CN107037483A - 一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,涉及应用地球物理测井及勘探技术领域,该成像方法无需设立预定模型,且具有分辨率高、组合丰富等特点。一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,包括:对偶极阵列声波进行低通滤波;对偶极阵列声波进行组合,得到共发射器组合以及共接受器组合或共源距组合,使用频率波数域滤波方法形成上行反射横波、下行反射横波;利用波形相干叠加法或慢度时间相关法,得到慢度-时间近似度关系图;转换形成深度-到井轴距离近似度关系图;对相同深度的数据进行叠加,形成深度与到井轴距离上的二维矩阵。

Description

一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法
技术领域
本发明涉及应用地球物理测井及勘探技术领域,尤其涉及一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法。
背景技术
随着声波测井技术的发展,远探测声波测井技术诞生,其可以探测井周几十米范围内的信息,为井下开发工作提供帮助。然而发明人发现,现有井下或井间成像技术多采用传统的地震成像技术(例如:射线追踪方法或波动方程偏移成像方法等),其往往需要根据地下地质情况设定地质模型,或者根据速度谱建立一维速度模型来进行偏移成像,如果假定模型与实际地层差异较大,对处理结果会有较大影响,有时甚至无法得到准确的地层实际信息。因此,探索一种不需要预定模型的声波偏移成像技术就显得十分紧迫和必要。
发明内容
本发明提供了一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,该成像方法无需设立预定模型,且具有分辨率高、组合丰富等特点。
为解决上述技术问题,本发明的实施例采用如下技术方案:
一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,包括:
步骤(1):对偶极阵列声波进行低通滤波,所述低通滤波的截止频率为4.7kHz;
步骤(2):判断地层与井轴是否平行;
若地层与井轴平行,对偶极阵列声波进行组合,得到共发射器组合以及共接受器组合;
使用频率波数域滤波方法将共发射器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成下行反射横波;
使用频率波数域滤波方法将共接收器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成上行反射横波;
若地层与井轴不平行,则对偶极阵列声波进行组合,得到共源距组合;
使用频率波数域滤波方法将共源距组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为-2s~0的波场,形成上行反射横波;保留慢度范围为0~2s的波场,形成下行反射横波;
其中,s表示慢度,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,Z表示发射器与界面之间的距离;
步骤(3):利用波形相干叠加法或慢度时间相关法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,得到慢度-时间近似度关系图;
步骤(4):将慢度-时间近似度关系图转换为深度-到井轴距离近似度关系图;慢度、时间、深度、到井轴距离之间满足:式(1)以及式(2);
其中,s表示慢度,Z表示发射器与界面之间的距离,ν表示地层中传播的横波速度,T表示时间,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,α表示界面与井轴夹角;
步骤(5):对相同深度数据进行叠加,形成深度与到井轴距离上的二维矩阵。
较为优选的,利用波形相干叠加法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,所述近似度满足:
式(3);
其中:fk为上行反射横波以及下行反射横波的波形数据,IW为窗口长度,M为波形通道数。
较为优选的,利用慢度时间相关法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,所述近似度满足:
式(4);
其中:si(t)是第i个接收器的波形,i=1,...,m;m是接收器个数;δ是接收间距;TW是窗口长度。
本发明提供的一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,该成像方法首先利用共源距组合(或共发射器、共接收器组合)得到慢度-时间近似关系图,而后将慢度-时间近似关系图转换为可以用于表示地下反射体位置的深度-到井轴距离近似度关系图,最后综合反射体反射特点得到距离井周不同深度成像信息。
附图说明
图1为本发明基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法的流程图;
图2为进行低通滤波处理后形成的波形图;
图3为偶极反射横波发射仪器与界面的示意图(偶极反射横波发射仪器位于界面上方);
图4为偶极反射横波发射仪器与界面的示意图(偶极反射横波发射仪器位于界面下方);
图5为根据共发射器组合形成的下行反射横波的波形图;
