储层激电模型的瞬变电磁场模拟

2015-02-20周磊严良俊谢兴兵油气资源与勘探技术教育部重点实验室长江大学湖北武汉430100

长江大学学报(自科版) 2015年11期

关键词：储层

周磊，严良俊，谢兴兵　(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北武汉 430100)

隋俊杰　(中国石化石油物探技术研究院，江苏南京 210000)

储层激电模型的瞬变电磁场模拟

周磊，严良俊，谢兴兵(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北武汉 430100)

隋俊杰(中国石化石油物探技术研究院，江苏南京 210000)

[摘要]在时间域将Cole-Cole模型引入到长偏移距瞬变电磁场的正演模拟中，并验证了算法的正确性。对某油田实际地电模型数值模拟可知，当油气储层存在激电时，电场对激电效应的反映比垂直磁场的时间导数要灵敏，这对指导时域激电和长偏移距瞬变电磁法在油田中的勘探应用具有重要意义。

[关键词]储层；长偏移距瞬变电磁法；时域Cole-Cole模型；激电效应

油气储层的激电效应已在电测井中得到证实，实际的复电阻率勘探中也得到了一些成功的例子[1～5]。但是，目前复电阻率法检测油气仅存在实验基础，机理不明，只是停留在假说阶段。一是电子导电假说，油气田形成后，其所含的烃类物质在温度、压力等条件作用下向上运移，由于浅部是氧化环境，深部是还原环境，通过电化学作用形成了黄铁矿化现象，即“烟囱效应”；据此，通过对黄铁矿化晕空间分布的探测达到检测油气的目的。二是离子导电假说，认为油、水及围岩界面间存在双电层结构，受外电场激发作用，会形成二次场，即产生激电效应，观测二次场可进行油气直接评价。无论上述哪种假说，对于深部的油气储层，要求激发电流有一定的强度，否则难以观测到二次场。通常接地电偶源的激发电流要比磁偶源强几个数量级，因此，目前在油气检测与监测中都毫无例外地采用接地长导线源。

为了探讨时间域激电法油气检测和长偏移距瞬变电磁阵列油藏动态监测的可行性与有效性，研究储层激电模型的电偶源瞬变电磁激发的电磁场变化特征有重要的实际意义。笔者采用正弦变换实现电偶源瞬变电磁场正演模拟，然后在时间域采用Guptasarma D.的算法[6]将激电效应加入到储层模型的正演模拟中，分析油气储层的激电效应对瞬变电磁场的影响，这对长偏移距瞬变电磁法在油田勘探中的应用具有巨大的推动作用。

1方法原理

1.1长偏移距瞬变电磁法原理

根据文献[7]推导出电偶源在层状各向同性介质上的频率域电磁场的表达式为：

其中：

式中：Ex为电场强度，V/m；PE为偶极矩，A·m；μ0为磁导率，H/m；w为角频率，rad/s；λ为积分变量；J0、J1分别为0阶和1阶的第一类贝塞尔函数；r为偏移距，m；ki为波数；i=1,2,…,N为层数；θ为角度，(°)；Hz为垂直磁场强度，A/m；hi为第i层的厚度，m；ε为介电常数，F/m；ρi为第i层电阻率，Ω·m。

根据频率域电磁场与时间域电磁场的关系[8]，采用正弦变换得到时间域的电磁场，将激电信息采用D.Guptasarma的算法在时间域将Cole-Cole模型引入到正演中，从而得到带激电效应的瞬变电磁场。

1.2时域Cole-Cole模型

根据文献[6]提出的数字滤波算法，得到Cole-Cole模型的时变电阻率的表达式为：

其中：

式中：ρ(t) 为考虑极化效应时的电阻率，Ω·m；t为时间，s；ρ(0)为零频电阻率，Ω·m；m为极化率；φk为滤波系数；τ为时间常数，s；c为频率相关系数；ak为滤波计算结点;Re(wk)为(wk)的实部。

2数值模拟及算法验证

为了验证时域Cole-Cole模型引入算法的正确性，笔者采用在频率域将Cole-Cole模型引入然后再转换到时间域的结果来验证。根据某油田实际测井曲线得到实际地电参数为：第1层电阻率为30Ω·m，厚度为1440m；第2层电阻率为3Ω·m，厚度为130m；其中第2层为油层，底层电阻率为30Ω·m；采用偶极偶极发射装置，发射电流为1A，偏移距为4000m。计算时第2层的激电参数为：c=0.25，m=0.5，τ=10s，计算结果如图1所示，可以看出，Cole-Cole模型无论是在时间域引入还是从频率域引入，计算的电场分量和垂直磁场的时间导数基本是重合的，这也进一步说明时域Cole-Cole模型引入的正确性。

图1　时间域Cole-Cole模型与频率域Cole-Cole模型对比图

为了进一步探讨长偏移距瞬变电磁法对油气储层激电效应的分辨能力，计算时保证其他参数不变，只改变储层的极化率，即当储层不存在极化时(m=0)和存在极化时(m=0.5)。图2给出了油气储层有无极化时的对比图，可以看出，当油气储层存在极化时，电场的振幅曲线比不存在极化时振幅曲线在0.04～0.4s范围内要低，其他时间范围内电场振幅曲线重合，由此可判断出电场振幅曲线的变化主要是由油气储层激电引起的；垂直磁场的时间导数在油气储层有无极化时变化不明显，这说明水平电场对油气储层的激电效应反应较灵敏，而垂直磁场时间导数对油气储层的激电效应反应不灵敏，这对指导时域激电和长偏移距瞬变电磁法在油田中的勘探应用具有重要意义。