[发明专利]一种超声Lamb波测井井壁声学界面逆时偏移成像方法

说明书

本发明公开了一种超声Lamb波井壁声学界面逆时偏移成像方法，包括：计算理论频散曲线，对原始数据进行相位插值，将原始检波器数据扩充为阵列波形数据；建立目标区域的初始密度、纵波与横波速度模型；对声源波场进行正向外推，保存正向外推波场；反转时间轴，对接收器波场进行逆时外推并保存逆时外推波场；求取正向外推波场与外推波场的包络线；施加零延迟互相关时间一致性成像条件，获取逆时偏移成像结果；对结果进行成像去噪，增强高频声学界面的成像结果。本发明能够将超声Lamb斜入射波形偏移归为到其真实位置，压制Lamb波频散导致的成像假象，获取套管与水泥、水泥与地层之间的声学界面成像结果，为评价固井质量提供有力的保障。

技术领域

本发明涉及固井质量评价技术领域，尤其涉及一种超声Lamb波测井井壁声学界面逆时偏移成像方法。

背景技术

油气、地热及地下水的开采、储气库建设、二氧化碳埋存等均需在井筒内放置套管，并在套管和井壁之间注入水泥固井，以保障井筒完整性，实现层间和水力封隔。油气井岩壁与井内钢套管之间的环形空间通常灌注不同类型水泥进行井壁保护和不同深度岩石层之间的封隔。该结构中，套管锈蚀等损伤以及管外水泥胶结质量问题会对油气井的生产产生明显影响。因而，固井质量不仅影响生产效率，还关系到生态环境、公共安全及油井寿命。因此，对套管进行检测，以获取套管外环空成像，特别是检测水泥与地层间的界面情况，对确定套管损伤及水泥胶结缺陷信息是十分重要的工作。

作为固井质量评价的关键技术之一，超声Lamb波测井采用倾斜入射单发-双收技术，通过选取一定的入射角，在套管中激发约200kHz～500kHz范围的宽带低阶反对称A0模式波来覆盖较大的套管厚度范围。A0模式在套管中传播，同时会泄漏到套管两侧介质中，由于不同介质中的能量泄漏不同，通过测量两个接收器间A0模式首波的衰减，可得到介质的类横波衰减信息。由于A0模式传播时的泄漏衰减与管外耦合材料特性紧密相关，因此可通过测量其衰减，来区分轻质水泥和液体。另一方面，从套管泄漏到环空中的A0模式波被水泥-地层界面反射到井中，形成幅度可见的第三声学界面反射波，通过检测管外泄漏A0模式的转换波在井壁的反射来检测和成像井孔几何形状以及套管在井中位置图像。

然而，在实际应用中，常规的超声Lamb数据处理方法难以提供井壁第二和第三声学界面的完整信息，只能定性地判断套后介质的衰减信息，其主要存在以下两个问题：

1)套管或者仪器偏心会影响水泥—地层界面的泄露A0反射波的幅度，无法从波形数据上直接观测到水泥—地层界面的胶结情况；

2)复杂的井下环境使得我们无法通过斜入射超声Lamb波数据进行时间—位置转换，难以将时域的泄露A0反射波信号转换为其距离井轴的距离，A0反射波无法收敛，无法得到井壁声学界面(井壁与水泥、水泥与地层)的准确位置。

逆时偏移(RTM)最早由Whitemore提出，主要应用于地震勘探数据处理中，将倾斜界面的反射波进行深度归位和收敛绕射波，从而得到正确的反射体位置信息。该方法基于双程波动方程，不受倾角限制，可以处理反射透射波、棱柱波、回转波及多次波等包含有效成像信息的波，具有较高的成像精度，且在复杂构造中具有很强的适应性，尤其是对强反射体后的反射信号有很好的成像效果，近年来也逐渐应用于声反射成像测井对井旁构造进行成像，与常规的偏移方法相比，采用的逆时偏移算法对井旁构造的成像结果与实际生产测试数据更吻合，能更好地避免井筒的影响。

然而超声Lamb波斜入射产生的泄露A0模式波具有一定的频散，直接采用常规的逆时偏移和成像条件会产生多个位置的界面成像假象，反射波和绕射波无法偏移归位。此外，目前的超声Lamb波测井采用倾斜入射单发-双收技术，每个深度点仅包含远、近两个检波器的测量波形结果，无法使用逆时偏移算法。

发明内容