CN105589103B - 井周地质反射体环向扫描成像的探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其包括如下步骤：步骤一、在探测深度区间内的各个深度位置利用正交偶极声波测井仪器进行声波测井；步骤二、获得步骤一中各个深度位置的偶极四分量数据，并记录每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位；步骤三、将四分量数据由仪器坐标系转换到地球坐标系下；步骤四、构造不同方位的反射波数据S；步骤五、进行波场分离，采用波场分离的方法对反射波进行提取；步骤六、进行反射波成像；步骤七、对比选定的一系列方位上成像的幅值和清晰度，最大的幅值和最好的清晰度成像方位为地层中地质反射体走向的方位。

Description

井周地质反射体环向扫描成像的探测方法
技术领域
本发明有关一种应用地球物理测井方法，特别是指一种利用四分量偶极横波对井周地质反射体环向扫描成像的探测方法。
背景技术
目前，在钻井周围的油、气储层的勘探和开发中，需要对储层构造、地质体的形态和方位进行测量。例如，对于井旁的裂隙体系，其走向的信息决定了下一步钻井的轨迹，或水压-致裂的工程设计。
目前发展的四分量偶极横波远探测成像技术已被用于上述的测量(Tang X.M.andPatterson D.Single-well S-wave imaging using multi-component dipole acoustic-log data[J].Geophysics,2009,74(6):WCA211-WCA223.)，(唐晓明，魏周拓，利用井中偶极声源远场辐射特性的远探测测井[J].地球物理学报,2012,55(8):2798-2807.)，(唐晓明等人，在井中发射并接收偶极横波的探测方法,发明专利申请号：2011103009945)。在已有的测量中，单个地质反射体方位的确定采用最优化方法变化反射体方位，使其成像清晰度达到最佳，如Tang X.M.and Patterson D.Single-well S-wave imaging using multi-component dipole acoustic-log data[J].Geophysics,2009,74(6):WCA211-WCA223。当井周围存在多个、多方位的地质反射体时，上述最优化方法不能同时反映多个反射体的方位信息，因此处理结果不能真实全面地还原井下反射体的情况，上述方法便不能适用。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种能对多个、多方位的井周地质反射体环向扫描成像的探测方法。
为达到上述目的，本发明提供一种井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其包括如下步骤：
步骤一、在探测深度区间内的各个深度位置利用正交偶极声波测井仪器进行声波测井；
步骤二、获得步骤一中各个深度位置的偶极四分量数据，并记录每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位；
步骤三、将四分量数据由仪器坐标系转换到地球坐标系下；
步骤四、构造不同方位的反射波数据S；
步骤五、进行波场分离，采用波场分离的方法对反射波进行提取；
步骤六、进行反射波成像；
步骤七、对比选定的一系列方位上成像的幅值和清晰度，最大的幅值和最好的清晰度成像方位为地层中地质反射体走向的方位。
所述步骤一中正交偶极声波测井仪器的偶极发射和接收都具有两套正交的系统。
所述步骤二具体包括：
(1)建立井眼正交偶极声波测井模型，建立仪器坐标系xyz，以井眼方向为z轴，垂直于井眼方向为x轴与y轴；
(2)获得仪器坐标系中井下偶极四分量数据式中第一个字母表示所用的发射源x或y，第二个字母表示所用的接收器x或y；
(3)在四分量数据采集中，记录在每一深度位置处其中一个偶极的指向相对地球北极的方位AZ。
所述步骤三具体包括：
(1)通过坐标变换，获得地球坐标系中的四分量数据AZ为所述步骤二中每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位；
(2)由地球坐标系中可以得到SH和SV波：
其中Φ为反射体走向相对于地球北极的夹角。
所述步骤四包括：
(1)确立井周方位变化范围
对井周的某一方位变化范围Φ1到Φ2，选择一系列的方位φ，Φ1＜φ＜Φ2，选取步长Δφ，使φ等间距增加；
(2)构造上述方位变化范围内不同方位的反射波数据S
由地球坐标系中的四分量数据构造方位φ上的横波反射数据S：
S＝XX sin2φ+(XY+YX)cosφsinφ+YY cos2φ。
