一种岩石超声波速度及品质因子同时测量方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种岩石超声波速度及品质因子同时测量方法及系统，其中，该方法包括：选取参考样品，利用超声波脉冲透射测量系统获取参考样品的标准信号，拾取标准起跳时间；选取待测岩石样品，获取待测岩石样品的测量信号，确定测量信号的初始起跳时间；按照时差对测量信号进行时移，获取时移信号；设定待测岩石样品的品质因子初始值及剩余相对时移初始值，将其作用到标准信号进行正演，得到正演信号；在有效时窗内对比时移信号及正演信号，建立目标函数；从品质因子初始值及剩余相对时移初始值开始，利用优化算法搜索目标函数的最小值，获取待测岩石样品的品质因子最优值及剩余相对时移最优值；计算获得待测岩石样品的走时及超声波速度。
【专利说明】-种岩石超声波速度及品质因子同时测量方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于超声波脉冲透射技术的速度及衰减测量领域，尤其涉及一种岩石 超声波速度及品质因子同时测量方法及系统。
【背景技术】
[0002] 现今，随着地震及测井技术的发展，为了提高储层预测及流体检测的准确性，人们 迫切需要更详细地了解储层流体及岩石的弹性波性质，包括速度、衰减、各向异性等方面。
[0003] 超声波脉冲透射技术炬irch，1960)是目前研究岩石的波传播特征比较常用的实 验测量手段。采集的岩芯通常被加工成一定形态和尺寸的样品（例如圆柱体），该样品的孔 隙度、渗透率、密度甚至组构特征均可W事先通过其他实验方法获取得到，所研究的岩石样 品非常清楚。此外，界面及射线路径可通过人为设定，有些实验装置可实现对温度、压力、饱 和流体类型及饱和状态的准确控制（Timur, 1968 ;Gregory, 1976 ;Wang and Nur, 1988等）。 因此，通过该方法可W建立弹性参数与目标储层参数之间比较可靠的关系，具有实际应用 价值。
[0004] 对于速度测量而言，一般通过拾取信号起跳时间，由下式计算速度V :
[0005] V=---, h - A,
[0006] 其中，T。和Tl分别为探头对接信号和岩石样品信号的起跳时间。样品长度L通常 可W比较准确地测量得到。
[0007] 而在衰减介质中，随着传播距离增加，信号的幅度及形态会发生变换，起跳时间拾 取存在较大不确定性，导致速度的测量误差可能会超过2%，使得实验结果准确度较低。
[0008] 另外，地下储层岩石普遍表现出黏弹性特征，尤其是流体饱和岩石，其衰减机制主 要归咎于流体与岩石骨架的相互作用。弹性波衰减通常用品质因子Q来进行描述，Q值越 小衰减越严重。对于给定的信号源，发射信号的频带宽度相对有限，一般可W认为Q值不随 频率发生变化。谱比法是一种非常流行方法来估计Q值。我们可W比较两个不同传播距离 时信号的振幅谱，然后从根据斜率来确定Q值炬ourbig等，1987):
[0009]
【权利要求】
1. 一种岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，包括： 步骤1，选取一参考样品，利用超声波脉冲透射测量系统获取所述参考样品的标准信 号，并拾取所述标准信号的标准起跳时间； 步骤2,选取一待测岩石样品，利用所述超声波脉冲透射测量系统获取所述待测岩石样 品的测量信号，并与所述标准信号进行相关性分析，根据所述标准起跳时间确定所述测量 信号的初始起跳时间； 步骤3,按照所述标准起跳时间与所述初始起跳时间的时差对所述测量信号进行时移， 获取时移信号； 步骤4,设定所述待测岩石样品的品质因子初始值及剩余相对时移初始值，将其作用到 所述标准信号进行正演，得到正演信号； 步骤5,设定有效时窗，在所述有效时窗内对比所述时移信号及正演信号，建立目标函 数； 步骤6,从所述品质因子初始值及剩余相对时移初始值开始，利用优化算法搜索所述目 标函数的最小值，根据所述目标函数的最小值获取所述待测岩石样品的品质因子最优值及 剩余相对时移最优值； 步骤7,根据所述初始起跳时间以及剩余相对时移最优值计算获得所述待测岩石样品 的走时，并根据所述待测岩石样品的走时计算获得待测岩石样品的超声波速度。
