用于估计地层各向异性常数的模态色散的多频率反转制造技术

用于在具有对称的垂直轴的横向各向同性地层(“TIV”)的垂直、倾斜或水平井眼中的单个测井深度处使用钻孔色散和折射的纵波首波速度来估计多个各向异性弹性常数(Cij)的系统和方法。估计的弹性常数可以之后用于计算在井眼中的井眼附近应力分布，这帮助诸如在存在页岩异质性的情况下对页岩气产品的优化完成设计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计地层各向异性常数的模态色散的多频率反转
在填充有流体的钻孔中的声源中生成首波以及相对较强的钻孔导向模式。标准声波测量系统包括在填充有流体的钻孔内放置压电源和水诊器接收器阵列。压电源以单极子源或偶极子源的形式来配置。源带宽典型地为从0.5到20kHz的范围。单极子源主要生成最低阶轴对称模式(也被称为斯通利模式)连同纵波和横波首波。与此相反，偶极子源主要激发最低阶弯曲钻孔模式连同纵波和横波首波。首波是通过将传输的声能耦合到在沿着钻孔轴线传播的地层中的平面波而引起的。在钻孔流体中入射的纵波在地层中临界地产生折射的纵波。沿着钻孔表面折射的波已知为为纵波首波。临界入射角θ＝sin-1(Vf/Vc)，其中Vf是在钻孔流体中的纵波速度，而Vc是在地层中的纵波速度。随着纵波首波沿着界面行进，它将能量辐射回能够由放置在填充有流体的钻孔中的水诊器接收器检测的流体。在快速地层中，横波首波可以类似地由纵波在临界入射角θ＝sin-1(Vf/Vs)激发，其中Vs是在地层中的横波速度。还值得注意地是，首波仅在当入射波的波长小于钻孔直径时被激发，使得边界可以被有效地视为平界面。在快速地层的均匀且各向同性的模型中，纵波和横波首波能够由放置在填充有流体的钻孔中的单极子源来生成，用于确定地层纵波和横波首波的速度。已知的，折射的横波首波不能通过放置在钻孔流体中的接收器在慢速地层中被检测到(其中横波速度小于钻孔流体纵波速度)。在慢速地层中，地层横波速度是从弯曲色散的低频渐近线获得的。存在用于从记录的偶极子波形阵列估计在快速地层或慢速地层中的地层横波速度的标准处理技术。在放置于填充有流体的钻孔中的水诊器接收器阵列处记录的波形可以由改进的矩阵束算法来处理，以隔离在波列中非色散和色散的到达。最低阶轴对称斯通利波和弯曲模式是色散的，即，速度作为频率的函数而改变。应当理解的是，根据现有技术中已知的技术，五个独立的各向异性弹性常数的三个能够从交叉偶极子声学数据和斯通利数据获得。例如，在垂直井眼(例如，平行于图1中的X3轴)中，各向异性弹性常数C44和C55能够从在垂直井眼中测量的交叉偶极子声学数据的低频渐近线来估计，并且各向异性弹性常数C66能够从在垂直井眼中测量的斯通利数据来估计。在水平井眼(例如，平行于图1中的X1轴)中，各向异性弹性常数C66和C55能够从在水平井眼中测量的交叉偶极子声学数据的低频渐近线来估计，并且各向异性弹性常数C44能够从在水平井眼中测量的斯通利数据来估计。此外，折射的纵波首波产生垂直井眼中的各向异性弹性常数C33的估计和水平井眼中的各向异性弹性常数C11的估计。在这些情况下，结合来自水平和倾斜井眼两者的声波数据以估计所有五个独立的各向异性弹性常数成为必要。这个过程假设倾斜和水平(或垂直)井眼轨迹在相同的均匀各向异性地层中。而这样的假设可能适合于构造用于地震(AVO)解释的各向异性速度模型，这可能导致在井眼附近应力中的变化的不可靠估计，该应力影响水力裂缝蔓延以有助于页岩气的生产率。因此，期望从根据沿着井眼呈现显著异质性的页岩气田中的、水平井眼中的测井深度获取的声波数据、来估计所有五个独立的弹性常数。
技术实现思路
