弯曲波的频散及其速度校正问题

分析了阵列声波测井中偶极声源激发的弯曲波频散问题,并讨论了速度校正问题。首先给出从硬地层到软地层的10种典型地层、计算出其在4种不同井径条件下的偶极频散曲线。从同一井径不同地层的频散曲线和同一地层不同井径的频散曲线可以看出,弯曲波在在井眼中有截止效率,地层愈硬,截止频率愈高;地层硬软程度影响着弯曲波频散,硬地层的频散比软地层大得多,地层愈软,频散愈小;井径也影响频散,井径愈大、频散愈大。根据频散曲线就可以直接估计频散校正范围,当频率小于4kHz时,弯曲波相速度与横波的误差大约小于10％,弯曲波群速度与横波的误差大约小于20％。指出实时计算地层的频散曲线进行弯曲波频散校正是最佳选择,比较了单极全波得到的横波速度和从偶极弯曲波得到的横波速度。     

多极子声源的横波测井

本文介绍了周围为无限固体介质的裸眼井中多极子声源激发的弯曲波、扭转波等模式声波的理论基础,从数值上计算了弯曲波等模式在不同的井孔半径下,硬、软地层井孔中的速度频散曲线。结果表明,在截止频率处,其速度最大且等于地层的横波速度.计算了理想的井孔模型(无衰减)及有吸收衰减情况下由偶极子及四极子声源激发的声波波形图,从图形看出其首波是以横波速度传播的。曾在模型井中进行了测试,实验结果与理论计算有较好的一致性。本文所介绍的方法对于软地层中横波速度的测量有重要意义,有助于进一步研制横波测井仪。     

用偶极测量数据确定横波时差

井眼中的声波模型具有频散性质，即它的相速度时差或速度倒数随频率变化而变化。而且，当脉冲波穿过接收阵列时，其波形的形状也总在变化。由单极声源产生的斯通利波和由偶极声源产生的弯曲波都是频散波形。弯曲波是很重要的，因为它提供了软地层的横波速度；软地层是指那些横波时差，或横波速度的倒数，小于井眼流体纵波时差的地层。弯曲波的频散使得确定横波变得困难。只有在零频率时，偶极弯曲波才以横波时差传播；高于零频率，它的相速度时差就会增加一个量，这个量称为频散偏移(dispersionbasis)。频散偏移量通常只占测量结果的一小部分。在频率很低时，可以忽略频散偏移得到近似测量结果。然而，由于要求声源激发的弯曲模式频率极低，这是非常困难的。实际上，弯曲波的颊散不可避免，必须考虑它。当弯曲波的幅度能满足精确估计时差时，有多种方法可从弯曲波中根据频带确定横波，但是频散偏移不能忽略：为了把频散减少到最小，传统的非频散技术在狭窄频带内处理波形，然后对频散偏移进行校正。这种在狭窄频带内处理并继而校正频散偏移的时差时间相关方法(STC)是一种很有用的技术。但在有些情况下其校正不准确，因为校正表不符合实际条件。频散波形的处理方法，利用了弯曲波的全部频散特性，淘汰了频散偏移校正。频散处理技术与最大似然法或最小二乘法非常相似，对于频谱并不确定的信号也能提供较好的结果。而且，它也能把井眼条件更精确地考虑进去，如声速很慢的油基泥浆。本文给出了从模式记录得到的频散曲线，讨论并比较了不同的处理方法和不同地层的例子。     

基于软地层随钻多极子声源传播特性的数值研究

基于软地层测量横波的难题,数值考察了软地层随钻测井多极子波的频散特性及声全波波形,对比分析了电缆和随钻多极子声波测井.研究结果表明,随钻测井环境下,单极和偶极声源激发幅度很强的钻铤模式波严重干扰地层纵波或横波的测量;而四极子声源低频时只激发地层模式的四极子波,且截止频率附近以地层横波速度传播.因此,四极子声源最适合于随钻测井的地层横波速度测量.     

