用瞬时频率-时差方法识别偶极全波波形中的混合声波模式

偶极全波声波测井仪是用来估算横波速度，特剐是软地层和胶结差的地层的横波速度的。在理想条件下，这些测井仪的偶极子声源仅仅激发沿流体与固体的分界面传播的井眼弯曲波。通常用这种频散的弯曲波估算岩层的横波速度。在很软的岩层，偶极声源可能同时激发反相纵波模式，有时称它为慢纵波（主要由于它的频散特性）。 上述情况经常由于其他的声波波型的存在而变得复杂，比如存在斯通利波、测井仪模式弯曲波、和由横波各向异性产生的多个弯曲波型。斯通利波或者是由于测井仪偏心、井眼椭圆度产生的，或者由于偶极子声源性能不良产生的。测井仪模式弯曲波是由于声波绝缘体失去作用，和仪器常常严重倾斜时观察到。在数据处理中，斯通利波是格外难于识别和排除的。斯通利波与弯曲波类似，虽然它的速度受岩层横波时差和井眼参数的影响，但它也沿着流体与固体的分界面传播。这两种波在时间域和频率域上经常互相重叠（尤其是近接收器的波形），这样就使常规处理方法难于计算弯曲波时差。 由复合波型分析导出的瞬时频率-时差方法，特别适合于处理受到污染的偶极数据。当偶极激发没有混合声波波型时，就产生单一的瞬时频率特征和时差曲线，它以非线性的频率增长为特征，并且由于频散影响，时差是传播时间的函数。另一方面，在处理时窗内存在多个波型时，存在的互相影响的波型改变了瞬时频率和时差，但它能够被探测到并在一定条件下被识别。因此，分析瞬时频率和时差特征，就可能避免由于不能正确地识别声波波型而产生许多处理错误，避免其他方法处理这些数据时常犯的错误。 本文提交和讨论了瞬时频率一时差方法。由相应的现场数据例子进一步证实提出的处理方法。     

软地层中声波测井的波形特征

讨论了在软地层中声波测井的波形特点,重点介绍了一系列不同软地层中横波和弯曲波的波形和特点,说明在软地层井中应当用偶极声源激发的弯曲波估计地层的横波速度,同时也详细介绍了软地层斯通利波的波形和频散特性,强调它的速度与硬地层大不相同.     

一种多通道声波测井信号频散分析方法

声波测井中沿着井轴方向传播的模式波,包括斯通利波、伪瑞利波、弯曲波和螺旋波均为频散波.模式波的频散特征中包含大量与地层性质相关信息.通过对声波测井信号频散特征的分析,提出一种新的多通道声波信号频散分析方案.该方案首先通过修改的矩阵束方法获取模式波的速度及衰减信息,采用自适应的模式波标定方法和参考速度范围计算出慢度频率相...     

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。     

基于阵列声波测井波形二维谱分布的纵、横波时差处理方法

用Matrix方法可以从阵列声波测井波形中得到其二维谱分布.利用这些分布曲线可以得到地层的纵、横波以及Stoneley波时差,研究孔隙结构和孔隙流体特征.参考STC处理思路,主要讨论用二维谱分布求地层的纵、横波和Stoneley波时差的方法:群速度法和相速度法.给出类似于STC方法的图件,但其灰度不是相关系数,宽度表示时差的频散.在得到地层纵、横波时差的同时,对测量波形或地层纵、横波时差的频散特征有一定的显示,为认识孔隙及孔隙流体特征提供信息.用该方法处理单极子阵列声波测井波形,得到地层的纵波、横波以及Stoneley波的时差及其频散指示,处理偶极子声波测井波形,得到横波时差及频散分布.对比单极子和偶极子处理结果,两者得到的横波时差较接近.     

双频随钻声波测井仪扩展现有单极发射技术，提供软地层横波数据

90年代中期引入的随钻声波测井仪的换能器结构是单极的(unipolar)。随钻声波测井仪中的发射器和接收器都放置在钻铤一侧。在钻铤另一侧有称为假偶极子的类似排列，它包括发射器和接收器阵列。单向(umpde)发射器产生定向压力脉冲，它不同于各方向都有信号的单极(monopole)型发射器。理论上单向测井仪能够激发和测量井眼导波，比如斯通利波、弯曲波、和螺旋波。在证明该测井仪确实可以激发和测量导波以后，研制了一个低频发射器来加强信号，并且增加接收器接收时间以更好地记录井眼导波。把两个发射器中的一个进行调制，依次激发高频和低频发射器，有效地产生双频随钻声波测井仪信号。分别记录接收器阵列两组波形数据集，并贮存在测井仪的存储器中。将低频信号的带宽限制到使频散对相似系数计算的影响降到最小，相似系数算法常用于识别和分离单一波形，例如纵波首波和导波。然后使用相位速度处理方法计算波至时间。在使用低频发射器的同时研究出了新的频散校正算法，用于将导波的速度校正到正确的慢横波速度。实例提供了北海和墨西哥湾测井的原始波形和处理后的测井曲线结果，图示说明了新的频散算法的结果。     

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。     

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。     

反射声波测井波场分离方法研究

在反射声波测井数据处理中,用于偏移成像的反射信号相对于高幅度井中直达波较为微弱,只有利用波场分离技术将反射波从全波形中提取出来,才能对反射信号进行成像处理。在不改变仪器构造与测量模式情况下,对广泛应用于偶极反射声波测井技术中的线性预测滤波法进行改进,在滤波过程中考虑偶极测井弯曲波频散的影响,结合慢度—时间相干法对井中直达波进行估计,并从全波形中滤除。通过油田实测数据处理证实,结合了慢度—时间相干法与线性预测滤波法的波场分离方法,较常规方法而言,井中弯曲波得到较大程度的压制,进而提高了反射声波测井的有效性。     

