阅读说明：本技术 一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储介质 (Reservoir monitoring method and system based on time domain electromagnetic method and computer storage medium ) 是由 党博 任志平 刘长赞 杨玲 王咪咪 于 2019-10-08 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储介质,该系统可以包括：永置式井下监测子系统、挂接于所述永置式井下监测子系统的瞬变电磁探测器,以及上位机；其中,所述永置式井下监测子系统通过电缆为所述瞬变电磁探测器供电；所述瞬变电磁探测器,配置为接收由瞬变电磁激励信号产生的响应信号,并将所述响应信号通过所述电缆传输至所述上位机；所述上位机,配置为根据所述响应信号监测储层电导率的变化状态。(The embodiment of the invention discloses a reservoir monitoring method, a system and a computer storage medium based on a time domain electromagnetic method, wherein the system comprises the following steps: the system comprises a permanent underground monitoring subsystem, a transient electromagnetic detector hung on the permanent underground monitoring subsystem and an upper computer; wherein the permanent downhole monitoring subsystem powers the transient electromagnetic detector via a cable; the transient electromagnetic detector is configured to receive a response signal generated by a transient electromagnetic excitation signal and transmit the response signal to the upper computer through the cable; and the upper computer is configured to monitor the change state of the reservoir conductivity according to the response signal.)

一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储 介质

技术领域

本发明实施例涉及油气井下监测技术领域，尤其涉及一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储介质。

背景技术

当前，大多数油田以注水开发为主，在开发的后期，储层的非均质性明显，且地质特性多维陆相沉积多油层储层，层间、层内和平面之间的渗透率变化大，各层吸水量差异显著，注入水总是沿高渗透带推进，造成纵向及平面内的注入水推进不均匀。当高渗透层的注入水推进到采油井后，继续注水只能是无效穿过高渗透层，并不能扩大低渗透层的波及体积，从而水驱波及的范围有限或无法预测。基于上述驱油替水过程的复杂性及其对储层作用效应的不可预测性，也对储层动态监测的精度提出了更高的需求。

受金属套管的影响，目前还未有能够对套后地层的电阻率进行永久监测的系统和方法，而电阻率与岩性、物性、含油性和地层水性质都有关，是评价储层含油气性的重要指标之一。因此，如何实时监测套后储层的电阻率，为油田的精细水驱调整和优化开采提供指导，是提高油田采收率研究过程中的一大难点。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储介质；能够实现套后储层的实时在线监测。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于时间域电磁法的储层监测系统，所述系统包括：永置式井下监测子系统、挂接于所述永置式井下监测子系统的瞬变电磁探测器，以及上位机；其中，

所述永置式井下监测子系统通过电缆为所述瞬变电磁探测器供电；

所述瞬变电磁探测器，配置为接收由瞬变电磁激励信号产生的响应信号，并将所述响应信号通过所述电缆传输至所述上位机；

所述上位机，配置为根据所述响应信号监测储层电导率的变化状态。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于时间域电磁法的储层监测方法，所述方法应用于第一方面所述的基于时间域电磁法的储层监测系统，所述方法包括：

根据瞬变电磁探测器的接收线圈的响应特性，确定采样时间段；

根据所述采样时间段对所述接收线圈所接收到的响应信号进行采样；

将多个监测时间段的同一采样时刻的响应信号进行对比，获得第一比对结果；

针对所述第一比对结果进行分析，获得储层电阻率变化状态。

第三部分，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于时间域电磁法的储层监测程序，所述基于时间域电磁法的储层监测程序被至少一个处理器执行时实现第二方面所述基于时间域电磁法的储层监测方法步骤。

本发明实施例提供了一种基于时间域电磁法的储层监测方法、系统及计算机存储介质；借助常规的永置式井下监测子系统已有的电缆和供电，保持瞬变电磁探测器的位置固定不变，因此，尽管储层监测系统在进行储层电导率变化监测过程中，仍然会受到金属套管的影响，但不需要重复补偿金属套管、水泥胶结质量对监测性能的影响；此外，由于金属套管在井下的腐蚀速度远远慢于储层的变化速度，因此在一定的时间段内可以忽略金属套管的腐蚀变化，也就能够将监测结果中关于金属套管的影响视为固定的背景噪声，从而实现套后储层电阻率变化的在线监测，提升了储层监测的时效性与精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于时间域电磁法的储层监测系统组成示意图；

图2为本发明实施例提供的潜油电泵工况监测子系统组成示意图；

图3为本发明实施例提供的智能井子系统组成示意图；

图4为本发明实施例提供的瞬变电磁探测器组成示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种基于时间域电磁法的储层监测系统组成示意图；

图6为本发明实施例提供的上位机组成示意图；

图7为本发明实施例提供的上位机的具体硬件结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于时间域电磁法的储层监测方法流程示意图；