这里提供了用于在具有对称的垂直轴的横向各向同性地层(“TIV”)的井眼中的单个测井深度处使用钻孔色散和折射的纵波首波速度来估计多个各向异性弹性常数的系统和方法。估计的弹性常数能够之后用于计算在井眼中的井眼附近应力分布，这帮助在存在页岩异质性的情况下对页岩气产品的优化完成设计。一种用于确定横向各向同性地层的多个各向异性弹性常数的方法可以包括在声源处生成宽带声波，且在声接收器处接收相应于宽带声波的声学色散的数据。声源和声接收器能够位于裸井或套管井测井环境中的钻孔内。此外，该方法能够包括计算声学色散对各向异性弹性常数的每个中的增量变化的取决于频率的灵敏度。该方法还能够包括顺序反转声学色散和基准声学色散之间的差异以获得各向异性弹性常数的每个。每个反转能够在声学色散的取决于频率的灵敏度是足够的选择的带宽上执行。可选地，多个各向异性常数能够包括一个或多个C11、C33、C55、C66和C13。可选地，多个各向异性常数能够包括多于C11、C33、C55、C66和C13的三个。可选地，多个各向异性常数能够包括C11、C33、C55、C66和C13的所有五个(即，所有五个独立的横向各向同性(“TI”)弹性常数)。作为选择或此外，相应于宽带声波的声学色散的数据能够被记录在水平、垂直或倾斜的钻孔中的单个测井深度处的声接收器处。可选地，声学色散对各向异性弹性常数的每个中的增量变化的取决于频率的灵敏度CijΔVk/VkΔCij至少大于1％，其中Cij表示各向异性弹性常数，指数i和j从1-6取值且ΔVk表示针对基准Vk的模态相速度中的变化，指数k表示选择的频率。作为选择或此外，声学色散对各向异性弹性常数的任何中的增量变化的取决于频率的灵敏度当大于近似1-3％或更高时是足够的。在这里讨论的实现方式中，声波能够是偶极子弯曲波、斯通利波和四极子波的至少一个。此外，声学色散能够是偶极子弯曲色散、斯通利色散和四极子色散的至少一个。可选地，该方法能够包括顺序反转声学色散和基准声学色散之间的差异，以获得与声学色散的逐渐递减的取决于频率的灵敏度相关联的各向异性弹性常数。换言之，当执行顺序反转时，首先获得与声学色散的取决于频率的最大灵敏度相关联的各向异性常数。然后，通过获得与声学色散的取决于频率的第二大灵敏度相关联的各向异性常数，该顺序反转过程继续。作为选择或此外，选择的带宽(例如，执行选择性反转的带宽)能够对于各向异性弹性常数的每个被确定。作为选择或此外，作为轴向波数或频率的函数的体积积分可以可选地用于计算声学色散对各向异性弹性常数的每个中的增量变化的取决于频率的灵敏度。作为选择或此外，最小二乘最小化算法能够可选地用于顺序反转声学色散和基准声学色散之间的差异。可选地，该方法能够进一步包括在对各向异性弹性常数的每个反转后计算预测的声学色散。预测的声学色散能够使用由反转获得的各向异性弹性常数来计算。然而，该方法能够可选地包括确定声学色散和预测的声学色散之间的差异。应当理解的是，声学色散是测量的声学色散，例如，由在声接收器处接收、和相应于宽带声波的声学色散的数据表示的声学色散。如果在给定的频率处的声学色散和预测的声学色散之间的差异大于预定的数量，该方法能够包括顺序反转声学色散和基准声学色散之间的差异以获得与声学色散的逐渐递减的取决于频率的灵敏度相关联的各向异性弹性常数。作为选择或另外，如果在给定的频率处的声学色散和预测的声学色散之间的差异小于预定的数量，该方法能够进一步包括终止声学色散和基准声学色散之间的差异的顺序反转。可选地，预定的数量能够在近似0.1％和0.2％之间。可选地，基准声学色散能够是等效-各向同性和径向均匀(“EIH”)的地层的声学色散。作为选择或此外，该方法能够可选地包括从相应于声学色散的低频数据估计一个或多个各向异性弹性常数，且基于估计的各向异性弹性常数生成基准声学色散。