CN110219642A - 基于声波传播路径的声波时差校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于声波传播路径的声波时差校正方法，该基于声波传播路径的声波时差校正方法包括：步骤1，输入泥岩段地层速度，泥浆滤液速度、补偿声波仪器参数；步骤2，计算井径坍塌校正门限；步骤3，通过判断井径坍塌程度和坍塌位置，形成校正方法；步骤4，根据步骤3中的方法，输出校正后的声波时差的计算结果。该基于声波传播路径的声波时差校正方法从理论上首次推导了双发双收补偿声波测井仪器基于井径变化的声波时差校正公式，其预测精度高、应用面广、操作简单，运算速度快。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探岩石物理分析领域，特别是涉及到一种基于声波传播路径的声波时差校正方法。
背景技术
国内外学者一直聚焦补偿声波时差测井的校正方法研究，陈刚花等通过faust公式，使用电阻率曲线重构声波曲线，提高了声波曲线的精度，刘浩杰等分析了声波时差的传播路径，并得出了井径坍塌时声波时差校正经验公式，李洪奇等利用地震数值模拟法研究了扩径不同深度和厚度时的声波时差变化情况，隋志强推导了岩性突变时声波时差校正公式，并首次提出了井径坍塌校正门限的方法。以上方法具有各自的优劣，但是都是以经验关系来预测或者校正声波时差为主。
声波测井数据在油气勘探中作用不可替代，准确的声波测井数据，在时深转换、合成记录制作、地震资料反演、油藏建模等诸多方面有相当重要的作用。目前，声波时差资料主流的测井仪器是双发双收补偿声波测井仪器，因此，开展双发双收补偿声波时差校正方法研究，提高声波时差测井资料的精度，意义重大。为此我们发明了一种新的基于声波传播路径的声波时差校正方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种从理论上首次推导了双发双收补偿声波测井仪器基于井径变化的声波时差校正公式的基于声波传播路径的声波时差校正方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于声波传播路径的声波时差校正方法，该基于声波传播路径的声波时差校正方法包括：步骤1，输入泥岩段地层速度，泥浆滤液速度、补偿声波仪器参数；步骤2，计算井径坍塌校正门限；步骤3，通过判断井径坍塌程度和坍塌位置，形成校正方法；步骤4，根据步骤3中的方法，输出校正后的声波时差的计算结果。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，根据自然电位曲线或者自然伽马曲线计算泥质含量：
或者
式中：Vsh为泥质含量，SP，GR分别为自然电位和自然伽马，SPmax代表最大自然电位，SPmin代表最小自然电位，GRmax代表最大自然伽马，GRmin代表最小自然伽马。
在步骤1中，当泥质含量大于85％时，认为该地层为泥岩地层，选取其中的大段泥岩层作为输入的泥岩段地层速度；泥浆滤液速度通常为1600m/s，补偿声波仪器参数需要根据仪器的型号来输入具体的参数。
在步骤2中，当上部发射探头和距其较近的接收探头之间井径坍塌到某一数值时，上部发射探头发射信号，近源距接收探头接收到的滑行波与直达波同时到达，这时井径被称作井径坍塌校正门限，输入声波测井仪器参数，对于给定介质的声波速度，计算出井径坍塌校正门限，计算公式为
式中：l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；vm为泥浆声波速度，m/s；v为地层声波速度，m/s；D0为声波探头直径，为仪器常数，m；CAL1为声波时差井径坍塌校正门限，m。
在步骤3中，对于井径坍塌都小于井径坍塌校正门限的情况，当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径均小于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为：
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l0为两个接收探头间的距离；vm为泥浆滤液速度；v为真实地层速度；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；
根据补偿声波仪器测量原理可知，仪器实际测量输出值为
式中：Δt为测井仪器实测声波时差值；
将式(2)式(3)代入式(4)中，并整理成一元二次方程，得
a*v2-bv+c＝0 (5)
其中
通过求解方程(5)，即可求得地层真实速度v。