偶极子声源在套管井中的应用研究

套管井第I界面胶结差时单极子声波测井通常测量不到地层波信息。在套管井边界条件下,推导出了不同胶结状况下的偶极子声源激发的井内声场,计算了它在井孔中的二维谱和时域波形。计算结果表明在稍高的激发频率下,在第I界面胶结不好时在接收波列中可清晰地观测到纵波和弯曲波振相,分别以地层纵波和横波的速度传播,这表明横向偏振的声源比纵向振动的声源有更好的穿透性;在较低的激发频率下,波形中占主导地位的是地层弯曲波和套管弯曲波;在第I、II界面均胶结良好时主要是地层弯曲波。     

应用低频斯通利波频散特性反演软地层横波速度

 求取软地层横波速度是提高声波测井工程质量的重要因素。本文首先基于简化的Biot-Rosenbaum 模型,对低频斯通利波频散特性的敏感性进行了分析。在软地层情况下,斯通利波对地层横波速度较为敏感,当利用偶极声源测不到横波时,可利用斯通利波反演地层横波速度。此外还分析了在软地层情况下仪器对斯通利波频散曲线的影响,指出利用斯通利波反演地层横波速度应考虑仪器的影响。文中给出利用斯通利波反演横波速度的方法及流程。应用实例表明,用低频斯通利波频散特性反演软地层横波速度的方法是有效的。     

由偶极子和斯通利波估算地层横波速度的频散波处理技术

本文提出了一种可从井中声全波估计横波速度的频散导波的处理技术。所用的声波波列数据可以是单极子源产生的斯通利波或偶极子源产生的挠性波。该方法中用一个给定的接收器记录的波列与第二个接收器的波列相比较，第二个接收器记录的波列是由测试地层中以地层横波速度传播的波到达给定接收器位置的波列组成。对特定的波模式(偶板子源或斯通利波)，数字传播过程用适当的频散关系模拟。两波列的相位差最小化过程可通过改变横波的速度来实现。使相位差最小的横波速度可作为最终的横波速度，此时两个波形可达到最佳相位匹配。该方法中波形的频散效应可通过横波理论自动解释，也可通过与相似分析方法结果的对比得到展示。用这种方法与多发射点方法相结合可以处理阵列声波数据。所估计的地层横波速度可达到一个接收器间距的分辨率(有代表性的为0．5ft)。这一结果已通过野外实例的演示得到，横波速度测井中提高分辩率的这种事实已为单接收器间距的密度测井曲线的高分辩特性所证实。野外实测的斯通利波的横波速度测井曲线和偶极声波波形数据对比表明，利用该方法可以从频散的声波波形得到高分辨率的地层横波速度。本文所介绍的新方法可以在声波波列确定地层横波特性方面得到广泛的应用。     

SKC—B大数控声波全波测井仪的数值研究

SKC－B大数控声波全波测井仪是国内20世纪90年代研制的产品，本文对其进行了数值模拟，并计算了井中不同地层的全波波形，用波形的二维谱对全波波形中的纵波、横波及伪瑞利波和Stoneley波的特征进行了分析讨论。纵波的固有频率因仪器的存在而增大，纵波幅度还受地层的纵、横波速度比的影响。当地层的声速度低，横波速度与井内流体的声速接近时，伪瑞利波的频散特性减弱，速度逐渐接近于地层的横波速度；全波波形中，横波的幅度比较大，而Stoneley波的幅度、速度均比较小，与横波是分离的。     

对井内弯曲波进行频散处理得到横波时差

声波测井中，可利用偶极声源产生的弯曲波测量慢速地层的横波时差．慢速地层是指地层横波速度小于井眼流体速度的地层。弯曲波是频散波，但当前的许多处理方法没有考虑这种频散。本文推演了统计相似法(semblance)的近似方程，用它说明使用无频散波会发生的情况。时差时间相关方法(STC)通常用在阵列声波波形处理中，本文叙述了STC的频散模拟方法。根据模拟的频散曲线回传(back propagate)波形并计算统计相似值。它是最大相似法(ML)和最小二乘法(LMSE)求地层横波时差的一个特定版本。把频散模拟(STC）方法用于逐一处理各深度测井数据是太慢了，但它是一个有用的分析工具。一种高速运算的频散STC法(DSTC)克服了这种困难，它采用新的时窗定位技术，可以比STC方法快得多。DSTC的结果是以实轴积分模型为基础的，它测定的地层横波时差有小的偏差，原因在于时窗定位和还有其它波至。本文给出了两口井的偶极测量结果。快速地层中，用DSTC方法处理偶极弯曲波得到的横波时差与单极结果一致；另一个是慢速地层的测量处理结果。     

