CN112698407B - 一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，对深度区间内的阵列声波测井数据进行预处理操作得到弯曲波全波波形；计算一条任意井眼、地层参数的理论偶极弯曲波频散曲线；通过五点参数的Hermite拟合得到待反演偶极频散曲线与标准偶极频散曲线之间的差异；将计算得到的理论偶极频散曲线与拟合得到的差异曲线相加，得到待反演的偶极频散曲线；利用待反演的偶极频散曲线，对处理后的弯曲波全波数据应用向后传播法处理；对向后传播处理的弯曲波波形在合适的时间窗口内求解相关系数，判断相关系数是否达到最大，如果相关系数达到最大则得到了所求的弯曲波频散曲线，如果没有则根据诸如单纯形法等类似的优化算法进行迭代，直至相关系数最大。

Description

一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法

技术领域

本发明属于应用地球物理声学测井领域，具体涉及一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法。

背景技术

常规的声波测井数据频散特性提取方法如prony、谱域加权法等提取得到的频散曲线是一些离散的点，而且经常引入能量很低的无意义的解，无法得到质量较高的频散曲线，同时由于井眼条件及声源频率等问题，实际测井数据在低频部分往往能量很低，常规方法提取出的频散曲线在低频部分经常出现缺失或震荡。而慢地层的横波声速主要就是通过偶极弯曲波的频散曲线的低频极限来获得，常规的无法通过偶极频散曲线的低频极限准确确定地层横波速度。因此有必要开发一种新的声波测井偶极弯曲波频散曲线提取方法，获得光滑的频散曲线，从而用于地层特性的反演评价。

斯伦贝谢公司王灿云开发了一种声波测井模式波的参数反演方法，这种方法主要是利用不同阶数的贝塞尔函数及频散曲线的低频和高频极限来反演模式波频散曲线，具有反演速度快，精度高以及可用于偶极弯曲波、四极螺旋波等多种模式波频散曲线反演的特点。贝克休斯公司唐晓明开发了另外一种声波测井模式波频散曲线的反演方法，这种方法主要是利用一系列简单的解析函数来反演比如三角正切及三角反正切函数，再结合频散曲线的低频和高频极限。可以看出这两种方法主要都是利用了多参数函数反演的方法来拟合频散曲线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，本发明利用声波测井弯曲波频散曲线的相似性，并结合向后传播的处理方法，得到实际测井数据的弯曲波频散曲线。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，利用弯曲波频散曲线的相似性，通过计算一条标准的理论频散曲线，并结合向后传播法拟合待反演频散曲线与理论频散曲线之间的差异，从而得到实际待反演的理论弯曲波频散曲线，工作流程如下：

1)首先利用待处理油田区域的密度及纵横波声速计算一条理论的弯曲波频散曲线；

2)设定五点参数的初始值，并由五点参数通过Hermite插值方法拟合得到一条曲线，作为待反演频散曲线与步骤1)计算得到的理论频散曲线之间的差异；

3)将步骤1)计算得到的理论弯曲波频散曲线加上拟合的差异得到初始待反演弯曲波频散曲线；

4)利用步骤3)得到的待反演的偶极频散曲线，对待处理油田区域的弯曲波全波数据应用向后传播法处理；

5)对向后传播处理的弯曲波全波数据在合适的时间窗口内求解相关系数，判断相关系数是否达到最大，如果达到最大则得到了所求的弯曲波频散曲线，如果没有则根据优化算法进行迭代，得到新五点参数，然后重复步骤2)-5)。

进一步地，所述步骤1)中，根据待反演频散曲线所在油田区域的地层声速特性计算理论的弯曲波频散曲线：

1-1)设定理论的地层模型参数，包括密度及地层纵横声速；

1-2)根据上述参数得到一条理论弯曲波频散曲线。

进一步地，所述步骤2)中，待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间差异的反演方法为：

2-1)首先设定五点参数的初始值；

2-2)然后根据Hermite方法反演得到待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间的差异。

进一步地，所述步骤4)中，对弯曲波全波数据进行向后传播处理的具体方法为：

3-1)对目的地层进行多极子阵列声波测井，记录各工作模式的波形、增益和延时数据；

3-2)根据阵列声波测井仪器的记录数据进行波形延时和增益补偿计算，并进行适当滤波，得到恢复后的全波波形w(t)；

3-3)对恢复后的阵列声波波形数据进行傅里叶变换，得到频域波形w(f)；

3-4)将频域波形与理论频散曲线的e指数在对应频率相乘，得到w’(f)；

3-5)对w’(f)进行逆变换，得到新的时域波形w’(t)。

进一步地，所述步骤5)中，求全波波形相关系数的具体方法为：

4-1)选定合适的时间窗口，使该时间窗口包括偶极弯曲波全波波形的主要能量；

4-2)在选定的时窗中求波形的相关系数。

进一步地，所述步骤5)中，采用优化方法求取相关系数最大值的具体方法为：

5-1)通过单纯形的优化方法优化五点参数，并得到新的待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间的差异，最终使相关系数最大；

