CN114839684B - 一种套管井纵波提取方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油地质勘探与开发领域，具体公开了一种套管井纵波提取方法，具体为：对套管井阵列声波测井波形数据进行处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；选取一胶结不好的深度点，求取该深度点上不同频率下的地层辐射曲线；选取最优的滤波频率区间；利用滤波频率区间进行滤波处理，然后在全井段对滤波后信号进行时间‑慢度相关法处理，提取得到套管井纵波。以此为基础提出一种套管井纵波提取装置、设备和存储介质。本发明通过对胶结不好的套管井测井资料进行处理，基于声源信号在地层中的辐射特性，分析不同频率下地层辐射信号，进一步选定滤波的频段，以实现套管波信号的压制和地层信号的提取。

Description

一种套管井纵波提取方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及石油地质勘探与开发领域，尤其涉及声波测井资料中的底层信号处理，具体地涉及一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

在石油测井中，套管井测井占有相当比例，为了对已有油田挖潜改造，需要在套管井中进行声波测井。套管和地层之间通常会灌注水泥进行胶结，当胶结情况差时，声波信号会沿着套管传播，对地层信号的提取造成很强的干扰，尤其是在快速地层时，由于地层的纵波和套管的速度比较接近，因此，在该种情况下很难将地层声速提取出来。

现有技术中(如中国专利：CN104265277B)多以时间-慢度相关法进行数据处理。时间-慢度相关法，简称STC方法，是将数学领域统计学应用到阵列声波测井波形数据处理的一种方法，对于全波形而言，利用时间-慢度相关法，在理想情况下，能够分析该全波形数据中各种模式波的成分(如地层纵波、地层横波、斯通利波等)，提取到时和慢度信息。也可以针对全波形中某个时间段内的阵列波形数据进行处理，只单独对某一种成分进行分析研究。在慢速地层中，套管波慢度与地层纵波慢度区别较大，利用时间-慢度相关法处理后提取地层信号较为容易，可以提取随钻声波测井数据中的地层信号。但是在中速地层中采用时间-慢度相关法处理数据时，波形中套管波幅度大于地层纵波，并且地层纵波相关性较弱，相关峰值不高，不利于对地层纵波的慢度搜索，与慢速地层声波测井数据处理相比，地层纵波信噪比明显降低。在快速地层中采用时间-慢度相关法处理数据时，套管波相关性与地层纵波相关性粘连在一起，导致搜索地层纵波相关峰值时会出现误判，致使地层声速提取错误。也就是说，对于中、快速地层数据而言，利用时间-慢度相关法进行数据处理时，在套管波速度与地层纵波速度很接近的情况下，在波形相关图中难以获取地层纵波信号。因此，寻求一种在快速地层中进行时间-慢度相关法处理以获得获取地层纵波信号的方法成为现在亟需解决的问题。

发明内容

针对时间-慢度相关法在处理套管井资料，尤其是快速地层数据受套管干扰严重的问题，本发明的主要目的在于采用胶结不好套管井中声源在不同频率下的地层辐射特征分析，选取最优的滤波频率区间，在此基础上进行时间-慢度相关法处理以获得获取地层纵波信号。为实现上述目的，本申请提供了一种套管井纵波提取方法、装置、设备和存储介质，主要包括：

一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，所述方法具体包括：

S1：沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

S2：选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

S3：利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

进一步地，S1具体为：

对阵列声波测井波形数据进行时间和慢度扫描，选定长度为T_w的时间窗，所述时间窗在时间轴上以固定步长向前移动的前提下，在每个指定的时间点处，计算时间窗内波形数据的相关性，得到慢度相关系数ρ(s,T)，所述慢度相关系数ρ(s,T)的计算公式如公式(1)所示：

其中，T表示对波形数据进行扫描的起始时间，T_w表示时间窗的长度，N表示声波测井仪器上接收换能器的个数，m表示接收换能器的序号，X_m(t)表示N个接收换能器中第m个接收换能器采集的数据，s表示对波形数据进行扫描时的慢度，d表示接收换能器相互之间的距离，t表示时间变量。

