方位井間地震勘探方法
2023-11-11 19:41:52 3
專利名稱：方位井間地震勘探方法
技術領域：
本發明屬於應用地球物理領域，涉及一種方位井間地震勘探方法背景技術井間地震勘探技術是指在發射井內布置一個聲源而在鄰近接收井內布置若干個接收換能器，發射探頭髮出的聲波信號經過井間地層傳播後被接收探頭所接收，通過發收探頭的上下移動實現對井間地層的測量評價。井間地震勘探技術是一種測量解析度較高的地層評價技術，尤其在油田開發中後期的油藏動態檢測中有重要應用價值。在當前的井間地震勘探技術中，如圖1所示，發射井中的聲源採用了輻射指向性類似於點聲源的聲源，它向地層中的各個方向均勻地輻射聲波，其中只有一小部分聲波能量向著接收井的接收探頭方向傳播，而大部分聲波能量成為無用信號或幹擾信號。例如，如圖1所示，假設發射井和接收井都位於yz平面內，發射探頭髮出的聲波信號會在發射井井旁地層的各個方向傳播，其yz平面的指向性和xz平面的指向性都不能進行控制。在井間地層內各個方向傳播的聲波有可能變成多次反射波、折射波或散射波後被接收探頭所接收，使接收信號變得非常複雜。
點聲源的使用使井間地震勘探的資料處理和反演具有複雜性和多解性，也制約了其探測距離。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有方位分辨能力的方位井間地震勘探方法，克服上述現有技術中存在的缺陷。
為了實現上述目的，本發明提供一種方位井間地震勘探方法，其用於進行井間測量的聲系包括發射探頭和至少一個接收探頭，該發射探頭為相控組合圓弧陣聲波輻射器，該接收探頭為單極子聲波接收換能器；該勘探方法包括步驟A.將發射探頭布置在發射井中，將至少一個接收探頭布置在接收井中；
B.改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，並施加合適的延遲激勵以實現井下聲源向某一側井壁輻射聲波；C.使上述輻射的聲波以小於第一臨界角並沿某一方位角入射於某一側井壁介質，使此方位角範圍內的井壁介質參與振動，而該方位角範圍外的井壁介質不參與振動；D.改變入射角的大小來改變井旁地層中輻射聲場的波矢量與垂直方向的夾角(極角)，對井旁地層進行掃描測量，實現對井間地層在極角方向的輻射聲場掃描和全極角測量；E.各個接收探頭接收上述方位角範圍內的聲波信號，使其僅僅包含發射井和接收井所在平面內的井間地層的信息；F.對上述步驟中得到的不同源距的多道接收信號進行處理，得到上述包含發射井和接收井所在平面內的井間地層的聲學評價。
優選的，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元數大於1，並且其相對對稱的陣元同位相振動。
優選的，所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元間施加的激勵延遲為R(cosα1-cosαn)/c其中，R-相控組合圓弧陣聲波輻射器半徑；Rcosα1-一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；Rcosαn-另一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；c-聲速；α1-一陣元與輻射方向中心軸的夾角；αn-另一陣元與輻射方向中心軸的夾角。
優選的，在井間距離確定的前提下，在實施井間測量時使得接收探頭和發射探頭之間的距離最小。
優選的，將發射探頭布置在發射井中，將至少一個接收探頭布置在若干個鄰近的接收井中。
優選的，該方法既可應用於裸眼井井間地震勘探，也可應用於套管井井間地震勘探。
優選的，所述發射探頭輻射的聲波測量頻率範圍為0.5kHz～10kHz。
優選的，所述聲系在井孔中上升或下降過程中在不同深度點重複步驟A至E，對井間地層進行掃描測量。
本發明具有的優點1、本發明採用相控組合圓弧陣聲波輻射器，它能夠使輻射聲波以小於第一臨界角並以一定方位角範圍入射於井壁並向井旁一側地層中的任意預定方向輻射聲波能量，使井間地層中的聲波朝著接收探頭所在位置方向傳播並被接收井內不同位置的多個聲波接收換能器所接收，使接收信號中含有由發射井和接收井所確定的平面內井間地層的信息，通過對多道接收信號的處理就可以計算出由發射井和接收井所確定的平面內井間地層聲學界面的分布和傾角，從而實現對發射井指定方位角範圍內井間地層的聲學評價。
2、本發明所述方法可以從根本上增加進入地層的聲波能量並沿特定方位角範圍內傳播、從而可以增加井間地震勘探的探測距離和提高信噪比，消除資料解釋的多解性。
本發明的上述和另外的特徵、優點可以通過以下結合附圖的詳細說明得到進一步的理解。
圖1為現有技術中井間地震勘探示意圖；圖2為本發明方位井間地震勘探方法的流程圖；圖3為相控組合圓弧陣聲波輻射器示意圖；圖4為本發明的方位井間地震勘探示意圖；圖5為相控圓弧陣聲波輻射器聲波輻射方向控制示意圖。
附圖標記說明發射探頭1；發射井11；接收探頭2；接收井21。
具體實施例方式
