CN108732625B - 一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统 - Google Patents

一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统 Download PDF

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CN108732625B CN201810488255.5A CN201810488255A CN108732625B CN 108732625 B CN108732625 B CN 108732625B CN 201810488255 A CN201810488255 A CN 201810488255A CN 108732625 B CN108732625 B CN 108732625B
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Abstract

本发明提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统，所述方法通过在深度区间内进行陈列声波测井，获取深度区间内正交偶极四分量陈列波形数据，运用声波信号的散射衰减品质因子识别岩石均匀各向异性，岩石非均匀各向异性的结果可用于指导油气开发，为油气的勘探、开采和生产提供重要的信息。

Description

一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统
技术领域
本发明涉及油气和矿产资源勘探技术领域，特别涉及一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统。
背景技术
地下岩石普遍存在非均匀性。由于岩石圈中岩石的成分、密度、相态和缝洞中流体的组成、温度和压力等不均匀性，实际地层介质弹性参数，如弹性模量、速度和泊松比等，在空间分布上往往是非均匀的。岩石非均匀的各向异性识别对于油气和矿产资源的精细勘探至关重要。
测井尺度的岩石非均匀各向异性可以通过不同方位的时差差异、层析成像等方法进行识别，这些方法利用的主要是声波测井数据中的直达波信息，只能评价井壁附近的岩石非均匀各向异性。目前对于远离井壁的岩石非均匀各向异性的识别方法研究较少。事实上，当远离井壁的岩石存在非均匀各向异性时，不同方位会产生不同强度的散射波，可以利用不同方向声波测井数据中散射波的强弱识别岩石非均匀各向异性。而在声波测井常规数据处理中，散射波和尾波往往被视为噪声而加以压制。现代声波测井仪器已广泛应用于油气勘探，采集了大量正交偶极的阵列声波测井数据。如果能从声波测井数据正确分析和提取岩石的非均匀各向异性信息，将会提供很有价值的地层信息，并为声波测井的处理和解释开辟新的应用前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统，计算不同方位偶极声波散射衰减品质因子识别岩石非均匀各向异性，为计算声波测井频率下井周岩石非均匀各向异性识别提供一种实用可行的方法和技术。
为实现上述目的，本发明提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，所述方法包括以下步骤：
S1、在深度区间内进行阵列声波测井，获取深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
S2、根据步骤S1获取深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据，并记录每一个深度位置处的仪器方位；
S3、将步骤S2中获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
S4、将方位为
Figure GDA0002300818490000021
的偶极声波测井数据
Figure GDA0002300818490000022
进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据v(t)；
S5、利用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络A(t)；
S6、创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t，QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
S7、根据步骤S6求解目标函数，得到方位为
Figure GDA0002300818490000038
的全局极小值
Figure GDA0002300818490000031
和
Figure GDA0002300818490000032
进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合
Figure GDA0002300818490000033
根据集合
Figure GDA0002300818490000034
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
S8、重复步骤S3～步骤S7，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
在上述技术方案中，步骤S2中仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
在上述技术方案中，步骤S4中所述方位
Figure GDA0002300818490000035
取值区间为0 度～360度。
在上述技术方案中，步骤S6中所述理论的能量包络 AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
Figure GDA0002300818490000036
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure GDA0002300818490000037
在上述技术方案中，步骤S7所述集合中元素的差异判断分为以下步骤：
S71、若集合中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
S72、若集合
Figure GDA0002300818490000043
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性；
本发明还提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，所述系统包括采集模块、记录模块、转换模块、滤波模块、计算模块、创建模块、判断模块和循环模块；
采集模块，用于在深度区间内进行阵列声波测井，采集深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
记录模块，用于在深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的获取点，记录深度位置处的仪器方位；
转换模块，用于将获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
滤波模块，用于将方位为
Figure GDA0002300818490000044
的偶极声波测井数据
Figure GDA0002300818490000045
进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据v(t)；
计算模块，用于运用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络A(t)；
创建模块，创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t,QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
判断模块，用于求解目标函数，得到方位为
Figure GDA0002300818490000058
的全局极小值
Figure GDA0002300818490000051
和进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合根据集合
Figure GDA0002300818490000054
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
循环模块，用于循环重复转换模块～判断模块，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
在上述技术方案中，记录模块中仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
在上述技术方案中，滤波模块中所述方位
Figure GDA0002300818490000059
取值区间为 0度～360度。
在上述技术方案中，创建模块中所述理论的能量包络 AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
Figure GDA0002300818490000055
