CN106548456A - 校正超声图像轮廓中的偏心的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于校正沿着岩石的剖面所测得的超声图像轮廓的偏心的方法，包括：测量所发射的幅值(A_o)的步骤和测量在一系列默认角度(θ)处所发射的超声波声波脉冲的传播时间值(t_θ)的步骤，其中在每一个角度处所测得的幅度通过与由公式A_θ＝A₀·e^‑tθ/τ·I_θ1限定的、与传播时间(t_θ)有关的幅值衰减模型来确定，其中τ是衰减校正因子；并且I_θ是岩石壁的反射系数。

Description

校正超声图像轮廓中的偏心的方法

技术领域

本发明涉及一种校正通常在油井中获得的超声图像轮廓的方法，其中所生成的幅度图像轮廓(amplitude image profile)易受由负责测量的工具的偏心引起的衰减效应的影响。

背景技术

超声图像轮廓(也被称为声像)的获得被普遍地用于油储层(oil reservoirs)的地质分析。这些图像允许借助于岩石的声学性质进行组织、结构、几何图形和储层质量分析。该分析通过现有的岩石种类并通过可能的生产率估计储层的特性。

超声图像轮廓是使用能发射声波脉冲的工具获得的，所述声波脉冲通过钻井液传播直到其到达油井的壁为止，在油井壁处其被反射并且弹回至工具，所述工具通过变换器寄存传播时间和幅度特性。

这些轮廓是在裸露的(uncoated)钻孔(诸如，油井)中获得的。声波脉冲被沿着油井壁的整个周缘发射。在其被反射后，这些脉冲在整个采集工具周围被测量。

声波由于流体-岩石介质之间的对比阻抗(contrasting impedance)被反射。阻抗方面的对比越高，反射波的幅度越大。在深度处的幅度和传播时间测量的图像表示生成了油井的剖面的360°图像。

声波的发射通常通过变换器(transducer)进行，所述变换器是压电晶体，即能将电脉冲转换成机械波脉冲(反之亦然)的晶体。

图1图示了从其生成图像轮廓的油井的横截面，其中工具1被如上所述地定位。工具1表示成处于油井的中心，其具有用于发射超声波的变换器11。所述波通过钻井液2传播直到其到达油井的壁4，在该点所述波然后被反射离储层的壁4、回到变换器11，所述变换器还具有记录所述波的接收的器件。

如上所述，根据波的传播时间和幅度记录，可以确定储层的剖面的岩石3的许多特征，生成油井壁的360°图像(剖面的完整视野)。

然而，用于生成该图像的工具易受其位置的偏心的影响，引起与储层的几何效应而并非与所需的声学性质有关的声波的衰减。

工具的位置的偏心可能由在轮廓采集期间使工具居中无效和油井几何结构方面的变化两者引起的。油井理想地以圆柱几何体形成，然而，对于那里在该几何结构方面的变化是非常常见的，主要由于当油井正在钻孔时钻头的振动。图2a(取自Junichi Sugiura的“当钻井和钻孔图像分析时的新颖机械式卡尺图像”的书)和图2b(取自Pavlovic,D.M和Castillo,H.2004年的论文“钻孔成像过程”)图示了经受了如上所述的螺旋效应的油井的两个图像表示。

图3图示了测量工具1的偏心的第二原因，其与椭圆形油井的形状有关。在该情况下，即使工具1被定位于油井的中心处，油井的形状因为油井的壁4离设备1决不会是等间距的而引起了工具和壁之间变化的距离。

图4图示了工具1的偏心的最后的原因，其与工具1自身的偏心位置有关。在该情况下，即使油井具有理想的圆柱形状，工具1的错误定位在工具和壁之间产生可变的距离，因为其与另一壁相比更靠近一个壁4。

偏心由于变换器和沿着油井周缘的岩石壁之间距离的变化而对所获得的数据产生了不希望有的影响。变换器和壁之间更大或者更小的距离引起了声波更大或者更小的衰减，从而产生了未反映岩石的本征特性而是反映几何效应的幅度的背景值。

因此，无论所述偏心的原因是什么，众所周知的是其破坏了对于储层的声学性质本质的获得，因此重要的是该现象在采集生成该图像的信号之后在幅度图像中校正。

然而，对于现有技术，没有已知的对所生成图像的合适处理过程以校正偏心。现有的偏心校正处理技术被称为“偏心校正”并且仅仅对沿着与图像的周缘平行的线的幅度取平均。虽然该现有技术改进了所生成的图像，但是其在油井中幅度的差异非常高的部位(诸如，破裂区域、孔洞和塌陷)中产生了亚水平的人工产物。所述人工产物在很多情况下使得不可能定量地使用校正图像。

该校正方法的另一不希望有的作用导致了分配虚假的幅值，其对储层的原始阻抗特性产生了损失。

因此，很明显，现有技术缺乏一种能校正由于获得这些图像的工具的偏心导致的任何偏离进行校正的超声图像的校正方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种对具有由于进行测量的工具的偏心导致的衰减效应的超声图像轮廓进行校正的方法。

