CN104699975A - 从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法，包括：在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比，并对本征波与伴随转换波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第一归一化能量比曲线；在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与本征波的能量比，并对界面转换波与本征波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第二归一化能量比曲线；根据第一归一化能量比曲线和第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线；利用声电耦合系数曲线结合测井数据对地层渗透率进行评价。本发明解决了大多数测井方法无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

Description

从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法

技术领域

本发明涉及应用地球物理领域，尤其涉及一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法。

背景技术

理论和实验研究证明，利用声电效应可以区分油水界面，探测与储层有关的地质参数，还可以探测裂缝带、地层结构特性等。声电测井可以直接应用于探测与孔隙流体有关的地层性质，如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等，尤其是可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率探测的问题。另外，弹性波在裂缝中传播时也能够引发声电效应，声电测井将比常规声波测井方法提供更多的裂缝分布信息，将是一种更好的探测井旁裂缝的测井方法。

国内外在声电测井的理论、方法和基础实验等方面开展了大量的研究工作，目前研制出一种声电测井探测器，解决了井下声电效应探测这一关键性科学问题，该探测器的实际测井数据确认了界面和伴随两种基本声电转换波信号的存在和时域、频域特征。但是，现有的国内外研究成果均无法为实际声电效应井下探测器测量数据处理中关键参数的提取提供有效的方法，进而无法直接对地层渗透率进行评价，针对该问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法，以至少解决现有技术无法为实际声电效应井下探测器测量数据处理中关键参数的提取提供有效的方法，进而无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法，包括：在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比，并对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第一归一化能量比曲线；在所述目标井段范围内，计算所述多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与所述本征波的能量比，并对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第二归一化能量比曲线；根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线；利用所述声电耦合系数曲线结合测井数据对地层渗透率进行评价。

在一个实施例中，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比包括：步骤A1，对于所述预定深度处的波列，以多个连续采样点的集合为特定窗宽，得到所述预定深度下的多个特定窗宽；步骤A2，分别计算所述多个特定窗宽中每个特定窗宽内本征波与伴随转换波的相关系数，并根据所述相关系数，在所述多个特定窗宽中确定所述本征波与所述伴随转换波相关性最高的特定窗宽作为选定窗宽；步骤A3，以区域数值积分的方法求取所述选定窗宽内所述本征波的能量和所述伴随转换波的能量，并计算所述本征波与所述伴随转换波的能量比；步骤A4，重复执行上述步骤A1至步骤A3，直到得到每个预定深度处的所述本征波与所述伴随转换波的能量比。

在一个实施例中，对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理包括：采用以下公式对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理：R_N1＝R₁/R_MAX1，其中，R_N1表示所述本征波与所述伴随转换波的归一化能量比，R₁表示所述本征波与所述伴随转换波的能量比，R_MAX1表示在所述目标井段范围内所述本征波与所述伴随转换波的能量比的最大值。

在一个实施例中，计算所述多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与所述本征波的能量比包括：步骤B1，对于所述预定深度处的界面转换波，以区域数值积分的方法求取所述选定窗宽内所述界面转换波的能量；步骤B2，计算所述界面转换波与本征波基准的能量比，其中，所述本征波基准是所述目标井段范围内的本征波能量最大值；步骤B3，重复执行上述步骤B1至步骤B2，直到得到每个预定深度处的所述界面转换波与所述本征波的能量比。

在一个实施例中，对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理包括：采用以下公式对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理：R_N2＝R₂/R_MAX2，其中，R_N2表示所述界面转换波与所述本征波的归一化能量比，R₂表示所述界面转换波与所述本征波的能量比，R_MAX2表示在所述目标井段范围内所述界面转换波与所述本征波的能量比的最大值。

在一个实施例中，根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线包括：根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线，结合正演数值模拟理论成果及岩石物理实验数据求取所述声电耦合系数曲线。

