对弹性各向异性的剪切测井的校正的制作方法
【专利摘要】描述了用于确定被井身(34)横穿的地球地层的横向各向同性(TI)区域(38)的剪切波速度的方法，在井身的纵轴(34a)和TI区域的对称轴(40)之间具有非零的相对倾角。声波工具(10、20)用来测量具有与井身的纵轴正交的偏振的TI区域中的剪切速度。其中一个剪切速度被识别为准剪切速度。作为准剪切速度的函数，计算在沿TI区域的对称轴(40)的方向传播的剪切波速度。当声波工具的朝向未知并且测出的剪切速度包括快剪切速度和慢剪切速度时，该方法包括把快或慢剪切速度识别为准剪切模式。
【专利说明】对弹性各向异性的剪切测井的校正
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地球地层的声波调查，更具体而言涉及用于校正剪切测井以解决弹性 各向异性的方法。
【背景技术】
[0002] 声学测井（acoustic logging)常常用来识别包围井身（wellbore)的地层的属 性。如图1中示意性地说明的，声波工具10位于井身16中。声波工具10包括至少一个建 立机械干扰的发送器或源12,例如利用压电或磁致伸缩材料。机械干扰在钻孔流体和周围 的地层中建立声波。发送器12可以是产生全方位压力变化的单极源，或者是产生定向变化 的偶极子源。交叉偶极子工具使用正交定向的两组偶极子。源12包括沿井身16传播的几 种类型的首波（headwave)，包括压缩和弯曲波及模式，诸如Stoneley模式。
[0003] 声波工具还包括测量在地层和钻孔流体中传播的波列的多个接收器14。接收器可 以例如由生成对应于工具10周围压力变化的电流的压电陶瓷制成。分析测出的干扰，以得 出关于波列速度的信息，包括沿井身传播的压缩波及快和慢剪切波的速度。分析出的信息 提供对井身16周围地层结构的洞察。
[0004] 关于声波测井工具的进一步信息可以在以下文献中找到：
[0005] Close, D.，Cho, F.，Horn, F.和 Edmundson，H. (2009)，"The Sound of Sonic:A Historical Perspective and Introduction to Acoustic Logging,，'CSEG Recorder, 34-43 页，5 月；以及
[0006] Pistre，V.等人（2005)，"A Modular Wireline Sonic Tool for Measurements of 3D (Azimuthal, Radial, and Axial) Formation Acoustic Properties,，'SPWLA 46th Annual Logging Symposium, 6 月 26-29 日，New Orleans, Louisiana。
[0007] 诸如页岩的沉积岩常常呈现出各向异性，这会对声学分析引入不确定性。期 望确定精确的剪切波速度来恰当地计算反射系数和地震反射振幅。在横向各向同性 (TI)介质中，知道沿介质对称轴的剪切速度是有用的。对于倾斜的（dipping)各向异 性地层（诸如页岩）中的斜（inclined)井，电缆测井所记录的剪切波速度将不等于 沿对称轴的剪切波速度；通常它们将更大。甚至对于页岩中的交叉-偶极子剪切测井 (cross-dipole-shear-log)，快和慢剪切波速度也都会大于沿对称轴的剪切波速度。测出 的剪切波速度会比沿对称轴的剪切波速度大高达10%或者更多。剪切波速度中10%的误 差会对计算出的反射系数有大的影响。
[0008] -种方法是使用在交叉偶极子剪切声波测井中所记录的慢剪切波速度。对于如果 不是全部也是大部分呈现固有各向异性的岩石，这种剪切速度大于沿对称轴的剪切速度， 但这种选择会是剪切声波测井测出的两个剪切波速度的最佳选择。
[0009] 对于把各向异性考虑在内的备选和改进技术，存在持续的需求。
[0010] 本说明书中对任何现有技术的参考都不是并且不应当认为是承认或以任何形式 暗示这种现有技术构成公知常识的一部分或者这种现有技术可以合理地被预期为要被本 领域技术人员确定、理解或认为是相关的。
【发明内容】
[0011] 这里所描述的方法涉及利用之前确定的地层弹性各向异性的估计，从通过倾斜各 向异性地层的斜井中的声波测井估计沿对称轴的剪切波速度的问题。
