用于对地表下裂痕成像的方法和设备的制作方法

专利名称：用于对地表下裂痕成像的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用于对地表下特征成像的方法和设备。更具体地，本发明涉及使用慢度时间平面来成像或指示裂痕。
背景技术：
在过去的几十年中，地表下的地层分析已经使得能够实现更有效的石油和天然气发现。最大的石油和天然气发现所需要的重要地层特征之一是对其裂痕体系(fracture system)的了解。地层裂痕体系可能自然地出现，或可能是诸如钻探或液压压裂操作之类活动的结果。在其它使用中，对地层裂痕属性的了解可有助于碳氢化合物的发现、未来断裂的预测、最佳钻探方向的计算、以及油藏模拟(reservoir simulation)所需要的数据。
目前有几种用于收集声学数据的工具和方法、和用于使用远离井址(wellsite)的分离分析来对裂痕进行成像的方法。在这些情况中，数据采集时和裂痕成像时之间的时间延迟可能对操作者不利。这样，期望有在井址对地表下的裂痕进行成像的能力。而且，在仍旧在井址时执行对数据的质量控制检查的能力提供了操作上的好处。另外，在井址上生成的裂痕图像可以成为与通过远程分析而生成的裂痕图像的有用的对比，以建立置信度(confidence)，或者根据分离图像的相干性来建议进一步勘察。
然而，成像技术需要额外CPU使用，其在井址上通常非常需要。期望不但计算速度快，而且CPU使用量轻，使得对裂痕进行成像不会影响与地层评估关联的数据采集。
经常从声学工具中提供用于生成裂痕或其它地层特征的图像的数据。钻孔声学测量的主要应用是对纵(P)和/或横(S)波地层慢度(slowness)的估算。经常将对纵和/或横波地层慢度的估算表示为ST(慢度对时间)平面，并且，可以用当前的技术在井址将其可视化。然而，目前的方法没有完全利用该ST平面。因此，本发明预期使用该ST平面来对裂痕进行成像。

发明内容
本发明满足了上述和其它需求。具体地，本发明提供了一种对地表下的地层特征进行成像的方法，该方法包括(a)对感兴趣的特征计算转换/反射点位置；以及(b)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。该特征可以是地层裂痕。该方法也可以包括在周期性深度或者所有感兴趣的深度上重复步骤(a)-(b)。转换/反射点位置的计算可包括估算通过感兴趣特征所转换或反射的波相对于第一接收器的入射角。此外，该估算可包括测量第一接收器和第二接收器之间的视慢度(apparent slowness)值；以及使用已知的横波或纵波慢度值。可以将入射角的估算计算为视慢度值除以已知的横波或纵波慢度值的反余弦。
根据一些方面，转换/反射点位置的计算包括将转换/反射点限制到沿着入射角所定义的入射线角度的位置。转换/反射点位置的计算还包括使用入射角、发射器和第一接收器之间的直线距离、以及从发射器经由转换/反射点而到第一接收器的行进时间(travel time)。该方法还包括使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分与相干P-S转换(P波转换为S波)或者S-P转换(S波转换为P波)或者P-P反射(P波反射为P波)对应的任何重叠区域。
本发明的又一方面提供了一种对地表下的裂痕进行成像的方法，该方法包括(a)估算裂痕相对于第一接收器的入射角；(b)使用入射角以及发射器和第一接收器之间的波行进时间来计算转换/反射点位置；以及(c)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。波行进时间对应于经过转换/反射点的波的行进时间，并且其中该行进时间取自ST平面上的点。对于P-S波转换，可以从ST平面的时间轴上的纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上的比纵波慢和比横波快的ST平面的近似区域之间所定义的窗口中选择该点。对于S-P转换和P-P反射，还可以从ST平面的时间轴上的纵波近似结束和横波近似开始之间、且在慢度轴上的比纵波快的ST平面的近似区域中所定义的窗口中选择该点。
