随钻电磁波测井资料联合反演方法及装置、存储介质

技术领域

本发明涉及石油勘探开发领域技术领域，具体涉及随钻电磁波测井资料联合反演方法及装置、存储介质。

背景技术

远探测随钻电磁波测井可探测井眼附近数十米范围的地层结构分布，对邻近导眼井与地震资料等信息依赖性小，近年来在深海油气储层地质导向中的应用逐渐增多。由于远探测测井响应的复杂性，该类资料的评价必须通过反演的手段实现。远探测随钻电磁波测井探测范围往往包含多个地层，反演中需采用多界面各向异性地层模型。复杂的多层反演模型不仅会导致反演参数的急剧增加，还会使得代价函数极小值增多，同时由于缺乏足够的待反演参数已知信息，使得基于多初值的梯度优化算法不再适用。

现有技术中，随钻方位电磁波测井与传统随钻电磁波测井具有很高的分辨率，并且其测井资料反演速度快、稳定性强、准确性高，应用比较广泛。但其探测范围小，探边能力有限，特别是传统随钻电磁波测井不具有方位敏感性。如果有效利用不同尺度电磁测井资料的探边能力差异和互补信息，对进一步拓宽地质导向视野和提高井周地层结构的成像精度以及提高反演速度很有意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种随钻电磁波测井资料联合反演方法、装置及存储介质，将随钻方位电磁波测井与传统随钻电磁波测井资料同远探测随钻电磁波测井资料进行联合反演，可以降低远探测仪器多层反演模型待反演参数个数，提高其反演速度与精度。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种随钻电磁波测井资料联合反演方法，包括如下步骤：S01、从邻井资料中提取储层水平电阻率序列，作为地质约束条件；S02、提取远探测随钻电磁波测井资料，作为基本反演资料；S03、判断是否有随钻电磁波测井资料及随钻电磁波测井资料的类别；S04、根据随钻电磁波测井资料的类别采用对应的方法反演当前层位信息；S05、根据远探测随钻电磁波测井资料，建立五层宏观各向异性反演模型，并根据步骤S01提取的储层电阻率序列，对待反演参数施加地质约束；S06、当有随钻方位电磁波测井资料或传统随钻电磁波测井资料时，根据步骤S04提取的当前层位信息，降低五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数；S07、利用随机Bayesian反演算法对反演模型进行采样反演，输出反演结果。

根据本发明的随钻电磁波测井资料联合反演方法，利用多种探测深度随钻电磁波测井信息，利用浅探测测井资料探测范围小、分辨率高的优势，实现仪器层电阻率和上、下界面的探测，利用远探测资料对多层界面的探测能力，实现远井地层结构的成像。相比基于单一远探测随钻电磁波测井资料的地层结构提取或成像方法，该联合反演方法信息更为丰富，且可有效降低传统反演的不确定性，极大提升了反演的速度和精度，从而能够实现井周地层界面、地层结构及电阻率分布的快速反演与成像。

对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。

根据本发明的随钻电磁波测井资料联合反演方法，其特征在于，步骤S03包括：判断是否有随钻方位电磁波测井资料和传统随钻电磁波测井资料，若有随钻方位电磁波测井资料，则执行步骤S041，若只有传统随钻电磁波测井资料，则执行步骤S042。

具体地，在一个优选的实施方式中，步骤S04具体包括如下子步骤：S041、根据随钻方位电磁波测井资料，建立三层各向异性地层模型，反演当前层位的电阻率及界面信息；S042、根据传统随钻电磁波测井资料，采用自适应乘子正则化Guass-Newton算法，反演当前层位电阻率信息。

