复杂地层声波测井时差处理方法研究

在复杂地层(如砂-泥岩薄互层)的声波测井中,由于地层声速变化及界面反射波叠加干扰,导致不同接收器的地层纵波波形幅度差异明显,且相关性很差,使得提取的时差误差较大。这一声场特征可从薄互层声波测井的有限差分数值模拟中看到。针对这一现象,本文利用频率-波数域相关滤波处理技术来消除薄互层声波测井的界面反射干扰,以改善地层纵波波形的相关性。本文给出了砂-泥岩薄互层数字声波测井的现场资料处理实例,处理结果证明了该方法有效地消除了界面反射波的干扰,明显改善了地层纵波的相关性,提高了地层纵波时差曲线的分辨率,清晰地刻画出了薄互层特征。     

井孔中多极源在分层介质中的声场模拟方法

水平分层地层是常见的地质模型,为了解声波在其中的传播规律,需要对该模型进行数值模拟,通常采用时域有限差分方法。然而对于地下数百米井段,如何提高计算效率,是必须考虑的问题。本文提出了一种可以动态获取计算区域的方法,保证在模拟结果可靠的情况下计算区域最小,并通过算例验证该方法的有效性。当发射器位于接收器下方,并且距离仪器下方最近的分层边界超过2.0 m时,位于仪器下方的所有分层介质可以在计算中忽略不计。对于位于阵列接收器上方的分层边界也同样采用类似的策略。本文利用该方法模拟了多层介质中单偶极声波测井响应,从中提取的纵横波速度与介质参数一致。     

一种过套管双源反激声波测井方法

套管井胶结差时,地层声速的测量是一个很重要的测井难题。为解决这一难题,提出了一种过套管双源反激声波测井方法,从数据采集上压制套管波,增强地层波的信噪比。模拟计算了这种情况下双源反激的测井声波波形,并在实验室制作了1:10的套管模型井,进行了物理模拟实验。计算结果表明利用该方法可以有效压制套管波,并能清晰地识别出地层纵波。对实测波形的分析表明,实验条件下采用双源反激方法套管波幅度能够被压制到单源激励时的0.12倍,有效提高了地层波的信噪比,并能有效提取地层波的速度。理论和物理模拟结果验证了该方法的可行性,为其工程应用奠定了基础。     

一种过套管双源反激声波测井方法

套管井胶结差时,地层声速的测量是一个很重要的测井难题。为解决这一难题,提出了一种过套管双源反激声波测井方法,从数据采集上压制套管波,增强地层波的信噪比。模拟计算了这种情况下双源反激的测井声波波形,并在实验室制作了1:10的套管模型井,进行了物理模拟实验。计算结果表明利用该方法可以有效压制套管波,并能清晰地识别出地层纵波。对实测波形的分析表明,实验条件下采用双源反激方法套管波幅度能够被压制到单源激励时的0.12倍,有效提高了地层波的信噪比,并能有效提取地层波的速度。理论和物理模拟结果验证了该方法的可行性,为其工程应用奠定了基础。      

水平薄层包围的流体井孔中声波场的数值模拟

针对声波测井薄层探测的需要,用半解析方法求解了地层为水平多层介质时柱状井孔内脉冲点源激发的声场。通过模式解求出了层间的广义反射矩阵,使得各水平区域的场用层间的广义反射矩阵表出,最后给出了井外为。层介质的形式解,并在井外为三层介质出现一薄层时,对接收器纵向位置位于层下、层间和层上记录的波形进行了数值模拟,得到了首波波至的正确显示。讨论了薄层对波至与幅度的影响。     

国产的多极子阵列声波测井仪(MPAL)在油田开发生产中的应用

本文对国产的多极子阵列声波测井(MPAL)资料进行了分析,验证了仪器有较好的稳定性,测试结果表明:硬地层的纵波、横波、斯通利波波形清楚,幅度变化正常;通过其在岩性识别、裂缝识别、气层识别、岩石机械特性分析及各向异性的应用进行研究,能够较为准确地求取地层的纵波、横波、斯通利波的声波时差及幅度和衰减曲线,计算岩石力学参数,并进行地层各向异性评价。     

