利用斯通利波速度反演地层横波速度的方法与应用研究

从严格的Ｂｉｏｔ－Ｒｏｓｅｎｂａｕｍ模型出发，在低频近似下得到井孔中斯通利波相速度的解析表达式。它与Ｔａｎｇ等从简化的Ｂｉｏｔ－Ｒｏｓｅｎｂａｕｍ模型所得到的结果类似。从理论上说明了在低频近似下简化模型的合理性，在不同频率下，对其结果中所含的声系大小修正和Ｎｏｒｒｉｓ修正作了比较。     

VTI地层随钻四极子声波测井数值研究

数值计算了四极子声源在含钻铤竖直向横向各向同性(VTI)地层井孔中产生的各种模式波的频散曲线、激发幅度以及对各地层、钻铤参数的灵敏度, 合成了四极子阵列波形, 研究了快、慢速地层井孔中地层各向异性的存在对四极子波场的影响.数值计算结果表明, 地层各向异性对钻铤波的影响很小, 对于地层波的影响较大, 且影响因素非常复杂.仅在一些特殊的频率点处, 地层模式波的控制因素相对较为简单, 如螺旋波的截止频率处.在慢速地层井孔中, 最低阶的地层四极子波对距离井壁约2个井孔半径内的地层有明显的响应, 可以对该范围内的地层横波进行层析成像.在快速地层井孔条件下, 可以考虑采用与横波到时相同的波包来评价地层横波信息.该波包包含了井孔折射横波、F1和F2模式与井孔折射横波速度相接近的部分; 利用该波包获得的地层横波速度基本不受地层各向异性的影响.在慢速地层情况下, 螺旋波受地层各向异性的影响较大, 建议在实际数据处理时, 考虑采用基于数据的处理方法进行频散校正.     

钻铤偏心对随钻四极子横波测井影响：理论与实例分析

随钻四极子声波测井技术主要用于测量地层的横波速度.但在复杂旋转钻进过程中钻具的偏心会对测量的四极子波形质量及横波速度产生不利影响.本文建立以钻铤和井孔分别为基准的双柱坐标系偏心随钻声波测井模型,利用贝塞尔函数的平移加法定理构建边界条件和井中响应函数,数值模拟了钻铤居中和偏心时四极子声源激发的声场.发现偏心后的随钻四极子声场中除地层四极子波外,还有单极斯通利波和偶极弯曲波的多阶模式波共存且相互耦合,尤其是在软地层钻铤严重偏心时四极子模式波受斯通利波模式和弯曲波模式干扰更为严重,不利于地层横波速度的测量.现场随钻四极子声波测井仪器实验样机在居中和偏心的状态下实测的数据表明：当随钻四极子样机居中测井时,可测量到高质量的四极子波形,处理得到相关性较强的地层横波时差,与单极测量横波时差吻合较好;但钻铤偏心测量时采集的波形成分复杂,偏心引起的低频斯通利波模式对地层四极子模式的耦合干扰非常严重,导致地层横波时差的相关性很差,测量值介于横波与斯通利波时差之间,与实测单极横波时差差异很大甚至无法使用,尤其在疏松软地层中影响更为突出.本文从偏心随钻四极子井孔声场理论出发,结合现场实测数据,重点分析钻铤偏心...     

随钻四极子横波测井钻铤尺寸优化设计的理论研究

随钻声波测井主要是采用四极子技术来测量软地层的横波速度,但在超软地层的横波测量方面仍然面临挑战.随钻四极子声源会分别激发出沿着钻铤和地层传播的螺旋模式导波,其中四极子钻铤波存在截止频率,即只有在该频率以上才能激发出钻铤波.当钻铤波截止频率降低到与地层波测量频段接近时,会干扰地层波信号的测量,尤其是在疏松的软地层这一干扰现象相当严重.数值模拟和现场实测数据分析结果表明：四极子钻铤波的截止频率主要取决于仪器接收器阵列位置的钻铤壁厚,而对声源与接收器之间的刻槽隔声体以及钻铤外地层介质不敏感.在此基础上,本文利用一种等效的随钻声波测井简化模型来分析与设计钻铤波截止频率与钻铤尺寸关系的理论图版.该理论图版可用于指导随钻四极子横波测井仪器钻铤尺寸的优化设计和数据处理,进而获得高质量的地层波信号以及准确的横波速度.

