油气藏上方激电谱的野外观测试验结果及分析.pdf

石油天然 气学报 江汉石油学院 学报 2 0 0 9 年 1 2月 第 3 1 卷第 6期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s Te c h n o l o g y J 。 J PI De c ． 2 0 0 9 Vo 1 ． 3 1 No ． 6 5 9 油气藏上方激 电谱 的野外观测试验结果及分析 苏朱刘 ， 颜 泽江 严良俊 赵斌 胡文 宝 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学 ， 湖北荆州4 3 4 0 2 3 q a 国石油天然气集团公 司新疆油 田分公 司，新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学 ，湖北 荆 州 4 3 4 0 2 3 中 国石油天然气集团公司新疆油田分公 司，新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0 [ 摘要]在准噶 尔盆地 B KQ油田实施 了一条剖面 的频率域激发极化法 的资料采集。设 计测线穿过 2口开发 井 一 口油井，一 口干井 。野外观测采 用变型的偶极一 偶极 装置。在 资料处理过程 中，采用 重整 化谱参数 相位交错拟合法分离激 电谱和电磁谱。试验结果表明，油气藏上方存在 明显高于正常地 层的激发极化异常， 激 电谱 相位 、视极 化率 和 零 频 电 阻率 均 呈相 对 高 值 。试 验 也 观 测到 视 电 阻率 的静 位 移 现 象 。 [ 关键词]激发极化法 ；复视 电阻率法 ；激 电谱 ；电磁谱 ；C o l e - C o l e模型 ；B r o wn模型 ；重整化谱参 数相 位 交 错 拟 合 法 [ 中图分类号]P 6 3 1 ． 3 4 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 0 9 0 6 0 0 5 9 0 6 利用人 工源 的激 发极化 I n d u c e d P o l a r i z a t i o n ，简 称 I P 法 找 油 是 以地下 油 气 藏 的直 接或 间接 I P 效应 包括电极极化和薄膜极化两种类型为前提条件 的 。目前，对油气藏的激发极化的微观与宏 观机理的研究仍 处于理论与 实践探讨之 中[ 。此次试 验测线 穿过 2口开发井 ，其 中一 口井 出油 9 Q2 4井 ，另一 口井 为干井 B Z 1井 。试验 目的是观 测 2口井 上方激 电谱 的差 别 。 试验在 准噶尔盆地 B K Q 油 田进行 ，选用频率 域激发 极 化法 复 视 电 阻率 法 ，C o mp l e x A p p a r e n t R e s i s t i v i t y ， 简称 C R法 ，又称频谱激 电法 。野外 装置 为变 型 的偶 极 一 偶极装置 _ 6 哪 供 电偶 极 和 测 量 偶 极 的长 度 不 相 等 ， 单道变 型的偶极 一 偶 极装置野外 布置如图 1 所示 。 C R法测量的最终结果是复视电阻率 P ．厂 的总谱 ， 它含有 与油 气藏有 关 的激 电谱 记为 S I P 和 与地层 有 关 的电磁谱 记 为 S E M 。对 于 偶 极一 偶 极 装 置 ，激 电 谱 和 电磁 谱 可近似 分别用 C o l e C o l e 模 型和 B r o wn模 型 供 皇 极 测 量 偶 极 m 画 地层 图 1 单道 偶 极 一 偶极 野 外 布 置 图 来描述 引。该研究采用重整化谱参数相位交错拟合法 从总谱中分离出激电谱和电磁谱 。 笔者 主要 讨论 C R法试 验 的野外 资料采 集方 案 、数据处 理 方法 ，并 重点对 试验 结果 进行 分析 。 1 C R法资料采集方法和技术参数 C R法 的供 电波形 为一 系列特 定频 率 的矩形 波 。由于 激 发极 化 效应 ，测 量 波形 相对 于供 电波 形 除在 振 幅上 有变 形外 ，还有 相应 的相位 移 。测量 偶极 上记 录 的电位 差将是 一 个 复数 ， 观测 结 果是 复视 电阻率 p _厂 K ⋯ 1 [ 收稿日期]2 0 0 91 1 ～1 2 [ 基金项 目]国家 9 7 3 规划项目 2 0 o 7 c B 2 o 9 6 0 7 ；国家自然科学基 金项 目 4 0 7 7 4 0 7 4 。 [ 作者简介]苏朱刘 1 9 6 3 一 ，男 ，1 9 8 4年大学毕业 ，博 士，教授 ，现主要从事用于 油气勘探和工程物探的电磁方法的研究、应 用和 教学工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 0 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 1 2 月 式 中 ， 厂为供 电波形 的频 率 ， Hz ； A U 为测量偶 极上 的 电位 差 ， V； I 为 供 电 电流 ， A；K 为 整个 装置 的 电极 系系数， m； N 为供电偶极和测量偶极之间的隔离系数， 无量纲 ； K 为供电偶极的装置系数， 无量纲； n为 测量 偶极 的偶极 距 ， m。 记 A ， Q m和 厂 r a d 分别 为 P 厂 的振 幅和 相位 。 在仪器有 多道 同步采集功能 的情况下 ， 用 于野 外 的 C R法试 验可采 用 多极距偶 极一 偶 极装置口 。 以偶极 距为测点距 ， 沿测 线作剖 面观测 ， 最 终所获 取 的结果 将反 映地 电构造 和极化参 数沿 剖面和 随深度 的变 化 。 此 次试 验中 ， C R法野外资料采集采 用凤凰公司 V5 仪器 ， 供 电部分 由大功率发 电机 MG - 5 0 和发射机 T - 5 0 组 成 ， 供 电电流强度 为 2 0 A。 仪器容量 为每个 排列 7个 电压道 8个 电位道 。通过合 理调 整装置系数 、隔离系 数和偶极距 ，可将 目的层 油层 锁定在勘探深度范 围内 。考虑到试验 区油层 主要 位于侏 罗系八道 湾组至 头 屯河组 即 J b ～J t 层 位 ，预定 的勘探深度 范围为 从地表起算 地下 2 0 0 8 0 0 m 层段 。 取装置系数 K 一 2 ， 隔离 系数 N 一 1 ～ 7 ， 偶 极距 a 为 2 0 0 m， 测点距也为 2 0 0 m。 频率点数 Nf 一 1 4 ， 频率 为 2 i 一6 ～ 7 H z 。 为 了获得完 整的复视 电阻率 曲线 和高精 度的相位峰值 ， 间或会加 密一些频率点 。 2 分离激电谱和 电磁谱的方法 记 录的原 始资料 为 电位 差 的振幅 和相位 。预处 理 的内容包 括 用 标定 文件标 定 电位差 ；电位差 反归 一 化 以 1 Hz 为 基准 ；电位 差增 益校正 ；根据 电位差 的振 幅和相 位 、偶极 距 、 电流和 电极 系 系数计 算 复视 电阻率 ；去噪 。 为 了研究 单纯 的油气 藏 的激 电谱 ，从 总谱 中分 离 出与激发极 化效 应对 应 的激 电谱 和与 电磁感应耦 合 效应有关的电磁谱 ，是资料处理的关键一步。设 p Y f 一 1 一 1 一 P O { 1 一 m E 1 一 干 j } 2 P M 厂 1 一 m z F z j 2 a f r 。 一 P 。 l 1 一 m z 1 一 丁 j2 了c J ‘ 3 式 中， 、 lD 分别表示描述油气藏激电效应的 C o l e C o l e 模型[ 6 和描述地层 电磁感应耦合效应的 B r o wn 模 型 的视 电阻率 。 式 中 ， 为地层 的零频 电 阻率 ， Q m； m、 r 和 c分别为 极化率 无量 纲 ， 用 表 示 、 时间常数 s 和频率相关系数 无量纲 ， 是反映激 电异常的参数； m 、 r 和 分别为地层的类激电极化率 无 量纲 、 时 间 常数 s 和 线 圈 自由空气 耦 合 时 间 常数 s ， 是 反 映地 层 电磁感 应 耦 合效 应 的参数 ； j一 7- 1。 描述 S I P和 S E M 的 C o l e C o l e 模型和 B r o wn模型的细节可参见文献 E 6 ] 、E T ] 、[ 8 ] 、[ 1 0 ] 。 在 此次试 验工 区 中 ，选择 了用激 电谱 和电磁谱 的乘 法组合 形式 作为 总谱 的表达式 ] ，即 厂一 1一 mF1 1一 z F2 j 2 7 [ 3 4 采用 “ 重 整化谱参 数相 位交错 拟合 法” ， 根 据 实测 的复视 电阻率 总谱 的相 位求 解 激 电谱 参数 、r 和 c 和电磁耦 合谱 参数 。 、 F 2 和 。 方法 细节参 见文 献[ J o ] 。 