CN104533396A - 一种远探测声波的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远探测声波的处理方法，包括：1)采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理，减少波形震荡周期；2)利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)，利用FW(t)减去D(t)得到反射波；3)采用f-k滤波方法分离反射波得到上、下行反射波：将固定源距下的时域波形数据进行二维傅里叶正变换，将全波数据转换为频率-波数域，下、上行反射波视速度为有限数值；4)利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理；5)滤波处理。该方法利用多极子阵列声波测井中正交偶极探头发射频率低的特点，测得数据能反映较远地层信息，得到远离井眼地层中的裂缝、孔洞方位、倾角和分布。

Description

一种远探测声波的处理方法
技术领域
本发明涉及一种远探测声波的处理技术，特别是一种通过对远探测声波测井数据的处理分析，获取井外几米几十米的构造信息的远探测声波的处理方法。
背景技术
基于常规声波测井数据处理方法的远探测声波测井数据处理仅能获得井外几米范围内的地层信息，随着勘探开发发展的需要，声波测井仅仅提供井周几米范围内的信息不能满足应用需求。该发明利用远探测声波测井的偶极分量数据处理分析，能得到井周几米到几十米的地层构造信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种远探测声波的处理方法，该方法利用多极子阵列声波测井中正交偶极探头发射频率低的特点，在地层中传播较远，测得的四分量数据能反映较远地层的信息，利用相应的信号处理方法，能够分析得到远离井眼地层中的裂缝、孔洞信息，进而了解地层中的裂缝、孔洞方位、倾角和分布。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种远探测声波的处理方法，该方法包括下述步骤：
步骤一：采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理，减少波形震荡周期；
步骤二：利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)，利用FW(t)减去D(t)得到反射波RW(t)；
步骤三：采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波：将固定源距下的时域波形数据进行二维傅里叶正变换，将全波数据转换为频率-波数域，下行反射波位于负波数面，而上行反射波位于正波数面，两者视速度为有限的数值；
步骤四：利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理；
步骤五：滤波处理，利用f-k滤波方法，保留上、下行反射波中一种，至此完成远探测声波的处理过程。
进一步地，所述采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理：
FW ( t ) = W ( t ) * F ( t ) ‾
其中，W(t)表示原始测量波形；F(t)表示滤波器；FW(t)表示滤波后的波形；表示原始波形反褶积处理。
进一步地，所述利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)通过下式实现：
RW(t)＝FW(t)-D(t)
其中，D(t)直达波；RW(t)表示反射波；FW(t)表示滤波后的波形。
进一步地，所述步骤三中采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波，包含以下步骤：
1)将步骤二得到的波形波数据从时间-空间域变换到频率-波数域，在频率-波数域中对具有垂直同向轴的波列进行压制，得到正波数平面内的下行波和负波数平面内的上行波；
2)对下行波进行切除，保留上行波，从得到频率-波数域中的上行波；
3)对频率-波数域中的上行波进行二维傅里叶反变换，得到时间-空间域加强的上行波反射波，采用类似的处理方法，得到时间-空间域中的下行反射波；
4)对每个接收器所组成的共接收器数据进行同样的处理，分别得到上行反射波和下行反射波，然后按阵列声波测井传统方法，利用门槛法或幅度衰减比方法确定的声波到时，以到时作为反射波开始叠加位置进行叠加，使反射波信息进行增强。
进一步地，所述步骤四中利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理，包括下述步骤：
1)将需要成像的上、下行反射波偏移剖面进行离散，将离散偏移剖面空间中的每个网格都假设为反射点，当源距固定时，根据射线理论计算出从发射器T到接收器R反射波的声波传播时间：
t = 1 v ( ( X i - X T ) 2 + Z j 2 + ( X R - X i ) 2 + Z j 2 ) - - - ( 1 - 1 )
其中，v为声波传播速度us/m，Zj为井轴径向上仪器到反射体的距离m，t为声波传播时间，Xi为由位置D到发射器T和接收器R所在直线做垂线与发射器T和接收器R所在直线交点位置，XT为发射器所在位置，XR为接收器R所在位置。
2)对整个网格进行扫描，对于任何一个空间网格点D，如果它恰好位于反射界面上，按照式(1-1)计算所有的可能反射波到时；