     

横向各向同性地层随钻多极子测井声场的分波分析与特性研究

随钻声场在各向异性地层中的传播一直是随钻声波测井的重要课题.该问题中钻铤与井孔和地层的相互作用极大地影响着声场,特别是系统中的模式波的传播特征.因此,本文采用分波计算法来详细地研究在横向各向同性（VTI）地层中随钻多极子声波的传播规律,将声场全波分解成来自波数域中的奇异点（包括支点和极点）的分波的贡献,以此模拟分析了声场中各个分波的传播特征,包括模式波在频域中的频散、激发响应及时域中的分波波形.结果表明：在快速VTI地层中,钻铤的存在使得单极伪瑞利波和二阶四极地层螺旋波的频散大为降低,可以此来测量地层垂直向横波速度;慢速VTI地层中仅存在单一四极地层螺旋波,其低频速度为地层垂直向横波速度.值得注意的是,在各向异性参数满足δ>ε+c₄₄/2c₃₃的地层中,上述模式波的低频截止速度均小于地层的垂向横波速度,这一结果与已知的裸眼井情况一致.

     

地层波速的电缆和随钻动电测井实验研究

基于孔隙介质动电效应的测量方法在油气勘探领域有着巨大的潜在应用价值.本文针对理论预测的随钻动电测井可削弱钻铤波对地层声波干扰的问题,设计了室内随钻动电测井实验装置和测量系统,并在小尺寸砂岩模型井中开展了随钻动电测井实验研究.为了突出随钻动电测井技术的特点,本文先在砂岩模型井中进行了电缆声波测井和电缆动电测井实验测量,获得了地层声波的传播速度.然后又在同一模型井中进行了随钻声波测井和随钻动电测井实验,记录了这两种情况下的测井全波波形,比较了电缆声波/动电测井和随钻声波/动电测井的差异性,并进一步分析了钻铤波和井中动电转换信号的传播特性.本文还通过随钻动电测井的时域波形提取到被测地层的纵横波速度,从实验角度验证了随钻动电测井技术测量地层波速的可行性.此外,本文实验结果对随钻动电测井的仪器设计及现场测量也有参考意义.

     

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征

随钻核磁共振测井的地层界面响应特征对地质导向和原状地层评价具有重要意义,但钻井轨迹的复杂性决定其响应特征是多重因素综合作用的结果,且较难直接给出统一显式表达式.本文根据仪器在地层内的运动特征,建立了基于敏感区域体积元的随钻核磁共振测井响应方程和离散化计算方法;通过正演、反演结合的数值模拟,研究了单、双界面水平层状地层中,不同井斜角度、天线长度和目标地层厚度等条件下的随钻核磁共振测井响应特征,对关键结果给出了成立条件和定量关系.随钻核磁共振测井在斜井段中的T2分布和孔隙度响应与直井中差异明显;井斜角越大,视地层厚度越大,地层界面在T2分布和孔隙度曲线上的过渡段越长,T2分布过渡起始位置已不能确定界面深度;仪器的最高纵向分辨率与天线长度、井眼条件和仪器参数有关;受围岩作用影响,较薄目的层的测井响应特征上可能出现异常"夹层".基于分析结果,对随钻核磁共振测井资料解释提出了建议.     

随钻方位电磁波电阻率测井数据精度分析及实时反演成像

随钻方位电磁波电阻率测井数据包含地层电阻率、地层边界方位及距离等信息,其中地层边界的方位和距离作为大斜度井/水平井开发过程中的重要参数,是地质导向正确决策的关键.通过反演和成像技术能够将随钻方位电磁波电阻率测井数据转换为可视化的地层参数信息.由于测井过程中上传数据有限,本文分析了不同数据的测量精度,为上传数据选取提供参考.基于传播矩阵算法和Levenberg-Marquardt算法开展了一维快速反演研究.通过实时监测模型参数质量,避免反演陷入局部极小值,保证模型参数的全局收敛性.最后,通过实测数据处理,验证了反演算法的可靠性.

