亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：在井中发射并接收偶极横波的远探测方法
技术领域：
本发明属于应用地球物理测井技术，具体来说，本发明是一种在井中进行声波/ 弹性波的发射和接收以探测井周地层中的地质构造或异常体的方法和技术。
背景技术：
随着石油、天然气及矿藏勘探和开发需求的增长及测井技术的发展，需要对井周围数米到数十米范围内的地层构造及地质体进行探测。这些构造或地质体的具体例子如， 地层界面、裂缝、断层、溶洞和矿体等等。在井中对这些构造地质体的测量技术称为远探测技术。它把常规测井技术的测量范围从井周一米左右提高到几十米，该技术应用前景十分巨大，可以用来找寻井周裂缝的位置和方位，以确定油气的通道及流动方向和下一步钻井的轨迹，也可以用来在水平井追踪储层的边界等。目前的远探测技术有声、电两种，电法远探测由井中的仪器向地层发射低频电磁波，用以探测井周围地质异常体与背景地质电阻率的差异造成的电阻率异常，然而，低频电磁波的分辨率很低，所以电法远探测往往只能感知异常体的存在而不能确定其位置。声波的远探测技术分单极纵波法和偶极横波法两种。前者利用井中单极子声源向井处辐射的纵波，并利用波在井外地质体的反射来确定地质体的位置，但单极纵波的频率一般在IOkHz左右，较高频率的波衰减造成其探测范围有限，约为数米到十数米的范围，另外，由于单极的声源辐射的无方向性，因而该方法不能确定反射体的方位。偶极横波法是近年来发展起来的远探测技术，使用的频率约为3 5kHz。该方法采用偶极子声源在井中向井外发射横波，并在井中接收由井外地质体反射回来的横波。由于频率较低，该方法较单极纵波有较深的探测距离，可达二十多米的范围。此外，由于偶极子声源的指向性具有方向性，采用多分量(实际中为四分量)的偶极发射和接收，该方法不但能确定发射体的位置， 还能确定其方位，因而较单极纵波有相当的优越性。然而，在井中进行声波远探测，无论是对于单极纵波法，还是对新近发展的偶极横波法，都存在一个很大的局限性，即相对于井中传播并被接收器记录的声波来说，由于井中辐射到井外，并被反射回到井中接收器的声波是一个十分微弱的信号，其振幅只有井中传播的声波(称为直达波)的几十到几百，甚至几千分之一。这种微弱信号往往被淹没在声波测井的数据噪声之中，难以测量和处理，这种测量的局限性极大地限制了现有声法远探测技术的广泛使用。

发明内容
本发明的目的是提供一种在井中发射并接收偶极横波的远探测方法，以解决传统的偶极横波法存在的因反射回到井中接收器的声波信号十分微弱，而难以测量和处理的技术问题。本发明实现上述目的的技术方案如下方案之一，在井中设置偶极子声源，控制该偶极子声源激发的偶极声波的频率，避免使偶极声波以呈现出很强的频散特征的弯曲波的形式传播，即在弯曲波能被激发的最低频率称为截止频率以下发射偶极声波，保证无论是在井中，还是在井外地层中，偶极声波都将是纯粹的剪切横波；利用沿井轴方向排列的接收器阵列接收向井外辐射的横波经地层中的地质反射体反射回到井中的反射波与沿井轴传播的直达波，该接收阵列到声源的距离应不小于3个波长；接收后的包括井中的直达波和井外的反射波的波形信号，经过滤波器滤波，以去掉截止频率以上的波动能量，再经过由微处理器和接收控制系统控制的程控增益调节，将信号调理到后续的模/数转换器相适应的幅度，经模数转换器数字化采样后送到微处理器，由该处理器将数字化数据储存并传播到地面采集系统。方案之二，在一个较宽的(0.2-8kHz)，包括弯曲波截止频率在内的频段内发射偶极声波，对井中的直达波和井外的反射波进行两次数据采集；第一次采集中，所用的滤波器设置为一宽带滤波器，其带宽与所选的上述偶极声波的宽带声源频段相当；这时采集到的波形数据即为常规的偶极声波测井数据，可直接用于地层横波速度及横波各向异性等参数的提�。