3)假设测井仪器移动了N个位置，那么对于某一源距下，就可以得到N道全波波形，从而计算得到这些位置处所对应的反射波到时，根据到时从波形中取出对应位置处的振幅值Ai，将N个点所对应的N个振幅累加值来表征网格点D；
4)如果D点恰好通过了反射界面，对应的振幅值Ai是接近同相的，叠加之后，振幅累加值A必然会很大；反之，如果D点不在反射界面之上，那么得到的对应N个振幅值Ai将不再是同相的，而是随机的振幅值；
5)将N个振幅值Ai叠加之后，必然会使得振幅值互相抵消，得到经互相抵消后的一个较小的振幅累加值A；采用这样的方法，可以得到所有网格点上叠加的振幅值，将其显示出来，就得到偏移之后的反射体剖面。
步骤五中滤波处理，是利用f-k滤波方法，保留上、下行反射波中一种，增强地层中裂缝、孔洞的成像效果，突出地质构造在噪声背景下的显示效果。
本发明的有益效果在于：远探测声波测井偶极分量数据处理分析方法，解决常规声波处理方法只能获取井周几米范围地层构造的不足，通过该发明的应用，能够获取井筒周围几米到几十米范围的地层构造信息。该方法以反射波测量的通用理论模型为基础，利用充液井孔中偶极声源的辐射特征，激发的SH和SV波均对方位敏感，由此可以确定地层中反射体的方位。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是一种远探测声波处理方法流程图。
图2是反褶积减少波形震荡周期波形示意图。
图3是阵列声波共源道集下频率波数滤波过程示意图，其中：
图3(a)是原始的共源数据道集；
图3(b)是对图3(a)进行二维傅里叶变换；
图3(c)是对下行反射波进行切除，得到上行波；
图3(d)是将(c)的结果进行二维傅里叶反变换。
图4是井旁反射界面上的反射点D示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明远探测声波的处理方法按照下述步骤对数据进行处理：
步骤一：采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理，减少波形的震荡周期，促进数据成像质量(见附图2)；
通过下式实现：
FW ( t ) = W ( t ) * F ( t ) ‾
其中，W(t)表示原始测量波形；F(t)表示滤波器；FW(t)表示滤波后的波形；表示原始波形反褶积处理。
步骤二：利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)，利用FW(t)减去D(t)得到反射波RW(t)，减少成像数据中的直达波信息干扰；
通过下式实现：
RW(t)＝FW(t)-D(t)
其中，D(t)直达波；RW(t)表示反射波；FW(t)表示滤波后的波形。
步骤三：采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波：将固定源距下的时域波形数据进行二维傅里叶正变换(附图3)，滤除较大的视速度值，将全波数据转换为频率-波数域，理论上具有垂直于同向轴的直达波在f-k域中视速度无穷大，下行反射波位于负波数面，而上行反射波位于正波数面，两者视速度为有限的数值；
采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波，包含以下步骤：
1)将步骤二得到的波形波数据从时间-空间域变换到频率-波数域，在频率-波数域中对具有垂直同向轴的波列进行压制，得到附图3(b)所示的正波数平面内的下行波和负波数平面内的上行波；图3(a)为原始的共源数据道集；
2)对下行波进行切除，保留上行波，从得到频率-波数域中的上行波(附图3(c))；
3)对附图3(c)频率-波数域中的上行波进行二维傅里叶反变换，得到时间-空间域加强的上行波反射波(附图3(d))，采用类似的处理方法，得到时间-空间域中的下行反射波；
4)对每个接收器所组成的共接收器数据进行同样的处理，分别得到上行反射波和下行反射波，然后按阵列声波测井传统方法，利用门槛法或幅度衰减比等方法确定的声波到时，以到时作为反射波开始叠加位置进行叠加，使反射波信息进行增强。
步骤四：利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理；绕射扫描偏移叠加是建立在射线理论基础上的一种偏移方法，偏移剖面上的任何一点都可以叠加剖面上的一条绕射双曲线，该方法可以使反射波自动归位到所在空间的真实位置上。
利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理，包括下述步骤：
1)将需要成像的上、下行反射波偏移剖面进行离散，将离散偏移剖面空间中的每个网格都假设为反射点(见附图3)，当源距固定时，根据射线理论计算出从发射器T到接收器R反射波的声波传播时间：
t = 1 v ( ( X i - X T ) 2 + Z j 2 + ( X R - X i ) 2 + Z j 2 ) - - - ( 1 - 1 )
其中，v为声波传播速度us/m，Zj为井轴径向上仪器到反射体的距离m，t为声波传播时间，Xi为附图4中由位置D到发射器T和接收器R所在直线做垂线与发射器T和接收器R所在直线交点位置，XT为发射器所在位置，XR为接收器R所在位置。
2)对整个网格进行扫描，对于任何一个空间网格点D，如果它恰好位于反射界面上，按照式(1-1)计算所有的可能反射波到时；
