声电频谱测井方法研究Ⅰ——电缆的影响

声、电频谱测井直接测量声和电探头频谱的实部和虚部.通常情况下,实部信号幅度比较大,与地层参数的关系不密切;虚部的信号比较小,与地层声、电参数关系密切.测量时,换能器在井下,地面(或者井下电路)发射频率可调的正弦波或者方波电压于声、电探头,测量其电压和电流波形,处理其幅度和相位可得到探头的阻抗或导纳的实部和虚部.由于位于井下的探头的辐射声阻抗和电阻抗都与地层参数有关,因此,通过测量换能器的阻抗或导纳随频率的变化关系可获得地层的声电参数.与现有的测井方法测量一个频率(感应测井)或者瞬态声波波形(主频附近)不同,声电频谱测井对频率进行扫描,获得一定频率段的频谱.具体的频率区间根据井眼条件和所测量的地层参数以及探头结构确定.声电频谱测井理论建立井眼条件下频谱的实部和虚部与地层参数之间的关系,测井资料处理则利用这些关系从测量的频谱曲线获得所测量地层的声、电参数.该方法可以在裸眼井和套管井中进行,并且还可以像最早的电极测井那样,直接在地面完成测量,井下只放置探头,不设置电路.这时声电频谱测井通过电缆输入到井下探头的是正弦波或者方波,电缆对测量结果影响比较大.本文首先给出声电频谱测井的现场实验结果,然后讨论电缆的频谱特征以及对测量结果的影响.电缆的频谱峰在探头阻抗发生变化的时候变化比较小,容易从频谱测量结果中区分出来.     

声频谱测井方法研究进展

主要介绍声频谱测井方法的理论基础和解释应用．声频谱测井作为一种新的声波测井方法，它是利用多个频率实现对井壁附近不同径向深度处地层的探测．首先介绍了声频谱测井方法的理论基础，在此基础上在声频谱声系中设计了10K、20K、40K三种不同主频的声波探头组合，结合声频谱参数与岩石储集参数的关系，设计了声频谱测井的基本解释方案，探讨了声频谱测井解释方法在确定孔隙度、渗透率、识别油气、裂缝，以及岩石力学参数计算及过套管测井等方面的应用．     

一种利用频谱激电数据实部和虚部加权反演Cole-Cole模型参数的方法

频谱激电法(SIP)因具有多参数(Cole-Cole参数)解释异常的能力,一直受到电法工作者的关注.一些学者提出了用电场振幅和相位反演Cole-Cole参数的方法,但由于电场振幅和相位对不同Cole-Cole参数的敏感程度不同,往往导致有些Cole-Cole参数较难反演,特别是频率相关系数和时间常数.本文提出了利用视复电阻率的实部和虚部加权反演的方法.该方法采用视复电阻率实部和虚部联合反演的策略,并在反演不同Cole-Cole参数时对实部和虚部的目标函数进行不同的加权.模型试算结果表明:这种反演方法不仅可以很好的反演零频电阻率和极化率,还可以显著提高频率相关系数和时间常数的反演效果.     

声电效应测井的有限差分模拟

本文研究声电效应测井波场的有限差分模拟算法.忽略井外地层中诱导电磁场对孔隙弹性波的影响,将求解动电耦合波方程组的问题解耦,先计算孔隙弹性波,再计算其诱导电磁场.基于轴对称柱坐标系下的速度-应力交错网格,采用时域有限差分计算井孔流体声波和井外地层孔隙弹性波.将电磁场近似看作似稳场,基于轴对称柱坐标系下的5点式有限差分网格,求解不同时刻的电位Poisson方程,计算诱导电场.结果表明：本文算法可准确模拟频率6.0 kHz的声电效应测井全波;在声波测井频率范围内,电导率、动电耦合系数和动态渗透率的低频近似对伴随电磁场的计算影响不大;地层水平界面导致伴随反射斯通利波的电场和显著的界面电磁波,后者对于探测地层界面具有潜在的应用价值.