本发明的又一方面提供了一种使用ST平面进行裂痕成像的方法，该方法包括对于P-S波转换，对在ST平面的时间轴上的纵波近似结束和横波近似开始之间、且在慢度轴上的比纵波慢和比横波快的ST平面的近似区域之间的ST平面的第一部分进行开窗操作；对于S-P转换和P-P反射，对ST平面的时间轴上的纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上的近似地比纵波快的ST平面的近似区域中的ST平面的第二部分进行开窗操作；以及在转换/反射点上绘制在ST平面的第一或第二部分之一内的点的值。根据这个方面，可以通过估算来自裂痕相对于接收器的波的入射角来计算转换/反射点的位置；其中使用所测量的视慢度值和已知的横波或纵波慢度值来估算该入射角。
本发明的又一方面提供了一种对地下的裂痕进行成像的方法，该方法包括在所计算的转换/反射点位置上绘制来自ST平面的所选窗口中的点的ST平面值。
又一方面提供了一种用于对地下的地层裂痕进行成像的设备，该设备包括至少一个声学发射器；至少两个声学接收器；处理器，其耦接到声学发射器、声学接收器或者与二者都耦接，并且将其编程以便(a)生成ST平面图；(b)计算裂痕转换/反射点的位置；以及(c)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。可以在所有感兴趣的深度上重复步骤(b)-(c)。根据一些方面，该至少一个发射器和至少两个声学接收器是发射器和接收器阵列。利用该接收器阵列，可以将处理器编程为使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分与相干P-S/S-P转换或者P-P反射对应的任何重叠区域。
又一方面提供了一种对地下的地层裂痕进行成像的方法，该方法包括(a)用发射器生成声学波；(b)使用至少两个接收器接收该声学波，并生成声学原始数据；(c)从声学原始数据中生成ST平面；(d)在ST平面上创建可以观察P-S/S-P转换和P-P反射的P-S和S-P转换波以及P-P反射波的窗口；(e)取走一个窗口内的点在ST平面上的值；(f)计算来自裂痕的声学波相对于接收器的入射角；(g)计算裂痕上的波转换点的位置；(h)在所计算的转换点的位置上绘制取自ST平面的值；以及在所有感兴趣的深度上重复步骤(a)-(h)。
又一方面提供了一种从使用来自ST平面的数据创建的裂痕图像中消除噪声的方法，该方法包括使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分所有重叠区域。波反射区域的反转可以包括在从裂痕的上端和下端生成的P-P反射之间反转，并且，可以借助于声学发射器和接收器阵列。
在接下来的描述中将陈述本发明的其它优点和新特征，或者本领域的技术人员通过阅读这些资料或者实践本发明而会获知这些优点和特征。将通过在所附权利要求中陈述的装置实现本发明的这些优点。


附解了本发明的优选实施例，并且其是说明书的一部分。与接下来的描述一起，这些图示出并说明了本发明的原理。
图1是根据本发明的一个方面的声学工具和裂痕的简化视图，其示出波行进路径近似；图2是图解根据本发明的一个方法计算转换/反射点的声学工具简化视图；图3是图解根据本发明的一个方面将ST平面使用于裂痕成像的声学工具和ST平面的简化视图；图4是图解在应用本发明的方法时使用的原始波形合成数据的图表；图5是图解根据本发明的方法通过将ST平面使用于图4的合成数据而进行裂痕成像的结果的图表；图6示出根据本发明的一个方面在ST平面和发射器和接收器阵列上的高相干区域移动范围；图7示出根据本发明的一个方面在将图6反转的ST平面上的高相干区域移动范围；图8图解根据本发明的一个方面利用接收器和发射器阵列处理的裂痕图像；图9示出根据本发明的各方面从使用ST平面的现场数据中生成的裂痕图像的结果；图10示出与图9的裂痕图像对应的实际GeoFrame过程数据；图11示出根据本发明的一个方面的原始到达时间显示和相关联的声学工具；图12示出根据本发明的又一个方面的已开窗口的ST平面；以及图13示出根据本发明的又一个方面的原始到达时间显示和相关联的声学工具。
在所有附图中，相同的附图标记指示相同的元件。尽管易于对本发明作出各种改变和替换形式，但还是作为示例在图中示出特定实施例，并将在这里对其进行详细描述。然而，应该理解，本发明不是想要受限于所公布的具体形式。相反地，本发明将覆盖所有落入到由所附权利要求限定的发明范围内的改变、等价物和替换物。
