專利名稱：聲波測(cè)井曲線的全局分類的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)交叉引用本申請(qǐng)涉及共有的美國專利第4,809,236、5,661,696、5,594,706、5,587,966、5,278,805號(hào)；美國專利申請(qǐng)第09/591,405和09/678,454號(hào)；以及PCT/IB00/00353，通過引用將其全部公開內(nèi)容合并于此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及碳?xì)浠衔锞碧街惺褂玫穆暡y(cè)井，本發(fā)明特別涉及用于處理聲波測(cè)井曲線波形的方法。
對(duì)井進(jìn)行聲波測(cè)量已在碳?xì)浠衔锟碧街泄Ｊ褂猛ǔＳ衫|繩懸吊在充滿泥漿的鉆井中的聲學(xué)工具來產(chǎn)生聲波測(cè)井曲線。聲波測(cè)井工具通常包括聲源(發(fā)射器)以及間隔幾英寸或英尺的多個(gè)接收器(接收器陣列)。需要注意的是，聲波測(cè)井工具可以包括多個(gè)發(fā)射器，并且聲波測(cè)井工具可以使用單發(fā)射機(jī)(單極模式)、雙發(fā)射機(jī)(偶極模式)或者多發(fā)射器(多極模式)來操作。從聲源發(fā)射聲信號(hào)，并在接收器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)當(dāng)在鉆井中向上拉出工具時(shí)，每隔幾英寸進(jìn)行測(cè)量。來自發(fā)射器的聲信號(hào)進(jìn)入緊挨著鉆井的地層，部分聲信號(hào)在鉆井中傳播。
聲波可以以實(shí)質(zhì)上兩種形式穿過鉆井周圍的地層體波和表面波。地層中穿行的體波有兩種類型壓縮波和剪切波。壓縮波，或P波是壓縮和膨脹的波，其在地層被急劇壓縮時(shí)產(chǎn)生。對(duì)壓縮波而言，沿與波行進(jìn)方向相同的方向發(fā)生微粒振動(dòng)。剪切波，或S波是從側(cè)面擊打物體時(shí)會(huì)發(fā)生的剪切作用的波。在這種情況下，巖石質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)垂直于波傳播的方向。
鉆井環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的表面波是來自鉆井中回響的源波反射的復(fù)雜的鉆井引導(dǎo)的波。最普通形式的表面波是Stoneley波。在使用偶極(定向)源和接收器的情況下，響應(yīng)來自源的偶極信號(hào)，鉆井的撓曲作用引起附加的彎曲波，并沿著鉆井傳播。需要注意的是，聲波也會(huì)穿過鉆井中的流體并沿工具本身行進(jìn)。如果不與地層發(fā)生相互作用，則這些波并不提供有用的信息，并且可能干擾所關(guān)心的波形。
通常，由接收器檢測(cè)壓縮波(P波)、剪切波(S波)以及Stoneley波。這些波在巖石中穿行的速度由巖石的機(jī)械特性、如密度和彈性動(dòng)態(tài)常數(shù)以及其它地層特性、如巖石中存在的流體的數(shù)量和類型、巖粒的構(gòu)成和粒間粘結(jié)程度控制。因此，通過測(cè)量鉆井中傳播的聲波的速度，可以用涉及這些特性的參數(shù)來表征周圍的地層。接收器記錄的信息通常用于確定諸如地層慢度(聲速的倒數(shù))的地層參數(shù)，從中可以確定孔隙壓力、透氣度以及其它測(cè)定。聲波的速率或速度經(jīng)常用1/速度來表示，稱為“慢度”。由于在鉆井中進(jìn)行聲測(cè)量的工具長(zhǎng)度固定，聲波在工具上兩點(diǎn)間行進(jìn)所用的時(shí)間差(？T)直接與地層中波的速度/慢度有關(guān)。在一些工具如DSITM(偶極聲頻成像儀)工具(Schlumberger擁有的商標(biāo))中，可使用聲信號(hào)來對(duì)地層成像。
