專利名稱：基于頻率域用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明屬于聲波測井資料處理方法領(lǐng)域。發(fā)明涉及利用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了偶極X和Y方向激發(fā)波形幅度不一致對時(shí)間域各向異性方位角計(jì)算的影響，從而提出基于頻率域計(jì)算各向異性方位角的方法，計(jì)算的各向異性方位角集中在真實(shí)值附近，與時(shí)間域計(jì)算的方位角相比，其分布集中，受X方向與Y方向偶極激發(fā)波形幅度差異的影響較小。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的聲波速度測井只利用了縱波的速度信息，對于攜帶了大量地層信息的后續(xù)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。 后來出現(xiàn)的長源距聲波和陣列聲波測井盡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(jì)80年代出現(xiàn)的偶極技術(shù)使得在軟地層中獲得橫波成為現(xiàn)實(shí)，于是多極子陣列聲波測井儀應(yīng)運(yùn)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及隨后升級為正交多極子陣列聲波測井儀XMAC，哈里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(fā)射器的陣列化及方向性使得采集的信息更為豐富與準(zhǔn)確。偶極聲源是一種定向的壓力源，像一個(gè)活塞，使井壁一側(cè)的壓力增加，而另一側(cè)壓力減小，引起井壁出現(xiàn)擾動，這種擾曲運(yùn)動產(chǎn)生的剪切撓曲波具有頻散特性，在低頻時(shí)其傳播速度趨近于橫波。偶極聲源還有一個(gè)突出優(yōu)勢，因?yàn)槭侵赶蛐缘陌l(fā)射，因此可以用來測量波速隨角度的變化，從而評價(jià)地層的各向異性，在構(gòu)造應(yīng)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(xiàn)正交偶極技術(shù)，沿兩個(gè)互相垂直方向分別向地層定向發(fā)射壓力脈沖，通過兩列接收波形的時(shí)間差和相位差，計(jì)算地層的各向異性方位角，并評價(jià)垂直微裂縫和地應(yīng)力狀態(tài)。這一資料已經(jīng)在區(qū)域裂縫有效性判別，砂體追蹤、地應(yīng)力分析、斷層確定以及區(qū)塊評價(jià)等等眾多石油地質(zhì)應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用，逐步成為測井跳出一孔之見走向區(qū)域和構(gòu)造研究的一個(gè)關(guān)鍵資料。ECLIPS-5700測井系統(tǒng)中的正交多極子陣列聲波測井儀(XMAC-II)是將一個(gè)單極陣列和一個(gè)偶極陣列正交組合在一起，兩個(gè)陣列配置是完全獨(dú)立的，各自具有不同的傳感器。單極陣列包括兩個(gè)單極聲源和8個(gè)接收器，聲源發(fā)射器發(fā)射的聲波中心頻率為8kHz。偶極陣列是由兩個(gè)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(gè)深度點(diǎn)記錄12個(gè)單極源波形，其中8個(gè)為陣列全波波形，4個(gè)為記錄普通聲波時(shí)差的全波波形。每個(gè)深度點(diǎn)記錄32個(gè)偶極源波形，即每個(gè)接收器記錄XX、XY、YX、YY 4個(gè)偶極源波形，Χ、Υ表示不同方位的發(fā)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(gè)偶極波形中，通過建立目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行聯(lián)合求解，將這32個(gè)波形中所包含的方位角信息進(jìn)行綜合，取得了一定的效果，并且編成了商業(yè)軟件在實(shí)踐中大量的使用。目前，正交多極子聲波測井儀器已經(jīng)開始國產(chǎn)化，通常情況下，用偶極波形XX或者YY計(jì)算地層橫波時(shí)差的問題并不突出，只需要解決好頻散對時(shí)差計(jì)算的影響即可，對激發(fā)探頭的要求比較少一只要滿足橫波激發(fā)的條件即可。但是計(jì)算地層的各向異性方位角則不然，方位角計(jì)算的精度大大依賴于X和Y方向激發(fā)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，基于傳統(tǒng)時(shí)間域計(jì)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制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(fā)波形幅度不一致對時(shí)間域各向異性方位角計(jì)算的影響，提出基于頻率域計(jì)算各向異性的方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的利用偶極橫波測井資料在頻率域計(jì)算地層的各向異性方位角，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究偶極X和Y方向激發(fā)波形幅度不一致對時(shí)間域各向異性方位角計(jì)算的影響，將偶極波形進(jìn)行傅里葉變換后，在頻率域計(jì)算地層橫波各向異性方位角。技術(shù)方案
