阵列声波的纵横波时差提取方法研究

（ １西南石油大学石油工程测井实验 室 四川 成都 ６ ０ ０ ２塔里木油 田通信事务部 新疆 塔里木 ８ １０ １５ ０ ４ ００）
摘 要 ： 多极子阵列声波测井是继长源距声波测井之后的新一代全波列测井 ， 其资料 蕴含着丰 富 的地 层 （ ） 信 息 ， 地质 和 工程 应 用 中发 挥 着越 来越 大的作 用 。本 文探 讨 了基 于 Ｓ Ｃ 法的 岩石 物理 在 Ｔ
０ 引 言
多 极 子 阵列 声 波 测 井 （ Ｓ／ ＤＩ ＸＭＡ ／ ｖＳｎ ＣＷａｅｏｉ ｃ） 是 目前 应用 较广 的全 波列测 井 ，其优 点是 可利 用 多
则 ， 幅度 比纵波幅度要小得多 ， 其 并且在噪音信号 内部或者纵波信号 内部 ， 它们振幅变化 不大 ， 而在
纵波 波 至点 前 后 的振 幅 ， 即噪音 与 纵波 之 问振 幅变
短窗能量与长窗能量 比值 Ｒ 为
热 ：
穗
等 ，９ ６ 如下 ： １８ ）
在 波至 点前 ， Ｓ 与 Ｅ 近 乎相 等 ， 一 条 近 Ｒ为 于 水平 的直 线 ； 至 点 处 ，ｍ 突然 增 大 ， Ｅ 滞 波 Ｓ会 而 后 于 Ｓ 缓慢增 大 ，因而在 波 至点 处 Ｒ 表现 为一 明
油学院学报 １９ ，１ ） ９９２ｆ ４
［ 胡文祥 ， ５ ］ 声波测井资料弱初 至波检 测新方 法 ， 江汉石 油学
院学报 ，９ ４ １ （ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １９ ，６１ ２
ｆ ｉ ａ ｎ ｒ ｔ ． ９ ６ Ｓ ｍｂ ｎｅｐｏ ｅ ｉｇ ６ ｍｂｌＣ Ｖ ａｄＭａ ｅｔＴ Ｌ １８ ． ｅ ｌ ｃ ｒｃｓｎ ６ Ｋ 】 ｌ ｒ ａ ａ ｓ
卜 匿［ｍ ｒｎｔ 一 — Ｊ－－ ｓｏ ｓ１ ｇ［ ） ｆ ｋ △ ４ （ ＋ ｚ
下
数 学 上 ，波形 相似 法是 叠加后 的波形 的归 一 化 能 量 ， 明显 的物理 意义 ， ｎ次方 根法 则是 纯 粹 的 有 而
显的脉冲极值 。找出 Ｒ 的最大值 ，．倍 Ｒ 最大值 ｍ ０ ２
方法 都 具有 ０ ≤Ｒ≤１ 的性质 。
间， 可事先估算纵波初至和窗长 ， 其估算值可根据 波形回放图选择 ， 并保证初至在估算范围。
３ 实例 分 析
基 于 Ｓ Ｃ法原 理 ， Ｔ 编制 了 Ｄ Ｉ Ｘ Ｃ声 波 测 Ｓ 和 ＭＡ
２ Ｓ Ｃ法原 理 Ｔ
声 波测 井数 据 的 日常处 理 通 常采 用 时域 方法 。 时域 方 法 分 为 两 种 ： 种 是 Ｓ Ｃ法 ， 括 波 形 相 似 一 Ｔ 包 法 和 ｎ次方 根 法 ； 另一 种 方 法 是 以线 形 预 测 理论 为
． ３ ２．
点）每次步进一个样点 ， ， 以第 ｎ个样点为开窗点的 第 ｍ个短窗能量值 ｓ 为 ：
ｂ ｌ 和 Ｍａ ｚｎｔ ， ９ ６）： ａｌ ｒｅ ｔ １ ９ ａ
＝
∑ Ａｊ
（） １
Ｒ（， ＝— ）
筐— ｆ —一— 】 ［ —）Ｌｄ ＋ １ 一 △ ｔ ｚ ——
相关 系数 ， 最大相关系数对应 的慢度即为该深度地
层 的纵波 和横 波慢 度 。 ． 使用波形相似法 的相关系数 的定义如下 （ ｉ— Ｋｍ
出， 曲线形状非常一致 、 其 幅值非常接近。将本程序
提 取 的结 果 与 Ｇ ｏａ ｅ软 件 提 取 的结 果 进 行 对 比 ｅｆ ｍ ｒ
统计可得 ： 用波形相似法提取的纵 、 横波时差平均相 对 误 差 分 别 为 １１ 、．％ ，平 均 绝 对 误 差 分 别 为 ． １３ ％ １ ｕ／、． ｓｔ用 ｎ次方根法提 取的纵 、 波时差 ． ｓｔ１ ｕ／； Ｉ ｆ ５ ｆ 横 平均相对误差分别为 １ ％、． ， ． １ ％ 平均绝对误差 分 １ ２ 别 为 １１ ｓ ｔ１ ｕ／。 ．ｕ／ 、 ． ｓ ｔ ｆ ４ ｆ
即在弱 至波 情形 时 ， 效果 不是 很理想 。
１ 短长 时窗能 量 比法 ． ２
