一種利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，包括：在深度區(qū)間進(jìn)行隨鉆聲波測井或過套管聲波測井，得到隨鉆單極子聲波全波陣列數(shù)據(jù)或過套管聲波全波陣列數(shù)據(jù)；計(jì)算得到處理深度位置處的管波慢度；計(jì)算窗內(nèi)陣列波形數(shù)據(jù)的功率譜、平均功率譜和信號差譜；計(jì)算得到只含地層信息的陣列波形；計(jì)算陣列波形中地層聲波速度；重復(fù)步驟直至整個深度區(qū)間處理完畢，獲得處理深度區(qū)間內(nèi)的地層聲波時差曲線。本發(fā)明依據(jù)波的干涉原理，不須去掉管波，且無論管波與地層波是否重疊都可進(jìn)行處理。本發(fā)明可用于處理已有油井中套管與地層膠結(jié)差的情況，也可用于處理隨鉆聲波測井?dāng)?shù)據(jù)，提高在鉆鋌干涉情況下提取地層聲波慢度的可靠性。
【專利說明】一種利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于應(yīng)用地球物理聲學(xué)測井領(lǐng)域，具體涉及一種利用管波與地層聲波干涉 原理提取地層聲速的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在套管與地層膠結(jié)不好或隨鉆儀器隔聲效果不佳時，沿著鋼管傳播的波（聲學(xué)上 稱為拉伸波，以下統(tǒng)稱為管波）會嚴(yán)重影響對地層聲波信號的測量。從過套管測井?dāng)?shù)據(jù)中 提取有效的地層波速，有助于地層評估和油氣識別，從而有利于對已有油田進(jìn)行挖潛改造。 在隨鉆聲波測井?dāng)?shù)據(jù)中提取地層波速，可為油田的勘探和開發(fā)提供實(shí)時聲速數(shù)據(jù)。
[0003] 迄今為止，所有獲得地層聲速的方法都是針對測井聲波數(shù)據(jù)中直接提取的，受數(shù) 據(jù)中的噪聲干擾影響很大。Hsu等人（KaiHsuandArthurB.Baggeroer, 1986,Application ofthemaximum-likelihoodmethod(MLM)forsonicvelocitylogging,Geophysics, 51(3)，P. 780-787)、Valero等人（Henri-PierreValero,OliverSkeltonandCarlos Mauricio, 2003,Processingofmonopolesonicwaveformsthroughcasedhole,SEG AnnualMeeting)和Bose等人(SandipBose,Henri-PierreValeroandAlain Dumont, 2009,SemblanceCriterionModificationtoIncorporateSignalEnergy Threshold,SEGAnnualMeeting)分別提出了最大似然法、管波扣除法和能量閾值法來提 取地層聲速，但這些方法具有以下局限性：
[0004] 1、最大似然法受信號的相對幅度影響很大，當(dāng)?shù)貙硬ㄐ盘柵c管波信號的信噪比 差，因而相關(guān)性降低時，難于獲得有效的地層信息。
[0005] 2、管波扣除法利用管波與地層波的聲波波至到時差異，將先行到達(dá)的管波從波形 中扣除，從而提取地層信息，但當(dāng)管波與地層波在時間上重疊時，該方法則難于有效地獲得 地層信息。
[0006] 3、能量閾值法根據(jù)管波與地層波的波形能量設(shè)置閾值，進(jìn)而提取地層信息，但當(dāng) 管波能量比地層波能量強(qiáng)時，也難于提取地層信息。
[0007] 油田中的生產(chǎn)井大多是套管井，當(dāng)套管與地層膠結(jié)差時，采用原有的聲波處理方 法不能有效地獲取地層信息。同樣地，在隨鉆聲波處理中鉆鋌波干擾較強(qiáng)時，也難于提取地 層信息。因此，需要新的聲波處理方法能夠更有效地在管波干擾的條件下提取地層的聲波 信號。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為克服現(xiàn)有處理技術(shù)在管波存在時的缺陷，本發(fā)明利用管波與地層波的干涉現(xiàn) 象，提出一種提取地層聲速的方法，可用于隨鉆或套管井聲波測井?dāng)?shù)據(jù)處理并獲得地層聲 速。在隨鉆或套管井聲波測井條件下，利用管波與地層聲波的相互干涉提取地層聲速，獲得 地層聲波時差曲線；該方法中，管波和地層波可以相互混疊，因而不會局限于聲波幅度和聲 波波至到時的影響，具有很好的應(yīng)用前景。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明采用如下為處理方案：
