海洋可控源電磁法次油氣層探測(cè)模擬研究

摘要：海洋可控源電磁（MCSEM）法在海洋油氣開(kāi)發(fā)中有著獨(dú)特的作用，常用于油氣層識(shí)別及輔助定位。海洋油氣勘探中，主油氣層附近往往存在次油氣層，不易進(jìn)行區(qū)分。在油氣開(kāi)采監(jiān)測(cè)時(shí)，利用時(shí)移可控源電磁法檢測(cè)次油氣層，可以有效降低成本、提高勘探效率。首先，開(kāi)展海洋可控源電磁法的二維正演模擬，對(duì)次油氣層不同厚度、相較于主油氣層的不同位置及不同距離、主油氣層不同埋深的多種模型進(jìn)行正演模擬，正演電磁響應(yīng)表現(xiàn)出明顯差異；然后，根據(jù)歸一化振幅差異分析次油氣層對(duì)電磁響應(yīng)的影響；最后，采用OCCAM反演，對(duì)不同開(kāi)采情況下的簡(jiǎn)單油氣模型和復(fù)雜地質(zhì)情況下的油氣模型進(jìn)行反演，結(jié)果表明，隨著開(kāi)采過(guò)程的進(jìn)行，次油氣層的響應(yīng)逐漸清晰，為海洋油氣開(kāi)采監(jiān)測(cè)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：油氣開(kāi)采監(jiān)測(cè)，仿真模擬，電磁場(chǎng)，二維反演，時(shí)移電磁

中圖分類號(hào)：P631文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13810/j.cnki.issn.1000?7210.2024.04.026

Simulation study of secondary oil and gas reservoir detectionusing marine controlled source electromagnetic method

CHEN Hangyu，LIU Ying，LIU Mengyuan

（College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao，Shandong 266100，China）

Abstract：Marine controlled source electromagnetic method plays a unique role in offshore oil and gas develop?ment，which is often employed to identify the oil and gas reservoir and assist in its location.In offshore oil and gas exploration，there are often secondary oil and gas reservoirs near the main oil and gas reservoir，which is hard to distinguish during exploration.In oil and gas exploitation monitoring，the adoption of a time?lapse con?trolled source electromagnetic method to detect the existence of secondary oil and gas reservoirs can effectively reduce the cost and improve exploration efficiency.Firstly，the two?dimensional forward simulation of the m a?rine controlled source electromagnetic method is conducted to simulate various models with different thick?nesses of the secondary oil and gas reservoir，location and distance compared to the main oil and gas reservoir，and different buried depths of the main oil and gas reservoir.The forward electromagnetic response shows obvious electromagnetic differences.Then，according to the difference in normalized amplitudes，the influence of the secondary oil and gas reservoir on the electromagnetic response is analyzed.Finally，OCCAM inversion is employed to invert simple oil and gas models under different production conditions and complex geological conditions.The results show that with the development of the production process，the response of the seconda?ry oil and gas reservoir is increasingly clear，which provides reliable reference data for offshore oil and gas ex?ploitation monitoring.

Keywords：oil and gas exploitation monitoring，simulation，electromagnetic field，two?dimensional inversion，time?lapse electromagnetic

陳航宇，劉穎，劉夢(mèng)圓.海洋可控源電磁法次油氣層探測(cè)模擬研究［J］.石油地球物理勘探，2024，59（4）：887-898.

CHEN Hangyu，LIU Ying，LIU Mengyuan.Simulation study of secondary oil and gas reservoir detection using marine controlled source electromagnetic method［J］.Oil Geophysical Prospecting，2024，59（4）：887-898.

