CN102830433B - 基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法包括：用时间窗选取偶极子横波测井波形中横波部分的波形；对选取的波形做FFT，得到随频率变化的各向异性方位角曲线；用波形XX或者YY的幅度谱乘以各向异性方位角曲线，获得幅度加权以后的各向异性方位角曲线；将不同源距波形所计算的各向异性方位角曲线叠加，得到总的各向异性方位角曲线；固定方位角区间，改变方位角，统计方位角区间内方位角曲线的点数；取方位角分布曲线的最大值作为该深度所获得的各向异性方位角数值。本发明利用偶极横波测井资料基于频率域计算各向异性方位角，与时间域计算的方位角相比，其分布相对集中，受X方向与Y方向偶极激发波形幅度差异的影响较小。

Description

基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法

技术领域

该发明属于声波测井资料处理方法领域。发明涉及利用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法，在试验的基础上，研究了偶极X和Y方向激发波形幅度不一致对时间域各向异性方位角计算的影响，从而提出基于频率域计算各向异性方位角的方法，计算的各向异性方位角集中在真实值附近，与时间域计算的方位角相比，其分布集中，受X方向与Y方向偶极激发波形幅度差异的影响较小。

背景技术

传统的声波速度测井只利用了纵波的速度信息，对于携带了大量地层信息的后续波没有记录，声波全波列测井可以得到纵波、横波、视瑞利波和斯通利波的速度信息、幅度衰减及频率信息，这就使得声波测井从地层中获得的信息以及对信息的利用率大为增加。后来出现的长源距声波和阵列声波测井尽管各种性能得到了很大的改善，但在软地层中横波还是难以测量。20世纪80年代出现的偶极技术使得在软地层中获得横波成为现实，于是多极子阵列声波测井仪应运而生。斯伦贝谢公司在1990年推出了偶极横波成像测井仪DSI，1992年阿特拉斯公司推出多极子阵列声波测井仪MAC及随后升级为正交多极子阵列声波测井仪XMAC，哈里伯顿公司也推出了正交偶极子阵列声波测井仪WaveSonic，2005年斯伦贝谢又推出了新的仪器声波扫描仪SonicScanner，接收器及发射器的阵列化及方向性使得采集的信息更为丰富与准确。

偶极声源是一种定向的压力源，像一个活塞，使井壁一侧的压力增加，而另一侧压力减小，引起井壁出现扰动，这种扰曲运动产生的剪切挠曲波具有频散特性，在低频时其传播速度趋近于横波。偶极声源还有一个突出优势，因为是指向性的发射，因此可以用来测量波速随角度的变化，从而评价地层的各向异性，在构造应力不均衡或裂缝性地层中，横波在传播过程中通常分离成快横波、慢横波，且快、慢横波速度通常显示出方位各向异性。由此出现正交偶极技术，沿两个互相垂直方向分别向地层定向发射压力脉冲，通过两列接收波形的时间差和相位差，计算地层的各向异性方位角，并评价垂直微裂缝和地应力状态。这一资料已经在区域裂缝有效性判别，砂体追踪、地应力分析、断层确定以及区块评价等等众多石油地质应用中发挥了重要作用，逐步成为测井跳出一孔之见走向区域和构造研究的一个关键资料。

ECLIPS-5700测井系统中的正交多极子阵列声波测井仪（XMAC-II）是将一个单极阵列和一个偶极阵列正交组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器，声源发射器发射的声波中心频率为8kHz。偶极阵列是由两个正交摆放（相差90^o）的偶极声源及8组正交摆放的偶极接收器组成。接收器间距为0.5英尺，每个深度点记录12个单极源波形，其中8个为阵列全波波形，4个为记录普通声波时差的全波波形。每个深度点记录32个偶极源波形，即每个接收器记录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形，X、Y表示不同方位的发射器或接收器的方向。地层横波各向异性方位角的信息耦合在这4个偶极波形中，通过建立目标函数进行联合求解，将这32个波形中所包含的方位角信息进行综合，取得了一定的效果，并且编成了商业软件在实践中大量的使用。

