声波测井径向探测深度及影响因素研究
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摘要
声波测井是一种重要的测井方法。在油田勘探和开发、工程物探等许多领域有广泛的应用。以往人们用几何声学的概念分析声波测井,而实际声波测井所采用的声波频率比较低,波长与井径接近,几何声学的条件不满足,人们便开始用波动声学的方法研究声波测井。
本文用实轴积分法研究了柱状多层模型中声波的传播规律。分别计算了井外有两层、三层介质时井内声波传播的二维谱,绘制了时差随频率的变化曲线。改变地层界面位置,时差随频率的变化曲线发生改变,不论两层还是三层模型,这些变化均比较明显。根据这些曲线的变化,简单分析了声波测井的探测深度。
建立地层时差的变化模型,采用井外有七个地层,地层参数渐变—突变—渐变的方式,模拟实际地层,绘制了当突变地层的位置不断变化时的二维谱图及时差随频率变化曲线。据此分析了模式波随突变地层位置的变化关系。此外,绘制声波幅度图,分析声波幅度随源距以及径向深度的变化,说明了径向探测深度与声波幅度间的关系。
设计了模型井实验,将实验结果与理论计算进行了对比,验证了理论计算的正确性,并分析了两者存在的差别。并用测井资料的八个波形,得到了五条时差曲线,曲线不重合,说明了源距对探测深度的影响。并将其他因素对声波探测深度的影响进行了总结。
Sonic logging is an important logging method.There is a wide range of applications in the oil field exploration and development, geophysical prospecting and many other areas.In the past,geometry acoustics was used to analyze sonic logging,but ,in practice, the frequency of sound waves used in logging is relatively low,therefore, the actual logging waves can not be completely explained by the geometric acoustics.Now people research it with wave acoustics method.
In this paper,radial investigation depth of acoustic logging is researched with the well that is surrounded by the cylindrical multi-layer media.Theories about radial investigation depth of acoustic logging is analyzed.The sound field equation is solved using the real axis integration method.After the simulation of the well surrounded by two and three stratums,the two-dimensional spectrum is calculated while the curve of wave slowness changes with the frequency is drawn.From these curves we can see that,the greater depth of acoustic logging can be detected as the Velocity of the stratum outside of the well increases.
A model was established like that,there are seven stratums with the slowness changes as that:slowness changes gradually for the first stratums, then a sudden larger change in one stratum, change gradually again for The remaining stratums.From these research,we find that,as the larger change stratum goes further away from the well, the distance between the various modes of wave increases, the role of single-mode waves becomes apparent. From the reseach,we also find that as the source distance Increasing Appropriately, radial investigation depth increases.
The correctness of the theoretical calculation is verified by the comparation between theoretical calculations and results of the experiment. The impact of the source distance on the radial investigation depth is displayed by the differences of the five curves drawn from eight logging waveforms. The impact of other factors on the depth is summarized: radial investigation depth of p-wave is larger than that of s-wave; the frequency is reduced appropriately,or there are more stratum layers,the radial investigation depth will be also larger.
本文用实轴积分法研究了柱状多层模型中声波的传播规律。分别计算了井外有两层、三层介质时井内声波传播的二维谱,绘制了时差随频率的变化曲线。改变地层界面位置,时差随频率的变化曲线发生改变,不论两层还是三层模型,这些变化均比较明显。根据这些曲线的变化,简单分析了声波测井的探测深度。
建立地层时差的变化模型,采用井外有七个地层,地层参数渐变—突变—渐变的方式,模拟实际地层,绘制了当突变地层的位置不断变化时的二维谱图及时差随频率变化曲线。据此分析了模式波随突变地层位置的变化关系。此外,绘制声波幅度图,分析声波幅度随源距以及径向深度的变化,说明了径向探测深度与声波幅度间的关系。
设计了模型井实验,将实验结果与理论计算进行了对比,验证了理论计算的正确性,并分析了两者存在的差别。并用测井资料的八个波形,得到了五条时差曲线,曲线不重合,说明了源距对探测深度的影响。并将其他因素对声波探测深度的影响进行了总结。
Sonic logging is an important logging method.There is a wide range of applications in the oil field exploration and development, geophysical prospecting and many other areas.In the past,geometry acoustics was used to analyze sonic logging,but ,in practice, the frequency of sound waves used in logging is relatively low,therefore, the actual logging waves can not be completely explained by the geometric acoustics.Now people research it with wave acoustics method.
In this paper,radial investigation depth of acoustic logging is researched with the well that is surrounded by the cylindrical multi-layer media.Theories about radial investigation depth of acoustic logging is analyzed.The sound field equation is solved using the real axis integration method.After the simulation of the well surrounded by two and three stratums,the two-dimensional spectrum is calculated while the curve of wave slowness changes with the frequency is drawn.From these curves we can see that,the greater depth of acoustic logging can be detected as the Velocity of the stratum outside of the well increases.
A model was established like that,there are seven stratums with the slowness changes as that:slowness changes gradually for the first stratums, then a sudden larger change in one stratum, change gradually again for The remaining stratums.From these research,we find that,as the larger change stratum goes further away from the well, the distance between the various modes of wave increases, the role of single-mode waves becomes apparent. From the reseach,we also find that as the source distance Increasing Appropriately, radial investigation depth increases.
