CN107605470B

CN107605470B - 一种纵横波径向速度变化成像方法

Info

Publication number: CN107605470B
Application number: CN201710582422.8A
Authority: CN
Inventors: 马修刚; 王灿云; 周军; 韩炜
Original assignee: China National Petroleum Corp; China Petroleum Logging Co Ltd
Current assignee: China National Petroleum Corp; China Petroleum Logging Co Ltd
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2037-07-17
Also published as: CN107605470A

Abstract

本发明公开了一种纵横波径向速度变化成像方法,该发明属于地球物理测井领域。该方法利用单极发射，多个接收的声波测井仪器多个接收站采集，在慢度时间相关STC方法基础上，随着接收站的位置变化，接收到的波列对应的地层速度是变化的。使用变STC方法反演地层慢度，可得径向变化的速度剖面。该方法可针对全波中不同的模式波进行处理分析，能同时适用于纵波和横波，得到纵、横波径向速度剖面，根据纵、横波径向速度变化，指示地层渗透性、蚀变和各向异性等。

Description

一种纵横波径向速度变化成像方法

技术领域

本发明属于地球物理测井领域，具体涉及一种可分别处理纵波、横波，获取径向不同深度上的纵波、横波速度剖面的方法。

背景技术

阵列接收式声波类仪器一直以来针对的一个基本应用是提取深度域上的慢度，该慢度主要反映纵向深度方向上地层连续的速度(慢度的倒数)变化。伴随阵列声波测井仪器油田应用需求的提升，地球物理学家以及地质理学家等需要了解井筒附近径向上(垂直于井轴方向)地层变化，优化完井方案及井眼稳定性。1984年，Christopher V.Kimball*和Thomas L.Marzetta在文章中提出了一种处理阵列声波测井数据的方法，该方法认为各个接收阵列对应的波列速度是不变的，不同接收阵列中固定时窗内的波列具有相似性，通过移动各个接收站时窗，计算窗内波列相似系数，系数最高的地方，认为是相同的成分，进而得到地层的慢度。该方法首先认为各个接收站接收到的波列速度是一致的，但是，实际地层经过钻井破坏，或地层各向异性时，不同接收阵列接收到的波列对应的地层速度通常存在差异。2006年，Smaine Zeroug、Henri-Pierre Valero和 Sandip Bose等提出基于射线原理的纵波速度剖面计算方法专利，该专利基于射线反射原理，要接收到反射回来的波列，认为随着源距的增加，接收到的波列对应的速度一定是单调递增的，通过径向地层射线反射建模，同时反演出不同接收站所接收到的波列首播径向探测深度。该方法对首播到时检测方法依赖性很大，实际测井数据中可能存在各种不可预知的噪声，目前提出的首播到时检测方法在实际测井数据的普适性不强。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种纵横波径向速度变化成像方法，该方法利用阵列声波多个接收站特点，认为随着接收器源距的增大，接收到的波列反映的速度是递增的，反映更深地层的速度，通过 STC变慢度的方法计算得到径向速度变化。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种支持纵横波径向速度成像的方法，包括如下步骤：

步骤一,将现场测井数据进行数据处理后，通过近单极发射源和远单极发射源发射，接收站接收获取包含纵波、横波和斯通利波波成分的波列数据；

步骤二，分别对近单极和远单极接收波形进行数据预处理；

步骤三，在全波列上选择纵波模式；

步骤四，利用近单极发射接收到的4组波列，进行STC慢度时间相干性方法处理，得到对应的4个慢度；

步骤五，利用远单极发射接收到的8组波列，进行STC慢度时间相干性方法处理，得到对应的8个慢度；

步骤六，将近单极发射处理得到的4个慢度与远单极发射得到的8个慢度进行组合，得到一组与接收站对应的慢度序列；

步骤七，根据处理得到的接收站源距和对应的慢度，使用样条插值，得到不同源距上连续的慢度序列；

步骤八，对每个深度的数据使用步骤二到步骤七进行处理，便可得到连续深度上的径向慢度剖面；

步骤九，将径向慢度剖面归一化后与对应的颜色色标进行刻度，即得到连续深度域上的径向慢度变化成像。

本发明通过阵列声波测井仪器采用多接收阵列，可组合成多组不同发射接收距离的发射接收对。相同条件下，仪器不同发射接收距离在径向上探测深度不同，由此可求出不同发射接收对对应的速度，便可得到当前深度位置径向上速度的变化。基于该原理，对连续深度域的数据进行处理，就可求取连续深度域上径向速度剖面。