在步骤3中，对于井径坍塌部分大于井径坍塌校正门限的情况，当下部发射探头和距其较近的接收探头的井径坍塌大于井径坍塌校正门限，且上部发射探头和距其较近的接收探头井径扩径不超过井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l2为下部发射探头到远源距接收探头的长度；l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；d5为下部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；l0为两个接收探头间的距离；vm为泥浆滤液速度；v为真实地层速度；
此时，仪器实际测量输出值经整理变换，得
a*v2-bv+c＝0 (11)
其中
b＝2(l0+l2)(2l0Δt+l1/vm) (13)
c＝(l0+l2)2+(d3+d5+d2-d1)2 (14)
当上部发射探头和距其较近的接收探头间存在井径大于井径坍塌校正门限，下部发射探头和距其较近的接收探头井径都小于井径坍塌校正门限时,由于仪器的对称性，与式(11)相似。
在步骤3中，对于井径坍塌同时大于井径坍塌校正门限的情况，当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径同时大于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
代入式(4)，经变换整理，得
a*v2-bv+c＝0 (17)
其中
b＝2l2(2l0Δt+2l1/vm) (19)
c＝4l2 2+(d3+d5+d2+d6)2 (20)。
式中：l2为下部发射探头到远源距接收探头的长度；l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；d6为上部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d5为下部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；l0为两个接收探头间的距离；vm为泥浆滤液速度；v为真实地层速度。
在步骤4中，根据步骤3，通过判断整口井的井径坍塌程度以及对坍塌位置，对整口井声波曲线实现点对点的校正，对真实的地层速度v求倒数即可求得校正后的声波时差。
本发明中的基于声波传播路径的声波时差校正方法，从补偿声波时差仪器的参数入手，基于费马尔时间最小原理，考虑了不同扩径程度时各个接收器接收声波首波的传播路径，从理论上首次推导了双发双收补偿声波测井仪器基于井径变化的声波时差校正公式。该基于声波传播路径的声波时差校正方法有着其它技术不具备的优势，其具体优势和特点表现在以下几个方面：
第一、预测精度高。该方法从声波测井仪器的设计原理入手，充分考虑井径坍塌位置以及程度的不同，基于声波传播路径，推导了校正公式，因此校正依据更充分，校正结果更可靠。
第二、应用面广。该方法和哪种类型的地层无关，只和仪器本身的参数以及泥浆滤液参数有关，因此应用面更广。
第三、操作简单，运算速度快。基于该方法，设计了声波时差校正软件，输入参数较少，运算速度更快。
附图说明
图1为本发明的一具体实施例中双发双收补偿声波测井仪器示意图；
图2为本发明的一具体实施例中EF段坍塌超过井径坍塌校正门限传播路径示意图图；
图3为本发明的一具体实施例中AB，EF段坍塌超过井径坍塌校正门限传播路径的示意图；
图4为本发明的基于声波传播路径的声波时差校正方法的一具体实施例的流程图；
图5为本发明的一具体实施例中处理实际井数据的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的基于声波传播路径的声波时差校正方法的流程图。
步骤101，输入泥岩段地层速度，泥浆滤液速度、补偿声波仪器参数。首先根据自然电位曲线或者自然伽马曲线计算泥质含量。
或者式中：Vsh为泥质含量，SP，GR分别为自然电位和自然伽马。
当泥质含量大于85％时，通常认为该地层为泥岩地层，选取其中的大段泥岩层作为输入的泥岩段地层速度；泥浆滤液速度通常为1600m/s，补偿声波仪器参数需要根据仪器的型号来输入具体的参数。
步骤102，计算井径坍塌校正门限。
图1为典型的双发双收补偿声波测井仪器，其中，T，T'分别为上、下发射探头；R1、R2为接收探头。当上部发射探头和距其较近的接收探头之间井径坍塌到某一数值时，即当EF段井径坍塌到某一数值时，上部发射探头发射信号，近源距接收探头接收到的滑行波与直达波同时到达，这时井径被称作井径坍塌校正门限，输入声波测井仪器参数，对于给定介质的声波速度，可以计算出井径坍塌校正门限，计算公式为
式中：l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；vm为泥浆声波速度，m/s；v为地层声波速度，m/s；D0为声波探头直径，为仪器常数，m；CAL1为声波时差井径坍塌校正门限，m。
步骤103，通过判断井径坍塌程度和坍塌位置，形成校正方法。