2. 根据权利要求1所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述超声波脉冲透射测量系统利用的超声波信号包括P波、SV波、SH波。
3. 根据权利要求1所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述步骤4,设定所述待测岩石样品的品质因子初始值及剩余相对时移初始值，将其作用到所 述标准信号进行正演，得到正演信号包括以下步骤： 步骤41，对所述标准信号进行傅里叶变换得到其相应的标准频谱； 步骤42,利用以下公式计算所述正演信号的频谱：
其中，S4(f)为所述正演信号的频谱； G为所述待测岩石样品相对于所述参考样品的透射校正系数，利用公式（2)求得；f为所述超声波脉冲透射测量系统的测量频率，为已知量； Ttl为所述超声波测量系统的延迟走时,为已知量； T1为所述标准起跳时间； T2为所述初始起跳时间； Λτ^为所述待测岩石样品的剩余相对时移初始值； Qtl为所述待测岩石样品的品质因子初始值； Q1为所述参考样品的品质因子，为已知量； S1 (f)为所述标准频谱； 所述待测岩石样品相对于参考样品的透射校正系数是利用以下公式所得： VJ-2' jOJ
其中，P1S所述参考样品的密度，为已知量；p2为所述待测岩石样品的密度，为已知量； Ztl为所述超声波脉冲透射测量系统的探头阻抗，为已知量； V1所述参考样品的超声波速度,为已知量； L2为所述待测岩石样品的长度，为已知量； 步骤43,对所述正演信号的频谱进行傅里叶反变换得到所述正演信号。
4. 根据权利要求3所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述步骤5,建立目标函数利用的公式如下：
其中，Y为所述目标函数；η为所述有效时窗内的采样点个数； S3(tj为时间域所述时移信号中每个采样点对应的幅值； S4(tj为时间域所述正演信号中每个采样点对应的幅值。
5. 根据权利要求4所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述步骤6利用的优化算法包括：模式搜索法、Rosenbrock方法、单纯形搜索法、Powe11方法、 最速下降法、牛顿法、共轭梯度法、拟牛顿法、信赖域方法、最小二次法、可行方向法、遗传算 法、蚂蚁算法、模拟退火法以及神经网络法的至少其中之一。
6. 根据权利要求5所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述步骤7,计算所述待测岩石样品的走时利用的公式如下： T2 =T2+At2 -T0；(4) 其中，&为所述待测岩石样品的走时； Λτ2为所述步骤6得到的所述待测岩石样品的剩余相对时移最优值。
7. 根据权利要求6所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量方法，其特征在于，所 述步骤7,计算所述待测岩石样品的超声波速度利用的公式如下： V2 =LJT2; (5) 其中，V2为所述待测岩石样品的超声波速度； /为公式（4)得到的待测岩石样品的走时数据； L2为所述待测岩石样品的长度，为已知量。
8. -种岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于，包括： 标准信号获取模块，用于根据一参考样品，通过超声波脉冲透射测量系统获取所述参 考样品的标准信号，并拾取所述标准信号的标准起跳时间； 测量信号获取模块，用于根据一待测岩石样品，通过所述超声波脉冲透射测量系统获 取所述待测岩石样品的测量信号，并与所述标准信号进行相关性分析，根据所述标准起跳 时间确定所述测量信号的初始起跳时间； 时移模块，用于按照所述标准起跳时间与所述初始起跳时间的时差对所述测量信号进 行时移，获取时移信号； 正演模块，用于设定所述待测岩石样品的品质因子初始值及剩余相对时移初始值，将 其作用到所述标准信号进行正演，得到正演信号； 目标函数建立模块，用于设定有效时窗，在所述有效时窗内对比所述时移信号及正演 信号，建立目标函数； 品质因子最优值及剩余相对时移最优值获取模块，用于从所述品质因子初始值及剩余 相对时移初始值开始，利用优化算法搜索所述目标函数的最小值，根据所述目标函数的最 小值获取所述待测岩石样品的品质因子最优值及剩余相对时移最优值； 超声波速度计算模块，根据所述初始起跳时间以及剩余相对时移最优值计算获得所述 待测岩石样品的走时，并根据所述待测岩石样品的走时计算获得待测岩石样品的超声波速 度。