最后 ， 零频 电阻率 则可 由已得 到 的谱 参数 和 l0 。 ．厂 的振 幅确定 ， 即 p o l _ _ I 5 P 0 1 二 二 丽1 理论 上 ， 零频 电阻率 与频率无 关 ， 为一 常数 。 但 对试验 资料 ， 由于模 型 的近似 性 以及计 算误 差 ， 不 同 频 率时计 算 的零频 电阻率存 在 有微小差 异 ， 零 频 电阻率 曲线 近似为 一条直 线 。 通 常可取 一段 频带范 围 内的 平 均值 作为单 值 的零 频 电阻率 。 由于地下 并非 均匀 的 电阻 率和极 化率 空间 ， 所 有 以上 获得 的谱 参数 和零频 电阻率 均为视 参数 。 3 野外观测试验 结果及分析 在准 噶尔 盆地 B KQ 油 田 ，完成 了一 条剖 面共 8 0 个 排 列的 C R法 的资 料采集 。研 究选取 2个排 列 的 野外 试验 结果 进行分 析 第 1 6排列位 于 出油井 9 Q2 4井 上方 ，第 4 5排列位 于 干井 B Z 1井 上方 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1 卷第 6期 苏朱刘等 油气藏上方激电谱的野外观测试验结果及分析 每个 排列均 有 7道记 录 ， 对应 隔离 系数 N 一 1～ 7 。 3 ． 1 激 电谱 特性 图 2 、 图 3 分 别显示 的是 这 2 个 排列 原始 复视 电阻率 的相 位 厂 和 幅值 A -厂 的 曲线 ， 相位 和 幅值 的 单位 分别 为毫 弧度 mr a d 和 Q r n 。 除相位 纵坐 标为 线性 坐标外 ， 其 他为对 数 坐标 。 1 2 0 0 黾 翥 00 O 0 40 O 0 01 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 00 0 0 频率／ Hz 量 ● 趔 馨 图 2 第 1 6排 列 复 视 电 阻 率 的 相 位 左 和 幅 值 右 的 曲 线 0 0 1 0 1 l l 0 l 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 频率 ／ Hz g ● 趔 馨 1 O 0 l O O 0 l 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 频率 ／ H z 图 3 第 4 5排 列 复视 电 阻 率 的 相位 左 和 幅 值 右 的 曲线 图 4显 示 的是 第 1 6排 列 经 谱 分 离 后 ，对 应 的激 电 谱 和 电 磁 谱 的相 位 曲线 。 电磁 谱 相 位 曲 线 与 B r o wn模型的相位曲线形态一致，为不对称 曲线，其峰值位置接近总谱相位 曲线的峰值位置 ；激 电谱 相位 曲线与 C o l e C o l e 模型 的相位 曲线 相像 ，为 对称 曲线 ，其 峰值 处 于 低频 段 ，曲线两 侧 较 陡 ，表 明频 率相关 系数 较大 ，几乎 接近 为 1 。图 5显示 的是 第 4 5排列 经谱 分 离 后 ，对 应 激 电谱 和 电磁 谱 的相 位 曲 线 ，其 形态 类 同于第 1 6排列 。 分 析对 比图 4和 图 5的结果 表 明 油气 藏上 方 第 1 6排列 存 在 有 比正 常 地层 上 方 第 4 5排 列 要强 的激发 极化 异常 。两者 之 间的差 别主要 表现 在 以下 4个 方 面 1 油气藏上方的激电谱相位 比正常地层上方的激电谱相位值要大。如图 4所示 ，油气藏上方的第 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 1 2 月 0 6 O 001 0 l l l 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 频率 ／ Hz 黾 {4 0 蜜 糕 2 O 0 要 遥 蜜 耀 脚 O 00 1 0 1 1 1 0 l 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 频率／ Hz 图 4第 1 6排列共 7道的激电谱 左 和 电磁谱 右 的相位曲线 0．01 O ． 