本发明涉及石油地球物理勘探和声波测井领域，特别涉及一种利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法。
背景技术：
随着我国油气勘探开发程度的不断深入，各油田都在开展复杂油气藏的勘探开发研究，在地球物理测井领域，该问题日趋显著。对于复杂非均质储层，传统的声波测井速度分析方法一般假设地层在垂直井轴的径向上无速度变化，得到井外地层的速度，该速度包括纵波和横波速度，而实际上，由于井孔释放了一部分地层压力，加上泥浆侵入的影响，井外的地层常常是径向变化的，一般而言，井眼附近地层速度变小，而径向更深部的地层由于受影响较小而速度较大，在这种情况下，采用传统的速度分析方法只能得到一个井外地层的平均速度而无法描述真实的地层信息。
针对井外地层速度变化的情况，国内外发展了针对单极和偶极声波测井的径向速度反演方法，由于可以获得地层的径向变化信息，对于勘探和开发具有重要的指导意义，因而有着广阔的发展前景和应用空间。对单极声波测井而言，目前一般通过提取纵波的首波到时，采用射线追踪方法来反演地层径向速度变化，但该方法对纵波到时的准确性要求较高，实际数据存在噪声情况下，首波检测方法往往存在误差，而且也无法获取在纵波波列后到达的横波到时。这些限制使得对径向变化地层的描述准确度降低。
目前，虽然国内外多家单位已经成功开发了不同的径向速度反演方法，但在实际资料处理中，均存在由于噪声干扰而导致的难以准确反演的问题。国内外的研究现状表明，井外地层的径向速度反演方法还不完善，需要在现有技术条件下解决反演准确性以及单极子横波反演的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服上述技术问题，提供一种利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法，受到噪声干扰小，能够较为准确地获得井外地层的径向速度剖面，从而可以获得地层的径向变化信息。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法，所述测井仪器包括至少两个单极子声源和用于接收所述至少两个单极子声源发射的声波的多个接收器，所述至少两个单极子声源的源距范围互补且位于多个所述接收器的一侧，所述方法包括：将多个所述接收器接收的经过每个井深位置处的所述至少两个单极子声源的声波测井的波形数据道集组合后作为同一所述井深位置处的单个单极子声源的声波测井的波形数据道集；将所述单个单极子声源的波形数据道集分组并进行编号，求取各组的慢度以获得速度-分组编号图，其中，每组包含若干依次连续排列的所述接收器；根据各组的速度-分组编号图中的相邻间断点对应的源距和速度与径向速度变化的层厚之间的关系将慢度-分组编号图中的横坐标分组编号转换为径向距离rn，从而获得径向速度剖面图。
在一些实施例中，各组的速度-分组编号图的相邻间断点对应的源距和速度与径向速度变化的层厚关系如下：
其中，z为源距，hn为不同层的厚度，vn、vi为不同层的横波速度或纵波速度，zn*和zn**是慢度-分组编号图的速度曲线上相邻间断点对应的源距，则所述径向距离rn＝h1 h2 …… hn。
在一些实施例中，所述方法包括按照共声源或共接收位置的方式对所述单个单极子声源的波形数据道集进行分组。
在一些实施例中，每组中包含的依次连续排列的所述接收器的个数的取值范围为2个-8个。
在一些实施例中，所述方法包括对每组所述单个单极子声源的波形数据道集按照慢度时间相关法或波形数据匹配法求取慢度。
在一些实施例中，所述方法包括根据地层密度以及所述径向速度剖面图中的纵波径向速度剖面和横波径向速度剖面计算岩石力学参数的径向剖面。
在一些实施例中，所述岩石力学参数包括拉梅系数、杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量中的至少一者。
本发明提供一种基于分步反演法的声波测井径向速度反演方法，该方法包括：将不同源距的声波测井数据道集进行重组，得到源距从小到大覆盖的共发射器数据道集；对该道集数据按照若干相邻接收器进行分组，每组采用慢度时间相关法或波形数据匹配法求取纵横波慢度；将所获得的不同分组的慢度与源距范围联合用来反演不同径向深度的地层纵横波速度，形成不同分辨率的径向速度剖面。利用本发明，可以避免目前方法需要的纵波到时参数受噪声干扰求取不准的缺点，而且可以同时获得纵波和横波的径向速度剖面，有益于对井外径向地层性质变化情况作更为准确的解释，更好的指导油气藏的勘探和开发。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法的流程图；
图2为本发明实施例的不同声源道集重组示意图；
图3a为本发明实施例的按照共声源的方式对单个单极子声源的波形数据道集分组的示意图；
图3b为本发明实施例的按照共接收位置的方式对单个单极子声源的波形数据道集分组的示意图；
图4a为本发明实施例的径向分层模型的剖视图；
图4b为本发明实施例的径向分层模型的局部剖视放大图；
图4c为本发明实施例的径向分层模型的径向速度剖面图；
图5a为本发明实施例的均匀地层模拟数据波形图(部分显示)；
图5b为图5a对应的分组速度分析结果；
图5c为本发明实施例的径向变化地层模拟数据波形图(部分显示)；
图5d为图5c对应的分组速度分析结果；
图6a为本发明第一实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含2个接收器；
