油气藏二次精细勘探和新领域探索的需求,开发新的物探技术对剩余油勘探和油气滚动生产过程监测具有重要意义。地井电磁法(Surface-to-Borehole Electromagnetic,SBEM)特指在地面发射、井中接收的井筒电磁法,通过将电磁场数据换算为含油饱和度、井筒以外区域孔隙率、电导率等物性参数分布,以此探测油气藏分布或剩余油气分布,可有效用于剩余油勘探、油气开采过程高效动态监测。地井电磁观测技术受限于单一接收井中有限的测量装置,在单源单频率激发下,难以获得较好的分辨率;且激发源与接收点之间具有较大离散性,导致地井电磁观测数据精度低,对规模较小的异常体分辨能力差。因此,开展地面多源多频率激发,井中有利区域观测的三维地井电磁高效模拟是其中一个研究热点。 针对地井电磁采用地面偶极源、线源发射,井中测量的观测方式,本文基于稳定型双共轭梯度-快速傅里叶变换(Stabilized Biconjugate-Gradient-FFT,BCGS-FFT)算法的三维体积分方程模拟,引入高斯滤波算法(Gaussian filtering algorithm)计算层状介质一次场响应,求解不规则层状背景介质格林函数数值模拟方程组;提出了非完全快速傅里叶变换(Incomplete Fast Fourier Transform,IFFT)算法,实现不规则层状背景介质的并矢格林函数计算,采用变形Born迭代方法(Distorted Born Iterative Method,DBIM),在迭代过程中更新格林函数和对比度函数,引入回溯线搜索算法(Backtrack Line Search,BLS)寻找满足Armijo规则的步长,保证对比度函数值充分下降的同时避免过高的计算成本。研发了多源多频率三维地井电磁频率域数据响应高效模拟算法。 构建了均匀半空间和层状火山岩型油田模型。对比一般矩量法(Mo M)和压缩积分法(Contraction Integral Equation method,CIE)的计算效率和准确度,验证了本算法正演建模的正确性和高效性;开展合成数据反演试验,分析结果显示,由于观测系统特性,反演电导率在井周一定距离具有较好的纵向及横向分辨率,尤其对层状介质边界具有较高的敏感度,目标体上下边界产生明显的电导率变化,目标体内变化较不明显。由于激发源与接收器之间形成较大的离散性,未知数据量巨大,反演解的多样性控制等问题,选择合适的正则化方法和约束条件,激发场源与测点布置,频率及剖分网格都会影响反演结果的准确性。 总体而言,本算法用于三维地井电磁数值模拟的可行性与有效性得到验证,为今后地井电磁法高效正反演研究和算法实用化提供了数值模拟依据。