套管井中相控线阵声源激发声场的实验室物理模拟研究

为了探讨任意胶结状况下的套管井中均能直接并清晰的测量到地层信息的可行性,开展了套管井缩小模型的声波测井实验室物理模拟研究。实验测量了套管井不同胶结状况下相控线阵声源做发射器时的全波波形。通过对相控线阵声源不同偏转角时测量的全波波形分析表明,在Ⅰ、Ⅱ界面均胶结良好时随着相控线阵阵元间激励延迟时间的增加,当相控线阵声源的声束偏转角先后等于地层第一临界角和第二临界角时可使井孔中接收的地层滑行纵波和滑行横波幅度分别加强到最大;在套管井Ⅰ界面胶结差以及自由套管中,仍有效的探测到了地层的滑行纵波和横波信息。此实验结果验证了在任意胶结状况下的套管井中均能直接测量到地层信息的可行性,为开发新一代的套管井相控线阵声波测井仪奠定了实验基础。      

单极随钻声波测井换能器感知信号类型的研究

在假定钻铤是光滑的提前下，前人理论模拟了随钻测井的声压波形，但未发表关于理论波形与实验波形的比较的文章。为了认识测量信号所对应的力学类型及相应类型的钻铤波在钻铤内的分布，本文将理论模拟的随钻声波测井波形与实验波形进行对比。与前人单独考虑压电效应或井孔传播效应不同，本文模拟单极随钻声波测井响应时，将发射器、接收器、光滑钻铤和井孔结构作为一个整体，采用有限元法计算模拟了电压源激励下接收器纪录的声压信号和位移信号。将模拟的声压波形与电压信号进行比较，发现二者的钻铤波与斯通利波相对幅值相差较大，而模拟的径向位移波形更接近电压信号。进一步比较理论波形与小模型井内实验测量到的电压信号，证实电压信号更接近位移信号而与声压信号差异明显。这表明当钻铤光滑时，单极随钻声波测井换能器感知的主要是径向位移信号。研究还表明声压信号中的钻铤波能量主要集中在钻铤内壁，径向位移信号中的钻铤波能量主要集中在钻铤外壁。     

井旁溶洞的偶极反射声波测井响应研究*

反射声波成像测井是适应复杂地区勘探开发的一种测井新技术,能够对井旁几米至几十米内声阻抗不连续的地层界面、裂缝、溶洞、盐丘等不同地质构造进行探测评价。针对井旁存在一个不同尺度大小的溶洞时的偶极反射声波测井响应进行了数值模拟,得到了不同情况下的回波信号,探究了地层横波波长与井旁溶洞尺度之间的关系。研究结果表明,等源距阵列波形中,溶洞的回波波列有特殊的"抛物线"型形态,上提过程中距溶洞最近时,回波到时最早、幅度最大。当井旁溶洞直径逐渐增大时,回波信号幅度越强,反射横波偏移成像的结果越清晰。通过该研究,初步形成了一种反射声波测井评价井旁溶洞的方法。     

柱面分层流体饱和孔隙地层中的声波测井波场模拟

因钻井作业时泥浆侵入等因素,井外介质沿径向常呈现非均匀性。本文将地层视为柱面分层孔隙介质,采用传递矩阵法模拟声波测井波场。注意到慢纵波波数的实部和虚部都很大,当井外含大厚度层且频率较高时,易因计算大自变量的Hankel函数而溢出,我们在波场表达式中引入了归一化的Hankel函数。论文将前人模拟关于柱面分层固体弹性介质声波测井的广义反射/透射系数计算方法推广到了分层孔隙介质情况,导出了波幅系数的计算公式,并针对含侵入带的柱面分层孔隙地层,计算了声波测井全波波形。      