0引言

海洋可控源電磁（MCSEM）法勘探是在海底布設(shè)源激發(fā)電磁場(chǎng)，通過(guò)布置在海底的采集站接收電磁場(chǎng)信號(hào)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，獲得地下電阻率分布。眾所周知，利用電磁法開(kāi)展油氣勘探的基礎(chǔ)是目標(biāo)與圍巖間存在電性差異。海底油氣藏（層）具有高阻特征，因此可以通過(guò)MCSEM對(duì)其進(jìn)行勘探。早期的海洋電磁勘探以一維為主，其數(shù)據(jù)的正、反演技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟。早在1983年Chave[1]提出了海洋電磁法理論，實(shí)現(xiàn)了海洋可控源電磁數(shù)據(jù)的一維正演模擬，據(jù)此可分析海洋淺部地層的電性特征。Flosadóttir等[2]在此基礎(chǔ)上提出了一維快速OCCAM反演，實(shí)現(xiàn)了MCSEM數(shù)據(jù)的反演。Christensen等[3]采用阻尼最小二乘法實(shí)現(xiàn)了一維MCSEM數(shù)據(jù)的反演，對(duì)儲(chǔ)層參數(shù)反演誤差的原因進(jìn)行了分析。Key[4]將一維OCCAM反演推廣到MCSEM數(shù)據(jù)，并深入研究了不同采集參數(shù)條件下該方法對(duì)海洋油氣藏薄電阻層的分辨率。

隨著MCSEM法應(yīng)用的不斷深入，得益于計(jì)算方法和電子計(jì)算機(jī)性能的快速提升，MCSEM數(shù)據(jù)的二維和三維正、反演技術(shù)也取得了重要進(jìn)展。Cai等[5]基于邊緣有限元方法開(kāi)展了三維可控源電磁（CSEM）數(shù)據(jù)的正、反演，利用多個(gè)求解器并行求解方程組，對(duì)于多源及大規(guī)模電磁建模效果較好。劉穎等[6]采用非結(jié)構(gòu)四面體單元進(jìn)行三維網(wǎng)格剖分，實(shí)現(xiàn)了可控源電磁場(chǎng)三維自適應(yīng)矢量有限元正演。Ye等[7]在頻域使用自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)有限元方法，開(kāi)展了MCSEM數(shù)據(jù)三維正演。劉玲等[8]利用譜元法進(jìn)行MCSEM三維電磁場(chǎng)正演模擬，在稀疏網(wǎng)格剖分情況下實(shí)現(xiàn)了較準(zhǔn)確的正演計(jì)算。高妍等[9]提出了一種在頻率域基于預(yù)條件迭代求解的有限元電磁數(shù)值模擬方法，并利用該方法對(duì)可燃冰與油氣雙儲(chǔ)層模型的MCSEM正演響應(yīng)特征進(jìn)行模擬和分析。張巖等[10]設(shè)計(jì)了一種可控源電磁法2.5 D觀測(cè)系統(tǒng)，噪聲壓制效果較好，獲得了精確的地下電性分布。Li等[11]使用自適應(yīng)有限元方法實(shí)現(xiàn)了各向異性三維MCSEM電磁場(chǎng)正演，結(jié)果表明MCSEM電磁響應(yīng)受地下介質(zhì)各向異性方位的影響較大。Chen等[12]提出了一種新的小波伽遼金方法應(yīng)用于二維正演建模，該方法在計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存要求方面優(yōu)于有限元法和差分方法。

Weitemeyer等[13]使用有限差分算法實(shí)現(xiàn)了MCSEM數(shù)據(jù)的二維反演，并將正演結(jié)果與Li等[14]的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，證明了通過(guò)可調(diào)節(jié)網(wǎng)格的有限差分算法，可在保證計(jì)算精度的前提下提高計(jì)算效率。Kerry[15]使用自適應(yīng)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格剖分，開(kāi)展了具有較高精度和較強(qiáng)靈活性的大地磁測(cè)深（MT）數(shù)據(jù)和CSEM數(shù)據(jù)的二維各向異性反演。肖俊等[16]對(duì)帶地形MCSEM數(shù)據(jù)二維OCCAM反演算法進(jìn)行了研究，正演采用非結(jié)構(gòu)三角形網(wǎng)格的自適應(yīng)有限元可模擬具有復(fù)雜界面和地形的模型。龍志丹[17]提出了一種適用于六面體網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格的粗糙度矩陣計(jì)算策略的頻率域CSEM三維反演方法，對(duì)帶地形的海洋油氣藏模型進(jìn)行反演，反演表明，當(dāng)兩個(gè)油氣藏距離較近時(shí)，反演結(jié)果無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確分辨。為了提高CSEM數(shù)據(jù)的電阻率反演分辨率，Long等[18]將多元變換函數(shù)應(yīng)用于CSEM數(shù)據(jù)的三維反演，將模型參數(shù)從連續(xù)分布空間轉(zhuǎn)換為半步分布的多元空間。

