CN113866829B - 一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法及装置，该方法包括：获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波是由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射形成的；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、各地质体的位置参数，得到各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像。本申请综合利用接收到的多模式散射波信号的信息进行扫描反演和成像，提高了井旁异常地质体成像的分辨率和探测范围。

Description

一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法及装置

技术领域

本发明涉及石油天然气地球物理勘探领域，具体地，涉及一种用于井旁小尺度异常地质体精细成像的三维散射声波远探测扫描成像测井方法及装置。

背景技术

目前地下油气资源勘探对井旁小尺度、形态不规则、非均质性强的异常地质体的高分辨率精细成像需求越来越多。常规地面地震与井中地震技术(如垂直地震剖面VSP)尽管拥有很好的测量覆盖区域，但是由于分辨率不足难以满足现阶段勘探开发中井旁小地质构造精细描述的需求。常规声波测井拥有较高的分辨率，但是探测范围局限在井周围一米左右，亦难以满足上述需求。远探测声波测井技术在这一背景下应运而生，该技术的分辨率(几十厘米)和测量范围(几米至几十米)介于常规地震勘探和常规测井方法之间，在识别井外裂缝、地层界面和溶蚀孔洞等方面独具优势，能为油气储层、地热储层的综合评价以及储层改造设计提供重要信息。

远探测声波测井的数据处理方法类似于传统的地震资料处理的方法：首先对接收波形进行波场分离处理，以压制井孔模式波，突出来自井旁异常地质体的回波信号；然后利用偏移方法得到一系列过井轴成像剖面上的二维成像图。常用的基于射线理论的Kirchhoff积分偏移算法和基于单程波理论的F-K偏移算法均可实现井旁缝洞反射体的快速偏移成像，但其仅适用于地层垂向变化较弱的速度场和高陡角裂缝的偏移成像，很难实现低角度反射体的准确偏移归位。研究表明，逆时偏移基于全波动方程，成像精度更高、收敛性更好，可适应强垂向变化速度场，实现近似水平反射体的偏移成像(Li et al.,2019；2020)，但是该方法对计算机计算能力和存储要求较高，主要用于理论数据模拟和短井段数据处理，目前尚未见到在长井段实际数据处理中大量应用。基于柱面声波接收阵的井下波束形成技术一方面可以提高期望回波信号的信噪比，有效地提高偏移成像质量，另一方面可以提高测井仪器对井旁异常地质体的方位测量的分辨率，有效地提高井旁地层三维空间中异常地质体的竖直角和方位角的测量准确度(Che and Qiao,2007；Che et al.,2008；2014；Yang et al.,2019c；Ben et al.,2020a,2020b；2021；Zuo et al.,2020；Li et al.,2021)。但是，这种波束形成方法仅适用于单一模式波回波信号为平面波的情况，当地质体距离井轴较近时，各个接收器接收到的回波不再是平面波，即该方法仅适用于远场情况，不适用于近场情况。斯伦贝谢公司提出了包括自动到时提取、3D-STC和射线追踪技术的三维远场声波成像处理流程，无需进行偏移便可以提供井旁异常地质体的方位和倾角等参数，得到了推广与应用(Bennett,2019；2020；Bennett et al.,2019；Johansen et al.,2019；Kumar et al.,2019)。3D-STC与井下波束形成方法类似，需要假设回波信号为平面波，仅适用于远场而不适用于近场情况；该方法根据Snell定律进行射线追踪，仅利用了反射波信息；另外，对等源距波形数据进行自动到时提取和射线追踪时仅考虑了回波信号的线性特征，即假设井旁异常地质体在一定深度范围内是平面构造。

现有的远探测声波测井利用的不管是反射纵波还是反射横波信号，都是单模式波而非多模式波信号，而探讨综合利用接收波形中的纵波和横波信息进行井旁异常地质体成像无疑是提高成像质量的一个有效途径；现有的远探测声波测井主要基于接收信号中的反射波信息，因而测量分辨率必然受限于反射面的尺度，这不利于井旁异常地质体的高分辨率成像。

发明内容

本申请提供一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法，该方法包括：

获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波是由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体；

根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像。

在一实施例中，所述散射回波包括：散射纵波、散射横波、模式转换横波及模式转换纵波；

所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数；

根据各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数、所述散射横波的波形相似系数、所述模式转换横波的波形相似系数以及所述模式转换纵波的波形相似系数确定各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数。