充液圆槽中单极声波仪器响应数值模拟与分析

为了实现声波测井仪器工作状态的快速检测,工程人员通常将仪器水平放置在载液圆槽中进行发射和接收测试,然而对于这种非轴对称结构中的声波导传播规律尚缺乏数值模拟和理论分析,因此迄今仍难以形成有效的测试规范和标准。本文利用三维有限差分算法模拟了载液圆槽中的单极测井仪器声波响应,对比了不同的圆槽物理、几何参数以及液体性质条件下单极子声场首波的幅度和相慢度大小。分析结果表明,单极仪器激发的首波慢度仅由圆槽的物理特征所决定,与圆槽几何参数、声源频率及液体特性无关;而首波幅度大小则与圆槽几何尺寸、圆槽和液体弹性波速等诸因素具有明确的对应关系。本研究结果可为用于仪器测试或速度刻度的圆槽模型井优化设计提供理论依据。     

改进的孔隙模型评价流体性质与裂缝孔隙度

随着勘探开发的不断深入,渤海油田面临越来越多的疑难储层,这类储层流体性质识别与裂缝孔隙度评价成为测井评价的难点。本文依据Biot理论,描述了存在裂隙条件下的含裂隙Biot理论,形成改进的孔隙介质模型。根据该模型利用阵列声波测井数据进行反演得到裂缝孔隙度,同时通过流体置换,得到不同流体对应的岩石体积模量,对其进行交会判别流体性质,实现了阵列声波测井裂缝孔隙度定量评价与流体性质识别综合应用。利用该模型对渤海油田十几口井进行计算,结果表明该方法对于常规砂泥岩和复杂岩性储层均能取得较好效果,本文提出的储层流体性质识别与裂缝孔隙度评价方法,有助于扩展阵列声声波测井的应用范围。     

Theoretical simulation of electroacoustic borehole logging in a fluid-saturated porous formation

Electroacoustic (E-A) logging describes the acoustic response to an electromagnetic (EM) source in a fluid-filled borehole surrounded by a porous medium. The E-A response is simulated by two different methods in this paper. In the coupled method, the EM field and the acoustic field are modeled using Pride's model, which couples Maxwell's equations and Biot's equations. In the uncoupled method, the EM field is uninfluenced by the converted acoustic field, resulting in separate acoustic formulation with an electrokinetic source term derived from the primary EM field. The difference of the transient full waveforms between the above two methods is remarkably small for all examples, thus confirming the validity of using the computationally simpler uncoupled method. It is shown from the simulated waveforms that an EM-accompanying acoustic field is coupled to the EM field and appears with an apparent phase velocity of the EM wave in the formation. Acoustic waves with the conventional acoustic velocities are also seen in the converted full waveforms. For the sandstone models used in this paper, when permeability is less than 1 Darcy, the E-A Stoneley wave amplitude increases with porosity, which is different from that in conventional acoustic-to-acoustic logging.     

三维声波测井探测特性分析与处理技术应用*

三维声波测井技术是近年来测井领域的重要进展,由于其集成了井孔轴向、径向和周向的三维信息探测能力,因而在各种复杂油气藏勘探开发中具有广阔的应用前景。从井孔声波探测的基本原理入手,对三维声波测井在井孔径向和周向的探测特性进行了研究。并且在传统资料处理方法的基础上,研发了适合三维声波测井的各向异性快速反演技术、径向速度层析反演技术以及井周慢度成像技术。现场实测的资料处理表明,三维声波测井仪器较传统多极子阵列声波测井仪器有较大优势,在探测井周地层三维信息方面有较好的应用前景。此外,该仪器也具有三维远探测的应用潜力。     

Numerical Simulation of Shear-Horizontal-Wave-Induced Electromagnetic Field in Borehole Surrounded by Porous Formation

Seismoelectric fieM excited by purely torsional loading applied directly to the borehole wall is considered. A brief formulation and some computed waveforms show the advantage of using shear-horizontal （SH） transverseelectric （TE） seismoelectric waves logging to measure shear velocity in a fluid-saturated porous formation. By assuming that the acoustic field is not influenced by its induced electromagnetic field due to seismoeleetric effect, the coupling governing equations for electromagnetic field are reduced to Maxwell equations with a propagation current source. It is shown that this simplification is valid and the borehole seismoelectric conversion efficient is mainly dependent on the electrokinetic coupling coefficient. The receivers to detect the conversion electromagnetic field and to obtain shear velocity can be set in the borehole fluid in the SH-TE seismoelectric wave log.     

声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源