mp-1)是來自前一次迭代的模型和預測數(shù)據(jù)，而mref是在開始反演過程之前用于盡可能接近實際模型的參考模型或先驗模型。J是使數(shù)據(jù)中的小變化與模型參數(shù)中的小變化有關(guān)的雅可比矩陣或靈敏度矩陣，即 其中，i表示第i次預測數(shù)據(jù)值，而q是第q次模型參數(shù)。要注意的是λWm是約束矩陣，而Rd和Rm是重新加權(quán)矩陣的數(shù)據(jù)和模型，引入所有這些參數(shù)以將模型和成本函數(shù)約束成具有一定特性，并且所有這些參數(shù)對這里所述的數(shù)據(jù)比值方法都不重要?？傊⒁獾氖欠囱菟惴ū辉O(shè)計成以迭代數(shù)值的方式確定從一個迭代到下一次迭代減少由方程(1)給出的范數(shù)的模型。當由方程(1)測量的范數(shù)收斂時，或者達到預定迭代次數(shù)時，迭代過程結(jié)束。對于所采用的反演技術(shù)的更多細節(jié)參見1998年GeophysJInt.，134，213-227中Farquharson，C.G.和Oldenburg，D.W.的Non-linear inversion usinggeneral measures of data misfit and model structure和2005年Abubakar，A.，Habashy，T.M.，Druskin，VL.，Alumbaugh，D.，Zhang，P.，Wilt，M.，Denaclara，H.，Nichols，E.和Knizhnerman，L在2005Annual Meeting of the Society ofExploration Geophysicists中.提出的A fast and rigorous 2.5D inversionalgorithm for cross-well electromagnetic data。
如美國專利6,294,917以及在專利中強調(diào)的出版物(例如，1994年Geophysics，59，378-390中Wu，X.和Habashy，T.的Influence of steel casingson electromagnetic signals；1991年在1991 Annual Meeting of the Society ofExploration Geophysicists中Uchida，T.，Lee，K.H.和Wilt，M.提出的Effect of asteel casing on crosshole EM measurements)中所述，當在一口井(例如，如圖4A中所示的接收器井)下有導電襯管的情況下在井間模式中采集數(shù)據(jù)時，產(chǎn)生的測量值只不過是復套管變形系數(shù)和所希望取得的地層響應(yīng)的乘積，即， 這里，Hi，kc表示對于圖4A中的第i個發(fā)射器和第k個接收器進行的測量值，Hi，k0是取得的地層響應(yīng)，而

是對于第k個接收器位置來說的套管變形參數(shù)。類似地，如果兩口井都如圖4B中所示下有導電襯管，則，表達式變?yōu)? 其中，這里

是與第i個發(fā)射器位置相關(guān)聯(lián)的套管變形參數(shù)。要注意的是γ’s也可以表示由近井眼結(jié)構(gòu)、或在STB或BTS測量情況下的地表多相性和人工地物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的失真。
美國專利6,294,917概述了一種計算測量數(shù)據(jù)比值以除去套管變形的方法。例如，為了除去由包圍圖4A中的第k個接收器的導電襯管產(chǎn)生的套管變形，可以在利用位于i和j發(fā)射器位置處的發(fā)射器采集的兩個數(shù)據(jù)點之間計算比值以產(chǎn)生新的‘單比’(SR)數(shù)據(jù)。明確地，此比值由以下公式給出 類似地，如果兩個套管都如圖4B導電，則可以計算將利用兩個發(fā)射器和兩個接收器位置的四個測量值合并成沒有套管影響的單個數(shù)據(jù)的交比(DR)。
雖然只要數(shù)據(jù)遵從方程(6)或(7)都可以使用所述數(shù)據(jù)的任何組合，但是當前采用兩種類型的比值?！畣蝹€發(fā)射器/接收器位置’(STRL)比值使用利用位于兩個井內(nèi)(或地面上)的恒定參考位置處的發(fā)射器和/或接收器采集的數(shù)據(jù)以歸一化所有其它測量值。例如，在圖4A和圖4B中，將采用t0發(fā)射器和r0接收器位置歸一化所有數(shù)據(jù)點，并因此方程(6)和(7)中的j和l值是恒定的?？蛇x的方法是使用發(fā)射器和接收器的所有可能組合以生成比值數(shù)據(jù)。因為與原始數(shù)據(jù)集相比，此過程產(chǎn)生更多的比值，這被稱為‘最大數(shù)據(jù)’(MD)比值公式化。
通過取得這些比值，基本上已經(jīng)改變了數(shù)據(jù)并且對所述數(shù)據(jù)做了反演，因此方程(1)中給出的成本函數(shù)必須改變。對于單比，成本函數(shù)變成 其中，NR表示接收器的數(shù)量，而總和