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了利用偶極橫波測井資料基于頻率域計(jì)算各向異性方位角的方法，具體步驟如下
步驟I、用時(shí)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(jì)算的波形，用固定窗去掉波形中的后續(xù)波成分。步驟2、對選取的波形做FFT，在頻率域用復(fù)數(shù)計(jì)算各個(gè)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，并對幅度進(jìn)行歸一化，獲得幅度加權(quán)以后的各向異性方位角曲線。步驟4、將不同源距波形所計(jì)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(qū)間，改變方位角，統(tǒng)計(jì)方位角區(qū)間內(nèi)方位角曲線的點(diǎn)數(shù)，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后可以作為中間結(jié)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(shù)值。連續(xù)處理其它深度的波形，獲得最終全井段的方位角曲線。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了利用偶極橫波測井資料基于頻率域計(jì)算各向異性方位角，將偶極波形進(jìn)行傅里葉變換后，基于頻率域計(jì)算的各向異性方位角集中在真實(shí)值附近，與時(shí)間域計(jì)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(fā)波形幅度差異的影響較小。


圖I為本發(fā)明一種實(shí)施例的流程圖。圖2是Y方向激發(fā)幅度是X方向的I. 04-1. 2倍時(shí)用時(shí)間域計(jì)算的方位角及其分布圖。圖3是Y方向激發(fā)的振動幅度是X方向的I. 04-1. 2倍時(shí)，用頻譜計(jì)算的方位角分布圖。圖4左圖是基于時(shí)間域計(jì)算的方位角分布圖；圖4右圖是用頻率域計(jì)算的方位角分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖1，經(jīng)過我們長時(shí)間的研究和對各種地層所測量波形的分析與處理，在充分掌握并分析了大量處理結(jié)果數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了這一套具體實(shí)施方法。
首先，用時(shí)間窗選取所測量波形中主要反應(yīng)橫波部分的波形。通常情況下，所測量的波形中橫波成分占據(jù)主要部分。但是，對于有些地層，現(xiàn)有的偶極子聲源能夠激發(fā)出幅度比較大、頻率高于6kHz的縱波成分。因此，在進(jìn)行處理前首先對原始波形中這些縱波成分進(jìn)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(shí)差確定一個(gè)固定的時(shí)差，按照該時(shí)差對不同源距的波形確定時(shí)間窗的開始時(shí)刻?；蛘呤紫扔貌ㄐ蝀X或者YY計(jì)算一個(gè)橫波時(shí)差，用該時(shí)差對不同源距的橫波波形進(jìn)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(jì)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(gè)復(fù)數(shù)，實(shí)部表示地層的各向異性方位角，同時(shí)獲得所計(jì)算的各向異性方位角的虛部曲線，該曲線作為計(jì)算結(jié)果精度的一個(gè)指示。對方位角曲線進(jìn)行幅度加權(quán)，即乘以幅度譜，在進(jìn)行歸一化，獲得加權(quán)以后的方位角曲線。對所有源距的四個(gè)波形進(jìn)行上述處理，獲得8條加權(quán)以后的方位角曲線，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(yīng)該深度所對應(yīng)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(jié)合附圖2，幅度最大的分布是Y方向發(fā)射振動的幅度是X方向發(fā)射振動的幅度的