具体实施例方式
下面描述本发明的图解实施例和方面。为了清楚起见，并没有在说明书中描述实际实现的所有特征。当然应理解的是，在任何这样的实际实施例的开发中，必须作出许多特定实现决定，以便达到开发者的的特定目标，如符合与系统相关和与商业相关的约束。这对于不同的实现将会不同。此外，要理解，这样的开发努力也许是复杂而耗时的，但无论如何，其对于本领域的普通技术人员受到这个公布的好处的情况下将是常规任务。
本发明预期将ST平面使用于地下地层中的感兴趣特征的声学成像。根据本发明的一个方面的感兴趣的特征是地层裂痕，但是这里提出的方法不限于此。本发明的方法和设备优选地用于在井址上迅速检查地层特征(如裂痕)。然而，如果需要，这里描述的方法和设备也可以用作主要的成像技术。
优选地，实现本发明的方法的CPU使用少，使得其不影响可以为其它目的而分析的声学数据采集。为了将CPU使用保持到最小，根据本发明的计算可能会相对简单，下面更全面地描述这一点。
现在转向附图，具体地到图1，示出了声学工具(100)的简化视图。声学工具(100)是可从包括斯伦贝谢(Schlumberger)的各制造商得到的许多工具中的代表工具。声学工具(100)包括至少一个声学发射器(T)，其能够生成传送过相邻地层的声学波。在一些实施例中，包括至少一个单极声学发射器。该声学工具(100)还包括如图中所示的两个或更多接收器(R1-Rn)。根据图1所示，声学工具(100)包括八个接收器(R1-Rn)，并穿越地层特征，在本实施例中该地层特征是裂痕(104)。声学发射器(T)所生成的波遵循例如从发射器(T)延伸到裂痕(104)、并然后从裂痕(104)延伸到接收器(R1-Rn)的第一波径(wave path)(110)的波径。在该波横穿裂痕(104)之后，示出沿波径(110)行进的波前(wave front)(116)。应该理解，波径(110)和波前(116)是对实质的示范，并且，其用于方便对本发明原理的论述。在实际的实现中还将存在除被表示为沿波径(110)行进的那些波之外的许多其它波。波径(110)将波行进路径近似表示成从发射器(T)出发跨越裂痕(104)并行进到接收器(R1-Rn)的波。可以将诸如计算机的处理器装载到声学工具(100)上，或者与工具(100)进行远程通信，从而用于控制、操作、数据采集、计算、或者其它目的。
如图1所示，当波(沿着行进路径110)到达并穿越裂痕(104)时，它们可能被转换和/或反射。例如，P波可能被转换成S波(P-S转换)，S波可能被转换成P波(S-P转换)，以及P波可能被反射为P波(P-P反射)，将波行进路径(110)的转换和/或反射点的位置标记为(P)，并且其对应于裂痕(104)位置。根据本发明的方法，对裂痕位置进行成像。因此，为了对裂痕位置进行成像，必须计算转换和/或反射点(P)的位置。下面讨论一种可计算转换/反射点(P)的位置的方式。
继续参考图1，当波前(116)沿着波径(110)移动时，它将经过接收器(R1-Rn)并被其检测到。然而，波前(116)将在不同的时间上经过接收器(R1-Rn)。假设，当波前(116)经过所有接收器(R1-Rn)时，都沿直线而行、并指向波径(110)。因此，还假设，行进路径距离引起两个接收器(本实施例中的R3和Rn-1)之间的行进时间差异。行进路径距离等于两个接收器(R3和Rn-1)之间的距离和入射到接收器的角度(α)的余弦的乘积。通过在两个接收器(R3、Rn-1)之间延伸的线(114)和垂直于波前(116)从第二接收器(Rn-1)延伸的波径(110)的直角边(leg)来定义入射角(α)。可以根据下面的方程，根据接收器(R3、Rn-1)所收集的实际慢度测量和视慢度测量，使用简单的三角关系来计算入射角(α) 其中，视慢度是图1所示的第一和第二接收器(R3-Rn-1)之间的到达时间之差除以第一和第二接收器(R3-Rn-1)之间的距离(114)，而实际慢度是图1所示的第一和第二接收器(R3-Rn-1)之间的到达时间之差除以该波在到达时间差期间沿着在裂痕(104)和第二接收器(Rn-1)之间延伸的波径(110)行进的实际距离(118)。根据接收器(R3和Rn-1)接收的数据来计算实际和视慢度值。
