[发明专利]一种利用声波测井资料定量评价随钻仪器偏心程度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理探测技术领域，更具体的讲，本发明涉及利用随钻声波测井资料对仪器偏心程度进行定量评价。

背景技术

随钻声波测井作为当今勘探地球物理领域最先进的技术之一，可在钻井同时采集地层弹性参数，是某些特殊环境的唯一选择。钻进时，钻杆在井中的运动复杂，使仪器几乎不可能严格居中。海洋钻探和页岩气层钻进中，大量使用水平井和大斜度井，仪器受重力的影响必然偏离井轴。仪器的偏心会影响声波资料采集，如斯通利波，仪器偏心与渗透性地层产生的影响几乎一样。此外，仪器的偏心量和偏心方位对地质导向钻井也十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种利用声波资料评价随钻仪器偏心程度的方法。

随钻声波测井按照声源模式的不同可分为单极子、偶极子和四极子和六极子，图1给出了声源配置以及仪器在地层中的情况。图1左图为顶视图，图中1，2，3和4四个位置表示发射器和接收器位置，其中偶极子声源仅在1和3位置放置。偏心量大小为仪器中心相对井轴中心的位移，其中仪器相对井轴中心移动9mm和18mm分别表示适度偏心和严重偏心，仪器的偏心角度用声源发射方向(从3指向1的方向)与偏心位移方向的夹角来表示；右图为侧视图，声源位于下方，接收器位于上方。下面以偶极子模式为例来阐述如何利用声波测井资料评价随钻仪器的偏心程度。

a)偶极仪器沿着声源指向性方向偏心

数值实验时，在钻铤外1和3位置(图1(a))上放置声源，在1、2、3和4四个位置放置阵列接收器。先将仪器沿着偶极声源指向性方向移动，使1位置离井壁更近，将仪器向井壁靠近1/3和2/3外液体环面以分别表示仪器适度偏心及极端偏心两种情况。图2(a)～(d)给出了仪器不同偏心程度时阵列接收器的波形。从图可以看出，接收器1的波形幅度随着偏心程度的加剧而增大，且相位发生变化很大，难以发现相位变化规律(图2(a))。位置3上的波形幅度在仪器适度偏心时确实比仪器居中的幅度大，但其形态和相位几乎没有变化，且随仪器的进一步并不影响接收波形(图2(c))。对比仪器不同程度时接收器1与3(反相位)上的阵列波形，可以发现随着1靠近井壁，接收波形中的钻铤波部分能保持较好的偶极特征，而地层波部分则由于1与井壁的耦合越来越强，1的地层波幅度越来越大，由原先小于3上的地层波幅度到后来大大高于3上地层波的幅度，接收波形中出现了其他模式波(如大幅度的St.波)(图2(d)和(e))。观察程度偏心不同时接收器2和4的波形与仪器居中时接收器3的波形比较情况(图2(b))，可发现一个非常有趣的现象，接收器2和4上的波形完全一致，幅度随偏心程度加剧而增大，且其幅度略低于1和3的波形幅度，接收波形中不存在钻铤波。因此可以得到一个评价仪器偏心角度的线索：如果接收器2和4上的波形一致，且幅度与接收器1和3上的波形幅度相当，仪器的偏心方向就在1或3方位。同时如果在1上出现St.波模式，则偏心方向是1方位。

b)当仪器偏心方位与声源指向性方向成30°角时(与接收器1的逆时针方向的夹角，下面均以此作为参照标准)，随着偏心程度的加大，从接收器1和3的阵列波形对比可以看出，仪器挠曲波的偶极特征保持很好，而地层波的偶极特征逐渐变弱(图3(a)和(b))。其中接收器1上的波形随着偏心程度的加剧，相位和幅度都发生了很大的变化，偏心程度越严重幅度越高且相位向后延迟(图3(e))。接收器3上的波形形态与0°时的形态一样，只是其相位随偏心程度的加剧而向后移动，且相位变化程度比0°时明显；接收器2和4上的波形幅度随着仪器偏心程度的加剧由零逐渐增大到与接收器1和3幅度相当，且二者逐渐出现差异(图3(c)和(d))，一致性遭到了破坏，具体表现为：接收器2上的波形越来越强(图3(g))，接收器4上的波形在适度偏心时其波形幅度确实比居中时增大了很多，但是随着偏心程度的加剧声波幅度仅微弱增加，变化主要体现在相位上(图3(h))。接收器2上的波形幅度要大于接收器4上的波形幅度，这也可作为判定仪器向上半平面移动而不是向下半平面移动的特征，接收器3的波形幅度比1的幅度大，也可做为仪器向左半平面移动的判别信息。结合这两个特征可将仪器的偏心范围缩小在左上平面(90°范围)。

c)偶极仪器偏心方向与声源指向方向成60°夹角