CSEM法通常應(yīng)用于油氣勘探，尋找有利鉆探目標(biāo)區(qū)[19]。隨著CSEM數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升和先進(jìn)處理方法的提出，該方法可應(yīng)用于精確研究電阻率分布。時(shí)移地球物理成像是監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層內(nèi)部物性變化的有效手段，其中時(shí)移海洋可控電磁法適合于海洋油氣藏（層）開(kāi)展過(guò)程的監(jiān)督。Kong等[20]基于傳統(tǒng)MCSEM法，采用井中數(shù)據(jù)接收方式，成功開(kāi)展了油氣藏開(kāi)采監(jiān)測(cè)。Wirianto等[21]對(duì)復(fù)雜三維電阻率模型進(jìn)行正演模擬，結(jié)果表明CSEM法可應(yīng)用于陸地油氣儲(chǔ)層開(kāi)采監(jiān)測(cè)。Shahin等[22]使用2.5D并行自適應(yīng)有限元算法對(duì)三個(gè)生產(chǎn)時(shí)間步長(zhǎng)（0、5、10年）開(kāi)展時(shí)移CSEM數(shù)據(jù)模擬，可監(jiān)測(cè)到儲(chǔ)層電阻率降低20%～60%的過(guò)程。Shantsev等[23]為了分析時(shí)移CSEM勘探重復(fù)性的重要性，對(duì)實(shí)測(cè)CSEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)反演電阻率體而非原始電磁數(shù)據(jù)建立時(shí)移模型，可大幅度降低對(duì)重復(fù)性的要求。劉勇等[24]采用MCSEM法對(duì)不同環(huán)境、不同工作方式下的油氣層開(kāi)采監(jiān)測(cè)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，證明了利用該方法對(duì)深海油藏的開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)是可行的。

為了更高效地利用時(shí)移CSEM技術(shù)，本文提出在油藏開(kāi)采過(guò)程中對(duì)油氣藏進(jìn)行時(shí)移反演成像，目的是檢測(cè)是否存在勘探初期遺漏的小型油氣藏（次油氣層）。對(duì)油氣開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能實(shí)時(shí)了解當(dāng)前油氣層的開(kāi)采狀態(tài)，檢測(cè)是否存在未發(fā)現(xiàn)的次油氣層。前人的研究[20-24]表明，利用MCSEM法對(duì)油氣儲(chǔ)層開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)效果良好，但對(duì)于次油氣層探測(cè)的應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道。本文首先設(shè)計(jì)一系列地電模型，模擬油氣開(kāi)采過(guò)程中的電磁響應(yīng)特征；然后，模擬分析次油氣層在不同厚度、不同位置及不同埋深等情況下對(duì)電磁響應(yīng)的影響；最后，為了進(jìn)一步分析次油層的影響，采用OCCAM反演對(duì)上述模型的正演數(shù)據(jù)及復(fù)雜地質(zhì)條件下的油氣開(kāi)采數(shù)據(jù)進(jìn)行反演[14]。

1正、反演原理

1.1二維正演理論

對(duì)于一個(gè)二維地電模型，沿異常體走向方向設(shè)為x軸，時(shí)間因子為e-iωt，其中ω為角頻率，t為時(shí)間。將水平電偶極源置于海水中，其位置為（xs，ys，zs）。該模型的電場(chǎng)E、磁場(chǎng)H滿足控制方程

式中：μ0為真空中的磁導(dǎo)率；σ為電導(dǎo)率；Js為源的電流分布。

在笛卡爾坐標(biāo)系對(duì)式（1）的展開(kāi)式做傅里葉變換

F（^）（kx，y，z）—∫……f（x，y，z）e-ikx x dx（2）

式中：F（^）為電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量；kx為波數(shù)。根據(jù)傅里

