CN101042437A - 方位井间地震勘探方法 - Google Patents

Abstract

一种方位井间地震勘探方法，包括步骤：A.将组合圆弧阵声波辐射器布置在发射井中，将至少一个接收探头布置在接收井中；B.改变参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元组合，并施加合适的延迟激励以实现井下声源向某一侧井壁辐射声波；C.使上述辐射的声波以小于第一临界角并沿某一方位角入射于某一侧井壁介质；D.改变入射角的大小，对井旁地层进行扫描测量，实现对井间地层在极角方向的辐射声场扫描和全极角测量；E.各个接收探头接收上述方位角范围内的声波信号，使其仅仅包含发射井和接收井所在平面内的井间地层的信息；F.对上述步骤中得到的不同源距的多道接收信号进行处理，实现对包含发射井和接收井所在平面内的井间地层的声学评价。

Description

方位井间地震勘探方法

技术领域

本发明属于应用地球物理领域，涉及一种方位井间地震勘探方法

背景技术

井间地震勘探技术是指在发射井内布置一个声源而在邻近接收井内布置若干个接收换能器，发射探头发出的声波信号经过井间地层传播后被接收探头所接收，通过发收探头的上下移动实现对井间地层的测量评价。井间地震勘探技术是一种测量分辨率较高的地层评价技术，尤其在油田开发中后期的油藏动态检测中有重要应用价值。在当前的井间地震勘探技术中，如图1所示，发射井中的声源采用了辐射指向性类似于点声源的声源，它向地层中的各个方向均匀地辐射声波，其中只有一小部分声波能量向着接收井的接收探头方向传播，而大部分声波能量成为无用信号或干扰信号。例如，如图1所示，假设发射井和接收井都位于yz平面内，发射探头发出的声波信号会在发射井井旁地层的各个方向传播，其yz平面的指向性和xz平面的指向性都不能进行控制。在井间地层内各个方向传播的声波有可能变成多次反射波、折射波或散射波后被接收探头所接收，使接收信号变得非常复杂。

点声源的使用使井间地震勘探的资料处理和反演具有复杂性和多解性，也制约了其探测距离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有方位分辨能力的方位井间地震勘探方法，克服上述现有技术中存在的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提供一种方位井间地震勘探方法，其用于进行井间测量的声系包括发射探头和至少一个接收探头，该发射探头为相控组合圆弧阵声波辐射器，该接收探头为单极子声波接收换能器；该勘探方法包括步骤：

A.将发射探头布置在发射井中，将至少一个接收探头布置在接收井中；

B.改变参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元组合，并施加合适的延迟激励以实现井下声源向某一侧井壁辐射声波；

C.使上述辐射的声波以小于第一临界角并沿某一方位角入射于某一侧井壁介质，使此方位角范围内的井壁介质参与振动，而该方位角范围外的井壁介质不参与振动；

D.改变入射角的大小来改变井旁地层中辐射声场的波矢量与垂直方向的夹角(极角)，对井旁地层进行扫描测量，实现对井间地层在极角方向的辐射声场扫描和全极角测量；

E.各个接收探头接收上述方位角范围内的声波信号，使其仅仅包含发射井和接收井所在平面内的井间地层的信息；

F.对上述步骤中得到的不同源距的多道接收信号进行处理，得到上述包含发射井和接收井所在平面内的井间地层的声学评价。

优选的，所述的参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元数大于1，并且其相对对称的阵元同位相振动。

优选的，所述的参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元间施加的激励延迟为：

R(cosα₁-cosα_n)/c

其中，R-相控组合圆弧阵声波辐射器半径；

      Rcosα₁-一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

      Rcosα_n-另一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

      c-声速；

      α₁-一阵元与辐射方向中心轴的夹角；

      α_n-另一阵元与辐射方向中心轴的夹角。

优选的，在井间距离确定的前提下，在实施井间测量时使得接收探头和发射探头之间的距离最小。

优选的，将发射探头布置在发射井中，将至少一个接收探头布置在若干个邻近的接收井中。

优选的，该方法既可应用于裸眼井井间地震勘探，也可应用于套管井井间地震勘探。

优选的，所述发射探头辐射的声波测量频率范围为0.5kHz～10kHz。

优选的，所述声系在井孔中上升或下降过程中在不同深度点重复步骤A至E，对井间地层进行扫描测量。

本发明具有的优点：

1、本发明采用相控组合圆弧阵声波辐射器，它能够使辐射声波以小于第一临界角并以一定方位角范围入射于井壁并向井旁一侧地层中的任意预定方向辐射声波能量，使井间地层中的声波朝着接收探头所在位置方向传播并被接收井内不同位置的多个声波接收换能器所接收，使接收信号中含有由发射井和接收井所确定的平面内井间地层的信息，通过对多道接收信号的处理就可以计算出由发射井和接收井所确定的平面内井间地层声学界面的分布和倾角，从而实现对发射井指定方位角范围内井间地层的声学评价。

