CN103089232B

CN103089232B - 测井设备的检测和一致性校正方法

Info

Publication number: CN103089232B
Application number: CN201110331225.1A
Authority: CN
Inventors: 鲍雪山; 肖加奇; 白庆杰
Original assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Current assignee: CNPC Great Wall Drilling Co
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: CN103089232A

Abstract

测井设备的检测和一致性校正方法。所述测井设备包括第一发射探头、第二发射探头和多个接收器，所述测井设备的检测方法包括使第一发射探头发射，确定所述多个接收器所测量的多个第一首波到时；使第二发射探头发射，确定所述多个接收器所测量的多个第二首波到时；将所述多个第一首波到时和所述多个第二首波到时中的每一个分别与首波到时参考值进行比较；计算所述多个第一首波到时和所述多个第二首波到时中的每一个与首波到时参考值之间的偏差；将首波到时与首波到时参考值之间的偏差与首波到时偏差阈值进行比较。

Description

测井设备的检测和一致性校正方法

技术领域

本发明涉及测井设备的检测和一致性校正。

背景技术

对声波幅度信息的提取和利用在现代测井技术中占有非常重要的地位，在套管井测井（例如水泥胶结CBL、变密度测井VDL、固井声波成像等）和裸眼井测井（例如声波全波列测井、偶极和多极阵列声波测井、声波井下电视和超声成像测井、声波层析成像等）中都有应用。而声波幅度信息的提取往往又是通过对首先到达的声波（称为“首波”）的第一个波峰或者波谷的测量来实现的。

声波测井的工作原理是。原始电信号首先通过发射电路和换能器晶体的电声转换、以波动的形式传递到晶体外的介质中，再通过硅油—橡胶皮囊—泥浆的声阻抗匹配（耦合效果的好坏会影响声波透射效率），将声波透射到泥浆中去；声波在泥浆中传播，到达套管，一部分被反射回泥浆，一部分会透射到水泥中并在水泥和地层中传播，还有一部分满足临界条件，形成套管波，如果是裸眼井，声波除了在泥浆—地层界面的反射、透射，同样会在临界条件下，形成滑行波。最后，一些声波在经过泥浆、透过橡胶皮囊和硅油之后到达接收换能器晶体界面，最后通过晶体和接收电路的声电转换，被采集记录下来。