目前，正交多极子声波测井仪器已经开始国产化，通常情况下，用偶极波形XX或者YY计算地层横波时差的问题并不突出，只需要解决好频散对时差计算的影响即可，对激发探头的要求比较少—只要满足横波激发的条件即可。但是计算地层的各向异性方位角则不然，方位角计算的精度大大依赖于X和Y方向激发探头的一致性，或者说正交偶极子声波测井对探头的一致性要求很高。如若不一致，基于传统时间域计算的方位角比较分散，误差较大。

为了解决这一难题，一方面对偶极源探头的制作工艺提出更高的要求，一方面从处理方法入手，研究偶极X和Y方向激发波形幅度不一致对时间域各向异性方位角计算的影响，提出基于频率域计算各向异性的方法。

发明内容

本发明目的：利用偶极横波测井资料在频率域计算地层的各向异性方位角，在试验的基础上，研究偶极X和Y方向激发波形幅度不一致对时间域各向异性方位角计算的影响，将偶极波形进行傅里叶变换后，在频率域计算地层横波各向异性方位角。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提出了利用偶极横波测井资料基于频率域计算各向异性方位角的方法，具体步骤如下：

步骤1、用时间窗选取偶极子横波测井波形中横波部分的波形，去掉波形中首波所包含的地层的纵波波形部分（不同方位所测量的波形中纵波波形基本上重合，横波波形有相位差异）；对所有参与计算的波形，用固定窗去掉波形中的后续波成分。

步骤2、对选取的波形做FFT，在频率域用复数计算各个频率处地层各向异性方位角，得到随频率变化的各向异性方位角曲线；

步骤3、用波形XX或者YY的幅度谱乘以各向异性方位角曲线，并对幅度进行归一化，获得幅度加权以后的各向异性方位角曲线。

步骤4、将不同源距波形所计算的各向异性方位角曲线叠加，得到总的各向异性方位角曲线。

步骤5、固定方位角区间，改变方位角，统计方位角区间内方位角曲线的点数，即将方位角曲线向方位角投影，获得方位分布曲线。该分布曲线用颜色表示以后可以作为中间结果输出。

步骤6、取方位角分布曲线的最大值作为该深度所获得的各向异性方位角数值。连续处理其它深度的波形，获得最终全井段的方位角曲线。

本发明实现了利用偶极横波测井资料基于频率域计算各向异性方位角，将偶极波形进行傅里叶变换后，基于频率域计算的各向异性方位角集中在真实值附近，与时间域计算的方位角相比，其分布相对集中，受X方向与Y方向偶极激发波形幅度差异的影响较小。

附图说明

图1为本发明一种实施例的流程图。

图2是Y方向激发幅度是X方向的1.04-1.2倍时用时间域计算的方位角及其分布图。

图3是Y方向激发的振动幅度是X方向的1.04—1.2倍时，用频谱计算的方位角分布图。

图4左图是基于时间域计算的方位角分布图；图4右图是用频率域计算的方位角分布曲线图。

具体实施方式

结合附图1，经过我们长时间的研究和对各种地层所测量波形的分析与处理，在充分掌握并分析了大量处理结果数据的基础上，提出了这一套具体实施方法。

首先，用时间窗选取所测量波形中主要反应横波部分的波形。通常情况下，所测量的波形中横波成分占据主要部分。但是，对于有些地层，现有的偶极子声源能够激发出幅度比较大、频率高于6kHz的纵波成分。因此，在进行处理前首先对原始波形中这些纵波成分进行必要的识别。

其次，从所测量的波形中选择出一段横波波形。具体的选取方式：按照通常地层的横波时差确定一个固定的时差，按照该时差对不同源距的波形确定时间窗的开始时刻。或者首先用波形XX或者YY计算一个横波时差，用该时差对不同源距的横波波形进行开窗。

对选择出来的波形做FFT，选择幅度谱超过最大幅度20%的频率计算地层的各向异性方位角，获得频率域地层的各向异性方位角曲线。这是一个复数，实部表示地层的各向异性方位角，同时获得所计算的各向异性方位角的虚部曲线，该曲线作为计算结果精度的一个指示。

