一种评价地层水力压裂效果的方法及装置与流程
本发明属于声波测井技术领域，具体涉及一种利用偶极横波散射效应评价水力压裂效果的方法装置。
背景技术：
非常规储集层(如页岩气)渗透率低，提高储集层渗透率的主要方式是产生复杂的网状裂缝，压裂增产作为开发致密储集层的重要手段，成为非常规油气藏开发的关键技术之一。非常规储层实施压裂改造措施后，需要有效的方法来确定压裂作业效果，获取压裂诱导裂缝导流能力、几何形态、复杂性及其方位等诸多信息，改善页岩气藏压裂增产作业效果以及气井产能，并提高天然气采收率。尤其在页岩储集层中，改造油藏体积(srv)的计算对于制定压裂施工方案、评价压裂效果、预测页岩气产量具有重要的工程意义。
目前,微地震技术被广泛用于水压致裂效果评价，它可以动态监测压裂裂缝的形成过程。微地震技术虽然能够有效地探测井周数百米范围内压裂裂缝的动态展布，但是为了获得高精度高信噪比的微地震信号，往往需要进行邻井监测，这会额外增加油气勘探的成本，特别是在勘探成本较高的海上油气田。除此之外，评价井筒压裂裂缝高度常用的测井方法主要有井温测井、同位素测井、注硼中子测井、补偿中子测井、偶极声波测井等，其思路是根据压裂前、后测井资料的差异来获得压裂裂缝高度信息，评价水力压裂效果。其中偶极声波测井主要通过对比压裂前后时差的各向异性来评价裂缝高度，该方法技术成熟，实施便捷，无污染，判别时直观快速，是目前评价压裂裂缝高度最常用的测井方法。然而，该方法只能评估压裂在井筒方向产生的效果，而不能探测地层径向压裂效果，并且当井周压裂为网状缝时，该技术失效。
技术实现要素：
针对现有水力压裂效果评价方法的不足，本发明提出并公开一种利用压裂前、后偶极声波测井散射波能量的差异评价压裂效果的方法。
本发明第一方面，提出一种评价地层水力压裂效果的方法，所述方法包括：
s1、在深度区间内进行阵列声波测井，得到深度区间内压裂前、后的正交偶极子声波测井时域四分量数据和仪器方位曲线；
s2、将所述压裂前的四分量数据及仪器方位曲线由仪器坐标系转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
s3、对所述不同方位的偶极声波测井数据进行滤波处理，消除测井随机噪声及来自层界面的反射干扰；
s4、根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理，利用希尔伯特变换计算所述深度区间压裂前的散射波能量包络；
s5、采用步骤s2至步s4相同的方法获得所述深度区间压裂后的散射波能量包络；
s6、利用波形相干叠加法处理所述滤波后的偶极声波测井数据，得到压裂前、后地层的横波速度曲线；
s7、根据所述深度区间压裂前、后的散射波能量包络，计算所述深度区间的一个深度点处压裂前、后散射波能量包络的差异δe；根据所述压裂前、后地层的横波速度曲线，计算所述一个深度点处压裂前、后弹性波慢度的差异δs；
s8、根据所述一个深度点处压裂前、后弹性波慢度的差异δs和所述压裂前、后散射波能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态；
s9、采用步骤s7和步骤s8相同的方法判断下一个深度点的压裂状态，直到遍历整个深度区间；统计不同深度点井筒方向和径向压裂状态，确定整个深度区间内的压裂结果。
可选的，所述步骤s3的具体过程为：
s31、将深度区间内方位为
s32、将偶极声波测井数据v(z,t)变换到频率-波数域，利用f-k滤波消除来自层界面的反射干扰，通过二维傅立叶反变换得到滤波后的偶极声波测井数据w(z,t)。
可选的，所述步骤s4中，所述根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理的公式为：
g(z,t)＝w(z,t)/w0(1)
其中w0为直达波幅度，w(z,t)为滤波后的偶极声波测井数据，g(z,t)为归一化处理结果。
可选的，所述步骤s6中，所述利用波形相干叠加法公式为：
其中，xm(t)是n个声波测井仪z＝z0器接收换能器阵列中的第m个接收换能器，d是声波测井仪器接收换能器之间的间隔，t是时间窗tw的位置，v是速度区间中的某一速度值；对整个声波波形或者波形中的某一时段以及给定的速度区间按式(2)计算出二维相关函数corr(v,t)，当相关函数取极大值时对应的v值，即求出了横波速度vs。
可选的，所述步骤s7中：
所述一个深度点处压裂前、后散射波能量包络的差异δe为：
δe＝b(z0,t)-a(z0,t)(3)