为了准确测量，需要不同声波测井仪刻度相互一致，这是现有技术中面临的一项挑战。

发明内容

本发明在一个方面提供一种测井设备的检测方法，所述测井设备包括第一发射探头、第二发射探头和多个接收器，所述方法包括

使第一发射探头发射，确定所述多个接收器所测量的多个第一首波到时；

使第二发射探头发射，确定所述多个接收器所测量的多个第二首波到时；

将所述多个第一首波到时和所述多个第二首波到时中的每一个分别与首波到时参考值进行比较；

计算所述多个第一首波到时和所述多个第二首波到时中的每一个与首波到时参考值之间的偏差；

将首波到时与首波到时参考值之间的偏差与首波到时偏差阈值进行比较。

进一步，在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所测量的多个第一首波幅度；

在第二发射探头发射时，确定所述多个接收器所测量的多个第二首波幅度；

将所述多个第一首波幅度和所述多个第二首波幅度中的每一个分别与首波幅度参考值进行比较；

计算所述多个第一首波幅度和所述多个第二首波幅度中的每一个与首波幅度参考值之间的偏差；

将首波幅度与首波幅度参考值之间的偏差与首波幅度偏差阈值进行比较。

进一步，在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的多个第一功率谱曲线；

在第二发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的多个第二功率谱曲线；

比较所述多个第一功率谱曲线之间和/或所述多个第二功率谱曲线之间的相似性。

进一步，比较所述第一功率谱曲线和所述第二功率谱曲线之间的相似性。

进一步，将所述第一功率谱曲线和/或所述第二功率谱曲线与预期的功率谱曲线比较。

进一步，在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的第一到时—慢度—相关性；

在第二发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的第二到时—慢度—相关性；

将所述第一到时—慢度—相关性与第一固定值进行比较；

将所述第二到时—慢度—相关性与第二固定值进行比较。

本发明在另一个方面提供一种测井设备的一致性校正方法，所述测井设备包括第一发射探头、第二发射探头和多个接收器，所述方法包括

根据首波到时与首波到时参考值之间的偏差调整测井设备的换能器装配间距。

根据首波幅度与首波幅度参考值之间的偏差修改测井设备的的换能器灵敏度参数。

比较所述多个第一功率谱曲线之间和/或所述多个第二功率谱曲线之间的相似性；

根据所述相似性比较结果确定是否更换接收换能器。

根据所述第一功率谱曲线和所述第二功率谱曲线之间的相似性比较结果确定是否更换发射换能器。

进一步，将所述第一功率谱曲线和/或所述第二功率谱曲线与预期的功率谱曲线比较；

根据与预期的功率谱曲线比较的结果确定是否更换发射换能器。

将所述第一到时—慢度—相关性与第一固定值进行比较；

将所述第二到时—慢度—相关性与第二固定值进行比较。

根据该到时—慢度—相关性比较结果，确定是否更换换能器或调节装配工艺。

根据本发明的一个方面，同型号的每只声波测井设备的接收声压幅度、首波到时和功率谱在出厂时都与一个给定的参考值相吻合。该参考值是在理论计算基础上，在某一标准环境下对多只测井设备进行重复测量，最后根据统计结果确定下来的。

根据本发明的另一方面，测井设备总装之后，测试工程师对测井设备进行质量检验，或者在测井设备装配之前筛选换能器。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的具体实施例。图中:

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的声波测井系统；

图2示出作为示例的本发明的测井设备；

图3是确定首波到时的门阈法；

图4 是STC运算原理图；

图5是表示STC的三维等高线图；

图6 是根据本发明的一个实施例的操作界面。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的声波测井系统。声波测井系统例如可以包括测井设备2（例如声波测井仪）、耐压测试桶4、电缆6以及上位机8。测井设备2密封在耐压测试桶4中，并通过电缆6连接到上位机8。上位机8例如可以是个人计算机。上位机8通过电缆6控制测井设备2并从测井设备2接收信号。

系统工作时，需要首先设置耐压桶内的环境参数（此时，耐压桶竖直放置，测井设备置于耐压桶内并保持竖直居中，即测井设备外壁和耐压桶内壁的间距在任何位置都一样），使测井设备在标准的环境下操作。例如耐压桶内的压力可以设为500psi，温度可以设为20摄氏度，测井设备的晶体发射电压可以设为7000V。

声波测井系统1也可以具有其他结构，例如测井设备2与上位机8无线连接，从而不需要电缆6。

图2示出了作为本发明的示例性的测井设备，其由两个发射探头（即发射换能器）T1、T2和8个接收探头（即接收换能器，下文简称接收器）R1-R8组成。本领域的技术人员可以理解也可以使用其它数量的发射探头和接收探头。

1. 首波到时

声波首次到达接收换能器的时间，称之为首波到时。

首先使发射探头T1发射，确定接收器R1-R8分别实际测量的首波到时（下文称为第一首波到时），然后使发射探头T2发射，确定接收器R1-R8分别实际测量的首波到时（下文称为第二首波到时）。将多个第一首波到时以及多个第二首波到时中的每一个与首波到时参考值进行比较。计算所述多个第一首波到时和所述多个第二首波到时中的每一个与首波到时参考值之间的偏差，如果存在一个或多个偏差大于预设的某一数值（下文称为第一阈值），例如大于4us，则调整测井设备的换能器装配间距，使得该设备的各个接收换能器接收到的首波到时与参考值保持一致。