进一步地，在一个优选的实施方式中，步骤S041包括如下子步骤：S0411、基于随钻方位电磁波测井资料，建立三层各向异性地层反演模型，根据步骤S01给出的地层信息，分别确定各待反演参数初值的选取；S0412、对模型进行自适应乘子正则化Gauss-Newton反演迭代，获取反演结果；S0413、根据随钻方位电磁波测井仪器的探测特性，将反演结果分为三类，第一类是上界面、下界面的位置h1、h2均大于预设高度，第二类是上界面或下界面的位置h1或h2小于预设高度，第三类是上界面、下界面的位置h1、h2均小于预设高度；S0414、对第一类反演结果，输出电阻率作为当前层位信息，对第二类反演结果，输出电阻率和上界面或下界面位置作为当前层位信息，对第三类反演结果，输出电阻率与上界面、下界面位置作为当前层位信息。

具体地，在一个优选的实施方式中，步骤S0412与步骤S042中，自适应乘子正则化Gauss-Newton反演迭代算法具体为：

基于梯度反演方法，采用代价函数C(x)，第k步迭代中可表示为：

C

式中，代价函数的第一项表示实测数据d与正演响应S(m)的L

m为待反演的参数矢量，R

式中，δ为一定值，其可通过数值试验确定。m

采用Gauss-Newton最优化方法对(1)求解，另其对x导数为零，第k次迭代

式中，J表示雅克比矩阵，T表示矩阵转置。

具体地，在一个优选的实施方式中，预设高度为1.7～1.9m。具体地，在一个优选的实施方式中，步骤S06具体包括如下子步骤：

S061、若有随钻方位电磁波测井资料，则执行步骤S062～S064，若只有传统随钻电磁波测井资料，则执行步骤S065；S062、若步骤S0414只输出当前层位电阻率信息，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为10个；S063、若步骤S0414输出当前层位电阻率信息与上界面或下界面位置，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为9个；S064、若步骤S0414输出当前层位电阻率信息与上界面、下界面位置，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为8个；S064、根据步骤S042、输出的当前层位电阻率信息，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为10个。

具体地，在一个优选的实施方式中，步骤S07中，Bayesian反演算法具体为：

基于Bayesian理论，反演解的后验分布p(m|d

式中，m为地层模型，d

p(x|d

式中，x和y分别为任意模型，p(x|d

p(x|d

式中：

具体地，在一个优选的实施方式中，马可夫链-蒙特卡洛算法包括：根据当前迭代模型x和转移函数q(x,y)生成下一后选模型y；然后计算接受概率α(x,y)，并与随机数β相比较，若β≥α(x,y)，则返回模型y，反之则返回模型x；重复上述步骤直至满足终止条件。

本发明第二方面的随钻电磁波测井资料联合反演装置，能够实施上述所述的方法。

本发明第三方面的存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序由处理器运行时，执行如上述所述的随钻电磁波测井资料联合反演方法。

相比现有技术，本发明的优点在于：可以有效利用不同尺度电磁测井资料的探边能力差异和互补信息，提高了远探测随钻电磁波测井资料的反演速度与精度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性显示了本发明实施例的随钻电磁波测井资料联合反演方法的流程；

图2示意性显示了本发明实施例中三层地层反演模型；

图3示意性显示了本发明实施例中五层地层反演模型；

图4示意性显示了本发明实施例中五层地层模型Bayesian算法反演二维窗帘图；

图5a至图5d示意性显示了本发明实施例中远探测随钻电磁波测井与传统随钻电磁波测井资料联合反演；

图6a至图6d示意性显示了本发明实施例中远探测随钻电磁波测井与随钻方位电磁波测井资料联合反演。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1示意性显示了本发明实施例的随钻电磁波测井资料联合反演方法的流程。图2示意性显示了本发明实施例中三层地层反演模型。图3示意性显示了本发明实施例中五层地层反演模型。图4示意性显示了本发明实施例中五层地层模型Bayesian算法反演二维窗帘图。图5a至图5d示意性显示了本发明实施例中远探测随钻电磁波测井与传统随钻电磁波测井资料联合反演。图6a至图6d示意性显示了本发明实施例中远探测随钻电磁波测井与随钻方位电磁波测井资料联合反演。