在一实施例中，所述根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像，包括：

根据各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述各地质体的类型；

根据各地质体的类型以及对应的各地质体的位置参数确定所述待测地层的三维图像。

在一实施例中，所述三维散射声波远探测扫描成像测井方法还包括：

以所述声波信号的发射位置为原点，以所述充液井孔的中心轴为z轴建立一柱坐标系；

在所述柱坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及所述待测地层的三维图像。

在一实施例中，所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法还包括：

以所述声波信号的发射位置为原点建立一球坐标系；

在所述球坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及待测地层的三维图像。

本申请还提供一种三维散射声波远探测扫描成像测井装置，该装置包括：

散射回波接收模块，用于获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；

波形相似系数生成模块，用于根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体；

三维图像生成模块，用于根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像。

本申请提供的三维散射声波远探测扫描成像测井方法及装置综合利用接收到的多模式散射波信号的信息进行扫描反演和成像，在对井旁小尺度异常地质体精细成像和在垂直井眼、水平井眼中压裂裂缝的空间展布评价等方面，相比较单纯利用携带有限信息的单模式反射波进行成像具有较大优势，还能够对远近不同的井旁小尺度异常地质体进行成像，提高井旁异常地质体成像的分辨率和探测范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的三维散射声波远探测扫描成像测井方法的示意图。

图2为本申请实施例的三维散射声波远探测扫描成像测井方法的另一种示意图。

图3为本申请实施例的三维散射声波远探测扫描成像测井方法的另一种示意图。

图4为本申请实施例的三维散射声波远探测扫描成像测井方法的另一种示意图。

图5为本申请实施例的柱坐标系示意图。

图6为本申请实施例的球坐标系示意图。

图7为本申请实施例的三维散射声波远探测扫描成像测井装置的示意图。

图8为本申请实施例的电子设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法，如图1所示，该方法包括步骤S101至步骤S103：

步骤S101，获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内。

具体地，在执行本申请的三维散射声波远探测扫描成像测井方法之前，首先需在待测地层的充液井孔内设置一多极子发射换能器以及接收换能器阵列。

其中，多极子发射换能器作为声源，在充液井孔内发射声波信号。声波信号的能量进入待测地层并向外传播，与待测地层中的异常地质体相遇时，异常地质体便成为散射点向四周辐射散射波。这里划分“地质体”的方式为：将充液井孔旁的待测地层划分为有限个小单元，每一个小单元都被认为是一个小的“地质体”，只有待测地层中的异常“地质体”才能引起多种模式的散射回波。

而接收换能器阵列则可以接收其中的异常地质体产生的多种模式的散射回波。接收换能器阵列例如可由多个多单元接收站构成。每一个多单元接收站由均布在同一个圆周上的八个以上的接收换能器单元构成。在充液井孔中的声源辐射脉冲声波信号时，所有接收站的各个接收换能器单元都接收到声波信号。

步骤S102，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体。

具体地，假设充液井孔旁的待测地层中的一个地质体(即一个小单元)是一个异常地质体，则认为所述散射回波是由该假设的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号(包括纵波(P)和横波(S))散射时形成。接收换能器阵列中的各接收换能器单元接收到的来自同一井内声源(即多极子发射换能器)，且经同一个散射点(即假设的异常地质体)所散射的同一种模式波具有相似性。

对于某一模式的散射回波，基于所述声波信号(主要是声波信号的波速，包括地层中的纵波波速以及地层中的横波波速)及其发射位置参数(对应于多极子发射换能器的位置)、所述散射回波及其接收位置参数(对应于接收换能器阵列的位置)、所述各地质体的位置参数即可得到该模式的散射回波的波形相似系数。波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(1)和公式(2)。

步骤S103，根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像。

具体地，本申请将充液井孔旁的待测地层划分为有限个“小单元”，每一个小单元都对应为一个“地质体”。利用待测地层中只有异常地质体才能对多极子发射换能器发射的声波信号散射形成散射回波的原理，本申请假设每一个“地质体”都是“异常地质体”，并针对每一个假设的“异常地质体”执行上述步骤S102，得到各假设的“异常地质体”对应的波形相似系数。只有当计算得到的波形相似系数为极大值时，其对应的假设的“异常地质体”为真正的“异常地质体”，否则其对应的假设的“异常地质体”不是异常地质体。因此，根据波形相似系数的值即可确定各地质体(即小单元)是否为异常地质体，再结合各地质体的位置参数，即可得到充液井孔旁的待测地层的三维图像。至此，待测地层的空间扫描已完成。