对方位角曲线进行幅度加权，即乘以幅度谱，在进行归一化，获得加权以后的方位角曲线。

对所有源距的四个波形进行上述处理，获得8条加权以后的方位角曲线，将这些方位角曲线求和，获得总的方位角曲线。

将方位角曲线向方位角投影，得到方位角分布曲线，该分布曲线的最大值则反应该深度所对应的方位角。

对方位角分布曲线去极大值，或者该深度处的各向异性方位角。

结合附图2，幅度最大的分布是Y方向发射振动的幅度是X方向发射振动的幅度的1.04倍时计算的方位角分布。该分布很集中，峰值很尖；幅度最低的是1.2倍时分布，分布不集中、在一定的范围内均有分布，幅度比较小。由于分布不集中，1500个点中只有300点等于真正的方位角值。另外，分布不集中、幅度比较小的曲线的最大值刚好等于20°，而分布集中、幅度最大的曲线的最大值则偏离20°，小于20°。

结合附图3从方位角随频率的分布可以看出：当频率比较低时，计算的方位角误差比较大，随着频率的增加，方位角趋于实际值20°。X和Y的幅度差别越小，趋于实际值的速度越快。右图是方位角的统计结果，从图上看到：除了20°有一个明显的最大值外，其它方位角值的分布很少。

图4左图是基于时间域计算的方位角分布图；图4右图是用频率域计算的方位角分布曲线图。从方位角随频率的分布可以看出：当频率比较低时，计算的方位角误差比较大，随着频率的增加，方位角趋于实际值20°。X和Y的幅度差别越小，趋于实际值的速度越快。右图是方位角的统计结果，从图上看到：除了20°有一个明显的最大值外，其它方位角值的分布很少。

在实际使用时，由于偶极子声波测井的频率比较低，通常其采样间距也比较大（例如36us），波形的前几个周期没有频散或其它干扰波存在，比较纯，因此，在时域计算时仅仅取前几个周期的值，所能够取到的原始数据比较少。当幅度有差异时，直接用原始数据计算的方位角会出现很分散的情况，

通过试验以及实际资料处理表明，基于频率域计算的各向异性方位角分布集中，准确度高，明显优于传统的时间域计算结果，值得今后大力推广应用于实际中，以获得更为准确的地应力方向信息，这一发明也将有助于偶极横波测井资料的推广。

Claims (3)

1.一种基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法，其特征是：

步骤（1）、用时间窗选取偶极子横波测井波形中横波部分的波形，去掉波形中首波所包含的地层的纵波波形部分；对所有参与计算的波形，用固定窗去掉波形中的后续波成分；

步骤（2）、对选取的波形做FFT，在频率域用复数计算各个频率处地层各向异性方位角，得到随频率变化的各向异性方位角曲线；

步骤（3）、用波形XX或者YY的幅度谱乘以各向异性方位角曲线，并对幅度进行归一化，获得幅度加权以后的各向异性方位角曲线；

步骤（4）、将不同源距波形所计算的幅度加权以后的各向异性方位角曲线叠加，得到总的各向异性方位角曲线；

步骤（5）、固定方位角区间，改变方位角，统计方位角区间内方位角曲线的点数，即将方位角曲线向方位角投影，获得方位分布曲线；

步骤（6）、取方位角分布曲线的最大值作为该深度所获得的各向异性方位角数值，连续处理其它深度的波形，获得最终全井段的方位角曲线。

2.根据权利要求1所述的基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法，其特征是：步骤（4）中选取8个源距的波形处理结果相加，形成总的方位角分布曲线，该分布曲线即可作为地层各向异性方位角处理结果进行输出，并进一步取其极大值位置获得方位角值。

3.根据权利要求1所述的基于频率域用偶极横波测井资料计算各向异性方位角的方法，其特征是：步骤（4）中用8个不同源距波形计算的各向异性方位角曲线的方法中，将横波速度提取与方位角计算分开进行。