在一个实施例中，所述测井数据包括：自然伽马、核孔隙度、元素测井的岩性分析数据以及电测井的流体分析数据。

本发明针对声电效应井下探测器研究中对数据处理的需求，提供一种可以用于从声电效应井下探测器测量数据中提取关键参数的数据处理方法，能够解决声电效应井下探测器研究中数据处理的关键技术难题。由于提出的转换波能量比与地层渗透率之间具有高度的相关性，通过岩心刻度(如井壁取芯及相关岩石物理实验)建立转换波能量比与地层渗透率之间的实验关系后，在一定区域内可以借助于声电测井信息直接求取地层渗透率，解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

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，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法的流程图；

图2是本发明实施例的计算本征波与伴随转换波的能量比的流程示意图；

图3是本发明实施例的计算界面转换波与本征波的能量比的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明基于采用声电效应探测与储层有关的地质参数的技术，声电效应会使用激励源。下面先对本发明中的部分术语进行解释：

本征波指的是与激励源同类型的波形；

伴随转换波指的是与激励源同类型的波形在传播过程中诱导产生的转换波；

界面转换波指的是由激励源在其附近的地层界面处激发而产生的诱导转换波。

在每个深度点测到的数据包括：本征波、伴随转换波和界面转换波，三者都是随时间变化的曲线。

本发明实施例提供了一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法，图1是本发明实施例的从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比，并对本征波与伴随转换波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第一归一化能量比曲线。其中，目标井段范围可以是全井段，也可以是部分井段。在目标井段范围内预先设定多个深度点以进行计算。在每个深度点处得到本征波与伴随转换波能量比，对于多个深度点，则可以形成随井深连续变化的能量比曲线。对目标井段范围内得到的能量比进行归一化处理，使得随井深连续变化的能量比曲线的取值范围为[0，1]，能够更好地观察测量参数的相对变化。

步骤S102，在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与本征波的能量比，并对界面转换波与本征波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第二归一化能量比曲线。

步骤S103，根据第一归一化能量比曲线和第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线。声电耦合系数曲线L为Pride方程式中很难得到的参数，上述两个能量比曲线为L的联立计算提供了很重要的参数，准确得到L就可以根据Pride方程式计算其中的地层参数，对储层进行评价。

步骤S104，利用声电耦合系数曲线结合测井数据对地层渗透率进行评价。其中，测井数据包括：自然伽马、核孔隙度、元素测井的岩性分析数据以及电测井的流体分析数据。

通过图1所示的实施例，针对声电效应井下探测器研究中对数据处理的需求，提供一种可以用于从声电效应井下探测器测量数据中提取关键参数的数据处理方法，能够解决声电效应井下探测器研究中数据处理的关键技术难题。由于提出的转换波能量比与地层渗透率之间具有高度的相关性，通过岩心刻度(如井壁取芯及相关岩石物理实验)建立转换波能量比与地层渗透率之间的实验关系后，在一定区域内可以借助于声电测井信息直接求取地层渗透率，解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S101中计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比可以通过以下步骤实现：

步骤A1，对于预定深度处的波列，以多个连续采样点的集合为特定窗宽，得到预定深度下的多个特定窗宽。

其中，波列指的是以数字化形式采样得到的波形，每个预定深度处的波列包括：本征波、伴随转换波和界面转换波。

步骤A2，分别计算多个特定窗宽中每个特定窗宽内本征波与伴随转换波的相关系数，并根据相关系数，在多个特定窗宽中确定本征波与伴随转换波相关性最高的特定窗宽作为选定窗宽。

其中，“相关系数”在阵列声波测井的数据处理中有明确的定义，计算相关系数以及根据相关系数确定相关性最高的区域是对阵列声波测井波形进行数据处理的成熟方法，此处不再赘述。依照上述方法选出的选定窗宽中包括最能反应地层性质的转换波。

步骤A3，以区域数值积分的方法求取选定窗宽内本征波的能量和伴随转换波的能量，并计算本征波与伴随转换波的能量比。

其中，可以通过式(1)计算本征波的能量W_W，通过式(2)计算伴随转换波的能量W_C，通过式(3)计算出本征波与伴随转换波的能量比R₁。

$W_W=\underset{t1}{\overset{t2}{\mathrm{\Σ}}}{\left(W\left(t\right)\right)}^2---\left(1\right)$

$W_C=\underset{t1}{\overset{t2}{\mathrm{\Σ}}}{\left(C\left(t\right)\right)}^2---\left(2\right)$