     

含偏心点声源的随钻测井声场模拟和地层各向异性反演研究

地层横波波速测量以及各向异性评价是目前随钻声波测井应用及方法研究的难题之一.针对这些问题,本文试图从钻铤上的偏心点声源在各向异性地层中的响应出发,寻求和探讨解决方案.我们基于三维有限差分模拟的随钻测井信号,研究了偏心点声源在水平横向各向同性（HTI）慢速地层井孔中激发声波传播规律,研究结果表明：在HTI地层中偏心点声源能够同时激发出快、慢两种波形,并且此两种波形中主要分别包含快、慢弯曲波,由于与钻铤波的耦合作用,其速度总是分别小于地层快、慢横波波速,所以无法直接用于地层横波波速的测量.但根据进一步的灵敏度分析可知当在3 kHz以上时,它们的相速度分别对地层参数水平和垂直剪切模量（c₆₆和c₄₄）最为敏感.基于此特性,本文提出一种基于解析近似解的最小二乘拟合法,能够通过快、慢波频散曲线反演地层横波波速,所测值误差小于3%,并且具有很好的容错率和稳定性;进而由横波速度反演值评价地层各向异性大小.最后,地层快横波偏振方位可以利用垂直于偏心声源方向的偶极采集的信号能量变化曲线来获取.

     

利用测井数据实现横波速度的反演及应用效果分析

在地震数据的AVO(Amplitude Versus Offset)反演以及储层预测分析等中都需要横波速度信息,然而目前多数地区横波速度测井资料十分匮乏,在AVO反演中,往往凭经验公式获得,其精度很低.为了获得准确的横波速度信息,我们利用测井资料由最小二乘法实现横波速度的反演,针对华北油区赛83井实际测井数据,利用纵波速度、密度测井数据反演计算了该区的横波速度,并与实测横波速度作了对比,结果发现反演与实测结果取得了较好的一致性;还将该方法反演的横波速度与几种不同反演方法反演结果作了对比,获得较为一致的结果,算例证明了该方法的有效性.在测井资料缺少的情况下,该方法作为AVO反演横波速度的初始速度建模及储层预测分析应该是一种较为实用的方法.     

三维随钻反射声波成像测井的数值模拟

采用有限差分方法对基于圆弧片状声源和接收器的三维随钻反射声波成像测井进行模拟, 研究了反射信号的幅度、相位等参数随方位和源距的变化规律, 着重分析了利用该方法在水平井中对地层界面进行探测的可行性.研究结果表明, 钻铤的存在使得圆弧片状声源能够向固定方位辐射声场, 其主瓣三分贝角宽窄, 旁瓣级低, 向目的方位辐射的纵波场的幅度约为传统环状声源的0.6倍, 适用于三维随钻反射声波成像测井;对于本文计算的井孔模型, 反射波信号约为井孔导波信号的1/100;随着源距的增加, 反射纵波幅度逐渐减小, 转换波(P-SV、SV-P)的幅度先增加后减小, 反射SV波的幅度增加, 建议在实际应用中, 选择合适源距的波形进行处理, 并对其他非目的波动进行压制, 以期获得更好的成像效果.本文模拟了在水平井中对地层上下界面进行探测的例子, 结果显示, 反射波纵波信号有较好的方位分辨率, 能够准确获得井外波阻抗不连续界面的方位, 而且对上、下界面的成像互不影响.     

