CN103852785B - 地层各向异性的评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用交叉偶极声波评价地层各向异性的方法。通过对交叉偶极仪器测量得到的四分量声波波形测井仪器轴向为中心进行方位旋转，获取快/慢横波的方位，进而计算得到两个波形阵列，再采用波形匹配反演方法计算这两个波形阵列的慢度差，确定快/慢横波序列，从而确定快波方位，并用快/慢横波的相对慢度差来指示地层各向异。相比于其他反演方法，本方法既快速且准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种地层各向异性的评价方法，具体涉及根据交叉偶极声波资料评价地层各向异性的方法。
背景技术
声波测井是根据声波的物理传播特性，测量井下岩层的声波传播速度或振幅衰减等规律，由此判断地层的岩性、估算孔隙度以及岩石的弹性力学性质的测井方法。在油气勘探声波测井中，偶极子声波具有指向性，可测量地层不同方向上的声波特性，通过使用正交放置的发射器-接收器组来测量声波信号并进行处理来分析地层各向异性，从而可以分析地层的应力场、探测裂隙、甚至进行套管外面水压致裂效果的评估。
在对声波资料进行处理时，需要由实测的XX、XY、YX、YY四组分量波形来反演快横波和慢横波的慢度及方位。在参考文献1中公开了一种声波资料的处理方法，在该方法中，先以测井仪器轴向为中心旋转四组分量波形获取两个阵列波形，由此获取快慢横波的方位，再对两个波形阵列分别进行慢度估计，通过估计的慢度大小，确定快慢横波。此外，在参考文献2中提出了一种将方位和快慢横波慢度差同时反演的方法，通过该方法提高了各向异性指数计算的准确性和各向异性方位的稳定性。
发明要解决的课题
可是，在上述参考文献1的技术中，当快慢横波的慢度之差小于慢度估计方法的***误差时，各向异性方位常常发生跳变，各向异性指数的准确度也欠佳。此外，在上述参考文献2的技术中，由于是二维全局模拟退火反演，因而其计算量较大。
参考文献1：[Alford R M, 1986, Shear data in the presence of azimuthalanisotropy: 56th Ann. Internat. Mtg., Soc. Explor. Geophys, 476-479]；
参考文献2： Tang. X.M., and Chunduru, R.K.,1998, Method fordetermining earth formation shear-wave anisotropy parameters by inversionprocessing of signals from a multiple-component dipole array acoustic welllogging instrument, US Patent 5,712,829；
参考文献3：Kimball,Christoper V., Marzetta,Thomas L.: Semblanceprocessing of borehole acoustic array data: Geophysics, Vol. 49, Number 3,March 1984, 274-281；
参考文献4：McFadden,P.L., Drummond,B.J., Kravis,S.: The Nth RootStack: Theory, applications, and examples: Geophysics, Vol. 51, Number 10,October 1986, 1879-1892。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用声波评价地层各向异性的方法，通过波形匹配反演方法来比较快横波和慢横波的慢度之差，通过这样将二维反演转化为两个一维反演，由此能够降低计算量，在保留一维反演的速度优势的同时提高各向异性方位和指数的准确性。