图6b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图与图6a转换的径向速度剖面图的对比；
图7a为本发明第二实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含3个接收器；
图7b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图与图7a转换的径向速度剖面图的对比；
图8a为本发明第三实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含6个接收器；
图8b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图与图8a转换的径向速度剖面图的对比；
图9为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图与横波径向反演的径向速度剖面图的对比。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法，所述测井仪器包括至少两个单极子声源和用于接收所述至少两个单极子声源发射的声波的多个接收器，所述至少两个单极子声源的源距范围互补且位于多个所述接收器的一侧。
图1为本发明实施例提供的利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法的流程图。如图1所示，所述方法包括步骤s101，将多个所述接收器接收的经过每个井深位置处的所述至少两个单极子声源的声波测井的波形数据道集组合后作为同一所述井深位置处的单个单极子声源的声波测井的波形数据道集。也就是说，仪器需要至少两个不同源距的单极发射换能器，且其对应的源距范围不完全重合，不同源距数据道集进行重组时，不同声源需要经过同一深度位置。
图2为本发明实施例的不同声源道集重组示意图，如图2所示，测井仪器包括四个单极子声源t1-t4和13个接收器r1-r13的阵列，13个接收器r1-r13沿测井仪器的轴向等间隔排列，4个单极子声源t1-t4在接收器r1-r13阵列一侧，不同声源的源距范围互补，即每个源对应的最大源距是下一个源的起始源距，由于测井过程中仪器等间隔提升，不同声源会经过同一深度位置，将经过同一位置的不同数据道集组合起来，有49道波形(13*4-3，其中3道波形为重叠数据)就得到等价于该深度位置发射一次，49道接收的数据道集，使得该数据道集具有较大的源距覆盖范围。经过数据道集重组之后，得到49道属于一个声源的波形。
所述方法还包括步骤s102，将所述单个单极子声源的波形数据道集分组并进行编号，求取各组的慢度以获得速度-分组编号图，其中，每组包含若干依次连续排列的所述接收器。其中，在一些实施例中，所述方法包括按照共声源方式对所述单个单极子声源的波形数据道集进行分组，如图3a所示，是在该道集数据内部进行分组，称为共源组合分组方法，以3个接收器为例，将相邻3个接收器分为一组，例如将接收器r1-r3分为一组，求取速度，然后依次对整个阵列分组求取速度，例如再将接收器r2-r4分为另一组并求取速度。可选择地，所述方法包括按照共接收位置方式对所述单个单极子声源的波形数据道集进行分组，如图3b所示，是针对共接收位置组合分组，即测井过程中，随着仪器提升，不同接收器会经过同一位置，将该数据道集的相邻道进行分组，与前述类似，求取速度然后对整个道集的分组数据分别求取速度。另外，在一些实施例中，每组中包含的依次连续排列的所述接收器的个数的取值范围为2个-8个。其中，径向速度剖面同时包括纵波和横波的径向速度剖面，根据每组接收器个数的不同，可形成0.15m-1m纵向不同分辨率的剖面。
图4a为本发明实施例的径向分层模型的剖视图。如图4a所示，测井仪器位于径向分层模型的井眼中。图4b为本发明实施例的径向分层模型的局部剖视放大图，其中，示出了射线传播路径。图4c为本发明实施例的径向分层模型的径向速度剖面图。该径向速度剖面图是已知的。采用本申请的对地层径向速度进行分步反演的方法，对该模型模拟得到的数据进行后续处理能够得到反演的径向速度剖面图，与该已知的径向速度剖面图进行对比，能够判断反演的径向速度剖面图是否准确。
图5a为本发明实施例的均匀地层模拟数据波形图(部分显示)。图5b为图5a对应的分组速度分析结果。由图5b可以看出，对于均匀地层，不同分组即不同源距对应的速度一致。图5c为本发明实施例的径向变化地层模拟数据波形图(部分显示)。图5d为图5c对应的分组速度分析结果。由图5d的可以看出，对于径向变化地层，不同分组对应的地层速度不同。
另外，在一些实施例中，所述方法包括对每组所述单个单极子声源的波形数据道集按照慢度时间相关法或波形数据匹配法求取慢度，慢度包括纵波慢度和横波慢度，以便获得速度-分组编号图，如图6a、图7a和图8a所示。具体地，图6a为本发明第一实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含2个接收器，例如接收器r1和接收器r2为第一组，接收器r2和接收器r3为第二组。图7a为本发明第二实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含3个接收器，例如接收器r1-r3为第一组，接收器r2-r4为第二组。图8a为本发明第三实施例的纵波径向反演的速度-分组编号图，其中，每组包含6个接收器，例如接收器r1-r6为第一组，接收器r2-r7为第二组。
