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基于S TC的纵波时差提取算法

2014-06-09吴冬平杭州瑞利声电技术公司浙江富阳311400

化工管理 2014年23期
关键词:时窗纵波门槛

吴冬平(杭州瑞利声电技术公司 浙江 富阳 311400)

一、引言

慢度—时间相关(STC)【1】处理的基本思路是:分别向可能的分波波包开窗(即截取一段时间间隔内的数据,开窗起点用τ表示),并选择一个试探慢度s,按此慢度和不同接受器的间距计算不同道上该波包的延迟(同时也就是开窗的延迟),然后按某种规则计算不同τ、s下各道的相似系数(或相关系数),使相似系数最大的慢度应代表该分波的最可能慢度值。

波形在一组时窗上的相似度(Semblance)定义为:

其中,M是接收器的个数,Tw是时窗长度,us;s为慢度范围内某一慢度(时差),us/ft;τ为时窗在第一道波形上的位置,us。Δz为(zm-z1),ft;R 取值范围为0≤ R ≤1,R=0表示波形间无任何相关;R=1表示波形形态完全相同。

应用STC算法可以得到一个慢度和相关数的一个关系图,该关系图相关数一般会产生好几个峰值,由于窗长的设置是根据纵波的包络来定的,所以一般情况下相关数最大的峰值就是纵波的时差。当然由各个峰值中找到纵波时差,还需要用到其他一些方法。

二、纵波时差提取

由于现场声波波形质量难以保证,有些波形会出现限幅,有些波形信噪比低等,这些客观条件导致STC计算出来的关系图可能出现多个峰值,要高效而准确的找到纵波时差实现起来并不容易。

针对这些技术难点,设定了4个条件来确定纵波时差。(1),相似度峰值的值要大于0.3,如果相似度太小,这样的峰值没有被选择的意义。(2),峰值的相似度值,如果该值越大,是纵波时差的概率就越高,因为时窗被选为200us,从纵波的包络角度来说,纵波的相似度会比横波和斯通滤波大。该设置通过了大量的数据验证。(3),纵横波波速比一般在1.414~2.2之间,同理横波和纵波的时差比一般也在1.414~2.2之间。该“匹配法”用来提取纵波横波慢度,可以排除部分干扰。(4),与上一个深度点的纵波时差距离,与上一个深度点时差的差值越小,成为时差的概率应该越高。

以上4种方法在试验中很好的排除了干扰,能够快速准确的找到正确的纵波时差。

三、实井数据处理及对比

图1 水平井STC和Gate的比较图

通过STC算法求得纵波时差得到的曲线如图1所示。图中DT(STC)是由STC算法求得得纵波时差曲线,DT(Gate)是由过门槛方法求得的纵波时差曲线,从图中可以看出,DT(STC)曲线比过门槛方法波动小很多,不会出现由于基线干扰而导致DT(Gate)剧烈变化的情况出现。STC方法在此波形情况下受干扰小,但是过门槛方法将会计算错误,在声波波形中,若在纵波波形前部出现碰撞等干扰时,容易使得过门槛方法得到的纵波到达时间提前,而STC计算的DT通过波形验证,相对比较准确稳定很多。

在马古2的测井资料中,STC和过门槛两种算法的对比,两条曲线总体上重合还可以,可以看出DT(STC)曲线上下起伏较大,这个是由于DT(Gate)曲线已经经过平滑,而DT(STC)曲线未经过平滑处理。在马古2井4391.552m-4393.463m处可以看出DT(Gate)有个明显的高值,而DT(STC)曲线还是保持低值。

在4392.32m的位置DT(Gate)值为119.86,而DT(STC)的值是56.82,回放该井数据,在4392.32m处,该位置的第一道和第三道波形首波位置变小,用过门槛方法算出的DT会偏高,而STC方法的DT受到的影响较小,第5道波形第一个波谷在137点的位置,第3道波形第一个波谷在164点位置,第1道波形第一个波谷在192点位置,可以计算得出DT为56us/ft,与DT(STC)曲线吻合。

通过以上两口井数据对比可以看出,STC算法比过门槛算法稳定性要好,碰在信号存在干扰、首波信号变小等情况时,过门槛算法很容易计算错误,这些情况对STC算法影响不大。

将DT(STC)曲线连续的显示到各个深度点上,并且将整个STC的相似度曲线映射成颜色,红色表示相似度高,蓝色表示相似度低。从出图效果可以看出,DT(STC)曲线基本上在红色的中间区域,说明应用该方法计算出来的DT是比较可靠的。

在马古2井的DT计算中发现,由于波形在上一个深度点DT值位置相关性突然变低,DT值将会偶尔跳变,如果连续有好几个点在原来的DT位置相关性低,将导致DT整个出现偏移。在2070点处,DT值变大,DT值变到第2个高相关区域,可以看到第一个高相关区域在变化的位置有部分蓝色区域,说明在该深度点,相似度在该慢度下太小,导致DT出现偏移。这种情况的出现,通过调整纵波选择算法,已经得到解决。当然是否所有跳变得到改正还未证实,这就需要新的算法和现有参数的调整来解决。

结论

通过实际井资料计算出的STC图,可以看出当波形质量好的情况下,相似度曲线会比较平滑,而且计算出来的纵波时差可靠性高;当波形质量不好的情况下(一般出现在水平井中),相似度曲线会偶尔出现跳变的情况,但是通过前面所述4种限定条件后,也可以得到准确的纵波时差。

总体来说STC算法准确性和稳定性都较过门槛方法好,当然该算法还存在许多不足,还有待改进。将来需要做的工作和方向主要有以下几点:1、将STC算法优化应用到井下仪器中去,优化后的算法减少运算时间,可以让测井速度范围变大;2、提出新的方法限定STC计算的起始时间,减少基线部分的高相关的干扰;3、验证时窗长度的选择和仪器频率之间的关系;4、信噪比对STC的影响有多大,并找到方法降低噪声对STC的影响。5、STC受到5道波形到达时间不在同一斜率的影响,找到原因,并想办法解决。

[1]Kimball C.V,Marzetta T.L,Semblance Processing of Bore⁃hole Array Data[J].Geophysics,1984,49.

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