[0010] 本發(fā)明提供一種利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，包括以下幾 個步驟：
[0011] 步驟一、在深度區(qū)間進(jìn)行隨鉆聲波測井或過套管聲波測井，分別得到隨鉆單極子 聲波全波陣列數(shù)據(jù)或過套管聲波全波陣列數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟二、對隨鉆單極子聲波全波陣列數(shù)據(jù)或過套管聲波全波陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 得到處理深度位置處的管波慢度；
[0013] 步驟三、在波形數(shù)據(jù)上加時間窗，利用傅里葉變換將時間窗內(nèi)聲波數(shù)據(jù)的時域波 形轉(zhuǎn)換到頻域，計(jì)算窗內(nèi)陣列波形數(shù)據(jù)的功率譜、平均功率譜以及信號差譜；
[0014] 步驟四、對陣列信號差譜進(jìn)行希爾伯特變換，將此變換信號作為虛部，陣列信號差 譜作為實(shí)部，得到只含地層信息的復(fù)數(shù)解析信號譜，然后用傅里葉逆變換將該復(fù)數(shù)解析信 號譜變換到時域，得到只含地層信息的陣列波形；
[0015] 步驟五、對得到的只含地層信息的陣列波形進(jìn)行處理，得到當(dāng)前深度位置處的地 層聲波時差；
[0016] 步驟六、重復(fù)步驟二到步驟五，直至整個深度區(qū)間處理完畢，獲得處理深度區(qū)間內(nèi) 的地層聲波時差曲線。
[0017] 所述步驟一具體為：測井儀器的接收陣列由N個間距為d的接收器組成，在波形 數(shù)據(jù)上加時間窗，窗內(nèi)的波形數(shù)據(jù)由管波和地層縱波組成，則第η個接收器上的波形數(shù)據(jù)D"(t)表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征在于，包括W下幾 個步驟： 步驟一、在深度區(qū)間進(jìn)行隨鉆聲波測井或過套管聲波測井，分別得到隨鉆單極子聲波 全波陣列數(shù)據(jù)或過套管聲波全波陣列數(shù)據(jù)； 步驟二、對隨鉆單極子聲波全波陣列數(shù)據(jù)或過套管聲波全波陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到 處理深度位置處的管波慢度； 步驟H、在波形數(shù)據(jù)上加時間窗，利用傅里葉變換將時間窗內(nèi)聲波數(shù)據(jù)的時域波形轉(zhuǎn) 換到頻域，計(jì)算窗內(nèi)陣列波形數(shù)據(jù)的功率譜、平均功率譜W及信號差譜； 步驟四、對陣列信號差譜進(jìn)行希爾伯特變換，將此變換信號作為虛部，陣列信號差譜作 為實(shí)部，得到只含地層信息的復(fù)數(shù)解析信號譜，然后用傅里葉逆變換將該復(fù)數(shù)解析信號譜 變換到時域，得到只含地層信息的陣列波形； 步驟五、對得到的只含地層信息的陣列波形進(jìn)行處理，得到當(dāng)前深度位置處的地層聲 波時差； 步驟六、重復(fù)步驟二到步驟五，直至整個深度區(qū)間處理完畢，獲得處理深度區(qū)間內(nèi)的地 層聲波時差曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征 在于，所述步驟一具體為：測井儀器的接收陣列由N個間距為d的接收器組成，在波形數(shù)據(jù) 上加時間窗，窗內(nèi)的波形數(shù)據(jù)由管波和地層縱波組成，則第n個接收器上的波形數(shù)據(jù)D"(t) 表不為： 公"(0 =巧：'以一/,;(打一1 例+ 冰/以一'。'一.、;,("一1)(。 （ 1) 其中《是管波的波至到時；St是管波的慢度；《是地層縱波的波至到時；Sf是地層縱 波的慢度；和W/分別表示第n個接收器上記錄的管波和地層縱波；t表示時間；d表示 接收器之間的間距；n表示第n個接收器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征 在于，所述步驟二具體為： 利用時間-慢度相關(guān)法，利用公式（2)得到當(dāng)前深度位置處的管波慢度St :