接着转向图2，当计算了入射角(α)时，可以在所有感兴趣的深度上确定转换/反射点(P)的位置初始S波转换为P波、或者初始P波转换为S波的转换点；对于初始P波被反射为P波的反射点。为了实现这一点，根据本发明的一个方面，假设转换点(P)位于从接收器(Rn-1)开始的、通过入射角(α)定义的延伸线(218)上。为了下面的描述方便，将接收器(Rn-1)和转换点(P)之间的距离标记为“ls”，并将转换点(P)和发射器(T)之间的距离标记为“lp”。因此，可以将发射器(T)和接收器(Rn-1)之间经由转换点(P)的行进时间表示为tt＝ls*横波慢度+lp*纵波慢度 (2)当然理解的是，方程(2)针对P波转换为S波(P-S转换)，并且，可以轻易地将方程(2)变更为用于S-P转换点和P-P反射点。可以在接下来的方程中缩写横波慢度(“ss”)和纵波慢度(“cs”)。
根据图2，通过定义发射器(T)和接收器(Rn-1)之间的直线距离(TR)的尺寸来进一步标记声学工具(200)的几何结构。将这个距离(TR)细分为接收器(Rn-1)和到转换/反射点(P)的距离(h)的垂线(222)之间的第一直线距离(x)、以及垂线(222)和发射器(T)之间的第二直线距离(y)。利用图2所示的几何关系，可以将接收器(Rn-1)和发射器(T)之间的距离(TR)表示为TR＝x+y (3)并可以将工具(200)和转换/反射点(P)之间的距离(h)表示为h＝x tanα＝y tanβ (4)根据普通的三角函数，考虑到ls=xcosα,]]>lp=ycosβ,]]>cosβ=1tan2β+1]]>可以将行进时间(tt)重写为tt=xcosα·ss+y·cstan2β+1---(2′)]]>此外，对y求解方程(3)，而得出y＝TR-x (3′)并且在方程(4)中代入这个y值，得出x tanα＝(TR-x)tanβ由其导出tanβ=xtanαTR-x---(4′)]]>将tanβ的值从方程(4′)代入到方程(2′)得出xcosα·ss+y·cs(xtanαTR-x)2+1=tt]]>或者xcosα·ss+y·csTR-x(xtanα)2+(TR-x)2=tt---(5)]]>可以将方程(3′)给出的y值代入到方程(5)，从而得到
xcosα·ss+cs(xtanα)2+(TR-x)2=tt]]>通过从这个方程的两边减去 其变成cs(xtanα)2+(TR-x)2=(tt-xcosα·ss)]]>对这个结果的两边进行平方，而得出cs2{(xtanα)2+(TR-x)2}=(tt-xcosα·ss)2]]>这导出cs2-ss2cos2αx2+2·{tt·sscosα-cs2TR}x+cs2TR2-tt2=0---(6)]]>方程(6)是具有两个解的二次方程x=cs2TR2-ttcosα·ss±(ttcosα·ss-cs2TR)2-cs2-ss2cos2α(cs2TR2-tt2)cs2-ss2cos2α---(7)]]>并且，根据本发明的一个方面，选择正的较小的解。
一旦计算出x，则可以计算换点(P)和工具(200)之间的距离(h)为h＝x tanα (8)并且可以直接从方程(7)和(8)确定转换点的位置。
如上所述，基于方程(2)而示出和依据的方程是针对P-S波转换的。然而，对于S-P转换，在用下面的方程(2′)代替方程(2)之后，也可以使用上面列出的相同计算来计算S-P转换点ls·cs+lp·ss＝tt (2′)对于P-P波反射，因为P-P波反射仅作为纵波传播，所以cs＝ss。这样，对于P-P反射，在用下面的方程(2″)代替方程(2)之后，可以使用上面列出的相同计算来计算P-P反射点ls·cs+lp·cs＝tt (2″)在具有用于计算一个或多个转换/反射点(P)位置的方法学的情况下，图3所示的ST平面(302)可用于对转换/反射点进行成像，并且，例如建立与一系列所计算的转换/反射点(P)对应的地下裂痕的图像。图3示出通过来自声学工具(300)的接收器的数据而建立的ST平面(302)。如上所述，可以根据传统的地下成像技术、用沿x轴(324)的时间和沿y轴的慢度(326)来计算ST平面(302)。