本申请适用于反演不同形状、不同远近、不同尺度尤其是小尺度的井旁异常地质体；本申请提供的方法不必假设回波信号为平面波，同时适用于近场和远场情况；此外，本申请综合利用柱面声波接收阵所接收回波的多模式散射波的相似度、幅度和相位等特征信息，能够增加波形信息使用量、减小随机噪声和残余直达波的影响，有助于改善成像质量、提高反演的可靠性。

在一实施例中，由于同一异常地质体(或散射点)可以同时引起包含散射纵波(PP)、散射横波(SS)、模式转换横波(PS)及模式转换纵波(SP)等多种模式的散射回波，因此如图2所示，步骤S102，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数，进一步包括以下步骤S1021至步骤S1025：

步骤S1021，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数。

该步骤中，对于一地质体而言，假设该地质体是一个异常地质体，即认为所述散射纵波是由该假设的异常地质体引起的，根据该散射纵波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的位置)、充液井孔内声源发射的声波信号及其发射位置参数(对应于多极子发射换能器的位置)以及该假设的异常地质体的位置参数，即可得到该假设的异常地质体对应的散射纵波的波形相似系数。其中，散射纵波的波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(1)和公式(2)。

步骤S1022，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数。

同样地，对于步骤S1021中的同一地质体，假设该地质体是一个异常地质体，即认为所述散射横波是由该假设的异常地质体引起的，根据该散射横波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的位置)、充液井孔内声源发射的声波信号及其发射位置参数(对应于多极子发射换能器的位置)以及该假设的异常地质体的位置参数，即可得到该假设的异常地质体对应的散射横波的波形相似系数。其中，散射横波的波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(1)和公式(2)。

步骤S1023，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数。

同样地，对于步骤S1021中的同一地质体，假设该地质体是一个异常地质体，即认为所述模式转换横波是由该假设的异常地质体引起的，根据该模式转换横波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的位置)、充液井孔内声源发射的声波信号及其发射位置参数(对应于多极子发射换能器的位置)以及该假设的异常地质体的位置参数，即可得到该假设的异常地质体对应的模式转换横波的波形相似系数。其中，模式转换横波的波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(1)、公式(2)。

步骤S1024，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数。

同样地，对于步骤S1021中的同一地质体，假设该地质体是一个异常地质体，即认为所述模式转换纵波是由该假设的异常地质体引起的，根据该模式转换纵波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的位置)、充液井孔内声源发射的声波信号及其发射位置参数(对应于多极子发射换能器的位置)以及该假设的异常地质体的位置参数，即可得到该假设的异常地质体对应的模式转换纵波的波形相似系数。其中，模式转换纵波的波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(1)、公式(2)。

步骤S1025，根据各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数、所述散射横波的波形相似系数、所述模式转换横波的波形相似系数以及所述模式转换纵波的波形相似系数确定各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数。

具体地，对于步骤S1021中的同一假设的异常地质体，得到该假设的异常地质体对应的散射纵波的波形相似系数、散射横波的波形相似系数、模式转换横波的波形相似系数以及模式转换纵波的波形相似系数后，对这四种模式的散射回波的波形相似系数进行加权求和，即可得到该假设的异常地质体对应的散射回波的波形相似系数。其中，散射回波的波形相似系数的计算公式可参见本申请后述实施例中的公式(3)。波形相似系数的值用于确定该假设的异常地质体是否为异常地质体，当波形相似系数为一极大值时，其对应的该假设的异常地质体为异常地质体；否则，该假设的异常地质体不是异常地质体。

需要说明的是，本实施例中的步骤S1021至步骤S1024实质为并列的关系，因此，在具体实施时，步骤S1021至步骤S1024的执行顺序可以为任意顺序，并非必须按照本实施例给出的顺序执行。上述顺序仅为本申请给出的一种示例，并非用以限定本申请。

显然，本实施例中的散射回波的波形相似系数是基于多种不同模式的散射回波的信息得到的。本实施例综合利用接收到的多种模式的散射回波的信息进行扫描反演和成像，相较于仅利用只携带有一部分地质信息的单一类型的声波(如反射波)而言，可获取到更丰富的信息，进而可以更加完整地表征井旁异常地质体的空间位置。