I.04倍時(shí)計(jì)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(shí)分布，分布不集中、在一定的范圍內(nèi)均有分布，幅度比較小。由于分布不集中，1500個(gè)點(diǎn)中只有300點(diǎn)等于真正的方位角值。另外，分布不集中、幅度比較小的曲線的最大值剛好等于20°，而分布集中、幅度最大的曲線的最大值則偏離20° ,小于20°。結(jié)合附圖3從方位角隨頻率的分布可以看出當(dāng)頻率比較低時(shí)，計(jì)算的方位角誤差比較大，隨著頻率的增加，方位角趨于實(shí)際值20°。X和Y的幅度差別越小，趨于實(shí)際值的速度越快。右圖是方位角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從圖上看到除了 20°有一個(gè)明顯的最大值外，其它方位角值的分布很少。圖4左圖是基于時(shí)間域計(jì)算的方位角分布圖；圖4右圖是用頻率域計(jì)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(dāng)頻率比較低時(shí)，計(jì)算的方位角誤差比較大，隨著頻率的增加，方位角趨于實(shí)際值20°。X和Y的幅度差別越小，趨于實(shí)際值的速度越快。右圖是方位角的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從圖上看到除了 20°有一個(gè)明顯的最大值外，其它方位角值的分布很少。在實(shí)際使用時(shí)，由于偶極子聲波測井的頻率比較低，通常其采樣間距也比較大(例如36us)，波形的前幾個(gè)周期沒有頻散或其它干擾波存在，比較純，因此，在時(shí)域計(jì)算時(shí)僅僅取前幾個(gè)周期的值，所能夠取到的原始數(shù)據(jù)比較少。當(dāng)幅度有差異時(shí)，直接用原始數(shù)據(jù)計(jì)算的方位角會出現(xiàn)很分散的情況，
通過試驗(yàn)以及實(shí)際資料處理表明，基于頻率域計(jì)算的各向異性方位角分布集中，準(zhǔn)確度高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的時(shí)間域計(jì)算結(jié)果，值得今后大力推廣應(yīng)用于實(shí)際中，以獲得更為準(zhǔn)確的地應(yīng)力方向信息，這一發(fā)明也將有助于偶極橫波測井資料的推廣。
權(quán)利要求
1.一種基于頻率域用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法，其特征是 步驟(I)、用時(shí)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(jì)算的波形，用固定窗去掉波形中的后續(xù)波成分；步驟(2)、對選取的波形做FFT，在頻率域用復(fù)數(shù)計(jì)算各個(gè)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，并對幅度進(jìn)行歸一化，獲得幅度加權(quán)以后的各向異性方位角曲線； 步驟(4)、將不同源距波形所計(jì)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(qū)間，改變方位角，統(tǒng)計(jì)方位角區(qū)間內(nèi)方位角曲線的點(diǎn)數(shù)，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(shù)值，連續(xù)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(jù)權(quán)利要求I所述的基于頻率域用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法，其特征是步驟(4)中選取8個(gè)源距的波形處理結(jié)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(jié)果進(jìn)行輸出，并進(jìn)一步取其極大值位置獲得方位角值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于頻率域用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法，其特征是步驟(4)中用8個(gè)不同源距波形計(jì)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(jì)算分開進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明基于頻率域用偶極橫波測井資料計(jì)算各向異性方位角的方法包括用時(shí)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(quán)以后的各向異性方位角曲線；將不同源距波形所計(jì)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(qū)間，改變方位角，統(tǒng)計(jì)方位角區(qū)間內(nèi)方位角曲線的點(diǎn)數(shù)；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(shù)值。本發(fā)明利用偶極橫波測井資料基于頻率域計(jì)算各向異性方位角，與時(shí)間域計(jì)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(fā)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(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)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, 田艷, 高娜 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團(tuán)勝利石油管理局測井公司, 天津大學(xué)