（测试计量技术及仪器专业论文）反射声波测井资料处理方法研究.pdf

i i i iiiti iii i lli l li i iil l l l i l | 1 | f i l l y 18 7 5 9 4 5 s t u d yo np r o c e s s i n gm e t h o do ft h er e f l e c t i o n a c o u s t i cl o g g i n gd a t a at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e d e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：s u nf e n g s u p e r v i s o r ：p r o f s u nj i a n m e n g s c h o o lo fg e o s c i e n c e s c h i n a u n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：日期：2p ，年月乡日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印刷版 和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和 复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他 复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：2 。，年厂月弓日 日期：年月日 摘要 随着国内外油气勘探开发的不断深入，油气勘探的趋势对声波测井提出了更高的要 求。声波测井作为测井和地震之间的联系纽带，一方面在寻求突破探测深度限制的方法， 另一方面其高分辨率无法被地震所取代。反射声波测井的出现极好的解决了这两方面的 问题，它既保持了声波测井的高分辨率，又将自身的探测深度增大了一个数量级。反射 声波测井的出现使得过去应用成熟的声波测井的原理、数据处理方法和解释方法等不再 满足要求，势必要求我们换一个思路重新研究适合于反射声波测井的理论方法。目前， 国内外针对反射声波测井做了大量的研究工作并取得了一定的成果，针对反射声波测井 数据的处理方法也有很多人在探索，但真正适于测井行业理解和使用的处理方法和处理 软件并未完全成型，反射声波测井数据处理过程中仍存在问题。尤其是现有的反射声波 处理软件，偏重地震数据处理流程，致使操作者只会按部就班的操作而不明白其中的道 理。 本文在前人的研究基础上，从充液井孔的声场理论和反射声波测井的原理出发，深 入研究适于反射声波测井数据处理的方法，尝试编写便于测井业内人士理解和使用的处 理软件。主要内容为以下五点： l 、在均匀各向同性孔隙介质声场理论的基础上，对以充液井眼为轴的柱状介质模 型的声场进行了理论推导，并以此作为分析依据。 2 、从反射声波测井仪器的结构和技术指标等入手，深入理解反射声波测井的原理。 考察了频率、源距和反射界面倾角等因素对反射纵波的影响，并用几何声学的方法得到 了反射纵波的时距关系。 3 、研究了反射声波测井数据的预处理、纵波速度计算、反射纵波提取、波场分离、 动校正和偏移等方法。 4 、编写了一套用于反射声波测井数据处理的软件，对实际反射声波测井资料进行 了处理和效果分析。 5 、反射声波测井的应用举例。 关键词：反射声波测井，反射波提取，波场分离，动校正，偏移 s t u d yo np r o c e s s i n gm e t h o do ft h er e f l e c t i o n a c o u s t i cl o g g i n gd a t a s u nf e n g ( m e a s u r i n ga n dt s e t i n gt e c h n o l o g y i n s t r u m e n t s ) d i r e c t e db yp r o f s u nj i a n m e n g a b s t r a c t a st h ee x p l o r a t i o no fo i la n dg a sc a r r i e do u ti nad e e p - g o i n gw a yi n f o r e i g na n d d o m e s t i c ，t h et r e n do ft h ee x p l o r a t i o nh a v ep u tf o r w a r dm o r er i g o r o u sr e q u e s t a st h e a s s o c i a t i o nb e t w e e nt h ew e l ll