表示對于固定接收器位置k來說給定的一組發(fā)射器對(i，j)的總和。這將被稱為單比I成本函數(shù)。要注意的是數(shù)據(jù)加權(quán)

現(xiàn)在是基于比值中估計的噪點，而不是基于原始數(shù)據(jù)值。類似地，交比成本函數(shù)由以下公式給出 其中取決于是否采用STRL或MD比值公式，符號∑f(i，j；k，l)表示發(fā)射器和接收器的適當組合的總和。這種成本函數(shù)將被稱為表示用于對數(shù)據(jù)做反演的交比I方法。以下在被稱為“可選成本函數(shù)”的部分中說明在反演中使用的另外一組成本函數(shù)。
一個另外的旁注是除了除去套管變形系數(shù)之外，比值技術(shù)還取消了將所測量的電壓轉(zhuǎn)換成電場/磁場的需要。因此，可以將所述比值直接應(yīng)用到原始數(shù)據(jù)，而不是必需通過校正程序運行測量的電壓以將所測量的電壓轉(zhuǎn)換成電磁場。
在已經(jīng)計算比值之后，使用以上簡短說明的數(shù)值方法對所述比值做反演，并且更詳細的說明見1998年Geophys，JInt.，134，213-227中Farquharson，C.G.和Oldenburg，D.W.的Non-linear inversion using general measures of datamisfit and model structure和2005年Abubakar，A.，Habashy，T.M.，Druskin，V.L.，Alumbaugh，D.，Zhang，P.，Wilt，M.，Denaclara，H.，Nichols，E.和Knizhnerman，L.在2005 Annual Meeting of the Society of ExplorationGeophysicists提出的A fast and rigorous 2.5D inversion algorithm forcross-well electromagnetic data。
另外的復雜化是因為數(shù)據(jù)包括場值的比值，而不是包括電磁場本身，因此雅可比矩陣的計算更加繁重。使用鏈式法則計算單比雅可比矩陣以生成以下公式 而交比雅可比具有以下形式 要注意的是這些公式簡單地包括對于具有由方程(3)定義的標準雅可比矩陣元素的不同發(fā)射器/接收器組合所計算的場的乘積。對于計算效率，可以一次計算并儲存標準雅可比矩陣，然后用代數(shù)方式與如方程(10)和(11)中所述的在接收器處計算的場值合并。此避免了必需多次重新計算標準雅可比矩陣的一些元素。
可選成本函數(shù) 在方程(8)和(9)中定義的成本函數(shù)由比值本身直接推導出。然而，這些函數(shù)可能不會提供用于對數(shù)據(jù)做反演的最穩(wěn)健的方法。因此，要發(fā)展的是根據(jù)穩(wěn)定性和穩(wěn)健性提供不同特征的另外的成本函數(shù)。令下標i和j表示發(fā)射器編號，下標k和l表示接收器編號。NR是接收器的總數(shù)，而NS是發(fā)射器的總數(shù)。
單比 使用方程(6)中定義的單比，通過最小化以下成本函數(shù)對未知的模型參數(shù)做反演 總和

表示對于固定接收器位置k來說所有發(fā)射器對(i，j)的總和。要注意的是除了利用

代替

之外，此方程非常類似于方程(8)。此方法被稱為單比II方法。
以上成本函數(shù)的缺點在于所述成本函數(shù)由于獲得所測量的數(shù)據(jù)的比值而放大了數(shù)據(jù)中的噪點的影響?？梢詼p小噪點影響的成本函數(shù)的替代形式由以下給出 此方法被稱為單比III方法。要注意的是通過因子