实施例1

如图1所示，一种多尺度随钻电磁波测井资料联合反演方法，包括如下步骤：

S01、从邻井资料中提取储层水平电阻率序列，作为地质约束条件；

S02、提取远探测随钻电磁波测井资料，作为基本反演资料；

S03、判断是否有随钻电磁波测井资料及随钻电磁波测井资料的类别；具体包括：判断是否有随钻方位电磁波测井资料和传统随钻电磁波测井资料，若有随钻方位电磁波测井资料，则执行步骤S041，若只有传统随钻电磁波测井资料，则执行步骤S042、根据随钻电磁波测井资料的类别采用对应的方法反演当前层位信息；

S04、根据随钻电磁波测井资料的类别采用对应的方法反演当前层位信息；具体包括如下子步骤：

S041、根据随钻方位电磁波测井资料，建立三层各向异性地层模型，反演当前层位的电阻率及界面信息；

S042、根据传统随钻电磁波测井资料，采用自适应乘子正则化Guass-Newton算法，反演当前层位电阻率信息。

其中，步骤S041具体包括如下子步骤：

S0411、基于随钻方位电磁波测井资料，建立三层各向异性地层反演模型，根据步骤S01给出的地层信息，分别确定各待反演参数初值的选取；

S0412、对模型进行自适应乘子正则化Gauss-Newton反演迭代，获取反演结果；

自适应乘子正则化Gauss-Newton反演迭代方法，可具体描述为：

基于梯度反演方法，采用代价函数C(x)，第k步迭代中可表示为：

C

式中，代价函数的第一项表示实测数据d与正演响应S(m)的L

m为待反演的参数矢量，R

式中，δ为一定值，其可通过数值试验确定。m

采用Gauss-Newton最优化方法对(8)求解，另其对x导数为零，第k次迭代

式中，J表示雅克比矩阵，T表示矩阵转置；

S0413、根据随钻方位电磁波测井仪器的探测特性，将反演结果分为三类，第一类是上界面、下界面的位置h1、h2均大于2m，尤其优选为1.8m，第二类是上界面或下界面的位置h1或h2小于2m，尤其优选为1.8m，第三类是上界面、下界面的位置h1、h2均小于2m，尤其优选为1.8m；由于随钻方位电磁波测井仪器距地层界面越远，其反演的准确性越低，不确定性大，一般而言，界面在距仪器上述距离范围2m以内时，反演结果准确可靠。

S0414、对第一类反演结果，输出电阻率作为当前层位信息，对第二类反演结果，输出电阻率和上界面或下界面位置作为当前层位信息，对第三类反演结果，输出电阻率与上界面、下界面位置作为当前层位信息。

S05、根据远探测随钻电磁波测井资料，建立五层宏观各向异性反演模型，并根据步骤S01提取的储层电阻率序列，对待反演参数施加地质约束；

S06、当有随钻方位电磁波测井资料或传统随钻电磁波测井资料时，根据步骤S041或S042提取的当前层位信息，降低五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数；具体包括如下子步骤：

S061、若有随钻方位电磁波测井资料，则执行步骤S062～S064，若只有传统随钻电磁波测井资料，则执行步骤S065；

S062、若步骤S0414只输出当前层位电阻率信息，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为10个；

S063、若步骤S0414输出当前层位电阻率信息与上(下)界面位置，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为9个；

S064、若步骤S0414输出当前层位电阻率信息与上、下界面位置，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为8个；