o g g i n ga n dt h es e i s m i c ，o nt h eo n eh a n dt h ea c o u s t i cl o g g i n g h a sg r a d u a l l yb r e a k t h r o u g ht h el i m i to fi t sd e t e c t i o nz o n e ，o nt h eo t h e rh a n dt h ea c o u s t i c l o g g i n gh a st h eh i g hr e s o l u t i o nw h i c ht h es e i s m i cc a n tp o s s e s s t h ea p p e a r a n c eo fa c o u s t i c r e f l e c t i o nl o g g i n gh a sw o n d e r f u l l yr e s o l v e dt h et w oa s p e c t so fp r o b l e m s ，b e c a u s ei tn o to n l y k e e p st h eh i g hr e s o l u t i o n , b u ta l s oi n c r e a s e st h ed e t e c t i o nz o n eb ya no r d e ro fm a g n i t u d e t h e e m e r g e n c eo fa c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n gm a k i n gt h ep r i n c i p l ea n dt h em e t h o do fd a t a p r o c e s s i n ga n de x p l a n a t i o nw h i c ha r em a t u r e l yu s e db e f o r en ol o n g e rm e e tt h er e q u i r e m e n t ， w h a tm a k e su st or e s t u d yt h et h e o r ya n dm e t h o ds u i t a b l ef o ra c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n g a t p r e s e n t ，al o to fr e s e a r c hf o ra c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n gh a v i n gb e e nd o n ea n ds o m e a c h i e v e m e n t sh a v i n gb e e na c q u i r e d ，a t h o u g ht h e r ea r em a n y p e o p l et r y i n gt of i g u r eo u tt h e m e t h o df o ra c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n gd a t ap r o c e s s i n g ，t h es o f t w a r e ，r e a l l ys u i t a b l ef o r l o g g i n gi n d u s t r yi nu n d e r s t a n d i n ga n du s i n g ，h a s n tc o m p l e t e l yf o r m e da n dt h e r ea r es t i l l m a n yp r o b l o m se x i s t i n g e s p e c i a l l yt h es o f t w a r ee x i s t i n gf o ra c o u s t i cr e f l e c t i o nd a t a p r o c e s s i n ge m p h a s i z eo nt h ea c c o r d a n c ew i t ht h ep r o c e s s i n gf l o wo fs e i s m i cd a t a , c a u s i n gt h e o p e r a t o r sc a no n l yo p e r a t ei ts t e p b y - s t e pw i t h o u tu n d e r s t a n d i n gt h ep r i n c i p l