5-2)将差异与理论频散曲线相加，最终得到待反演的偶极频散曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过向后传播法对时域弯曲波测井数据进行调制，不断调整五点参数，从而拟合得到优化的理论计算弯曲波频散曲线与待反演弯曲波频散曲线之间的差异，使得弯曲波全波波形在时域内相关性达到最大，从而反演得到实际测井数据的弯曲波频散曲线。本发明可以快速反演声波测井弯曲波的频散曲线，具有计算速度快，反演精度高的特点，同时采用了不必求导即可求取函数最小值的单纯形法等优化算法，能够快速准确求取地层的弯曲波频散曲线，计算时效性大大提高，反演结果可用于基于弯曲波频散特性的声波测井解释处理方法开发。

附图说明

图1(a)归一化后的两条弯曲波频散曲线；

图1(b)归一化后的两条弯曲波频散曲线之间的差异及五点拟合结果；

图1(c)理论计算弯曲波频散曲线加上差异及与待反演弯曲波频散曲线的对比；

图2弯曲波径向声速剖面反演方法流程图；

图3(a)理论计算得到的弯曲波全波波形；

图3(b)谱域加权法提取的弯曲波频散曲线与本方法反演的频散曲线之间的对比；

图3(c)对弯曲波全波波形应用向后传播法处理得到的结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明主要关于偶极弯曲波频散曲线的反演，利用弯曲波频散曲线都相似的原理，提出了一种新的快速反演弯曲波频散曲线的方法，它基于不同地层弯曲波频散虚线的差异，通过向后传播法得到地层的弯曲波频散曲线。

本发明提出了一种新的快速反演偶极频散曲线的方法，这种方法基本原理是任意地层的偶极弯曲波频散曲线在归一化后，它们之间的差异都非常小。图1(a)为显示了两种不同地层的归一化后的偶极频散曲线，分别为1号和2号，可以看出两者差别仅限于高频部分。图1(b)中2号线是图1(a)中两条归一化频散曲线的差，它可以通过A、B、C、D、E五点Hermite插值精确拟合，如1号线所示。如果将图1(a)中2号线加上图1(b)中拟合得到的1号线，就可以得到图1(a)中1号频散曲线的拟合结果，如图1(c)中1号线所示，与图1(a)中1号的原始频散曲线(图1(c)中2号线)对比可以发现两者几乎完全一致。因此可以通过这种方法来反演偶极弯曲波频散曲线。

具体包括以下步骤：

步骤1：对深度区间内的阵列声波测井数据进行波形延时、增益补偿、滤波等预处理操作，得到可以进行下一步处理的弯曲波；

步骤2：计算一条任意井眼、地层参数的理论偶极弯曲波频散曲线；

步骤3：通过五点参数的Hermite拟合得到待反演偶极频散曲线与标准偶极频散曲线之间的差异；

步骤4：将计算得到的理论偶极频散曲线与拟合得到的差异曲线相加，得到待反演的偶极频散曲线；

步骤5：利用待反演的偶极频散曲线，对处理后的弯曲波全波数据应用向后传播法处理；

步骤6：对向后传播处理的弯曲波波形在合适的时间窗口内求解相关系数，判断相关系数是否达到最大，如果达到最大则得到了所求的弯曲波频散曲线，如果没有则根据诸如单纯形法等类似的优化算法进行迭代，得到新五点参数，然后重复步骤3-6。