在一实施例中，如图3所示，步骤S1021，所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数，进一步包括以下步骤S10211至步骤S10213：

步骤S10211，根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述散射纵波的接收位置参数、所述散射纵波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述散射纵波的回波走时。

具体地，本申请的接收换能器阵列中包含多个接收换能器单元，且每个接收换能器单元均能接收到地质体引起的多种模式的散射回波。因此，本实施例需综合利用不同接收换能器单元接收到的散射回波的信息。

假设

为对应于第i个接收换能器单元的第k种模式波的回波走时，则第k种模式波回波走时的计算公式为：

其中，k表示某一种模式波，k＝1,2,3,4分别表示散射纵波(PP)、散射横波(SS)、模式转换横波(PS)及模式转换纵波(SP)，在本实施例中，k＝1；x为充液井孔旁的待测地层中某一地质体的位置参数(空间坐标)；x^T表示声波信号的发射位置参数(对应于多极子发射换能器的空间坐标)，

表示散射纵波的接收位置参数(对应于第i个接收换能器单元的空间坐标)，

表示对应第k种模式波的入射波波速，

表示对应第k种模式波的散射波波速，

和

的取值分别为地层中纵波和横波波速中的一种。例如，第1种模式波为散射纵波，因此第1种模式波的入射波波速为地层中纵波波速，第1种模式波的散射波波速也为地层中纵波波速。

对于其他接收换能器单元接收到的第k种模式波回波走时，也可使用公式(1)计算得到。

步骤S10212，根据所述回波走时及所述散射纵波的波形确定各地质体对应的所述散射纵波的采样参数。

具体地，根据步骤S10211中计算得到的回波走时

确定接收到的第i个换能接收器单元接收到的该地质体的散射纵波的开窗位置，开窗选取该散射纵波的波形，得到散射纵波的采样值。

步骤S10213，根据所述采样参数确定各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数。

具体地，使用以下公式计算各地质体对应的散射纵波的波形相似系数：

其中，k表示某一种模式波，k＝1,2,3,4分别表示散射纵波(PP)、散射横波(SS)、模式转换横波(PS)及模式转换纵波(SP)，在本实施例中，k＝1；S^k为第k种模式波的波形相似系数，0≤S^k≤1，对于毫无关联的随机噪音其值接近0，而对于相关性极强的波形其值则接近1；x为充液井孔旁的待测地层中某一地质体的位置参数(空间坐标)；W为接收到的散射回波的波形数据，本实施例中为散射纵波的波形数据；N为接收换能器单元的数量，M为所开时窗内的时间采样点数，Δt为散射回波波形的时间采样间隔；

为对应于第i个接收换能器的第k种模式波的走时。

根据上述公式(2)，即可得到任一地质体对应的散射纵波的波形相似系数。

基于与计算地质体对应的散射纵波的波形相似系数类似的方法，可计算该地质体对应的散射横波的波形相似系数、模式转换横波的波形相似系数及模式转换纵波的波形相似系数。具体地：

步骤S1022，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数，包括以下步骤：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述散射横波的接收位置参数、所述散射横波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述散射横波的回波走时；

根据所述回波走时及所述散射横波的波形确定各地质体对应的所述散射横波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数。

步骤S1023，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数，包括以下步骤：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述模式转换横波的接收位置参数、所述模式转换横波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述模式转换横波的回波走时；

根据所述回波走时及所述模式转换横波的波形确定各地质体对应的所述模式转换横波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数。

步骤S1024，根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数，包括以下步骤：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述模式转换纵波的接收位置参数、所述模式转换纵波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述模式转换纵波的回波走时；

根据所述回波走时及所述模式转换纵波的波形确定各地质体对应的所述模式转换纵波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数。

步骤S1022、步骤S1023、步骤S1024中的各步骤的具体实现方法均可参照步骤S10211至步骤S10213，步骤S1021、步骤S1022、步骤S1023及步骤S1024的区别仅在于其对象为不同模式的散射回波，故此处不再赘述。

