基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法
2023-10-05 00:58:44
專利名稱：基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法
技術領域：
該發明屬於聲波測井資料處理方法領域。發明涉及利用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法，在試驗的基礎上，研究了偶極X和Y方向激發波形幅度不一致對時間域各向異性方位角計算的影響，從而提出基於頻率域計算各向異性方位角的方法，計算的各向異性方位角集中在真實值附近，與時間域計算的方位角相比，其分布集中，受X方向與Y方向偶極激發波形幅度差異的影響較小。
背景技術：
傳統的聲波速度測井只利用了縱波的速度信息，對於攜帶了大量地層信息的後續波沒有記錄，聲波全波列測井可以得到縱波、橫波、視瑞利波和斯通利波的速度信息、幅度衰減及頻率信息，這就使得聲波測井從地層中獲得的信息以及對信息的利用率大為增加。 後來出現的長源距聲波和陣列聲波測井儘管各種性能得到了很大的改善，但在軟地層中橫波還是難以測量。20世紀80年代出現的偶極技術使得在軟地層中獲得橫波成為現實，於是多極子陣列聲波測井儀應運而生。斯倫貝謝公司在1990年推出了偶極橫波成像測井儀DSI，1992年阿特拉斯公司推出多極子陣列聲波測井儀MAC及隨後升級為正交多極子陣列聲波測井儀XMAC，哈裡伯頓公司也推出了正交偶極子陣列聲波測井儀WaveSonic，2005年斯倫貝謝又推出了新的儀器聲波掃描儀SonicScanner，接收器及發射器的陣列化及方向性使得採集的信息更為豐富與準確。偶極聲源是一種定向的壓力源，像一個活塞，使井壁一側的壓力增加，而另一側壓力減小，引起井壁出現擾動，這種擾曲運動產生的剪切撓曲波具有頻散特性，在低頻時其傳播速度趨近於橫波。偶極聲源還有一個突出優勢，因為是指向性的發射，因此可以用來測量波速隨角度的變化，從而評價地層的各向異性，在構造應力不均衡或裂縫性地層中，橫波在傳播過程中通常分離成快橫波、慢橫波，且快、慢橫波速度通常顯示出方位各向異性。由此出現正交偶極技術，沿兩個互相垂直方向分別向地層定向發射壓力脈衝，通過兩列接收波形的時間差和相位差，計算地層的各向異性方位角，並評價垂直微裂縫和地應力狀態。這一資料已經在區域裂縫有效性判別，砂體追蹤、地應力分析、斷層確定以及區塊評價等等眾多石油地質應用中發揮了重要作用，逐步成為測井跳出一孔之見走向區域和構造研究的一個關鍵資料。ECLIPS-5700測井系統中的正交多極子陣列聲波測井儀(XMAC-II)是將一個單極陣列和一個偶極陣列正交組合在一起，兩個陣列配置是完全獨立的，各自具有不同的傳感器。單極陣列包括兩個單極聲源和8個接收器，聲源發射器發射的聲波中心頻率為8kHz。偶極陣列是由兩個正交擺放(相差90°)的偶極聲源及8組正交擺放的偶極接收器組成。接收器間距為O. 5英尺，每個深度點記錄12個單極源波形，其中8個為陣列全波波形，4個為記錄普通聲波時差的全波波形。每個深度點記錄32個偶極源波形，即每個接收器記錄XX、XY、YX、YY 4個偶極源波形，Χ、Υ表示不同方位的發射器或接收器的方向。地層橫波各向異性方位角的信息耦合在這4個偶極波形中，通過建立目標函數進行聯合求解，將這32個波形中所包含的方位角信息進行綜合，取得了一定的效果，並且編成了商業軟體在實踐中大量的使用。目前，正交多極子聲波測井儀器已經開始國產化，通常情況下，用偶極波形XX或者YY計算地層橫波時差的問題並不突出，只需要解決好頻散對時差計算的影響即可，對激發探頭的要求比較少一隻要滿足橫波激發的條件即可。但是計算地層的各向異性方位角則不然，方位角計算的精度大大依賴於X和Y方向激發探頭的一致性，或者說正交偶極子聲波測井對探頭的一致性要求很高。如若不一致，基於傳統時間域計算的方位角比較分散，誤差較大。為了解決這一難題，一方面對偶極源探頭的製作工藝提出更高的要求，一方面從處理方法入手，研究偶極X和Y方向激發波形幅度不一致對時間域各向異性方位角計算的影響，提出基於頻率域計算各向異性的方法
