一种利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法与流程

本发明属于地球物理和地质勘探技术领域，特别是石油勘探与开采领域，具体涉及一种利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法。

背景技术：

在油田注水驱油开发过程中，准确确定水驱方向，识别水驱前缘的位置对寻找剩余油以及指导油田后期开发具有十分重要的作用。井地电位技术是近年来发展的一种与井套管相关的电法探测技术，相比于传统的电法测井和地面电法勘探技术具有横向分辨率高和探测深度大的优势，是目前用来监测水驱方向，识别水驱前缘位置的主要技术手段。该技术通过套管直接供电，电流通过射孔孔眼直接供入目的层，产生异常电场，在地表布设观测电极就可以接收到由地下异常体产生的电位异常信号。目前，在油田利用该技术进行水驱前缘监测时，在地表仅观测一次电位异常数据，反演后得到注水层电阻率，从而确定注入水波及情况和水驱前缘的位置。

该方法存在的缺点如下：利用井套管供电，在地表观测一次电位异常数据，所测的电位结果是地下注水层段和其顶部地层电性信息的综合反映，而不是注水层电阻率信息的响应，注水层埋深越深，注水层上部地层的影响就越大，反演的电阻率精度越低，从而影响了对水驱边界的解释效果。

技术实现要素：

针对现有的利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘时，由于受到注水层顶部地层电性信息的干扰，导致根据地表观测电位反演得到的注水层电阻率精度较低，从而影响对水驱边界解释效果的问题，本发明提供一种利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法。所述方法通过在注水层底部和顶部分别实施激发和观测，并通过将两次反演结果相减，消除注水层顶部地层的干扰，准确测量注水层的电位特性，进而能够准确解释注水层的水驱边界。

为实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

1、基本原理

地表的电位信号是电流源与地下地层相互作用后产生的响应，它能反映地层的电性信息。井地电位技术将电流源放在井中供电时，地表观测的电位信号是对电流源与地表之间地层电性信息综合响应的结果。在地球物理研究中，通过对已知电性信息的地层模型求电位响应的过程称为正演。

井地电位技术可以利用有限差分方法来正演计算电位响应，其核心思想是将求解区域剖分成矩形网格单元，用有限个网格单元节点来代替连续的求解域。井地电位技术正演问题满足直流电法的基本微分方程：

式中，σ为介质的电导率，为电位，δ为狄拉克函数，I为电流强度，(x₀,y₀,z₀)为源的位置，(x,y,z)是剖分的网格单元节点坐标。

对(1)式两端进行体积分有：

式中，V代表包围体积元的体积。

从式(2)可以看出，电位响应与源的位置和地下介质的电性特征有关。等式右端只在源的位置处有值，当位于地表时，包围体积元的体积会随着电流源位置的加深而变大，则地表电位响应是该体积元内，即从电流源到地表之间所有网格单元电性信息的综合响应。

根据有限差分方法可以将式(2)写成矩阵方程的形式：

式中，A是系数矩阵，与电流源的位置和剖分网格的几何参数有关；ρ是地层的电阻率；是地表观测电位。

反演相当于是正演的逆过程，通过观测的电位数据来反推地层的电性特征，在地球物理中称为反演。则根据式(3)可以得到反演地层电阻率的表达式为：

经过上面的分析可知，ρ反映的是从电流源到地表之间地层的电性信息。

2、技术方案

井地电位技术通过套管供电时，电流沿着套管传导到注水层段，可以认为注水层段的位置即为源的位置，且是固定不变的，此时地表观测的电位是注水层段和其顶部地层电性特征的综合响应，反演得到的电阻率也并不能准确地反映注水层的电性信息。

为了更准确地解释注水层的水驱效果，本发明基于井地电位技术的基本原理，提出了一种利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法。所述方法利用电流源井中供电，分别在注水层的底部和顶部进行激发，同时在地表进行电位观测，通过这两次观测的电位异常数据分别对目的层电阻率进行反演。在注水层底部激发时观测的地表电位反演的电阻率是注水层和注水层顶部地层电阻率的综合响应；在注水层顶部激发时观测的地表电位反演的电阻率是注水层顶部地层的响应。将两次反演的电阻率结果相减，就可以得到注水层的电阻率。

利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法包括以下步骤：

1)测量准备工作：准备好激发电源在井下的定位和测量电极在地表的布设；

2)第一次激发与测量：将激发电源定位于注水层底部，实施激发，同时在地表测量电位信息；

3)第一次反演：利用第一次测量所得的电位信息，反演得到注水层及其顶部地层的电阻率；

4)第二次激发与测量：将激发电源定位于注水层顶部，实施激发，同时在地表测量电位信息；

5)第二次反演：利用第二次测量所得的电位信息，反演得到注水层顶部地层的电阻率；

6)计算注水层的电阻率：用第一次反演所得的电阻率减去第二次反演所得的电阻率，就可以得到注水层的电阻率。

本发明的优点和有益效果为：该技术方案有效地剔除了反演结果中注水层顶部地层的电性信息，提高了注水层的电阻率计算精度，对水驱前缘的解释更加准确。

附图说明

附图1是本发明所述的利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法示意图。

图中，1是第一次激发源所在位置，2是第二次激发源所在位置，3是注水层底部，4是注水层顶部，5是水驱前缘，6是井管套，7是观测电极。

附图2是本发明所述利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法的工作流程图。

附图3是本发明所述实施例的地层模型图。

图中，6是井管套，8是注水层。

附图4是本发明所述实施例的第一次反演结果图。

附图5是本发明所述实施例的第二次反演结果图。

附图6是本发明所述实施例的注水层反演结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见附图1，一种利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法。所述方法利用电流源井中供电，分别在注水层的底部和顶部进行激发，同时在地表进行电位观测，通过这两次观测的电位异常数据分别对目的层电阻率进行反演。将两次反演的电阻率结果相减，就可以得到注水层的电阻率。

参见附图2，利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法包括以下步骤：

1)测量准备工作：准备好激发电源在井下的定位和测量电极在地表的布设；

2)第一次激发与测量：将激发电源定位于注水层底部，实施激发，同时在地表测量电位信息；

3)第一次反演：利用第一次测量所得的电位信息，反演得到注水层及其顶部地层的电阻率；

4)第二次激发与测量：将激发电源定位于注水层顶部，实施激发，同时在地表测量电位信息；

5)第二次反演：利用第二次测量所得的电位信息，反演得到注水层顶部地层的电阻率；

6)计算注水层的电阻率：用第一次反演所得的电阻率减去第二次反演所得的电阻率，就可以得到注水层的电阻率。

实施例

下面通过对理论地层模型的反演试算结果来具体说明本发明所述利用井地电位技术探测油田注水井水驱前缘的方法在提高水驱前缘解释精度方面的效果。

设井深1000m，注水层埋深400m，注水层厚100m，注入水电阻率为10Ω·m，注水层的规格为600m×200m×100m，上部地层电阻率为100Ω·m，具体的地层模型如附图3所示。

电流源在注水层顶部激发时反演得到的注水层顶部地层电阻率如附图4所示，电流源在注水层底部激发时反演得到的注水层及其顶部地层电阻率如附图5所示。对比发现，两次反演的结果有差异，但是差异程度不明显。这两次反演的电阻率相减后得到的结果，即注水层的电阻率如附图6所示，可以看出，通过本发明所述方法处理得到的图像比单一观测方法得到的解释结果更接近已知模型。该方法有效地剔除了注水层顶部地层的电性信息，准确地识别出了注水体边界的位置，提高了水驱前缘的解释精度。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。