图6为偶极反射横波接收仪器与界面的示意图(偶极反射横波接收仪器位于界面上方);
图7为根据共接收器组合形成的上行反射横波的波形图;
图8为偶极反射横波检测仪器与界面的示意图(偶极反射横波检测仪器按照共源距进行组合后,位于界面上方);
图9为慢度-时间近似度关系图;
图10为深度-到井轴距离近似度关系图;
图11为深度与到井轴距离上的二维矩阵。
具体实施方式
本发明提供了一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,该成像方法无需设立预定模型,且具有分辨率高、组合丰富等特点。
下面结合下述附图对本发明实施例做详细描述。
本发明提供一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,如图1所示,该成像方法包括:
步骤(1):对偶极阵列声波进行低通滤波,所述低通滤波的截止频率为4.7kHz;具体的,通过该低通滤波,消除噪声漏能p波影响;尤其对于软底层来说,绝大多说漏能p波可被消除。其中,图2为进行低通滤波处理后形成的波形图。
步骤(2):判断地层与井轴是否平行;
若地层与井轴平行,对偶极阵列声波进行组合,得到共发射器组合以及共接受器组合;
使用频率波数域滤波方法将共发射器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成下行反射横波;
使用频率波数域滤波方法将共接收器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成上行反射横波;
若地层与井轴不平行,则对偶极阵列声波进行组合,得到共源距组合;
使用频率波数域滤波方法将共源距组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为-2s~0的波场,形成上行反射横波;保留慢度范围为0~2s的波场,形成下行反射横波;
其中,s表示慢度,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,Z表示发射器与界面之间的距离;
具体的,以图3或图4为例,以地层与井轴平行的情况为例进行分析,首先对共发射器组合进行开窗滤波处理。假设偶极反射横波发射仪器位于界面的上方,将界面与井轴夹角定义为α,发射器与界面距离定义为Z,发射器与第一个接收器距离定义为z,地层速度定义为v,慢度定义为s。如图3所示,其中发射器以三角符号表示,接收器以圆形符号表示。
由基本的三角关系可以很容易得出反射波的传播距离为且两接收器接收的反射波传播路程小于接收器间距dz,即接收到波形的到达时间满足:其中v为在地层中传播的横波速度。
相邻两接收器接收到波形视横波速度为:
其中dz为接收器的间距,当dz→0时,上式(2)为精确视速度,表达式为:
即视横波慢度为:
而当偶极反射横波发射仪器移动至界面以下时,如图4所示,(2)式和(3)式中反射波由上行波变为下行波,公式相应变化如下:
其中dz为接收器的间距,当dz→0时,上式为精确视速度,表达式为:
视横波慢度为:
值得注意的是,其中,上述公式中α其取值范围为0≤α≤90°,也就是说满足:
对于而言,当α=0时,其取值最小,当α=90°时,其取得最大值。
因此,s01′或s02′满足:
另一方面,反射斯通利波-sst其慢度范围满足:-sst<-sf;而Sf为井孔流体声速,其满足:-sf<-s。因此通过公式(9)可以确定,通过开窗滤波手段,对一定慢度范围内的共发射器组合(具体的,即保留慢度为内的共发射器组合信息)进行滤波,可将反射斯通利波噪声消除,从而达到提取下行反射横波信息的目的。其中,形成的下行反射横波的波形图如图5所示。
同样道理,对共接收器组合进行开窗滤波处理,如图6所示,其中当偶极反射横波接收仪器在界面的上方时,将其视横波速度表示为s01″;当偶极反射横波接收仪器在界面的下方时,将其视横波速度表示为s02″。
与上述共发射器组合视横波慢度推导过程相类似,最终计算可得s01″或s02″满足:
同样的,由于斯通利波sst其慢度范围满足:sf<sst;Sf为井孔流体声速,其满足:s<sf。因此,通过开窗滤波手段,对一定慢度范围内的共接收器组合(具体的,即保留慢度为内的共接收器组合信息)进行滤波,可将斯通利波噪声消除,从而达到提取上行反射横波信息的目的。其中,形成的上行反射横波的波形图如图7所示。
至此,在地层与井轴平行的情况下,通过共发射器组合以及共接受器组合,通过开窗滤波处理,分别形成了下行反射横波以及上行反射横波,且消除了斯通利波噪声的影响。
而如图8所示,当地层与井轴不平行的情况下,将偶极反射横波检测仪器按照共源距进行组合,并将不同深度的相同源距波形组成道集。以共源距组合作为参考,在仪器位于界面上方时,偶极反射横波的视慢度为:
通过计算可以确定的是,在未知地层信息下,s03′满足:0≤s03′≤2s;此时直达波慢度均为0,上行反射斯通利波视慢度为sst′=2sst>2s。因此,通过开窗滤波手段,对一定慢度范围内的共源距组合(具体的,即保留慢度为0~2s内的共源距组合信息)进行滤波,可将斯通利波以及直达波等噪声消除,从而达到提取上行反射横波信息的目的。
与公式(11)相类似的是,当仪器位于界面下方时,偶极反射横波慢度满足公式:
通过计算可以确定的是,在未知地层信息下,s03″满足:-2s≤s03″≤0;此时直达波慢度均为0,下行反射斯通利波视慢度为sst″=-2sst<-2s。因此,通过开窗滤波手段,对一定慢度范围内的共源距组合(具体的,即保留慢度为-2s~0内的共源距组合信息)进行滤波,可将斯通利波以及直达波等噪声消除,从而达到提取下行反射横波信息的目的。