作为选择或此外，声学色散能够是斯通利色散，并且从相应于声学色散的低频数据估计一个或多个各向异性弹性常数的步骤能够包括：反转近似1和3kHz之间的斯通利色散以获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定横向各向同性地层的多个各向异性弹性常数Cij的方法，包括：在位于钻孔内的声源处生成宽带声波；在位于所述钻孔内的声接收器处接收相应于所述宽带声波的声学色散的数据；计算所述声学色散对所述各向异性弹性常数的每个中的增量变化的取决于频率的灵敏度CijΔVk/VkΔCij；以及顺序反转所述声学色散和基准声学色散之间的差异以获得所述各向异性弹性常数的每个，其中每个反转在选择的带宽上执行，在选择的带宽中，所述声学色散对所述各向异性弹性常数的每个中的增量变化的所述取决于频率的灵敏度CijΔVk/VkΔCij是足够的，其中Cij表示各向异性弹性常数，Vk表示基准模态相速度，ΔCij表示各向异性弹性常数中的变化，ΔVk表示针对所述基准模态相速度Vk的模态相速度中的变化，以及指数i和j能够是整数1‑6并且指数k是选择的频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.12 US 13/916,5421.一种用于确定横向各向同性地层的多个各向异性弹性常数Cij的方法，包括：将声学工具位于由横向各向同性地层围绕的钻孔内，该声学工具包括声源和声接收器；在所述声源处生成宽带声波；在所述声接收器处接收相应于所述宽带声波的声学色散的数据；计算所述声学色散对每个各向异性弹性常数中的增量变化的取决于频率的灵敏度CijΔVk/VkΔCij；以及顺序反转所述声学色散和基准声学色散之间的差异以获得所述每个各向异性弹性常数，其中每个反转在选择的带宽上执行，在选择的带宽中，所述声学色散对所述每个各向异性弹性常数中的增量变化的所述取决于频率的灵敏度CijΔVk/VkΔCij是足够的，其中Cij表示各向异性弹性常数，Vk表示基准模态相速度，ΔCij表示各向异性弹性常数中的变化，ΔVk表示针对所述基准模态相速度Vk的模态相速度中的变化，以及指数i和j能够是整数1-6并且指数k是选择的频率。2.如权利要求1所述的方法，其中所述宽带声波是偶极子弯曲波、斯通利波和四极子波的至少一个，并且其中所述声学色散是偶极子弯曲色散、斯通利色散和四极子色散的至少一个。3.如权利要求1所述的方法，顺序反转所述声学色散和基准声学色散之间的差异以获得所述每个各向异性弹性常数的步骤进一步包括：顺序反转所述声学色散和所述基准声学色散之间的所述差异，以获得与所述声学色散的逐渐递减的取决于频率的灵敏度相关联的各向异性弹性常数，并且其中对于所述每个各向异性弹性常数确定所选择的带宽。4.如权利要求1所述的方法，其中计算所述声学色散对所述每个各向异性弹性常数中的增量变化的所述取决于频率的灵敏度的步骤包括：使用体积积分作为轴向波数或频率的函数。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：使用通过反转获得的所述各向异性弹性常数，在对所述每个各向异性弹性常数反转后，来计算预测的声学色散；确定所述声学色散和所述预测的声学色散之间的差异；如果在给定的频率处的所述声学色散和所述预测的声学色散之间的所述差异大于预定的数量，则顺序反转所述声学色散和所述基准声学色散之间的所述差异以获得与所述声学色散的逐渐递减的取决于频率的灵敏度相关联的各向异性弹性常数；以及如果在所述给定的频率处的所述声学色散和所述预测的声学色散之间的所述差异小于所述预定的数量，则终止所述声学色散和所述基准声学色散之间的所述差异的所述顺序反转。6.如权利要求1所述的方法，其中所述基准声学色散是等效-各向同性和径向均匀的地层的声学色散，并且所述方法进一步包括：从相应于所述声学色散的低频数据估计一个或多个各向异性弹性常数；以及基于所述估计的各向异性弹性常数生成所述基准声学色散。7.如权利要求6所述的方法，其中所述声学色散包括斯通利色散，并且其中从相应于所述声学色散的低频数据估计一个或多个各向异性弹性常数的步骤进一步包括：反转1和3kHz之间的所述斯通利色散，以获得各向异性弹性常数C66。8.如权利要求6所述的方法，其中所述声学色散包括偶极子弯曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：BK辛哈，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：维尔京群岛;VG