     

电成像测井资料校正方法研究

电成像测井资料蕴含丰富的井壁地层信息.通过电成像图像和地层倾角可直观定性地识别各种地层界面、裂缝以及构造形态,但是要获得可靠的电成像图像和地层产状,必须要求井斜角、井斜方位角等测斜数据准确可靠.由于受电缆张力、仪器运动状态,以及地质因素的影响,所测得的测斜数据可能会产生较大偏差,直接影响到后续解释成果的可靠性.因此,为了获得可靠的电成像图像和地层产状,以及与其他测井资料对比分析,在电成像测井资料处理与解释之前须进行深度和测斜校正.针对电成像测井资料与常规测井资料存在的较大深度偏差,提出一种基于双尺度相关对比的自动深度校正方法,较好地解决了当前深度校正方法的局限性,实现了常规测井资料与电成像测井资料之间的精确匹配.针对测斜数据校正方法存在不够严谨的问题,提出利用重力加速度分量与磁场加速度分量进行圆心偏移处理,计算出井斜角与井斜方位角,重构井斜角与井斜方位角曲线.实测资料处理表明:深度与测斜校正方法较好地解决了实测电成像测井资料的校正问题,在多个油田中实际应用,取得良好效果.     

双频介电测井方法与实现

介电测井是一种测量地层中电磁波传播速度和相位差的测井方法,能计算出地层的介电常数和电导(阻)率,在油田广泛推广用于评价地层孔隙度和含水饱和度,以区分油、水、气层.本文结合在国产数控测井地面系统配接Atlas1531/1532介电测井仪的经验,详细介绍了介电的测井原理和数据处理,给出了测井方法的具体实现和应用.该方法已经在多种地面系统和测试台架得到验证,通过现场测井取得良好的应用效果.     

声电效应测井电声比及其与地层渗透率的关系

基于流体饱和孔隙介质中声波-电磁场耦合效应的测井方法具有潜在的应用价值.本文从Pride动电耦合波方程组入手,推导了伴随斯通利波的井孔电场与声压比值(电声比)的频率域表达式.结果表明,在较低频率条件下,电声比幅角的正切值与渗透率呈反比.在此基础上,提出了利用低频的声电效应测井全波反演地层渗透率的方法.针对砂岩地层,从计...     

利用声全波测井资料求取储层渗透率的方法与应用研究

在较为理想的孔隙介质模型和测井环境下，利用严格的Ｂｉｏｔ理论，建立了利用声全波测井资料直接反演渗透率的图版，作为对方法可行性的检验，用该图版分别对理论合成数据和现场实测声全波资料进行了处理，并将其反演结果分别同合成时的输入值和取芯测量值进行了比较。     

逆时偏移在声反射成像测井中的应用方法研究

声反射成像测井中常用的基于射线理论的Kirchhoff积分偏移算法和基于单程波理论的F-K偏移算法均可实现井旁缝洞反射体的快速偏移成像,但其仅适用于地层垂向变化较弱的速度场和高陡角裂缝的偏移成像,无法实现低角度反射体的准确偏移归位,产生偏移假象误导测井解释.逆时偏移基于全波动方程,可适应强垂向变化速度场,实现近似水平反射体的偏移成像.本文详细分析了将逆时偏移应用于声反射成像测井时存在的数据准备、时间采样间隔匹配和成像条件改进等若干问题,通过设置多组理论模型来说明算法对井旁不同反射体的识别能力.模拟资料和实际资料处理结果证实,较F-K偏移算法,逆时偏移算法成像精度更高、收敛性更好,可有效实现近似水平构造偏移归位.改进的归一化互相关成像条件可解决深部地层的远井壁成像衰减问题,降低测井解释的多解性.逆时偏移将成为声反射成像测井高精度偏移技术的发展方向.

