【摘要】：正交偶極子陣列聲波測井技術(shù)是用來提取地層橫波各向異性信息的有效方法,其對于油氣田的勘探與開發(fā)具有重要意義。聲波測井所檢測出的各向異性可以用來識別裂縫、評價壓裂效果、進行地應(yīng)力的檢測以及井壁穩(wěn)定性分析以及完井施工方案等,也可以為地震數(shù)據(jù)反演輔助指導(dǎo)。在各向異性地層中,偶極子聲源發(fā)射的聲波信號會在各自的傳播方向上產(chǎn)生兩個速度不同的彎曲波,即“橫波分裂”現(xiàn)象。利用這兩個彎曲波慢度上的差異,可以定量計算地層環(huán)向各向異性(HTI)參數(shù)。在正交偶極子橫波各向異性反演中,通常先利用波形反演法得到各向異性目標(biāo)函數(shù),再采用二維的全局尋優(yōu)方法來求取地層方位橫波各向異性參數(shù),但對于低各向異性地層,存在搜索效率低、低精度解的問題。針對這些存在的問題,本文提出了一種改進的橫波各向異性反演方法。本文首先對于多極子的井孔波動特征開展了實軸積分和三維有限差分方法的使用和研究,以及使用了完全匹配吸收邊界條件來消除有限差分方法中反射波的外部邊界。前者運用實軸積分模擬了VTI介質(zhì)中的彈性波動特征,后者則運用時間域的三維有限差分方法模擬了正交偶極子聲源在環(huán)向表征各向異性地層中的彎曲波響應(yīng)特征,后者模擬結(jié)果表明該情況下存在橫波分裂現(xiàn)象。其次,本文討論了Alford旋轉(zhuǎn)分析法的影響因素對方位角計算的影響以及校正方案:兩方向上發(fā)射信號的幅度差越大,不同時刻所計算的方位越分散,不易得到準(zhǔn)確值;激勵時間的不同也會對方位角影響更加嚴(yán)重。又利用波形匹配反演法構(gòu)造各向異性目標(biāo)函數(shù),結(jié)合Alford旋轉(zhuǎn)分析法和波形匹配反演法,根據(jù)經(jīng)驗規(guī)律,以兩個分別沿著方位軸和各向異性參數(shù)軸的一維搜索代替了原有的二維搜索方法,這種一維搜索方法使用布倫特(Brent)算法有效地實現(xiàn)對各向異性參數(shù)的最優(yōu)化搜索。使用該方法處理了現(xiàn)場測井?dāng)?shù)據(jù),我們獲得了和原先的二維搜索方法相似的結(jié)果。新方法的優(yōu)點是很大程度上提高了數(shù)據(jù)處理的效率和魯棒性。最后,利用本文方法進行了一些現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的處理。利用正交偶極反演的橫波各向異性可以分析工區(qū)的現(xiàn)今地應(yīng)力,從而更好的判斷有效裂縫;將該方法應(yīng)用于致密氣層的壓裂效果評價,結(jié)果表明可以很好的反映壓前、壓后的井改造效果;另外,在頁巖氣儲層中利用該方法反演地層的環(huán)向各向異性,可以為探測排烴裂縫提供有利依據(jù),為下一步鉆井定位做好準(zhǔn)備。通過這些現(xiàn)場實際處理例子可知,本文的方法可以滿足現(xiàn)場各向異性數(shù)據(jù)處理的要求,具有一定的應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P618.13;P631
【圖文】：

方程中 Q 的行列式，得到 VTI 介質(zhì)中的聲波頻散方程D ( k , ω ) = det Q( k, ω) =0 I 介質(zhì)模型下的響應(yīng)特征說明 VTI 對聲測井波形的影響，模擬了 VTI 介質(zhì)中單極子源地震波形圖。單極子和偶極子聲源的中心頻率分別為 8kHz 和型的地層參數(shù)如下表 2-1 所示。模型示意如下圖 2-1。表 2-1 VTI 介質(zhì)參數(shù)、井內(nèi)流體的模量fK 及井的半徑11c(GPa)33c(GPa)13c(GPa)44c(GPa)66c(GPa)fK(GPa)23.87 15.33 9.79 2.77 4.27 2.25 15.33 15.33 9.79 2.77 2.77 2.25

c.偶極子各向同性模型 d.偶極子 VTI 模型圖 2-2 各向同性與 VTI 地層充液井孔中的單極子、偶極子理論波形圖從上圖可以看出，圖 2-2b 理論模擬的 VTI 地層充液井孔中的單極子波形與各向同性介質(zhì)類似，存在泄漏 P 波（前一個波包）和斯通利波（stoneley wave）波包（后一個波包）。通過比較圖 2-2a 和圖 2-2b，我們知道兩種情況下泄漏 P 波均是以垂直向傳播的速度PV33v = c ρ傳播，而在 VTI 介質(zhì)中，stoneley 波存在一定的頻散特性，即低頻波速大于高頻波速；偶極彎曲波的傳播特征如圖 2-2c和 2-2d 所示，可以發(fā)現(xiàn)，它們的首波均是以垂直向橫波速度PH11v = c ρ傳播。整個模擬結(jié)果表明，VTI 介質(zhì)中的單極、偶極子聲波測井只能測量垂直向傳播的縱、橫波速度，只有斯通利波的強頻散特征顯示出對介質(zhì)的 VTI 特征比較敏感。2.2 方位各向異性地層中彎曲波的傳播特征

圖 2-3 裂隙地層橫波分裂示意在測井過程中，正交偶極子陣列聲波測井儀通常采集四個分量數(shù)據(jù)，即 XXY、YX、YY，其中每一個分量的前一個字母為偶極子聲源的指向（或聲源振動方向），后一個字母為陣列接收器的指向。也就是說，當(dāng) X 方向聲源發(fā)射號，X 方向接收器記錄的波形數(shù)據(jù)是 XX 分量，Y 方向接收器記錄的波形數(shù)據(jù)XY 分量；同理，Y 方向聲源發(fā)射信號可以產(chǎn)生 YX 分量和 YY 分量。通過對分量數(shù)據(jù)做 Alford 角度旋轉(zhuǎn)可以得到任意角度下兩個快、慢主波，通過一些學(xué)變換，計算這兩個快、慢主波在方位各向異性地層中慢度的差異，來定量表地層各向異性的程度。2.3 方位各向異性地層井孔聲場模擬2.3.1 直角坐標(biāo)系中的三維有限差分方法在很多實際情況下，井孔聲場較為復(fù)雜，無法理想化的得到解析解，這樣

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本文編號：2780909