3)假设测井仪器移动了N个位置，那么对于某一源距下，就可以得到N道全波波形，从而计算得到这些位置处所对应的反射波到时，根据到时从波形中取出对应位置处的振幅值Ai，将N个点所对应的N个振幅累加值值来表征网格点D，见图4所示；
4)如果D点恰好通过了反射界面，对应的振幅值Ai是接近同相的，叠加之后，振幅累加值A必然会很大；反之，如果D点不在反射界面之上，那么得到的对应N个振幅值Ai将不再是同相的，而是随机的振幅值；
5)将其叠加之后，必然会使得振幅值互相抵消，得到经互相抵消后的一个较小的振幅累加值A；采用这样的方法，可以得到所有网格点上叠加的振幅值，将其显示出来，就得到偏移之后的反射体剖面。
步骤五：滤波处理，利用f-k滤波方法，保留上、下行反射波中一种，增强地层中裂缝、孔洞的成像效果，突出地质构造在噪声背景下的显示效果，至此完成远探测声波的处理过程。
偶极分量数据中的SH多分量偶极由于频率更低，且产生的SH波具有全倾角覆盖面，故可以探测到更远、任意方位的反射体，而且多分量偶极具有独特的方位敏感性，故可以确定反射体的倾向和走向。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种远探测声波的处理方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：
步骤一：采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理，减少波形震荡周期；
步骤二：利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)，利用FW(t)减去D(t)得到反射波RW(t)；
步骤三：采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波：将固定源距下的时域波形数据进行二维傅里叶正变换，将全波数据转换为频率-波数域，下行反射波位于负波数面，而上行反射波位于正波数面，两者视速度为有限的数值；
步骤四：利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理；
步骤五：滤波处理，利用f-k滤波方法，保留上、下行反射波中一种，至此完成远探测声波的处理过程。
2.根据权利要求1所述的一种远探测声波的处理方法，其特征在于，所述采用最小二乘反褶积处理方法对远探测声波测井偶极分量波形数据进行预处理：
FW ( t ) = W ( t ) * F ( t ) ‾
其中，W(t)表示原始测量波形；F(t)表示滤波器；FW(t)表示滤波后的波形；表示原始波形反褶积处理。
3.根据权利要求1所述的一种远探测声波的处理方法，其特征在于，所述利用中值滤波方法分离步骤二得到的波形FW(t)得到直达波D(t)通过下式实现：
RW(t)＝FW(t)-D(t)
其中，D(t)直达波；RW(t)表示反射波；FW(t)表示滤波后的波形。
4.根据权利要求1所述的一种远探测声波的处理方法，其特征在于，所述步骤三中采用f-k滤波方法分离反射波RW(t)得到上行反射波和下行反射波，包含以下步骤：
1)将步骤二得到的波形波数据从时间-空间域变换到频率-波数域，在频率-波数域中对具有垂直同向轴的波列进行压制，得到正波数平面内的下行波和负波数平面内的上行波；
2)对下行波进行切除，保留上行波，从得到频率-波数域中的上行波；
3)对频率-波数域中的上行波进行二维傅里叶反变换，得到时间-空间域加强的上行波反射波，采用类似的处理方法，得到时间-空间域中的下行反射波；
4)对每个接收器所组成的共接收器数据进行同样的处理，分别得到上行反射波和下行反射波，然后按阵列声波测井传统方法，利用门槛法或幅度衰减比方法确定的声波到时，以到时作为反射波开始叠加位置进行叠加，使反射波信息进行增强。
5.根据权利要求1所述的一种远探测声波的处理方法，其特征在于，所述步骤四中利用绕射扫描偏移叠加成像方法对分离的上、下行反射波处理，包括下述步骤：
1)将需要成像的上、下行反射波偏移剖面进行离散，将离散偏移剖面空间中的每个网格都假设为反射点，当源距固定时，根据射线理论计算出从发射器T到接收器R反射波的声波传播时间：
t = 1 v ( ( X i - X T ) 2 + Z j 2 + ( X R - X i ) 2 + Z j 2 ) - - - ( 1 - 1 )
其中，v为声波传播速度us/m，Zj为井轴径向上仪器到反射体的距离m，t为声波传播时间，Xi为由位置D到发射器T和接收器R所在直线做垂线与发射器T和接收器R所在直线交点位置，XT为发射器所在位置，XR为接收器R所在位置；
2)对整个网格进行扫描，对于任何一个空间网格点D，如果它恰好位于反射界面上，按照式(1-1)计算所有的可能反射波到时；
3)假设测井仪器移动了N个位置，那么对于某一源距下，就得到N道全波波形，从而计算得到这些位置处所对应的反射波到时，根据到时从波形中取出对应位置处的振幅值Ai，将N个点所对应的N个振幅累加值来表征网格点D；
4)如果D点恰好通过了反射界面，对应的振幅值Ai是接近同相的，叠加之后，振幅累加值A必然会很大；反之，如果D点不在反射界面之上，那么得到的对应N个振幅值Ai将不再是同相的，而是随机的振幅值；
5)将N个振幅值Ai叠加之后，必然会使得振幅值互相抵消，得到互相抵消后的振幅累加值A；采用这样的方法，得到所有网格点上叠加的振幅值，将其显示出来，就得到偏移之后的反射体剖面。
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