$R_1=\frac{W_W}{W_C}---\left(3\right)$

在上述式(1)至式(3)中，t1和t2分别为选定窗宽的起始时刻和结束时刻，W(t)表示本征波，C(t)表示伴随转换波。

对于声激励工作方式得到的测量数据，可以通过以上方法得到声波信号与伴随电磁波信号的能量比；对于电激励工作方式得到的测量数据，可以通过以上方法得到电极信号与伴随声波信号的能量比。

步骤A4，重复执行上述步骤A1至步骤A3，直到得到每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比。由此，可以得到随深度变化的能量比曲线(本征波与伴随转换波)。

在一个实施例中，可以采用式(4)对本征波与伴随转换波的能量比进行归一化处理：

R_N1＝R₁/R_MAX1       (4)

式(4)中，R_N1表示本征波与伴随转换波的归一化能量比，R₁表示所述本征波与所述伴随转换波的能量比，R_MAX1表示在目标井段范围内本征波与伴随转换波的能量比的最大值。

选定窗宽指的是在某一个深度点测量到的随时间变化的数据中选取一个时间区间。每个深度点都可以得到一个能量比，这样对于多个深度点就得到能量比曲线。

对目标井段范围内得到的能量比进行归一化处理，使得随井深连续变化的能量比曲线的取值范围为[0，1]，能够更好地观察测量参数的相对变化。

在一个实施例中，如图3所示，步骤S102中计算多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与本征波的能量比可以通过以下步骤实现：

步骤B1，对于预定深度处的界面转换波，以区域数值积分的方法求取选定窗宽内界面转换波的能量。

界面转换波的能量W_S可以通过式(5)计算得出。

$W_S=\underset{t1}{\overset{t2}{\mathrm{\Σ}}}{\left(S\left(t\right)\right)}^2---\left(5\right)$

式(5)中，t1和t2分别为选定窗宽的起始时刻和结束时刻，S(t)表示界面转换波。

步骤B2，计算界面转换波与本征波基准的能量比。由于发射探头附近界面的声压基本恒定，因此可以选取一个本征波常数作为基准。本征波基准可以选取目标井段范围内的本征波能量最大值。

步骤B3，重复执行上述步骤B1至步骤B2，直到得到每个预定深度处的界面转换波与本征波的能量比。由此，可以得到随深度变化的能量比曲线(界面转换波与本征波)。

在一个实施例中，可以采用式(6)对界面转换波与本征波的能量比进行归一化处理：

R_N2＝R₂/R_MAX2        (6)

式(6)中，R_N2表示界面转换波与本征波的归一化能量比，R₂表示界面转换波与本征波(本征波基准)的能量比，R_MAX2表示在目标井段范围内界面转换波与本征波的能量比的最大值。

目前，计算声电耦合系数时没有统一的数学物理模型，计算中大多采用已有研究得到的实验拟合公式。由于上述得到的能量比与地层的特性高度相关，因此，本发明提出在构造实验拟合公式时，将归一化的能量比曲线作为一个重要的参数，根据归一化的能量比联立求取Pride方程式(如下式(7)和(8))中的声电耦合系数L曲线，同时结合正演数值模拟理论成果和岩石物理实验数据为这一计算提供必要的参数。

$J=\mathrm{\σE}+L(-\▿P-{\mathrm{\ρ}}_{f}u)---\left(7\right)$

$w=\mathrm{LE}+(-\▿P-{\mathrm{\ρ}}_{f}u)k/\mathrm{\η}---\left(8\right)$

式(7)、(8)中，J为电流密度，E为电场强度，σ为电导率，J、E、σ为电学量；P为孔隙流体压强，表示对P进行微分运算，ρ_f为孔隙流体密度，u为固相位移，w为渗流位移，η为孔隙流体粘度，P、ρ_f、u、w、η为声学量；L为声电耦合系数，是利用声电测井方法对动态渗透率k进行评价的基础参数，该方程组通常被作为声电理论研究的基础。