如圖2至圖5所示，本發明提供一種方位井間地震勘探方法，該方法既可應用於裸眼井方位井間地震勘探，也可應用於套管井方位井間地震勘探，其用於進行測量的聲系包括有發射探頭1和至少一個接收探頭2，如圖3所示，該發射探頭1採用的是專利號為ZL 20031011 5236.1的發明專利中所述的相控組合圓弧陣聲波輻射器，該接收探頭2為單極子聲波接收換能器，將發射探頭1布置在發射井11中，將至少一個接收探頭2布置在若干個鄰近的接收井21中；如圖2所示，該方法包括以下步驟A.將發射探頭1布置在發射井11中，將至少一個接收探頭2布置在接收井21中；B.改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，並施加合適的延遲激勵以實現井下聲源向某一側井壁輻射聲波；C.使上述輻射的聲波以小於第一臨界角並沿某一方位角入射於某一側井壁介質，使此方位角範圍內的井壁介質參與振動，而該方位角範圍外的井壁介質不參與振動；D.改變入射角的大小來改變井旁地層中輻射聲場的波矢量與井軸方向的夾角(極角)，對井旁地層進行掃描測量，實現對井間地層在極角方向的輻射聲場掃描和全極角測量；E.各個接收探頭2接收上述方位角範圍內的聲波信號，使其僅僅包含發射井和接收井所在平面內的井間地層界面的信息；F.對上述步驟中得到的不同源距的多道接收信號進行處理，得到上述方位角範圍內井間地層的聲學評價。
所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元數大於1，既可以是偶數，也可以是奇數，並且其相對對稱的陣元同位相振動。
如圖5所示，為了便於說明利用相控組合圓弧陣聲波輻射器實現方位掃描輻射聲波，我們以半徑為R、24陣元圓弧陣為例進行說明。在某一次測量中圓弧陣上僅由1～6號陣元工作來完成某一次聲波輻射(其它陣元不工作)，並設置1號與6號陣元同位相振動、2號與5號陣元同位相振動、3號與4號陣元同位相振動。4、5、6號陣元的激勵起始時刻分別用t1、t2和t3表示，並取t1-t3=Rc(cos1-cos3)]]>t1-t2=Rc(cos1-cos2)]]>t2-t3=Rc(cos2-cos3)]]>其中，R-相控組合圓弧陣聲波輻射器半徑；Rcosα1-一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；
Rcosαn(n＝2，3)-另一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；c-聲速；α1-一陣元與輻射方向中心軸的夾角；αn(n＝2，3)-另一陣元與輻射方向中心軸的夾角。
根據相控圓弧陣輻射指向性原理可知，這6個陣元協同工作的結果是使聲波沿著圖中所示的x方向輻射。類似地，當取0～5號陣元按相應的延遲時間激勵工作時就可以使聲波沿著圖中所示的x1方向輻射。若參與工作的發射探頭1，也就是相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元數為奇數，則以中間的陣元的中心軸線為對稱，兩邊對稱的陣元進行同位相振動，依次改變參與工作的陣元組合併施加合適的延遲激勵就可以實現井下聲源向井壁圓周進行方位掃描輻射聲波。
同時，通過控制相控組合圓弧陣的垂直指向性和輻射聲束角寬使聲波能量以小於第一臨界角入射於井壁(專利ZL 20031011 5236.1中已經公布了「垂直指向性」的控制方法)，這樣可以從根本上增加進入地層的聲波能量、增加探測距離和提高信噪比。
如圖4所示，通過方位輻射聲波控制技術，可以使井旁地層中的聲波僅僅沿發射井和接收井所在的平面(圖中的yz平面，亦即包含發射井的固定方位角α的平面)內傳播，井間地層中聲波的波矢量 基本沒有x分量。
通過控制相控組合圓弧陣的垂直指向性(專利ZL 20031011 5236.1中已經公布了「垂直指向性」的控制方法)，可以改變入射角的大小來改變井旁地層中輻射聲場的波矢量 與z軸(垂直方向)的夾角φ(即極角)，實現對井間地層在極角方向的輻射聲場掃描和全極角測量，如圖4所示。
所述聲系可以在井孔中上升或下降過程中在不同深度點重複步驟A至E，對井間地層進行掃描測量。
總之，通過合理地控制相控組合圓弧陣的輻射特性，可以控制井間地層中的波矢量 的空間方向，實現井間地層中掃描輻射聲場，有利於分別在多個接收井內聲波信號的接收和處理，實現真正三維井間地震勘探。
如圖4所示，上述的每一次掃描輻射聲波都使發射探頭1發出的脈衝聲波由井內進入地層並沿發射井的一定方位角範圍內的一側井間地層中傳播，而此方位角範圍以外的井間地層介質並未參與振動。此聲波脈衝信號遇到該側井間地層界面或層理時會發生折射並被接收井中的多個接收探頭2，也就是聲波接收換能器所接收，接收信號中將只含有這一側井間地層的信息，通過對多道接收信號的處理就可以評價該側井間地層聲學界面的分布和傾角，從而實現對發射井指定方位角範圍內井間地層的聲學評價。