应用本发明，能同时计算地层速度径向纵横波速度剖面，识别地层损坏以及地层蚀变等，为分析井眼稳定性及优化完井方案提供帮助。

应用本发明对实测数据进行处理，分别得到纵波和横波径向速度变化成像，径向速度变化成像显示有速度变化的层位与利用STC直接计算的近单极和远单极时差差异明显的特征对应性较好，较好的指示了地层径向慢度变化，该变化可能有地层的渗透性较好，或被钻井破坏有关。

附图说明

图1为流程图；

图2为四个发射，八个接收仪器结构示意图；

图3为STC变慢度技术实现流程图；

图4为单深度实测数据提取径向慢度分布；

图5为径向慢度样条插值；

图6为发明方法处理实测数据效果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

如图1所示，本发明纵横波径向速度变化成像方法，包括如下步骤：

步骤一,进行阵列声波测井，本发明中提及的用于处理分析的现场测井数据来自于一种四个发射源，8个等源距接收站的阵列声波测井仪器(见图2)，发明中用于处理的数据由一个最小源距为8ft的近单极发射源发射，R1到R4四个接收站接收，最小源距为12ft的远单极发射，R1到R8八个接收站接收获取的12 组包含纵波、横波和斯通利波波成分的波列数据；

步骤二，分别对近单极和远单极接收波形进行数据预处理；

对近单极和远单极接收波形进行波形预处理包括两部分：

(1)根据采集的接收波形增益和延迟信息，消除记录波形中的增益和延迟，得到原始波形；

(2)将各接收站数据归一化。

步骤三，选择纵波模式，具体如下：

在全波列上选择纵波模式，通常包含两步：

在全波列中，对纵波进行数据处理时，根据纵波、横波和斯通利波的频率分布范围差异，使用带通滤波，保留与纵波频率范围为主的信号成分，通常选择 6kHz-20kHz；

在全波列中，通常纵波醉最先达到，在时间域上从纵波首波达到时间开始，选择2-3个波列周期作为数据处理的时窗长度；

步骤四，利用近单极发射接收到的4组波列，进行STC(Slowness Time Coherence)变慢度方法处理，得到对应的4个慢度；

步骤四具体如下：

其中，STC变慢度方法在STC方法基础上，在迭代过程中，随着接收站距离发射源距离的增加，用于计算波形旅行时间的慢度使用一个动态范围进行循环迭代，并比较每一次迭代之后计算得到的相关系数大小，取相关系数最大的一组慢度作为当前测量数据对应的慢度序列，流程图见图3，得到近单极发射对应的慢度序列Sn_i，i＝1,2,3,4。

其中，基于阵列接收波列利用STC求取慢度的方法中，计算慢度时间相似系数的方法有慢度时间相关法^[1]，N次根堆栈法^[2]。

慢度时间相关法是一种计算多道信号之间相似性的方法，多道信号以同相轴方式排列时，通过对多道信号相似系数的计算，相似系数最高的位置连线形成的直线斜率表示模式波慢度的大小，相关系数计算公式为：

其中M为接收站个数，T_w为窗长，r_m为接收波列信号，τ为时窗起始位置。

N次根堆栈法是一种适用于多通道信号的非线性滤波方法，最早应用于地震信号的处理，多多通道信号经过N次根滤波后能输出多通道信号中的相似部分。对于多接收阵列声波测井数据处理，对应堆栈方程为：

Y_i＝R_i|R_i|^N-1 (2)

其中，x_i,j为第j通道的第i个采样点数据，1≤i≤IW，1≤j≤IW,IW为各通道信号的长度(窗长)，K为总通道数，N为任一正整数(一般取N≥4),Y_i为一维滤波输出数组。类似于慢度时间相关法，可以定义相似度为

式中，

步骤五，利用远单极发射接收到的8组波列，进行STC(Slowness Time Coherence)变慢度方法处理，得到对应的8个慢度；具体如下：

处理方法类似步骤四，此时接收站的个数为8，得到远单极发射对应的慢度序列Sf_i，i＝1,2,3,4,5,6,7,8，见图4。

步骤六，将近单极发射处理得到的4个慢度与远单极反射得到的8个慢度进行组合，得到一组与接收站对应的慢度序列；

步骤七，根据处理得到的接收站源距和对应的慢度，使用样条差值，得到不同源距上连续的慢度序列；具体如下：

根据步骤四和步骤五中计算得到的慢度序列与接收站源距的对应关系，进行样条插值，得到随接收站源距连续变化的慢度，见图5。

进一步，步骤七中在样条插值之前，需要对数据进行筛选，利用随接收站源距增大，慢度逐渐减小，变化率减小进行约束，剔除异常点的慢度值，再进行插值。

根据连续变化的慢度，利用速度与慢度的倒数关系，通过公式(5)求得径向深度上连续的速度序列：

V_i＝1/S_i(S_i>0) (5)