e b a s e do np r e v i o u ss t u d i e s ，t h i sp a p e rs t a r t sf r o mt h ea c o u s t i ct h e o r yi nb o r e h o l ef i l l e d l i q u i da n dt h ep r i n c i p l eo ft h ea c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n g ，l u c u b r a t e st h ep r o c e s s i n gm e t h o d s u i t a b l e f o ra c o u s t i cr e f l e c t i o n l o g g i n gd a t a , a n dt r i e st of o r map r o c e s s i n gs o f t w a r e c o n v e n i e n tf o ru n d e r s t a n d i n ga n du s i n gb yi n s i d e r se n g a g ei nw e l l l o g g i n g t h em a i n c o n t e n t si n c l u d ef i v ea s p e c t sf o l l o w i n g ： f i r s t ，b a s e do nt h es o n i ct h e o r yo ft h ei s o t r o p i cp o r o u sm e d i a , t h et h e o r yo fs o u n df i e l d l l i sd e r i v e do nt h ec o l u m n a rm e d i u mm o d e lt a k i n gt h eb o r e h o l ef i l l e dl i q u i da ss h a f t ，u s e da s t h ea n a l y t i cb a s i s s e c o n d ，f r o mt h ei n s t r u m e n ts t r u c t u r ea n dt e c h n i c a li n d i c a t o r , w eu n d e r s t a n dt h el o g g i n g p r i n c i p l em o r ed e e p l y , a n a l y s et h ei n f l u e n c eo ft h es o u r c es p a c i n g ，t h ef r e q u e n c ya n dt h ed i p o fr e f l e c t i n gi n t e r f a c et ot h ea c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n g ，o b t a i nt h et i m e d i s t a n c er e l a t i o nb y g e o m e t r i ca c o u s t i c st h e o r y t h i r d , t h em e t h o do fr e p r o c e s s i n g ，p - w a v ev e l o c i t y c a l c u l a t i o n ，r e f l e c t e dp - w a v e e x t r a c t i o n , w a v ef i e l ds e p a r a t i o n ，n m oc o r r e c t i o na n do f f s e th a sb e e ns t u d i e di nc o n n e c t i o n w i t ha c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n g f o u r t h , as e to fs o f t w a r eu s e dt op r o c e s st h ea c o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n gd a t ai sc o m p i l e d ， v e r i f i e db yt h ea c t u a ld a t a , a n dt h ep r o c e s s i n gr e s u l th a sb e e na n a l y z e d f i f t h ，t h ee x a