其中，b(z0,t)为压裂后的散射波能量包络，a(z0,t)为压裂前的散射波能量包络，t为时间；
所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs为：
δs＝10^6/v压裂后-10^6/v压裂前(4)
其中，v压裂后为压裂后的横波速度，v压裂前为压裂前的横波速度。
可选的，所述步骤s8的具体判断方法为：
如果δs＝0，且δe＝0，则证明井周岩石未被压裂；如果δs＞0，且δe＝0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，沿径向的岩石未被压裂；如果δs＝0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石未被压裂，沿径向的岩石被压裂；如果δs＞0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，并且沿径向的岩石也被压裂。
本发明第二方面，提供一种评价地层水力压裂效果的装置，所述装置包括：
采集模块：用于在深度区间内进行阵列声波测井，得到深度区间内压裂前、后的正交偶极子声波测井时域四分量数据和仪器方位曲线；
变换模块：将所述的四分量数据及仪器方位曲线由仪器坐标系转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
滤波模块：对所述不同方位的偶极声波测井数据进行滤波处理，消除测井随机噪声及来自层界面的反射干扰；
计算模块：根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理，利用希尔伯特变换计算所述深度区间压裂前的散射波能量包络、压裂后的散射波能量包络；利用波形相干叠加法处理所述滤波后的偶极声波测井数据，得到压裂前、后地层的横波速度曲线；
判断模块：根据所述深度区间压裂前、后的散射波能量包络，计算所述深度区间的一个深度点处压裂前、后散射波能量包络的差异δe；根据所述压裂前、后地层的横波速度曲线，计算所述一个深度点处压裂前、后弹性波慢度的差异δs；根据所述一个深度点处压裂前、后弹性波慢度的差异δs所述压裂前、后散射波能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态；
统计模块：采用判断相同的方法判断下一个深度点的压裂状态，直到遍历整个深度区间；统计不同深度点井筒方向和径向压裂状态，确定整个深度区间内的压裂结果。
可选的，所述滤波模块具体包括：
带通滤波单元：将深度区间内方位为
f-k滤波单元：将偶极声波测井数据v(z,t)变换到频率-波数域，利用f-k滤波消除来自层界面的反射干扰，通过二维傅立叶反变换得到滤波后的偶极声波测井数据w(z,t)。
可选的，所述计算模块中，所述根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理的公式为：
g(z,t)＝w(z,t)/w0
其中w0为直达波幅度，w(z,t)为滤波后的偶极声波测井数据，g(z,t)为归一化处理结果。
可选的，所述判断模块中，所述根据所述一个深度点处压裂前、后弹性波慢度的差异δs和所述压裂前、后散射波能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态具体为：
如果δs＝0，且δe＝0，则证明井周岩石未被压裂；如果δs＞0，且δe＝0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，沿径向的岩石未被压裂；如果δs＝0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石未被压裂，沿径向的岩石被压裂；如果δs＞0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，并且沿径向的岩石也被压裂。
本发明的有益效果是：
1.本发明同时利用压裂前、后横波速度变化和散射波能量变化进行压裂效果评价，当井周存在网状缝时依旧可以有效评价压裂效果；
2.与只能评价压裂高度的常规评价方法相比，本发明利用了直达波后的散射波进行压裂评价，可以有效评价井周数十米范围内岩石的压裂效果，为水力压裂效果评价提供了可靠的方法和技术支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的评价地层水力压裂效果的方法流程示意图；
图2为本发明提供的评价地层水力压裂效果的装置结构示意图；
