一种用于油气田的井下压力监测系统和监测方法与流程

本发明涉及电磁波，具体涉及一种用于油气田的井下压力监测系统和监测方法。

背景技术：

1、井下压力测量在油气开采行业中扮演着至关重要的角色。它不仅是评估油气井状态、监控生产效率和保障作业安全的关键指标，还对优化开采策略、评估储层性能和预防环境问题具有重要意义。目前在垂直油井下使用电磁波对传感器探测数据进行压力数据传输已成为油井压力数据监测的新型方式。由于油气田中同时存在有油藏和气藏的储备，为了提升数据探测的覆盖率，目前在符合条件的油气田内均有对油井底部进行横向掘进的形式，水平井段能够穿过地层中的水平延伸区域，与传统垂直井相比，水平井段可以减少钻井井数和钻井长度，从而降低钻井成本，这对于原本难以开采的油气储层特别有效。

2、在对油气田进行资源压力监测的过程中，油藏和气藏可能存在相邻、重叠甚至混合的分布情况，导致在水平方向不同位置的地层介质存在电导率差异，从而影响地层介质的整体电磁特性。当在油气田内将油井进行横向掘进，并在水平方向的不同位置进行电磁波压力监测时，会因为电导率差异而导致电磁波的传播数据出现多种不同程度变化，从而导致地下介质整体的不均匀性增加，进而使得电磁波在地层传播时出现不均匀的信号干扰和衰减，影响电磁波信号传输深度的精确监测，使得对油气田的资源藏储区域进行储量压力监测的测得数据与实际储量数据存在明显偏差。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于油气田的井下压力监测系统和监测方法，解决在使用电磁波进行油气田井下压力监测时，因地层不均匀性影响电磁波传输深度使得压力监测精确度不足的问题。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种用于油气田的井下压力监测系统，该系统包括：

4、数据收发单元：在油井管道上设置压力传感器对井下压力数据进行采集，输出并记录在当前深度下的测定压力值，将测定压力值的电信号转换为数字信号，对数字信号进行编码调制以生成调制信号，并设置发射设备用以将调制信号发送至地面接收设备以输出第一监测值；

5、藏储探测单元：在油气田地表布设注入电极用以注入地下电流，在地表下方地层内布设电位电极用以记录目标地层的电位差变化值，基于电位差变化值使用反演方法输出地电阻率数值用于基于拟合曲线构建电导率模型，并将目标地层按厚度均分为数量若干的岩层；

6、监测修正单元：基于藏储探测单元的电导率模型获取油气藏储区域所占的岩层分布均数，用以结合油气藏储的电导率均值计算出电磁波在目标地层中的衰减度值，通过衰减度值与第一监测值计算出第二监测值用以表示地面接收设备对电磁波的实际接收值。

7、在对油气田进行资源压力监测的过程中，油藏和气藏可能存在相邻、重叠甚至混合的分布情况，当在油气田内将油井进行横向掘进，并在水平方向的不同位置进行电磁波压力监测时，会因为电导率差异而导致电磁波的传播数据出现多种不同程度变化，从而导致地下介质整体的不均匀性增加，进而使得电磁波在地层传播时出现信号干扰和衰减，影响电磁波信号传输深度的精确监测，使得对油气田的资源藏储区域进行储量压力监测的测得数据与实际储量数据存在明显偏差。基于此，本发明提供一种用于油气田的井下压力监测系统和监测方法，解决在使用电磁波进行油气田井下压力监测时，因地层不均匀性影响电磁波传输深度使得压力监测精确度不足的问题。

8、进一步地，所述注入电极和电位电极的布设形式包括：所述注入电极包括第一注入电极和第二注入电极，所述电位电极包括第一电位电极和第二电位电极；将地表区域划分为数量均为若干且分别独立监测的第一探测区和第二探测区，在第一探测区和第二探测区的地表分别布设第一注入电极和第二注入电极；所述第一探测区和第二探测区分别沿地表下方深度方向顺次设置第一电极层和第二电极层，在第一电极层和第二电极层分别布设第一电位电极和第二电位电极。