确定首波到时，可以使用目前广泛使用的门阈法，如图3所示。测井工程师现场设置一个首波搜索起始时间A（即声窗起始点），一个首波搜索终止时间B（即声窗终止点），一个首波幅度低门阈值C（即低门限），一个首波幅度高门阈值D（即高门限），从时间A开始搜索信号，直到时间B停止，在这个时间范围内，找到一个点，它的幅度介于C和D正中间，即图中圆圈所示，它即可以认为是首波到时。

2. 首波幅度

首先使发射探头T1发射，确定接收器R1-R8分别实际测量的首波幅度（下文称为第一首波幅度），然后使发射探头T2发射，确定接收器R1-R8分别实际测量的首波幅度（下文称为第二首波幅度）。

将所述多个第一首波幅度和所述多个第二首波幅度中的每一个分别与首波幅度参考值进行比较。计算多个第一首波幅度和多个第二首波幅度中的每一个与首波幅度参考值之间的偏差。如果存在一个或多个偏差大于预设的某一数值（下文称为第二阈值），则修改换能器灵敏度参数，使得该设备的各个接收换能器接收到的首波幅度与参考值保持一致。

3. 可选的全波列功率谱

首先使发射探头T1发射，确定接收器R1-R8接收到的信号的功率谱（下文称为第一功率谱），然后使发射探头T2发射，确定接收器R1-R8接收到的信号的功率谱（下文称为第二功率谱）。

比较T1发射（或者T2发射）时，接收器R1-R8的8个功率谱曲线之间的相似性。如果相似性存在差异，这主要由于接收换能器的频率响应特征不同的原因。在功率谱曲线相似性差异过大时，更换接收换能器。

比较T1发射时的8个功率谱曲线（即，第一组功率谱曲线）与T2发射时的8个功率谱曲线（即，第二组功率谱曲线）之间的相似性。如果第一组功率谱曲线和第二组功率谱曲线之间相似性差异过大，但是每组的8个功率谱曲线之间相似性差异很小，这主要由于发射换能器的频率特性差异所致，更换发射换能器。

将各个功率谱和预期的功率谱比较，例如将功率谱的功率最大值对应的频率和换能器的谐振频率比较。如果差异过大，例如，大于某一阈值，更换发射换能器。

根据本发明的一个优选实施例，全波列功率谱仅作为参考，在该步骤中不对接收换能器的频率响应特征进行干预。

4. 全波列时域相干

首先使发射探头T1发射，确定接收器R1-R8的接收换能器接收到的信号的“到时——慢度——相关性” （STC），然后使发射探头T2发射，确定接收器R1-R8的接收换能器接收到的信号的“到时——慢度——相关性”（“到时——慢度——相关性”也称作“时间-慢度-相关系数”）。优选地，仅确定发射探头T1（或T2）发射时远端的5个接收器的接收换能器接收到的信号的“到时——慢度——相关性”。在标准环境下，到时和慢度这两个值应该是个固定值，如果偏离太远，说明设备换能器特性一致性或者装配工艺不够好。

STC方法的主要原理是利用阵列声波测井信号中同一模式波的波形形状相似这一特性来计算模式波慢度，如图4 所示。在进行STC运算时，使用一定长度的时间窗对阵列声波测井波形信号在时间域和慢度域扫描：时间窗的起始点沿着横轴向右平移，每到达一个位置，时间窗在一个预设的倾斜角度范围内逐渐倾斜，倾斜度对应的就是慢度值，然后在每一个窗口内计算阵列声波信号的相关系数。显然，这个相关系数是时间窗起始点（即首波到时）和时间窗倾斜度（和慢度值相关）的函数，可以得到如图5所示的一个三维等高线图。相关系数越大对应的时间窗内是同一模式波的波形可能性就越大，由于噪声不相关，图中通常只有很少的几个明显的峰，它们对应着各种模式波，最常见的是纵波和横波。可以对时间-慢度-相关系数谱进行峰值查找得到各个地层模式波的慢度。计算时间窗内波形的相似性的公式有两个：一个是Semblance公式：

