一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法和装置与流程

本发明涉及地球物理测井技术领域，特别涉及一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法和装置。

背景技术：

在白云岩与灰岩等地层中，由于岩石骨架电阻率高的原因，造成测井获得的常规电阻率曲线背景值较高，此时若地层中含有天然气，常规电阻率曲线往往难以反映其中的天然气含量变化情况；除此之外，由于白云岩和灰岩储层普遍存在孔隙结构较复杂的现象，含气地层中的中子测井挖掘效应和声波测井曲线周波跳跃现象都不明显，高阻气层的常规测井识别存在困难。

现有技术中，由于阵列声波测井在含有天然气的地层中纵波幅度和斯通利波幅度可能出现衰减，因此利用这种方法来定性识别气层。但是在天然气层中可能出现纵波和斯通利波这两种波同时衰减、单独衰减、衰减大小不一等复杂的现象，从而导致现有方法的灵敏度较低，可能漏失气层。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法和装置，该方法利用阵列声波的纵波能量及斯通利波能量来计算地层含气量指示曲线，放大了天然气对纵波衰减与斯通利波衰减的响应特征，消除了某些气层只有纵波衰减响应或只有斯通利波衰减响应的影响，能够有效提高灵敏度，准确地判断含气地层所处的位置。

第一方面，本发明实施例提供了一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法，该方法包括：s1：根据待评价区域内的阵列声波测井数据，获得滤波后纵波波形和斯通利波波形，以及纵波的首波到达时间曲线和斯通利波的首波到达时间曲线；

s2：分别对纵波和斯通利波进行傅里叶变换，获得纵波和斯通利波相应的频率域内的振幅函数；

s3：根据纵波的振幅函数和纵波的首波到达时间曲线获得纵波的在预设时间窗长内的振幅，以及根据斯通利波的振幅函数和斯通利波的首波到达时间曲线获得斯通利波在预设时间窗长内的振幅；

s4：将纵波的振幅转换为纵波能量，以及将斯通利波的振幅转换为斯通利波能量；

s5：根据纵波能量和斯通利波能量，获得气层的识别曲线。

优选地，步骤s2的具体过程包括：利用公式一分别对滤波后的纵波和斯通利波作傅里叶变换，其中公式一为：

其中，f(ω)为频率域函数；f(t)为时间域内的波形函数；t为预设时间窗长内的时间；ω为对应t时的频率；i为虚数的单位。

优选地，步骤s4的具体过程包括：利用公式二分别对纵波的振幅和斯通利波的振幅进行能量转换，其中公式二为：

其中，e为波的能量；k为常数；δt为预设的时间窗长；ai为在首波到达时间加δt的时间段内第m个周期内波的振幅，m＝1,2,……,n。

优选地，步骤s5的具体过程包括：利用公式三获得气层的识别曲线，其中公式三为：

gi＝n(ec-est)

其中，gi气层的识别曲线；n为预设系数；ec为纵波能量；est为斯通利波能量。

第二方面，本发明实施例提供了一种利用纵波和斯通利波识别气层的装置，该装置包括：第一获取模块，用于根据待评价区域内的阵列声波测井数据，获得滤波后纵波波形和斯通利波波形，以及纵波的首波到达时间曲线和斯通利波的首波到达时间曲线；

第二获取模块，用于分别对纵波和斯通利波进行傅里叶变换，获得纵波和斯通利波相应的频率域内的振幅函数；

第三获取模块，用于根据纵波的振幅函数和纵波的首波到达时间曲线获得纵波的在预设时间窗长内的振幅，以及根据斯通利波的振幅函数和斯通利波的首波到达时间曲线获得斯通利波在预设时间窗长内的振幅；

第四获取模块，用于将纵波的振幅转换为纵波能量，以及将斯通利波的振幅转换为斯通利波能量；

第五获取模块，用于根据纵波能量和斯通利波能量，获得气层的识别曲线。

优选地，第二获取模块具体用于利用公式一分别对滤波后的纵波和斯通利波作傅里叶变换，其中公式一为：

其中，f(ω)为频率域函数；f(t)为时间域内的波形函数；t为预设时间窗长内的时间；ω为对应t时的频率；i为虚数的单位。

优选地，第四获取模块具体用于利用公式二分别对纵波的振幅和斯通利波的振幅进行能量转换，其中公式二为：

其中，e为波的能量；k为常数；δt为预设的时间窗长；a_i为在首波到达时间加δt的时间段内第m个周期内波的振幅，m＝1,2,……,n。

优选地，第五获取模块具体用于利用公式三获得气层的识别曲线，其中公式三为：

gi＝n(ec-est)

其中，gi气层的识别曲线；n为预设系数；ec为纵波能量；est为斯通利波能量。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)有效解决了白云岩和灰岩等高电阻率天然气储层的气层识别问题，能够有效判断出含气储层在地层中所处的位置及判断含气储层含气量的相对大小；

2)有效解决了直接利用纵波衰减与斯通利波衰减识别气层造成的气层漏失问题；

3)准确判断高阻气层的位置，可以减少试气作业次数，提高采气效益，减少人力物力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法流程图；

图2是本发明一个实施例提供的一种滤波后的纵波波形及其首波到达时间曲线、斯通利波波形及其首波到达时间曲线示意图；

图3是本发明一个实施例提供的一种纵波和斯通利波的振幅以及气层的识别曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种利用纵波和斯通利波识别气层的方法，该方法可以包括以下步骤：