有關(guān)聲波測(cè)井記錄和記錄處理技術(shù)的細(xì)節(jié)已在授予Ingram的美國專利第4,131,875號(hào)、授予Kimball和Marzetta的美國專利第4,594,691號(hào)、授予Kimball的美國專利第5,278,805號(hào)、授予Gill等的美國專利第5,831,934號(hào)；A.R.Harrison等，“Acquisition and Analysis of Sonic Waveforms From aBorehole Monopole and Dipole Source...”SPE 20557，第267-282頁(1990年9月)；以及C.V.Kimball and T.L.Marzetta，“Semblance Processing of BoreholeAcoustic Array Data”Geophysics，第49卷第274-281頁(1984年3月)中闡明，在此通過引用將其全部作為整體合并于此。
任何一個(gè)給定接收器對(duì)來自發(fā)射器的聲信號(hào)的響應(yīng)通常都是如圖1針對(duì)八接收器陣列示出的波形。其中展示了陣列中不同接收器接收的聲波形1至8。由于接收器到發(fā)射器之間不同的間隔，幾個(gè)接收器的響應(yīng)時(shí)間是交錯(cuò)的。所示第一個(gè)波至(arrival)10是壓縮波，接著是剪切波12的波至，然后是Stoneley波14的波至。應(yīng)當(dāng)理解，檢測(cè)到的聲信號(hào)非分散的地方(例如P波和S波)，每個(gè)接收器接收到的信號(hào)具有相同或相似的形態(tài)。然而，聲信號(hào)分散的地方(例如Stoneley波和彎曲波)，不同接收器獲得的信號(hào)將出現(xiàn)不同。
在大多數(shù)地層中，工具和井孔泥漿中的聲速小于地層中的聲速。在這種典型情況下，由接收器檢測(cè)壓縮波(P波)、剪切波(S波)、以及Stoneley波或管波的波至和波，并對(duì)其進(jìn)行處理。有時(shí)候，地層中的聲速小于鉆井泥漿中的聲速，即，該地層是“慢”地層。在這種情況下，沒有剪切波可用的折射路徑，而且通常接收器不能測(cè)量剪切波(S波)的波至。然而，該地層中的剪切波慢度仍然是期望獲得的地層參數(shù)。盡管沒有剪切波信號(hào)檢測(cè)就不可能直接測(cè)量地層剪切波慢度，但是可以通過其它測(cè)量來確定它。
一種從聲波形陣列中獲取地層慢度的方式是使用慢度時(shí)間相干性(STC)處理。美國專利第4,594,691號(hào)中給出了一種STC處理，其全文合并于此。STC處理是一種全波形分析技術(shù)，旨在發(fā)現(xiàn)復(fù)合波形中所有的傳播波形。該處理結(jié)果是在慢度-時(shí)間平面上對(duì)各種深度的相似性峰(semblance peak)的集合。在每個(gè)深度，峰與不同的波形波至相關(guān)聯(lián)。該處理采用相似性算法來跨越接收器陣列檢測(cè)相干的波至，并估計(jì)其慢度。該基本算法在可能的波至?xí)r間范圍內(nèi)，以小重疊步長(zhǎng)將固定長(zhǎng)度的時(shí)窗跨越整個(gè)波形推移。對(duì)于每個(gè)時(shí)間位置，窗位置跨越接收器波形陣列，以對(duì)應(yīng)于所期望的最快波的移出(moveout)開始并移向所期望的最慢波，來對(duì)時(shí)間線性地移出。對(duì)于每次移出都計(jì)算相干函數(shù)，以測(cè)量窗內(nèi)波的相似性。當(dāng)窗時(shí)間與移出對(duì)應(yīng)于特定分量的波至?xí)r間和慢度時(shí)，窗內(nèi)波形幾乎相同，產(chǎn)生高相干性值。以這種方式，在波分量的可能波至?xí)r間和慢度范圍內(nèi)檢測(cè)了這組來自陣列的波形。
STC處理在慢度/波至?xí)r間平面上產(chǎn)生等相干性(相似性)曲線圖(contourplot)。相似性函數(shù)將波至的出現(xiàn)或缺席與特定的慢度和特定的波至?xí)r間關(guān)聯(lián)起來。如果假定的慢度和波至?xí)r間與實(shí)測(cè)的波至的慢度和波至?xí)r間不一致，則相似性取較小的值。因此，接收到的波形中的波至表明其自身為相似性對(duì)慢度和波至?xí)r間的曲線中的局部峰值。典型地，這些峰以前面提到的Kimball和Marzetta的論文中討論的峰搜索程序找到。