來歸一化數(shù)據(jù)不符值，實際上，套管對在第k個接收器處測量的所有數(shù)據(jù)的影響顯著地降低了。
交比 在這種情況下，并且通過使用交比方法，通過最小化以下成本函數(shù)對未知的模型參數(shù)做反演 符號∑f(i，j；k，l)表示所有發(fā)射器-接收器對的總和。此方法被稱作為交比II方法，除了利用

代替

之外，該方法類似于方程(9)中所提供的成本函數(shù)。
以上成本函數(shù)的缺點在于所述成本函數(shù)由于獲得測量數(shù)據(jù)的比值而放大了數(shù)據(jù)中的噪點的影響?？梢詼p小噪點影響的成本函數(shù)的替代形式由以下給出 其中

表示對于固定接收器對(k，l)來說所有發(fā)射器對(i，j)的總和，而

表示所有接收器對(k，l)的總和。要注意的是通過因子

歸一化數(shù)據(jù)不符值，實際上，套管對在k-1接收器對處測量的所有數(shù)據(jù)的影響降低。這種方法被稱為交比III方法。
因為已經(jīng)提供了背景信息，所以限定的是用于由利用CB、STB或BTS結(jié)構(gòu)測量的、包括由導電襯管或近傳感器多相性引起的失真的未校準的電壓數(shù)據(jù)生成電導率圖像的數(shù)據(jù)處理流程。圖5提供了顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的過程的流程圖。
在步驟301中，電壓通過磁場在接收器螺線管中感生，所述磁場由被與被研究的介質(zhì)相互作用的已知電流I激勵的源(線圈、螺線管或電偶極子)生成。磁測量的電壓的強度取決于發(fā)射器磁矩(moment)，所述發(fā)射器磁矩是未知的，但與電流(I)線性成比例。為了基于恒定發(fā)射器磁矩校正測量的電壓數(shù)據(jù)，需要通過跟蹤(track)所述磁矩的一些值來歸一化所述測量的電壓數(shù)據(jù)。這可以是發(fā)射器電流、或與磁矩成比例的諸如在繞著發(fā)射螺線管纏繞的第二螺線管內(nèi)生成的電壓，或在放置在非常靠近源的接地點之間得到的電壓測量值的其它測量值。
在步驟302中，將歸一化的電壓分類到公共接收器‘集合(gathers)’或‘剖面(profile)’。接收器集合(或剖面)包括在井間EM勘探期間利用固定在給定深度處的接收器得到的測量值。因為雖然接收器以已知距離(例如，5m)被分離，并且被定位在離散的位置處，但是在利用源對發(fā)射器井進行測井的同時幾乎連續(xù)采集數(shù)據(jù)，因此可以采用此步驟。此過程比接收器位置產(chǎn)生更多的源。此外，由于測井速度的變化、錯誤定位、電纜拉伸等，源位置可能從一次下入到下一次下入而稍微變化，因此對于每一個接收器來說發(fā)射器位置可以不同。要注意的是，當源在地球的表面上時，因為可以在任何時候再占據(jù)精確的同一源位置，因此此步驟可以是不必需的。
在步驟303中，執(zhí)行數(shù)據(jù)的密集發(fā)射器再采樣。因為在每一個接收器具有不同發(fā)射點的情況下不可能計算交比，所以需要對一組公共發(fā)射器位置將數(shù)據(jù)再采樣/內(nèi)插。這包括對所有接收器剖面首先限定公共發(fā)射器深度間隔。接下來，在所有剖面中確定最小空間采樣間隔，并且對所有剖面使用所述最小空間采樣間隔限定所采用的發(fā)射器位置；這些位置被稱作為‘全局’發(fā)射器位置。最后一個步驟使用樣條技術(shù)以將來自實際測量位置的數(shù)據(jù)內(nèi)插到全局位置。對于例如在井間測量中獲得的密集采樣發(fā)射器位置來說，此處理過程引入對剖面的最小改變，同時為所有接收器位置提供公共發(fā)射器陣列。要注意的是，當源和接收器都部署在離散的位置時，可以沒有必要將此步驟應(yīng)用到STB勘探。
在步驟304中，剔除來自每一個接收器集合的異常值。可以手動地、或使用‘脈沖鈍化’計算機算法進行此步驟。
在步驟305中，在離散的發(fā)射器位置處對數(shù)據(jù)進行粗再采樣。這包括使用相鄰發(fā)射器點之間的近似等于所采用的最小接收器采樣間隔的深度間隔選擇自步驟303輸出的值的子集。例如，如果來自步驟303的輸出使用0.25m的密集采樣間隔，并且最小接收器間距是2.5m，可以選擇發(fā)射數(shù)據(jù)以每第十個數(shù)據(jù)點的方式進行粗再采樣，這將在每2.5m處產(chǎn)生發(fā)射器。