图9为本发明实施例提供的一种修正和补偿原始响应信号的流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种储层探测模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

目前常规的一种套后储层监测系统，借助潜油电泵井和智能井中布设有电缆的便利条件，对每口井都配置上储层实时监测系统，而当前的监测参数主要包括压力、温度、流量和含水率等间接参数，能够用于分析储层特性，并根据流量和压力的测试结果，调节产能；但受金属套管的影响，该储层在线监测系统无法直接测取电阻率信息，如需要实时监测套后的电阻率，需要寻求一种能够穿过套管进行探测电阻率的方案。

针对上述情况，时间域电磁法由于其非接触测量方式、对电阻率敏感、包含多种频率成分以及不存在直接耦合等优势，也应用于套后储层监测中。具体过程如下：目前利用时间域电磁法对套外储层进行探测的方案尽管均能够穿过套管实现地层电阻率的探测，但受金属套管的影响，需要不停的对套管、水泥环与地层的非均质性进行补偿和校正，信号处理难度大，数据解释精度低。

针对上述问题，本发明实施例期望能够提供一种基于时间域电磁法的储层监测系统1，参见图1，该系统1可以包括：永置式井下监测子系统11、挂接于所述永置式井下监测子系统11的瞬变电磁探测器12，以及上位机13；其中，

所述永置式井下监测子系统11通过电缆为所述瞬变电磁探测器12供电；

所述瞬变电磁探测器12，配置为接收由瞬变电磁激励信号产生的响应信号，并将所述响应信号通过所述电缆传输至所述上位机13；

所述上位机13，配置为根据所述响应信号监测储层电导率的变化状态。

通过图1所示的储层监测系统1，借助常规的永置式井下监测子系统已有的电缆和供电，保持瞬变电磁探测器的位置固定不变，因此，尽管储层监测系统1在进行储层电导率变化监测过程中，仍然会受到金属套管的影响，但不需要重复补偿金属套管、水泥胶结质量对监测性能的影响；此外，由于金属套管在井下的腐蚀速度远远慢于储层的变化速度，因此在一定的时间段内可以忽略金属套管的腐蚀变化，也就能够将监测结果中关于金属套管的影响视为固定的背景噪声，从而实现套后储层电阻率变化的在线监测，提升了储层监测的时效性与精度。

对于图1所示的储层监测系统1，示例性地，所述永置式井下监测子系统11可以优选包括潜油电泵工况监测子系统或智能井子系统。从而可以利用智能井子系统连接油管以及钢管电缆，或利用潜油电泵工况监测子系统中已有的三相动力电缆为瞬变电磁探测器12供电以及为响应信号提供向上位机13传输的传输通道。

对于上述示例，在一种可能的实施方式中，参见图2所示的示例性潜油电泵工况监测子系统，可以包括多级离心泵、气体分离器、保护器、潜油电机和电缆等，其中，多级离心泵用于通过泵轴上叶轮的高速旋转将井液举升到地面；气体分离器用于在惊讶进入潜油泵之前，对油、气进行分离，以减小气体对潜油泵工作性能的影响；保护器主要用于阻止井液进入潜油电机，从而避免烧毁潜油电机；潜油电机可浸在规定深度的油井中工作，连续可靠地抽取井下原油或井液；电缆的主要功能是将地面电能输送给井下的潜油电机以及将完成井下与地面系统的通信。基于上述关于潜油电泵工况监测子系统的描述，参见图2，相应于所述永置式井下监测子系统11为潜油电泵工况监测子系统，所述瞬变电磁探测器12挂接于所述潜油电泵工况监测子系统11中潜油电机的下部，且通过所述潜油电泵工况监测子系统中的三相动力电缆和电缆铠皮为所述瞬变电磁探测器供电，并利用所述电缆铠皮作为地线向所述上位机传输所述响应信号。对于具体实施过程来说，可以利用三相动力电缆和电缆铠皮作为传输通道，通过星点等势法为井下监测系统供电，并利用铠皮作为地线向位于地面的上位机13传输响应信号，由地面上位机13实时显示和传输当前储层的电阻率信息，从而实现对储层的在线监测。

对于上述示例，在另一种可能的实施方式中，参见图3所示的示例性智能井子系统，该子系统在井下设置了单芯电缆、流量测试装置和调节装置，根据各生产层的压力、温度、油、气、水含量等参数调节产能，通过分层测试、分层控制、分层开采以实现多储层的优化组合生产。基于上述关于智能井子系统的描述，参见图3，相应于所述永置式井下监测子系统11为智能井子系统，所述瞬变电磁探测器12挂接于所述智能井子系统中各生产层所对应的配产器和过缆封隔器之间，通过智能井子系统中的单芯电缆为瞬变电磁探测器12供电，并利用所述单芯电缆作为地线向所述上位机传输所述响应信号。其中，配产器用于控制不同的生产压差，以求得不同的产量；过缆封隔器是一种用于封隔油套环空的机械装置；单芯电缆用于实现井下仪器的供电及数据信号的传输。