由于STC處理的輸出是相干性曲線，可以使用每個(gè)波至的相干性來作為質(zhì)量指標(biāo)，較高的值意味著較大的測(cè)量可重復(fù)性。當(dāng)處理偶極波形時(shí)，一個(gè)相干性波峰將對(duì)應(yīng)于彎曲模式，但其慢度總是大于(慢于)真實(shí)的剪切波慢度。使用預(yù)先計(jì)算的修正來消除這一偏差。
在簡(jiǎn)單STC處理中，考慮所有接收器站。另一種類型的慢度時(shí)間相干性是處理多射孔(multi-shot)慢度時(shí)間相干性(MSTC)處理，其中考慮接收器陣列中的接收器站的子陣列。MSTC處理已在美國專利申請(qǐng)第09/678,454號(hào)中描述，通過引用將其全部?jī)?nèi)容合并于此。
在前述方法中，使用相同的后向傳播和堆積(stacking)技術(shù)，而不管波被分析為P波、S波還是Stoneley波，即不管該波是非分散的還是分散的。還已知有其它技術(shù)來處理分散波。對(duì)于分散波，對(duì)STC處理進(jìn)行修改，以考慮頻率和離差(dispersion)的影響。
美國專利第5,229,939號(hào)(其全文合并于此)中描述的偏差修正STC涉及使用STC方法處理彎曲波形，但是通過涉及所測(cè)量的慢度和井徑的因子來修正非分散處理結(jié)果，即對(duì)STC結(jié)果進(jìn)行后處理。具體說來，通過以STC技術(shù)處理模型波形并比較測(cè)得慢度和該模型的地層剪切波慢度而獲得修正值。
已知提供用來解決離差的慢度井測(cè)的第二種技術(shù)有美國專利第5,278,805號(hào)中提出的分散慢度時(shí)間相干性(DSTC)處理或快速DSTC(QDSTC)，通過引用將其全部?jī)?nèi)容合并于此。DTSC處理寬泛地包括傅立葉域中后向傳播所檢測(cè)的分散波形，同時(shí)解決離差，然后堆積處理過的波形。DSTC處理能夠應(yīng)用于非分散波，如單極壓縮波或剪切波。由于DSTC處理要求的第一步是計(jì)算或選擇或適當(dāng)?shù)碾x差曲線，因此只需要表示非分散波的離差曲線，即扁平“曲線”。
慢度時(shí)間相干性處理的第一步是計(jì)算相似性，其是慢度和時(shí)間的二維函數(shù)，一般稱之為STC慢度-時(shí)間平面。相似性是慢度為p的陣列輸出的聚束狀能量(“相干能量”)除以長(zhǎng)度為T的時(shí)窗內(nèi)的波形能量(“總能量”)得到的商。相似性函數(shù)由公式(1)給出，其中xi(t)是接收器間距為ΔZ的等間距M接收器陣列中第i個(gè)接收器記錄的波形。在深度Z獲得的波形陣列{xi(t)}構(gòu)成單幀數(shù)據(jù)。
特定深度Z的相似性ρ(τ，p)是時(shí)間τ和慢度p的函數(shù)。
第二步是識(shí)別對(duì)應(yīng)于慢度-時(shí)間平面上的高相干性的峰。通過用峰掩模掃描該平面來識(shí)別峰。峰掩模是平行四邊形，其斜率與發(fā)射器-接收器間距對(duì)應(yīng)。峰定義為掩模區(qū)內(nèi)的最大值。對(duì)于每個(gè)峰記錄五個(gè)變量慢度坐標(biāo)p、時(shí)間坐標(biāo)τ、相似性ρ(τ，p)、相干能量(公式1中的分子)以及總能量(公式1中的分母)。
相干性值中的峰表示波形中的相干波至。對(duì)于每個(gè)深度，可以獲得作為慢度和時(shí)間的函數(shù)的等相干性曲線，稱之為慢度-時(shí)間平面。在將每個(gè)相干性峰的慢度和波至?xí)r間與所搜索的波至期望的傳播性質(zhì)進(jìn)行比較時(shí)進(jìn)行分類，并保留與這些性質(zhì)最相符的。以這種方式對(duì)波至分類產(chǎn)生慢度對(duì)深度的連續(xù)記錄曲線。
通常在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，將每個(gè)相干性峰的慢度和波至?xí)r間與所期望的波至的傳播性質(zhì)進(jìn)行比較，并關(guān)于波至類型進(jìn)行分類，“標(biāo)記”或“跟蹤”為對(duì)應(yīng)于壓縮波(P波)、剪切波(S波)或Stoneley波形的波至。如此分類之后，波至產(chǎn)生稱之為“軌跡”的慢度對(duì)深度的連續(xù)記錄曲線，即由識(shí)別為屬于與圖2所示相同的波至的峰組成的一系列測(cè)量值。參考圖2，將峰20分類為壓縮波至，而將峰22分類為剪切波至，分類后的峰加入到慢度對(duì)深度記錄曲線中相同波形的其它波至中。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，跟蹤包括兩個(gè)不同的步驟1)在跟蹤-搜索步驟中加入對(duì)應(yīng)于同一波形波至的峰以組成“軌跡”；以及2)通過軌跡分類用名稱鑒別軌跡。在這些方法中，各個(gè)峰要求進(jìn)行獨(dú)立于軌跡的分類。
