任意线源井地电法三维有限元正演研究

摘要

井地电法是研究高含水期油田剩余油分布和注水推荐前沿的一种有效的勘探方法，能够解决油气田中常用的传统测井方法和地震方法所不能解决的一些问题。该方法在矿产勘查、水文地质、工程地质、环境地质勘察中也有广泛应用。井地电法主要有三大关键问题需要研究：井地电法仪器、三维正演模拟、三维反演成像。本文主要针对任意线源井地电法的三维有限元正演进行研究。 在本文中，研究了任意（复杂管网）线源井地电法三维地电场的基本理论，在前人工作的基础上推演出了更加完备的任意线源正常电位公式。将总电位分解为正常电位和异常电位，通过计算异常电位消除了电源附近的奇异性。求得了任意线源异常电位变分问题的能量泛函表达式，为本文奠定了有限单元法的数值计算基础。采用网格节点电导率分块连续变化的有限单元法来模拟油气田复杂的地质情况。针对有限元法形成的线性方程组系数矩阵的特点，采用对称逐步超松弛预处理共轭梯度法与按行压缩的存储技术来求解方程，该方法高效、稳定。研究设计了有限单元法正演模拟的算法、数据结构并编写了程序。 对在垂直、倾斜、单（二）分支水平线源激励下（同时考虑地表浅层注水和输油钢管构成线源所造成的影响）的典型油气藏地质模型进行了正演模拟。初步研究了线源各段上电流非均匀流入地层对地电场分布的影响和异常响应规律，使得我们的数值模拟更贴近油田生产实际情况。对激励电源处在异常体的不同位置也进行数值模拟，并分析了其异常响应特征和规律。通过对异常响应执行相关算子运算使得异常特征更加显著，异常边缘更加清晰，更加有利于异常的圈定。研究了异常体的物性参数的改变对异常响应的影响，并分析了其异常特征和规律。以上研究成果为井地电法反演计算奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究现况和水平

1.2.1 井地电法早期应用和研究现状

1.2.2 井地电法的三维正演研究现状

1.2.3 线性方程组求解及其系数矩阵压缩存储

1.2.4 井地电法三维模拟研究的不足

1.3 研究意义和目的

1.4 研究内容与论文结构

第二章 任意线源异常电位的变分问题

2.1 任意线源的正常电位

2.2 地下点电流源异常电位的变分问题

2.2.1 地下点电流源异常电位的边值问题

2.2.2 地下点电流源异常电位的变分问题

2.3 任意线源异常电位的变分问题

2.4 本章小结

第三章 任意线源变分问题的有限单元法

3.1 网格剖分

3.2 线性插值

3.3 单元积分

3.3.1 第一项单元积分

3.3.2 第二项单元积分

3.3.3 第三项边界单元积分

3.3.4 第四项边界面积分

3.4 总体合成

3.5 本章小结

第四章 大型线性方程组的求解

4.1 稀疏系数矩阵的存储

4.1.1 刚度矩阵的特点及常用存储方式

4.1.2 按行(列)压缩存储

4.2 线性方程组的求解

4.3 本章小结

第五章 任意线源井地电法三维有限元正演模拟

5.1 油气田油井类型和相关特点介绍

5.2 任意线源井地电法三维模拟与异常分析

5.2.1 垂直和倾斜线源井地电法三维模拟与异常对比分析

5.2.2 水平线源井地电法三维模拟与异常分析

5.2.3 复杂管网线源井地电法三维模拟与异常分析

5.3 异常模型物性参数变化对异常响应的影响规律

5.3.1 异常模型埋深变化对异常响应的影响规律

5.3.2 异常体分布面积大小变化对异常响应的影响规律

5.3.3 异常模型厚度变化对异常响应的影响规律

5.3.4 异常模型电阻率变化对异常响应的影响规律

5.4 线源电流非均匀流出对异常响应的影响与规律分析

5.5 并地电法三维模拟中增强异常幅值和特征的方法

5.5.1 对异常信号执行相关算子来增强异常特征

5.5.2 选择合适的激发模式得到特征显著的异常响应

5.6 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参与科研情况