一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法及装置，主要包括：利用正交偶极声波测井装置在井中采集四分量数据，从中分离出井外反射信号并对其偏移成像；用四分量反射信号组成φ向发射和接收的合成信号XX，变化φ得到使XX达到最大幅值时的角度φ0；用四分量反射数据合成信号Ns1和Ns2并比较其相位差异；建立Ns1和Ns2之间相位差异随反射体方位变化的规律图版；判断反射体的真实方位并转换到固定坐标系下；对最大幅值信号XX(φ0)进行偏移成像，确定反射体的离井距离。本发明专利技术同时利用反射波的幅值和相位信息，有效消除了偶极横波远探测中的方位180

An acoustic logging method and device for accurately detecting geological structures outside the well based on orthogonal dipole four component measurement

【技术实现步骤摘要】
receiver mode[J]:Journal of Petroleum Science and Engineering,199,108295.)，但这种方法对接收换能器的性能要求较高，接收数据中反射波的信噪比一般较差。
[0007]目前，从经济性和实用性上看，偶极横波远探测存在的方位180
°
不确定问题还未得到妥善解决，因此亟需提出一种能够有效消除方位模糊性的新方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法及装置。以现有的正交偶极四分量测井原理为基础，采用不同的四分量数据采集模式，根据反射波的幅值和相位特征精准探测井外地质构造，可以经济有效地解决偶极横波远探测中存在的方位180
°
不确定的技术问题。
[0009]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种井中正交偶极四分量测量的声学测井装置，包括：正交偶极声源发射器短节、发射和接收之间的隔声短节、四个周向等间隔布置的方位单元接收站阵列短节和处理器短节。
[0010]所述正交偶极声源发射短节包括两个正交布置的偶极声源，声源指向相互垂直；所述接收站阵列短节包括至少八个轴向上等间隔布置的方位接收站；所述方位接收站包括四个周向上等间隔布置的接收换能器；所述处理器短节包括仪器方位测量装置以及与所述声源发射短节、接收站阵列短节和地面控制系统进行通信连接的模块。
[0011]此外，为实现上述专利技术目的，本专利技术同时提出了一种根据所述声学测量装置采集数据中反射波的幅值和相位特征精准探测井外地质构造的方法，其包括以下处理步骤：
[0012]步骤一、将所述正交偶极四分量声波测井装置放于测量井中，依次激发两个正交的偶极声源，向井外地层中辐射弹性波。
[0013]步骤二、记录仪器坐标轴(如y轴)相对于固定方向(如地球北极)的方位角。
[0014]步骤三、用方位阵列接收器采集信号并按照特定模式组成四分量数据(xx,xy,yx,yy)。
[0015]步骤四、将采集的仪器方位数据和四分量数据通过电缆上传至地面控制系统。
[0016]步骤五、对四分量数据进行滤波并做波场分离处理，压制和剔除沿井孔传播的直达波信号，提取出来自井外界面的反射信号。
[0017]步骤六、将从全波中分离出的四分量井外反射信号进行偏移成像。
[0018]步骤七、在仪器坐标系(x,y)下，以相对于仪器x轴的角度φ为变量，用四分量井外反射信号组成φ向发射和接收的合成XX反射波信号XX(φ)＝xx
·
sin2φ
‑
(xy+yx)
·
sinφcosφ+yy
·
cos2φ，变化φ值得到使XX达到最大幅值时的角度φ0。
[0019]步骤八、利用四分量反射数据合成两个新信号Ns1和Ns2，并比较它们之间的相位差异。
[0020]步骤九、按照步骤三中的四分量采集模式和步骤八中的新信号合成方式，通过理论模拟，建立新信号Ns1和Ns2之间相位差异随井外反射体方位变化的规律图版。
[0021]步骤十、根据理论模拟图版，判断φ0是否为反射体的真实方位角：若φ0与步骤八中信号Ns1和Ns2之间相位差异的关系符合步骤九中的理论图版规律，则φ0为真实方位角；否则真实方位角为φ0+180
°
。
[0022]步骤十一、根据测量的仪器方位，将反射体的真实方位角(φ0或φ0+180
°
)从仪器
坐标系转换到固定坐标系下。
[0023]步骤十二、对最大幅值信号XX(φ0)进行偏移成像。
[0024]步骤十三、利用地层横波速度对成像进行时深转换，进一步确定反射体的离井距离，得到最终反射成像结果。
[0025]所述步骤一中，两个正交偶极声源X和Y分别指向仪器坐标系的x和y轴方向，其中X(Y)向偶极源由对称分布在仪器x(y)轴两侧的两块极板组成，两块极板激发信号的能量相同、极性相反。仪器工作时，依次激发X和Y向偶极源，向井外地层中辐射弹性波。
[0026]所述步骤三中，方位阵列接收器包含轴向上等间隔布置的多组(一般至少八组)方位接收站，每一组方位接收站由对称分布在仪器x和y轴两侧的四块接收极板组成。X和Y向偶极源激发后，每一组接收站记录四个不同方位的共八个分量的声压信号，即XX1、XX2、XY1、XY2以及YX1、YX2、YY1、YY2，其中第一个字母代表声源，第二个字母及数字代表接收器。八个分量信号在处理器中按照下述方式组合，得到四分量正交偶极数据：
[0027][0028]其中，m1和m2为调节因子；当m1和m2取不同值时，可实现不同的四分量采集模式。在本专利技术中，多种采集模式均可以取得良好的方位识别效果，比如：m1＝1，m2＝1；m1＝0，m2＝1；m1＝
‑
1，m2＝2；等。
[0029]所述步骤五具体为：首先对四分量波形数据进行滤波处理以减小噪声干扰，然后进行直达波压振处理以减少直达波周期，最后选用中值滤波或F
‑