在步驟306中，生成/定義用于反演的起始模型。如果數(shù)據(jù)僅從采集井間數(shù)據(jù)的兩口井獲得，則此步驟包括通過生成井之間或井周圍的空間內(nèi)的每一個點處的電導率的估計，從這些井取得所有可獲得的地質(zhì)信息、巖石物理信息、和地球物理信息。如果例如可從多口井、地震數(shù)據(jù)等獲得更多數(shù)據(jù)，則電導率估計用于三維容量。這種‘起始模型’表示在對井間或STB數(shù)據(jù)做反演之前電導率結(jié)構(gòu)是什么樣的最佳估計，并且可以使用從諸如兩個電阻率測井圖之間的橫向內(nèi)插的簡單技術(shù)到諸如使用地質(zhì)模型軟件包(例如，Petrel(www slb.com/content/services/software/geo/Petrel/))的更加復雜的技術(shù)的范圍內(nèi)的各種方法得到所述‘起始模型’。
在步驟307中，應(yīng)用數(shù)據(jù)加權(quán)?？梢允褂貌煌愋偷臄?shù)據(jù)加權(quán)。最普遍地，通過基本上由最大測量振幅的一定百分比給出的測量值內(nèi)的估計噪點對數(shù)據(jù)進行加權(quán)。通常使用的第二種方法是由數(shù)據(jù)振幅的一定百分比對每一個數(shù)據(jù)點進行加權(quán)。
在步驟308中，歸一化的電壓和/或校準場值被轉(zhuǎn)換成比值。對于示出如何使用現(xiàn)場數(shù)據(jù)計算單比的示例來說，請參見圖4A，其中，接收器位于鋼套管井內(nèi)，而發(fā)射器位于裸眼井內(nèi)。假設(shè)接收器位于由‘k’表示的位置處，并且獲取利用在位置‘i’和位置‘j’處的發(fā)射器采集的數(shù)據(jù)之間比值。從方程(4)，測量場可以被寫成為復套管變形系數(shù)和將要獲取的地層響應(yīng)的乘積，即 為了除去套管因素，獲取兩個場之間的比值 這種單比提供當前沒有套管變形效應(yīng)并且可以用于解釋的值。類似地，還可以計算交比場。
在步驟309中，根據(jù)所采用的成本函數(shù)計算雅可比矩陣的適當形式。在此方案中首要任務(wù)是計算為電磁場推導出的雅可比Ji，l；q，其中i表示源位置，l表示接收器位置，而q是對其確定數(shù)據(jù)的敏感度的模型參數(shù)。要注意的是使用“伴隨矩陣”方法計算Ji，l；q，并且對于類似電磁場反演方案如何計算此矩陣的示例可以在Newman和Alumbaugh(1997)中找到。假定這種背景，對于方程(3)中所示的成本函數(shù)的單比雅可比被給出為 對于方程(7)來說，雅可比為 而對于方程(8)中給出的成本函數(shù)來說，雅可比為 對于方程(4)中所示的交比成本函數(shù)來說，雅可比被給出為 對于方程(9)，雅可比為 而對于方程(10)中的成本函數(shù)來說雅可比為 在步驟310中，所述過程驗證兩個反演都已經(jīng)適當?shù)厥諗?，并且產(chǎn)生的圖像在地質(zhì)學上是合理的。使用數(shù)據(jù)不符值的測量以測量反演是如何很好地收斂，所述數(shù)據(jù)不符值是正在做反演的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與計算的模型響應(yīng)之間的差。顯而易見，不符值越小，生成的模型可以更好地解釋現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并且通常有益的是，數(shù)據(jù)不符值接近噪點水平的RMS估計值。確定產(chǎn)生的圖像是否在地質(zhì)學上是合理的非常主觀，并且當前涉及的是解釋者使用其地質(zhì)、工程及其它地球物理學知識評價圖像來查看結(jié)果是否有意義。如果這些測量值都不滿足或者所述測量值中只有一個滿足，則使用者可以修改起始模型、井幾何結(jié)構(gòu)、或數(shù)據(jù)加權(quán)并且返回反演。
模擬研究和現(xiàn)場數(shù)據(jù)反演示例可以用于證明本發(fā)明。模擬研究研究兩種采集幾何結(jié)構(gòu)，CB和STB結(jié)構(gòu)。分析涉及使用通過繪制作為位置函數(shù)的JTJ矩陣的主對角線的平方根提供的‘靈敏度圖像’。這可以被認作為在圖像域內(nèi)給定點處被求和的靈敏度，其中，求和于所有發(fā)射器-接收器組合上發(fā)生，并且提供評價具體陣列幾何結(jié)構(gòu)對圖象域中不同點處的地質(zhì)的靈敏程度的定量方法。在兩種情況下，假設(shè)地質(zhì)是二維的，并且在垂直于圖像平面的方向上為不變量。此外，比較用于其中電磁場反向的標準反演程序的靈敏度圖像和由比反演方法生成的靈敏度圖像。圖6中示出了在此靈敏度研究中所采用的模型。要注意的是這示出了地面到井眼以及井間結(jié)構(gòu)。
圖7A和圖7B示出了對標準井間反演(圖7A)以及使用STRL歸一化方法的交比(圖7B)的靈敏度圖像。對于STRL交比，在歸一化過程中所使用的發(fā)射器和接收器位于2300m深度處。垂直白色帶是包括31個源(右井眼)和31個接收器(左井眼)的井眼位置。還要注意的是這些靈敏度圖像的等級在0-0.6的范圍內(nèi)；最大值是1.0，但是這里等級已經(jīng)擴大到顯示井之間的更多特征。