2、本发明所述方法可以从根本上增加进入地层的声波能量并沿特定方位角范围内传播、从而可以增加井间地震勘探的探测距离和提高信噪比，消除资料解释的多解性。

本发明的上述和另外的特征、优点可以通过以下结合附图的详细说明得到进一步的理解。

附图说明

图1为现有技术中井间地震勘探示意图；

图2为本发明方位井间地震勘探方法的流程图；

图3为相控组合圆弧阵声波辐射器示意图；

图4为本发明的方位井间地震勘探示意图；

图5为相控圆弧阵声波辐射器声波辐射方向控制示意图。

附图标记说明：发射探头1；发射井11；接收探头2；接收井21。

具体实施方式

如图2至图5所示，本发明提供一种方位井间地震勘探方法，该方法既可应用于裸眼井方位井间地震勘探，也可应用于套管井方位井间地震勘探，其用于进行测量的声系包括有发射探头1和至少一个接收探头2，如图3所示，该发射探头1采用的是专利号为ZL 20031011 5236.1的发明专利中所述的相控组合圆弧阵声波辐射器，该接收探头2为单极子声波接收换能器，将发射探头1布置在发射井11中，将至少一个接收探头2布置在若干个邻近的接收井21中；如图2所示，该方法包括以下步骤：

A.将发射探头1布置在发射井11中，将至少一个接收探头2布置在接收井21中；

B.改变参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元组合，并施加合适的延迟激励以实现井下声源向某一侧井壁辐射声波；

C.使上述辐射的声波以小于第一临界角并沿某一方位角入射于某一侧井壁介质，使此方位角范围内的井壁介质参与振动，而该方位角范围外的井壁介质不参与振动；

D.改变入射角的大小来改变井旁地层中辐射声场的波矢量与井轴方向的夹角(极角)，对井旁地层进行扫描测量，实现对井间地层在极角方向的辐射声场扫描和全极角测量；

E.各个接收探头2接收上述方位角范围内的声波信号，使其仅仅包含发射井和接收井所在平面内的井间地层界面的信息；

F.对上述步骤中得到的不同源距的多道接收信号进行处理，得到上述方位角范围内井间地层的声学评价。

所述的参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元数大于1，既可以是偶数，也可以是奇数，并且其相对对称的阵元同位相振动。

如图5所示，为了便于说明利用相控组合圆弧阵声波辐射器实现方位扫描辐射声波，我们以半径为R、24阵元圆弧阵为例进行说明。在某一次测量中圆弧阵上仅由1～6号阵元工作来完成某一次声波辐射(其它阵元不工作)，并设置1号与6号阵元同位相振动、2号与5号阵元同位相振动、3号与4号阵元同位相振动。4、5、6号阵元的激励起始时刻分别用t₁、t₂和t₃表示，并取：

$t_1-t_3=\frac{R}{c}(\cos {\mathrm{\α}}_1-{\cos \mathrm{\α}}_3)$

$t_1-t_2=\frac{R}{c}(\cos {\mathrm{\α}}_1-{\cos \mathrm{\α}}_2)$

$t_2-t_3=\frac{R}{c}({\cos \mathrm{\α}}_2-{\cos \mathrm{\α}}_3)$

其中，R-相控组合圆弧阵声波辐射器半径；

      Rcosα₁-一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

    Rcosα_n(n＝2，3)-另一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

    c-声速；

    α₁-一阵元与辐射方向中心轴的夹角；

    α_n(n＝2，3)-另一阵元与辐射方向中心轴的夹角。

根据相控圆弧阵辐射指向性原理可知，这6个阵元协同工作的结果是使声波沿着图中所示的x方向辐射。类似地，当取0～5号阵元按相应的延迟时间激励工作时就可以使声波沿着图中所示的x₁方向辐射。若参与工作的发射探头1，也就是相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元数为奇数，则以中间的阵元的中心轴线为对称，两边对称的阵元进行同位相振动，依次改变参与工作的阵元组合并施加合适的延迟激励就可以实现井下声源向井壁圆周进行方位扫描辐射声波。

同时，通过控制相控组合圆弧阵的垂直指向性和辐射声束角宽使声波能量以小于第一临界角入射于井壁(专利ZL 20031011 5236.1中已经公布了“垂直指向性”的控制方法)，这样可以从根本上增加进入地层的声波能量、增加探测距离和提高信噪比。

如图4所示，通过方位辐射声波控制技术，可以使井旁地层中的声波仅仅沿发射井和接收井所在的平面(图中的yz平面，亦即包含发射井的固定方位角α的平面)内传播，井间地层中声波的波矢量