ST平面(302)示出S波区域(328)和P波区域(330)。在可以观察P-S/S-P转换和P-P反射的ST平面(302)上定义P-S/S-P转换和P-P反射的窗口。在时间轴(324)上的P波区域(330)近似结束和S波区域(328)近似开始之间、而在慢度轴(326)上的大致比P波慢但是比S波快的区域之间，创建P-S转换的窗口(332)。
因为P-S转换的视慢度比横波慢度快，所以如上面所定义来选择P-S转换窗口(332)的位置。而且，P-S转换的波在P波和S波之间到达。
类似于P-S转换窗口(332)，创建S-P转换波和P-P反射波的窗口(334)。在时间轴(324)上的P波区域(330)近似结束和S波区域(328)近似开始之间、而在慢度轴(326)上的近似地比P波快的区域中，创建S-P转换和P-P反射窗口(334)。因为S-P转换波和P-P反射波的视慢度比纵波慢度快，所以这样定义S-P转换/P-P反射窗口(334)。
定义了P-S转换以及S-P转换/P-P反射窗口(分别为332和334)，就选择点。例如，如图3所示，选择P-S转换窗口(332)的近似中心上的P-S转换点(P)。P-S转换点(P)对应于慢度轴(326)上的视慢度值(340)和时间轴(324)上的行进时间(342)。
应用上面描述的原理，可以从视慢度(340)和实际慢度(352)计算P-S转换点(P)的入射角(α)。此外，使用所计算的入射角(α)、TR长度、行进时间(tt)(342)、以及横波和纵波慢度，可以根据上面论述的原理计算P-S转换点(P)。
然后，可以将来自ST平面(300)的P-S转换点(P)(或者根据上面的原理选择的任何其它点)的值绘制到如上所述计算的转换点位置(344)上。箭头(348)图解在所计算的转换点位置(344)上为该转换点(P)绘制来自ST平面(300)的值的原理。当然，将理解，可以对所有感兴趣的深度而将这个过程重复任何数量的次数，直到建立了期望的图像。
已经对实际和合成数据都实现了上述的方法和设备，下面描述其结果。
根据一个实现本发明的原理的例子，使用合成的模型数据创建裂痕图像。参考图4，用MatLAb创建了合成波形数据组(400)，尽管可以用许多其它程序中的任一个来提供该数据组。然后，将图4的合成波形数据组(400)加载到商业上可得的处理器。该合成波形数据组(400)具有P-S/S-P波转换和P-P波反射，但是没有直接的P和S波。随机噪声也添加到该数据中了。
与图4相关联的示范实现的参数如下TR间距50英尺纵波慢度100μs/f横波慢度160μs/f裂痕角 30度抽样间隔10μs字计数 512抽样延迟4800μs图5图解使用如上所述的ST平面的裂痕成像技术的结果。实际的裂痕位置示为实线(500)。根据本发明的原理创建的裂痕图像示为四个子部分的组合。该四个子部分与从两个P-P反射(502和508)、P-S转换(504)、以及S-P转换(506)产生的图像对应。
S-P转换(506)中的上部区域(510)和左边的P-P反射(502)中的下部区域(512)展现噪声，这是在用于S-P转换和P-P反射的窗口中重叠的结果(下面更详细地论述)。该噪声也可以是将P-P反射处理为S-P转换的结果，且反之亦然。然而，图像的相关性允许在正确的裂痕位置上相对清楚地查看裂痕。然而，图5所示的噪声在一些应用中是有问题的。结合图6进一步说明该噪声以及其消除。
图6图解使用接收器阵列生成的ST平面；这个生成ST平面的方法对本领域的技术人员是公知的。ST平面(602)上示出六个与P波(604)、S波(606)、P-S转换(608)、S-P转换(610)、以及第一和第二P-P反射(612和614)对应的高度相关区域。第一P-P反射对应于裂痕(618)的上端(616)，而第二P-P反射对应于裂痕(618)的下端(620)。
当声学工具(600)移入到钻孔(例如图6-7中标记为(A)、(B)、和(C)的三个位置)中时，P-S转换(608)、S-P转换(610)、以及第一和第二P-P反射(612和614)的范围移动、并且还与其它相干范围重叠。由于难以分离重叠的直达波(direct wave)、转换和反射，所以该重叠引起图5所示的噪声。