所述結(jié)果顯示雖然用于比值反演的最大歸一化靈敏度在井之間的區(qū)域內(nèi)是比EM場的標準反演的因子小1.5-2倍的因子，但是已經(jīng)顯著降低了對近井眼的靈敏度。事實上，對于比值反演，最大值1僅在參考傳感器位置處存在于井眼附近，而對于標準反演過程來說，值1或接近1的值幾乎沿著整個井長度存在。因此，比值過程不僅除去由套管引起的失真，而且除去對近井眼多相性的靈敏度。
圖6A和6B示出了對于STB結(jié)構(gòu)的靈敏度圖像。橫向綠色帶條表示21個橫向磁偶極子源的位置，而藍色垂直線表示31個垂直磁場井眼接收器的位置。圖6A顯示在標準結(jié)構(gòu)中的靈敏度圖像，高靈敏度存在于地面附近。這表示數(shù)據(jù)的大變化可能是由近地面多相性以及由諸如管、金屬柵欄、建筑的人工地物產(chǎn)生。然而，如圖6B中所示，單個STRL比值技術(shù)顯著地減少對這些近地表特征的靈敏度，同時將靈敏度聚集在目的層內(nèi)的井眼周圍的介質(zhì)中。
圖9-11顯示在接收器井下有鋼套管的情況下將雙STRL比值反演應(yīng)用到CB數(shù)據(jù)的結(jié)果。圖9A顯示原始數(shù)據(jù)；橫向帶條是使測量電壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生失真的套管內(nèi)的多相性的結(jié)果。圖9B顯示應(yīng)用交比的結(jié)果。要注意的是帶條幾乎被整個除去。歸一化位置在發(fā)射器井和接收器井中分別在1240m和1227m處。
圖10A顯示使用比值法的反演結(jié)果，而在圖10B中，顯示了由通過美國專利6,393,363中所述的基于模型方法被校準的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的圖像；這兩個圖像都使用在1998年GeophysJInt.，134，213-227中Farquharson，C.G等人的Non-linear inversion using general measures of data misfit and model structure所概述的算法，該文獻通過引用在此并入。要注意的是兩個圖像非常類似，但是具有可辨別的差異。然而，對于比值反演結(jié)果來說，被定義為100*(測量數(shù)據(jù)-計算數(shù)據(jù))/測量數(shù)據(jù)的百分比殘差顯示如它們應(yīng)該顯示的類隨機特性(圖11A)，而對于基于模型的方法來說，顯示分布(圖11B)，殘差表示非隨機偏差。所述非隨機偏差表示校準數(shù)據(jù)已經(jīng)很有可能由于在校正方案中所采用的錯誤模型而產(chǎn)生偏差。因此，圖11A是可以更接近真電阻率分布的圖像。
要注意的是本發(fā)明可以說明諸如比較、確認、選擇、識別的術(shù)語、或與操作者相關(guān)聯(lián)的其它術(shù)語。然而，對于這里所述的形成實施例中的至少一個的部分的至少多個操作來說，由操作者進行的動作是不期望的。所述操作部分地是處理電信號以生成其它電信號的機器操作。
從本發(fā)明的具體實施例的以上詳細說明，顯而易見的是已經(jīng)公開了具有新穎性的用于表征油氣層和地面含水層的系統(tǒng)和方法。雖然這里已經(jīng)相當詳細地公開了本發(fā)明的具體實施例，但是公開這些僅僅是用于說明本發(fā)明的各種特征和方面，而不是旨在相對于本發(fā)明的保護范圍限制本發(fā)明。要認識的是各種替換、變化、和/或修改包括但不限于可能已經(jīng)在這里所建議的這些實施變化，在不背離由以下所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和保護范圍的情況下可以對公開的實施例進行各種替換、改變、和/或修改。
權(quán)利要求
1.一種用于表征儲層的方法，包括以下步驟
通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)；
將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)分選到公共接收器剖面中；
對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣；
在離散的發(fā)射器位置處對所述數(shù)據(jù)進行粗再采樣；
定義用于反演的起始模型；
通過因子對所述數(shù)據(jù)進行加權(quán)；
將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比值；
使用比值反演方法計算電導率圖像；以及