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure GDA0002300818490000056
在上述技术方案中，判断模块中所述集合
Figure GDA0002300818490000057
中元素的差异判断分为以下模块：
相同模块，若集合
Figure GDA0002300818490000061
中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
相异模块，若集合
Figure GDA0002300818490000062
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性。
本发明一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法及系统，具有以下有益效果：本发明采用不同方位散射衰减品质因子的差异来识别岩石非均匀各向异性，与现有技术方案只能判断井壁附近岩石非均匀各向异性相比，本发明可判断远离井壁岩石的非均匀各向异性。岩石非均匀各向异性的结果可用于指导油气开发如井位优化、酸化压裂等，为油气的勘探、开采和生产提供重要的信息。
附图说明
图1为本发明一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法流程图；
图2为本发明实施例计算得到的某一深度位置不同方位散射衰减品质因子示意图；
图3为本发明一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统模块图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本发明提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，所述方法包括以下步骤，如图1所示：
S1、在深度区间内进行阵列声波测井，获取深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
所述正交偶极四分量阵列声波测井数据是用多极子测井仪器的偶极模式采集的数据，正交偶极是相互垂直的两组换能器X和Y，与X1和Y1发射对应的接收X2和Y2，采集的数据为四组数据分别为：X1发X2收、X1发Y2收、 Y1发X2收、Y1发Y2收。
S2、根据步骤S1获取深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据，并记录每一个深度位置处的仪器方位；
其中，仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
S3、将步骤S2中获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
其中，通过四组数据组合计算得到不同方位的偶极声波测井数据即为横波数据。
S4、将方位为
Figure GDA0002300818490000071
的偶极声波测井数据
Figure GDA0002300818490000072
进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据 v(t)；
其中，所述方位
Figure GDA0002300818490000081
取值区间为0度～360度，
Figure GDA0002300818490000082
为方位的横波数据
S5、利用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络A(t)；
S6、创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t,QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
其中，声波信号的散射衰减品质因子是描述岩石非均匀性的重要参数，不同方位声波测井信号的散射衰减品质因子的差异预示着岩石的非均匀各向异性。
具体的，所述理论的能量包络AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
Figure GDA0002300818490000084
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure GDA0002300818490000085
S7、根据步骤S6求解目标函数，得到方位为
Figure GDA0002300818490000086
的全局极小值和
Figure GDA0002300818490000088
进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合
Figure GDA0002300818490000089
根据集合
Figure GDA00023008184900000810
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
具体的，所述集合
Figure GDA00023008184900000811
中元素的差异判断分为以下步骤：
S71、若集合
Figure GDA00023008184900000812
中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
S72、若集合
Figure GDA0002300818490000091
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性；
S8、重复步骤S3～步骤S7，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；
如图2所示利用本发明的处理步骤计算得到的某一深度位置不同方位(0度～360度)的散射衰减品质因子，从图中可看出在45度方位的散射衰减品质因子最大(约为435)，150度方位对应的散射衰减品质因子最小(约为145)，利用步骤S7的判断条件，该深度点岩石具有非均匀各向异性。
如图3所示本发明还提供一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，所述系统包括采集模块、记录模块、转换模块、滤波模块、计算模块、创建模块、判断模块和循环模块；
采集模块，用于在深度区间内进行阵列声波测井，采集深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
记录模块，用于在深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的获取点，记录深度位置处的仪器方位；
其中，记录模块中仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
转换模块，用于将获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
滤波模块，用于将方位为
Figure GDA0002300818490000101
的偶极声波测井数据进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据v(t)；
其中，所述方位取值区间为0度～360度。
计算模块，用于运用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络 A(t)；
创建模块，创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t,QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
具体的，所述理论的能量包络AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure GDA0002300818490000105
判断模块，用于求解目标函数，得到方位为
Figure GDA0002300818490000106
的全局极小值
Figure GDA0002300818490000107
和
Figure GDA0002300818490000108
进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合
Figure GDA0002300818490000109
根据集合
Figure GDA00023008184900001010
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
具体的，所述集合
Figure GDA0002300818490000111
中元素的差异判断分为以下模块：
相同模块，若集合
Figure GDA0002300818490000112
中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
相异模块，若集合
Figure GDA0002300818490000113
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性。
循环模块，用于循环重复转换模块～判断模块，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施方式仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (10)

