偶极横波各向异性处理方法及应用研究

发布时间：2020-08-04 18:14

【摘要】：正交偶极子阵列声波测井技术是用来提取地层横波各向异性信息的有效方法,其对于油气田的勘探与开发具有重要意义。声波测井所检测出的各向异性可以用来识别裂缝、评价压裂效果、进行地应力的检测以及井壁稳定性分析以及完井施工方案等,也可以为地震数据反演辅助指导。在各向异性地层中,偶极子声源发射的声波信号会在各自的传播方向上产生两个速度不同的弯曲波,即“横波分裂”现象。利用这两个弯曲波慢度上的差异,可以定量计算地层环向各向异性(HTI)参数。在正交偶极子横波各向异性反演中,通常先利用波形反演法得到各向异性目标函数,再采用二维的全局寻优方法来求取地层方位横波各向异性参数,但对于低各向异性地层,存在搜索效率低、低精度解的问题。针对这些存在的问题,本文提出了一种改进的横波各向异性反演方法。本文首先对于多极子的井孔波动特征开展了实轴积分和三维有限差分方法的使用和研究,以及使用了完全匹配吸收边界条件来消除有限差分方法中反射波的外部边界。前者运用实轴积分模拟了VTI介质中的弹性波动特征,后者则运用时间域的三维有限差分方法模拟了正交偶极子声源在环向表征各向异性地层中的弯曲波响应特征,后者模拟结果表明该情况下存在横波分裂现象。其次,本文讨论了Alford旋转分析法的影响因素对方位角计算的影响以及校正方案:两方向上发射信号的幅度差越大,不同时刻所计算的方位越分散,不易得到准确值;激励时间的不同也会对方位角影响更加严重。又利用波形匹配反演法构造各向异性目标函数,结合Alford旋转分析法和波形匹配反演法,根据经验规律,以两个分别沿着方位轴和各向异性参数轴的一维搜索代替了原有的二维搜索方法,这种一维搜索方法使用布伦特(Brent)算法有效地实现对各向异性参数的最优化搜索。使用该方法处理了现场测井数据,我们获得了和原先的二维搜索方法相似的结果。新方法的优点是很大程度上提高了数据处理的效率和鲁棒性。最后,利用本文方法进行了一些现场实际数据的处理。利用正交偶极反演的横波各向异性可以分析工区的现今地应力,从而更好的判断有效裂缝;将该方法应用于致密气层的压裂效果评价,结果表明可以很好的反映压前、压后的井改造效果;另外,在页岩气储层中利用该方法反演地层的环向各向异性,可以为探测排烃裂缝提供有利依据,为下一步钻井定位做好准备。通过这些现场实际处理例子可知,本文的方法可以满足现场各向异性数据处理的要求,具有一定的应用价值。
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P618.13;P631
【图文】：

示意图,介质模型,示意图,单极子

方程中 Q 的行列式，得到 VTI 介质中的声波频散方程D ( k , ω ) = det Q( k, ω) =0 I 介质模型下的响应特征说明 VTI 对声测井波形的影响，模拟了 VTI 介质中单极子源地震波形图。单极子和偶极子声源的中心频率分别为 8kHz 和型的地层参数如下表 2-1 所示。模型示意如下图 2-1。表 2-1 VTI 介质参数、井内流体的模量fK 及井的半径11c(GPa)33c(GPa)13c(GPa)44c(GPa)66c(GPa)fK(GPa)23.87 15.33 9.79 2.77 4.27 2.25 15.33 15.33 9.79 2.77 2.77 2.25

充液井孔,单极子,偶极子,形图

c.偶极子各向同性模型 d.偶极子 VTI 模型图 2-2 各向同性与 VTI 地层充液井孔中的单极子、偶极子理论波形图从上图可以看出，图 2-2b 理论模拟的 VTI 地层充液井孔中的单极子波形与各向同性介质类似，存在泄漏 P 波（前一个波包）和斯通利波（stoneley wave）波包（后一个波包）。通过比较图 2-2a 和图 2-2b，我们知道两种情况下泄漏 P 波均是以垂直向传播的速度PV33v = c ρ传播，而在 VTI 介质中，stoneley 波存在一定的频散特性，即低频波速大于高频波速；偶极弯曲波的传播特征如图 2-2c和 2-2d 所示，可以发现，它们的首波均是以垂直向横波速度PH11v = c ρ传播。整个模拟结果表明，VTI 介质中的单极、偶极子声波测井只能测量垂直向传播的纵、横波速度，只有斯通利波的强频散特征显示出对介质的 VTI 特征比较敏感。2.2 方位各向异性地层中弯曲波的传播特征

横波分裂,分量,井孔声场

图 2-3 裂隙地层横波分裂示意在测井过程中，正交偶极子阵列声波测井仪通常采集四个分量数据，即 XXY、YX、YY，其中每一个分量的前一个字母为偶极子声源的指向（或声源振动方向），后一个字母为阵列接收器的指向。也就是说，当 X 方向声源发射号，X 方向接收器记录的波形数据是 XX 分量，Y 方向接收器记录的波形数据XY 分量；同理，Y 方向声源发射信号可以产生 YX 分量和 YY 分量。通过对分量数据做 Alford 角度旋转可以得到任意角度下两个快、慢主波，通过一些学变换，计算这两个快、慢主波在方位各向异性地层中慢度的差异，来定量表地层各向异性的程度。2.3 方位各向异性地层井孔声场模拟2.3.1 直角坐标系中的三维有限差分方法在很多实际情况下，井孔声场较为复杂，无法理想化的得到解析解，这样

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