所述方法还包括步骤s103，根据各组的速度-分组编号图中的相邻间断点对应的源距和速度与径向速度变化的层厚之间的关系将慢度-分组编号图中的横坐标分组编号转换为径向距离rn，从而获得径向速度剖面图。
具体地，各组的速度-分组编号图的相邻间断点与径向速度变化的层厚关系如下：
其中，z为源距，hn为不同层的厚度，vn、vi为不同层的横波速度或纵波速度，zn*和zn**是慢度-分组编号图的速度曲线上相邻间断点对应的源距，则所述径向距离rn＝h1 h2 …… hn。需说明的是，“zn*和zn**是慢度-分组编号图的速度曲线上相邻间断点对应的源距”中的“相邻间断点”是指图6a、图7a和图8a中的连接后形成倾斜线的两个点。
在分组波形的速度分析完成后，需要结合源距信息进行径向速度反演，以下说明反演方法。如图4b所示的射线路径，每一层的射线传播时间如下：
其中，z为源距，hi为不同层的厚度，vi为不同层的速度，定义源距和不同地层厚度及速度的关系如下：
其中r为井眼半径，且有
整理公式后可得第n层的厚度，
经过进一步推导，可以近似将hn按照以下公式求出，这里取公式两边的平均值。
其中，
图6b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图(倾斜直线和水平直线)与图6a转换的径向速度剖面图(阶梯型线)的对比。图7b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图(倾斜直线和水平直线)与图7a转换的径向速度剖面图(阶梯型线)的对比。图8b为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图(倾斜直线和水平直线)与图8a转换的径向速度剖面图(阶梯型线)的对比。可见，组内接收器对越小，精度越高，但是对于实际数据而言，数据对越少，噪声影响越大，更多的数据结果越稳定，因此需要在精度和稳定性上作出权衡，实际中可以通过多种分辨率的结果进行综合分析。
图9为本发明实施例的径向分层模型的简化径向速度剖面图(倾斜直线和水平直线)与横波径向反演的径向速度剖面图(阶梯型线)的对比，其原理与上述类似。
此外，在一些实施例中，所述方法包括根据地层密度以及所述径向速度剖面图中的纵波径向速度剖面和横波径向速度剖面计算岩石力学参数的径向剖面。进一步地，在一些实施例中，所述岩石力学参数包括拉梅系数、杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量中的至少一者。
在上述方案中，通过对传统径向速度反演方法进行改进，将不同声源对应的接收器阵列组合，并对接收器分组求取地层纵横波慢度，采用慢度而不是到时进行反演，这样的优势在于不需要提取首波到时，而且可以获得横波的径向速度变化剖面，此外，根据分组中接收器个数的不同，还可以获得不同纵向分辨率的结果。根据纵横波的径向变化剖面，结合密度参数，还可以获得不同岩石力学参数的径向剖面，使得本发明在声波测井的地层评价领域具有良好的应用前景。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种利用声波测井仪器对地层径向速度进行分步反演的方法，所述测井仪器包括至少两个单极子声源和用于接收所述至少两个单极子声源发射的声波的多个接收器，所述至少两个单极子声源的源距范围互补且位于多个所述接收器的一侧，其特征在于，所述方法包括：
将多个所述接收器接收的经过每个井深位置处的所述至少两个单极子声源的声波测井的波形数据道集组合后作为同一所述井深位置处的单个单极子声源的声波测井的波形数据道集；
将所述单个单极子声源的波形数据道集分组并进行编号，求取各组的慢度以获得速度-分组编号图，其中，每组包含若干依次连续排列的所述接收器；
根据各组的速度-分组编号图中的相邻间断点对应的源距和速度与径向速度变化的层厚之间的关系将慢度-分组编号图中的横坐标分组编号转换为径向距离rn，从而获得径向速度剖面图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各组的速度-分组编号图的相邻间断点与径向速度变化的层厚关系如下：
其中，z为源距，hn为不同层的厚度，vn、vi为不同层的横波速度或纵波速度，zn*和zn**是慢度-分组编号图的速度曲线上相邻间断点对应的源距，则所述径向距离rn＝h1 h2 …… hn。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括按照共声源或共接收位置的方式对所述单个单极子声源的波形数据道集进行分组。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每组中包含的依次连续排列的所述接收器的个数的取值范围为2个-8个。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括对每组所述单个单极子声源的波形数据道集按照慢度时间相关法或波形数据匹配法求取慢度。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据地层密度以及所述径向速度剖面图中的纵波径向速度剖面和横波径向速度剖面计算岩石力学参数的径向剖面。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述岩石力学参数包括拉梅系数、杨氏模量、泊松比、体积模量和剪切模量中的至少一者。
技术总结