所述步骤五中波场分离的方法为线性预测法、中值滤波法或f-k滤波法。
所述步骤六中采用叠前、叠后、近平偏移成像技术，共中心点叠加或倾角叠加技术对反射波进行成像处理。
所述步骤七具体包括：
(1)得到不同方位的成像结果；
(2)对比成像结果；
(3)得到地层中地质反射体走向的方位。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
1、弥补了井周围存在多个、多方位地质反射体时单个反射体最优化成像技术的不足；
2、相比于单一成像处理易造成成像信息的丢失，本发明可以精确定位井外反射体的走向，获得高质量的成像结果；
3、可以解决偶极横波远探测中存在多个不同方位地质体走向的确定问题。
附图说明
图1为本发明的利用四分量偶极横波对井周地质体环向扫描成像的探测方法工作流程图；
图2为本发明中井眼正交偶极声波测井模型示意图；
图3为利用本发明的探测方法得到的某井段现场井周地质体环向扫描成像成果图；
图4为本发明中所成某一图像的幅值大小示意图。
具体实施方式
为便于对本发明的方法及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明提供一种利用四分量偶极横波对井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其工作流程如下：
步骤一、在探测深度区间内的各个深度位置利用正交偶极声波测井仪器进行声波测井
利用正交偶极声波测井仪器进行声波测井，确保仪器偶极发射和接收都具有两套正交的系统。
步骤二、得到步骤一中各个深度位置的偶极四分量数据，并记录每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位，具体步骤如下：
(1)建立井眼正交偶极声波测井模型
建立如图2所示的正交偶极声波测井模型，模型中正交偶极声波测井仪器2位于井眼1的探测深度区间内的某一深度处，其包括偶极发射换能器5与接收器4，井眼1外有反射体3，建立仪器坐标系xyz，以井眼方向为z轴，垂直于井眼方向为x轴与y轴。
(2)获得仪器坐标系中井下偶极四分量数据
在实际测井过程中，反射体及其方位是未知的，而仪器的指向也是不可控和随机的。声波测井记录的数据分为单分量、双分量和四分量，其中单分量可以是单分量的偶极横波测井数据也可以是单极测井数据；双分量和四分量是针对正交偶极数据来说的，正交偶极声波测井通常采集四个分量的偶极子声波阵列数据，四个分量的波形数据中，有两个同向分量和两个交叉分量。由于测井仪器不时的旋转，单分量偶极数据的成像结果往往不足以清晰地反映位置固定的反射体，这时必须通过四分量的偶极数据采集方式来确定反射体的方位。四分量数据由以下2×2矩阵给出：
式中第一个字母表示所用的发射源(x或y)，第二个字母表示所用的接收器(x或y)，如xy表示由x发射源与y组接收器采集的数据。
(3)获得其中一个偶极相对于地球北极的方位
测井仪器在井下测量时是不时旋转的，在四分量数据采集的同时，测井仪器还设有连续测斜系统。系统中的传感器部件将下井仪器的斜角和斜向转换成相应的电压信号，经处理后会得到某一深度下偶极的指向相对地球北极的方位，测井仪器在深度区间范围内每一深度位置处的方位形成方位曲线AZ。
步骤三、将四分量数据由仪器坐标系转换到地球坐标系下
(1)通过坐标变换，把仪器坐标系中的四分量数据，变换为地球坐标系中的四分量数据；
由方位曲线AZ，将仪器坐标系中的四分量数据(式1)通过坐标变换，变换为地球坐标系中的四分量数据：
(2)由地球坐标系中可以得到SH和SV波
由于偏振方向的不同，横波可分解为在水平平面内及竖直平面内偏振的横波，分别称之为SH横波、SV横波。假设反射体走向相对于X轴的夹角为Φ，X轴可方便地取为地球的北极。由四分量数据可以得到来自反射体的SH和SV波在地球坐标系中的表达式：
步骤四、构造方位φ的反射波数据S
(1)确立井周方位变化范围
对井周的某一方位变化范围Φ1到Φ2，选择一系列的方位φ，Φ1＜φ＜Φ2，一般选取步长Δφ，使φ等间距增加。
(2)构造上述方位变化范围内不同方位的横波反射数据(即反射波数据S)
较SV型横波相比，SH型横波具有很宽的辐射覆盖及较高的反射灵敏度，因此我们采用SH波进行处理。类比公式(3)中SH波的表达式，由地球坐标系中的四分量数据构造方位φ上的横波反射数据S：
S＝XX sin2φ+(XY+YX)cosφsinφ+YY cos2φ (4)
步骤五、进行波场分离
对反射波进行提取，采用波场分离的方法使得直达波与反射波分离。具体可采用线性预测、中值滤波与f-k滤波等方法消除直达波的干扰。
步骤六、进行反射波成像
