海洋可控源电磁法三维数值模拟

 本文利用美国Sandia国家实验室Weiss编写的3D有限差分程序,通过建立的正演模型,开展3D水平电偶源电磁场特征与异常体空间展布特征（几何特征、埋藏特征）关系的实例研究,并对模型进行了正演数值模拟,得到以下几点认识：①同一位置处接收到的电场强度随着异常体半径的增大而增大,高阻体的存在能够增大电场强度,且异常体越大,场强也越大;②归一化后的电场曲线特征表明,随着发射电流频率的降低,异常体引起的异常越来越小;随着异常体半径增大,引起的异常也逐渐增大;③当异常体半径不变而埋深改变时,随着埋深的增加电场强度逐渐减小,对异常体的分辨力越来越小。文中所得结果对MCSEM电磁场基本传播特性的认识和MCSEM观测资料的解释提供了依据。     

海洋可控源电磁勘探技术与装备

近年来在西方海洋油气勘探界已将海洋可控源电磁勘探技术列入正常的勘探程序,要求在深海目标钻探前有海洋可控源电磁资料的评价。而在每年的EAGE、SEG年会上,有关海洋可控源电磁法勘探技术的论文、报告及相关的公司展区,一直是参会代表们关注的热点。这种关注和变化主要源于新开发的海洋可控源电磁法可以提高海上钻探成功率,大大降低钻探风险。国外著名油公司ExxonMobil、Statoil、Shell等进行的海上油气田电磁法现场试验及应用工作,展示了海洋电磁法诱人的应用前景。Morgan Stanley、华尔街期刊等权威经济机构对海洋电磁法商业服务价值的评估,更是推波助澜,使海洋可控源电磁法倍受业界关注。本文在介绍海洋可控源电磁勘探方法、装备、原理、应用的基础上,提出了加快发展我国海洋可控源电磁勘探技术的建议与认识。     

海洋可控源电磁法深海油藏开采监测仿真

海洋可控源电磁法在油气藏开采过程监测方面具有一定的应用价值.基于二维海洋地电模型,利用二维海洋可控源正演程序计算了不同地电模型的电磁响应,对不同环境、不同工作方式下的海洋可控源电磁法监测油气储层开采过程进行仿真分析,对比了"海底发射,海底接收"、"海底发射,井中接收"和"井中发射,井中接收"三种观测方式的监测效果.结果...     

GMECS系统海洋可控源电磁预处理模块

随着海洋物探方法、装备技术、数据处理能力的提升,使得深海油气战略资源勘探成为可能。海洋可控源电磁勘探技术即为满足海底石油、天然气水合物、多金属矿勘探以及海洋环境地质调查等领域需要,逐步发展起来的一种重要的海洋物探技术。海底节点式电磁勘探系统(OBNEM)是东方地球物理公司为开展海洋可控源电磁勘探最新研发的一整套发射、采集系统。为实现配套装备的自主知识产权的实用化数据预处理技术,研发出能提高数据噪声压制能力和时频转换精度的GMECS系统海洋可控源电磁预处理方法,以满足工业生产需求。本文对该预处理模块及其应用效果进行了介绍。     

带地形频率域可控源电磁法三维反演研究

单一的地震勘探不能满足所有地质地形条件下的油气勘探开发需求,试验证明与非地震勘探方法尤其是电磁法的联合应用可以有效提高钻井成功率,而对带地形三维可控源电磁法的正反演研究可以有效克服地形对勘探结果的影响,进一步提高勘探精度。采用基于二次电场的有限差分方法进行三维正演,与前人有限元大地电磁计算的经典地质模型在远区卡尼吉亚视电阻率正演方法相比,结果基本一致,证明该正演算法的可靠性和准确性;应用非线性共轭梯度（NLCG）方法进行三维反演,提出并使用初值优化方法,能减少每次反演迭代所需时间,从而提高反演效率。带地形的地质模型反演结果表明：反演的地下电阻率模型能够较好地还原异常体的形态和位置;初值优化方法能够明显缩短反演时间,为三维反演的实用化带来可能。     

耦合势有限体积法模拟海洋移动导线源三维频率域电磁响应

本文采用耦合势有限体积法建立了一套快速计算海洋移动导线源电磁响应的三维数值模拟技术。基于电场矢势标势分解将Maxwell方程转换为关于矢势和标势的亥姆霍兹方程;采用洛伦兹规范整理得到对称形式的离散系数矩阵。对导线源采用直接离散方法,基于ILUT （Incomplete LU Preconditioner with Threshold）预处理的BICGSTAB （Biconjugate Gradient Stabilized）迭代算法实现离散线性方程的求解。为了减少移动源总的计算时间,提出采用解的初值重置技术加快正演模拟的速度,即利用发射源移动前的电磁场响应作为发射源移动后的离散方程的初始解。数值计算结果表明：对导线源采用直接离散方法,当导线源的长度大于源周围网格长度的4倍以上时,源附近离散误差显著减小;相比常规的直接迭代算法,采用解的初值重置技术能够减少迭代次数、提高正演计算速度。     