m p l e so ft h ea p p l i c a t i o no fc o u s t i cr e f l e c t i o nl o g g i n ga r eg i v e n k e y w o r d s ：r e f l e c t i o na c o u s t i cl o g g i n g ，r e f l e c t e dw a v ee x t r a c t i o n , w a v ef i e l d s e p a r a t i o n ，n m oc o r r e c t i o n ，m i g r a t i o n 1 1 1 目录 第一章引言1 1 1 研究目的与研究意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 井中及井周声场2 1 2 2 实验、数值模拟和测井仪器研究进展7 1 2 3v s p 和井间地震数据处理方法调研9 1 2 4 反射声波测井资料处理和应用现状1 0 1 3 研究思路和研究内容1 0 第二章反射声波测井概述1 2 2 1 反射声波测井的基本原理1 2 2 1 1 反射声波测井原理1 2 2 1 2 反射波时距关系1 4 2 1 3 反射纵波的影响因素1 7 2 2 反射声波测井仪器结构1 9 第三章反射声波测井数据处理方法2 2 3 1 预处理2 2 3 1 1 波形去噪2 2 3 1 2 抽道集2 3 3 1 3 去增益2 4 3 1 4 均衡化2 4 3 2 速度分析2 5 3 2 1s t c 方法2 5 3 2 2 改进的s t c 方法2 7 3 3 反射纵波波形提取2 8 3 3 1 中值滤波原理2 8 3 3 2 中值滤波提取反射纵波2 9 3 4 波场分离3 0 3 4 1 拉登变换3 0 3 4 2 上行波、下行波分离3 2 3 5 动校正及叠加3 4 3 5 1 单平行反射界面的动校正3 4 3 5 2 单倾斜反射界面的动校正3 5 3 5 3 动校速度的选取3 6 3 5 4 波形叠加3 7 3 6 偏移3 7 3 6 1 偏移的基本原理3 7 3 6 2 偏移方法4 0 3 6 3 基于波动方程的波场外推及成像原理4 1 3 6 4 基于波动方程的频率一波数偏移法4 2 3 6 5 克希霍夫积分法与有限差分法4 5 3 7 小结4 6 第四章反射声波测井全波处理实例及效果分析4 8 4 1 实际资料预处理及效果分析4 8 4 1 1 抽道集4 8 4 1 2 去增益5 0 4 1 3 均衡化5 1 4 1 4 波形去噪5 1 4 2 实际资料纵波速度计算5 2 4 3 实际资料提取反射纵波波形5 4 4 4 实际资料反射纵波波场分离5 5 4 5 实际资料动校正5 6 4 6 实际资料偏移、叠加5 7 4 7 小结5 7 第五章数据处理软件编写5 9 v 5 1 软件介绍5 9 5 2 软件测试及分析6 3 5 3 小结6 5 第六章反射声波测井的应用举例6 6 6 1 井外构造预测6 6 6 1 1 反射声波测井用于井外裂缝识别6 6 6 1 2 反射声波测井用于井外溶洞识别6 7 6 2 地层界面界面或过井裂缝6 8 6 2 1 反射声波测井用于地层界面识别6 8 6 2 2 反射声波测井用于过井裂缝识别6 9 6 3 地质导向和水平井油储边界预测7 0 6 4 小结7 2 结论7 3 参考文献7 5 攻读硕士学位期间取得的学术成果7 9 致 射8 0 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 1 研究目的与研究意义 第一章引言 测井作为石油行业的眼睛，在油气勘探开发领域发挥着越来越重要的作用，尤其是 联系测井和地震的声波测井。在勘探阶段，声波测井可以确定地层原生孔隙度、计算岩 石力学参数以及标定和约束地震资料等。在开发阶段，声波测井可以评价固井质量、检 测油套管破损和指导压裂施工等。 随着国内外油气勘探开发的深入，油气勘探有两个比较明显的趋势：一是趋向于小 型的、隐蔽性的油气藏；二是趋向于海上油气藏。前者储层横向变化大且有强烈的非均 质性，地震勘探的分辨率难以描述此类油气藏。海上油气藏的勘探开发基本以斜井和水 平井为主导，过去几十年在直井或极小倾斜角度井中应用成熟的声波测井的基本理论、 数据处理技术和应用解释方法应用在斜井和水平井中暴露出许多问题。因此，传统声波 测井技术已远远不能满足勘探开发的需要，反射声波测井正是在这个背景下应运而生。 反射声波测井可以探测从井旁裂缝、小构造等波阻抗界面反射回来的波场信息，并 通过分析波场了解井旁构造信息。其精度优于地震勘探，而探测深度则突破了传统声波 测井的局限。国内外针对反射声波测井已做了大量研究。国外，s c h l u m b e r g e r 的b a r s 井眼声波反射观测系统已投入测井服务并取得了比较理想的效果。