[0012] 广义地说，本发明涉及利用测出的准剪切速度而不是利用测出的剪切速度或者测 出的剪切速度和准剪切速度的组合来计算沿对称轴的速度。
[0013] 根据本发明的第一方面，提供了 一种用于确定被井身横穿的地球地层的横向各向 同性区域的剪切波速度的方法，在井身的纵轴和横向各向同性区域的对称轴之间有非零的 相对倾角，所述方法包括：
[0014] 对于井身中的至少一个深度，利用声波工具测量具有与井身的纵轴正交的偏振的 横向各向同性区域中的多个剪切速度；
[0015] 把多个剪切速度中的一个识别为准剪切速度；以及
[0016] 作为识别出的准剪切速度的函数，确定沿横向各向同性区域的对称轴方向传播的 剪切波速度。
[0017] 如果声波工具的朝向是未知的并且测出的多个剪切速度包括快剪切速度和慢剪 切速度，则所述方法可以包括把所述快剪切速度或慢剪切速度识别为准剪切模式。
[0018] 如果声波工具的朝向是已知的并且测出的多个剪切速度包括声波剪切速度和准 剪切速度，则所述方法可以包括把准剪切速度识别为与相对倾斜方向对准的测出的偏振方 位角所关联的测出的剪切速度。
[0019] 如在这里所使用的，除了在上下文另外需要的地方之外，术语"包括"以及该术语 的变体，诸如"包括"、"包含"，不是要排除更多的添加物、组成部分、整数或步骤。
[0020] 本发明的更多方面以及前面段落中所述各方面的更多实施例将从作为例子给出 的以下描述并参考附图而变得显然。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1是井身中声波测井工具的示意性说明。
[0022] 图2是具有定向工具的声波测井工具的示意性说明。
[0023] 图3A说明了横穿倾斜横向各向异性区域的斜井。
[0024] 图3B说明了沿图3A的斜井的剪切模式和准剪切模式的传播。
[0025] 图4说明了图3A井的相对倾角和相对倾斜方向。
[0026] 图5是预期的剪切速度和准剪切速度相对于相对倾角的图。
[0027] 图6是计算沿横向各向同性区域对称轴的剪切速度的方法的流程图，其中声波测 井工具的朝向是已知的。
[0028] 图7是计算沿横向各向同性区域对称轴的剪切速度的方法的流程图，其中声波测 井工具的朝向是未知的。
[0029] 图8是图6和7的方法可以在其上实现的计算机网络的示意性说明。
【具体实施方式】
[0030] 图1示意性地示出了用来获取由于井身16中造成的干扰所导致的剪切速度和压 缩速度的声波测井工具10。一种类型的发送器是允许弯曲波生成的交叉偶极子源，相对于 声波测井工具10,可以从交叉偶极子源测量偏振方位角以及快和慢剪切波的速度。另一种 类型的发送器是可以从其测量压缩波速度的单极源。
[0031] 如图2中示意性地示出的，另一个测井工具20包括可以与声波测井工具10刚性 组合的朝向工具18,以提供声波测井工具的真正方位角。在没有外壳的洞中，这种朝向测井 工具18可以使用磁力计和加速计来测量真正方位角。在有外壳的洞中，朝向测井工具18 可以使用光学或机械陀螺仪来测量真正方位角。
[0032] 图3A是其中可以部署测井工具10或20的井身的示意性说明。所绘出的井身具 有从表面30下降的垂直段32和声波测井工具10、20在其中工作的下段34。在本描述中， "垂直"指与重力方向平行的方向，而"水平"是与垂直正交。
[0033] 在一般意义上，井身34的纵轴可以从垂直方向倾斜一个角度，在图3A中表示为 36。井身34经过横向各向同性区域38,所述区域具有与横向各向同性区域的平面正交的对 称轴40。横向各向同性区域的对称轴40可以不是垂直的，如图3A中示意性地示出的。在 这种情况下，可以预期由声波测井工具10、20在横向各向同性区域38中测出的剪切速度与 沿横向各向同性区域的对称轴的剪切速度不同。即使在井身34的纵轴垂直但横向各向同 性区域的对称轴40不垂直的特殊情况下，或者在井身34的纵轴从垂直方向倾斜一个角度 但横向各向同性区域的对称轴40垂直的特殊情况下，可以预期由声波测井工具在横向各 向同性区域中测出的剪切速度与沿横向各向同性区域的对称轴的剪切速度不同。