进一步地，0≤ρ(s,T)≤1，当ρ(s,T)＝0时，表示波形相关性最小；当ρ(s,T)＝1时，表示波形相关性最大。

进一步地，在给出时间窗Tw和时间起始T以及某一个扫描慢度s的前提下，所述慢度相关系数计算步骤如下：

S1.1：对于公式(1)分子部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，则第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推，将每个接收器对应时间点的数据值求和再平方，之后接着进行时间窗T到T+T_w上的积分；

S1.2：对于公式(1)分母部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推，对接收器对应时间点的数据值平方后再求和，之后再进行时间窗T到T+T_w上的积分；

S1.3：计算完T时间点处的T_w时间窗内的相关值后，移动一定的时间步长循环步骤S1.1-S1.2，计算下一个时间点处的相同时间窗内波形相关性。

进一步地，以滤波频率为中心，选取滤波频率的前一频率和后一频率之间的频率区间作为滤波频率区间。

进一步地，所述地层辐射曲线计算公式如公式(2)所示：

R_p＝iρV_pωB(ω,k₀) (2)

其中，R_p代表地层辐射曲线；ρ代表慢度相关系数；V_p代表纵波速度；ω为圆频率；B(ω,k₀)为辐射声场的振幅系数；k₀代表轴向波数的最速下降解；其中，

B(ω,k₀)的计算公式如公式(3)所示：

其中，右侧中的分别代表声源产生的径向位移和应力；{H_ij}_12*12为12*12的套管井胶结差时的复数矩阵；A'代表井内流体系数；A^ca，B^ca，C^ca，D^ca，E^ca，F^ca代表套管的振幅系数；A^*，B^*代表流体环的系数；B，C，D代表地层系数，其中B即为需求解的辐射声场的振幅系数B(ω,k₀)。

进一步地，一种套管井纵波提取装置，所述装置包括慢度相关系数获取模块、滤波频率区间确定模块和滤波处理模块；具体的：

所述慢度相关系数获取模块，用于沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

所述滤波频率区间确定模块，用于选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

所述滤波处理模块，用于利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

进一步地，一种套管井纵波提取设备，所述设备包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令由所述至少一个处理器执行，导致所述设备实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

进一步地，一种计算机可读储存介质，包括可执行指令，所述指令被至少一个处理器执行时，实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

本发明首次提出基于辐射特征进行滤波频率选取，对于压制套管波和提取地层信号提供了一个新的思路，通过对胶结不好的套管井测井资料进行处理，基于声源信号在地层中的辐射特性，分析不同频率下地层辐射信号，进一步选定滤波的频段，以实现套管波信号的压制和地层信号的提取。

附图说明

图1为本申请实施例中提供的原始波形、原始相关数据和滤波后相关系数对比图；

图2为本申请实施例中求取的不同频率下辐射曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例一

一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，所述方法对声波测井仪器获取的阵列声波测井波形数据进行处理提取套管井纵波，所述方法具体包括：

S1：沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数。

优选的，步骤S1具体为：对阵列声波测井波形数据进行时间和慢度扫描，选定长度为T_w的时间窗，所述时间窗在时间轴上以固定步长向前移动的前提下，在每个指定的时间点处，计算时间窗内波形数据的相关性，得到慢度相关系数ρ(s,T)，0≤ρ(s,T)≤1，当ρ(s,T)＝0时，表示波形相关性最小；当ρ(s,T)＝1时，表示波形相关性最大。

所述慢度相关系数ρ(s,T)的计算公式如公式(1)所示：

其中，T表示对波形数据进行扫描的起始时间，T_w表示时间窗的长度，N表示声波测井仪器上接收换能器的个数，m表示接收换能器的序号，X_m(t)表示N个接收换能器中第m个接收换能器采集的数据，s表示对波形数据进行扫描时的慢度，d表示接收换能器相互之间的距离，t表示时间变量。