用波散处理技术根据偶极和斯通利波形估算地层横波速度

我们研制了以模型为基础的波散处理方法,并用井中声波测井波形估算了地层的横波速度,这些波形数据可能是单极测井中的斯通利波,或偶极测井中的挠曲波。该方法中,在某一接收点记录的波形可与第二接收点记录的波形对比,以传播到该接收点的速度为试算横波速度。数值传播步骤中采用适     

偶极声源激发的波频散特性

偶极声源在地层井内激发的波是频散波，已经有许多文章讨论了它的频散特性，并涉及了频散校正问题，但主要讨论它的最低模式（即截止频率最低的那一条曲线），而对于其他模式则没有进行比较详细的讨论。本文根据地层横波速度与泥浆速度相比高、接近、低的三种情况把地层分为硬性地层、中性地层和软性地层；给出了单极和偶极两种声源在这三类地层中激发的频散波的频散曲线。结果表明，这两种声源激发的频散波具有很强的可对比性，它们的最低模式在单极声源激发时是斯通利波，在偶极声源激发时是弯曲波；两种声源的其他模式处于截止频率时，在硬性地层中的速度趋于横波速度，在软性地层中速度起于纵波速度，中性地层只有一个模式。     

考虑成岩固结作用的双重孔隙介质岩石物理模型及其应用

成岩固结作用和孔隙结构及类型是影响致密油气储层弹性性质的重要因素.然而,现有的岩石物理模型大多聚焦于单一孔隙类型或只考虑成岩作用,难以准确刻画致密油气储层低孔低渗、流体分布不均匀及孔隙结构和类型复杂等特征.为此,充分利用微分等效介质(DEM)理论和Pride模型导出考虑成岩固结作用的双重孔隙介质岩石物理模型,通过引入固...     

储层裂隙波场特征物理摸型实验研究

储层中裂缝的存在必然引起地震波传播特征的变化,波场特征的变化同储层中裂缝密度和裂缝方位有关,因而这种特征变化可以作为检测裂隙存在的有效手段。本文利用物理模型方法研究了裂缝密度和方位角变化对地震波传播特征的影响。实验发现：裂缝密度较高时,可以观测到明显的横波分裂现象;而裂缝密度较低时,仅能观测到微小的速度异常。同时快横渡与慢横波在振幅和频率特征上也具有明显差异。这些波场特征的分析对于裂缝检测具有重要意义。     

用正交偶极子声波测井资料估算地层应力场

阐述了利用正交偶极声波测井资料估算地层应力场的方法及应用实例.理论上,最大主应力的方向与快横波方位一致,最大主应力的大小与横波的速度有关,地层应力的数值估算方法主要建立在应力-速度关系的基础之上.模型实验及岩心实验数据表明,不同孔隙度的砂岩随着所加应力的不断增大,其横波速度与应力为0时的横波速度的平方差也逐渐增大,与所加的应力基本上呈线性关系.利用岩心实验数据得到速度与应力的关系图版,确定应力与速度的关系系数,估算地层应力的大小.给出了用正交偶极声波测井资料估算地层应力的方法在大港油田的应用实例.     