主要采用叠前、叠后、近平偏移成像技术，共中心点叠加、倾角叠加等技术对反射波进行成像处理。
步骤七、对比选定的一系列方位上成像的幅值和清晰度，最大的幅值和最好的清晰度成像方位为地层中地质反射体走向的方位。
(1)得到不同方位的成像结果
对于井周不同方位，分别进行成像处理，得到不同方位下的成像结果。
(2)对比成像结果
井周方位变化时，将会在φ＝Φ时看到幅值和清晰度较高的SH波的成像，而在φ＝Φ+90°(或φ＝Φ-90°)时看到幅值和清晰度较低的SV波的成像。
(3)得到地层中地质反射体走向的方位
通过对比成像清晰度随扫描角度φ的变化，最大的幅值和最好的清晰度的成像方位为地层中地质反射体走向的方位，这样，便可以直观地确定反射体的走向。
图3是采用本发明的扫描成像方法得到的某井周边成像的效果图：成像方法范围是由北到东的90度范围，扫描间隔是15°，共成像6张，由左至右排列。图上部3270-3280m处有一过井(井位于成像图的中部)的构造，其成像在南北最为清晰(如图3中M所示)，而在东-西向消失，故该构造的走向为南北向。图下部3310-3340m处有一与井近乎平行的裂缝，其成像在南北向几乎不存在，成像的清晰度随扫描角度增加至90°时为最强，由此可确定该裂缝的走向为东西向(如图3中N所示)。图中下部(3290-3310m)处的裂缝成像在扫描角度为15°时为最弱，此为SV波偏振的方位，由此可知该裂缝的走向(即SH波偏振方位)为东偏南15°或北偏西15°。
在反射体层段上对反射体在不同方位的幅值和清晰度进行刻画，通过在不同反射体层段上进行方位刻画得到地层中不同地质反射体走向的方位。图4是选取图3中3312m-3325m层段上反射体在不同方位上幅值的归一化处理效果图；该层段反射体最大的幅值和最好的清晰度的走向方位为东西方向。
本发明相对于现有技术，具有如下优势：
1、弥补了井周围存在多个、多方位地质反射体时单个反射体最优化成像技术的不足；
2、相比于单一成像处理易造成成像信息的丢失，本发明可以精确定位井外反射体的走向，获得高质量的成像结果；
3、可以解决偶极横波远探测中存在多个不同方位地质体走向的确定问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一、在探测深度区间内的各个深度位置利用正交偶极声波测井仪器进行声波测井；
步骤二、获得步骤一中各个深度位置的偶极四分量数据，并记录每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位；
步骤三、将四分量数据由仪器坐标系转换到地球坐标系下；
步骤四、构造不同方位的反射波数据S；
步骤五、进行波场分离，采用波场分离的方法对反射波进行提取；
步骤六、进行反射波成像；
步骤七、对比选定的一系列方位上成像的幅值和清晰度，最大的幅值和最好的清晰度成像方位为地层中地质反射体走向的方位；
所述步骤二具体包括：
(1)建立井眼正交偶极声波测井模型，建立仪器坐标系xyz，以井眼方向为z轴，垂直于井眼方向为x轴与y轴；
(2)获得仪器坐标系中井下偶极四分量数据式中第一个字母表示所用的发射源x或y，第二个字母表示所用的接收器x或y；
(3)在四分量数据采集中，记录在每一深度位置处其中一个偶极的指向相对地球北极的方位AZ；
所述步骤三具体包括：
(1)通过坐标变换，获得地球坐标系中的四分量数据AZ为所述步骤二中每一深度位置处其中一个偶极相对于地球北极的方位；
(2)由地球坐标系中可以得到SH和SV波：
其中Φ为反射体走向相对于地球北极的夹角；
所述步骤四包括：
(1)确立井周方位变化范围
对井周的某一方位变化范围Φ1到Φ2，选择一系列的方位φ，Φ1＜φ＜Φ2，选取步长Δφ，使φ等间距增加；
(2)构造上述方位变化范围内不同方位的反射波数据S
由地球坐标系中的四分量数据构造方位φ上的横波反射数据S：
S＝XX sin2φ+(XY+YX)cosφsinφ+YY cos2φ。
2.如权利要求1所述的井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其特征在于，所述步骤一中正交偶极声波测井仪器的偶极发射和接收都具有两套正交的系统。
3.如权利要求1所述的井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其特征在于，所述步骤五中波场分离的方法为线性预测法、中值滤波法或f-k滤波法。
4.如权利要求1所述的井周地质反射体环向扫描成像的探测方法，其特征在于，所述步骤六中在采用叠前、叠后或近平偏移成像技术之前，先采用共中心点叠加或倾角叠加技术对反射波进行成像处理。
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