国内，中国石油天然 气集团公司也立项研制出远探测声反射测井仪器。虽然反射声波测井在方法研究和应用 上取得了一定成果，针对反射声波测井数据处理也有很多人在探索但真正适合于测井行 业的处理方法和处理软件并未完全成型，反射声波测井数据处理仍存在问题。主要体现 在以下几个方面：首先，反射声波测井数据处理基本沿用地震数据处理的流程和思路， 容易忽视测井数据和地震数据之间的差异。其次，目前已存在的反射声波处理软件，偏 重与地震数据处理流程的一致，而非从测井业内应用的角度出发，导致实际使用过程中 出现不懂方法、不懂数据、不清楚代码、只会按部就班的操作。 综上所述，反射声波测井( 也即远探测声波测井) 是一种全新的测井方法，有广阔 应用前景，但研究深度还不够。本论文的研究目的就是在前人的研究基础上研究适于反 射声波测井数据处理的方法，并编写更便于测井业内理解和使用的处理软件。另外，对 处理过程中涉及的地震数据处理方法，详细介绍其原理和具体实现过程，为今后的推广 和改进奠定基础。 1 第一章引言 1 2 国内外研究现状 根据论文研究内容，针对以下四个个方面展开文献调研： ( 1 ) 对井中声波传播机理和研究方法的调研，为论文研究提供数理基础【1 , 2 3 。 ( 2 ) 对有关反射声波实验、数值模拟情况和反射声波测井仪器研制进展情况的调 研，对实际反射声波测井资料处理有借鉴意义。 ( 3 ) 对地震的数据处理方法的调研，有助于理解反射波处理的原理和常用方法。 ( 4 ) 对反射声波测井资料处理和应用现状的调研，为分析处理结果做准备。 1 2 1 井中及井周声场 测井主要探测以井为中心的有限区域，因而物理模型可设为半径为的充满液体的 井被无限均匀、各向同性、完全弹性固体介质包围，且井内流体纵波速度为吩、密度 为, o f ，井外固体介质纵波速度为、横波速度为屹、密度为肛。仪器的发射探头丁和 接收探头r 均位于井轴。 由矢量分析可知，任一矢量场j 都可以表示为标量( ) 梯度与矢量( 甲) 旋度和 的形式： 岩= g r a d ( e 1 ) ) + r o t ( v d ) ( 1 1 ) 在弹性介质中，引入体积位移势妒和旋转位移势，设介质中任一点的位移矢量为 历，纵、横向的位移矢量分别为“，、。则各量有如下关系： 露= 玩+ 玩= g r a d ( o ) + g r a d ( 妒) ( 1 - 2 ) 考虑柱坐标系下，上述以井轴为中心的模型位移矢量可以表示为： 落删g r a d 够( g ) + r o t ( g ) 隧r r o ( 1 - 3 ) 【磁= ) 。 其中，下标1 表示井内液体介质，下标2 表示井外固体介质。在不考虑介质体力、 介质为均匀各向同性的情形下，波动方程有如下形式： ( 2 + 2 t ) 删 咖( 露) - t r o t e r o 俐= p 窘 ( 其中，g 阳d 咖( 露) 一阳， 厂町( 厅) = v 2 露( 1 - 5 ) 2 中里至鎏奎兰! 兰奎! 壁主兰垡笙奎 一一 _ 一一 所以， ( 帅) v o + 肪= p 睾 ( 1 焉) 其中，允、为l 锄e 常数，o = v 牙= v 2 砂，联立上述两式得到势函数表示的波动 方程： v 2 办一吉等= 。 v 2 砟一专等= 。 c 1 - 7 ) v 2 盱虿1 等= 。 由于模型关于井轴对称，所以位移在极坐标秒方向上的分量u 0 = 0 , 即a 口 、a 秒0 、 盟：o 丝： 见= 虬毛。柱坐标系与直角坐标系有如下变换关系： f x - - p c o s o r y = r s i n c t ( 1 - 8 ) 【z = z 或者 二雪 9 ， 对复合函数求导，得到柱坐标系下波动方程： 先考虑单频声源情形，设： 兽七等+ 等= 专等 等七兽+ 等= 专等 仆 等七警+ 等专等 办( 即) 砟( 邵) p 科 ( 1 - 1 1 ) 虮( ，z ) e 耐 d 吩吟 乙 乙 乙 3 p p p 办办虬 第一章引言 将上式带入式( 1 - 1 0 ) 得： 分离变量得： 对应的波数为： ( 矿9 2 + 7 1 万9 + 兽咖等竹一：。 净兽小号似) - o f 等七导+ 兽如，z ) + 万( 0 2 嘶，z ) ：。i 萨+ 7 万+ 荸j 虮z j + 万虮【厂，z ) _ 0 f 办( ，z ) = q ( ，) z ，( ，) 彩( ，z ) = 彤( ，) 乙( ，) i 虬( ，z ) = 足( 厂) z 。( ，) l 国 k ，2 了 ， ， 国 # c p 2 颤：竺 屹 ( 1 1 2 ) ( 1 1 3 ) ( 1 。1 4 ) 将式( 卜1 3 ) 和式( 卜1 4 ) 带入式( 卜1 2 ) 式中，先考虑流体中的情形，对办有： 篇+ 瑞+ 搿峥。 