从井中弹性波速的径向变化获取地层岩石脆裂性质的方法

摘要

本发明公开了一种从井中弹性波速的径向变化获取地层岩石脆裂性质的方法，包括以下步骤：在深度区间内进行测井分别得到深度区间内单极子和偶极子激发时的全波数据以及地层密度曲线；得到地层的纵波速度v_p和地层横波速度v_s；得到纵波速度计算N个接收器上波的走时；提取随深度变化的纵波到时曲线，并将其定义为实测的纵波走时曲线；得到地层纵波速度的径向剖面；通过将目标函数极小化得到横波径向速度的变化：获得深度区间连续变化的地层横波速度的径向剖面；通过求取井壁岩石纵波和横波速度的径向变化，利用速度对径向距离的积分得到地层的脆裂指数，对比该指数的变化指示岩石的脆性与可裂性。本发明可以解决有效评价岩石可压裂性的现状等技术问题。

主权项

一种从井中弹性波速的径向变化获取地层岩石脆裂性质的方法，包括以下步骤：步骤一、在深度区间内进行阵列声波测井、偶极横波测井、井径测井和地层密度测井，分别得到深度区间内单极子和偶极子激发时的阵列波形数据以及地层密度曲线；步骤二、获得处理深度位置处的阵列波形数据，利用慢度‑时间相关法，即(1)式所示，处理得到地层的纵波速度v_p和地层横波速度v_s；$Corr(v,T)=\frac{\underset{T}{\overset{(T+T_w)}{\int }}\left|\underset{m=1}{\overset{N}{\Sigma }}{X}_m\right[t+(m-1)d/v]{|}^{2}dt}{N\underset{T}{\overset{(T+T_w)}{\int }}\underset{m=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left|X_m\right[t+(m-1)d/v]{|}^{2}dt}---\left(1\right)$其中，X_m(t)是N个声波接收换能器阵列中的第m个声波接收换能器，声波接收换能器之间的间隔为d；时间窗T_w的位置T及速度区间中的某一速度值v对整个波形或者波形中的某一时段以及给定的速度区间按(1)式计算出二维相关函数Corr(v,T)，当相关函数取极大值时对应的v值，便求出了地层的纵波速度v_p和地层横波速度v_s；步骤三、根据步骤二得到的纵波速度计算N个声波接收换能器上波的走时，并将其定义为参考走时TT_ref，见(2)式所示${\mathrm{TT}}_{ref}={\int }_s^{r_i}\frac{dz}{v_p\left(z\right)}+{\mathrm{TT}}_f---\left(2\right)$式中v_p(z)是步骤二提取的地层的纵波速度曲线，积分上下限分别是源s和第i个接收器r_i的深度位置，TT_f为波在井中流体的传播时间；步骤四、根据实际记录的N个声波接收换能器上的全波波形，提取随深度变化的纵波到时曲线，并将其定义为实测的纵波走时曲线；步骤五、根据不同源距下N个声波接收换能器实测的纵波走时和参考走时的差异反演得到径向上不同深度的纵波速度，进而得到地层纵波速度的径向变化剖面v_p(r)；步骤六、选取偶极横波测井的阵列波形数据，利用加权频谱相干法得到实测弯曲波的频散曲线v_sd(ω)，然后通过将以下目标函数极小化得到横波径向速度的变化：E(Δv_s,Δr)＝∑_Ω[v_s(ω,Δv_s,Δr)‑v_sd(ω)]²+λ∑_Ω′[v_s(ω,Δv_s,Δr)‑v_h(ω)]² (3)其中v_s(ω,Δv_s,Δr)是由横波径向速度剖面计算的理论频散曲线，其中Δv_s和Δr分别是横波速度变化量和变化区域的大小，而v_h(ω)是由贴井壁地层横波速度计算的均匀地层的频散曲线，Ω为测井中使用的频段，Ω′是选取的测井频段中的高频段，λ为权重因子；步骤七、利用步骤六得到的Δv_s,Δr，对每个深度点采用(4)式获得深度区间连续变化的地层横波速度的径向剖面；$v_s\left(r\right)=v_{s0}-{\mathrm{\Delta v}}_s·\exp (-\frac{r-r_0}{\Delta r})---\left(4\right)$其中v_s(r)为地层径向上r位置(从井轴算起)的横波速度的径向变化剖面，r₀为井眼半径，v_s0是原状地层的横波速度；步骤八、通过求取井壁岩石纵波和横波速度的径向变化剖面v_p(r)、v_s(r)，利用速度对径向距离的积分得到地层的脆裂指数，对比该指数的变化指示岩石的脆性与可裂性；(1)速度随径向距离的变化曲线由步骤五与步骤七得到井壁岩石纵波和横波速度随径向距离的变化剖面v_p(r)、v_s(r)，反映了某一深度点处地层岩石的声速径向变化特征；(2)对速度随径向距离的变化积分得到岩石的脆裂指数BF$BF={\int }_{r_0}^{r_1}\Delta v\left(r\right)dr\stackrel{def}{=}\Delta v\Delta r---\left(5\right)$其中，r₀为井眼半径，r₁为速度变化深度半径，地层径向变化深度Δr＝r₁‑r₀；Δv(r)＝v₀‑v₁为地层径向纵波(横波)速度的径向变化剖面Δv_p(r)(或Δv_s(r))，v₀为原状地层速度，v₁为井壁速度。