因此，为了实现该目的，本发明提供了一种校正沿着岩石的剖面测得的超声图像轮廓的偏心的方法，包括测量发射的幅值(A_o)的步骤和在一系列默认角度(θ)处测量所发射的超声波声波脉冲的传播时间值(t_θ)的步骤，其中对于每一个角度测得的幅度(A_θ)通过由定义的与传播时间(t_θ)有关的幅度衰减模型来确定，其中τ是衰减校正系数，并且I_θ是岩石壁的反射系数。

附图说明

以下所提供的详细说明是用于附图及其相应的附图标记的，示出了本发明的模式。

图1图示了其中生成超声图像轮廓的油井的截面图，其中定位有超声波脉冲产生工具。

图2a图示了经受螺旋效应的油井的第一图像表示，所述螺旋效应是超声波测量工具的偏心的第一原因。

图2b图示了经受螺旋效应的油井的第二图像表示，所述螺旋效应是超声波测量工具的偏心的第一原因。

图3图示了与油井的椭圆形状有关的超声波测量工具的偏心的第二原因。

图4图示了超声波测量工具的偏心的第三原因，其与工具本身的偏心定位有关。

图5图示了具有偏心效应的均质层的幅度数据(平均幅度)和在应用本发明的方法后的相同数据(校正过的平均幅度)。

图6图示了第一未校正的超声波幅度图像轮廓在通过现有技术的已知方法校正后和在通过本发明的超声图像轮廓的校正方法校正后的对比。

图7图示了第二未校正的超声波幅度图像轮廓在经历由现有技术的已知方法校正之后、在通过用于由本发明校正轮廓超声图像的方法校正之后的对比。

具体实施方式

本发明涉及一种校正超声图像轮廓的方法，优选校正用于任何种类的裸露的(uncoated)储层、更优选油井的超声波钻孔图像轮廓的方法。所讨论的校正由于若干原因(特别是油井螺旋、油井的椭圆形状和工具本身的偏心)导致偏心问题而是必需的。

超声图像轮廓是使用能发射声波脉冲的工具获得的，所述声波脉冲通过钻井液传播直到其到达油井的壁为止，在油井壁处其被反射并且弹回至工具，所述工具通过变换器寄存传播时间和幅度特性。

声波由于流体-岩石介质之间的对比阻抗被反射。阻抗方面的对比越高，反射波的幅度越大。叠加在深度测量值处的幅度和传播时间产生了油井的剖面的360°图像。

如所述的，所测得的幅度极大地受偏心的影响，因为声波沿着其在钻井液中的轨迹遭受衰减。行进距离越大，则衰减越大，反之亦然。因此，变换器和岩石之间的距离沿着油井的周缘的变化引起了可变的衰减，并且因此沿着该周缘引起了可变的幅度。

幅度方面的这些变化代表几何衰减(偏心)的效应和流体与储层之间的阻抗对比的效应的和。传播时间的测量提供了变换器和岩石之间的距离变化和因此偏心距的模型。因此，已知在轮廓中测得的幅度背景值中的传播时间的控制是衰减过程的函数，根据本发明，该现象是由幅度对于传播时间的衰变方程来建模的。

因此，总之，本发明提供了一种校正沿着岩石剖面测得的超声图像轮廓的偏心的方法，包括测量所发射的幅值A_θ步骤和测量在一系列默认角度θ处所发射的超声波声波脉冲的传播时间值的步骤，其中在每一个角度处测得的幅度A_θ是由以下公式定义的、用于幅度与传播时间t_θ的衰减模型所确定的：

其中τ是衰减校正系数；并且I_θ是岩石壁的反射系数。

换句话说，在每一个方向θ上测得的幅度A_θ是发射的幅度A₀乘以传播时间t_θ与衰减校正系数τ的比值的指数并且乘以岩石壁的反射系数I_θ的函数。

优选地，如上所述，在一系列默认_θ角度中发射超声波声波脉冲。所述角度的默认值可以是随机的以致例如取决于软件。在其他配置中，所述默认值可以以角度间隔设置，例如(除了其它角度值外)在以每1°或者2°设置。选择性地，所述角度范围为360°，覆盖储层的整个周缘。

在获得衰减因子τ之后，幅度图像的偏心被校正，其通过衰减方程的逆(inverseof the decay equation)被放大并且根据以下公式(2)和(3)所应用的平均校正重新缩放至平均值。

其中：

＝校正的幅度；

＝所应用的校正的平均值；

N＝半径的测量值数(180)；

q＝采样层中的测量线数；和

prof＝参考某一深度的每一条基准线。

完整图像文件(其中各层具有其内在异质性)中的衰减校正因子τ的计算是选择地通过优化过程获得的。为了这样做，本发明方法使用了具有统计参数的目标函数以确定衰减校正因子τ。已经发现，标准偏差越小，则峰度偏差越大，并且更多不对称性的负值与最好的校正结果一致。选择性地，目标函数是多变量的目标函数。