本发明的地层各向异性的评价方法，利用交叉偶极声波评价地层各向异性，其特征在于，包括：波形预处理步骤，对利用交叉偶极声波测量到的波形进行带通滤波和幅度均衡化；方位角估计步骤，利用进行了带通滤波和幅度均衡化所述波形进行反演计算，估计快横波和慢横波的方位角；阵列波形计算步骤，根据所述方位角来计算快横波阵列波形与慢横波阵列波形；慢度差计算步骤，根据所述快横波阵列波形与所述慢横波阵列波形进行反演计算，获得所述快横波与所述慢横波的慢度差；慢度计算步骤，根据所述慢度差，计算快横波的慢度与所述慢横波的慢度；以及各向异性计算步骤，利用所述慢度差、所述快横波的慢度以及所述慢横波的慢度，计算各向异性。
发明的效果
本发明在早期的处理方法基础上通过波形匹配反演方法来比较快横波和慢横波的慢度之差，这样将二维反演转化为两个一维反演，降低计算量，既可以保留一维反演的速度优势，又可以提高各向异性方位和指数的准确性。
附图说明
图1是说明本发明的处理过程的流程图。
图2 是表示方位的误差曲线的一个例子的图。
图3 是说明快慢横波波形匹配的概念的图。
图4 是表示慢度误差曲线的一个例子的图。
图5是表示实际获得的各向异性指数曲线和方位的一个例子的图。
图6 是表示本发明与参考文献1的技术的比较结果的图。
图7 是表示本发明与参考文献2的技术的比较结果的图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
图1是说明本发明的地层各向异性的评价方法的处理流程图。首先对实际测量到的XX、XY、YX、YY四组分量波形分别进行预处理。在该步骤中，对四组分量波形进行带通频域滤波，滤除不需要的频率范围，该带通滤波利用可以使用FIR（有限冲击响应滤波器）或IIR滤波（无限冲击响应滤波器）。接着，对带通滤波后的四组分量波形的幅度进行均衡化，使每个阵列内的波形幅度归一化，由此消除远近接收器的幅度偏差。
接下来进入主分析步骤。利用上述带通滤波和均衡化后的四组分量波形XX(t)，XY(t)，YX(t)，YY(t)进行反演，使方位角θ从0°～360°变化，根据式（1）计算方位角θ上的残差值E（θ），获得不同方位角度时E（θ）的误差曲线，该残差值E（θ）的极小值所对应就是相应的快横波或慢横波的方位角θ。
在360度范围内，有4个残差值E（θ）的极小值，由于4个残差值E（θ）的极小值所对应的方位角θ彼此处于正交关系，所以在这里可以选取任意一个残差值E（θ）的极小值来进行计算。采用golden方法（黄金分割法）反演获得一个极小值残差值E（θ）所对应的方位角θ，假定该方位角θ对应的是快横波，则θ±90°对应的就是慢横波，通过公式（2），利用上述步骤中获得的方位角θ，获取快横波阵列波形FP（t）和慢横波阵列波形SP（t）。
接下来，用波形匹配方法计算FP(t)和SP(t)阵列的慢度差δs。首先，利用慢度的估计方法估计XX阵列波形的慢度S（θ），该慢度S（θ）的估计方法例如是多道相似相关方法（参考文献3）、N次根方法（参考文献4）等，因为是常用的方法，所以省略其具体说明。此外，在这里也可以估计XY、YX、YY阵列波形的慢度。
然后，利用公式（3）将通过式（2）算出的快横波阵列FP（t）和慢横波阵列SP（t）进行两两匹配，如图3所示，充分利用波形的冗余信息来压制噪声和提高信噪比，随着仪器沿井筒移动进行测量，8个接收器都将经过同一深度点，即在每个深度点可以得到8个声波波形，充分利用8个波形信号进行幅度均衡化等处理，即可以起到压制噪声和提高信噪比的作用。
在这里，其中，E(δs)为波形匹配的残差值，δz是相邻两个接收器之间的距离，m、n分别代表第几个接收器，zm是发射器距离第m个接收器之间的距离。S2是慢横波的慢度，可由式（4）计算得到。
利用上述数式（3）、（4），通过反演方法来获得波形匹配残差值E(δs)为最小时的FP(t)和SP(t)阵列的慢度差δs。该反演方法可以是局部反演方法，如黄金分割法，也可以是全局反演方法，如模拟退火方法。以下以利用全局反演方法的情况为例继续说明。