9. 根据权利要求8所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于，所 述超声波脉冲透射测量系统利用的超声波信号包括P波、SV波、SH波。
10. 根据权利要求8所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于，所 述正演模块包括： 标准频谱获取单元，用于对所述标准信号进行傅里叶变换得到其相应的标准频谱； 正演信号频谱获取单元，其中利用以下公式计算获得所述正演信号的频谱：
其中，S4(f)为所述正演信号的频谱； G为所述待测岩石样品相对于所述参考样品的透射校正系数，利用公式（2)求得；f为所述超声波脉冲透射测量系统的测量频率，为已知量； Ttl为所述超声波测量系统的延迟走时,为已知量； T1为所述标准起跳时间； T2为所述初始起跳时间； Λτ^为所述待测岩石样品的剩余相对时移初始值； Qtl为所述待测岩石样品的品质因子初始值； Q1为所述参考样品的品质因子，为已知量； S1 (f)为所述标准频谱； 所述待测岩石样品相对于参考样品的透射校正系数是利用以下公式所得：
其中，P1S所述参考样品的密度，为已知量； P2为所述待测岩石样品的密度，为已知量； Ztl为所述超声波脉冲透射测量系统的探头阻抗，为已知量； V1所述参考样品的超声波速度,为已知量； L2为所述待测岩石样品的长度，为已知量； 正演信号获取单元，对所述正演信号的频谱进行傅里叶反变换得到所述正演信号。
11. 根据权利要求10所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于， 所述目标函数建立模块中，建立目标函数利用的公式如下：
其中，Y为所述目标函数；η为所述有效时窗内的采样点个数； S3(tj为时间域所述时移信号中每个采样点对应的幅值； S4(tj为时间域所述正演信号中每个采样点对应的幅值。
12. 根据权利要求11所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于， 所述品质因子最优值及剩余相对时移最优值获取模块中利用的优化算法包括：模式搜索 法、Rosenbrock方法、单纯形搜索法、Powell方法、最速下降法、牛顿法、共轭梯度法、拟牛 顿法、信赖域方法、最小二次法、可行方向法、遗传算法、蚂蚁算法、模拟退火法以及神经网 络法的至少其中之一。
13. 根据权利要求12所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于， 所述超声波速度计算模块中，计算所述待测岩石样品的走时利用的公式如下： T1=T^Ar2-Tn; (4) 其中，无为所述待测岩石样品的走时； Λτ2为所述步骤6得到的所述待测岩石样品的剩余相对时移最优值。
14. 根据权利要求13所述的岩石超声波速度及品质因子同时测量系统，其特征在于， 所述超声波速度计算模块中，计算所述待测岩石样品的超声波速度利用的公式如下： V2 =L2ZT2-, (5) 其中，V2为所述待测岩石样品的超声波速度； 为公式（4)得到的待测岩石样品的走时数据； L2为所述待测岩石样品的长度，为已知量。
【文档编号】G01N29/44GK104237383SQ201410446685
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】晏信飞, 曹宏, 杨志芳, 卢明辉, 巴晶 申请人:中国石油天然气股份有限公司