[0034] 图3B说明了位于井身34中深度50的剪切波的测量。线34a代表井身在横向各 向异性区域38中的纵轴。位于深度50的接收器14测量两个正交偏振模式，地层剪切模式 和准剪切模式。箭头52指示这两种模式沿轴34a的传播方向。这两种模式的偏振是彼此 正交的，并且两个偏振方向都与传播方向52正交。箭头54说明了准剪切模式的偏振方向。 剪切模式的偏振方向进入在其上绘制图3B的页面。
[0035] 这里所描述的方法涉及沿被井身横穿的横向各向同性区域的对称轴40的剪切波 速度的计算。所述方法可以使用来自在井身中运行的声波测井工具、在同一井中和有可能 附近井中运行的其它钻孔测井工具的信息以及实验室弹性各向异性的测量。
[0036] 考虑横向各向同性的弹性对称或者六角对称，因为它准确地（closely)描述了在 地表下遇到的页岩的固有各向异性以及在地表下遇到的各向同性或各向异性薄岩石层堆 叠的有效各向异性。弹性横向各向同性由五个独立的弹性常量来描述，如果包括介质密度 的话，则这五个常量可以表示为沿对称轴的压缩波速度、沿对称轴的剪切波速度，以及三个 各向异性参数 δ、ε 和 γ，如在例如Thomsen, L. (1986)，"Weak elastic anisotropy，"G eophysics, Vol. 51，No. 10, 1954-1966 页中所定义的。
[0037] 获得各向异性参数
[0038] 对于健壮地估计横向各向同性岩石的各向异性参数的值，存在不同的方法。在 一种方法中，如果有几个井穿过同一个横向各向同性岩石，在井的倾斜和对称轴之间有大 范围的角度，则可以用声波测井工具测出的压缩速度来反推，以找出各向异性参数S和 ε的值以及沿横向各向同性岩石的对称轴的压缩速度，如在例如Hornby，B. E.，Howie，J. Μ.,和 Ince,D.W. (2003), "Anisotropy correction for deviated-wel1 sonic logs:Application to seismic well tie, "Geophysics，68卷，2期，464-471 页中所描述 的。各向异性参数的值也可以从简单的（walkaway)垂直地震剖面的分析来估计。如果各 向异性区域包含具有不同各向异性的不同岩石类型，则其它电缆测井可以用来识别不同的 岩石类型，并且用于每种岩石类型的各向异性参数的值可以被估计。在另一种方法中，从在 钻井过程中获取的岩芯切割的样品，速度可以在实验室中测量。可用测出的速度来反推， 以获得各向异性参数δ、ε和γ的值，如在例如Wang, Z. (2002)，"Seismic anisotropy in sedimentary rock, part 1: A single-plug laboratory method,''Geophysics, 67卷，5 期，1415-1422页中所描述的。由于实验室测量只提供各向异性区域中沿井身的一个或有 限数量的点的各向异性参数的值，因此来自其它电缆测井的信息可以用来内插和外插各向 异性区域38中的各向异性参数的值。
[0039] 当工具朝向已知时计算剪切波速度
[0040] 图6是用于在工具朝向已知的情况下计算沿对称轴40的剪切速度的方法的流程 图，例如利用声波测井工具20。
[0041] 在步骤100,为井身34中的每个相关深度收集数据。数据包括提供井身方位角和 倾斜度的井勘测数据。
[0042] 到达每个深度50的快和慢剪切波的速度和方位角由来自声波测井工具20的处理 过的交叉偶极子声波测井记录来提供。
[0043] 获得区域38的各向异性参数δ和ε，例如利用上述方法。
[0044] 从测井记录或其它信息获得区域38的对称轴40。
[0045] 从处理后的测井记录或其它信息获得沿对称轴的压缩波速度，例如利用Hornby 等人（2003)所描述的方法。
[0046] 为了把在井34中测出的速度关联到横向各向同性模型，有必要计算相对倾角42， 所述角度定义为井身34的纵轴和横向各向同性区域38的对称轴40之间的角度（见图3A)。
[0047] 在步骤102,为井中的每个相关深度50计算相对倾角。
[0048] 相对倾斜方向是包含井的纵轴34a和各向异性区域的对称轴40的平面60的方位 角64。这在图4中说明，该图示出了（X，y, z)坐标系，其中z-轴代表垂直方向，而X和y轴 定义水平面。示出了对称轴40和井身的纵轴34a，照现在的样子（as is)就是包含轴34a 和40的平面60。相对倾角62是矢量34a和40之间的角度。