料记录了井 内传播声信号的整个波列 ，蕴含丰富的
地层ｆ 岩石） 物理信息 ， 从中提取 的纵波 、 横波时差可 用于岩石力学参数计算 、 井壁稳定性分析、 地层各向 异性研 究 、 应力 分析 、 层识 别等 方 面 。随着 油气 地 气
图 ３Ａ ｅ Ｋ ４井 一 次 方根 法提 取 纵 、 波 时差 成 果 圈 ｎ 横
算速 度快 。
４ 结 论
（） １ 与振幅 比值法相 比， 采用短长时窗能量 比
法可 以有效 地检测 波 至 时问 ， 能去 除噪音 影 响 ， 效果
比较理 想 。
（） ５用该程 序 处理 了多 口井 的 Ｄ Ｉ ＭＡ Ｓ／ Ｘ Ｃ测井 资 料 ， 处 理结 果 看 ， 果 良好 。 与 国外 同类 软 件 （ 从 效 模
图。其 中曲线名后缀为 “Ｓ 是本程序 的提取结果 ， Ｌ” Ｉ
后 缀 为 “ｆ 是 Ｇ ｏｒｍ ｇ” ｅｆ ｅ软 件 的提 取 结 果 。可 以看 ａ
个参考波列 ， 使用时间窗依次截取每个波列。时间 窗在参考波列上的位置为 下， 在其它波列上的时间 窗位置是线性移动的 ， 相邻窗之间移动记为 ｓ 通过 。 选取合理的时窗长度和慢度搜索范 围， 求得 ８ 个接 收器收到 由同一发射源在某时刻发 出的波信 号的
Ｉ／ ｌ每次前进一个采样 点
Ｌ—
ｌ
１ 波 至 检 测
阵列声波资料处理流程为 ：原始数据解编 波
形数据预处理 波至检测一时差提取。其中波至检 测是关键 ，直接关系到后面纵横波时差提取 的运算 速度和精度。对纵波初至波拾取可采用振幅比值法 和短 长时 窗能量 比法 。
１１ 振 幅 比值 法 ．
块） 比， 相 处理结果平均相对误差在 ３ ％以内， 平均绝 对 误 差 ２ ｓｔ 内 ， 有 较好 的可 比性 ， 全 满足 工 ｕ／ 以 ｆ 具 完 程应用计算的精度要求 ， 值得推广应用。
参 考文 献 ：
（从计算速度上看 ， ２ ） 波形相似法 比 ｎ 次方根法 快 ，原 因是 ｒ次方 根法 需要 求 ｎ次方 根再 进行幂 方 ｉ
井资料 的纵横波时差提取程序 ，其 中首波检测子程 序采 用 的是 短 长时 窗能量 比法 。用所 编 程序 处 理 了 多 口井资料 ， 效果较好 ， 限于篇幅 ， 以 Ａ ｅ 仅 ｋ４井ｆ 采 用 Ｄ Ｉ 井） 例 。 Ｓ测 为 Ａｅ ｋ ４井处 理井 段 为 ３ ６ ３ ６ ｍ， 用 波形 相 ３０ ４ ０ 采
阵 列 声 波测 井 资料 的 处理 方 法 ， 并依 此 原 理 编 制 了处理 程序 ， 主要 用 以提 取 纵 波 、 波 的 时差 数 横 据 。经实际应用检验 ， 该程序 处理精度 高， 与国外同类软件具有可比性。 关键词： 阵列声 波测 井 ； 波检 测 ；Ｔ 法 ； 首 ＳＣ 时差提取 由于 在 纵 波 到 达 之 前 ，接 收 到 噪 音 信 息 不 规
（ 图 ２ 图 ３ 所示 ， ２为采 用波形 相 似法 处 理 的 如 、 ） 图 成 果 图 ， ３为 采 用 ｎ次 方 根 法 （＝ ） 理 的 成 果 图 ｎ ４处
相关法 ， 是一种时域内多道信号相关 分析方法。这 种 方 法 的基 本 思 想是 ： 一 组 阵 列 波列 中 ， 取 一 在 选
化很大 ， 以通过后峰与前峰值 的极大值来检测离 可
散 波 形 的纵 波 波 至点 。 当纵 波 幅度 与 噪 声 相 差 大
道重复波形信息来弥补 由井径变化等因素造成 的信 息 损失 ， 而提 高测井数 据 的质量 。 从 阵列声 波测 井资
时， 这种方法精度高 ； 当纵波幅度与噪声相差小时 ，
（ ４）
驯 ∑ ＋（一） Ｉｔ Ⅲ １ｚ ｄ Ａ 。
式 中 ：ｗ Ｔ 为时窗长度 ，ｓＳ为慢度 ，ｓｔｔ ｕ； ｕ／；为时 ｆ 窗在第一道波形上的开窗位置 ，Ｓ Ｉ 。相关系数 Ｒ的 ｌ 取值范 围为 Ｏ ≤Ｒ≤１ ，当 ｓ ｔ 和 与参考波列上某一