基本没有x分量。

通过控制相控组合圆弧阵的垂直指向性(专利ZL 20031011 5236.1中已经公布了“垂直指向性”的控制方法)，可以改变入射角的大小来改变井旁地层中辐射声场的波矢量 与z轴(垂直方向)的夹角φ(即极角)，实现对井间地层在极角方向的辐射声场扫描和全极角测量，如图4所示。

所述声系可以在井孔中上升或下降过程中在不同深度点重复步骤A至E，对井间地层进行扫描测量。

总之，通过合理地控制相控组合圆弧阵的辐射特性，可以控制井间地层中的波矢量

的空间方向，实现井间地层中扫描辐射声场，有利于分别在多个接收井内声波信号的接收和处理，实现真正三维井间地震勘探。

如图4所示，上述的每一次扫描辐射声波都使发射探头1发出的脉冲声波由井内进入地层并沿发射井的一定方位角范围内的一侧井间地层中传播，而此方位角范围以外的井间地层介质并未参与振动。此声波脉冲信号遇到该侧井间地层界面或层理时会发生折射并被接收井中的多个接收探头2，也就是声波接收换能器所接收，接收信号中将只含有这一侧井间地层的信息，通过对多道接收信号的处理就可以评价该侧井间地层声学界面的分布和倾角，从而实现对发射井指定方位角范围内井间地层的声学评价。

本发明所述的方位井间地震勘探方法对源距的选择具有一定的优先选项。如图2所示，在发射井和接收井井间距离确定的前提下，在实施井间测量时尽可能使接收探头2和发射探头1之间的距离为最小，即使得进入地层的声波传播方向和由地层折射到接收井内并被接收到的声波的传播方向都近似于与井轴垂直。这样声波在井间传播的几何路径较小、信号衰减较小，以保证足够的信噪比和增大探测距离。

相控组合圆弧阵的辐射指向性、声波信号的幅度与声波频率有关。为了保证本发明所提出的方位井间地震勘探有良好的方位分辨能力同时兼顾声波信号的信噪比，本发明要求声波测量频率范围为0.5kHz～10kHz。

所述的对上述不同源距的多道接收信号的处理，是指声波到达时间和幅度的计算处理得到井间地层的声学信息，进而实现对由发射井和接收井所确定的平面内的地层性质的声学评价。此为本领域技术人员都可以知晓的处理方法这里就不再赘述了。

应当理解，以上结合实施例的说明对本发明而言只是说明性而非限制性的，在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明做出许多变更和修改，其都将落在由权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (8)

1、一种方位井间地震勘探方法，其特征在于：用于进行测井的声系包括发射探头和至少一个接收探头，该发射探头为相控组合圆弧阵声波辐射器，该接收探头为单极子声波接收换能器；该声学勘探方法包括步骤：

A.将发射探头布置在发射井中，将至少一个接收探头布置在接收井中；

B.改变参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元组合，并施加合适的延迟激励以实现井下声源向某一侧井壁辐射声波；

C.使上述辐射的声波以小于第一临界角并沿某一方位角入射于某一侧井壁介质，使此方位角范围内的井壁介质参与振动，而该方位角范围外的井壁介质不参与振动；

D.改变入射角的大小来改变井旁地层中辐射声场的波矢量与井轴方向的夹角，对井旁地层进行扫描测量，实现对井间地层中在极角方向的辐射声场扫描和全极角测量；

E.各个接收探头接收上述方位角范围内的声波信号，使其仅仅包含发射井和接收井所在平面内的井间地层的信息；

F.对上述步骤中得到的不同源距的多道接收信号进行处理，得到上述含发射井和接收井所在平面内的井间地层的声学评价。

2、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：所述的参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元个数大于1，并且其相对对称的阵元同位相振动。

3、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：所述的参与工作的相控组合圆弧阵声波辐射器的阵元间施加的激励延迟为：

R(cosα₁-cosα_n)/c

其中，R-相控组合圆弧阵声波辐射器半径；

      Rcosα₁-一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

      Rcosα_n-另一振动阵元与辐射中心的连线在辐射方向中心轴上的投影；

      c-声速；

      α₁-一阵元与辐射方向中心轴的夹角；

      α_n-另一阵元与辐射方向中心轴的夹角。

4、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：将发射探头布置在发射井中，将至少一个接收探头布置在若干个邻近的接收井中。

5、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：在发射井和接收井井间距离确定的前提下，在实施井间测量时使得接收探头和发射探头之间的距离最小。

6、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：该方法既可应用于裸眼井井间地震勘探，也可应用于套管井井间地震勘探。

7、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：所述发射探头辐射的声波测量频率范围为0.5kHz～10kHz。

8、如权利要求1所述的方位井间地震勘探方法，其特征在于：所述声系在井孔中上升或下降过程中在不同深度点重复步骤A至E，对井间地层进行扫描测量。

Images