1 l l 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 频率 ／ H z 蜜 襻 O 0 01 0 1 l 1 0 1 O O 1 0 0 0 1 0 00 0 频率 ／ Hz 图 5 第 4 5排 列 共 7道 的 激 电谱 左 和 电磁 谱 右 的 相 位 曲线 1 6排列 除第 2 道 以外 其他各 道 的激 电谱 相位值 均接 近 6 0 mr a d 。如 图 5所示 ，正 常地层 上方 的第 4 5排列 除第 1 道 以外其 他各道 的激 电谱相 位值基 本上不 超过 4 0 mr a d 。 2 油气 藏上 方极化 率也 比正 常地层 上方 的要 高 。如 图 6 左所 示 ，第 1 6排列 各道 的极 化率 均 比 第 4 5排列 各道 的要高 ，且第 1 6 排 列各道 的极化 率 大 于 1 0 ，而 第 4 5排 列 各道 的极 化 率小 于 8 。这 一 规 律从 图 7 所 示 的测 线 中部极化 率拟深 度剖 面图上 也可看 出 ，在 已知油气 藏所在 位置 的极化率 有一 明 显 的相对 高值 区域 横 坐标 2 0 0 0 ～5 0 0 0 m 。 3 油气 藏上 方零频 电阻率也 比正常 地层上方 的要 高 。见 图 6 右 ， 图中零 频 电阻率 值 为一定 频带 范 围内 如图 8中所示 的 0 ． 0 3 ～3 0 Hz 的算 术 平 均值 。油气 藏 上 方第 1 6排 列 各 道 的零 频 电 阻率 值 为 5 0 ～6 O Q r n左右 ；正常地层上方第 4 5 排列各道的零频电阻率值约为 3 O ～4 O Q m左右。油气藏上方 零频 电 阻率 较高 可解释 为油气 藏 为相对高 阻体 。 4 求 出 的谱 参数还 显示 ，油气 藏和 正常地层 上方 的时 间常数 大致 由激 电谱相 位 曲线 的峰值 位 置 确定 、频 率相关 系数 大致 由激 电谱 相 位 曲 线 的斜 率 确定 的差 异 不 明显 ，同 时频 率 相关 系 数较 大 ， ∞ ∞ 加 ．I 董 罂密 器 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 1卷第 6期 苏朱刘等 油气藏上方激电谱的野外观测试验结果及分析 几 乎接近 为 1 。 l 2 褥 1 0 8 6 O 吕 ● C ＼ 褂 蛊 脚 胁 20 2 4 6 8 0 隔离系数 JⅣ 2 4 6 8 隔离系数Ⅳ 图 6第 l 6排 列和 第 4 5排列各 7道 的极化 率 左 和零频 电阻率 平均值 右 对 比 图 7 试验测线 中部极化率拟深度剖面 图 图中等值线数字为极化率 。单位为 ％ 3 ． 2零 频 电阻率 的静位 移现 象 从 几 何 测 深 的 角 度 看 ，零 频 电阻 率 大 致 反 映 位 于 整 个 偶 极 一 偶 极 装 置 的 中 心点 下 方 而 深 度 约 在 ． n处 的地下 介质 的 电阻率特 性 。通过 对各 排列 各道 的资料 对 比分析 ，此 次试验 观测 到 了零 吐 频 电阻率 的静位 移现象 ，并 且发 现这 种现 象在该 地 区是普遍 和大量存 在 的 。因为 C R 法 测量是 在频 率域 进行 的 ，观 测 的是频率 域 的 电场 ，所 以 ，若 近地 表存 在有 浅 部 电性 不 均 匀体 ，必 然 会 产生 静 位移 现 象 。 图 8 右 所示 的是 第 4 5排列 共 7 道 的零 频 电阻率 曲线 ，可 以看 出第 1 道 存 在 的静 位移 现象 最 为 明显 。 因此 ，在对零 频 电阻率 的资料 进行 定性 的地 质构造 解 释或进 一步作 反 演 由视参 数求 真参 数 之前 ，通 常要进 行静位 移校 正 。 3 ． 3 Br o wn模 型的局 限性 对 比图 3总谱相 位 曲线 图 3 左 和图 4电磁 谱相 位 曲线 图 4 右 ，精细 的分析 表 明 ，选择 用 激 电谱 和 电磁谱 的乘法 组合形 式作 为 总谱模 型 尚不能 完全精 确地 拟合 在试 验 区实测 的总谱 曲线 的高频 段 ，尤其 是频 率大 于 1 0 0 Hz 以上 的数据 点 。根据 B r o wn 模 型 式 3 ，电磁谱 相位 曲线 随频率 增高将 趋近 于 约 一1 5 7 0 ． 8 mr a d 。实 际观测 到 的总谱 相位 曲线 图 2 左 和 图 3 左 大 约在 1 0 0 Hz 频 厶 率点 附近有 一个 低谷 ，随着 频率 的增 高 ，总谱 相 位值 转 而 增 大 。