下面结合具体实施过程对本发明做进一步详细说明：

如图2所示，本发明的工作流程如下。

步骤一、对深度区间内的阵列声波测井数据进行波形延时、增益补偿、滤波等预处理操作，得到可以进行下一步处理的弯曲波。

(1)对目的地层进行多极子阵列声波测井，记录各工作模式的波形、增益和延时数据；

(2)根据阵列声波测井仪器的记录数据进行波形延时和增益补偿计算；

(3)对阵列声波测井数据在合适的频段内进行滤波，获取弯曲波全波波形并滤除噪声。

步骤二、计算一条任意井眼、地层参数的理论偶极弯曲波频散曲线。

(1)确定待反演频散曲线的弯曲波测试地区的基本井眼、地层参数；

(2)以上述参数计算一条理论的弯曲波频散曲线。

步骤三、通过五点参数的Hermite拟合得到待反演偶极频散曲线与标准偶极频散曲线之间的差异。

(1)确定五点参数；

(2)通过五点参数拟合待反演频散曲线与理论计算频散曲线之间的差异。

步骤四、将计算得到的理论偶极频散曲线与拟合得到的差异曲线相加，得到待反演的偶极频散曲线。

步骤五、利用待反演的偶极频散曲线，对处理后的弯曲波全波数据应用向后传播法处理。

(1)图3(a)为理论计算得到弯曲波全波波形w(t)，将弯曲波全波波形进行傅里叶变换，得到频域波形w(f)；

(2)将频域波形与理论频散曲线的e指数在对应频率相乘，得到w’(f)；

(3)图3(b)显示了弯曲波的理论频散曲线与从全波波形提取的频散曲线，对w’(f)进行逆变换，得到新的时域波形w’(t)，如图3(c)所示。

步骤六、对向后传播处理的弯曲波波形在合适的时间窗口内求解相关系数，判断相关系数是否达到最大，如果达到最大则得到了所求的弯曲波频散曲线，如果没有则根据诸如单纯形法等类似的优化算法进行迭代，得到新五点参数，然后重复步骤三-六。

(1)在合适的窗口内求解弯曲波波形的相关系数；

(2)判断求得的相关系数是否达到最大，如果达到最大，则得到合适待反演弯曲波频散曲线，完成反演；

(3)如果相关系数没有达到最大，则根据单纯形法等类似优化算法按照最小方向搜索，重新设定五点参数，并重复步骤三-六。图3(a)-图3(c)显示了谱域加权法得到频散曲线与本方法反演得到的频散曲线之间的对比，可以看出本方法可以反演得到连续光滑且低频极限等于地层横波声速的弯曲波频散曲线。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，利用弯曲波频散曲线的相似性，通过计算一条标准的理论频散曲线，并结合向后传播法拟合待反演频散曲线与理论频散曲线之间的差异，从而得到实际待反演的理论弯曲波频散曲线，工作流程如下：

1)首先利用待处理油田区域的密度及纵横波声速计算一条理论的弯曲波频散曲线；

2)设定五点参数的初始值，并由五点参数通过Hermite插值方法拟合得到一条曲线，作为待反演频散曲线与步骤1)计算得到的理论频散曲线之间的差异；

3)将步骤1)计算得到的理论弯曲波频散曲线加上拟合的差异得到初始待反演弯曲波频散曲线；

4)利用步骤3)得到的初始待反演弯曲波频散曲线，对待处理油田区域的弯曲波全波数据应用向后传播法处理；

5)对向后传播处理的弯曲波全波数据在合适的时间窗口内求解相关系数，判断相关系数是否达到最大，如果达到最大则得到了所求的弯曲波频散曲线，如果没有则根据优化算法进行迭代，得到新五点参数，然后重复步骤2)-5)。

2.根据权利要求1所述的一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，所述步骤1)中，根据待反演频散曲线所在油田区域的地层声速特性计算理论的弯曲波频散曲线：

1-1)设定理论的地层模型参数，包括密度及地层纵横声速；

1-2)根据上述参数得到一条理论弯曲波频散曲线。

3.根据权利要求1所述的一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，所述步骤2)中，待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间差异的反演方法为：

2-1)首先设定五点参数的初始值；

2-2)然后根据Hermite方法反演得到待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间的差异。

4.根据权利要求1所述的一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，所述步骤4)中，对弯曲波全波数据进行向后传播处理的具体方法为：

3-1)对目的地层进行多极子阵列声波测井，记录各工作模式的波形、增益和延时数据；

3-2)根据阵列声波测井仪器的记录数据进行波形延时和增益补偿计算，并进行适当滤波，得到恢复后的全波波形w(t)；

3-3)对恢复后的阵列声波波形数据进行傅里叶变换，得到频域波形w(f)；

3-4)将频域波形与理论频散曲线的e指数在对应频率相乘，得到w’(f)；

3-5)对w’(f)进行逆变换，得到新的时域波形w’(t)。

5.根据权利要求1所述的一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，所述步骤5)中，求全波波形相关系数的具体方法为：

4-1)选定合适的时间窗口，使该时间窗口包括偶极弯曲波全波波形的主要能量；

4-2)在选定的时窗中求波形的相关系数。

6.根据权利要求1所述的一种快速反演声波测井弯曲波频散曲线的方法，其特征在于，所述步骤5)中，采用优化方法求取相关系数最大值的具体方法为：

5-1)通过单纯形的优化方法优化五点参数，并得到新的待反演弯曲波频散曲线与理论频散曲线之间的差异，最终使相关系数最大；

5-2)将差异与理论频散曲线相加，最终得到待反演的偶极频散曲线。

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