从上述永置式井下监测子系统11的示例可以看出，将瞬变电磁探测器12与永置式井下监测子系统11相结合，借助智能井子系统或潜油电泵工况监测子系统已有的电缆和供电系统，使得瞬变电磁探测器12能够在井筒内长期驻留，虽然响应信号同样会受到金属套管的影响，但金属套管在井下的腐蚀速度远远慢于储层的变化速度，利用一段时间内的响应信号就能够实时分析储层电阻率信息，以在线监测储层电阻率的动态变化。

对于图1所示的储层监测系统1，示例性地，如图4所示，瞬变电磁探测器12可以包括电磁探头121、信号发射与接收电路122、信号处理与控制电路123以及信号编码与传输电路124；其中，电磁探头121上绕有发射线圈和接收线圈，通过向发射线圈施加瞬变电磁激励信号，在信号关断间歇，可以利用接收线圈接收到的响应信号对储层的电阻率信息进行反演。最终瞬变电磁探测器12测得的响应信号可以经电缆传输至地面上位机13，并在上位机13进行实时显示。

对于图1所示的储层监测系统1，示例性地，如图5所示，在储层监测系统1中，瞬变电磁探测器12与上位机13之间，还可以包括信号处理模块14，可以被配置为将电缆中传输的响应信号依次进行滤波处理、放大处理及比较处理后通过控制芯片解码，将解码后的信号通过通信串口发送至上位机13。具体来说，通信串口优选可以是RS232串口。

对于图1所示的储层监测系统1，示例性地，如图6所示，上位机13可以包括：参数输入部分131、数据处理部分132、存储部分133和显示部分134；其中，参数输入部分131，配置为输入井况信息和预设显示信息，具体可以包括井号和仪器所处深度等；数据处理部分132，配置为对瞬变电磁探测器12中接收线圈响应的感应电动势进行进制转换和积累处理；存储部分133，配置为将原始响应信号存储至指定路径；显示部分134，配置为以曲线形式显示所述响应信号随监测时间的变化关系以及根据所述响应信号反演获得的储层电阻率信息，以提高实时监测的直观性，需要说明的是，还可以根据需要对原始测试信号进行曲线回放。

可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。

另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对于上述上位机13来说，其具体硬件结构可以如图7，包括：通信接口701，存储器702和处理器703；各个组件通过总线系统704耦合在一起。可理解，总线系统704用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统704除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图7中将各种总线都标为总线系统704。其中，

所述通信接口701，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

所述存储器702，用于存储能够在所述处理器703上运行的计算机程序；

所述处理器703，用于在运行所述计算机程序时，执行上述上位机13中各组成部分所被配置的功能及步骤。

可以理解，本发明实施例中的存储器702可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可编程只读存储器(Programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(Static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(Dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(Synchronous DRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(Double Data RateSDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(Enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(Synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(DirectRambus RAM，DRRAM)。本文描述的系统和方法的存储器702旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

而处理器703可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器703中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器703可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器702，处理器703读取存储器702中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。

对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。

对于上述储层监测系统1，监测储层电导率的实施应用过程具体如下：

首先根据当前井是潜油电泵井还是智能井，将瞬变电磁探测器12进行挂接；接着，通过潜油电泵或智能井系统为瞬变电磁探测器12供电；然后，瞬变电磁探测器12开始工作并进行监测；接着，利用潜油电泵或智能井系统的电缆将瞬变电磁探测器12接收到的响应信号进行传输；然后，位于地面的信号处理模块14采集响应信号，处理后发送给上位机13；最后，上位机13对响应信号进行存储及分析，并对储层的电阻率信息进行显示。

通过上述方案，借助常规的井下监测子系统11实时传输响应信号，不需要对套管磁化，也不需要改变井筒结构，更不需要配备专门的电缆和电源，在不影响现有智能井和潜油电泵井的工作状态和已有监测系统的正常工作的前提下，不存在发射信号引起的直接耦合，也不存在可能伤害储层和水泥环等的人工震源和大功率激励源，从而节省开发成本，实现井下永置式的储层在线监测。

基于前述技术方案所描述的储层监测系统1，参见图8，其示出了本发明实施例提供的一种基于时间域电磁法的储层监测方法，所述方法应用于前述技术方案中所述的基于时间域电磁法的储层监测系统1，所述方法包括：