图3为水力压裂实验结果图。
具体实施方式
本发明提出一种利用压裂前、后偶极声波测井散射波能量的差异实现井周压裂效果评价的方法，相比已有的压裂效果评价技术，该方法优点在于既能评价沿井筒方向的压裂效果，还可以实现井周数径向十米范围内的压裂效果评价。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，提出一种评价地层水力压裂效果的方法，所述方法包括：
s1、在深度区间内进行阵列声波测井，得到深度区间内压裂前、后的正交偶极子声波测井时域四分量数据和仪器方位曲线；具体的，所述四分量数据可分别记为xx、xy、yx、yy。
s2、将所述压裂前的四分量数据及仪器方位曲线由仪器坐标系转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
s3、对所述不同方位的偶极声波测井数据进行滤波处理，消除测井随机噪声及来自层界面的反射干扰；
所述步骤s3的具体过程为：
s31、将深度区间内方位为
s32、将偶极声波测井数据v(z,t)变换到频率-波数域，利用f-k滤波消除来自层界面的反射干扰，通过二维傅立叶反变换得到滤波后的偶极声波测井数据w(z,t)。
s4、根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理，利用希尔伯特变换计算所述深度区间压裂前的散射波能量包络；
所述步骤s4中，所述根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理的公式为：
g(z,t)＝w(z,t)/w0(1)
其中w0为直达波幅度，w(z,t)为滤波后的偶极声波测井数据，g(z,t)为归一化处理结果。
s5、采用步骤s2至步s4相同的方法获得所述深度区间压裂后的散射波能量包络；
s6、利用波形相干叠加法处理所述滤波后的偶极声波测井数据，得到压裂前、后地层的横波速度曲线；
所述利用波形相干叠加法公式为：
其中，xm(t)是n个声波测井仪器接收换能器阵列中的第m个接收换能器，d是声波测井仪器接收换能器之间的间隔，t是时间窗tw的位置，v是速度区间中的某一速度值；对整个声波波形或者波形中的某一时段以及给定的速度区间按式(2)计算出二维相关函数corr(v,t)，当相关函数取极大值时对应的v值，即求出了横波速度vs。
s7、根据所述深度区间压裂前、后的散射波能量包络，计算所述深度区间的一个深度点z＝z0处压裂前、后散射波能量包络的差异δe；根据所述压裂前、后地层的横波速度曲线，计算所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs；
所述一个深度点z＝z0处压裂前、后散射波能量包络的差异δe为：
δe＝b(z0,t)-a(z0,t)(3)
其中，b(z0,t)为压裂后的能量包络，a(z0,t)为压裂前的能量包络，t为时间；
所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs为：
δs＝10^6/v压裂后-10^6/v压裂前(4)
其中，v压裂后为压裂后的横波速度，v压裂前为压裂前的横波速度。
s8、根据所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs和所述压裂前、后散射波能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态；当δs>0时，将声波测井仪器的采样间隔记为所述一个深度点的压裂裂缝高度h；
具体判断方法为：
如果δs＝0，且δe＝0，则证明井周岩石未被压裂；如果δs＞0，且δe＝0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，沿径向的岩石未被压裂；如果δs＝0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石未被压裂，沿径向的岩石被压裂；如果δs＞0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，并且沿径向的岩石也被压裂。
所述沿井筒方向的岩石即井壁附近的岩石，沿径向的岩石为的远离井壁的岩石。本发明根据压裂前、后横波速度差异和散射波能量差异联合评价井周岩石的压裂效果，根据δs判断井筒方向岩石的水力压裂效果，根据δe判断径向压裂效果。