令器+ 瑞睁一裂轷删 乏( z ) + 劈z ，( z ) = o 上式的解为： z f i 、z ) = a e 如 ( 1 1 5 ) ( 1 1 7 ) 将z ，( z ) 代入式( 卜1 6 ) 并化简得： 巧( ，) + 华一( n 杉) 髟( ，) ：。 ( 1 - 1 8 ) 令；= 后2 + 碍、o = 所， 上式就变成零阶虚宗量b e s s e l 方程的形式： 砒) + 掣训小。 h 例 4 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 零阶虚宗量b e s s e l 方程的解有如下形式： r i ( ，) = 缸( 纷，) + 马厶( 竹，) ( 1 - 2 0 ) 其中，厶为第一类零阶虚宗量b e s s e l 函数，为第二类零阶虚宗量b e s s e l 函数。4 为角频率国时的声源强度，4 = x ( 缈) 。同理，对砟，方程和解的形式分别为： 砒) + 掣训小。 b ( ，) = 4 ( 作，) + 垦厶( 作，) 对有： 糍+ 端r r 一专+ 搿晦。 r f 厂l。l ，l ，2 z f z l 5 “2 = 一搿= 器+ 丽r i p ) 一扣，同样按上舫法确 互( z ) = 以如 州+ 掣一( n 碍) 洲：。 ( 1 2 1 ) ( 1 2 2 ) ( 1 2 3 ) ( 1 - 2 4 ) ( 1 - 2 5 ) 令；= j j 2 + 碍、= 从，可将上式化成一阶虚宗量b e s s e l 方程的形式： 她，+ 掣一睁脚 n 2 6 ， 兵詹竿为： 足( ，) = 4 毛( 从，) + 岛( 以，) ( 1 - 2 7 ) 其中，五为第一类一阶虚宗量b e s s e l 函数，墨为第二类一阶虚宗量b e s s e l 函数。 上述三个方程的解中，髟( ，) 与井内液体声场有关，( ，) 和疋( ，) 与井外弹性介 质声场有关。当厂- , o o 时，当且仅当垦= 忍= o 才能保证邱( ，) 和r ( 厂) 有意义。置、 4 和4 都是后和彩的函数，于是有： 5 第一章引言 其中， 在井壁 其中， ( ，z ，f ) = j x ( 缈) ( 纷厂) + 蜀( 后，彩) 厶( 纷，) 7 ( 垃一饼) d r o d k ( ，d ) ( 邵，) = 心( 七，缈) ( 作，) e ( k z - o x ) d o x i k ( ，d ) ( 1 - 2 8 ) ( 啪，f ) = 心( 后，国) 毛( 作广) e i ( 1 z - 口t ) d r d k l f2 p p 2 ( ，= d ) 上利用边界条件可得： a 矽， 勿 ：丝一业 务a z 聊警脚( 差一剖 从2 ( ，d ) ( 1 - 2 9 ) 聊( 忐胁降剽，口，南= 丁v 2 _ _ 2 v 堋 此边界条件，可以确定骂、4 和鸣分别为： 其中， m 筹溯d d ，ll ，j + 厶ol ，j 4 ( 七，国) = 4 ( 丸缈) = 石2 i k 碡v ； 俨乃p s ，【2 k 心2 v 2 缈- ：r _ 0 2 以厶( 竹d ) 骂( 后，c o ) 一纷局( 纷d ) x ( 缈) ( i - 3 0 ) 小叫作船 石= 面( 0 2 6 b1tsd2 簧辫 i毛( 鸬d ) i j ( 1 3 1 ) d 可 1 = 一 r 2 z r砭乙 = i i i i 珂 珂 k l 乙乙 l 2 咋 蚱 让生监如三作 一嵋 系一缈d d 瓦 一毛 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 1 2 2 实验、数值模拟和测井仪器研究进展 室内实验多集中在探头实验和反射声波测井可行性检验方面，楚泽涵h 3 、薛梅n 3 、 赵旭东畸1 、车小花、乔文孝1 等人在这方面做了许多工作。通过对比分析之前这些实验， 可以大致将它们归为三类：第一类是在长源距声波中验证反射声波测井的可能性，并分 析总结更有利于突出反射波的改进办法；第二类是在第一类的基础上，借鉴第一类的实 验结论，直接建立远探测的观测系统并在模型上进行测试分析；第三类则是在反射声波 仪器已基本成型的基础上，探索对仪器探测效果和功能的改善和强化。这三类也可以说 是反射声波测井不断发展完善的三个阶段，最初是尝试从长源距测井全波中提取反射 波，然后想到利用增大源距来接收反射波，再后来就是试图增强反射波。目前，开展最 多的就是第二类，该类实验的主要目的：研究发射探头的工作条件；研究接收探头的谐 振频率；考察源距对频谱的影响；考察探测深度；研究其他反射波的影响因素。