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1、10申请公布号CN103225501A43申请公布日20130731CN103225501ACN103225501A21申请号201210420978422申请日20121030E21B47/024201201E21B47/095201201E21B47/1820120171申请人中国石油大学北京地址102249北京市昌平区府学路18号72发明人王华陶果54发明名称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57摘要本发明公开了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。该方法主要是利用不同方位的接收器上声波信号的波形、幅度和相位的不同来定性和定量分析仪器偏心程度。通过建立仪器和。
2、井眼模型，模拟了不同偏心程度条件下的声波测井响应。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图5页10申请公布号CN103225501ACN103225501A1/1页21一种利用声波测井资料定量评价随钻仪器偏心程度包括偏心量和偏心角度的方法，其包括通过对随钻声波测井仪器偏心响应的数值模拟，得到了仪器偏心对测量波形、幅度、相位的影响，根据偏心响应，可以利用声波资料定量评价随钻仪器的偏心程度。2根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仪器声源既可以是单极子，也可以是偶极子，还可以是四极子和六极子。3根据权利要求1所述的方。
3、法，其特征在于，该方法可用于随钻声波测井的仪器偏心评价，也可以通过适当的改进直接应用到电缆声波测井的仪器偏心评价。4根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法既适用于仪器适度偏心的情况，也适用于仪器极端偏心的情况。5根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法对0度，30度，60度，90度等不同的偏心角都进行了定量分析。6根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法既可以用于声源为低频的模式，也可以用于声源为高频的模式。权利要求书CN103225501A1/4页3一种利用声波测井资料定量评价随钻仪器偏心程度的方法技术领域0001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。
4、波测井资料对仪器偏心程度进行定量评价。背景技术0002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0003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。0004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。
5、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。0005A偶极仪器沿着声源指向性方向偏心0006数值实验时，在钻铤外1和3位置图1A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。
6、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2AD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2A。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2C。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。
7、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2D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2B，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方说明书CN103225501A2/4页4位。同时如果在1上出现ST波模式，则偏心方向是1方位。0007B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。
8、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3A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3E。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3C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3G，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。
9、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3H。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。0008C偶极仪器偏心方向与声源指向方向成60夹角0009将阵列接收器1的波形与3的反相位波形叠画在一起显示图4A和B，可以发现尽管仪器发生偏心但二者波形中的偶极特征保持的十分完好，尤其是在钻铤波部分，只是在仪器严重偏心时地层挠曲波的后面会有小幅度的其他模式波。接收器2和4上的波形的一。
10、致性同样受到破坏，且受破坏的程度要强于30情形图4C和D，其中接收器2特征与30时特征一致，而接收器4的幅度则比30小，尽管波形幅度受偏心的影响很大，但与偏心程度无关，适度偏心和极端偏心时主峰相位基本一致。波形幅度大小关系同样是2大于4，3略大于1。0010D偶极仪器偏心方向垂直声源指向成90度夹角0011让仪器垂直于声源指向偏心，即让接收器2靠近井壁更近而4远离井壁。图5给出了模拟波形，从波形幅度上来看，除了在适度偏心时波形幅度相对仪器居中时的波形幅度增大很多，随着仪器偏心程度的加剧，这种幅度增加表现的并不明显，仪器偏心的影响主要体现在相位变化上。接收器1和3上的波形表现出了严格的偶极特征图。