式中：δs—δ（ys）δ（z s）；Jx、Jy、Jz分別為電偶源沿x、y、z方向的偶極矩；γ2—kx（2）-iωμ0σ;Ex和Hx分別表示x方向的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量；E（^）x和H（^）x分別表示波數(shù)域中的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量。

利用加權(quán)余量法將式（3）和式（4）改寫(xiě)為積分方程的形式，并在區(qū)域Ω內(nèi)積分。將區(qū)域Ω分解為n e個(gè)三角單元（編號(hào)1，2，…，n e），可得

式中：δE（^）x為電場(chǎng)的任意變分；Γ表示區(qū)域Ω的邊界;E（^）t和H（^）t分別為界面上的電場(chǎng)和磁場(chǎng)切向分量。

對(duì)式（5）和式（6）的所有方程組求和，得到線性方程組

KU—S（7）

式中：U表示電場(chǎng)或者磁場(chǎng)；K為復(fù)稀疏系數(shù)矩陣；S為式（5）或式（6）的右端項(xiàng)。本文正演程序使用直接求解法求解式（7），得到Et和Ht后即可求得其他分量，推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[25]。

1.2二維OCCAM反演

正則化MCSEM數(shù)據(jù)的反演目標(biāo)函數(shù)為

式中：μ表示磁導(dǎo)率;m表示模型的N維向量，對(duì)于電阻率函數(shù)則取電阻率的對(duì)數(shù)值；等式右側(cè)第一項(xiàng)是模型的粗糙度，其中R為粗糙度算子矩陣；等式右側(cè)第二項(xiàng)表示模型與預(yù)計(jì)模型的偏離程度，其中P為加權(quán)對(duì)角矩陣，m*表示先驗(yàn)?zāi)Ｐ偷腘維向量；等式右側(cè)第三項(xiàng)是正演模型響應(yīng)Fm與觀測(cè)數(shù)據(jù)向量d之間的擬合差，其中w為反演標(biāo)準(zhǔn)差的加權(quán)對(duì)角矩陣。

采用OCCAM方法進(jìn)行迭代，實(shí)現(xiàn)模型m的最小化，其模型更新迭代公式為

式中：K表示迭代次數(shù);λ為正則化因子。修改后的數(shù)據(jù)向量滿足

d（?）=d-Fm（mK）+JK mK（10）

式中J為雅克比矩陣。采用黃金分割法可求取最優(yōu)解。擬合模型時(shí)，可采用下式快速得到最優(yōu)模型

m'K+1=αmK+1+（1-α）mK（11）

式中α表示迭代步長(zhǎng)。首先設(shè)置α=1，若未能找到合適的模型，則將其值減半，以此類推。文獻(xiàn)[14]給出了詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程，此處不再贅述。

2正演模擬仿真

對(duì)圖1所示二維海洋地電模型進(jìn)行模擬。油氣模型包括兩部分：主油氣層和次油氣層。在海底?4～4 km范圍內(nèi)等間隔放置9個(gè)接收站，間隔為1 km。發(fā)射源沿接收站上方50 m高度拖曳前進(jìn)，行進(jìn)范圍為?6～6 km，每隔200 m激發(fā)一次。發(fā)射頻率為0.25 Hz，電流為1 A，電極長(zhǎng)度為1 m。主油氣層從右向左開(kāi)采，每次開(kāi)采20%。油氣開(kāi)采完后儲(chǔ)層電阻率降為1Ω·m（即與圍巖電阻率相等）。

對(duì)該二維海洋地電模型建立初始網(wǎng)格。采用自適應(yīng)有限元方法，對(duì)網(wǎng)格逐步細(xì)化，每次細(xì)化會(huì)增加約5%的網(wǎng)格數(shù)，最終得到滿足精度要求的細(xì)網(wǎng)格。同時(shí)，電磁響應(yīng)采用分組并行計(jì)算，將一定數(shù)量的發(fā)射位置和接收位置組合為一組，因而最終的正演網(wǎng)格大小會(huì)有所不同。