归结这 一类实验有如下结论：( 1 ) 体积微小、频率较低( 1 0 千赫) 的探头可以满足实际反射 波测井的要求；( 2 ) 超长源距可以大大的抑制管波，突出反射波信号，但同样会对近井 眼探测效果有所削弱；( 3 ) 选择适当源距可以使横向探测深度达到1 0 米甚至1 5 米；( 4 ) 在对反射波测井全波处理中，滑行纵波基本对反射纵波没有影响，但当源距选在临界源 距附近时，会造成反射纵波与滑行横波的混叠，使二者在时间域内无法区分，这也是反 射纵波识别过程中最容易遇到的问题；( 5 ) 源距的增大，使不同类型的波在时间轴上拉 开了间隔，突出了全波的细节信息，各种波反应的介质性质有所区别，综合考虑各种波 形识别地层性质有帮助；( 6 ) 源距的增加必然会导致波的旅行时的大幅度增加，反射波 的传播路径相比滑行波更长，转换波的旅行时甚至有时可以达到反射纵波的两倍以上， 因而延长接收器的采集时间是非常有必要的。第三类实验主要针对发射探头和后续处理 解释方面，目的是更加深入研究井旁构造、增加探测的确定性和准确性。针对相控阵探 头的实验工作也有很多人在开展，比较突出的有车小花博士，她不仅用有限元方法详细 研究了相控阵声源参数选择的细节问题，还探讨了相控阵技术对反射声波测井效果的改 善和指向性发射对反射界面方位识别的一些优势，最后她又用物理实验考察了不同反射 界面形态和不同裂缝宽度对相控阵声源产生的反射波的影响。 数值模拟大多数采用的是分层孔隙介质模型，该模型包括充液井眼和两种固体介 质。数值模拟的主要目的：模拟接近实际井眼和地层条件下的反射声波的声场规律，为 实际应用做准备；研究数值模拟得到的声场的处理和解释方法，为今后实际资料的处理 7 第一章引言 和解释提供理论依据。数值模拟的方法有很多，但其结论存在共同之处：( 1 ) 增大源距 到一定数值，可以探测到井外的反射界面，源距、反射界面离开井眼的距离和反射界面 的倾角对反射波的幅度均有影响；( 2 ) 地震数字处理的方法可以借鉴到反射声波测井资 料的处理中，但必须考虑两种数据的区别和联系以及各种处理方法的适用性。车小花和 乔文孝3 模拟了充液井孔内的相控阵发射器在地层中的辐射声场，详细阐述了相控阵源 在增强辐射能量和增加声场指向性方面的优势。车小花口1 等还模拟了等效相控阵接收在 反射波测井数据处理中的应用。宋立军、王克协呻1 等人对远离井壁的反射界面进行了反 射波测井的模拟，他们在现有阵列声波仪器的基础上通过增大源距来接收反射波，并通 过对模拟数据的处理的得到了反射界面的图像。车小花、乔文孝和阎相祯n 町用有限元方 法对反射声波成像测井进行了数值模拟，计算了全波列并从中观察到反射纵波，最后利 用叠前偏移技术处理了模拟波形，反演得到的反射界面几何特征与模型参数对应较好。 李宁1 在有井眼和无井眼地层模型中考察了测井声系对裂缝反射纵波的影响，并给出了 裂缝反射纵波的时距关系。 国外在反射声波测井方面起步较早，尤其是关于反射声波测井理论的研究从8 0 年 代就开始兴起。h o r n b y n 、t a n g n 胡、s t e p h e n n 4 1 、s e r g i ok o s t e k n 观等人不断深入和推进 反射声波的理论研究。1 9 9 8 年，在d s i 仪器的基础上，s c h l u m b e r g e r 公司通过扩大源 距和降低发射探头频率研制出井眼声波反射观测系统( b a r s ) ，该仪器可以在套管井中 测量反射纵波和纵波转换横波反射波，采用软连接隔除套管波，其发射探头频率为8 0 0 0 赫兹到1 2 0 0 0 赫兹，源距可在4 5 到6 0 英尺的范围内调节，可以探测到井外1 0 米以上 的反射界面，虽然该仪器已在很多油田取得了不错的应用效果，但低信噪比、低灵敏度 和缺失方位指向性的缺陷仍需要改善。1 9 9 8 年，n a k k e n n 射又提出了应用反射声波测井 进行地质导向的思想口1 ，并推出名为p o s l o g 的测量系统，该系统单发双收，频带范围 从1 0 0 0 赫兹到4 0 0 0 赫兹变化，其探测深度甚至可以达到井外2 0 米，但是由于其源距 过短的限制，井外较远处，只有高角度的反射界面才能被探测到。 国内，对反射声波研究一开始是在长源距声波测井得到的全波列中提取反射波，由 于不是专门探测反射波的仪器，反射波只在一些特殊情形中才能提取到，例如周继宏n 7 1 在碳酸盐地层探测到比较明显的反射纵波，大港测井公司n 踟在交叉偶极的波形中也发现 了反射纵波的波形。随着反射纵波在现有声波测井全波列中被不断发现，2 0 0 0 年，陶 果在重点实验室会议上发出了反射声波测井的研究倡议，此后，越来越多的人开始了专 8 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 门针对反射声波测井的研究工作，其中比较系统的有薛梅、楚泽涵h 1 ( 2 0 0 2 ) 、车小花 和乔文孝嘲( 2 0 0 3 ) 。薛梅在其博士论文中研究了源距及声源频率对全波列波形、频谱 以及能量的影响，并借助几何声学手段计算了各种反射波的到时、入射角和信噪比。