进一步的，在给出时间窗T_w和时间起始T以及某一个扫描慢度s的前提下，所述慢度相关系数计算步骤如下：

S1.1：对于公式(1)分子部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，则第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推。将每个接收器对应时间点的数据值求和再平方，之后接着进行时间窗T到T+T_w上的积分。

S1.2：对于公式(1)分母部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推。对接收器对应时间点的数据值平方后再求和，之后再进行时间窗T到T+T_w上的积分。

S1.3：计算完T时间点处的T_w时间窗内的相关值后，移动一定的时间步长循环步骤S1.1-S1.2，计算下一个时间点处的相同时间窗内波形相关性。

在本实施例中，步骤S1得到的原始非滤波状态下的慢度相关系数如图1中间一列所示。

S2：选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间。

优选的，所述地层信息包括：该深度点的纵横波速度、套管井尺寸、地层密度、裸眼井径，结合工业标准套管的纵横波速度、密度，以及用套管外的一层流体环表征的胶结不好的模型。

优选的，以滤波频率为中心，选取滤波频率的前一频率和后一频率之间的频率区间作为滤波频率区间。在本实施例中，选取257.5m处胶结不好的深度点，对不同频率下的地层辐射曲线进行计算，胶结不好意味着套管与地层之间存在一个流体环，本实施例中的流体环为5毫米厚度，计算结果如图2所示，不同频率下的辐射曲线表明，沿着井眼(竖直方向附近)传播的地层信号的辐射曲线在10kHz频率下最大，也就是说在该频率下套管能量被压制而地层信号能量比较强，因此选取9-11kHz进行滤波处理。

进一步的，所述地层辐射曲线R_p计算公式如公式(2)所示：

R_p＝iρV_pωB(ω,k₀) (2)

其中，ρ代表慢度相关系数；V_p代表纵波速度；ω为圆频率；B(ω,k₀)为辐射声场的振幅系数，k₀代表轴向波数的最速下降解。

其中，B(ω,k₀)的计算公式如公式(3)所示：

其中，右侧中的分别代表声源产生的径向位移和应力；{H_ij}_12*12为12*12的套管井胶结差时的复数矩阵；A'代表井内流体系数；A^ca，B^ca，C^ca，D^ca，E^ca，F^ca代表套管的振幅系数；A^*，B^*代表流体环的系数；B，C，D代表地层系数，其中B即为需求解的辐射声场的振幅系数B(ω,k₀)。

S3：利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

在本实施例中，选取9-11kHz进行滤波处理，然后全井段对滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，结果如图1最右侧一栏所示，结果表明，套管井慢度信号(竖直信号，因为套管的慢度或速度全井段基本不变)被压制，因此可以很好的提取地层信号。

实施例二

在实施例一的基础上，本发明进一步公开了一种套管井纵波提取装置，所述装置包括慢度相关系数获取模块、滤波频率区间确定模块和滤波处理模块。具体的：

所述慢度相关系数获取模块，用于沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

所述滤波频率区间确定模块，用于选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

所述滤波处理模块，用于利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

在上此基础上，本发明还公开了一种套管井纵波提取设备，所述设备包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令由所述至少一个处理器执行，导致所述设备实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

进一步的，本发明还公开了一种计算机可读储存介质，包括可执行指令，所述指令被至少一个处理器执行时，实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

对于装置、设备和存储介质的实施例而言，由于其主要发明构思与实施例一基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见实施例一的部分说明即可。

通过采用以上的一个或者多个实施例的组合，本发明的实施例至少具备以下的有益效果：通过对胶结不好的套管井测井资料进行处理，基于声源信号在地层中的辐射特性，分析不同频率下地层辐射信号，进一步选定滤波的频段，以实现套管波信号的压制和地层信号的提取。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，所述方法具体包括：