S_i为第i个接收器对应的慢度，V_i为第i个接收器对应的速度。

在连续深度上从步骤二到步骤七循环执行，即可得到连续深度上的径向速度剖面。

将得到的连续深度径向速度剖面数据以渐变色棒进行显示，即得到连续深度上径向深度速度成像。

步骤九，将径向慢度剖面归一化后与对应的颜色色标进行刻度，即得到连续深度域上的径向慢度变化成像，见图6。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二，分别对近单极和远单极接收波形进行数据预处理；

步骤三，在全波列上选择纵波模式；

步骤九，将径向慢度剖面归一化后与对应的颜色色标进行刻度，即得到连续深度域上的径向慢度变化成像；

显示有速度变化的层位与利用STC直接计算的近单极和远单极时差差异明显的特征对应性较好，指示了地层径向慢度变化，该有变化的地层渗透性较好，或被钻井破坏；

步骤四、五中，进行STC慢度时间相干性方法处理，具体如下：

STC慢度时间相干性方法在STC方法基础上，在迭代过程中，随着接收站距离发射源距离的增加，用于计算波形旅行时间的慢度使用一个动态范围进行循环迭代，并比较每一次迭代之后计算得到的相关系数大小，取相关系数最大的一组慢度作为当前测量数据对应的慢度序列，得到近单极和远单极发射对应的慢度序列Sn_i。

2.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，步骤一中，进行阵列声波测井，用于处理分析的现场测井数据来自于一种四个发射源，8个等源距接收站的阵列声波测井仪器，用于处理的数据由一个最小源距为8ft的近单极发射源发射，R1到R4四个接收站接收，最小源距为12ft的远单极发射，R1到R8八个接收站接收获取的12组包含纵波、横波和斯通利波波成分的波列数据。

3.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，步骤二中，对近单极和远单极接收波形进行波形预处理包括：

(2)将各接收站数据归一化。

4.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，步骤三中，在全波列上选择纵波模式，通常包含两步：

在全波列中，对纵波进行数据处理时，根据纵波、横波和斯通利波的频率分布范围差异，使用带通滤波，保留与纵波频率范围为主的信号成分，频率范围为6kHz-20kHz；

在全波列中，通常纵波最先达到，在时间域上从纵波首波达到时间开始，选择2-3个波列周期作为数据处理的时窗长度。

5.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，阵列接收波列利用STC求取慢度时间相干性的方法中，计算慢度时间相似系数的方法包括慢度时间相关法，所述慢度时间相关法是一种计算多道信号之间相似性的方法，多道信号以同相轴方式排列时，通过对多道信号相似系数的计算，相似系数最高的位置连线形成的直线斜率表示模式波慢度的大小，相关系数计算公式为：

其中M为接收站个数，T_w为窗长，r_m为接收波列信号，s为慢度，T_w为信号长度，Z_m为第m个接收的源距，Z₁为第1个接收的源距，τ为时窗起始位置。

6.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，阵列接收波列利用STC求取慢度时间相干性的方法中，计算慢度时间相似系数的方法包括N次根堆栈法，所述N次根堆栈法是一种适用于多通道信号的非线性滤波方法，多通道信号经过N次根滤波后能输出多通道信号中的相似部分；对于多接收阵列声波测井数据处理，对应堆栈方程为：

Y_i＝R_i|R_i|^N-1 (2)

其中，R_i为中间变量，x_i,j为第j通道的第i个采样点数据，1≤i≤IW，1≤j≤IW,IW为各通道信号的长度，K为总通道数，N为任一正整数，N≥4,Y_i为一维滤波输出数组；

类似于慢度时间相关法，定义相似度为

7.根据权利要求1所述的一种纵横波径向速度变化成像方法，其特征在于，步骤七具体如下：

7a)根据计算得到的慢度序列与接收站源距的对应关系，进行样条插值，得到随接收站源距连续变化的慢度；

7b)在样条插值之前，需要对数据进行筛选，利用随接收站源距增大，慢度逐渐减小，变化率减小进行约束，剔除异常点的慢度值，再进行插值；

7c)根据连续变化的慢度，利用速度与慢度的倒数关系，通过下式求得径向深度上连续的速度序列：

V_i＝1/S_i(S_i>0) (5)

S_i为第i个接收器对应的慢度，V_i为第i个接收器对应的速度；

7d)在连续深度上从步骤二到步骤七循环执行，即可得到连续深度上的径向速度剖面；

7e)将得到的连续深度径向速度剖面数据以渐变色棒进行显示，即得到连续深度上径向深度速度成像。