由于很多原因，對(duì)峰進(jìn)行正確的跟蹤是一個(gè)困難的過程。一些峰可能對(duì)應(yīng)于空間假信號(hào)，而不是真實(shí)波形的波至。一些峰可能實(shí)際上是兩個(gè)靠在一起的峰。總而言之，現(xiàn)有技術(shù)中的跟蹤方法的缺點(diǎn)在于聲波形數(shù)據(jù)中較小的改變就可能導(dǎo)致最終分類的較大差異。
在美國專利申請(qǐng)第09/591,405號(hào)(下文中稱其為“405”)中描述的稱為局部分類的分類方法中，通過僅涉及兩個(gè)級(jí)、即當(dāng)前級(jí)和先前級(jí)來對(duì)峰分類。軌跡的峰的這一局部分類獨(dú)立于其它不鄰近的峰。這種分類由于所使用的貝葉斯算法的限制而不能對(duì)整個(gè)軌跡分類，而只是對(duì)任何特定時(shí)間的軌跡的相鄰峰分類。這些分類的峰用于產(chǎn)生軌跡，而該軌跡基于組成它的峰的分類而分類?！?05”方法的優(yōu)點(diǎn)是使分類能夠遵循集成慢度確定過程(ISDP)處理的常用數(shù)據(jù)流，并且可適用于進(jìn)行井位定點(diǎn)。然而，在一些情況下，局部分類不夠穩(wěn)定，也不能避免諸如對(duì)應(yīng)于最終記錄曲線中不同波至或尖峰的兩個(gè)軌跡之間的跳躍的缺陷。有些情況下，希望有不同的分類方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供更精確的跟蹤聲波形信息的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供用于跟蹤聲測(cè)量到可以識(shí)別為屬于單個(gè)波至或“軌跡”的序列中的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供可以自動(dòng)執(zhí)行的波形分析方法。
本發(fā)明提供了一種確定鉆井穿過的地層中聲音慢度的方法，包括從在多個(gè)深度接收的聲波形峰中產(chǎn)生軌跡，其中在跟蹤之前未對(duì)峰進(jìn)行分類。產(chǎn)生軌跡可以包括對(duì)長(zhǎng)軌跡分類；對(duì)小軌跡分類；對(duì)重疊軌跡分類；填充縫隙；以及創(chuàng)建最終記錄曲線。
本發(fā)明的實(shí)施例包括使用未分類的軌跡來填充縫隙，并執(zhí)行內(nèi)插法來填充縫隙。一個(gè)實(shí)施例包括使用時(shí)間和慢度而不使用相似性來分類。根據(jù)本發(fā)明，可以彼此獨(dú)立地對(duì)軌跡分類。
在更具體的實(shí)施例中，使用下面的方法對(duì)長(zhǎng)軌跡分類，包括擬合有關(guān)軌跡的峰的分布函數(shù)；計(jì)算分布的平均值和方差；比較該數(shù)據(jù)的分布和模型數(shù)據(jù)的分布；以及如果所述比較判定軌跡數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)一致，則根據(jù)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。
在另一個(gè)實(shí)施例中，使用下面的方法對(duì)小軌跡分類，包括計(jì)算軌跡的2維中值(median)，所述中值是由慢度和時(shí)間域中對(duì)應(yīng)坐標(biāo)定義的點(diǎn)；確定慢度和時(shí)間域與模型數(shù)據(jù)分布的交集；定義慢度和時(shí)間域中的模型為橢圓；以及基于峰相對(duì)于模型數(shù)據(jù)的位置對(duì)小軌跡分類。