对地层渗透率进行评价是石油勘探开发的重要工作，现有评价地层渗透率的方法都是间接的，与经验有关。步骤S104中利用声电测井资料(即从声电效应测量数据中提取的参数：能量比，进而计算得到声电耦合系数曲线)结合其他测井数据对地层渗透率进行评价就是采用上述公式(7)、(8)，属于直接评价，评价方法和评价结果更可靠。

综上所述，本发明针对井下声电效应测井探测器研究中对数据处理的需求，提供一种可以用于从声电测井井下探测器测量数据中提取关键参数的数据处理方法，能够解决井下声电测井探测器研究中数据处理的关键技术难题。由于提出的转换波能量比与地层渗透率之间具有高度的相关性，通过岩心刻度(如井壁取芯及相关岩石物理实验)建立转换波能量比与地层渗透率之间的实验关系后，在一定区域内可以借助于声电测井信息直接求取地层渗透率，解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

本发明中提取的参数(归一化能量比)与声电耦合系数乃至地层渗透率有着高相关性和内在的联系。能量比参数能够用于联立求取声电耦合系数曲线，根据声电耦合系数曲线结合自然伽马、核孔隙度、元素测井等的岩性分析数据和电测井的流体分析数据等其它测井数据可以直接应用于对与地下孔隙介质和流体有关的地层性质(如电导率、孔隙度、粘度、离子浓度以及渗透率等)进行评价，可以解决大多数测井方法无法直接对地层渗透率进行评价的问题。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种从声电效应井下探测器测量数据中提取参数的方法，其特征在于，包括：

在目标井段范围内，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比，并对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第一归一化能量比曲线；

在所述目标井段范围内，计算所述多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与所述本征波的能量比，并对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理，得到随深度变化的第二归一化能量比曲线；

根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线；

利用所述声电耦合系数曲线结合测井数据对地层渗透率进行评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算多个预定深度中每个预定深度处的本征波与伴随转换波的能量比包括：

步骤A1，对于所述预定深度处的波列，以多个连续采样点的集合为特定窗宽，得到所述预定深度下的多个特定窗宽；

步骤A2，分别计算所述多个特定窗宽中每个特定窗宽内本征波与伴随转换波的相关系数，并根据所述相关系数，在所述多个特定窗宽中确定所述本征波与所述伴随转换波相关性最高的特定窗宽作为选定窗宽；

步骤A3，以区域数值积分的方法求取所述选定窗宽内所述本征波的能量和所述伴随转换波的能量，并计算所述本征波与所述伴随转换波的能量比；

步骤A4，重复执行上述步骤A1至步骤A3，直到得到每个预定深度处的所述本征波与所述伴随转换波的能量比。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理包括：

采用以下公式对所述本征波与所述伴随转换波的能量比进行归一化处理：

R_N1＝R₁/R_MAX1，其中，R_N1表示所述本征波与所述伴随转换波的归一化能量比，R₁表示所述本征波与所述伴随转换波的能量比，R_MAX1表示在所述目标井段范围内所述本征波与所述伴随转换波的能量比的最大值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述多个预定深度中每个预定深度处的界面转换波与所述本征波的能量比包括：

步骤B1，对于所述预定深度处的界面转换波，以区域数值积分的方法求取所述选定窗宽内所述界面转换波的能量；

步骤B2，计算所述界面转换波与本征波基准的能量比，其中，所述本征波基准是所述目标井段范围内的本征波能量最大值；

步骤B3，重复执行上述步骤B1至步骤B2，直到得到每个预定深度处的所述界面转换波与所述本征波的能量比。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理包括：

采用以下公式对所述界面转换波与所述本征波的能量比进行归一化处理：

R_N2＝R₂/R_MAX2，其中，R_N2表示所述界面转换波与所述本征波的归一化能量比，R₂表示所述界面转换波与所述本征波的能量比，R_MAX2表示在所述目标井段范围内所述界面转换波与所述本征波的能量比的最大值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线联立求取声电耦合系数曲线包括：

根据所述第一归一化能量比曲线和所述第二归一化能量比曲线，结合正演数值模拟理论成果及岩石物理实验数据求取所述声电耦合系数曲线。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述测井数据包括：自然伽马、核孔隙度、元素测井的岩性分析数据以及电测井的流体分析数据。