一种定量评价地层非均匀性的方法及装置与流程

本发明属于油气资源勘探领域，具体涉及一种定量评价地层非均匀性的方法及装置。

背景技术：

地球从地壳、地幔到地核，普遍存在非均匀性，而非均匀性往往意味着地质构造运动以及油气和矿产资源的存在，因此利用现有技术手段对地层非均匀性进行定量评价至关重要。

不同性质的非均匀性对地震波有不同的影响，速度和密度的非均匀性可引起波形变化、相位/走时和振幅的起伏以及直达波的视衰减，并导致尾波和前驱波。例如：岩石层的非均匀性会产生纵波(p)和横波(s)尾波、以及二者之间转换波的尾波。当地下介质存在裂缝，溶孔(如缝洞型碳酸盐岩储层)等非均匀地质体时，也会对地震波传播产生散射。不同尺度和不同组成的非均匀体会引起不同形式和不同强度的声波散射，因此可以从散射波场中判断介质的非均匀性并推断非均匀体的分布和性质。目前，尾波已成为定量评价岩石大尺度(地震波尺度)非均匀性的重要技术手段，利用尾波的衰减等信息可以获取岩石的相关距离，进而根据相关距离定量评价岩石的非均匀性。而小尺度(测井尺度)岩石的非均匀性的研究较少，目前仅是根据偶极声波测井数据定性识别岩石的非均匀性，无法有效的定量评价。

技术实现要素：

针对现有井周小尺度非均匀性评价存在的不足，本发明提出一种利用偶极声波测井数据对地层非均匀性定量评价的方法及装置，为油气资源勘探领域地层评价提供一种实用可行的方法和技术手段。

本发明一种定量评价地层非均匀性的方法，包括如下技术方案：

s1、在深度区间内进行阵列声波测井，获取所述深度区间内单极、偶极阵列声波测井波形数据；

s2、对所述波形数据进行深度校正，获得处理深度位置处的单极、偶极阵列声波测井全波列数据，利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度；

s3、计算所述偶极阵列声波测井全波列数据的散射衰减品质因子和中心频率；

s4、对所述纵波速度和横波速度做统计分析，获取平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量；

s5、利用所述平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量建立随机介质模型；

s6、选取不同的相关距离，使所述相关距离与波数的乘积ka在预设数值区间范围内，利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征，并计算在不同相关距离下所述随机介质模型的散射衰减品质因子；

s7、建立不同ka时所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版；

s8、将步骤s3所述偶极阵列声波测井数据的散射衰减品质因子与步骤s7所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版进行对比，获取偶极阵列声波测井数据的ka值，进而获得所述深度区间的相关距离。

在上述技术方案中，所述步骤s2中，所述利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度的具体过程为：

对整个声波波形或者波形中的一个时段以及给定的速度区间按公式1计算出二维相关函数corr(v,t)：

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是速度区间中的速度值；

计算当相关函数corr(v,t)取极大值时对应的v值，求出纵波速度和横波速度。

在上述技术方案中，步骤s6所述相关距离为所述随机介质模型的自相关长度参数，横向、纵向的自相关长度相等。

在上述技术方案中，步骤s6所述利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征的过程中，声源的激发频率为步骤s3中所述中心频率。

本发明还提供一种定量评价地层非均匀性的装置，所述装置包括：

测井模块：用于在深度区间内进行阵列声波测井，获取所述深度区间内单极、偶极阵列声波测井波形数据；

处理模块：用于对所述波形数据进行深度校正，获得处理深度位置处的单极、偶极阵列声波测井全波列数据，利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度；

计算模块：用于计算所述偶极阵列声波测井全波列数据的散射衰减品质因子和中心频率，对所述纵波速度和横波速度做统计分析，获取平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量；

模拟模块：用于利用所述平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量建立随机介质模型，选取不同的相关距离，使所述相关距离与波数的乘积ka在预设数值区间范围内，利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征，并计算在不同相关距离下所述随机介质模型的散射衰减品质因子；

对比模块：用于建立不同ka时所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版，将计算模块所述偶极阵列声波测井数据的散射衰减品质因子与所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版进行对比，获取偶极阵列声波测井数据的ka值，进而获得所述深度区间的相关距离。

本发明采用偶极声波测井数据来对地层非均匀性进行定量评价，可产生两方面的效益：其一是与已有的非均匀性评价方法相比，该方法可以依据数值模拟图版获得地层的相关距离，可对地层非均匀性进行定量评价；其二是该方法可以对测井尺度下的地层非均匀性进行定量评价，对于地层多尺度非均匀性评价具有重要的学术和应用价值，是地震尺度非均匀性评价的有益补充。

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为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的装置结构示意图；

图3为本发明提供的某压裂井阵列声波测井实测数据的统计分析图；

图4位本发明实施例提供的随机散射衰减品质因子图版。

具体实施方式

下面结合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。

请参见图1，本发明一种定量评价地层非均匀性的方法，包括如下步骤：

s1、在深度区间内进行阵列声波测井，获取所述深度区间内单极、偶极阵列声波测井波形数据；

选取合适的阵列声波测井仪器及相关设备进行声波测井，获取深度区间内的声波阵列测井波形数据。

s2、进行深度校正，获得处理深度位置处的单极、偶极阵列声波测井全波列数据，利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度；

阵列声波测井获取到的声波的波形数据需要做一系列的数据预处理才能进行进一步的计算，由于仪器采样点与测量点之间有个距离偏移量，需要进行深度校正才能获得处理深度位置处的正确波形数据，波形数据预处理还可以包括增益控制、滤波、均衡化处理等。经过数据预处理后，利用波形相干叠加法快速有效第确定地层的弹性波速度剖面，得到地层纵波速度和横波速度。