钻铤结构对随钻声波测井响应的影响

为了有效提取随钻声波测井时的地层声波信息，采用有限差分法和时间慢度相关分析法，研究了钻铤外径、钻铤内径、钻铤内部变径和钻铤外壁刻槽等因素对钻铤波传播的影响。模拟计算结果显示，钻铤外半径变大时，即钻铤外壁和井壁的间隙较小时，接收波形里没有地层横波；钻铤内半径变小时，钻铤波、地层横波和斯通利波幅度变化不大，但是当钻铤壁厚变薄时斯通利波幅度明显增大；钻铤内变径对钻铤波幅度的影响，主要取决于声源频率是否在钻铤固有阻带频率范围内；钻铤外壁刻槽后，钻铤波幅度变小，可以从接收波形里提取出地层纵波。研究结果表明，钻铤的内径和外径变化会对地层横波和斯通利波的接收产生影响，而钻铤的内壁和外壁形状（如刻槽）会对钻铤波的幅度产生影响，钻铤结构与随钻声波测井响应的变化关系可以为随钻声波测井仪隔声体设计和随钻声波测井资料解释提供理论依据。      

多极子阵列声波测井资料处理及应用

介绍了胜利石油管理局测井公司新研制成功的多极子阵列声波测井仪器采集的数据结构类型.研究了多极子阵列声波测井资料的处理方法.用矩阵、相位等处理方法得到地层纵波、横波、斯通利波时差,利用偶极资料进行快慢横波分离,有效计算地层横波速度各向异性.胜利油田3口井的实际应用表明多极子阵列声波测井资料与其他测井资料相结合,可进行油藏评价,如井眼稳定性分析、地层孔隙压力预测、压裂施工压力设计及缝高检测等.实际钻井资料证明多极子阵列声波测井资料在油田勘探、开发中能够发挥重要作用.     

套管井阵列声波测井技术研究及应用

针对套管井阵列声波测井的工程需要,用实轴积分法及二维谱技术研究了不同胶结状况的二维谱及频散曲线.从理论上肯定了对于快速地层,胶结状况良好和第Ⅰ界面窜槽不严重时在套管井内能够测量到地层的纵、横波时差.描述第Ⅰ界面窜槽的等效水环厚度增加,以地层的纵、横波速度传播的声波时差分布不再集中,直到最后消失.第Ⅱ界面脱粘时无法测量到地层的纵、横波时差.根据上述理论计算结果设计了阵列声波测井仪器,用多口套管井的实际测量波形和处理结果肯定了上述理论分析,得到了地层的纵、横波时差.这样,对于套管井,除了能够测量地层的纵、横波时差外,从固井质量评价上,第Ⅰ界面胶结质量的判别方法还可以使用相位信息,即用阵列波形的相位建立模型,得到地层纵波时差分布,该分布越离散,则第Ⅰ界面胶结的程度越差;当集中不起来,不能够显示地层的纵波时差时,则第Ⅰ界面窜槽已经相当严重.     

VTI各向异性地层偶极横波测井及其应用

油气勘探开发中常利用测井声波(如斯通利波)数据评价慢速地层的横向各向同性(TI)特征,利用偶极弯曲波测量快速地层VTI各向异性。相对于单极斯通利波,快速地层中的偶极弯曲波对VTI各向异性有较高的灵敏度,用以反演地层的VTI各向异性参数,由此计算VTI地层的水平应力大小。将计算结果与由斯通利波得到的结果进行比较表明:在快速VTI地层中,利用新方法得到的地层弹性参数和各向异性大小更加准确,计算得到的水平地应力也更加可靠。     

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。     

随钻声波测井研究进展

论述了随钻声波测井的纵波测量、横波测量及仪器的发展,分析了随钻声波测井面临的难题.随钻纵波测井仪器隔声体是实现随钻纵波测量的关键;利用漏能纵波求取极慢地层的纵波速度的方法也有所发展.埘随钻横波测井进行r总结.快地层随钻横波测井除了可以采用单极子测量,还可以采用四极子模式进行测量;慢地层随钻横波测井可以有偶极子或四极子等方式进行测量,存在争议的是慢地层随钻偶极子的横波测量足否可行.对仪器偏心的研究表明从随钻偶极子中提取地层横波足有可能的.随钻声波测井由于偏心的原因无论采用何种模式进行测量都会产生频散.总结了随钻测井噪声的研究现状,表明噪声均为低频噪声,埘随钻横波测井有一定影响.     

用斯通利波评价裂缝的有效性

通过对斯伦贝谢ＭＡＸＩＳ－５００近４０口井的阵列声波和偶极子横波资料分析，认为斯通利波对裂缝的有效性评价非常有用。文中主要利用斯通利波波形、能量衰减和反射特性，结合其它成象测井资料综合分析，提出了识别应力释放缝和人工诱导缝及如何评价有效裂缝的方法，列举了应用实例并作了分析。     

声波测井的探测深度问题Ⅱ

从波动声学的角度讨论声波测井的探测深度问题.通过改变井外固体层的厚度发现,随着层厚的减小,声波测井波形中以地层的纵波速度传播的声波的二维谱最先受到影响,其次是以地层的横波速度传播的声波和伪瑞利波开始受到影响,最后是沿井壁表面附近传播的Stoneley波的幅度和速度逐渐开始变化.当固体层的厚度接近于自由套管时,声波测井测量的模式波同样具有频率选择特征,在16 kHz以下有一个速度稳定(不随频率的改变而改变)的模式波,该模式波就是套管波,与平板状的声波波形的二维谱差别相当大.所以,在普通声波测井的频率范围内,自由套管井的测井响应不能够用展开的平板来讨论.