發明內容
本發明目的利用偶極橫波測井資料在頻率域計算地層的各向異性方位角，在試驗的基礎上，研究偶極X和Y方向激發波形幅度不一致對時間域各向異性方位角計算的影響，將偶極波形進行傅立葉變換後，在頻率域計算地層橫波各向異性方位角。技術方案
為了實現上述目的，本發明提出了利用偶極橫波測井資料基於頻率域計算各向異性方位角的方法，具體步驟如下
步驟I、用時間窗選取偶極子橫波測井波形中橫波部分的波形，去掉波形中首波所包含的地層的縱波波形部分(不同方位所測量的波形中縱波波形基本上重合，橫波波形有相位差異)；對所有參與計算的波形，用固定窗去掉波形中的後續波成分。步驟2、對選取的波形做FFT，在頻率域用複數計算各個頻率處地層各向異性方位角，得到隨頻率變化的各向異性方位角曲線；
步驟3、用波形XX或者YY的幅度譜乘以各向異性方位角曲線，並對幅度進行歸一化，獲得幅度加權以後的各向異性方位角曲線。步驟4、將不同源距波形所計算的各向異性方位角曲線疊加，得到總的各向異性方位角曲線。步驟5、固定方位角區間，改變方位角，統計方位角區間內方位角曲線的點數，即將方位角曲線向方位角投影，獲得方位分布曲線。該分布曲線用顏色表示以後可以作為中間結果輸出。步驟6、取方位角分布曲線的最大值作為該深度所獲得的各向異性方位角數值。連續處理其它深度的波形，獲得最終全井段的方位角曲線。本發明實現了利用偶極橫波測井資料基於頻率域計算各向異性方位角，將偶極波形進行傅立葉變換後，基於頻率域計算的各向異性方位角集中在真實值附近，與時間域計算的方位角相比，其分布相對集中，受X方向與Y方向偶極激發波形幅度差異的影響較小。
圖I為本發明一種實施例的流程圖。圖2是Y方向激發幅度是X方向的I. 04-1. 2倍時用時間域計算的方位角及其分布圖。圖3是Y方向激發的振動幅度是X方向的I. 04-1. 2倍時，用頻譜計算的方位角分布圖。圖4左圖是基於時間域計算的方位角分布圖；圖4右圖是用頻率域計算的方位角分布曲線圖。
具體實施例方式結合附圖1，經過我們長時間的研究和對各種地層所測量波形的分析與處理，在充分掌握並分析了大量處理結果數據的基礎上，提出了這一套具體實施方法。
首先，用時間窗選取所測量波形中主要反應橫波部分的波形。通常情況下，所測量的波形中橫波成分佔據主要部分。但是，對於有些地層，現有的偶極子聲源能夠激發出幅度比較大、頻率高於6kHz的縱波成分。因此，在進行處理前首先對原始波形中這些縱波成分進行必要的識別。其次，從所測量的波形中選擇出一段橫波波形。具體的選取方式按照通常地層的橫波時差確定一個固定的時差，按照該時差對不同源距的波形確定時間窗的開始時刻。或者首先用波形XX或者YY計算一個橫波時差，用該時差對不同源距的橫波波形進行開窗。對選擇出來的波形做FFT，選擇幅度譜超過最大幅度20%的頻率計算地層的各向異性方位角，獲得頻率域地層的各向異性方位角曲線。這是一個複數，實部表示地層的各向異性方位角，同時獲得所計算的各向異性方位角的虛部曲線，該曲線作為計算結果精度的一個指示。對方位角曲線進行幅度加權，即乘以幅度譜，在進行歸一化，獲得加權以後的方位角曲線。對所有源距的四個波形進行上述處理，獲得8條加權以後的方位角曲線，將這些方位角曲線求和，獲得總的方位角曲線。將方位角曲線向方位角投影，得到方位角分布曲線，該分布曲線的最大值則反應該深度所對應的方位角。對方位角分布曲線去極大值，或者該深度處的各向異性方位角。結合附圖2，幅度最大的分布是Y方向發射振動的幅度是X方向發射振動的幅度的