確認反演已經(jīng)收斂并且所述圖像在地質(zhì)學上是合理的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括以下步驟
從所述接收器剖面中的每一個剔除異常值結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟
顯示所述電導率圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過跟蹤發(fā)射器磁矩的值來執(zhí)行所述通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的步驟，其中，所述值是測量的發(fā)射器電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過跟蹤發(fā)射器磁矩的值來執(zhí)行所述通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的步驟，其中，所述值是在繞發(fā)射螺線管纏繞的第二螺線管內(nèi)產(chǎn)生的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，公共接收器剖面包括利用固定在給定深度處的接收器在井間電磁勘探、地面到井眼電磁勘探、或井眼到地面電磁勘探中的一個期間得到的測量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的步驟還包括以下步驟
對于所有接收器剖面限定公共發(fā)射器深度間隔；
在所有所述接收器剖面中確定最小空間采樣間隔，并且對于所有接收器剖面使用所述空間采樣間隔限定將要采用的發(fā)射器位置；以及
使用樣條技術(shù)將來自實際測量位置的數(shù)據(jù)內(nèi)插到全局位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述在離散的發(fā)射器位置處對所述數(shù)據(jù)進行粗再采樣的步驟還包括步驟使用相鄰發(fā)射器點之間的深度間隔選擇來自對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的步驟的輸出的值的子集，所述深度間隔近似等于所采用的最小接收器采樣間隔。
9.一種用于表征儲層的系統(tǒng)，包括
多個電磁發(fā)射器和接收器，所述多個電磁發(fā)射器和接收器中的一個或多個設(shè)置在相對于將被表征的所述儲層定位的井眼內(nèi)；
用于通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的裝置；
用于將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)分選到公共接收器剖面中的裝置；
用于對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的裝置；
用于在離散的發(fā)射器位置處對所述數(shù)據(jù)進行粗再采樣的裝置；
用于定義用于反演的起始模型的裝置；
用于通過因子對所述數(shù)據(jù)進行加權(quán)的裝置；
用于將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比值的裝置；和
用于使用比值反演方法計算電導率圖像的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，還包括用于顯示所述電導率圖像的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，用于通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的裝置通過跟蹤發(fā)射器磁矩的值來歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)，其中，所述值是測量的發(fā)射器電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，公共接收器剖面包括利用固定在給定深度處的接收器在井間電磁勘探、地面到井眼電磁勘探、或井眼到地面電磁勘探中的一個期間得到的測量值。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述用于對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的裝置還包括
用于對于所有接收器剖面限定公共發(fā)射器深度間隔的裝置；
用于在所有所述接收器剖面中確定最小空間采樣間隔，并且對于所有接收器剖面使用所述空間采樣間隔限定將要采用的發(fā)射器位置的裝置；和