11、5A和B；接收器2和4的波形幅度非常小比接收器1和3的幅度小两个数量级，且波形一致遭到破坏。可以得到另一个评价仪器偏心角度的线索1如果位置1和3上的波形表现严格的偶极特征；2位置2和4上的波形幅度远小于1和3位置上的接收波形，仪器的偏心方向应该在2或4方向，至于具体是在2方向还是4方向则难以判断，可以求诸于交叉偶极子。0012通过以上分析，可以明显的看出偶极子测量系统中接收器2和4的波形相位受到偏心角度的影响，因此下面对相同偏心程度时，接收器2和4上波形的相位差与偏心角度之间的关系进行研究。0013上图接收器2与接收器4的相位差值24随偏心角度的变化关系图，图6A和B分别为偏心量为9MM和18。
12、MM时的情形，从图中可以十分明显的看出，当偏心角度为90时相位差的绝对值分布凌乱，这主要是由于90时2和4上的波形幅度非常低，应当表现为噪声，这可作为90偏心角的一个重要特征；从上图可以看出无论是适度偏心还是极端偏心，偏心角度与相位差之间的存在十分明显的关系，即2和4的相位差随着偏说明书CN103225501A3/4页5心角度的增加而降低。因而可以容易地得到偏心的角度信息，从图中还可以得到一个定性判别偏心程度的线索，即是2KHZ5KHZ范围的相位差的变化，对适度偏心而言相位差均小于零，而极端偏心时的相位差基本大于零。从适度偏心时的相位差为负值到极端偏心时相位差为正值，这之间存在一个相位的变化过。
13、程，我们认为这个过程应该是渐变的，即相位差与偏心距也也存在关系，因而认为2和4的相位差是偏心角度和偏心距D的函数，即信号WT其傅立叶变换为W，其相位角为可模拟更多的不同偏心量数据进一步验证。0014同样，对接收器3和1的阵列波形的相位差也可以进行类似的考察。图6C和D分别显示了适度偏心和极端偏心时的接收器3和1的相位差与偏心角度之间的关系。考虑2KHZ5KHZ之间的相位关系，可以发现无论在适度偏心还是极端偏心，偏心角为90时接收器3和接收器1的波形相位差为0，适度偏心时可以明显的发现一段相位几乎为常数的频段，对于0和30这个频段范围约为15KHZ5KHZ，而60的相对较短，约为22KHZ4KH。
14、Z，在这些频率范围内可以发现一个规律，即偏心角度越大，该常数相位差的值越小，因而可以据此对偏心角度进行评价；而对极端偏心的情况，60偏心的相位差与90偏心的相位差基本一致，说明极端偏心时利用相位差来识别大的偏心角的效果差。而对小偏心角度如图中的0和30的分辨效果也不太好，只能大致区分大角度和小角度差别。因此对于偶极系统，利用2和4的相位差来判别偏心角度是最优选择。0015下面考察偏心程度对接收波形相位差的影响，首先给出了偏心角不同时，接收器2和4的相位差随偏心程度的变化。从图7可以看出仪器居中时2和4的相位差分布凌乱，这是因为2和4的幅度很低，二者的相位应该完全一致，但在数值模拟存在数值噪声，。
15、实际测井中存在井下噪声。在0偏心角时，2和4的相位差不受偏心程度的影响，均为零；在30和60偏心角的情形下，仪器偏心程度越大相位差的值越大，因而也可以采用2和4的相位差来定量判别偏心量的大小；仪器偏心角度为90时，表现的和居中的特征一样，原因与居中情况相同。0016下面考察接收器3与1上波形相位差随偏心量变化情况，从图8可以看出，仪器居中时接收器3和1波形相位差为零，在各偏心角度中波形相位差均随仪器偏心量的增大而降低由负相位差向零靠近，而且偏心角度越大可区分度越高。0017综上所述，在实际测井中可以单独采用接收器2和4的波形相位差来定量评价仪器的偏心角度，而采用接收器2和4的波形相位差及接收器。
16、3和1的波形相位差综合判别偏心量大小。附图说明0018图1仪器、井眼、地层示意图。0019图2仪器沿声源指向方向偏心时偏心程度对波形的影响。0020图3仪器沿30方向偏心时偏心程度对波形的影响。0021图4仪器沿60方向偏心时偏心程度对波形的影响。0022图5仪器偏心方向垂直声源指向时偏心程度对波形的影响。0023图6偏心程度不同时偏心角度对接收波形相位差的影响A适度偏心时9MM，接收器2与接收器4波形相位差随偏心角度的变化；B极端偏心时18MM，接收器2与接说明书CN103225501A4/4页6收器4波形相位差随偏心角度的变化；C适度偏心时9MM，接收器3与接收器1波形相位差随偏心角度的变。
17、化；D适度偏心时18MM，接收器3与接收器1波形相位差随偏心角度的变化。0024图7不同偏心角时接收器2与接收器4的相位差随偏心量的变化关系A0偏心角；B30偏心角；C60偏心角；D90偏心角。0025图8不同偏心角时接收器3与接收器1波形相位差随偏心量的变化关系A0偏心角；B30偏心角；C60偏心角。具体实施方式0026下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分，而不是全部。基于本发明，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发明，都属于本发明保护的范围。为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现0027图1是本发明。
18、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技术的结构图。声波仪器垂向的置于充满钻井液的井眼中，通过换能器1和3图中的声源1和声源3或者2和4这种对称的方式激发声波，并通过其上方的阵列接收器进行接收，从声波接收器上各道波形的幅度和相位就能直接指示出仪器的偏心方位和程度。在实际应用中，声波接收器上的波形信号会随着激发声波的频率、方位的不同而有所变化。即此方法为随钻仪器偏心提供了快速可靠的评价手段。说明书CN103225501A1/5页7图1图2说明书附图CN103225501A2/5页8图3说明书附图CN103225501A3/5页9图4说明书附图CN103225501A4/5页10图5图6说明书附图CN103225501A105/5页11图7图8说明书附图CN103225501A11。