CN113156515A - 一种声波远探测成像降噪处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种声波远探测成像降噪处理方法和装置，包括如下步骤：步骤一、在探测深度区间内利用阵列声波仪器进行测井；步骤二、对步骤一中采集阵列声波数据进行共中心点叠加，得到共中心点叠加剖面；步骤三、对步骤二的叠后剖面进行降噪处理，得到降噪后叠加剖面；步骤四、对步骤三叠后剖面进行偏移成像处理得到偏移后剖面；步骤五、对步骤四的偏移剖面进行降噪处理，得到降噪后偏移时间剖面；步骤六、对步骤五的偏移剖面进行时深转换，得到深度域成像剖面。本发明可以解决强噪声干扰、低信噪比、脉冲噪声以及偏移假象对远探测成像解释不利影响等技术问题。

Description

一种声波远探测成像降噪处理方法和装置

技术领域

本发明属于井孔地球物理领域，具体涉及一种远探测成像降噪处理方法和装置。

背景技术

声波远探测测井可对井周围数十米范围的地质构造成像，得到地质体离井位置、倾角及方位等信息，填补了地震和测井之间探测尺度的空白，在缝洞型油气藏的井外缝洞探测、非常规油气储层压裂效果评价方面发挥重要作用。

声波远探测所利用的是地层反射波，其最大难点是：受井中条件的限制以及井筒直达波的强干扰，井外地质体的反射波信号只有井筒直达波几十到几百分之一的量级，甚至淹没在噪声之中(魏周拓,唐晓明,苏远大,等.利用井中低频偶极横波进行声波远探测的新方法.地球物理学报,2013,56(10):3572-3580)。远探测反射波成像往往因信噪比低，噪声干扰强，偏移假象等造成解释难度大(Li Sheng-Qing,Ming Chen,Xi-Hao Gu,etal.Application of four-component dipole shear reflection imaging to interpretthe geological structure around a deviated well.Applied Geophysics,2019)，对反射波成像图进行降噪增强处理是提高成像质量的有效途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声波远探测成像降噪处理方法和装置，来提高远探测成像质量，以解决强噪声干扰、低信噪比、脉冲噪声以及偏移假象(偏移画圆)对远探测成像解释不利影响等技术问题。

为实现上述发明目的，本发明所述一种声波远探测成像降噪方法，包括如下步骤：

步骤一、在探测深度区间内利用阵列声波仪器进行测井；

步骤二、对步骤一中采集阵列声波数据进行共中心点叠加，得到共中心点叠加剖面；

步骤三、对步骤二的叠后剖面进行降噪处理，得到降噪后叠加剖面；

步骤四、对步骤三叠后剖面进行偏移成像处理得到偏移后剖面；

步骤五、对步骤四的偏移剖面进行降噪处理，得到降噪后偏移剖面；

步骤五、对步骤五的偏移剖面进行时深转换，得到深度域成像剖面；

所述步骤三、五的降噪处理具体可有两种处理方法：

(1)自适应维纳滤波。在二维矩阵数据中(叠加剖面或偏移后剖面)，设定一小矩形局部区域，使用下式进行逐区域扫描，更新整个二维矩阵：

x和y为二维数据的纵横坐标位置，M为区域均值，N为标准差，L为噪声方差，Z为二维原始矩阵数据，I为降噪后结果数据。

(2)各向异性扩散滤波。在二维矩阵数据中(叠加剖面或偏移后剖面)，使用下式得到：

c_N、c_S、c_W、c_W分别为二维矩阵在东、西、南、北四个方向的扩散系数，

分别为二维矩阵在东、西、南、北四个方向的梯度，λ是控制扩散强度的参数。上式说明从t时刻迭代到t+1时刻不断更新原始数据。

本发明还提供了一种声波远探测降噪处理装置，包括：

共中心点叠加模块，具体可以对阵列波形进行共中心点叠加；

降噪处理模块，具体可以根据用户自主选中任何一种降噪处理方法；

偏移成像模块，具体可以使用叠后偏移方法对反射波进行偏移成像。

本发明具有如下优点：

本发明将广泛用于医学和地震中的图像降噪方法，推广到井下声波远探测的成像中，两种降噪处理方法都具有降噪效果和边缘保留效果，可改善成像图的视觉质量，解决强噪声干扰、低信噪比、脉冲噪声以及偏移假象(偏移画圆)对远探测成像解释不利影响，提高声波远探测成像的质量和可靠性，以及井外构造的解释精度。