可燃冰与油气双储层模型的海洋可控源电磁响应特征模拟分析

利用海洋可控源电磁(MCSEM)法可识别海底电阻率异常体,在海洋油气探测中得到了广泛的应用。基于复杂电性结构海底地层模型,提出一种基于预条件迭代求解的频率域矢量有限元电磁正演模拟方法,基于不完全LU分解的预条件方法,提高了迭代求解效率,层状模型模拟结果验证了方法的有效性。基于结构化任意六面体单元建立了真实的南海某海域地电模型,并针对不同构造矿藏储层特征,分别建立了深埋藏油气储层模型、可燃冰矿体模型及复杂基底地质模型,得到了不同激发、接收模式下的MCSEM响应特征：收发距较小时,地形影响较明显;对于埋藏较浅的可燃冰矿体,收发距较小时异常明显,而埋藏较深的油气储层则在收发距较大时异常明显。     

系统参数对海洋油气可控源电磁勘探的影响

对海洋油气可控源电磁探测仪器研发和勘探方案设计中影响测量结果的主要参数,如收发距、发射天线长度、发射天线高度、发射电流、发射频率、接收天线长度和接收天线高度等进行了理论仿真研究。研究结果表明,无论在深海环境还是在浅海环境,探测系统参数对测量结果均有相似的影响特点,只是影响程度有所差异。发射电流和接收天线长度仅决定信号幅度,两者呈正比关系,收发距和发射频率对测量结果影响最为显著,过大过小都不能得到明显的油气异常,需取中等值。发射天线长度、发射天线高度和接收天线高度对测量结果影响较小,油气引起的电场异常幅度随这3个参数值的增大而逐渐降低,通常这3个参数取值不大,可忽略其影响。在浅海环境下,发射和接收天线可贴近海面布置,此时天线高度仍然较小,这种方式不适用于深海环境。图7参21     

起伏地形对三维可控源电磁响应的影响研究

可控源电磁法是油气和矿产资源勘探的重要手段之一.目前常规可控源电磁数据的资料解释多是假设平坦地形条件,这会导致反演异常体的位置和形态发生畸变,甚至产生虚假异常.为探究起伏地形对三维可控源电磁场传播的影响,提高资料处理解释质量,采用基于非结构化网格的矢量有限元算法,对起伏地形条件下的三维可控源电磁场进行数值模拟研究,讨论...     

海洋可控源电磁勘探技术

随着海洋油气勘探开发由浅水区走向深水区,海洋可控源电磁技术(CSEM)可以有效降低深水勘探的钻探风险,正逐步发挥越来越大的作用。由于烃的导电性很差,因此含油气岩层的电阻率远大于周围含水的围岩。通过CSEM勘探技术可以找出低阻背景中的高阻异常体。将CSEM勘探结果与地震资料综合解释,可以大大提高钻探的成功率。论述了CSEM的基本原理、施工方式及影响勘探效果的因素,并与地震勘探资料进行了比较,旨在为我国深水油气勘探开发在选择勘探技术方法上提供参考。     

层状各向异性介质中任意取向电偶源的海洋电磁响应

从麦克斯韦方程组出发,利用双重傅里叶变换和矢量势函数,详细推导出了层状各向异性介质中任意取向电偶源的电磁场计算公式,利用汉克尔数值滤波方法计算得到电磁场,并验证了算法的正确性和精度.有限长电偶源不能作为电偶极子源计算其电磁场响应,尤其是在收发距较小的情况下,可以采用积分法或者将有限长电偶源剖分成足够多的电偶极子源计算其电磁响应后累加得到有限长电偶源的电磁响应.针对海底油气模型,分析了覆盖层和油气层的垂向电阻率在不同姿态发射源下电磁场的变化情况,发现覆盖层和油气层的垂向电阻率对水平电场有很大影响,且轴向装置要比赤道装置受覆盖层和油气层垂向电阻率的影响大.     