S065、根据步骤S042输出的当前层位电阻率信息，则五层宏观各向异性反演模型待反演参数个数降低为10个；

S07、利用随机Bayesian反演算法对反演模型进行采样反演，输出反演结果；基于Bayesian理论，反演解的后验分布p(m|d

式中，m为地层模型，d

p(x|d

式中，x和y分别为任意模型，p(x|d

p(x|d

式中：

MCMC具体实现步骤如下：

1)根据当前迭代模型x和转移函数q(x,y)生成下一候选模型y；

2)然后计算接受概率α(x,y)，并与随机数β相比较，若β≥α(x,y)，则返回模型y，反之则返回模型x；

3)重复上述步骤直至满足终止条件。

如图2至图6所示，下面给出具体的反演实例，仪器自上而下穿过地层:

图2示意性显示了本发明实施例中三层地层反演模型；其中，图2中，各个参数的表示含义如下：R

图3表示反演实例中五层地层模型示意图，黑色实线表示井眼轨迹；

图4表示反演实例中五层地层模型Bayesian反演二维窗帘图，黑色实线表示井眼轨迹。

图5为反演实例中利用五层地层反演模型，对三层地层中的传统随钻电磁波测井与远探测随钻电磁波测井资料进行联合反演结果图，黑色实线表示井眼轨迹。其中，图5(a)为Bayesian算法单链采样次数4000次联合反演结果；图5(b)为Bayesian算法单链采样次数8000次联合反演结果；图5(c)为Bayesian算法单链采样次数20000次联合反演结果；图5(d)为Bayesian算法单链采样次数20000次随钻储层成像测井反演结果。

图6为反演实例中利用五层地层反演模型，对三层地层中的随钻方位电磁波测井与远探测随钻电磁波测井资料进行联合反演结果图，黑色实线表示井眼轨迹。其中，图6(a)为远探测随钻电磁波测井资料反演结果；图6(b)为远探测随钻电磁波测井与传统随钻电磁波测井联合反演结果；图6(c)为基于远探测随钻电磁波测井与随钻方位电磁波测井单链采样次数8000次的反演结果；图6(d)为基于远探测随钻电磁波测井与随钻方位电磁波测井单链采样次数20000次的反演结果。

根据上述反演实例得出的反演结果与地层模型一致性高，验证了本发明实施例的反演算法准确性和可靠性。

本发明实施例基于远探测随钻电磁波测井的深探测优势，与随钻方位电磁波测井、传统随钻电磁波测井分辨率高、反演速度快和反演精度高等特点相结合，通过随钻方位电磁波测井、传统随钻电磁波测井资料的反演，获取地层电阻率、界面位置信息，并将其作为已知参数，以实现远探测随钻电磁波测井资料的快速、精确反演。数值试验表明，当只有传统随钻电磁波测井资料时，可获取当前层位的电阻率信息，远探测随钻电磁波测井资料反演的待反演参数由11个降低至10个，反演速度将提升约3倍；当有随钻方位电磁波测井资料时，可分为三种情况：1.仪器距上下界面距离超过随钻方位电磁波测井仪器探测范围，反演可得当前层位电阻率信息，远探测随钻电磁波测井资料反演的待反演参数减少至10个，反演速度提升3倍；2.仪器距其中一个界面的距离小于仪器探测范围，随钻方位电磁波测井资料反演可得当前层位电阻率与该界面位置信息，远探测随钻电磁波测井资料反演的待反演参数个数减少至9个，反演速度提升约20倍；3.仪器距上下界面的距离均小于仪器探测范围，随钻方位电磁波测井资料反演可得当前层位电阻率与上下界面位置信息，远探测随钻电磁波测井资料反演的待反演参数个数减少至8个，反演速度提升两个数量级以上。

实施例2

本发明实施例的随钻电磁波测井资料联合反演装置，能够实施上述实施例的方法。

实施例3

本发明实施例的存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序由处理器运行时，执行如上述实施例的随钻电磁波测井资料联合反演方法。

根据上述实施例，可见，本发明涉及的随钻电磁波测井资料联合反演方法、装置及存储介质，可以有效利用不同尺度电磁测井资料的探边能力差异和互补信息，提高了远探测随钻电磁波测井资料的反演速度与精度。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。