从阵列声波测井波形处理地层纵_横波时差的新方法

第21卷　第2期

地　球　物　理　学　进　展

Vol.21　No.22006年6月(页码:483～488)

PRO GRESS IN GEOP H YSICS

J une.　2006

从阵列声波测井波形处理地层纵、横波时差的新方法

朱留方1,2　沈建国3

(1中国科学院地质与地球物理所,北京100029;　2胜利石油管理局测井公司,东营257061;

3天津大学药学院检测中心,天津300072)

摘　要　阵列声波测井波形中包含丰富的地层纵、横波速度信息.如何从这些波形中提取出这些速度信息,得到比较准确的地层纵、横波时差是资料应用人员非常关心的问题.目前,最常用的纵、横时差处理方法是STC ———慢度—时间相关法.该方法只有在波形的速度频散不严重时比较有效.而井内声波传播的基本特征是具有频散特征.利用Ma 2

trix pencil 方法可以求出阵列声波测井波形的二维谱.借助于波形的二维谱,本文给出一种求地层的纵、横波时差的

方法.本方法充分利用井内声波传播的规律,有效地减小了频散对纵、横波时差计算的影响,得到的纵、横波时差值精度比较高.

关键词　阵列声波测井,波形处理,Matrix 方法,频散曲线

中图分类号　P631 文献标识码　A 文章编号　100422903(2006)022*******

The new method of processing the slow ness of P and S 2w ave from w aveforms of array sonic logging

ZHU Liu 2fang 1,2,　SH EN Jian 2guo 3

(1.I nstit ute of Geolog y and Geop hysics ,China ’s A cadem y of S ciences ,B ei j ing 100029,China ;

2.S hengli oil f iled ;

3.Tianj in Universit y ,Tianj in 300072,China )

Abstract From array sonic logging data ,the 2D spectrum can been obtained by Matrix pencil ing the spectrum ,the slownesses of P 2wave S 2wave and Stoneley wave are calculated by two new methods.They are called phase velocity and group velocity in this paper.The characterization of dispersion for P 2wave and S 2wave are used in this method.So the accuracy of the slowness of P 2wave and S 2wave is higher than STC.K eyw ords array sonic logging ,process ,Matrix method ,dispersion curve

收稿日期　2005205210;　修回日期　2005209221.基金项目　国家自然科学基金项目(50479070)资助.

作者简介　朱留方,高级工程师,1962年出生,1983年毕业于华东石油学院地球物理测井专业,一直从事测井资料解释的及地质应用综合

评价与研究工作(E 2mail :zhuliufang @sina .com ).

0　引　言

阵列声波测井资料蕴含了大量的地层地质信息,人们为了处理这些信息,不同专业背景的资料处理和应用人员付出了巨大的努力.但是,过去很多科技工作者依据几何声学理论,对井内声波传播的基本规律缺乏足够的认识,不知道井内所传播的声波,其传播速度具有频散特征[1～5].

波测井波动声学理论研究表明[7～12]:井内传播的声波是由多个模式波组成,每个模式波的速度随

频率改变,具有频散特征,在其截止频率附近,其速

度接近纵波或横波速度,并且声波幅度受频率影响比较大,随频率改变.

如何应用这些规律发展阵列声波测井波形处理技术,得到比较准确的地层纵横波时差是地球物理学努力的方向之一.基于阵列声波测井波形得到的二维谱分布可以计算地层的纵波、横波时差.即以二维谱分布为中间结果,从中提取出地质上需要的纵、横波和Stoneley 波时差.

地　球　物　理　学　进　展21卷

1　原始测量波形及其二维谱分布

用Mat rix pencil 方法处理阵列声波测井波形

可以得到其二维谱分布[6],其方法的基本思路是:对8个阵列声波波形作FF T 得到频谱,用相位谱建立模型,解该模型得到波形中所具有的声波在波数域的分布.即充分利用波形的相位信息建立模型

.

图1　原始测量的声波波形及其二维谱分布估计结果

Fig.1　Row sonic waveforms and 2D spectrum

图1是一组实际测井波形及其二维谱分布处理结果.左边是实际测量到的8个源距的声波波形,右边是用这8个波形处理出来的二维谱分布,其横坐标是频率,纵坐标是波数,那些离散的点连成的曲线代表波形中存在的声波,该声波的时差(声速的倒数)对应于直线的斜率.图1中,低频处有一个比较长的直线经过原点,其斜率最大,对应于波形中的低频Stoneley 波.在该直线下面有一段接近直线的分布,其延长线偏离原点,该时差对应于地层的横波时

差.在高频位置,点的分布比较散.看不出是一条直线.

2　二种速度方法

2.1　群速度法

如果用经过原点的直线拟合后可以得到相应的声波时差.这种方法对应于声波传播的群速度.通常情况下,从二维谱分布中可以得到三条直线,其斜率分别对应于左边波形图中三种声波的时差:纵波P 的时差最小、横波S 中等、Stoneley 波ST 最大.深度不同,从声波测井波形中处理出来二维谱分布不一样,用这种方法计算出来的三个声波时差也不一样.2.2　相速度法

二维谱分布是由一系列点组成的,如果将这些点所对应的波数除以频率则得到与相速度对应的时差分布,图2是一组实际测量波形及其处理结果.图2a 是原始测井波形,每个波形的幅度谱见图2b ,二维谱分布处理结果见图2c ,与相速度对应的时差随频率的分布(即频散曲线)见图2d ,图2e 、2f 分别是用二维谱分布与时差分布计算的群速度和相速度时差曲线,即分别统计相应时差附近的点数.用相速度法计算的Stoneley 波时差的分辨率比较高.将相速度方法作成连续处理的软件,对全国不同地区的井进行了大量处理,图3所示是一个深度点的处理结果.从图中可以看到:时差最小的声波(对应于地层的纵波)从8k Hz 一直连续延伸到23k Hz ,统计该直线所对应的时差附近的点数达到149.时差中等的点数(对应于地层的横波时差)比较少,是中间的小峰,最后一个峰对应于Stoneley 波时差.

用相速度方法分段处理声波测井波形得到图4、5、6.图4是取声波波形最前面的部分(见两条直线之间的波形,通常认为是纵波)进行处理得到的时

差分布.从最下面的时差分布中可以看到两个峰,与图3对比知道:其时差分别接近纵波和横波时差.图5是用波形的中间段(见波形图中的两条直线之间,通常认为是横波)处理的结果.与图3对比知道:其点数集中分布在纵波时差附近,与横波时差接近的点数比较少.图6是用最后面的声波波形处理的结果,在时差分布图有两个峰,与图3对比发现:后面的峰所对应的时差是Stoneley 波时差,前面的峰仍然与纵波时差对应,而且点数仍然是最多的.该结果说明:对于该组波形来讲:纵波时差的信息在波形的前面和后面均有分布,或者说:纵波时差的信息分布在波形的各个时间段.

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