双发双收补偿声波测井仪器能够较好地补偿井径及泥浆滤液的影响，消除记录点与测量点的深度误差。但在井径扩大界面附近以及井径大于井径坍塌校正门限时，产生的异常无法消除。因此，应根据井径坍塌位置和程度不同等情况而采用有针对性的校正方法。
3.1井径坍塌都小于井径坍塌校正门限
当AB、EF段的井径均小于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，R1接收到的声波传播路径为TABR1，R2接收到的声波传播路径为TADR2，
当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径均小于井径坍塌校正门限时，即当AB、EF段的井径均小于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为：
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l0为两个接收探头间的距离；vm为泥浆滤液速度；v为真实地层速度。
根据补偿声波仪器测量原理可知，仪器实际测量输出值为
式中：Δt为测井仪器实测声波时差值。
将式(2)式(3)代入式(4)中，并整理成一元二次方程，得
a*v2-bv+c＝0 (5)
其中
通过求解方程(5)，即可求得地层真实速度v。
3.2井径坍塌部分大于井径坍塌校正门限
当下部发射探头和距其较近的接收探头的井径坍塌大于井径坍塌校正门限，且上部发射探头和距其较近的接收探头井径扩径不超过井径坍塌校正门限时，即当AB、EF段的井径均小于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l2为下部发射探头到远源距接收探头的长度。
此时，仪器实际测量输出值经整理变换，得
a*v2-bv+c＝0 (11)
其中
b＝2(l0+l2)(2l0Δt+l1/vm) (13)c＝(l0+l2)2+(d3+d5+d2-d1)2 (14)
当上部发射探头和距其较近的接收探头间存在井径大于井径坍塌校正门限，下部发射探头和距其较近的接收探头井径都小于井径坍塌校正门限时,由于仪器的对称性，与式(11)相似，这里不做详细介绍。
3.3井径坍塌同时大于井径坍塌校正门限
当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径同时大于井径坍塌校正门限时，即当AB、EF段井径坍塌同时大于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
代入式(4)，经变换整理，得
a*v2-bv+c＝0 (17)
其中
b＝2l2(2l0Δt+2l1/vm) (19)c＝4l2 2+(d3+d5+d2+d6)2 (20)
在步骤104，输出计算结果。根据步骤103，通过判断整口井的井径坍塌程度以及对坍塌位置，能够对整口井声波曲线实现点对点的校正，对真实的地层速度v求倒数即可求得校正后的声波时差。
在应用本发明的一具体实施例中，利用补偿声波时差校正方法，对胜利油田一口井的声波时差数据进行处理。从图5中可以看出，740m-780m的井段为泥岩层，泥质含量大于0.8，井径坍塌严重，接近0.5m。输入探头的声学半径为0.0255m，以及声波测井仪器参数的l1为1m，l0为0.5m；泥浆的声波速度为1600m/s(即声波时差为625μs/m)等参数，经计算井径坍塌校正门限为0.45m，该段井径大于井径坍塌校正门限。通过开发的校正程序处理，该段声波时差校正达到80us/m，有效消除了扩径异常时泥浆滤液的影响，校正后的速度更接近地层真实速度。
Claims (8)
1.基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，该基于声波传播路径的声波时差校正方法包括：
步骤1，输入泥岩段地层速度，泥浆滤液速度，补偿声波仪器参数；
步骤2，计算井径坍塌校正门限；
步骤3，通过判断井径坍塌程度和坍塌位置，形成校正方法；
步骤4，根据步骤3中的方法，输出校正后的声波时差的计算结果。
2.根据权利要求1所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤1中，根据自然电位曲线或者自然伽马曲线计算泥质含量：
或者
式中：Vsh为泥质含量，SP，GR分别为自然电位和自然伽马，SPmax代表最大自然电位，SPmin代表最小自然电位，GRmax代表最大自然伽马，GRmin代表最小自然伽马。
3.根据权利要求2所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤1中，当泥质含量大于85％时，认为该地层为泥岩地层，选取其中的大段泥岩层作为输入的泥岩段地层速度；泥浆滤液速度通常为1600m/s，补偿声波仪器参数需要根据仪器的型号来输入具体的参数。