对于每一地质体而言，分别按照步骤S1021、步骤S1022、步骤S1023及步骤S1024计算该地质体对应的散射纵波的波形相似系数、散射横波的波形相似系数、模式转换横波的波形相似系数及模式转换纵波的波形相似系数后，根据以下公式计算该地质体对应的散射回波的波形相似系数：

其中，K表示用于扫描成像的模式波数量，1≤K≤4；S为多模式波的综合相似系数，0≤S≤1。

在一实施例中，如图4所示，步骤S103，根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像，包括：

步骤S1031，根据各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述各地质体的类型。

具体地，当计算得到的波形相似系数为一个极大值时，说明该散射回波对应的假设的异常地质体的确为异常地质体。因此，根据波形相似系数的值即可确定各假设的异常地质体的类型是否为异常地质体。

步骤S1032，根据各地质体的类型以及对应的各地质体的位置参数确定所述待测地层的三维图像。

具体地，对于每一地质体的类型以及对应的位置参数，即可得到充液井孔旁的待测地层的三维图像。

在一实施例中，如图5所示，本申请的声波信号的发射位置参数(对应于多极子换能接收器的空间坐标)、散射回波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的空间坐标)、各地质体的位置参数(空间坐标)以及待测地层的三维图像均在柱坐标系中表示。因此，本申请的三维散射声波远探测扫描成像测井方法还包括：

以所述声波信号的发射位置为原点，以所述充液井孔的中心轴为z轴建立一rθz柱坐标系；

在所述柱坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及所述待测地层的三维图像。

在上述柱坐标系中，给定一个参考方位角度，可以确定一个过井轴剖面，在该平面内进行平面扫描成像，可以确定井旁异常地质体的径向和轴向位置。此时过井轴成像剖面内某一点P的空间坐标为：

x＝(r,z,θ₀) (4)

式中，θ₀为上述过井轴成像剖面的参考方位角度，r和z分别为过井轴成像剖面内某一点的径向和轴向坐标。

在一实施例中，如图6所示，本申请的声波信号的发射位置参数(对应于多极子换能接收器的空间坐标)、散射回波的接收位置参数(对应于接收换能器阵列的空间坐标)、各地质体的位置参数(空间坐标)以及待测地层的三维图像均在球坐标系中表示。因此，本申请的三维散射声波远探测扫描成像测井方法还包括：

以所述声波信号的发射位置(对应于多极子发射换能器的位置)为原点建立一Rθφ球坐标系；

在所述球坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及待测地层的三维图像。

在上述球坐标系中，给定一个参考半径，可以确定一个球面，在该球面内进行球面扫描成像，可以确定井旁异常地质体的方位角和竖直角。此时球面内某一点P的空间坐标为：

x＝(R₀,θ,φ) (5)

式中，R₀为上述球面的参考半径；θ表示球面内某一散射点的方位角，取值范围0°≤θ≤360°，一般将正北方位定义为0°，按顺时针方向增大，则θ＝90°表示散射点在正东方位；φ为散射点的竖直角，取值范围-90°≤φ≤90°，φ＝0°表示散射点与O点处于同一水平面，0°＜φ≤90°表示散射点位于O点上方，-90°≤φ＜0°表示散射点位于O点下方。

本申请采用平面扫描成像和球面扫描成像的方法，相较于在三维空间中进行扫描成像，直接得到井旁异常地质体的三维空间分布的扫描方法而言，结合平面扫描成像和球面扫描成像的扫描成像方案既能确定井旁异常地质体的三维空间分布，又具有耗时短、效率高的优点。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种三维散射声波远探测扫描成像测井装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于三维散射声波远探测扫描成像测井装置解决问题的原理与三维散射声波远探测扫描成像测井方法相似，因此三维散射声波远探测扫描成像测井装置的实施可以参见三维散射声波远探测扫描成像测井方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

如图7所示，本申请提供的三维散射声波远探测扫描成像测井装置包括：

散射回波接收模块701，用于获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；

波形相似系数生成模块702，用于根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体；

三维图像生成模块703，用于根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像。

本申请提供的三维散射声波远探测扫描成像测井装置综合利用接收到的多模式散射波信号的信息进行扫描反演和成像，在对井旁小尺度异常地质体精细成像和在垂直井眼、水平井眼中压裂裂缝的空间展布评价等方面，相比较单纯利用携带有限信息的单模式反射波进行成像具有较大优势，还能够对远近不同的井旁小尺度异常地质体进行成像，提高井旁异常地质体成像的分辨率和探测范围。