为了克服重叠问题，由于工具(600)被安置(fire)在钻孔中的各个位置且由每个接收器接收波形，所以该声学工具(600)可以有助于建立由发射器(T)生成的数据阵列。这个发射器阵列可用于使P-S转换(608)和S-P转换(610)和来自上端的P-P反射(612)和来自下端的P-P反射(614)反转，通过比较图6和7可以看出这一点。通过使这些位置反转，可以更好地定义与各种波形相关联的相干范围，并使重叠分离。优选地，相隔一定距离来安置发射器(T)，使得工具移动的距离对应于相邻接收器(R)(经常为八个接收器的阵列，但是不一定如此)之间的多个间距。因此，例如，可以将由第一工具位置(A)上的第一接收器(Rn)所接收的波形与由位于沿孔向上与第一(Rn)和第二(Rn-1)接收器之间的距离相等的距离的第二位置上的第二接收器(Rn-1)所接收的波形比较。根据需要可以将这个数据阵列建立过程重复许多次。然而，对于单个射线比较，可以有与接收器减一一样多的位置上收集的数据。就是说，如果有八个接收器的阵列，则，如果以对应于接收器间距的间隔安置发射器(T)，则可以进行在七个不同位置间的波形比较(如果以与两倍于或更多倍于接收器间距对应的间隔安置发射器(T)，则将有更少的直接比较)。
图8示出使用发射器(T)和接收器(R)的阵列(600)对图4的合成数据进行裂痕成像的结果。比较图8和图5，明显地减少或消除了噪声，且第一P-P反射(502)和S-P转换(506)的图像变清楚许多。
要注意的是，具有或没有这里所描述的裂痕成像过程的实现，整组合成数据(大约200m深度)的重放时间都是近似一分钟。这意味着用于裂痕成像的处理时间短且需要非常少的CPU时间。
转向图9，为实际的现场数据示出根据本发明的原理的裂痕成像结果。比较图9所示的结果和图10所示的GeoFrame过程数据，更显著的地层特征非常匹配。因此，可以在井址使用根据本发明的裂痕成像方法和系统，作为可靠的快速查看或质量检查。
根据本发明的又一方面，可以实现通过ST平面(例如，图3)表示的声学数据的时间投影(projection)，以便指示可能的裂痕。这个时间投影方法将不示出裂痕的图像，但是可以用于指示下面论述的可能裂痕。
对于每一个接收器阵列，创建ST平面。已知裂痕上的声学波模式转换展示图11所示的配置。对于每一个接收器，P-S转换波(702)和S-P转换波(704)在P首波(head wave)(706)到达和S首波(708)到达之间到达。这两种波线(wave line)对称并交叉。声学工具(图2，200)的TR间距界定这些线(702和704)的高度。在存在裂痕的情况下，这样的转换波将示出在ST平面上。可以创建窗口，并将其施加在ST平面上，以便分离这些波。
图12示出ST平面(300)，其针对特定深度显示P-S窗口(710)内的P-S转换和S-P窗口(712)内的S-P转换。可以在时间轴上投影每个转换。然后，可以关于深度显示这些时间投影。这导致对P-S转换或S-P转换跨越特定深度范围的存在的显示，从而指示裂痕在那个深度范围中的可能性。
可以理解，由于将工具安置在钻孔中的各种位置，所以可以根据每个接收器接收的波形建立发射器阵列。如图13所示，这个发射器阵列可用于使P-S转换(904)、S-P转换(902)、来自上端的P-P反射、和来自下端的P-P反射的位置反转。通过使这些位置反转，可以更好地定义与各种波形相关联的相干范围，并使重叠分离。优选地，以一定间隔安置发射器(T)，使得工具移动的距离对应于相邻接收器(R)(通常为八个接收器，但不一定如此)之间的间距的倍数。
前面所进行的描述仅仅是为了说明和描述本发明以及其实现的一些例子。而不是想要穷举本发明或者将本发明限制到所公布的任何精确形式。鉴于上面的示教，可能有许多改变和变更。
选择并描述了优选方面，以便最佳地说明本发明的原理以及其实际应用。前面的描述期望使本领域的其它技术人员能够最佳地将本发明应用于各种实施例和方面中，并考虑适合于该具体使用的各种改变。所期望的是，本发明的范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用于对地表下的地层特征进行成像的方法，包括(a)对感兴趣的特征计算转换/反射点位置；以及(b)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。
2.根据权利要求1的方法，还包括在所有感兴趣的深度上重复步骤(a)-(b)。
3.根据权利要求1的方法，还包括以周期性深度间隔重复步骤(a)-(b)。
4.根据权利要求1的方法，其中计算转换/反射点位置还包括估算由感兴趣的特征转换或反射的波相对于第一接收器的入射角。