用于使用樣條技術(shù)將來自實際測量位置的數(shù)據(jù)內(nèi)插到全局位置的裝置。
14.一種在計算機存儲介質(zhì)內(nèi)實施的計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品能夠操作用于表征儲層，并包括以下程序步驟
通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)；
將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)分選到公共接收器剖面中；
對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣；
在離散的發(fā)射器位置處對所述數(shù)據(jù)進行粗再采樣；
定義用于反演的起始模型；
通過因子對所述數(shù)據(jù)進行加權(quán)；
將歸一化的所述電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比值；
使用比值反演方法計算電導率圖像；以及
確認反演已經(jīng)收斂并且所述圖像在地質(zhì)學上是合理的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括從所述接收器剖面中的每一個剔除異常值結(jié)果的程序步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括顯示所述電導率圖像的程序步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，通過跟蹤發(fā)射器磁矩的值來執(zhí)行所述通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的步驟，其中，所述值是測量的發(fā)射器電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，通過跟蹤發(fā)射器磁矩的值來執(zhí)行所述通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)的步驟，其中，所述值是在繞發(fā)射螺線管纏繞的第二螺線管內(nèi)產(chǎn)生的電壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的程序步驟還包括以下程序步驟
對于所有接收器剖面限定公共發(fā)射器深度間隔；
在所有所述接收器剖面中確定最小空間采樣間隔，并且對于所有接收器剖面使用所述空間采樣間隔限定將要采用的發(fā)射器位置；以及
使用樣條技術(shù)將來自實際測量位置的數(shù)據(jù)內(nèi)插到全局位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的計算機程序產(chǎn)品，其中，所述在離散的發(fā)射器位置處對所述數(shù)據(jù)進行粗再采樣的程序步驟還包括使用相鄰發(fā)射器點之間的深度間隔選擇來自對于所述接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣的步驟的輸出的值的子集，所述深度間隔近似等于所采用的最小接收器采樣間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于利用電磁成像勘探表征儲層的方法，所述方法包括以下步驟通過發(fā)射器磁矩歸一化所測量的電壓數(shù)據(jù)；將歸一化的電壓數(shù)據(jù)分選到公共接收器剖面中；對于接收器剖面使用公共位置對發(fā)射器位置進行密集再采樣；在離散的發(fā)射器位置處對數(shù)據(jù)進行粗再采樣；定義用于反演的起始模型；通過因子對數(shù)據(jù)進行加權(quán)；將歸一化的電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比值；使用比值反演方法計算電導率圖像；以及確認反演已經(jīng)收斂并且圖像在地質(zhì)學上是合理的。然后可以顯示圖像。本發(fā)明可以用于井間、地面到井眼、和井眼到地面測量，通過本發(fā)明可以減小鋼套管的影響。
文檔編號G01V3/30GK101796433SQ200880022448
公開日2010年8月4日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者戴維·阿倫鮑, 張平, 愛德華·尼科爾森, 弗蘭克·莫里森, 阿里亞·阿布巴卡, 塔瑞克·哈巴什 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司