[发明专利]一种利用管波与地层声波干涉原理提取地层声速的方法

说明书

技术领域

本发明属于应用地球物理声学测井领域，具体涉及一种利用管波与地层声波干涉原理提取地层声速的方法。

背景技术

在套管与地层胶结不好或随钻仪器隔声效果不佳时，沿着钢管传播的波(声学上称为拉伸波，以下统称为管波)会严重影响对地层声波信号的测量。从过套管测井数据中提取有效的地层波速，有助于地层评估和油气识别，从而有利于对已有油田进行挖潜改造。在随钻声波测井数据中提取地层波速，可为油田的勘探和开发提供实时声速数据。

迄今为止，所有获得地层声速的方法都是针对测井声波数据中直接提取的，受数据中的噪声干扰影响很大。Hsu等人(Kai Hsu and Arthur B.Baggeroer,1986,Application of the maximum-likelihood method(MLM)for sonic velocity logging,Geophysics,51(3),P.780-787)、Valero等人(Henri-Pierre Valero,Oliver Skelton and Carlos Mauricio,2003,Processing of monopole sonic waveforms through cased hole,SEG Annual Meeting)和Bose等人(Sandip Bose,Henri-Pierre Valero and Alain Dumont,2009,Semblance Criterion Modification to Incorporate Signal Energy Threshold,SEG Annual Meeting)分别提出了最大似然法、管波扣除法和能量阈值法来提取地层声速，但这些方法具有以下局限性：

1、最大似然法受信号的相对幅度影响很大，当地层波信号与管波信号的信噪比差，因而相关性降低时，难于获得有效的地层信息。

2、管波扣除法利用管波与地层波的声波波至到时差异，将先行到达的管波从波形中扣除，从而提取地层信息，但当管波与地层波在时间上重叠时，该方法则难于有效地获得地层信息。

3、能量阈值法根据管波与地层波的波形能量设置阈值，进而提取地层信息，但当管波能量比地层波能量强时，也难于提取地层信息。

油田中的生产井大多是套管井，当套管与地层胶结差时，采用原有的声波处理方法不能有效地获取地层信息。同样地，在随钻声波处理中钻铤波干扰较强时，也难于提取地层信息。因此，需要新的声波处理方法能够更有效地在管波干扰的条件下提取地层的声波信号。

发明内容

为克服现有处理技术在管波存在时的缺陷，本发明利用管波与地层波的干涉现象，提出一种提取地层声速的方法，可用于随钻或套管井声波测井数据处理并获得地层声速。在随钻或套管井声波测井条件下，利用管波与地层声波的相互干涉提取地层声速，获得地层声波时差曲线；该方法中，管波和地层波可以相互混叠，因而不会局限于声波幅度和声波波至到时的影响，具有很好的应用前景。

为实现上述方法，本发明采用如下为处理方案：

本发明提供一种利用管波与地层声波干涉原理提取地层声速的方法，包括以下几个步骤：

步骤一、在深度区间进行随钻声波测井或过套管声波测井，分别得到随钻单极子声波全波阵列数据或过套管声波全波阵列数据；

步骤二、对随钻单极子声波全波阵列数据或过套管声波全波阵列数据进行分析，得到处理深度位置处的管波慢度；

步骤三、在波形数据上加时间窗，利用傅里叶变换将时间窗内声波数据的时域波形转换到频域，计算窗内阵列波形数据的功率谱、平均功率谱以及信号差谱；

步骤四、对阵列信号差谱进行希尔伯特变换，将此变换信号作为虚部，阵列信号差谱作为实部，得到只含地层信息的复数解析信号谱，然后用傅里叶逆变换将该复数解析信号谱变换到时域，得到只含地层信息的阵列波形；

步骤五、对得到的只含地层信息的阵列波形进行处理，得到当前深度位置处的地层声波时差；

步骤六、重复步骤二到步骤五，直至整个深度区间处理完毕，获得处理深度区间内的地层声波时差曲线。

所述步骤一具体为：测井仪器的接收阵列由N个间距为d的接收器组成，在波形数据上加时间窗，窗内的波形数据由管波和地层纵波组成，则第n个接收器上的波形数据D_n(t)表示为：