另外一个是N次方根公式：

式中，是N个接收器阵列中第m个接收器的波形，d为接收器间距，为时间窗窗长,s为慢度变量，T 为时间变量。在N次方根公式中，n为幂指数，通常为4。相对而言，N次方根公式比Semblance公式得到的相关函数的峰值更加尖锐，因此慢度分辨率更高。而Semblance的计算速度则更快。纵波慢度比横波慢度值要小，在标准环境下做一致性检测的时候，通常只需要考察纵波。

根据本发明的另一实施例，提供了一种测井设备的刻度标定界面，如图6所示，主要有四个窗口：首波到时窗口、首波幅度窗口、全波列功率谱以及STC（时间慢度相关法）计算结果窗口。分别说明如下：

1、首波到时窗口，它显示首波到时的参考值（用黑色实线表示）、T1发射时各接收器实际测量的首波到时（用圆圈表示）、T2发射时各接收器实际测量的首波到时（用五角星表示）。理想情况是：所有的圆圈和五角星都与首波到时参考直线相吻合。如果偏差过大，例如偏差大于4us，（如果5个波列参与STC运算，此时慢度误差估计不到2us/英尺），机械调整换能器装配间距。

2、首波幅度窗口，它显示首波幅度的参考值（用黑色实线表示）、T1发射时各接收器实际测量的首波幅度（用圆圈表示）、T2发射时各接收器实际测量的首波幅度（用五角星表示）。理想情况是：所有的圆圈和五角星都与首波幅度参考直线相吻合。如果偏差过大，在按下按钮“标定”（Demarcate）之后，标定模块会修改换能器灵敏度参数，使得该设备的各个接收换能器接收到的首波幅度与参考值保持一致。

3、全波列功率谱窗口，它显示T1发射时（实线）各个接收器接收到的信号的功率谱，和T2发射（虚线）时各个接收器接收到的信号的功率谱。该窗口仅有参考意义，标定模块并不会对接收换能器的频率响应特征进行干预。如果T1发射（或者T2发射）时，8个功率谱曲线相似性不好，这可能是由于接收换能器的频率响应特征不同，如果差异过大，更换接收换能器；如果发现T1发射时的一组8个谱线与T2发射时的一组8个谱线差异过大，但是每组8个谱线之间相似度却挺好，这是由于发射换能器的频率特性差异所致，更换发射换能器；如果功率谱和预想的功率谱不一致，例如功率最大值对应的频率和换能器的谐振频率差异过大，更换发射换能器。

4、全波列时域相干图，它显示的是T1和T2分别发射时8个（或者改成远端的5个）接收换能器接收到的信号的“到时——慢度——相关性”（STC）。从图中可以看到波列相干性的概貌。在该窗口的下端显示检测到的模式波的到时和慢度。在标准环境下，到时和慢度这两个值应该是个固定值，如果偏离太远，说明设备换能器特性一致性或者装配工艺不够好；图中的最大相关系数应该是个接近1的值，特别是归一化之后的相关系数更应该接近1。如果该值在例如0.6以下，则说明换能器一致性或者装配工艺不够好；如果时域相关性不好，但是频谱相关性较好，这可能换能器没有问题，但装配工艺不好造成换能器之间的间距误差过大。

设备是否需要重新刻度，以及装配检验是否合格，主要看界面内的表格上的测量数值是否在参考值范围之内，如果不在范围之内，需要加以修正。

总的来说：第一个窗口的意义在于考察换能器的装配位置是否精准，这有利于从根本上提高信号相关性；第二个窗口的意义在于筛掉灵敏度差异过大的换能器，提高设备幅度响应的一致性；第三个窗口的意义在于保障换能器的幅频响应一致，这也有利于从根本上提高信号的相关性；第四个窗口的意义是分析标准环境下信号的STC计算结果是否理想，如果标准环境下信号的相关系数都不够高的话，实井测量的时候，信号的相关性就更难以保障了。该方案从信号的到时和幅度，时域和频率，首波和全波列多个方面对出厂设备的一致性进行检查和矫正。