另一個(gè)實(shí)施例包括確定在對(duì)應(yīng)于所選軌跡的記錄曲線中，在由所選未分類軌跡覆蓋的深度范圍內(nèi)是否存在縫隙，在確定所選未分類軌跡是否可用于填充縫隙之后填充該縫隙。另一個(gè)實(shí)施例包括通過估計(jì)所選軌跡是否在骨架的上部和下部之間來確定所選縫隙是否可用于填充縫隙，其中所述骨架包括迄今為止已分類的軌跡。在具體的實(shí)施例中，長(zhǎng)軌跡包括多于20個(gè)波至幀，小軌跡包括少于或等于20個(gè)幀，而慢度和時(shí)間處理為2維高斯隨機(jī)過程，其中基于在先前深度的測(cè)量值在一個(gè)深度通過2維卡爾曼(Kalman)濾波器處理測(cè)量慢度和時(shí)間的概率分布。
參考下面詳細(xì)的描述和所提供的附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。


通過附圖中的描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中圖1展示了現(xiàn)有技術(shù)中來自接收器陣列的波形。
圖2展示了現(xiàn)有技術(shù)中在慢度對(duì)深度記錄曲線上跟蹤相干性峰以及波至分類的概念。
圖3展示了實(shí)際數(shù)據(jù)軌跡的例子。軌跡可以包括壓縮波、剪切波、Stoneley波、彎曲波或分散波波至。一定要注意的是，每個(gè)期望的波形波至每一級(jí)只有一個(gè)峰。
圖4展示了所描述的全局分類方法的步驟。
圖5展示了如何對(duì)實(shí)際軌跡峰波形數(shù)據(jù)擬合高斯函數(shù)的例子。
圖6A、6B以及6C展示了實(shí)際軌跡數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)的比較。
圖7展示了使用2維模型對(duì)小軌跡進(jìn)行的分類。
圖8展示了用于填充縫隙的未使用軌跡的例子。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，其中展示了八接收器陣列對(duì)來自發(fā)射器的聲信號(hào)的典型波形響應(yīng)。盡管以八接收器陣列進(jìn)行說明，但是應(yīng)該明白，本發(fā)明可用于任何數(shù)量的接收器或任何類型的源。使用任何類型的慢度時(shí)間相干性(STC)方法(在此描述了其例子)，處理了波形響應(yīng)，并且確定了慢度-時(shí)間平面。
本方法用于產(chǎn)生包括特定深度上所有峰的粗略慢度或時(shí)間軌跡，其中先前沒有對(duì)峰分類。在該全局分類中，認(rèn)為粗略軌跡是由峰組成的單個(gè)對(duì)象。使用相似性、時(shí)間和慢度來定義這些峰。在已公開的技術(shù)的實(shí)施例中，只使用時(shí)間和慢度而不使用相似性來進(jìn)行分類。這些粗略軌跡可包括對(duì)應(yīng)于任何特定深度上的壓縮波(P波)、剪切波(S波)或Stoneley波的峰。參考圖3，其中展示了粗略慢度軌跡30和粗略時(shí)間軌跡36。本發(fā)明包括每個(gè)深度上所有峰波至，而不需先前對(duì)峰分類。通過這一方法，對(duì)軌跡的分類比現(xiàn)有技術(shù)中需要比較將峰加入軌跡之前各個(gè)峰的分類的方法簡(jiǎn)單。一旦產(chǎn)生了這些粗略的慢度和時(shí)間軌跡，就應(yīng)用圖4所示的稱為全局分類的方法。
參考圖4，全局分類的方法包括5個(gè)步驟1)對(duì)長(zhǎng)軌跡分類40；2)對(duì)短軌跡分類44；3)對(duì)重疊軌跡分類48；4)填充縫隙52；以及5)創(chuàng)建最終記錄曲線56。填充縫隙52的方式的兩個(gè)例子是使用未分類軌跡填充縫隙和使用線性內(nèi)插法。首先對(duì)長(zhǎng)軌跡進(jìn)行分類。如果軌跡中峰的數(shù)量大于或等于L，則視該軌跡為長(zhǎng)軌跡。在這里描述的一個(gè)實(shí)施例中，L的值對(duì)應(yīng)于20個(gè)幀，其轉(zhuǎn)換為10英尺。這一值對(duì)應(yīng)于陣列分辨率的幾乎3倍。然而，應(yīng)該注意到，L可以是任何數(shù)。還應(yīng)該注意到，對(duì)應(yīng)于20個(gè)幀的L的值足以對(duì)長(zhǎng)軌跡執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析。