K滤波等方法进行波场分离，压制和剔除直达波干扰，从全波中提取出反射波信号。
[0030]所述步骤六具体为：对步骤五得到的四分量井外反射信号，首先按照共中心点叠加、倾角叠加和径向补偿方法进行信号增强处理，然后用时深转换的偏移成像进行成像，并利用直接滤波或F
‑
K滤波对成像结果做进一步的降噪处理。
[0031]所述步骤七中，对于合成反射信号XX(φ)，调整φ值得到使XX达到最大幅值时的角度φ0，φ0即为确定的反射体方位；但此时的方位存在多解性，即可能为φ0，也可能为φ0+180
°
。
[0032]所述步骤八中，新信号Ns1和Ns2的合成方式取决于步骤九中理论图版的规律性，本专利技术中主要介绍了以下两种合成方式(但其有效合成方式不限于此)：第一种是直接采用四分量中的交叉分量进行比较，即Ns1＝xy，Ns2＝yx；第二种是利用最佳成像两侧对称分布的四分量旋转信号进行组合，即Ns1＝XX(φ0+φ
opt
)，Ns2＝XX(φ0‑
φ
opt
)，其中φ
opt
取10
°
～45
°
效果较好。得到新信号Ns1和Ns2后，进一步比较它们之间的相位差异(超前或滞后)，可通过直接观察波形，或者利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)或动态时间规整(Dynamic Time Warping,DWT)等方法进行计算。
[0033]步骤七和步骤八可用反射数据或其时深转换后的成像数据，视实际测井中两种数据信噪比孰为优劣而定。这是因为偏移成像是一线性变换，不改变Ns1和Ns2之间的相对差异。
[0034]所述步骤九具体为：根据井孔与弹性波的相互作用理论，考虑充液井内偶极声源在井外的辐射、井外地质体的反射以及充液井孔对反射波的接收调制三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，采用如下处理步骤：步骤一、将正交偶极四分量声波测井装置放于测量井中，依次激发两个正交的偶极声源，向井外地层中辐射弹性波；步骤二、记录仪器坐标轴相对于固定方向的方位角；步骤三、用方位阵列接收器采集信号并按照特定模式组成四分量数据xx,xy,yx,yy；步骤四、将采集的仪器方位数据和四分量数据通过电缆上传至地面控制系统；步骤五、对四分量数据进行滤波并做波场分离处理，压制和剔除沿井孔传播的直达波信号，提取出来自井外界面的反射信号；步骤六、将从全波中分离出的四分量井外反射信号进行偏移成像；步骤七、在仪器坐标系下，以相对于仪器x轴的角度φ为变量，用四分量井外反射信号组成φ向发射和接收的合成XX反射波信号XX(φ)＝xx
·
sin2φ
‑
(xy+yx)
·
sinφcosφ+yy
·
cos2φ，变化φ值得到使XX达到最大幅值时的角度φ0；步骤八、利用四分量反射数据合成两个新信号Ns1和Ns2，并比较它们之间的相位差异；步骤九、按照步骤三中的四分量采集模式和步骤八中的新信号合成方式，通过理论模拟，建立新信号Ns1和Ns2之间相位差异随井外反射体方位变化的规律图版；步骤十、根据理论模拟图版，判断φ0是否为反射体的真实方位角：若φ0与步骤八中信号Ns1和Ns2之间相位差异的关系符合步骤九中的理论图版规律，则φ0为真实方位角；否则真实方位角为φ0+180
°
；步骤十一、根据测量的仪器方位，将反射体的真实方位角φ0或φ0+180
°
从仪器坐标系转换到固定坐标系下；步骤十二、对最大幅值信号XX(φ0)进行偏移成像；步骤十三、利用地层横波速度对成像进行时深转换，进一步确定反射体的离井距离，得到最终反射成像结果。2.根据权利要求1所述的一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，所述步骤一中，两个正交偶极声源X和Y分别指向仪器坐标系的x和y轴方向，其中X和Y向偶极源由对称分布在仪器x和y轴两侧的两块极板组成，两块极板激发信号的能量相同、极性相反；仪器工作时，依次激发X和Y向偶极源，向井外地层中辐射弹性波。3.根据权利要求1所述的一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，所述步骤三中，方位阵列接收器包含至少八组在轴向上等间隔布置的方位接收站，每一组方位接收站由对称分布在仪器x和y轴两侧的四块接收极板组成；X和Y向偶极源激发后，每一组接收站记录四个不同方位的共八个分量的声压信号，即XX1、XX2、XY1、XY2以及YX1、YX2、YY1、YY2，其中第一个字母代表声源，第二个字母及数字代表接收器；八个分量信号在处理器中按照下述方式组合，得到四分量正交偶极数据：
其中，m1和m2为调节因子；当m1和m2取不同值时，可实现不同的四分量采集模式。4.根据权利要求1所述的一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，所述步骤五具体为：首先对四分量波形数据进行滤波处理以减小噪声干扰，然后进行直达波压振处理以减少直达波周期，最后选用中值滤波或F
‑
K滤波等方法进行波场分离，压制和剔除直达波干扰，从全波中提取出反射波信号。5.根据权利要求1所述的一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，所述步骤六具体为：对步骤五得到的四分量井外反射信号，首先按照共中心点叠加、倾角叠加和径向补偿方法进行信号增强处理，然后用时深转换的偏移成像进行成像，并利用直接滤波或F
‑
K滤波对成像结果做进一步的降噪处理。6.根据权利要求1所述的一种基于正交偶极四分量测量精准探测井外地质构造的声波测井方法，所述步骤七中，对于合成反射信号X...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓明，李杨虎，苏远大，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：