5.根据权利要求4的方法，其中所述估算还包括测量第一接收器和第二接收器之间的视慢度值，并使用已知的横波或纵波慢度值。
6.根据权利要求5的方法，其中所述估算还包括计算视慢度值除以已知的横波或纵波慢度值的反余弦。
7.根据权利要求4的方法，其中计算转换/反射点位置还包括将转换/反射点限制到沿着入射角所定义的入射线角度的位置。
8.根据权利要求7的方法，其中计算转换/反射点位置还包括使用入射角、发射器和第一接收器之间的直线距离、以及从发射器经由转换/反射点而到第一接收器的行进时间。
9.根据权利要求1的方法，其中感兴趣的特征是地层裂痕。
10.根据权利要求1的方法，还包括使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分与相干P-S/S-P转换或者P-P反射对应的任何重叠区域。
11.一种对地表下的裂痕进行成像的方法，包括(a)估算裂痕相对于第一接收器的入射角；(b)使用入射角以及发射器和第一接收器之间的波行进时间来计算转换/反射点位置；以及(c)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。
12.根据权利要求11的方法，其中波行进时间对应于经过转换/反射点的波的行进时间，并且其中该行进时间取自ST平面上的点。
13.根据权利要求12的方法，其中，对于P-S波转换，所述点从ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且在慢度轴上比纵波慢而比横波快的ST平面的近似区域之间定义的窗口内选择。
14.根据权利要求12的方法，其中，对于S-P转换和P-P反射，所述点从ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且在慢度轴上比纵波快的ST平面的近似区域中定义的窗口内选择。
15.根据权利要求11的方法，还包括在所有感兴趣的深度上或者以周期性深度间隔重复步骤(a)-(c)。
16.根据权利要求11的方法，其中所述估算还包括测量第一和第二接收器之间的视慢度值，以及使用已知的横波或纵波慢度值。
17.根据权利要求16的方法，其中所述估算还包括计算视慢度值除以已知的横波或纵波慢度值的反余弦。
18.根据权利要求11的方法，其中计算转换/反射点位置还包括将转换/反射点限制到沿着入射角所定义的入射线角度的位置。
19.根据权利要求18的方法，其中计算转换/反射点位置还包括使用入射角、发射器和第一接收器之间的直线距离、以及从发射器经由转换/反射点而到达第一接收器的行进时间。
20.根据权利要求11的方法，还包括(d)用发射器和接收器阵列使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转。
21.一种使用ST平面进行裂痕成像的方法，包括对于P-S波转换，对ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上比纵波慢而比横波快的ST平面的近似区域之间的ST平面的第一部分进行开窗操作；对于S-P转换和P-P反射，对ST平面的时间轴上的纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上近似地快于纵波的ST平面的区域中的ST平面的第二部分进行开窗操作；以及在转换/反射点上绘制在ST平面的第一或第二部分之一内的点的值。
22.根据权利要求21的方法，其中转换/反射点的位置是通过估算来自裂痕的波相对于接收器的入射角而计算的；其中该入射角是使用所测量的视慢度值和已知的横波或纵波慢度值来估算的。
23.根据权利要求22的方法，其中所述估算还包括计算视慢度值除以已知的横波或纵波慢度值的反余弦。
24.根据权利要求22的方法，其中计算转换/反射点位置还包括使用入射角、发射器和接收器之间的直线距离、以及从发射器经由转换/反射点而到达第一接收器的行进时间。
25.一种对地下的裂痕进行成像的方法，包括在所计算的转换/反射点位置上绘制来自ST平面的所选窗口中的点的ST平面值。