s9、采用步骤s7和步骤s8相同的方法判断下一个深度点的压裂状态，直到遍历整个深度区间；统计不同深度点井筒方向和径向压裂结果，获得整个深度区间内的压裂高度和径向压裂延伸宽度。
具体的，统计井筒方向存在压裂裂缝高度的深度点的个数，就可获得所述深度区间井筒方向的压裂裂缝高度。如果统计的存在压裂裂缝高度的深度位置的个数为n，则深度区间的压裂裂缝高度为n×h。统计不同深度点径向压裂状态，根据散射波地层传播速度v1和时间t1换算得到径向压裂延伸宽度d＝v1×t1/2，由于利用了后面的散射波，属于背向散射，散射波走的路程是实际路程的两倍。
请参阅图2，本发明提供一种评价地层水力压裂效果的装置，所述装置包括：
采集模块210：用于在深度区间内进行阵列声波测井，得到深度区间内压裂前、后的正交偶极子声波测井时域四分量数据和仪器方位曲线；
变换模块220：将所述的四分量数据及仪器方位曲线由仪器坐标系转换到地球坐标系下，构建不同方位的偶极声波测井数据；
滤波模块230：对所述不同方位的偶极声波测井数据进行滤波处理，消除测井随机噪声及来自层界面的反射干扰；
所述滤波模块230具体包括：
带通滤波单元：将深度区间内方位为
f-k滤波单元：将偶极声波测井数据v(z,t)变换到频率-波数域，利用f-k滤波消除来自层界面的反射干扰，通过二维傅立叶反变换得到滤波后的偶极声波测井数据w(z,t)。
计算模块240：根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理，利用希尔伯特变换计算所述深度区间压裂前的散射波能量包络、压裂后的能量包络；利用波形相干叠加法处理所述滤波后的偶极声波测井数据，得到压裂前、后地层的横波速度曲线；
所述计算模块240中，所述根据直达波幅度对所述滤波后的偶极声波测井数据进行归一化处理的公式为：
g(z,t)＝w(z,t)/w0
其中w0为直达波幅度，w(z,t)为滤波后的偶极声波测井数据，g(z,t)为归一化处理结果。
判断模块250：根据所述深度区间压裂前、后的散射波能量包络，计算所述深度区间的一个深度点z＝z0处压裂前、后散射波能量包络的差异δe；根据所述压裂前、后地层的横波速度曲线，计算所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs；根据所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs和所述压裂前、后散射波能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态；
所述判断模块250中，所述根据所述深度点z＝z0处压裂前、后弹性波慢度的差异δs和所述压裂前、后能量包络的差异δe判断当前深度点的井筒方向压裂状态和径向压裂状态具体为：
如果δs＝0，且δe＝0，则证明井周岩石未被压裂；如果δs＞0，且δe＝0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，沿径向的岩石未被压裂；如果δs＝0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石未被压裂，沿径向的岩石被压裂；如果δs＞0，且δe＞0，则证明沿井筒方向的岩石被压裂，并且沿径向的岩石也被压裂。
统计模块260：采用判断相同的方法判断下一个深度点的压裂状态，直到遍历整个深度区间；统计不同深度点井筒方向和径向压裂状态，获得整个深度区间内的压裂结果。
为了验证本发明在水力压裂效果评价的可靠性，利用发明的处理流程对某口压裂井进行处理。请参阅图3，图3给出了水力压裂效果评价实例，第一道给出了自然伽马(gr)和井径(cal)曲线，第二道给出了压裂前、后横波慢度曲线。第三道给出了深度区间和压裂高度，第四道给出了压裂前、后散射波能量差异，图中颜色越亮(白色)代表能量差异越大，颜色越暗(黑色)代表能量差异越小。从图中可以看出，在x957-x975层段压后的横波慢度明显大于压裂前的横波慢度，根据步骤s8可以判断该层段井壁附近岩石被压裂，因而可以判断出压裂高度。从散射波能量差异可以看出，在白色圆圈所示的区间内，压裂后的散射波能量明显大，由此可以判断在x962-x966层段，压裂的径向延伸至少达到25米。
本发明提出一种利用压裂前、后偶极声波测井横波速度差异和散射波能量的差异联合评价井周压裂效果，相比已有的压裂效果评价技术，该方法优点在于既能评价沿井筒方向的压裂效果，还可以实现井周数十米范围内的压裂效果评价。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！