The correctness of the theoretical calculation is verified by the comparation between theoretical calculations and results of the experiment. The impact of the source distance on the radial investigation depth is displayed by the differences of the five curves drawn from eight logging waveforms. The impact of other factors on the depth is summarized: radial investigation depth of p-wave is larger than that of s-wave; the frequency is reduced appropriately,or there are more stratum layers,the radial investigation depth will be also larger.
引文
[1]楚泽涵，李艳华，薛梅，声波测井技术发展综述，测井技术信息，2001，14 (1)：6-14
[2]原福堂，徐兵，汪浩，声电成像测井解释处理软件的开发与应用，测井技术，2005，29(5)：407-410
[3]张金钟，声波速度测井的探测深度，测井技术，1981，(6)：64-68
[4]沈文略等，全波列测井分析在油气储层评价中的应用，北京大学学报(自然科学版)，2004，40(2)：203-212
[5]宋治，声波幅度测井检查固井封固质量标准及其可靠性论证，石油钻采工艺，1988，(2)：7-14
[6]苏慧茹，高分辨率声波测井仪，声学与电子工程，2005，(3)：31-34
[7]陶果，邹辉，现代阵列声波测井数据处理和解释方法研究，石油勘探与开发2000，2：76-82
[8]楚泽涵，陈文艳，谢新贵，声波频谱测井探测深度的理论及实验考察，测井技术，1996，20(6)：411-422
[9]沈建国，陈宇，袁福文，用两个不同源距的声波测井全波波形计算纵波和横波波速，石油物探，2002，41(1)：115-121
[10]李鹏举，声波测井资料高分辨率处理方法：[硕士学位论文]，大庆：大庆石油学院，2003
[11]李智毅，唐辉明，岩土工程勘察，武汉：中国地质大学出版社，2000
[12]朱留方，沈建国，基于阵列声波测井波形二维谱分布的纵、横波时差处理方法，测井技术，2004，28(5)：373-379
[13]余寿绵，声波测井中首波的物理机制，测井技术，1992，16(1)：1-5
[14]陈俊华，谈费马原理，濮阳教育学院学报2002，(1)：31-33
[15]王贵冠编，声波测井理论基础及其应用，北京：石油工业出版社，1981
[16]沈建国，声波测井的探测深度问题I，测井技术，2003，27(2)：125~128
[17]V Pistre，T．Kinoshita，T．Endo，K．Schilling，J．Pabon，B．Sinha，T．Plona，T．Ikegami，and D．Johnson Schlumberger，A Modular Wireline Sonic Tool for Measurementsof 3D(Azimuthal，Radial，and Axial)Formation Acoustic Properties，the SPWLA46 Annual Logging Symposium，June 26～29，2005
[18]Ingram J D，Mo rris C F，M acKnigh t E E，et al．．Direct Phase Determ inationof S2w ave V elocit ies fromA coust icW avefo rlTl Logs．Geophysics，1985，50：1746-1755
[19]沈建国，应用声学基础--实轴积分法及二维谱技术，天津：天津大学出版社，2004
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[22]楚泽涵，赵培华，长源距声波测井资料分析处理，地球物理学报，1992，35 (6)：771-781
[23]张海澜，王秀明，张碧星，井孔的声场和波，北京：科学出版社，2004
[24]T．Plona，M．Kane，J．Alford，T．Endo，J．Walsh，D．Murray．Slowness-Frequencyprojection logs：A new QC method for accurate sonic slowness evaluation．SPWLA 46th Annual Logging Symposium，2005
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[39]余厚全，黄载禄，利用超声回波序列分析法识别固井质量，江汉石油学院学报，1994，16(2)：49～53
[40]余厚全，黄载禄，超声固井质量检测--小波变换对回波的分析识别，测井技术，1994，18(1)：8～15
[41]沈建国，肖玮，长源距声波测井小波处理系统，测井技术，1995，19(6)：439～446
[42]夏克文，胡兴卫，用神经网络识别水泥胶结质量，测井技术，1996，20(3)：207～209
[43]沈建国，井内大偏心声源和贴井壁声源激发的三维声场：[博士学位论文]，北京：中国科学院，2000
[44]林伟军，带扇形窜槽的非轴对称固井声场研究：[博士学位论文]，北京：中国科学院，2003
[45]章成广，王冠贵，全波列声波测井评价低比重水泥固井质量向题探讨，地球物理测井，1989，(3)：35～39
[46]章成广，周继宏，顾伟康，薄水泥环套管井碳酸盐岩地层中合成波形分析，江汉石油学院学报，1998，20(3)：36～40
[47]黄文新，章成广，低密度水泥套管井中声波全波波形分析，江汉石油学院学报，1991，13(3)：37～44
[48]金剑铮，套管井声波变密度测井全波利用的数值与实验研究和水平多层孔隙介质地震波场的理论计算：[硕士学位论文]，吉林：吉林大学，2000
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[52]董庆德，王克协，柱状多层准弹性介质中声压波形的数值计算与分析--声法测井理论研究(Ⅱ)，地球物理学报，1985，28(2)：208-271
[53]Biot，M．A．，Theory ofpropagation of elastic waves in a fluid saturated rock．II．Higher frequency range．J．Acoust．Soc．Am，28．1956b．179～191
[54]王秀明，井外有分层的流体介质和无分层的固体介质的井内声场：[博士学位论文]，北京：中国科学院，1995