1.一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
S1、在深度区间内进行阵列声波测井，获取深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
S2、根据步骤S1获取深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据，并记录每一个深度位置处的仪器方位；
S3、将步骤S2中获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
S4、将方位为
Figure FDA0002300818480000011
的偶极声波测井数据进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据v(t)；
S5、利用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络A(t)；
S6、创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t,QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
S7、根据步骤S6求解目标函数，得到方位为
Figure FDA0002300818480000013
的全局极小值
Figure FDA0002300818480000014
和
Figure FDA0002300818480000015
进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合
Figure FDA0002300818480000016
根据集合
Figure FDA0002300818480000017
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
S8、重复步骤S3～步骤S7，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
2.根据权利要求1所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，其特征在于，步骤S2中仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
3.根据权利要求1所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，其特征在于，步骤S4中所述方位
Figure FDA0002300818480000026
取值区间为0度～360度。
4.根据权利要求1所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，其特征在于，步骤S6中所述理论的能量包络AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
Figure FDA0002300818480000021
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure FDA0002300818480000022
5.根据权利要求1所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别方法，其特征在于，步骤S7所述集合
Figure FDA0002300818480000023
中元素的差异判断分为以下步骤：
S71、若集合
Figure FDA0002300818480000024
中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
S72、若集合
Figure FDA0002300818480000025
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性。
6.一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，所述系统包括采集模块、记录模块、转换模块、滤波模块、计算模块、创建模块、判断模块和循环模块；
采集模块，用于在深度区间内进行阵列声波测井，采集深度区间内正交偶极四分量阵列声波测井波形数据；
记录模块，用于在深度区间多个深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的获取点，记录深度位置处的仪器方位；
转换模块，用于将获取的任一深度位置正交偶极四分量阵列声波测井数据由仪器坐标转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
滤波模块，用于将方位为
Figure FDA0002300818480000031
的偶极声波测井数据进行带通滤波，消除测井随机噪声，得到滤波后的偶极声波测井数据v(t)；
计算模块，用于运用希尔伯特变换计算v(t)的能量包络A(t)；
创建模块，创建目标函数ΔE，所述目标函数ΔE定义为理论的能量包络AC(t)和实测的能量包络A(t)的函数：
ΔE(t,QI,QS)＝|AC(t)-A(t)|2
其中QS为散射衰减品质因子，QI为固有衰减品质因子；
判断模块，用于求解目标函数，得到方位为的全局极小值
Figure FDA0002300818480000034
和
Figure FDA0002300818480000035
进而得到不同方位散射衰减品质因子的集合
Figure FDA0002300818480000041
根据集合
Figure FDA0002300818480000042
中元素的差异判断岩石是否具有非均匀各向异性；
循环模块，用于循环重复转换模块～判断模块，获得深度区间内岩石非均匀各向异性结果。
7.根据权利要求6所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，记录模块中仪器方位为所述任一深度位置的正交偶极四分量阵列声波测井数据的任一个偶极相对于地球北极的方位。
8.根据权利要求6所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，滤波模块中所述方位
Figure FDA0002300818480000047
取值区间为0度～360度。
9.根据权利要求6所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，创建模块中所述理论的能量包络AC(t)可由三维非均匀模型的能量包络表达式如下计算得到：
Figure FDA0002300818480000043
其中，f为频率，td为直达波走时，ID是直达波振幅AD在时间窗(t1,t2)的积分，表示为
Figure FDA0002300818480000044
10.根据权利要求6所述一种井周岩石非均匀各向异性的识别系统，其特征在于，判断模块中所述集合中元素的差异判断分为以下模块：
相同模块，若集合
Figure FDA0002300818480000046
中任意两个元素数值相等，则岩石为非均匀各向同性；
相异模块，若集合
Figure FDA0002300818480000051
中存在两个数值不相等的元素，则岩石为非均匀各向异性。
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