I.04倍時計算的方位角分布。該分布很集中，峰值很尖；幅度最低的是I. 2倍時分布，分布不集中、在一定的範圍內均有分布，幅度比較小。由於分布不集中，1500個點中只有300點等於真正的方位角值。另外，分布不集中、幅度比較小的曲線的最大值剛好等於20°，而分布集中、幅度最大的曲線的最大值則偏離20° ,小於20°。結合附圖3從方位角隨頻率的分布可以看出當頻率比較低時，計算的方位角誤差比較大，隨著頻率的增加，方位角趨於實際值20°。X和Y的幅度差別越小，趨於實際值的速度越快。右圖是方位角的統計結果，從圖上看到除了 20°有一個明顯的最大值外，其它方位角值的分布很少。圖4左圖是基於時間域計算的方位角分布圖；圖4右圖是用頻率域計算的方位角分布曲線圖。從方位角隨頻率的分布可以看出當頻率比較低時，計算的方位角誤差比較大，隨著頻率的增加，方位角趨於實際值20°。X和Y的幅度差別越小，趨於實際值的速度越快。右圖是方位角的統計結果，從圖上看到除了 20°有一個明顯的最大值外，其它方位角值的分布很少。在實際使用時，由於偶極子聲波測井的頻率比較低，通常其採樣間距也比較大(例如36us)，波形的前幾個周期沒有頻散或其它幹擾波存在，比較純，因此，在時域計算時僅僅取前幾個周期的值，所能夠取到的原始數據比較少。當幅度有差異時，直接用原始數據計算的方位角會出現很分散的情況，
通過試驗以及實際資料處理表明，基於頻率域計算的各向異性方位角分布集中，準確度高，明顯優於傳統的時間域計算結果，值得今後大力推廣應用於實際中，以獲得更為準確的地應力方向信息，這一發明也將有助於偶極橫波測井資料的推廣。
權利要求
1.一種基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法，其特徵是 步驟(I)、用時間窗選取偶極子橫波測井波形中橫波部分的波形，去掉波形中首波所包含的地層的縱波波形部分；對所有參與計算的波形，用固定窗去掉波形中的後續波成分；步驟(2)、對選取的波形做FFT，在頻率域用複數計算各個頻率處地層各向異性方位角，得到隨頻率變化的各向異性方位角曲線； 步驟(3)、用波形XX或者YY的幅度譜乘以各向異性方位角曲線，並對幅度進行歸一化，獲得幅度加權以後的各向異性方位角曲線； 步驟(4)、將不同源距波形所計算的各向異性方位角曲線疊加，得到總的各向異性方位角曲線； 步驟(5)、固定方位角區間，改變方位角，統計方位角區間內方位角曲線的點數，即將方位角曲線向方位角投影，獲得方位分布曲線； 步驟(6)、取方位角分布曲線的最大值作為該深度所獲得的各向異性方位角數值，連續處理其它深度的波形，獲得最終全井段的方位角曲線。
2.根據權利要求I所述的基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法，其特徵是步驟(4)中選取8個源距的波形處理結果相加，形成總的方位角分布曲線，該分布曲線即可作為地層各向異性方位角處理結果進行輸出，並進一步取其極大值位置獲得方位角值。
3.根據權利要求I所述的基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法，其特徵是步驟(4)中用8個不同源距波形計算的各向異性方位角曲線的方法中，將橫波速度提取與方位角計算分開進行。
全文摘要
本發明基於頻率域用偶極橫波測井資料計算各向異性方位角的方法包括用時間窗選取偶極子橫波測井波形中橫波部分的波形；對選取的波形做FFT，得到隨頻率變化的各向異性方位角曲線；用波形XX或者YY的幅度譜乘以各向異性方位角曲線，獲得幅度加權以後的各向異性方位角曲線；將不同源距波形所計算的各向異性方位角曲線疊加，得到總的各向異性方位角曲線；固定方位角區間，改變方位角，統計方位角區間內方位角曲線的點數；取方位角分布曲線的最大值作為該深度所獲得的各向異性方位角數值。本發明利用偶極橫波測井資料基於頻率域計算各向異性方位角，與時間域計算的方位角相比，其分布相對集中，受X方向與Y方向偶極激發波形幅度差異的影響較小。
文檔編號E21B49/00GK102830433SQ20121029091
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者朱留方, 吳海燕, 翟勇, 張晉言, 沈建國, 沈洪楚, 孫清溪, 閻招金, 王志美, 田豔, 高娜 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團勝利石油管理局測井公司, 天津大學