利用井中低频偶极横波进行声波远探测的新方法

为了突破目前声波远探测技术存在的局限性,提出了一种新的偶极横波远探测方法,即利用井中偶极子产生的井中弯曲波存在低频截止频率的现象,在声源截止频率以下激发偶极声波.通过对比分析井中偶极声源分别在截止频率上、下激发时,井孔内外产生的辐射声场,明确了截止频率以下井中偶极声源的远场辐射特征和低频截止频率激发偶极横波的优势,结合数值模拟,进一步对其反射声场进行了分析.结果表明,该方法可以避免艾里相的巨大振幅对数据量化产生的"饱和"效应,相比传统的远探测测井方式更具优势,常规源距即可满足专门的远探测测井仪器需求.     

非对称声源多极子随钻声波测井实验室测量研究

现有的随钻声波测井通常采用三种测量方式:单极子、偶极子及四极子测量模式.分别采用单极子源、偶极子源和四极子源激发单极子、偶极子和四极子信号对地层速度信息进行测量.由于随钻测井环境比较复杂,钻杆在井孔中占据大部分空间,钻杆速度高于地层速度,导致接收到的信号中仪器波能量占主导,无法有效地提取地层的纵横波速度信息.本文探讨一种采用非对称偏心的点声源,一次激发,利用方位分布的四个接收器接收,经过合成后同时分别得到单极子、偶极子和四极子模式波信号的测量方法,为建立同时利用多极模式波信号测量地层纵横波速度的随钻声波测井实用技术提供基础.本文利用1:12的缩比模型在实验室对该方法进行了考察,实验结果证明,可以通过非对称点声源得到有效的地层单极子、偶极子和四极子模式波信号.通过分析和对比实测数据和理论模拟的频散曲线,本文进一步提出利用三种模式波的频散曲线联合反演确定地层横波速度的方法.     

一种利用双源反激的随钻声波测井方法

随钻单极子纵波测井时存在很强的钻铤波的干扰.针对这一问题,提出了一种双源反激随钻声波测井方法,从数据采集环节对钻铤波进行压制;在后续数据处理中结合声波干涉法,从而实现一种无需隔声装置的随钻声波测井方法.理论模拟表明双源反激方法可以有效压制钻铤波,地层波的信噪比也能得到相对增强.对钻铤波压制后的数据进一步用声波干涉法处理可以从中提取地层纵波信息.设计了实验样机,并在空气中进行了实验.结果表明不同工作频率下该方法对钻铤波均有明显的压制效果,即使在5 kHz低频情况下钻铤波也能压制到原来的25%.验证了该方法的可行性.应用该方法的好处是可以避免对钻铤强度的破坏,并能扩展现有随钻声波测井仪纵波测量的工作频带范围.     

Inversion of shear wave interval velocity on prestack converted wave data

Seismic velocity is important to migration of seismic data,interpretation of lithology and lithofacies as well asprediction of reservoir.The information of shear wave velocity is required to reduce the uncertainty for discrimi-nating lithology,identifying fluid type in porous material and calculating gas saturation in reservoir prediction.Based on Zoeppritz equations,a numeral and scanning method was proposed in this paper.Shear wave velocitycan be calculated with prestack converted wave data.The effects were demonstrated by inversion of theoreticaland real seismic data.     

层状各向异性地层中含环状天线槽随钻方位电磁波测井几何因子算法

本文基于感应测井中的几何因子与一阶Born近似理论,通过柱坐标系下耦合势Helmholtz方程三维有限体积法研究建立了各向异性地层中含环状天线槽的随钻方位电磁波测井几何因子.首先,通过引入环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数,并结合Green第二积分公式,推导出随钻方位电磁波测井仪器中环形电场和横向磁场微小变化与各向异性地层中水平和垂直电导率相对摄动量之间的关系,得到轴向和横向感应电动势微小变化量计算方法与柱坐标系中轴向和横向分量空间灵敏度函数（三维几何因子）表达式.在此基础上,进一步给出径向和纵向微分几何因子计算公式.然后,应用耦合势三维有限体积法确定发射线圈产生的感应电磁场以及环状电流源与径向磁偶极子源电磁场Green函数的数值解.最后,给出不同频率、不同倾角、不同各向异性系数等多种情况下该仪器的空间灵敏度函数与微分几何因子的数值结果,用于分析考查仪器的响应特征与空间探测能力.