本發明所述的方位井間地震勘探方法對源距的選擇具有一定的優先選項。如圖2所示，在發射井和接收井井間距離確定的前提下，在實施井間測量時儘可能使接收探頭2和發射探頭1之間的距離為最小，即使得進入地層的聲波傳播方向和由地層折射到接收井內並被接收到的聲波的傳播方向都近似於與井軸垂直。這樣聲波在井間傳播的幾何路徑較小、信號衰減較小，以保證足夠的信噪比和增大探測距離。
相控組合圓弧陣的輻射指向性、聲波信號的幅度與聲波頻率有關。為了保證本發明所提出的方位井間地震勘探有良好的方位分辨能力同時兼顧聲波信號的信噪比，本發明要求聲波測量頻率範圍為0.5kHz～10kHz。
所述的對上述不同源距的多道接收信號的處理，是指聲波到達時間和幅度的計算處理得到井間地層的聲學信息，進而實現對由發射井和接收井所確定的平面內的地層性質的聲學評價。此為本領域技術人員都可以知曉的處理方法這裡就不再贅述了。
應當理解，以上結合實施例的說明對本發明而言只是說明性而非限制性的，在不脫離本發明的精神和範圍內，可對本發明做出許多變更和修改，其都將落在由權利要求所限定的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種方位井間地震勘探方法，其特徵在於用於進行測井的聲系包括發射探頭和至少一個接收探頭，該發射探頭為相控組合圓弧陣聲波輻射器，該接收探頭為單極子聲波接收換能器；該聲學勘探方法包括步驟A.將發射探頭布置在發射井中，將至少一個接收探頭布置在接收井中；B.改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，並施加合適的延遲激勵以實現井下聲源向某一側井壁輻射聲波；C.使上述輻射的聲波以小於第一臨界角並沿某一方位角入射於某一側井壁介質，使此方位角範圍內的井壁介質參與振動，而該方位角範圍外的井壁介質不參與振動；D.改變入射角的大小來改變井旁地層中輻射聲場的波矢量與井軸方向的夾角，對井旁地層進行掃描測量，實現對井間地層中在極角方向的輻射聲場掃描和全極角測量；E.各個接收探頭接收上述方位角範圍內的聲波信號，使其僅僅包含發射井和接收井所在平面內的井間地層的信息；F.對上述步驟中得到的不同源距的多道接收信號進行處理，得到上述含發射井和接收井所在平面內的井間地層的聲學評價。
2.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元個數大於1，並且其相對對稱的陣元同位相振動。
3.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於所述的參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元間施加的激勵延遲為R(cosα1-cosαn)/c其中，R-相控組合圓弧陣聲波輻射器半徑；Rcosα1-一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；Rcosαn-另一振動陣元與輻射中心的連線在輻射方向中心軸上的投影；c-聲速；α1-一陣元與輻射方向中心軸的夾角；αn-另一陣元與輻射方向中心軸的夾角。
4.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於將發射探頭布置在發射井中，將至少一個接收探頭布置在若干個鄰近的接收井中。
5.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於在發射井和接收井井間距離確定的前提下，在實施井間測量時使得接收探頭和發射探頭之間的距離最小。
6.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於該方法既可應用於裸眼井井間地震勘探，也可應用於套管井井間地震勘探。
7.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於所述發射探頭輻射的聲波測量頻率範圍為0.5kHz～10kHz。
8.如權利要求1所述的方位井間地震勘探方法，其特徵在於所述聲系在井孔中上升或下降過程中在不同深度點重複步驟A至E，對井間地層進行掃描測量。
全文摘要
一種方位井間地震勘探方法，包括步驟A.將組合圓弧陣聲波輻射器布置在發射井中，將至少一個接收探頭布置在接收井中；B.改變參與工作的相控組合圓弧陣聲波輻射器的陣元組合，並施加合適的延遲激勵以實現井下聲源向某一側井壁輻射聲波；C.使上述輻射的聲波以小於第一臨界角並沿某一方位角入射於某一側井壁介質；D.改變入射角的大小，對井旁地層進行掃描測量，實現對井間地層在極角方向的輻射聲場掃描和全極角測量；E.各個接收探頭接收上述方位角範圍內的聲波信號，使其僅僅包含發射井和接收井所在平面內的井間地層的信息；F.對上述步驟中得到的不同源距的多道接收信號進行處理，實現對包含發射井和接收井所在平面內的井間地層的聲學評價。
文檔編號G01V1/16GK101042437SQ20061014424
公開日2007年9月26日 申請日期2006年11月30日 優先權日2006年11月30日
發明者鞠曉東, 喬文孝, 車小花 申請人:中國石油天然氣集團公司, 中國石油大學(北京)