可选的，步骤s2所述利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度的具体过程为：

对整个声波波形或者波形中的一个时段以及预先给定的速度区间按计算出二维相关函数corr(v,t)：

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是速度区间中的速度值；计算当相关函数corr(v,t)取极大值时对应的v值，求出纵波速度和横波速度。

s3、计算偶极阵列声波测井数据的散射衰减品质因子和中心频率；

散射衰减品质因子的计算可使用传统方法如频谱比法、中心频率偏移法、振幅衰减法等，按需选取。

s4、对所述纵波速度和横波速度做统计分析，获取平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量；

s5、利用所述平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量建立随机介质模型；

假定纵波和横波速度的相对扰动是相同的，而密度的相对扰动与其有线性关系，从而可以只用一个参数比如横波速度的相对扰动量来描述随机介质在小尺度上的非均匀性。随机介质模型的自相关函数包括指数型、高斯型、混合型等，可根据实际需求选择合适的自相关函数用来建立随机介质模型，自相关函数的参数通常有两个，分别为介质在水平方向、深度方向的自相关长度a、b，它们分别描述随机介质在水平方向、深度方向上的非均匀异常的平均尺度。比如指数椭圆形自相关函数的公式为:

其中a、b为分别为x、z方向上的自相关长度，r为粗糙度。在本实施例中，取a＝b，即在此随机介质模型中的相关距离即为a。

s6、选取不同的相关距离，使所述相关距离与波数的乘积ka在指定数值区间内，利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征，并计算在不同相关距离下所述随机介质模型的散射衰减品质因子；

可选的，步骤s6所述相关距离为所述随机介质模型的自相关长度参数，横向、纵向的自相关长度相等。

相关距离即为步骤s6所述相关距离为所述随机介质模型的自相关长度参数a，且a＝b，波数根据频率计算得到，设k为波数，则相关距离与波数的乘积ka＝k*a，预设的数值区间取[0.01,10]，即选取的相关距离与波数的乘积应落在区间[0.01,10]内。

可选的，步骤s6所述利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征的过程中，声源的激发频率为步骤s3中所述中心频率。

s7、建立不同ka时所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版；

s8、将步骤s3所述偶极阵列声波测井数据的散射衰减品质因子与步骤s7所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版进行对比，获取偶极阵列声波测井数据的ka值，进而获得所述深度区间的相关距离。

参见图2，本发明还提供一种定量评价地层非均匀性的装置，所述装置包括：

测井模块210：用于在深度区间内进行阵列声波测井，获取所述深度区间内单极、偶极阵列声波测井波形数据；

处理模块220：用于进行深度校正，获得处理深度位置处的单极、偶极阵列声波测井全波列数据，利用波形相干叠加法处理得到地层的纵波速度和横波速度；

计算模块230：用于计算所述偶极阵列声波测井全波列数据的散射衰减品质因子和中心频率，对所述纵波速度和横波速度做统计分析，获取平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量；

模拟模块240：用于利用所述平均纵波速度、横波速度和横波速度的扰动量建立随机介质模型，选取不同的相关距离，使所述相关距离与波数的乘积ka在预设数值区间范围内，利用时域有限差分数值模拟所述随机介质模型的声场相应特征，并计算在不同相关距离下所述随机介质模型的散射衰减品质因子；

对比模块250：用于建立不同ka时所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版，将计算模块230所述偶极阵列声波测井数据的散射衰减品质因子与所述随机介质模型的散射衰减品质因子图版进行对比，获取偶极阵列声波测井数据的ka值，进而获得所述深度区间的相关距离。

下面结合图3给出的某压裂井阵列声波测井实测数据的统计分析图对本发明提出的方法作出充分说明。

图3给出了压裂前、后测井曲线及横波时差统计分析图。其中第一道给出了深度区间，第二道给出了井径和自然伽马曲线，第三道给出了压裂前、后的横波慢度，第四道给出了压裂前、后的各向异性大小。从图中可以看出，在压裂层段(x635m～x775m)压裂后的慢度明显增加，与压裂前几乎为零的各向异性(左曲线)相比，压裂后压裂层段井壁附近的岩石呈现较强的各向异性(右曲线)，这是压裂后井壁附近的形成的裂缝引起的。

为了分析其非均匀性大小，根据本发明提出的方法，选取压裂层段时差数据统计了压裂后的横波慢度的分布区间，压后的横波慢度扰动约为6％～7％，计算得到的实测数据散射衰减品质因子qs＝262。根据统计得到的平均纵波速度、均横波速度及横波扰动量建立随机介质模型，利用有限差分数值模拟了不同相关距离时的偶极子声波测井阵列波形，模拟时采用的声源中心频率为3khz，所需地层弹性参数可以由测井资料获得，地层弹性参数扰动量为6％。根据所述随机介质模型，计算不同相关距离时的散射衰减，并建立图版。图4给出了所建立的随机介质模型的散射衰减品质因子图版，即散射衰减与波数与相关距离的乘积ka(ka＝k*a，其中k为波数，a为相关距离)的对应关系。从图中可以看出当ka≈1时随机介质的散射衰减最大，这与理论预测结果一致。实测数据的散射衰减品质因子qs＝262，它对应散射衰减的值约为0.004，比较接近于最大衰减值，对应的ka≈1.5，由此估计出来的压裂后地层的相关距离为0.2m。根据相关距离即可定量评价地层的非均匀性。

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。