S1：沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

S2：选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

S3：利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

2.如权利要求1所述的一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，S1具体为：

对阵列声波测井波形数据进行时间和慢度扫描，选定长度为T_w的时间窗，所述时间窗在时间轴上以固定步长向前移动的前提下，在每个指定的时间点处，计算时间窗内波形数据的相关性，得到慢度相关系数ρ(s,T)，所述慢度相关系数ρ(s,T)的计算公式如公式(1)所示：

其中，T表示对波形数据进行扫描的起始时间，T_w表示时间窗的长度，N表示声波测井仪器上接收换能器的个数，m表示接收换能器的序号，X_m(t)表示N个接收换能器中第m个接收换能器采集的数据，s表示对波形数据进行扫描时的慢度，d表示接收换能器相互之间的距离，t表示时间变量。

3.如权利要求2所述的一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，0≤ρ(s,T)≤1，当ρ(s,T)＝0时，表示波形相关性最小；当ρ(s,T)＝1时，表示波形相关性最大。

4.如权利要求2所述的一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，在给出时间窗Tw和时间起始T以及某一个扫描慢度s的前提下，所述慢度相关系数计算步骤如下：

S1.1：对于公式(1)分子部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，则第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推，将每个接收器对应时间点的数据值求和再平方，之后接着进行时间窗T到T+T_w上的积分；

S1.2：对于公式(1)分母部分，先确定第一个接收器的起始时间为T，第m个接收器起始时间为s(m-1)d+T，以此类推，对接收器对应时间点的数据值平方后再求和，之后再进行时间窗T到T+T_w上的积分；

S1.3：计算完T时间点处的T_w时间窗内的相关值后，移动一定的时间步长循环步骤S1.1-S1.2，计算下一个时间点处的相同时间窗内波形相关性。

5.如权利要求1所述的一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，以滤波频率为中心，选取滤波频率的前一频率和后一频率之间的频率区间作为滤波频率区间。

6.如权利要求1所述的一种基于声源辐射特征的套管井纵波提取方法，其特征在于，所述地层辐射曲线计算公式如公式(2)所示：

R_p＝iρV_pωB(ω,k₀) (2)

其中，R_p代表地层辐射曲线；ρ代表慢度相关系数；V_p代表纵波速度；ω为圆频率；B(ω,k₀)为辐射声场的振幅系数；k₀代表轴向波数的最速下降解；其中，

B(ω,k₀)的计算公式如公式(3)所示：

其中，右侧中的分别代表声源产生的径向位移和应力；{H_ij}_12*12为12*12的套管井胶结差时的复数矩阵；A'代表井内流体系数；A^ca，B^ca，C^ca，D^ca，E^ca，F^ca代表套管的振幅系数；A^*，B^*代表流体环的系数；B，C，D代表地层系数，其中B即为需求解的辐射声场的振幅系数B(ω,k₀)。

7.一种套管井纵波提取装置，其特征在于，所述装置包括慢度相关系数获取模块、滤波频率区间确定模块和滤波处理模块；具体的：

所述慢度相关系数获取模块，用于沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

所述滤波频率区间确定模块，用于选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

所述滤波处理模块，用于利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

8.一种套管井纵波提取设备，其特征在于，所述设备包括：

至少一个处理器；以及

存储器，所述存储器上存储有可执行指令，所述可执行指令由所述至少一个处理器执行，导致所述设备实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。

9.一种计算机可读储存介质，包括可执行指令，其特征在于，所述指令被至少一个处理器执行时，实现如下方法：

沿全井段对套管井阵列声波测井波形数据进行时间-慢度相关法处理得到原始非滤波状态下的慢度相关系数；

选取一胶结不好的深度点，提取该深度点的地层信息，求取不同频率下的地层辐射曲线；选取幅度最大的地层辐射曲线对应的频率作为滤波频率；以滤波频率为中心，截取滤波频率前后的频率区间作为滤波频率区间；

利用滤波频率区间对阵列声波测井波形数据进行滤波处理得到滤波后信号，然后在全井段对所述滤波后信号进行时间-慢度相关法处理，提取得到套管井的地层纵波慢度。