式 中： Ｌ为窗长， １ Ａ为包络信号 幅值 。 第 ｍ个步进短窗时的长窗能量值为：
基础的波形匹配法或波形反演法 。阵列声波资料的
时域 内处理 一般采 用 Ｓ Ｃ法 。 Ｔ Ｓ Ｃ（ ｌｗ ｅｓ ｉ ｏｅｅｃ ） ， Ｔ Ｓｏ ｎｓ ｍｅＣｈｒｎｅ 法 即慢 度 时 间 Ｔ
似法（ ４和 ｎ 式 ） 次方根 法（ ５ 式 ） 分别计算 了相关系数 并 对 纵横 波 时 差 提 取 结果 进 行 了 比较 ，其 成 果 图
油 工业 出版 社 ，０ ４，４ ６ ２ ０ ５ —５
次方根法计算所得的相关 系数峰值的尖锐度较高 。 因为取波形 的 ｎ 次方根相对于波形其他部分来说保 留了波形的峰值及谷值部分 的振幅 （ 即峰值及谷值 部分相对尖锐） ， 此时再对阵列波形进行相关叠加会 使相关系数峰值更加尖锐 ，因此慢度计算的分辨率 得到 加强 。
（ 采用 Ｓ Ｃ法 提 取 纵 、 波 慢 度 时 ， ３ ） Ｔ 横 时窗 长 度
［】 ３ 陈必孝、 张筠， 声波全 波列测井资料分析处理技 术及应用，
测 井技 术 ，０ ２ ２ ５：６ — ７ ２ ０ ，６（ ３ ９ ３ ２ ）
［ 李维彦、 ４ 】 章成广等 ， 偶极横波成像测 井资料应 用Ⅱ ， １江汉石
围 外 测 井 技 术
一 ： ｉ …
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２ １年 ・ ２期 ００ 第
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图 ２ Ｋ ４井 一波形相似法提取纵、 Ａ ｅ 横波时差成 果图
２ １ 年 ４月 ００
固 外 测 井 技 术
Ｗ ＯＲＬ Ｗ ＥＬ Ｌ Ｄ Ｌ ＯＧＧＩ Ｔ ＣＨＮＯＬ ＮＧ Ｅ ＯＧＹ
Ａｐ ． ０ ｒ２０１ Ｔｏａ １ ６ ｔｌ ７
总第 １ ６ ７ 期
阵列声波 的纵横 波时差提 取方法研 究
李 奇 夏宏泉 房 国庆 刘远征 赵丹颖
处可认为是纵波的初至。横波波速低于纵波而大于 斯 通利 波 ， 波至 时 间一 般 为纵 波波 至 时 间 的 １ — ． ．２ ４ ４ 倍。应用此方法可有效地检测初至， 即使是 口 裂缝
带、 泥岩 段） 的初 至 也 能有效 地 检 测 。为 了节省 时 弱
数学运算。通常数据处理 中， 常用的 ｎ 值为 ４ 。两种
运算 ，大大增 加 了运 算 时 问 。从 计算 精度 上分析 ， ｎ
【 夏宏泉、 １ ］ 祁斌 等 ， 里木盆地声波成像 测井资料 的工程应 塔
用研 究与软件 实现 ， 西南石油大学项 目报告 ，０ ８ ８ ２ ０ ， ［ 唐 晓明、 ２ 】 郑传汉著 ， 晓敏 译 ， 量测井声 学［ ， 京： 赵 定 Ｍ】北 石
田勘 探开 发 的不断 深入 ，阵列声 波 测井在 石 油工 程
此方法是采用短窗 能量 与长窗能量 比值 法来 检测 初 至纵 波 ， （ １ 所示 ： 如 图 ）
／ 第 １个 步 进 短 窗 Ｔ １
领域 中的作用 １ ３ 益突出，因此准确地提取纵横波时 差信息显得尤为重要 。
Ｉ
１
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：
Ｆ２ｉ ￣ －１
∑
（） ２
分 波 的到达 时刻 和慢 度相 吻合 时 ，窗 内的波 形 有较
好 的相似性 ， 相似度 Ｒ值较大， 否则 Ｒ值较小。 阵列相关 系数的另外一种度量方法 是 ｎ次方 根法 。ｎ次方根法所 定义的相关 系数 （ ｃＦ ｄｅ Ｍ — ａｄｎ
（） ３
辛 检 测 范 围 刀至 图 １ 长 短 时 窗 示 意 图
图 中每个 步进 短 窗窗 长相 等（ 一般取 ４—５个 样
第一作者 简介 ： 李奇 （ ９３ ， 在读硕士 ， １８ 一） 男， 现从 事阵列声波测井资料 的工程应 用研 究。
总 第 １６期 ７
阵列 声 波 的纵 横 波时 差 提 取 方 法 研 究