因 此频 率 大 于 1 0 0 Hz以上 的高 频段 数 据点 不能用 B r o wn模 型来 近似拟 合 。这一 特定 高 频段 观 测 数 据可 能 是 对浅 部 地 层或 地 表 电磁 设 施 的 电 磁耦合现象的反映。关于它的物理特性及形成机制还有待进一步的理论分析。不过 ，目前这一频段的资 料对分 析 主要 是位 于低 频段 的激 电谱影 响不 大 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 - 石油天然气 学报 江汉石油学院学报 2 0 0 9 年 1 2 月 置 ● 碍 西 舱 1 0 0 l O 隔离系数 001 0 1 l 1 0 l 0 0 1 0 0 0 1 00 0 0 频率 ／ H z 4 结论与讨论 暑 ● 静 盟 忡 l O 0 l O 001 0 l 1 1 0 l 0 0 l 0 0 0 1 0 0 0 0 频率／ Hz 图 8第 l 6排列和第 4 5排列各 7道 的零频 电阻率 曲线 1 在试验 区激 电谱 的野外 观测试 验结果 表 明 ，油气 藏 上方 的相 对 激发 极 化异 常 是 明显 的 。相 对 的 高极化 率 1 0 、高激 电谱相 位 和高零频 电阻 率是试 验 区油 气藏 上 方激 发极 化 异 常 的主 要特 点 。油 气 藏和 正常地层 的时间常 数差异 不 明显 ，两 者的频 率相关 系数也 都接 近为 1 。 2 试验结 果也揭 示 了采用频 率域偶 极一 偶极 装置 观测 复视 电阻率 时普遍 和 大量 存 在着 静 位移 现 象 。 因此 ，在对零 频 电阻率作后 续处 理之前 作静 位移校 正是必 要 的 。 3 B r o wn模 型在 拟合实 际观 测到 的高频段 总谱相 位 曲线时存 在一定 的局 限性 。 野 外试验 只是 观测油 气藏在 地面所 呈现 的表象 。该次 试验所 得 油气藏激 电谱 的特性 和规 律是否具 有 普 遍性 ，除 了需要继 续进 行更 多已知 区的野外 对 比试验外 ，还 有待 于对油气 藏 的激 发极 化机 理的实验 室 测 量和 理论模 型研究 。该研 究求 解和讨 论 的均为激 电谱视 参数 ，需要 进一 步研究将 视参 数反 演为真参 数 的方法 。研究 零频 电阻率 静位移 校正方 法也 是十分 必要 的 。考 虑到油 气藏 的实 际情 况 ，建议对 油气藏 和 水 层之 间 的激 电谱差 异也 进行类 似 的试 验工作 。所 有这些 工作 对研究 用复视 电阻率法 直接找 寻油气藏 都 具 有理论 和应 用价值 。 感谢新 疆油 田公 司提 供试验 场 所和相 关研 究背景 资料 。 [ 参 考文献 ] [ 1 ]刘崧 ．激电法直接探测油气藏 的有效性及提高其应用效果的途径 E J ]．地质科技情报 ，1 9 9 2 ，1 1 4 8 1 ～8 6 ． E 2 ]张赛珍 ，聂馨五 ，李英贤 ，等 ．激发极化 法探 测油 气 田 异常 成因 及其 与油气 藏关 系 的探讨[ J ] ．地球 物 理学报 ，1 9 8 6 ，2 9 6 5 9 7～ 6 1 3 ． [ 3 ]钱瘦石 ．激发极化法勘探油气藏效果分析及改进意见 [ J ]．石油地球物理勘探 ，1 9 9 1 ，2 6 O 3 3 4 9 ～3 6 0 ． [ 4 ]聂馨五 ，周安昌 ．激发极化法探测油气 田 效果及异常模式探讨E J ]．地球物理学报 ，1 9 8 7 ，3 0 0 4 4 1 2 ～4 2 2 ． E 5 3苏朱刘 ，严良俊 ，陈清礼 ．直接 找油方法剖析 [ J ]．石油物探 ，1 9 9 6 ，3 5 增刊 1 1 2 ～1 1 6 ． E 6 ]罗延钟 ，张桂青 ．频率域激电法原理 [ M]．北京 地质 出版社 ，1 9 8 8 ． 4 5 ～1 2 5 ． E 7 ]刘崧 ．谱激电法 [ M]．武汉 中国地质大学出版社，1 9 9 8 ． 5 6 ～1 2 0 ． E 8 ]B r o wn R J ．E M c o u p l i n g i n mu I t i f r e q u e n c y I P a n d a g e n e r a l i z a t i o n o f t h e C o l e C o l e i 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