第一步：对阵列声波数据进行速度分析，获得滤波后纵波波形和斯通利波波形，以及纵波的首波到达时间曲线和斯通利波的首波到达时间曲线。

在该步骤中，一般而言，纵波的频率处在高频位置，频率的范围为4000-15000hz，斯通利波处于低频位置，频率的范围为1000-4000hz。由于纵波和斯通利波的频率范围不同，除此以外纵波和斯通利波两者的速度也不一样，这样便可以提取出滤波后的纵波filtwavec以及滤波后的斯通利波filtwavest，同时还可以获得纵波的首波到达时间曲线ttc和斯通利波的首波到达时间曲线ttst，请参考图2。首波到达时间是声波仪器接收器首次接收到相应声波的时间。纵波的首波到达时间就是声波仪器接收器首次接收到纵波的时间，斯通利波的首波到达时间就是声波仪器接收器首次接收到斯通利波的时间。

第二步：对于对滤波后纵波，进行傅里叶变换，并根据纵波的首波到达时间曲线和预设的时间窗长计算出在预设时间窗长内纵波的振幅；

对于滤波后斯通利波，进行傅里叶变换，并根据斯通利波的首波到达时间曲线和预设的时间窗长计算出在预设时间窗长内斯通利波的振幅。

在该步骤中，利用公式对纵波和斯通利波进行傅里叶变换，在该公式中f(ω)为频率域函数；f(t)为时间域内的波形函数；t为预设时间窗长内的时间；ω为对应t时的频率；i为虚数的单位。该公式将时间域内的波形函数转变为频率域内的振幅函数，于是对于纵波和斯通利波，分别预设时间窗长，依据各自的首波的到达时间曲线即可求出频率域内纵波在预设时间窗长内的振幅ampc以及频率域内斯通利波在预设时间窗长的振幅ampst，请参考图3。由于纵波和斯通利波的频率范围不同，速度也不一样，因此两者的预设时间窗长也不同，例如纵波的预设时间窗长为300us，斯通利波的预设时间窗长为800us，根据实际情况可以进行调整。

第三步：对纵波的振幅进行能量转换，获得纵波在预设时间窗长内的纵波能量，以及对斯通利波的振幅进行能量转换，获得斯通利波在预设时间窗长内的斯通利波能量。

在该步骤中，利用能量转换公式进行能量转换，在该公式中e为波的能量；k为常数；δt为预设的时间窗长；am为在首波到达时间加δt的时间段内第m个周期内波的振幅，m＝1,2,……,n。k为常数根据实际情况进行设定。为了确保准确度，预设的时间窗长δt不易过小，一般至少要包含两个周期。在k和δt确定后，分别将第二步中计算出得纵波的幅度及斯通利波的幅度代入能量转换公式，即可计算出纵波能量ec及斯通利波能量est。

第四步：根据纵波能量及斯通利波能量，求得气层的识别曲线。

在该步骤中，利用公式gi＝n(ec-est)获得气层的识别曲线，在该公式中gi气层的识别曲线；n为预设系数；ec为纵波能量；est为斯通利波能量。n为人为预设系数，由大量实验数据拟合所得，不同地区的井该系数不尽相同，一般取值范围是1-5。最后获取的识别曲线也是气层含气量指示曲线，即可以指示某一深度气层天然气的相对含量。请参考图3，识别曲线的值越大则代表该深度天然气的相对含量越高，例如图3标示的a、b、c三点，天然气的相对含量a>b>c。

在该实施例中，结合纵波与斯通利波遇到含气地层表现出来的不同响应来判断含气地层所处的位置。当纵波与斯通利波遇到含气量丰富的地层时，振幅及能量会同时发生衰减，而当纵波与斯通利波遇到较差的含气地层时，可能只有两者之一会发生衰减。根据纵波及斯通利波的这种特性，结合两者的能量曲线即可求出含气指示曲线，从而判断含气储层在地层中所处的位置及判断含气储层含气量的相对大小，放大了天然气对纵波衰减与斯通利波衰减的响应特征，消除了某些气层只有纵波衰减响应或只有斯通利波衰减响应的影响，准确地判断含气地层所处的位置，以及含气量的相对高低。

本发明实施例提供了一种利用纵波和斯通利波识别气层的装置，该装置包括：

第一获取模块，用于根据待评价区域内的阵列声波测井数据，获得滤波后纵波波形和斯通利波波形，以及纵波的首波到达时间曲线和斯通利波的首波到达时间曲线；

第二获取模块，用于分别对纵波和斯通利波进行傅里叶变换，获得纵波和斯通利波相应的频率域内的振幅函数；

第三获取模块，用于根据纵波的振幅函数和纵波的首波到达时间曲线获得纵波的在预设时间窗长内的振幅，以及根据斯通利波的振幅函数和斯通利波的首波到达时间曲线获得斯通利波在预设时间窗长内的振幅；

第四获取模块，用于将纵波的振幅转换为纵波能量，以及将斯通利波的振幅转换为斯通利波能量；

第五获取模块，用于根据纵波能量和斯通利波能量，获得气层的识别曲线。

在本发明一个实施例中，第二获取模块具体用于利用公式一分别对滤波后的纵波和斯通利波作傅里叶变换，其中公式一为：

其中，f(ω)为频率域函数；f(t)为时间域内的波形函数；t为预设时间窗长内的时间；ω为对应t时的频率；i为虚数的单位。

在本发明一个实施例中，第四获取模块具体用于利用公式二分别对纵波的振幅和斯通利波的振幅进行能量转换，其中公式二为：

其中，e为波的能量；k为常数；δt为预设的时间窗长；am为在首波到达时间加δt的时间段内第m个周期内波的振幅，m＝1,2,……,n。

在本发明一个实施例中，第五获取模块具体用于利用公式三获得气层的识别曲线，其中公式三为：

gi＝n(ec-est)

其中，gi气层的识别曲线；n为预设系数；ec为纵波能量；est为斯通利波能量。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。