26.一种对地下的地层裂痕进行成像的设备，包括至少一个声学发射器；至少两个声学接收器；处理器，其耦接到声学发射器、声学接收器或者与二者都耦接，并且其被编程以便(a)生成ST平面图；(b)计算裂痕转换/反射点的位置；以及(c)在转换/反射点位置上绘制转换/反射点在ST平面上的值。
27.根据权利要求26的设备，其中所述处理器被编程为在所有感兴趣的深度上重复步骤(b)-(c)。
28.根据权利要求26的设备，其中计算裂痕转换/反射点的位置还包括估算所述至少两个声学接收器之间的线和波前之间的入射角。
29.根据权利要求28的设备，其中所述估算还包括测量视慢度值，并使用已知的横波或纵波慢度值。
30.根据权利要求29的设备，其中所述估算还包括计算视慢度值除以已知的横波或纵波慢度值的反余弦。
31.根据权利要求28的设备，其中计算转换/反射点位置还包括将转换/反射点限制到沿着入射角所定义的入射线角度的位置。
32.根据权利要求31的设备，其中计算转换/反射点位置还包括使用入射角、发射器和两个声学接收器中的第一个之间的直线距离、以及从发射器经由转换/反射点而到达第一接收器的行进时间。
33.根据权利要求26的设备，其中所述至少一个发射器和至少两个声学接收器包括发射器和接收器阵列。
34.根据权利要求33的设备，其中所述处理器被编程为使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分与相干P-S/S-P转换或者P-P反射对应的任何重叠区域。
35.一种对地下的地层裂痕进行成像的方法，包括(a)用发射器生成声学波；(b)使用至少两个接收器接收声学波，并生成声学原始数据；(c)根据声学原始数据生成ST平面；(d)在ST平面上创建可以观察P-S/S-P转换和P-P反射的P-S和S-P转换波以及P-P反射波的窗口；(e)取出一个窗口内的点在ST平面上的值；(f)计算来自裂痕的声学波相对于接收器的入射角；(g)计算裂痕上的波转换/反射点的位置；(h)在所计算的转换/反射点的位置上绘制取自ST平面的值；以及在所有感兴趣的深度上重复步骤(a)-(h)。
36.根据权利要求35的方法，其中创建窗口还包括对于P-S波转换，对ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上比纵波慢而比横波快的ST平面的近似区域之间的ST平面的第一部分进行开窗操作；以及对于S-P转换和P-P反射，对ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上比纵波快的ST平面的近似区域中的ST平面的第二部分进行开窗操作。
37.根据权利要求35的方法，其中创建ST平面还包括利用发射器阵列使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转。
38.一种从使用来自ST平面的数据创建的裂痕图像中消除噪声的方法，包括使ST平面的波转换区域、波反射区域、或者波转换和波反射区域二者的位置反转，以便区分任何重叠区域。
39.根据权利要求38的方法，其中波反射区域的反转还包括在从裂痕的上端和下端生成的P-P反射之间反转。
40.根据权利要求38的方法，其中使位置反转借助于声学发射器和接收阵列。
41.一种使用ST平面指示地表下的裂痕的方法，包括对于P-S波转换，对ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上比纵波慢而比横波快的ST平面的近似区域之间的ST平面的第一部分进行开窗操作；对于S-P转换和P-P反射，对ST平面的时间轴上纵波近似结束和横波近似开始之间、且慢度轴上近似地快于纵波的ST平面区域中的ST平面的第二部分进行开窗操作；以及将来自ST平面的声学数据投影到时间轴上。
全文摘要
一种用于使用ST平面对地表下的裂痕104进行成像以便在井址上进行快速查看和质量检查的方法和设备。根据实际和视慢度估算碰撞声学波116相对于接收器Rn的入射角，并且，根据行进时间和入射角α估算裂痕104的位置。可以通过将来自ST平面的值绘制到裂痕位置上来对裂痕104进行成像。
文档编号G01V1/50GK1829924SQ200480021965
公开日2006年9月6日 申请日期2004年6月11日 优先权日2003年6月13日
发明者马崎哲, 藤井香澄 申请人:施蓝姆伯格海外股份有限公司