具体来说，以慢度差δs为变量的误差函数E(δs)如图4所示，具有多个极小值，这里使用网格化与局部极值相结合的方法，首先将慢度差划分为较小的网格，在这网格内查找E(δs)的局部较小值，然后比较所有的E(δs)的局部极小值，找出最小的值即为E(δs)的全局极小值。该方法不会出现收敛到局部极小值的情况。如此就可以确定快慢横波的慢度差δs。
如果δs＞0，则表明前面假定的θ的确是快横波，而如果δs＜0，则表明前述假定错误，θ实际上为慢横波，而θ±90°为快横波。
将确定后的快慢横波的慢度差δs代入上述式（4）和下述式（5），从而获得慢横波的慢度S2和快横波的慢度S1。
然后，利用上述获得的慢横波的慢度S2、快横波的慢度S1和慢度差δs，通过式（6）计算地层的各向异性指数（ANI）。
通过上述方法，对连续深度测量数据进行处理可获取地层各向异性剖面，评价各向异性，图5中示出了一个例子。
为了更清楚地明确本发明相对于现有评价方法的优点，在以下的实施例中，对利用本发明的方法计算的结果和利用现有技术的方法进行计算的结果进行比较。
实施例1
图6表示分别使用Alford方法（参考文献1）和本发明的方法对某测井数据的2750-2770米深度范围进行处理的结果，带通滤波频率是500-2000Hz，计算窗长为1600us，计算耗时11s。
在图5中，从左起第一栏为深度，第二栏为自然伽玛曲线，第三栏为快慢横波的慢度，第四栏为各向异性指数ANI，第五栏为快波的方位，第六栏为快波和慢波的波形。
由于在2754-2750米深度范围内各向异性较小，快波和慢波的波形基本重合，快波方位有可能会发生跳变，而在其他深度内，各向异性较大，快波和慢波由于速度不同，发生分离，此时快波方位较为稳定。
如图6所示，快波方位曲线除了在深度2754m-2762m与本发明一致外，其余深度跳变较为严重，并且各向异性的误差也较大。
由此可见，本发明的方法与参考文献1的方法相比，其计算结果精度高。
实施例2
图7表示分别使用慢度差和方位同时反演方法(参考文献2)和本发明的方法对与实施例1相同的数据进行处理的结果，从图7所示可知，通过本发明的方法与通过慢度差和方位同时反演方法得到的方位和各向异性指数ANI比较一致。可是，本发明的计算耗时52秒，而参考文献2的方法耗时98秒，由此可见，与参考文献2的方法相比，通过利用本发明的方法，能够在保持大致相同的计算精度的基础上缩短计算时间。
本发明可适用于WAVESONIC、XMAC、DAAT等仪器声波交叉偶极资料评价地层各向异性。
Claims (3)
1.一种地层各向异性的评价方法，利用交叉偶极声波评价地层各向异性，其特征在于，包括：
波形预处理步骤，对利用交叉偶极声波测量到的波形进行带通滤波和幅度均衡化；
方位角估计步骤，利用进行了带通滤波和幅度均衡化所述波形进行反演计算，估计快横波和慢横波的方位角；
阵列波形计算步骤，根据所述方位角来计算快横波阵列波形与慢横波阵列波形；
慢度差计算步骤，根据所述快横波阵列波形与所述慢横波阵列波形进行反演计算，获得所述快横波与所述慢横波的慢度差；
慢度计算步骤，根据所述慢度差，计算快横波的慢度与所述慢横波的慢度；以及
各向异性计算步骤，利用所述慢度差、所述快横波的慢度以及所述慢横波的慢度，计算各向异性。
2.根据权利要求1所述的地层各向异性的评价方法，其特征在于，
在所述方位角估计步骤的反演计算中，使所述方位角变化来获得所述方位角的残差值，获得使所述方位角的残差值为极小值的所述方位角，假设估计出的所述方位角是快横波的方位角，慢横波的方位角是所述方位角+90度，
在通过所述慢度差计算步骤获得的慢度差大于等于0时，确认所述方位角是快横波的方位角，在所述慢度差小于0时，表面所述方位角是所述慢横波的方位角，所述快横波的方位角是所述方位角+90度。
3.根据权利要求1或2所述的地层各向异性的评价方法，其特征在于，
在所述慢度差计算步骤的反演计算中，使所述快横波阵列波形与所述慢横波阵列波形两两匹配，使所述慢度差变化来计算慢度差的残差值，获得使所述慢度差的残差值为极小值的所述慢度差。
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