至此,在地层与井轴不平行的情况下,通过共源距组合,通过开窗滤波处理,分别形成了下行反射横波以及上行反射横波,且消除了斯通利波噪声的影响。
步骤(3):利用波形相干叠加法或慢度时间相关法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,得到慢度-时间近似度关系图;
如图9所示,在得到上行反射横波、下行反射横波后,利用波形相干叠加法或慢度时间相关法进行近似度分析。
其中,根据所使用的方法的不同,对应相似度满足的公式也不一样。具体的,波形相干叠加法是利用开窗信息对不同时间-慢度进行开窗得到相应波形的相似度。该相似度满足下述公式:式(3);其中:fk为阵列波形数据,IW为窗口长度,M为波形通道数。进一步计算可以发现,相似值的范围是从0(0表示完全的负相关)到1(1表示完全的正相关)。M道不相关的噪声数据间的相似值很容易证明是1/M。
而慢度时间相关法是Kimball等人提出一种基于非频散时域相似法提取阵列声波慢度的方法(简称为STC)。该方法通过对不同接收器的波形作近似相关,得到时间慢度近似图,再搜索近似系数极大值从而得到对应的模式波的慢度和到时。其中近似度满足如下公式:式(4);
其中:si(t)是第i个接收器的波形,i=1,...,m;m是接收器个数;δ是接收间距;TW是窗口长度;是得到的近似系数,介于0和1之间。
步骤(4):如图10所示,将慢度-时间近似度关系图转换为深度-到井轴距离近似度关系图;慢度、时间、深度、到井轴距离之间满足:式(1)以及式(2);
其中,s表示慢度,Z表示发射器与界面之间的距离,ν表示地层中传播的横波速度,T表示时间,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,α表示界面与井轴夹角;
步骤(5):对相同深度数据进行叠加,形成深度与到井轴距离上的二维矩阵。
具体的,如图11所示,建立深度、到井轴距离的空间标识矩阵,并将相同深度对应的数据进行叠加,每叠加一次标识对应加1;而投影时以深度、到井轴距离除以其相应叠加标示次数,最终形成深度与到井轴距离上的二维矩阵,如图11所示。值得注意的是,对相同深度数据对应的进行叠加,可以提高成像结果的信噪比,增加成像的准确率。
本发明提供的一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,该成像方法首先利用共源距组合(或共发射器、共接收器组合)得到慢度-时间近似关系图,而后将慢度-时间近似关系图转换为可以用于表示地下反射体位置的深度-到井轴距离近似度关系图,最后综合反射体反射特点得到距离井周不同深度成像信息。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,其特征在于,包括:
步骤(1):对偶极阵列声波进行低通滤波,所述低通滤波的截止频率为4.7kHz;
步骤(2):判断地层与井轴是否平行;
若地层与井轴平行,对偶极阵列声波进行组合,得到共发射器组合以及共接受器组合;
使用频率波数域滤波方法将共发射器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成下行反射横波;
使用频率波数域滤波方法将共接收器组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为的波场,形成上行反射横波;
若地层与井轴不平行,则对偶极阵列声波进行组合,得到共源距组合;
使用频率波数域滤波方法将共源距组合中不同慢度波场进行开窗滤波,保留慢度范围为-2s~0的波场,形成上行反射横波;保留慢度范围为0~2s的波场,形成下行反射横波;
其中,s表示慢度,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,Z表示发射器与界面之间的距离;
步骤(3):利用波形相干叠加法或慢度时间相关法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,得到慢度-时间近似度关系图;
步骤(4):将慢度-时间近似度关系图转换为深度-到井轴距离近似度关系图;慢度、时 间、深度、到井轴距离之间满足:式(1)以及式(2);
其中,s表示慢度,Z表示发射器与界面之间的距离,ν表示地层中传播的横波速度,T表示时间,z表示发射器与第一个接收器之间的距离,α表示界面与井轴夹角;
步骤(5):对相同深度的数据进行叠加,形成深度与到井轴距离上的二维矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,其特征在于,利用波形相干叠加法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,所述近似度满足:
式(3);
其中:fk为上行反射横波以及下行反射横波的波形数据,IW为窗口长度,M为波形通道数。
3.根据权利要求1所述的一种基于时间慢度域的偶极反射横波三维成像方法,其特征在于,利用慢度时间相关法对上行反射横波以及下行反射横波进行近似度分析,所述近似度满足:
式(4); 1
其中:si(t)是第i个接收器的波形,i=1,...,m;m是接收器个数;δ是接收间距;TW是窗口长度。
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