本发明将提高声波远探测成像的质量和可靠性，以及井外构造的解释精度。

附图说明

图1为本发明的声波远探测成像降噪处理工作流程。

图2为本发明的声波远探测成像降噪装置模块结构示意图。

图3为本发明的单极和偶极声波远探测成像降噪处理实例效果图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出了一种声波远探测成像降噪方法，工作流程如下：

步骤一、在探测深度区间内利用阵列声波仪器进行测井，采集沿着井轴的阵列声波数据。

步骤二、对阵列声波数据进行共中心点叠加，得到共中心点叠加剖面(CPM)。共中心点叠加剖面可采用下式计算：

其中D为测井反射波叠加次数。

步骤三、对步骤二的叠后剖面进行降噪处理，得到降噪后叠加剖面。

步骤四、对步骤三叠后剖面进行偏移成像处理得到偏移后时间剖面。偏移成像的目的是反射波归位和绕射波收敛，叠后偏移成像的特点是速度快，能够满足测井解释高时效而测井运算能力有限的要求，广泛使用的方法是频率-波数域波动方程偏移、柯希霍夫时间偏移。

步骤五、对步骤四的偏移剖面进行降噪处理，得到降噪后偏移剖面。

步骤六、对步骤五的偏移时间剖面使用传统的时深转换方法，得到深度域成像剖面。偏移的速度可以由阵列声波直达波处理得到井旁的地层慢度(地层速度的倒数)，时间剖面与距离剖面的转换公式为：

其中S为阵列声波直达波得到的速度剖面，t为各个反射波时间轴。

所述步骤三、五的降噪处理具体可有以下两种方法，处理方法可以任选进行成像降噪：

(1)自适应维纳滤波。在二维矩阵数据中(叠加剖面或偏移后剖面)，设定一小矩形局部区域(X×Y)，使用下式进行逐区域扫描，更新整个二维矩阵：

M为区域均值，N为标准差，L为噪声方差，Z为二维原始矩阵数据。区域均值采用下式计算：

标准差可用下式计算：

式中

为噪声方差。噪声方差可以人工选取区域内典型噪声，也可以取方差的均值。式(7)中

可采用下式计算：

(2)各向异性扩散滤波。扩散滤波的原理是根据图像邻域数据梯度大小来分辨由数据噪声和图像边缘，再用邻域加权平均去除由噪声，保留由图像边缘，不断迭代直至噪声被去除。在二维矩阵数据中(叠加剖面或偏移后剖面)，使用下式得到：

式中扩散到t时刻的图像为Z(x,y,t)，Z₀(x,y)为初始图像。c为扩散系数，可以通过下式计算。

K是梯度阈值，可人工设定。对于二维图像可以离散为下列差分形式：

c_N...c_E为东、西、南、北四个方向的扩散系数，λ是控制扩散强度的参数。上式说明从某时刻(t)迭代到下一时刻(t+1)不断更新原始数据。

基于同一发明构思，本发明实施方式还提供了一种声波远探测成像处理装置，如下面的实施方式所述。由于装置解决问题的原理与声波远探测降噪方法相似，因此装置的实施可以参见声波远探测成像降噪方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合所述的装置可以包括使用了本说明实施例所述方法的系统，软件(应用)、模块、组件、服务器等并结合必要的实施硬件的装置的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是软件，或者软件和硬件的组合的实现也是可以并被构想的。请参阅图2，是本申请实施方式的声波远探测成像降噪装置的一种组成结构图，该装置包括：共中心点叠加模块，降噪处理模块，偏移成像模块，下面就对该结构进行就说明。