     

声反射成像测井弹性波逆时偏移方法对比研究

声反射成像测井中的声波逆时偏移算法在处理单分量偶极横波反射资料时可获得高精度成像结果, 而面对单极声源中的多波多分量弹性波反射资料时, 由于其包含PP、PS、SP和SS等多种波型分量, 基于声波方程的逆时偏移处理结果中出现单反射界面对应多同相轴的偏移假象.首先在声反射成像测井中实现了纵横波耦合弹性波逆时偏移和基于Helmholtz分解的弹性波逆时偏移, 在此基础上首次提出和实现了基于一阶速度-应力纵横波解耦方程的弹性波逆时偏移, 通过纵横波解耦结果和成像结果对三种声反射成像测井弹性波逆时偏移进行对比研究, 数值算例表明基于纵横波耦合的弹性波逆时偏移无法处理转换波(PS或SP)成像问题; Helmholtz分解虽可实现纵横波解耦但同时引起反射波振幅和相位改变, 进而导致包含S波的成像分量出现极性反转问题.基于一阶速度-应力纵横波解耦方程的弹性波逆时偏移可有效处理多波多分量反射资料偏移成像, 消除转换分量成像噪声, 解决S波分量成像极性反转, 为声反射成像测井弹性波逆时偏移算法奠定了有力的理论基础.

     

新型油基泥浆测井电成像方法研究

电成像测井能够直观地获取岩性、沉积以及裂缝等地质信息,在油田勘探开发中得到日益广泛应用.在油基泥浆环境中,电成像装置采用电容耦合原理把交变电流发射到地层中,测量各个钮扣电极的电流或者电位,可以得到钮扣的阻抗,把阻抗信号进行标定,获得反映地层特征的图像.本文提出了一种新成像处理方法,把测量的复数信号经过数据处理,不但能够获取地层电阻率图像,同时也能够获取地层的介电常教图像.运用该方法对地层模型进行了验证,与此同时对试验井测量资料进行成像处理,获得了清晰的电阻率图像和介电常数图像.     

基于简化的Pride理论模拟声电效应测井响应

针对声电效应测井问题，提出了一种全波列数值模拟方法.该方法忽略声电效应测井 时转换电场对声场的影响,并将电场视为似稳场.采用点声源模型，依据Biot理论得出了井外 孔隙介质声场的表达式，运用这些表达式和似稳电场近似方法，导出了声电效应测井时转换 电场的计算公式.在计算出的转换电场波形中，有伴随斯通利波的电场、伴随纵波和横波的 电场、和临界折射电磁波场.在25kHz以下的频率范围内，依据这种方法计算出来的声电转换 波波形与依据完整Pride理论计算的波形一致.     

复波场的实部和虚部对同时源波形反演的影响

高精度的成像需要准确的速度场信息,波形反演被认为是目前具有最高分辨率的速度反演方法之一.计算效率是目前全波形反演需要考虑的一个主要问题.为了很好地解决计算效率的问题,本文引入了一种高效的无串扰同时源反演方法,并详细介绍了其原理与计算流程.同时,基于此多震源同时反演方法,本文拓展出实波场反演、虚波场反演及复波场反演的三种反演策略,进而分析复波场的实部和虚部对全波形反演的影响.实验表明,相比于复波场全波形反演,无论是实波场反演还是虚波场反演,反演分辨率有所降低;相比于实波场反演,虚波场反演对初始模型的依赖性较小,目标函数的非线性较弱;最后,通过使用组合反演策略,即初始阶段采用虚波场反演,中后期阶段采用复波场反演,不仅可以降低反演的非线性,而且能够保证高精度建模.

     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

随钻动电测井中声诱导电场的理论模拟

为防止沿钻铤传播的声信号掩盖来自地层的声信号,目前需在钻铤上刻槽以实现对地层纵、横波速度的测量.但刻槽不仅占用钻铤空间,且降低了钻铤的强度和刚度.本文探讨在不刻槽条件下,利用动电效应获得地层纵横波速度的可行性.为此,模拟了随钻声波测井信号及由岩石动电效应产生的电场信号.先视地层为黏弹性介质,模拟随钻声波测井信号,再利用围压与孔隙流体压强的关系获得了声波在地层中引起的孔隙压强,然后计算由孔隙地层动电效应产生的声诱导电磁场.对多极声源激发的声场波形及其诱导电场的波形进行比较,发现随钻声诱导电场中钻铤波的相对幅度明显小于随钻声场中钻铤波的相对幅度.此外,发现在慢速地层条件下,偶极声源激发的电场中出现了比较明显的地层横波信号.     