9、进一步地，使用拟合曲线构建电导率模型的过程还包括：对地电阻率数据进行拟合以得到拟合曲线，设置用于空间插值的空间变量用以描述地层电导率分布的自变量，使用空间插值方法对拟合曲线进行插值，生成电导率模型的空间分布图，并对插值结果进行拟合程度评估。

10、进一步地，所述衰减度值的计算过程包括：设地表到油井管道底部之间的油气藏储区域所占的岩层总数和序数分别为z和t，岩层的平均厚度为h，油气藏储所占岩层中的平均电导率为l，并设置衰减度值为a，衰减比例常数为k，电导系数为μ，

11、则目标地层中总的衰减度值计算式为：。

12、进一步地，所述第二监测值的计算过程包括：设电磁波传输时的频率表示为f，设第一监测值的电磁波型号的复数函数表示为e0(f)，第二监测值的电磁波型号的复数函数表示为er(f)，衰减度值表示为a(f)，则第二监测值计算式表示为：，e为数学常数。

13、一种用于油气田的井下压力监测方法，该方法包括：

14、步骤s1：在油井管道上实时采集井下压力数据，将采集到的压力数据转换为数字信号并对数字信号进行编码调制以生成调制信号，将调制信号发送至地面输出第一监测值；

15、步骤s2：在地表布设注入电极，在地表下方地层内布设电位电极，使用反演优化方法处理电位电极获取的电位差数据以输出地电阻率数值，基于地电阻率数值构建电导率模型；

16、步骤s3：将目标地层按厚度均分为数量若干的岩层，电导率模型获取油气藏储区域所占的岩层分布均数，并结合油气藏储的电导率均值计算出电磁波在目标地层中的衰减度值；

17、步骤s4：基于衰减度值与第一监测值计算出第二监测值用以表示地面接收设备对电磁波的实际接收值，并回收井下的第一监测值发送记录用于与第二监测值比对以评估误差范围。

18、进一步地，将所述反演优化方法设为模拟退火优化方法用以获取地电阻率数值，该方法包括：

19、步骤a1：初始化设置模拟退火参数，包括初始温度、终止温度和温度下降率，并随机生成一个用于表示电导率分布解的初始解用作搜索起始点，并预设迭代次数；

20、步骤a2：将测得的电位差变化值设为观测值，基于每轮迭代时初始的电导率分布解正演计算出的电位差变化值设为预测值，并基于观测值和预测值的差异构建能量函数；

21、步骤a3：朝向能量函数减小的方向对电导率分布解进行邻域搜索以寻找解的更新，并在邻域的搜索空间内设置随机扰动参数以增加局部最优解的找寻范围；

22、步骤a4：每次迭代结束后更新模拟退火参数的温度下降值，当达到迭代次数或终止温度时得到电导率分布解的最终解，根据电导率分布解得出的电导率数值计算出地电阻率数值。

23、进一步地，所述能量函数的计算过程包括：

24、设能量函数表示为b，随机扰动参数表示为σ，观测值表示为q，预测值表示为p，且设观测值的数量和序数分别为m和i，设随机扰动参数的数量和序数分别为n和j，设置正则化系数α，则能量函数的计算式设为：，

25、其中正则化系数α用于平衡能量函数的数据与随机扰动参数的拟合平滑度，且随机扰动参数的数量n与电导率分布解的数量一致。

26、本发明与现有技术相比，对油气田井下的压力监测数据进行实时采集，通过记录地层的电位差变化值输出地电阻率数值，进而推导计算电磁波在地层中的衰减度值用于修正地面的电磁波接收信号参数，具有可以提升电磁波对井下油气压力监测精确度的优点，对油气田开采工作具有降低风险和优化生产策略的有益效果。