本文以使用歸一化振幅及含有和不含次油氣層的歸一化振幅之間的差異（歸一化振幅差異）作為判斷正演效果的參數(shù)。以電場(chǎng)為例，歸一化振幅為

式中：E為電場(chǎng)總場(chǎng)的幅值；Eb為不含異常體（即背景模型）的電場(chǎng)幅值（本文中背景均指均勻半空間）。歸一化振幅差異公式為

Ed=×100%（13）

式中E'g和Eg分別為含次油氣層和不含次油層的歸一化振幅。

2.1有、無(wú)次油氣層模型的正演模擬

為了探究油氣開(kāi)采時(shí)，次油氣層對(duì)MCSEM正演響應(yīng)的影響，分別設(shè)計(jì)有、無(wú)次油層的模型進(jìn)行仿真模擬。對(duì)于圖1所示的含次油氣層的模型，不同開(kāi)采程度下的電場(chǎng)分量Ey模擬結(jié)果見(jiàn)圖2a。對(duì)于不存在次油氣層的模型，模擬的MCSEM電場(chǎng)分量Ey見(jiàn)圖2b。有、無(wú)次油氣層模型在主油氣層不同開(kāi)采程度下的MCSEM電場(chǎng)分量Ey的歸一化振幅曲線見(jiàn)圖3a，歸一化振幅差異見(jiàn)圖3b。可以看出，當(dāng)主油氣藏未開(kāi)采時(shí)，含有次油氣層和不含有次油氣層模型的歸一化振幅差異極小；當(dāng)主油氣層的含油量剩余40%時(shí)，兩者開(kāi)始出現(xiàn)較大差異，最高差異值約為7%。因此，利用MCSEM法在油氣開(kāi)采過(guò)程中對(duì)次油氣層進(jìn)行探測(cè)是可行的。

2.2次油氣層位置對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響

考慮實(shí)際生產(chǎn)中的開(kāi)采方向與次油氣層深度這兩個(gè)因素，設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜油氣模型（圖4）。假設(shè)次油氣層分別位于圖4中的A～H處（A～D位于上下左右等“正”方向，E～H位于“斜”方向），分別模擬其電磁響應(yīng)，據(jù)此分析次油氣層位置對(duì)主油氣層MCSEM響應(yīng)的影響。

數(shù)值模擬時(shí)，源的發(fā)射頻率為0.25 Hz，每次模擬時(shí)只涉及一個(gè)次油氣層。電磁信號(hào)記錄儀置于海底。圖4模型的歸一化Ey振幅差異見(jiàn)圖5。從圖5可見(jiàn)，次油氣層在主油氣層上方（位置A）和下方（位置C）時(shí)，油氣開(kāi)采前（開(kāi)采剩余量100%）電場(chǎng)Ey歸一化差值很小；在其余位置（位置B、D、E、F）時(shí)，電場(chǎng)Ey歸一化差值在開(kāi)采前、后均表現(xiàn)出較大差異，其中次油氣層位于位置B時(shí)，Ey歸一化差異約14%，達(dá)到最大值；在位置C時(shí)達(dá)到最小值，約為5%。在主油氣層未開(kāi)采（剩余量100%）時(shí)，若次油氣層位于主油藏上方，則次油氣層對(duì)電場(chǎng)的影響約為2%；若位于主油藏的下方，對(duì)電場(chǎng)幾乎沒(méi)有影響。

2.3次油氣層不同水平位置電磁特征分析

當(dāng)次油氣層位于主油氣層下方不同水平位置時(shí)，其電磁特征也不同。為此，設(shè)計(jì)一組次油氣層位于主油氣層下方不同位置的模型（圖6），討論分析整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中的電磁響應(yīng)特征。歸一化Ey振幅差異見(jiàn)圖7。可以看出，當(dāng)次油氣層上方的主油氣層被完全開(kāi)采（圖中剩余開(kāi)采量為0）后，次油氣層產(chǎn)生的電磁響應(yīng)非常明顯；次油氣層越接近主油氣層的初始開(kāi)采區(qū)域（右側(cè)），開(kāi)采過(guò)程中可更早地監(jiān)測(cè)到次油氣層的存在。