本发明还提供一种电子设备，参见图8，所述电子设备100具体包括：

中央处理器(processor)110、存储器(memory)120、通信模块(Communications)130、输入单元140、输出单元150以及电源160。

其中，所述存储器(memory)120、通信模块(Communications)130、输入单元140、输出单元150以及电源160分别与所述中央处理器(processor)110相连接。所述存储器120中存储有计算机程序，所述中央处理器110可调用所述计算机程序，所述中央处理器110执行所述计算机程序时实现上述实施例中的三维散射声波远探测扫描成像测井方法中的全部步骤。

本申请的实施例还提供一种计算机存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行。所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所提供的任一三维散射声波远探测扫描成像测井方法。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，包括：

获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体；

根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像；

其中，所述散射回波包括：散射纵波、散射横波、模式转换横波及模式转换纵波；

所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数；

根据各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数、所述散射横波的波形相似系数、所述模式转换横波的波形相似系数以及所述模式转换纵波的波形相似系数确定各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数。

2.根据权利要求1所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述散射纵波的接收位置参数、所述散射纵波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述散射纵波的回波走时；

根据所述回波走时及所述散射纵波的波形确定各地质体对应的所述散射纵波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数。

3.根据权利要求1所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述散射横波的接收位置参数、所述散射横波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述散射横波的回波走时；

根据所述回波走时及所述散射横波的波形确定各地质体对应的所述散射横波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数。

4.根据权利要求1所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述模式转换横波的接收位置参数、所述模式转换横波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述模式转换横波的回波走时；

根据所述回波走时及所述模式转换横波的波形确定各地质体对应的所述模式转换横波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数。

5.根据权利要求1所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，所述根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数，包括：

根据所述声波信号的发射位置参数、所述声波信号的入射波波速、所述模式转换纵波的接收位置参数、所述模式转换纵波的波速以及各地质体的位置参数确定各地质体对应的所述模式转换纵波的回波走时；

根据所述回波走时及所述模式转换纵波的波形确定各地质体对应的所述模式转换纵波的采样参数；

根据所述采样参数确定各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数。

6.根据权利要求1至5任一项所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，所述根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像，包括：

根据各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述各地质体的类型；

根据各地质体的类型以及对应的各地质体的位置参数确定所述待测地层的三维图像。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，还包括：

以所述声波信号的发射位置为原点，以所述充液井孔的中心轴为z轴建立一柱坐标系；

在所述柱坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及所述待测地层的三维图像。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法，其特征在于，还包括：

以所述声波信号的发射位置为原点建立一球坐标系；

在所述球坐标系中确定所述声波信号的发射位置参数、所述散射回波的接收位置参数、各地质体的位置参数以及待测地层的三维图像。

9.一种三维散射声波远探测扫描成像测井装置，其特征在于，包括：

散射回波接收模块，用于获取接收换能器阵列接收到的散射回波，所述散射回波由待测地层中的异常地质体对多极子发射换能器发射的声波信号散射时形成；所述多极子发射换能器及接收换能器阵列设置于所述待测地层的充液井孔内；

波形相似系数生成模块，用于根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射回波及其接收位置参数、所述待测地层中的各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数；其中，当所述波形相似系数为一极大值时，所述地质体为异常地质体，否则，所述地质体不是异常地质体；

三维图像生成模块，用于根据所述各地质体的位置参数以及各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数确定所述待测地层的三维图像；

其中，所述散射回波包括：散射纵波、散射横波、模式转换横波及模式转换纵波；

所述波形相似系数生成模块具体用于：

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述散射横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述散射横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换横波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换横波的波形相似系数；

根据所述声波信号及其发射位置参数、所述模式转换纵波及其接收位置参数、所述各地质体的位置参数，得到所述各地质体对应的所述模式转换纵波的波形相似系数；

根据各地质体对应的所述散射纵波的波形相似系数、所述散射横波的波形相似系数、所述模式转换横波的波形相似系数以及所述模式转换纵波的波形相似系数确定各地质体对应的所述散射回波的波形相似系数。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：

中央处理器、存储器、通信模块，所述存储器中存储有计算机程序，所述中央处理器可调用所述计算机程序，所述中央处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8中任一项所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法。

11.一种计算机存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述的三维散射声波远探测扫描成像测井方法。

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