坏诙�次采集中，所用的滤波器的带宽仅限于弯曲波截止频率以下的频段；这时采集到的波形数据，通过滤波器将截止频率上的弯曲波成分滤掉以后，经增益调节后进入模/ 数转换器的波形数据可以用于地质反射体的成像处理。方案之三，由两套偶极发射和接收系统组成四分量的横波远探测系统，分别称为X 和Y系统，该X与Y偶极的指向是相互正交的，这种系统称为交叉偶极或正交偶极系统；当 X向声源激发时，指向为X和Y的偶极接收器阵列同时对声源在井中产生的直达波和井处的反射波进行接收，每一个X和Y向阵列中的接收器都配置各自的接收和采集系统；同样地， 当Y向的声源激发时，指向为Y和X的接收器阵列同时对Y声源产生的井内和井外波形进行接收；这种X和Y的发射接收和数据采集可按上述的方案一或方案二进行；这种四分量的数据采集得到的数据可以排成一个2X2矩阵，如下所示
(XX ΧΥΛ(9)其中，数据X的第一个字母表示发射源的指向，第二个字母表示接收器的指向，如数据XY表示由X源发射Y方向接收器接收到的数据；对于按方案二的第一种采集方式(即宽带采集方式)得到的数据，上述的四分量数据即为常规的交叉偶极四分量数据，可以用来提取地层的横波各向异性；对于按方案一或方案二的第二种采集方式(即带宽仅限于弯曲波截止频率以下的滤波采集方式)，该数据即为四分量的反射横波数据，可以用来确定地层中地质反射体的位形和方位；已知四分量数据后，来自地质反射体的SH和SV型横波可由下式计算
\SH = XX-CO^1 φ-{ΧΥ+ ΥΧ)· ηφζο^φ + ΥΥ · η2 φ(丄〇)其中，识为X向声源的指向与反射体走向的夹角；由四分量数据确定来自地层中地质反射体的SH和SV反射波，并由这些反射波来确定反射体的位形和方位。本发明的具体优点和积极效果如下本发明的井中偶极声波发射和数据采集技术使得数字化采集后的井外反射横波相对于井中直达波的振幅有很大的增强，以进一步提高声波远探测法的探测范围和有效性。采用四分量的发射和采集方法，可以同时确定地质反射体的位形和方位。


图1是充液井孔中的偶极声源激发沿井轴传播和向井外辐射的声波的示意图。图2是图1中声源频率为4kHz时井内和井外接收点上的波形振幅大小示意图。图3是图2中井中激发弯曲波的速度频散曲线和振幅激发响应函数关系图。图4是图1中声源频率为IkHz时井内和井外接收点上的波形振幅大小的比较图。图fe是在对井中弯曲波截止频率以上GkHz)接收的声波信号量化时，井外反射波相对于井中直达波振幅比较。图恥是在对井中弯曲波截止频率以下(IkHz)接收的声波信号量化时，井外反射波相对于井中直达波振幅的比较。图6是本发明所述的探测井外地质反射体的反射横波远探测测井仪的设置与仪器的电路和数据采集部分的电路原理框图。图7是本发明所述的探测井外地质反射体的四分量交叉偶极反射横波远探测测井仪的原理示意图。
具体实施例方式本发明的具体原理说明如下为了理解这项技术的工作原理及其在该截止频率以下工作的重要性，我们首先对位于井中的偶极声源在井中和井外产生的声场进行理论分析。如图1所示，将一偶极声源置于充液井孔中，该声源在井中产生沿井轴传播的波。在数千赫兹频率范围内，这种波一般是以弯曲波的形式传播。井中流体波动的位移势可表示为U/ = VOr(1)在偶极声源工作的同时，它还向井外地层辐射出弹性波。井外辐射的弹性波包括纵(P)波，及在竖直(SV)和水平面(SH)内偏振的两种横波。井外弹性波的位移场为u = VO + V χ z) + V χ V χ (Γ z)(2)其中，5竖直向的单位向量；井外P波、SV波和SH波，及其井中流体声波的位移势函数Φ、X、�：炭� Of分别为
权利要求