[0049] 相对倾斜方向64是平面60的方位角，如图4中所示。
[0050] 在步骤103,位于每个深度50的准剪切速度被识别为剪切速度，是由声波测井工 具20测出的或快或慢的剪切速度，其中工具20具有与相对倾斜方向64对准的偏振方位 角。
[0051] 在步骤104,利用相速度，如在Thomsen(1986)中所描述的，沿横向各向同性区域 的轴的剪切速度如下计算：
[0052]
【权利要求】
1. 一种用于确定被井身横穿的地球地层的横向各向同性区域的剪切波速度的方法，在 井身的纵轴和横向各向同性区域的对称轴之间具有非零的相对倾角，所述方法包括： 对于井身中的至少一个深度，利用其朝向已知的声波工具，测量具有与井身的纵轴正 交的偏振的横向各向同性区域中的声波剪切速度和准剪切速度；以及 基于测出的声波剪切速度和准剪切速度，确定沿横向各向同性区域的对称轴方向传播 的剪切波速度。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述确定包括： 识别两个测出的速度当中哪个是准剪切模式；以及 作为准剪切速度的函数来计算剪切波速度。
3. 如权利要求2所述的方法，其中速度是由位于井身中的声波工具测量的，并且所述 识别包括选择具有与横向各向同性区域相对于斜井身的倾斜方向对准的偏振方位角的测 出的剪切波。
4. 如权利要求3所述的方法，其中剪切波速度是作为准剪切速度、地层的各向异性参 数δ和ε、沿对称轴的压缩波速度以及对至少一个深度的相对倾角的函数来计算的。
5. 如权利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而横向各向同性区域是水平的。
6. 如权利要求1所述的方法，其中井身是垂直的，而横向各向同性区域是倾斜的。
7. 如权利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而横向各向同性区域是倾斜的。
8. -种用于确定被井身横穿的地球地层的横向各向同性区域的剪切波速度的方法，在 井身的纵轴和横向各向同性区域的对称轴之间具有非零的相对倾角，所述方法包括： 利用其朝向未知的声波工具，对井身中的至少一个深度，测量具有与井身的纵轴正交 的偏振的横向各向同性区域中的快剪切速度和慢剪切速度； 把所述快剪切速度或慢剪切速度识别为准剪切模式；以及 基于识别出的准剪切速度，确定沿横向各向同性区域的对称轴方向传播的剪切波速 度。
9. 如权利要求8所述的方法，其中所述确定包括： 识别两个测出的速度当中哪个是准剪切模式；以及 作为准剪切速度的函数来计算剪切波速度。
10. 如权利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而横向各向同性区域是水平的。
11. 如权利要求1所述的方法，其中井身是垂直的，而横向各向同性区域是倾斜的。
12. 如权利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而横向各向同性区域是倾斜的。
13. -种用于确定被井身横穿的地球地层的横向各向同性区域的剪切波速度的方法， 在井身的纵轴和横向各向同性区域的对称轴之间具有非零的相对倾角，所述方法包括： 对井身中的至少一个深度，利用声波工具测量具有与井身的纵轴正交的偏振的横向各 向同性区域中的多个剪切速度； 把所述多个剪切速度中的一个识别为准剪切速度；以及 作为识别出的准剪切速度的函数，确定沿横向各向同性区域的对称轴方向传播的剪切 波速度。
14. 如权利要求13所述的方法，其中声波工具的朝向是未知的并且测出的所述多个剪 切速度包括快剪切速度和慢剪切速度，所述方法包括把所述快剪切速度或慢剪切速度识别 为准剪切模式。
15.如权利要求13所述的方法，其中声波工具的朝向是已知的并且测出的所述多个剪 切速度包括声波剪切速度和准剪切速度，所述方法包括把准剪切速度识别为与横向各向同 性区域的相对倾斜方向对准的测出的偏振方位角相关联的测出的剪切速度。
【文档编号】G01V1/50GK104160299SQ201380013082
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月28日 优先权日:2012年3月9日
【发明者】G·J·鲍尔 申请人:雪佛龙美国公司