S810：根据瞬变电磁探测器的接收线圈的响应特性，确定采样时间段；

S820：根据所述采样时间段对所述接收线圈所接收到的响应信号进行采样；

S830：将多个监测时间段的同一采样时刻的响应信号进行对比，获得第一比对结果；

S840：针对所述第一比对结果进行分析，获得储层电阻率变化状态。

可以理解地，图8所示的技术方案需要通过前述技术方案所述的基于时间域电磁法的储层监测系统1进行实现，因此，图8所示的技术方案同样借助常规的井下监测子系统实时传输响应信号，不需要对套管磁化，也不需要改变井筒结构，更不需要配备专门的电缆和电源，在不影响现有智能井和潜油电泵井的工作状态和已有监测系统的正常工作的前提下，不存在发射信号引起的直接耦合，也不存在可能伤害储层和水泥环等的人工震源和大功率激励源，从而节省开发成本，实现井下永置式的储层在线监测。

对于图8所示的技术方案，在一种可能的实现方式中，如图9所示，在S803所述将多个监测时间段的同一采样时刻的响应信号进行对比之前，所述方法还包括：

S801：基于预设的储层探测模型，通过瞬变电磁探测器的发射线圈参数和接收线圈参数进行计算，获取模拟的电磁响应信号；

S802：将所述模拟的电磁响应信号与所述接收线圈所述接收到的原始响应信号进行比对，获得第二比对结果；

S803：基于所述第二比对结果对所述接收线圈所述接收到的原始响应信号进行修正和补偿，获得修正及补偿后的响应信号。

对于上述实现方式，优选来说，所述方法还包括：

建立时间域电磁法的储层探测模型，所述模型包括铁芯、空气、仪器外护管、井液、套管、水泥环和地层。具体来说，本优选示例中所描述的储层探测模型如图10所示，模型内的介质由内到外分别为铁芯、空气、仪器外护管、井液、套管、水泥环和地层。设最内层介质的磁导率、介电常数和电导率分别为(μ₁,ε₁,σ₁)，从内向外第二层介质的磁导率、介电常数和电导率分别为(μ₂,ε₂,σ₂)，第三层到最外层(第J层)依次类推，各层介质的半径为r₁,r₂,…,r_J。可以理解地，在有源区，既有一次场，又有二次场；在无源区，只有二次场。

需要说明的是，基于图10所示的模型，对于图8或图9所示的方法，推演过程如下：

首先，引入磁矢A，考虑到柱坐标的对称性，则有A_r＝A_z＝0，令将二次场满足的齐次亥姆霍兹方程表示为式1所示：

其中，k_j为波数。求解式1，可得第j层介质中的二次场矢量势大小如式2所示：

其中，N为发射线圈匝数，I为发射电流，A_j和B_j分别为待定系数，I₁(x_jr)、K₁(x_jr)是第一类和第二类1阶复宗量贝塞尔函数，z为发射线圈与接收线圈之间的距离。

接着，结合矢量磁势与场量关系式，可得z方向磁场分量的值如式3所示：

然后，将式2代入式3，可得接收线圈z方向的磁场强度。

再然后，根据各层介质的边界条件，可推导出位于介质1中接收线圈频域的感应电动势如式4所示：

其中，ω为角频率，N_R为接收线圈匝数，S为感应场接收线圈有效面积。

最后，采用Gaver-stohfest逆拉氏变换法(G-S逆变换)将式4从频域转换至时域，可得接收线圈时域的感应电动势如式5所示：

其中，K_p为G-S方法的滤波系数，越多的G-S逆变换点数对应的结果越精确，与解析解之间的误差越小。

通过上述过程，可以得知：相对于储层油水驱替的过程，金属套管的腐蚀变化在相当长的监测时间内极其微弱，在短时间内完全可以忽略其影响，从而可以极大地提高储层电阻率的变化在多次瞬变电磁响应差模中所占的比重。设定测量周期为M，则接收响应可表示为如式6所示：

U_1-M＝[U₁ U₂ … U_M]^T (6)

其中，U_m＝[U_m(t₁) U_m(t₂) … U_m(t_L)]^T，L为采样总点数。

基于式6，可以得知，通过对储层电阻率进行长时间监测，由于系统1的位置固定不变，不需要重复补偿金属套管、水泥胶结质量对监测性能的影响。因此，可以根据长时间的监测结果对储层的电阻率变化情况进行分析，从而实现套后储层电阻率的永置式监测。

可以理解地，本发明实施例所提供的基于时间域电磁法的储层监测方法、系统，在现场实测电阻率变化的过程中，由于探头接收到的响应信号包含套管内液体、套管本体、水泥环、地层等综合数据，而真正需要的信息只是岩层和油水层电阻率的变化情况，为去除其它介质对接收信息处理的干扰影响，在现场测试完成后，还需对套后储层探测仪采集数据进行修正补偿处理，得到最纯粹的地层电阻率变化数据，实现储层实时在线监测。

此外，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有基于时间域电磁法的储层监测程序，所述基于时间域电磁法的储层监测程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述基于时间域电磁法的储层监测方法步骤。

需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。