1.一种在井中发射并接收偶极横波的远探测方法，在井中设置偶极子，控制该偶极子激发的偶极声波的频率，避免偶极声波以呈现出很强的频散特征的弯曲波的形式传播，即在弯曲波能被激发的最低频率称为截止频率以下发射偶极声波，保证无论是在井中，还是在井外地层中，偶极声波都将是纯粹的剪切横波；利用沿井轴方向排列的接收器阵列接收向井外辐射的横波经地层中的地质反射体反射回到井中的反射波与沿井轴传播的直达波， 该接收阵列到声源的距离应不小于3个波长，接收后的包括井中的直达波和井外的反射波的波形信号，经过滤波器滤波，以去掉截止频率以上的波动能量，再经过由微处理器和接收控制系统控制的程控增益调节，将信号调理到后续的模/数转换器相适应的幅度，经模数转换器数字化采样后送到微处理器，由该处理器将数字化数据储存并传播到地面采集系统。
2.一种在井中发射并接收偶极横波的远探测方法，在一个较宽的，包括弯曲波截止频率在内的频段内发射偶极声波，这个较宽的频段一般在0. 2-8kHz的范围内，对井中的直达波和井外的反射波进行两次数据采集；第一次采集中，所用的滤波器设置为一宽带滤波器， 其带宽与所选的上述偶极声波的宽带声源频段相当；这时采集到的波形数据即为常规的偶极声波测井数据，可直接用于地层横波速度及横波各向异性等参数的提�。坏诙�次采集中， 所用的滤波器的带宽仅限于弯曲波截止频率以下的频段；这时采集到的波形数据，通过滤波器将截止频率上的弯曲波成分滤掉以后，经增益调节后进入模/数转换器的波形数据可以用于地质反射体的成像处理。
3.一种在井中发射并接收偶极横波的远探测方法，由两套偶极发射和接收系统组成四分量的横波远探测系统，分别称为X和Y系统，该X与Y偶极的指向是相互正交的，这种系统称为交叉偶极或正交偶极系统；当X向声源激发时，指向为X和Y的偶极接收器阵列同时对声源在井中产生的直达波和井处的反射波进行接收，每一个X和Y向阵列中的接收器都配置各自的接收和采集系统；同样地，当Y向的声源激发时，指向为Y和X的接收器阵列同时对Y声源产生的井内和井外波形进行接收；这种X和Y的发射接收和数据采集可按截止频率以下发射的方式或在一个较宽的，包括弯曲波截止频率在内的频段内发射的方式进行，这种四分量的数据采集得到的数据可以排成一个2X2矩阵，如下所示Px zfI⑼[γχ YY J其中，数据X的第一个字母表示发射源的指向，第二个字母表示接收器的指向，如数据 XY表示由X源发射Y方向接收器接收到的数据；对于按在一个较宽的，包括弯曲波截止频率在内的频段内发射的方式，以第一种采集方式得到的数据，上述的四分量数据即为常规的交叉偶极四分量数据，可以用来提取地层的横波各向异性；对于按截止频率以下发射的方式或按在一个较宽的，包括弯曲波截止频率在内的频段内发射的方式，以第二种采集方式得到的数据，该数据即为四分量的反射横波数据，可以用来确定地层中地质反射体的位形和方位；已知四分量数据后，来自地质反射体的SH和SV型横波可由下式计算\SH = XX-CO^1 φ-{ΧΥ+ ΥΧ)· ηφζο^φ + ΥΥ · η2 φ(丄〇)[^F = ΧΧ· η2 φ + {ΧΥ+ ΥΧ)· ηφζο^φ + ΥΥ ■ cos2 φ其中，识为X向声源的指向与反射体走向的夹角；由四分量数据确定来自地层中地质反射体的SH和SV反射波，并由这些反射波来确定反射体的位形和方位。
全文摘要
本发明公开了一种在井中发射并接收偶极横波的远探测方法，在井中设置偶极子声源，控制该偶极子声源激发的偶极声波的频率，使偶极声源在井中弯曲波截止频率以下发射偶极声波，接收后的包括井中的直达波和井外的反射波的波形信号，经过滤波器滤波，再经过由微处理器和接收控制系统控制的程控增益调节，将信号调理到后续的模/数转换器相适应的幅度，经模数转换器数字化采样后送到微处理器，由该处理器将数字化数据储存并传播到地面采集系统。本发明可以解决传统的偶极横波法存在的因反射回到井中接收器的声波信号十分微弱，而难以测量和处理的技术问题。
文档编号G01V1/44GK102508299SQ20111030099
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者唐晓明, 苏远大, 谭宝海, 魏周拓 申请人:中国石油大学(华东)