2.4主油氣層埋深對(duì)次油氣層探測(cè)結(jié)果的影響

為了探究主油氣層埋深對(duì)次油氣層探測(cè)結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)一組主油氣層位于不同深度（250～3000 m，間隔250 m）的油氣層模型（圖8），分別計(jì)算開(kāi)采前和開(kāi)采至剩余量為20%時(shí)的電磁響應(yīng)。源的發(fā)射頻率為0.25 Hz，電磁信號(hào)采集站置于海底x=?4 km處。圖9為主油氣層開(kāi)采前和油氣開(kāi)采剩余量為20%時(shí)的Ey歸一化振幅和歸一化振幅差異曲線，可見(jiàn)：主油氣層位于不同深度時(shí)，主油藏開(kāi)采前，次油氣層對(duì)主油氣層的電磁響應(yīng)的影響微乎其微，影響最大的情況是主油氣層位于250 m深度的模型，但其影響程度也不及1%；當(dāng)油氣開(kāi)采剩余20%時(shí)，次油氣層對(duì)主油氣層電磁響應(yīng)的影響增強(qiáng)，主油氣層埋深越小，影響越大，250 m埋深情況下Ey振幅差最大可達(dá)約17%。

2.5主—次油氣層間距的影響

為了探究主—次油氣層間距對(duì)次油氣層探測(cè)結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)一組不同間距的油氣層模型（參考圖8模型）。次油氣層位于主油氣層正下方，兩者距離為100～1000 m，每隔100 m取一個(gè)值，分別計(jì)算不同主油氣層和次油氣層間距的模型在主油氣層開(kāi)采前和開(kāi)采至剩余量20%的電磁響應(yīng)。源頻率為0.25 Hz，電磁數(shù)據(jù)采集站置于海底工=?4 km處。圖10為模擬計(jì)算結(jié)果，由圖可見(jiàn)：主油氣層開(kāi)采前，對(duì)于主、次油氣層間距不同的情況，次油氣層對(duì)主油氣層電磁響應(yīng)的影響微乎其微，影響最大的是間距為100 m的模型，影響最大不足1%;當(dāng)主油氣層開(kāi)采至剩余量為20%時(shí)，次油氣層對(duì)主油氣層電磁響應(yīng)的影響大幅提高，且主、次油氣層間距越小，次油氣層對(duì)主油氣層電磁響應(yīng)的影響越大，在間距為1000 m情況下，最大產(chǎn)生約10%的差異。

2.6次油氣層厚度的影響

為了分析次油氣層在不同厚度情況下的電磁響應(yīng)特征，設(shè)計(jì)一組次油氣層厚度變化（厚度20～120 m，每隔20 m取一個(gè)值）的模型（基本參數(shù)同圖8），分別計(jì)算該模型在主油氣層開(kāi)采前和開(kāi)采剩余量為20%時(shí)的電場(chǎng)響應(yīng)。源頻率為0.25 Hz，電磁數(shù)據(jù)采集站置于海底x=?4 km處。圖11為模擬計(jì)算結(jié)果，可以看出，主油層開(kāi)采前，不同厚度的次油氣層對(duì)主油氣層的電磁響應(yīng)的影響微乎其微，差異最大的情況出現(xiàn)在厚度為120 m的模型，最大值不到1%；當(dāng)主油氣層開(kāi)采量達(dá)到80%（剩余量20%）時(shí)，次油氣層對(duì)主油氣層電磁響應(yīng)的影響大幅增強(qiáng)，次油氣層厚度越大，該影響越大，厚度為120 m的情況下，最大產(chǎn)生約7%的差異。

3電阻率反演結(jié)果分析

從上述正演結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，不同模型的正演響應(yīng)是有區(qū)別的，但這些差異都很小。因此，僅從正演結(jié)果是很難分辨是否存在次油氣層，也無(wú)法判斷次油層的位置及其他信息。為此，需進(jìn)一步開(kāi)展電阻率反演。