4.根据权利要求1所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤2中，当上部发射探头和距其较近的接收探头之间井径坍塌到某一数值时，上部发射探头发射信号，近源距接收探头接收到的滑行波与直达波同时到达，这时井径被称作井径坍塌校正门限，输入声波测井仪器参数，对于给定介质的声波速度，计算出井径坍塌校正门限，计算公式为
式中：l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；vm为泥浆声波速度，m/s；v为地层声波速度，m/s；D0为声波探头直径，为仪器常数，m；CAL1为声波时差井径坍塌校正门限，m。
5.根据权利要求4所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤3中，对于井径坍塌都小于井径坍塌校正门限的情况，当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径均小于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为：
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l0为两个接收探头间的距离；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；
根据补偿声波仪器测量原理可知，仪器实际测量输出值为
式中：Δt为测井仪器实测声波时差值；
将式(2)式(3)代入式(4)中，并整理成一元二次方程，得
a*v2-bv+c＝0 (5)
其中
通过求解方程(5)，即可求得地层真实速度v。
6.根据权利要求4所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤3中，对于井径坍塌部分大于井径坍塌校正门限的情况，当下部发射探头和距其较近的接收探头的井径坍塌大于井径坍塌校正门限，且上部发射探头和距其较近的接收探头井径扩径不超过井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
式中：l2为下部发射探头到远源距接收探头的长度；l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；d5为下部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；l0为两个接收探头间的距离；
此时，仪器实际测量输出值经整理变换，得
a*v2-bv+c＝0 (11)
其中
b＝2(l0+l2)(2l0Δt+l1/vm) (13)
c＝(l0+l2)2+(d3+d5+d2-d1)2 (14)
当上部发射探头和距其较近的接收探头间存在井径大于井径坍塌校正门限，下部发射探头和距其较近的接收探头井径都小于井径坍塌校正门限时,由于仪器的对称性，与式(11)相似。
7.根据权利要求4所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤3中，对于井径坍塌同时大于井径坍塌校正门限的情况，当上部发射探头和距其较近的接收探头以及下部发射探头和距其较近的接收探头的井径同时大于井径坍塌校正门限时，对于上部发射探头，记录时差为
对于下部发射探头，记录时差为
代入式(4)，经变换整理，得
a*v2-bv+c＝0 (17)
其中
b＝2l2(2l0Δt+2l1/vm) (19)
c＝4l2 2+(d3+d5+d2+d6)2 (20)。
式中：l2为下部发射探头到远源距接收探头的长度；l1为发射探头到第一个接收探头的距离，m；d6为上部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d5为下部发射探头滑行波入射到井壁处的井径；d1为上部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径，d2为上部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径；d4为下部发射探头滑行波反射到达远源距接收探头处的井径，d3为下部发射探头滑行波反射到达近源距接收探头处的井径；l0为两个接收探头间的距离。
8.根据权利要求1所述的基于声波传播路径的声波时差校正方法，其特征在于，在步骤4中，根据步骤3，通过判断整口井的井径坍塌程度以及对坍塌位置，对整口井声波曲线实现点对点的校正，对真实的地层速度v求倒数即可求得校正后的声波时差。
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