注意到，所描述的偏心校正方法适用于校正任何种类工具的超声波幅度图像轮廓。

虽然，所述方法被描述成适用于油井，但是指出用于超声波成像轮廓的所述偏心校正方法可以被应用于任何种类的裸露的储层(包括但不限于油井)的钻孔是重要的。

优选地，所述偏心校正方法可以被应用于一种通过变换器发射和接收超声波来测量幅度和传播时间的工具。

图5图示了从一层具有声学性质的同质岩石提取数据的幅值。平均幅度曲线是通过改变变换器和井壁之间的距离控制的幅度的振荡行为。校正的平均幅度曲线是在应用发明方法之后生成的，其中可以观察到除去了该振动并且保存了岩石的小变化的本征。

对于附加试验，用于本发明的超声图像轮廓的校正方法被应用于具有不同偏心度的两个油井的声像轮廓，并且与现有技术的已知校正方法相对比。图6和7中图示了结果。

如从以下说明中清楚的，注意到，所获得的校正值是非常令人满意的并且甚至允许储层的二孔(permo-porous)性能的提取。

图6图示了利用现有技术的已知校正方法的第一未校正的超声图像轮廓与利用本发明所提出的校正方法的第一未校正的超声图像轮廓的对比，其中在没有应用任何校正方法的第一储层的超声波幅度图像轮廓最初被图示为6a。然后，图示了在经历从技术已知的校正过程6b之后的相同轮廓。最后，示出了在经历此处示出的6c校正过程之后的相同轮廓6a。通过比较所示的图像，可以看出，在应用了本发明的偏心校正方法之后，6c的偏心效应显著减小了，而同时保持了储层层的幅度特性。这通过现有技术的已知校正方法未获得。

图7图示了具有塌陷和大孔洞两者的地质构造的储层的超声波幅度图像轮廓，其中第一图像7a图示了没有任何校正的轮廓。然后，示出了在经历了现有技术7b的已知校正过程之后的相同轮廓7a。最后，示出了在经历了此处7c揭示的校正过程之后的相同轮廓7a。注意到，在应用本发明的偏心校正方法7c之后，所述地质构造(塌陷和大孔洞)比母体(matrix)相比保持大致更低的幅度特性，其允许识别和划分它们以用于定量分析。由现有技术的已知方法校正的图像7b进而提供了图像的总均质化，其扭曲了校正的结果，阻碍并且甚至使得不可能区别所图示的孔洞和塌陷。

因此，总之，本发明提供了一种采集之后的超声波幅度图像轮廓的偏心校正方法。所述方法使用在作为工具的偏心模型的每一个角度处的传播时间的测量值。由偏心的几何效应所产生的幅度方面的变化通过使用逆衰减方程放大所测得的幅度而消除，并且幅度图像通过应用校正平均值来重新缩放。

因此显然，此处揭示的偏心校正方法校正了超声图像轮廓，极大地减小了偏心效应，其使得来自超声波图像的地质数据的定性和定量解释可靠。

因此，对于石油和天然气工业，此处所示出的超声图像轮廓的校正方法对于油床的研究和表征是巨大的突破，其中定量地分析超声波图像的轮廓数据以在油井的规模上以高分辨率表征油储层的流动容量，特别是具有诸如塌陷、延伸的裂纹和大孔洞的地质构造的储层，因为普遍地认为油井存在这些结构代表循环压耗、井漏的显著风险并且可能甚至引起生产和注入测试的问题。

这些轮廓的定量使用还允许表征这些结构，以便将其并入地层测试平面图(formation test planning)和储层地质模型中。

Claims (6)

1.一种用于校正沿着岩石的剖面测得的超声图像轮廓的偏心的方法，包括：测量所发射的幅值(A_θ)的步骤和测量在一系列默认角度(θ)处所发射的超声波声波脉冲的传播时间值(t_θ)的步骤，所述方法的特征在于，在每一个角度处所测得的幅值(A_θ)通过由公式限定的、与传播时间(t_θ)有关的幅度衰减模型来确定，其中，

τ是衰减校正因子；和

I_θ是岩石壁的反射系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过优化过程计算所述衰减校正因子(τ)的步骤，其中使用与统计标准偏差、偏斜和峰度参数有关的目标函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标函数是多变量的目标函数。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，包括获得所校正的幅度(A_θc)的步骤，其中所测得的幅度(A_o)通过衰减方程的逆来放大，并且通过所应用的校正平均值来缩放至其平均值，

其中所述校正幅度(A_θc)由以下公式定义：

并且

其中所应用的校正平均值由以下公式定义：

$\stackrel{\‾}{c}=\frac{1}{N}{\Σ}_{\mathrm{\θ}=1}^N\left(\frac{1}{q}{\Σ}_{prof=1}^q{e}^{-t_{\mathrm{\θ}}\left(prof\right)/\mathrm{\τ}}\right).$

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被应用于一种通过发射和接收超声波的变换器来测量幅度和传播时间的工具。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法被应用于任何种类的裸露的储层的钻孔。