不同裂缝密度的物理模型研究

在实验室内利用人工灌注控制裂缝密度的方法，研究了裂缝密度和形态对地震波的影响。裂缝模型是用环氧树脂作基质，用面积相同的硅橡胶薄片模拟裂缝，结果表明，在不同密度定向排列裂缝介质中，不同程度地观测到了横波分裂现象，在这种裂缝介质中，快横波速度不变，慢横波速度随着裂缝密度的增加而减小，横波分裂的时差主要取决于慢横波的时间，在低裂密度（小于6％）时，裂缝密度和横波快慢波速度的关系与理论预测相符。仔细分析慢横波波场时可发现当裂缝形态化和密度变大时会引起极性相反现象，而裂缝形态对速度的影响小于对衰减的影响，这就提供又一种描述裂缝结构和性质的手段。     

泥饼对声波全波波形确定渗透率的影响

根据Biot提出的孔隙地层的波动理论,采用Johnson动渗透率模式,针对测井中泥饼问题,计算出声波全波列的合成波形。由合成波形可以看出,井壁上的边界条件对声波波形影响很大,由此产生的斯通利波的幅度变化并不完全代表地层渗透率的变化。当泥饼层薄时,可用斯通利波的幅度衰减量来估算地层的渗透率,但要作一些必要的校正;当泥饼层较厚时,用斯通利波幅度衰减量来估算地层渗透率及提取的横波时差是错误的。高频伪瑞利波爱瑞相(低速)也是地层渗透率很好的指示标志,但要考虑环境条件的影响;低频伪瑞利波(高速)能很好的估算原状地层的横波衰减量,进而估算地层的渗透率。     

孔隙流体类型对地层声波速度的影响

根据实际井的岩心资料，对砂岩样品的纵、横波速度与孔隙度及所含流体类型间的关系进行了实验研究，回归出了饱和气、水和油岩样的纵、横波速度与孔隙度的关系式。结果表明，饱和不同流体岩石的声波速度不同，岩石饱和气时的纵波速度明显低于饱和油、水时的纵波速度，并且孔隙度相同时岩石饱和油时的纵波速度略大于饱和水时的纵波速度，孔隙流体类型对横波速度的影响较小。含不同流体类型的岩样，其纵、横波波速比具有明显差异，利用纵、横波波速比和纵波时差的交绘图可识别地层流体的类型。为了解气体的声波特性，识别气层和气一液界面位置，对天然气的声波速度随温度和压力的变化情况进行了实验研究，从实验结果可以看出，不同压力环境下天然气随温度的变化规律不同。     

对Walk-away VSP记录上一组波的分析

利用正演模型、其他井间地震资料和VSP速度资料,分析了Walk-awayVSP记录上一组波的性质。分析结果表明这是纵波震源所激发的纵波在地表浅处某个强阻抗差界面上产生的转换横波。由于这种波具有纯横波的运动学特点,因此可以用于计算横波的速度。     

模拟地层条件下膏泥岩高频声波测试及频散外推对比研究

为了获得塔里木A区古近系地层中膏泥岩在声波测井20kHz频率下纵横波时差之间及与其他静力学参数之间的转换关系．开展了室内1000kHz高频声波测试。根据测试声波波速值、品质因子和频散方程外推20kHz频率的声波波速。2种频率下波速或声波时差对比分析表明：模拟地层条件下转换后的纵波时差（实验校正）与测井纵波时差更为接近;常温到85℃范围内相同净围压下波速和品质因子变化较小,波速变化可以忽略,品质因子变化范围为5％～7％;在不断增加净围压条件下,波速和品质因子都增加,且幅度显著;模拟地层条件下与常温、常压下相比,纵波波速增量为2．7％～8．4％,纵波品质因子增量为27％～58％,膏泥岩频散度为7.4％～24．4％,平均为15．12％,频散度较大。通过对频散方程变形得出了一种可直观表现本区膏泥岩在模拟地层条件下品质因子与波速降低幅度之间的表达式,同时根据膏泥岩品质因子影响因素．将该区古近系地层的膏泥岩纵波按由高到低划分为I,Ⅱ,Ⅲ共3个频散等级,最后探讨了频散效应在横波时差预测中的应用。结果表明：在1000kHz和20kHz频率下,利用纵波时差预测的横波时差在该区膏泥岩声波时差变化范围内,平均相对误差仅2％,误差整体随着石膏含量的增加而增大．这2种频率下纵横波时差拟合公式都可应用到横波时差预测（ft．0用测井纵波时差值进行预测）中,但由于膏泥岩频散度大,因而2种频率间声波时差值变化较大,应用时应进行频散校正。