3.1主油氣層不同開(kāi)采程度模型反演

對(duì)圖1所示主油氣層不同開(kāi)采程度模型的正演數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率反演，結(jié)果見(jiàn)圖12。由圖可見(jiàn)：當(dāng)主油氣層剩余量大于40%（圖12a～圖12c）時(shí)，反演電阻率剖面上無(wú)法明顯觀察到次油氣層引起的異常，但次油氣的存在對(duì)反演結(jié)果的影響是可以觀察到的，即高阻區(qū)向下凹陷；當(dāng)主油氣層剩余量小于或等于40%（圖12d～圖12f）時(shí)，次油氣層的電阻率異常不甚明顯，主油氣層剩余量為40%（圖12d）時(shí)，次油氣層的水平投影開(kāi)始出現(xiàn)；當(dāng)主油氣層的油氣剩余量只有20%（圖12e）時(shí)，可以明顯觀測(cè)到次油氣層的存在。從圖3可見(jiàn)：主油氣層剩余量為0、20%、40%模型的Ey歸一化振幅曲線上都出現(xiàn)了較大差異；主油氣層剩余量從40%降至20%時(shí)，主油氣層和次油氣層在水平方向上的投影出現(xiàn)分離現(xiàn)象，電阻率反演剖面上次油氣層的特征更明顯，說(shuō)明MCSEM法對(duì)高阻油氣藏的水平邊界檢測(cè)效果較好。

3.2復(fù)雜模型電阻率反演結(jié)果分析

為了研究復(fù)雜地質(zhì)條件下利用MCSEM法進(jìn)行油氣層開(kāi)采監(jiān)測(cè)的效果，設(shè)計(jì)圖13a所示復(fù)雜地電模型。圖中高阻區(qū)域即為油氣層，其中位于上方的高阻區(qū)（藍(lán)色區(qū)域）為主油氣層，下方的高阻區(qū)（藍(lán)色區(qū)域）為次油氣層。該模型的電阻率反演結(jié)果見(jiàn)圖13b。可以看出：油氣開(kāi)采前，次油氣層的存在使得主油氣層反演電阻率整體呈現(xiàn)下凹特征；隨著油氣開(kāi)采的進(jìn)行，當(dāng)主油氣層的油氣剩余量為20%時(shí)，剖面上出現(xiàn)兩個(gè)次高阻區(qū)域（圖13中方框內(nèi)的黃色區(qū)域），這兩個(gè)次高阻區(qū)即是主油氣層和次油氣層的反映，且主、次油氣層分界線明顯。該復(fù)雜模型的電阻率反演結(jié)果表明利用MCSEM監(jiān)測(cè)海底油氣開(kāi)采過(guò)程、探測(cè)次油氣層是可行的。

4結(jié)論

本文利用MCSEM法對(duì)油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)模擬、分析油氣開(kāi)采過(guò)程中電磁響應(yīng)特征的變化，判斷次油氣層是否存在。得到以下結(jié)論。

（1）對(duì)MCSEM電磁響應(yīng)進(jìn)行電阻率反演，根據(jù)電阻率分布特征可判斷次油氣層是否存在。

（2）油田開(kāi)采過(guò)程中MCSEM響應(yīng)仿真模擬結(jié)果表明：次油氣層越接近初始開(kāi)采區(qū)（主油氣層），越容易觀測(cè)到電磁差異；主油層埋深越小、主—次油氣層間距越小、次油氣層厚度越大，次油氣層對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響越大，越容易探測(cè)到次油氣層。

（3）利用正演歸一化結(jié)果進(jìn)行電阻率反演，可據(jù)此對(duì)次油氣層進(jìn)行探測(cè)。對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的油氣模型開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行反演實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明在油氣開(kāi)采監(jiān)測(cè)過(guò)程中利用MCSEM法探測(cè)次油氣層是可行的和可靠的。

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（本文編輯：劉海櫻）

作者簡(jiǎn)介

陳航宇碩士研究生，1999年生。2020年獲中南大學(xué)地球物理學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)在中國(guó)海洋大學(xué)攻讀地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)碩士學(xué)位，主要研究方向是海洋可控源電磁數(shù)據(jù)的正、反演。