二维海底地层可控源海洋电磁响应的数值模拟

利用等参有限元方法对不同类型的偶极子源在二维海底地层上方产生的电磁场响应进行了数值模拟。通过对构造走向进行Fourier变换,将全三维电磁问题转化为一系列二维电磁问题,并在波数域求解,极大地减小了计算量;导出了适用于二维海底地层中任意方向的电偶极子或磁偶极子响应的波数域电磁场方程,并在x-z平面内采用等参有限元方法求解,利用Fourier逆变换得到空间域海洋电磁响应;采用具有一定面积的伪δ函数表达源电流分布,提高了数值解的精度;利用层状含高阻油气储层和低阻水层模型的数值模拟结果,分析了不同方向的电偶极子源和磁偶极子源的敏感性。模拟结果表明,水平电偶极子激发测得的两个电场分量和一个水平磁场分量,均对海底高阻层响应灵敏,适合于油气储层直接探测;水平磁偶极子激发的两个磁场分量和一个水平电场分量,尽管响应幅度较低,但在高阻储层能产生一定的异常,可以为水平电偶极子激发油气探测提供补充信息。     

合成源MCSEM高阻薄层识别

对于浅水区海洋可控源电磁法（MCSEM）来说,由于来自海—空界面的空气波与来自海底地层的有效信号耦合,增大了提取有效信号的难度,降低了该方法对高阻油气藏的识别能力,阻碍了其在浅水区的应用。利用雷达领域合成孔径思想的合成源处理方法能够突出储层的电阻率异常响应,从而更好地识别高阻油气藏。本文讨论了MCSEM电磁场合成源干涉法,计算并对比了一维层状模型合成源的归一化振幅、有效异常和可探测度对高阻油气藏的识别能力。然后计算对比了浅水区二维和三维海洋地电模型合成源的可探测度;最后对某区域的实际数据进行处理,结果表明利用可探测度可以提高海洋可控源电磁合成源干涉法对储层的识别能力。     

基于节点有限元与矢量有限元的可控源电磁三维正演对比

基于电场的可控源电磁三维有限元正演模拟早期主要采用节点有限元法,但因存在伪解问题而影响求解效率和精度;避免出现伪解的有效手段之一是采用基于棱边元的矢量有限元法,该方法近年在电磁三维模拟中逐步得到应用推广。为了更具体地了解两种方法在三维电磁正演中的实际应用效果,开展了两种方法的对比试验。首先从边值问题的建立进行讨论,之后分别通过一个水平层状介质模型和单一低阻体模型对两种方法的正演结果及效率进行比较。实际模拟结果表明：同等条件下,矢量有限元法计算精度更高,但其计算速度较节点有限元法约慢一半。     

浅水域各向异性地层中的瞬变电磁响应分析

浅水域瞬变电磁法对于高阻薄层油气藏的分辨率高,能够有效分离空气波与海底地层响应,近年来得到越来越多的关注。本文研究一维层状地层的电阻率各向异性对浅水域瞬变电磁响应的影响：首先采用TM波和TE波分解,结合传输线理论和并矢Green函数理论得到频率域电磁响应;然后采用正余弦数字滤波算法得到一维各向异性地层中海洋瞬变电磁响应,并与开源软件Dipole 1D对比验证算法的正确性。数值模拟结果表明：1浅海域瞬变电磁法沿测线方向的电场对油气藏的纵向电阻率敏感,对横向电阻率不敏感,对油气藏上方覆盖层的纵向电阻率和横向电阻率都敏感;2浅水域脉冲响应曲线能明显分辨空气波响应和地层响应,阶跃响应能观测到明显异常,但不能分辨空气波响应和地层响应;在中等深度水域,脉冲响应曲线中空气波响应与地层响应信号重叠在一起,不可分辨,但脉冲响应和阶跃响应都能观测到明显的高阻异常;3在上覆盖层较薄时,电场响应曲线能够观测到明显的高阻异常,随着上覆盖层厚度增加,信号衰减,异常逐渐减小;在上覆盖层中等厚度时,油气层厚度减小,异常响应减小,但油气藏厚度较小时,依然能够观测到明显异常;4油气层与基岩的距离较小时,基岩存在会明显减弱油气藏的异常响应;油气层与基岩距离增大到1000m后,即使基岩电阻率较大,对异常响应曲线的影响也非常微弱,在模型计算中可忽略。     

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演模拟

自适应有限元海洋大地电磁场二维正演算法是在完全非结构三角单元网格上实现的,这种网格能够真实地拟合地形起伏、倾斜界面等复杂地质构造,并且该方法能够自动细化网格并在不显著增加计算时间的条件下提供可靠的计算结果。通过模拟二维地电模型大地电磁场响应,并与规则矩形网格有限元数值解进行比较,验证了算法和程序的正确性和精度。最后,计算了两个海底起伏地形模型的大地电磁场响应,且与陆地模型的大地电磁场进行对比,讨论了海底地形起伏对海洋大地电磁场响应的影响。