共中心点叠加模块，具体可以对阵列波形进行共中心点叠加；

降噪处理模块，具体可以根据用户自主选中任何一种降噪处理方法；

偏移成像模块，具体可以使用叠后偏移方法对反射波进行偏移成像。

以下，结合具体的测井实例处理结果，进一步说明本发明所述的声波远探测成像降噪方法的应用效果。

图3为远探测成像降噪处理实例，通过对比单极和偶极成像处理结果以说明本发明的有效性。图中远探测井周探测半径为23米，其中偶极声源具有方位识别能力，给出了井周南北-东西两个正交方向的远探测成像结果。图中第1道为自然伽马、纵波时差和横波时差。第2和3道为单极远探测成像降噪前和降噪后结果。第4和5道为南北向偶极远探测成像降噪前和降噪后结果。第6和7道为东西向偶极远探测成像降噪前和降噪后结果。对比降噪前和降噪后成像图，噪声干扰得到消除，同时地质反射体形态得到保留，反射体的在井外的延伸更加容易识别。现场实例所显示的良好降噪效果证明本发明的可行性及应用前景。

Claims (8)

1.一种声波远探测成像降噪方法，包括如下步骤：

步骤一、在探测深度区间内利用阵列声波仪器进行测井；

步骤二、对步骤一中采集阵列声波数据进行共中心点叠加，得到共中心点叠加剖面；

步骤三、对步骤二的叠后剖面进行降噪处理，得到降噪后叠加剖面；

步骤四、对步骤三叠后剖面进行偏移成像处理得到偏移后剖面；

步骤五、对步骤四的偏移剖面进行降噪处理，得到降噪后偏移剖面；

步骤六、对步骤五的偏移剖面进行时深转换，得到深度域成像剖面。

2.根据权利要求1所述的一种声波远探测成像降噪方法，所述步骤三、五的降噪处理具体有两种处理方法：

(1)自适应维纳滤波；在二维矩阵数据中的叠加剖面或偏移后剖面，设定一小矩形局部区域，使用下式进行逐区域扫描，更新整个二维矩阵：

M为区域均值，N为标准差，L为噪声方差，Z为二维原始矩阵数据；或

(2)各向异性扩散滤波；在二维矩阵数据中的叠加剖面或偏移后剖面，使用下式得到：

C为四个方向的扩散系数，λ是控制扩散强度的参数；上式说明从t时刻迭代到t+1时刻不断更新原始数据。

3.根据权利要求2所述的一种声波远探测成像降噪方法，所述自适应维纳滤波中的区域均值M采用下式计算：

标准差可用下式计算：

式中

为噪声方差；噪声方差可以人工选取区域内典型噪声，也可以取方差的均值；式(7)中

可采用下式计算：

4.根据权利要求2所述的一种声波远探测成像降噪方法，其中的为四个方向的扩散系数c，通过下式计算：

K是梯度阈值，人工设定；对于二维图像可以离散为下列差分形式：

c_N、c_S、c_W、c_W分别为二维矩阵在东、西、南、北四个方向的扩散系数，

分别为二维矩阵在东、西、南、北四个方向的梯度，λ是控制扩散强度的参数；上式说明从某时刻(t)迭代到下一时刻(t+1)不断更新原始数据。

5.根据权利要求1所述的一种声波远探测成像降噪方法，其中步骤(2)的共中心点叠加剖面可采用下式计算：

其中D为测井反射波叠加次数。

6.根据权利要求1所述的一种声波远探测成像降噪方法，其中步骤(4)的实现方法包括：频率-波数域波动方程偏移或柯希霍夫时间偏移。

7.根据权利要求1所述的一种声波远探测成像降噪方法，其中步骤(六)的偏移剖面进行时深转换，偏移的速度可以由阵列声波直达波处理得到井旁的地层慢度，即地层速度的倒数，时间剖面与距离剖面的转换公式为：

其中S为阵列声波直达波得到的速度剖面，t为各个反射波时间轴。

8.根据权利要求1所述的一种声波远探测成像降噪方法实现的一种声波远探测成像降噪装置，包括：

共中心点叠加模块，采集阵列声波数据进行共中心点叠加，得到共中心点叠加剖面；

降噪处理模块，对采集阵列声波数据进行共中心点叠加剖面进行降噪处理；对叠后剖面进行偏移成像处理得到偏移后剖面；对偏移剖面进行降噪处理，得到降噪后偏移剖面；

偏移成像模块，使用叠后偏移方法对反射波进行偏移成像。

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