其中，Dm(t)表示陣列波形中第m個接收換能器上的波形，d表示聲波接收換能器的間 隔，T表示時間窗T，的位置，S表示慢度區(qū)間中的某一慢度值，N表示接收器總數(shù)，m表示第 m個接收器；對整個波形或者波形中的某一時段W及給定的慢度區(qū)間按公式（2)計(jì)算出二 維相關(guān)函數(shù)Corr (S，T)，當(dāng)相關(guān)函數(shù)取極大值時對應(yīng)的慢度值S時，獲得管波慢度S,。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征 在于，所述步驟H具體為： 將所加時間窗內(nèi)只含管波和地層波的信號采用傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻域如下：

其中《為圓頻率；巧f(崎和巧/'(崎分別為第n個接收器的管波和地層縱波的波譜； 〇。（《)表示第n個接收器上的波形的波譜；n表示第n個接收器；地層縱波與管波的波譜之 比為常數(shù)r，W(U)表示聲源的波譜； 由于 KHHlWc份:)1,則 w (1) 獲得窗內(nèi)陣列波形數(shù)據(jù)的功率譜： 將公式（4)代入到公式（3)中計(jì)算第n個接收器上的波形功率譜P"(?)，得到： Pn(CO) = IIw(W)II 2 {i+r2+2r COS [ W [ 5 t〇+ 5 S (n_l) d] ]} 妨 其中5 t。表示地層縱波的波至到時與管波的波至到時之差，汾。=皆-f。7; 5 S表示地 層縱波的慢度與管波的慢度之差，5 S = Sf-ST ;t。表示聲波的波至到時； (2) 計(jì)算整個陣列波形數(shù)據(jù)的平均功率譜： 將公式（5)移項(xiàng)得到： (1+刊 I Iw(W) I |2 = Pn(w)-2r| Iw(W) I |2cos[w[St〇+Ss(n-l)d]] 做 得到整個陣列波形數(shù)據(jù)的平均功率譜種W):
(3) 計(jì)算每一個接收器波形數(shù)據(jù)的信號差譜： 從第n個接收器波形的功率譜P"(?)中減去平均功率譜得到波形的信號差譜 Rn(W): K,(似)二 (似)-巧汾)二 2/'|吟(的|2 cos{對沒。+ &(" - 1)別} ( g ) 通過上述過程獲得窗內(nèi)陣列波形數(shù)據(jù)的功率譜、平均功率譜和信號差譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征 在于，所述步驟四具體為： 將波形的信號差譜咕（《)的等式兩邊取希爾伯特變換得到： 1。（ W) = Hilbert 出。（《)} = 2r I I W( CO) I 12sin {CO [ 5 t〇+ 5 S (n-1) d]} (9) 其中，化化ert{ ? }表示對括弧{ ? }中的函數(shù)取希爾伯特變換；1。〇)表示對信號差 譜進(jìn)行希爾伯特變換后所得的信號； 將公式（8)與公式（9)合并組成復(fù)數(shù)解析信號譜A"(?):
將從步驟二提取的管波慢度St及其初至《代入公式（10)，得到只含地層慢度信息的 復(fù)數(shù)解析信號譜4'(W):


將上述解析信號譜用傅里葉逆變換到時域，得到時域信號冷的： 4',' (0 =廠'M"'(似)！ = - 'S'/(" -1)(/] (12) 尸表示傅里葉逆變換；該時域信號的相位在陣列接收器上的相移由地層縱波的慢度 Sf所確定，最終獲得只含地層信息的陣列波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用管波與地層聲波干涉原理提取地層聲速的方法，其特征 在于，所述步驟五中對只含地層信息的陣列波形采用時間-慢度相關(guān)方法進(jìn)行處理，得到 當(dāng)前深度位置處的地層聲波時差。
【文檔編號】E21B47/14GK104265277SQ201410372976
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】唐曉明, 祁曉, 蘇遠(yuǎn)大, 李盛清 申請人:中國石油大學(xué)(華東)