薛 梅博士研究认为：( 1 ) 反射声波测井可以突破传统声波测井探测深度的局限，井外1 0 米到1 5 米范围的反射界面有可能被探测到；( 2 ) 最适合进行反射声波测井的发射探头 频率范围在8 0 0 0 赫兹到1 2 0 0 0 赫兹的频带范围，而源距设定在1 0 米左右为宜；( 3 ) 由 于滑行波、反射波的速度和传播路径的制约，存在一个临界源距，使得源距大于该临界 源距时，滑行横波晚于反射纵波到达而不交叉混叠。车小花博士通过有限元方法模拟了 相控线阵辐射器的参数选择对反射波的影响，模拟了在反射声波测井中应用等效相控接 收阵技术擒1 的效果，并以物理实验的形式考察了反射波受不同反射界面界面形态和裂缝 宽度影响的结果。车小花博士研究的主要结论有：( 1 ) 相控阵技术的应用可以明显提高 信号的信噪比，有利于改善反射声波测井数据的质量和提高测井仪器的探测深度；( 2 ) 运用等效相控接收阵处理技术，使声场激发有了指向性，改进了b a r s 仪器的方位缺失 的缺陷；( 3 ) 通过数值模拟和物理实验的对比处理，指出将地震数字处理方法沿用到反 射声波测井资料处理上的可行性。中石油于2 0 0 1 年立项“远探测声波成像测井方法与 仪器研究”，由大港油田牵头，石油大学等多家单位参与，历经六年的努力，编制了仪 器设计方案并成功的研制出一套原型机，该仪器已获国家专利多项，在大港油田进行的 现场井眼测试中取得令人满意的效果。 1 2 3v s p 和井问地震数据处理方法调研 由于反射声波测井资料的处理基本沿用地震资料处理方法，而与反射声波测井比较 相似的是v s p 和井间地震。陆基孟啪1 在其书中详细介绍了地震勘探的原理，牟永光n 引、 李振春、王有新陴3 等分别系统介绍了地震数据处理的原理和方法。余国平1 、刘江平 池3 等详细介绍介绍了地震道集的动校正方法以及动校正之后的效果。王保利口町等采用改 进的走廊叠加倾角时差校正方法对零井源距v s p 资料进行地层倾角分析和时差校正，减 小了常规处理的误差。田子奇眺1 、孙小琴防1 和王成礼啪1 等分别介绍了v s p 资料的波场分 离方法。王玉贵啪1 等通过改变速度模型、时域控制成像和联合成像的办法，对非零偏移 距v s p 资料的成像方法进行了改善。严又生咖1 等通过上、下行反射波共反射点叠加成像 的方法对精简地震资料进行处理，得到可用于井间精细解释的反射波剖面。印兴耀口妇 等从地震剖面的微分性质出发，对倾斜介质的地震波场共偏移距延拓问题展开研究，得 9 第一章引言 到新的延拓算子并通过理论模型验证了其正确性。马淑芬口刁、李振春口引、程玖兵、王华 忠1 等人详细阐述了针对公炮检距道集的基于波动方程的叠前深度偏移方法，并指出该 方法对解决横向速度变化是有效的。王伟m 1 、许卓b 5 1 等用等效偏移距的思想，通过克希 霍夫积分偏移法对地震资料进行偏移处理，处理效果证明该方法可以解决复杂地质条件 下的反射波成像问题。 1 2 4 反射声波测井资料处理和应用现状 国外，h o m b y 3 6 1 ( 1 9 8 9 ) 使用频率波数域滤波和广义r a d o n 变换等处理技术首次 得到了井旁倾斜地层界面的成像结果。n a k k e n p7 j ( 1 9 9 5 ) 处理m w d 的数据，并对水 。平井中的几何位置进行了图像显示。e s m e r s o y l 3 8 】( 1 9 9 7 ) 和d o d d s i s 9 1 ( 1 9 9 8 ) 研究了高 分辨率声波测井仪器的成像问题，并利用成像结果对储层进行了描述。w a t a n a b e l 4 0 1 ( 1 9 9 8 ) 介绍了井眼内反射波成像测井的实际测量情况，l e g g e t t l 4 1 ，4 2 】也于同年详细说明 了用反射波成像测井确定地层边界和水平井条件下的油储边界的原理和方法。 y a m a m o t o t 4 3 1 ( 1 9 9 8 ) 将反射波成像测井用于裂缝识别，c o a t e s l 4 4 1 ( 2 0 0 0 ) 利用反射波 成像测井实现了对水平井单井横截面的高清晰成像。y a m a m o t o 4 5 】( 2 0 0 0 ) 通过井中反 射波成像测井的实际测试精确地定位了水平井在储层中的位置。 国内，陶果h 叼使用等效偏移距偏移方法( e q u i v a l e n t o f f s e tm e t h o d ) 对反射波成 像测井资料进行了偏移成像处理并取得了良好的效果。王乃星h 7 1 ( 1 9 9 8 ) 曾尝试从长源 距全波列测井资料中提取反射波信息，用以之判断井外裂缝位置及裂缝的倾角。车小花 ( 2 0 0 3 ) 采用中值滤波方法对模拟的反射波资料进行波场分离，并用绕射扫描叠加偏 移的方法得到所模拟裂缝的反射波图像，进而估算裂缝的倾角，其结果与所用裂缝模型 差别不大，验证了该方法的可行性。杜光升用有限元方法研究了与井眼平行的井外裂缝 的反射波特征，其结论证明有限元