动电测井实验研究Ⅱ:伴随动电场和界面动电场

动电效应指孔隙介质中与固/液界面的双电层和孔隙流体渗流有关的弹性-电磁耦合现象,探索基于动电效应的勘探和测井新方法则是石油工业重点关注的研究方向之一.本文对流体饱和孔隙介质中的动电效应进行了实验测量研究,记录到了不同模型井中伴随声波的动电转换信号和界面动电转换信号,对比分析了这两种动电信号的产生条件及传播特性,验证了理论分析结果,并进一步研究了动电信号的分波成分及其与声波信号的关系,探讨了声源激发模式、电极接收方式及数据处理方法对动电信号的影响,为动电测井仪器设计奠定实验基础.     

声反射成像测井在地层中的三维波场模拟方法研究

声反射成像测井方法和仪器近来成为勘探地球物理界的新研究热点.但有利于成像的反射波信号与井中的模式波叠加而难以分离出来.为了改进仪器设计,研究更有效的数据处理和解释方法,必须用以波动方程为基础的数值模拟方法来精确描述声反射成像测井的波场.为此建立了非均匀交错网格、加PML吸收边界的、能够用于正交各向异性介质的3维有限差分数值模拟方法和并行算法程序.将其应用于典型各向同性和各向异性地层中反射声波成像测井的三维波场模拟,并与已公开发表的应用离散波数方法的相应结果对比,证明了此方法正确、算法高效.模拟的波场动态范围能够大于60dB,计算速度比常规算法提高了3.5倍.这些技术能够正确、有效地模拟大尺度(在10m左右)、较高频率(10kHz左右)的反射声波成像测井波场.为我们研究声反射成像测井仪器和资料处理解释方法提供了有力的定量分析工具.     

快速拟线性近似方法及三维频谱激电反演研究

Zhdanov提出的拟线性(QL)近似方法有效解决了积分方程计算速度慢、占用内存多的缺陷,但因为三维频谱激电(SIP)换源频繁,每次换源都需要重新计算剖分单元的并矢格林函数和一次场,所以用该方法模拟三维SIP的速度仍然缓慢.本文根据一次场及格林函数的空间对称性,提出了一种适用于多源电磁法的快速QL近似正演方法.在此基础上,实现了Cole-Cole参数范围约束的三维SIP共轭梯度反演方法.理论试算结果表明:快速QL近似方法适用于三维SIP正演模拟,计算速度较QL近似方法有了很大提高;Cole-Cole参数范围约束的三维SIP共轭梯度反演方法对零频电阻率、极化率等参数的反演效果良好,将异常区域剖分成2000块时迭代一次只需约0.2 s的时间,占用内存大约为140 MB.     

柱状多层准弹性介质中声压波形的数值计算与分析——声法测井理论研究（Ⅱ）

为逼近油井实际情况,本文处理圆柱状（任意）多层介质中弹性波的传播问题。采用与文[1]相同的物理模型和二维FFT算法,给出了任意层数柱状准弹性介质中全波声压波形的计算方法和程序。 对多种参数进行了声压波形的数值计算,考察了串槽对全波波形的影响,着重分析了两个胶结面串槽引起初至波的变化。结果表明,串槽导致套管滑行纵波幅度明显降低,固、流界面的反射波是影响串槽时初至波特征的一个重要机制。     

柱状多层准弹性介质中声压波形的数值计算与分析——声法测井理论研究（Ⅱ）

为逼近油井实际情况,本文处理圆柱状（任意）多层介质中弹性波的传播问题。采用与文[1]相同的物理模型和二维FFT算法,给出了任意层数柱状准弹性介质中全波声压波形的计算方法和程序。 对多种参数进行了声压波形的数值计算,考察了串槽对全波波形的影响,着重分析了两个胶结面串槽引起初至波的变化。结果表明,串槽导致套管滑行纵波幅度明显降低,固、流界面的反射波是影响串槽时初至波特征的一个重要机制。