图中的相应术语

VolT1: 发射换能器T1晶体上的电压

VolT2: 发射换能器T2晶体上的电压

SDTTT1: T1发射时，首波法检测到的各接收换能器的到时的标准偏差

SDAmpT1.:T1发射时，首波法检测到的各接收换能器的首波幅度的标准偏差

ASlwT1:T1发射时，利用最小二乘直线拟合方法处理各接收换能器的到时，得到的平均慢度

SDTTT2: T2发射时，首波法检测到的各接收换能器的到时的标准偏差

SDAmpT2.:T2发射时，首波法检测到的各接收换能器的首波幅度的标准偏差

ASlwT2: T2发射时，利用最小二乘直线拟合方法处理各接收换能器的到时，得到的平均慢度

FNCCT1: T1发射时，接收阵列信号功率谱的归一化相关系数

FNCCT2:T2发射时，接收阵列信号功率谱的归一化相关系数

FMinNCC: 每一组对称的两个接收换能器（例如R1和R8）会接收到分别来之于T1和T2的信号（例如：信号T1R1和T2R8），对这两个信号求归一化互相关系数；每一组对称的接收换能器（本例中一共有8组）都对应一个相关系数值；搜索所有的相关系数的最小值，即得到FMinNCC

TMaxSTCT1:T1发射时，时域STC相关系数的最大值

SlwT1:T1发射时，时域STC估计的慢度值

TMaxSTCT2: T2发射时，时域STC相关系数的最大值

SlwT2:T2发射时，时域STC估计的慢度值

Claims

1.一种测井设备的检测方法，所述测井设备包括至少第一和第二发射探头以及多个接收器，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所测量的多个第一首波幅度；

3.如权利要求2所述的方法，还包括：

在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的多个第一功率谱曲线；

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

比较所述第一功率谱曲线和所述第二功率谱曲线之间的相似性。

5.如权利要求3所述的方法，还包括：

将所述第一功率谱曲线和/或所述第二功率谱曲线与预期的功率谱曲线比较。

6.如权利要求3所述的方法，还包括：

在第一发射探头发射时，确定所述多个接收器所接收到的信号的第一到时—慢度—相关性；

将所述第一到时—慢度—相关性与第一固定值进行比较；

将所述第二到时—慢度—相关性与第二固定值进行比较。

7.一种测井设备的一致性校正方法，所述测井设备包括至少第一和第二发射探头以及多个接收器，所述方法包括：

根据首波到时与首波到时参考值之间的偏差调整测井设备的接收器装配间距。

8.如权利要求7所述的方法，还包括：

根据首波幅度与首波幅度参考值之间的偏差修改测井设备的接收器灵敏度参数。

9.如权利要求8所述的方法，还包括：

根据所述相似性比较结果确定是否更换接收器。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

比较所述第一功率谱曲线和所述第二功率谱曲线之间的相似性，

根据所述第一功率谱曲线和所述第二功率谱曲线之间的相似性比较结果确定是否更换所述第一和第二发射探头。

11.如权利要求9所述的方法，还包括：

将所述第一功率谱曲线和/或所述第二功率谱曲线与预期的功率谱曲线比较；

根据与预期的功率谱曲线比较的结果确定是否更换所述第一和第二发射探头。

12.如权利要求11所述的方法，还包括：

将所述第一到时—慢度—相关性与第一固定值进行比较；

将所述第二到时—慢度—相关性与第二固定值进行比较；

根据该到时—慢度—相关性比较结果，确定是否更换接收器或调节装配工艺。