然后對(duì)小軌跡進(jìn)行分類。如果軌跡中的峰數(shù)小于L，則視該軌跡為小軌跡。接下來對(duì)重疊軌跡進(jìn)行分類。在對(duì)軌跡進(jìn)行分類之后，使用小部分未分類軌跡或者在小縫隙的情況下通過內(nèi)插法，來填充縫隙。這使得能夠使用對(duì)整個(gè)間隔可用的所有信息來形成對(duì)深度的連續(xù)記錄曲線。
使用模型來對(duì)軌跡進(jìn)行分類。一個(gè)實(shí)施例使用具有在慢度和時(shí)間域中的2維標(biāo)準(zhǔn)高斯分布的模型。另一個(gè)實(shí)施例使用2維卡爾曼濾波器來確定慢度-時(shí)間平面數(shù)據(jù)的2維高斯概率分布。然而，模型的選擇并不意味著限制，在不脫離所公開的技術(shù)的精神和范圍的情況下，可以使用其它模型?；诘貙宇愋秃退x模式如單極模式或偶極模式，來確定這些模型對(duì)時(shí)間和慢度的平均值和方差。PCT/IB00/00353中定義典型地層類型為快、中、慢、非常慢以及極慢。這些地層類型是說明性的，應(yīng)該明白，本發(fā)明不限于使用這些地層類型描述。根據(jù)在所考慮的波形波至的多個(gè)位置獲得的其它測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)以及所選擇的發(fā)射器模式如單極模式或偶極模式，可確定地層類型的時(shí)間和慢度的典型平均值和方差。應(yīng)該注意的是，對(duì)所有不同的波至而言，由于使用來自所有波至的峰構(gòu)造模型，所以模型數(shù)據(jù)分布是相同的。只有平均值和方差會(huì)根據(jù)所考慮的波形波至而改變。
通過估計(jì)軌跡中峰的分布與模型數(shù)據(jù)如何匹配來對(duì)長(zhǎng)軌跡進(jìn)行分類。這一處理的第一部分包括對(duì)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)的直方圖)擬合高斯函數(shù)。應(yīng)該注意的是，假設(shè)實(shí)際數(shù)據(jù)具有與模型數(shù)據(jù)相似的分布。圖5圖解了對(duì)對(duì)應(yīng)于實(shí)際軌跡的數(shù)據(jù)64的直方圖擬合高斯函數(shù)模型60。然后確定實(shí)際數(shù)據(jù)分布的方差和平均值，并與模型數(shù)據(jù)的平均值和方差進(jìn)行比較。比較實(shí)際數(shù)據(jù)分布與模型數(shù)據(jù)分布，以判定兩個(gè)模型是否一致?？梢允褂媒y(tǒng)計(jì)試驗(yàn)來估計(jì)一致性，并且這一試驗(yàn)的結(jié)果是當(dāng)前軌跡與所考慮的模型一致的概率。圖6A、6B以及6C展示了這種比較的例子。如果實(shí)際軌跡數(shù)據(jù)70與模型數(shù)據(jù)74很好地比擬，如圖6A所示，那么將軌跡分類為由模型數(shù)據(jù)定義的波至。如果實(shí)際軌跡數(shù)據(jù)70和模型數(shù)據(jù)74不能很好地比擬，如圖6B所示，那么不能將軌跡分類為由模型數(shù)據(jù)定義的波至；應(yīng)該使用不同的波形模型來比擬。如果如圖6C所示，沒有擬合實(shí)際數(shù)據(jù)70的波形模型74，則可以將該波至分類為假警報(bào)。數(shù)據(jù)和模型之間一致性的級(jí)別是軌跡分類置信度級(jí)別的指標(biāo)。
在小軌跡的情況下，每個(gè)軌跡上峰的數(shù)量不足以象長(zhǎng)軌跡的情況一樣來估計(jì)峰的分布。所以使用不同的程序。計(jì)算軌跡的2維中值。該點(diǎn)將用慢度和時(shí)間域中的特定坐標(biāo)限定為Xm(S)、Ym(t)。該坐標(biāo)用于代表慢度和時(shí)間域中的軌跡。
然后使慢度-時(shí)間域與模型數(shù)據(jù)分布交叉。慢度時(shí)間域中的模型定義為橢圓，或者如果慢度和時(shí)間的方差相同則為圓。圖7展示了這樣的交集，其中展示了壓縮波模型80和剪切波模型82。對(duì)應(yīng)于限定的坐標(biāo)，與模型數(shù)據(jù)相關(guān)的這個(gè)峰的位置確定如何對(duì)所考慮的軌跡進(jìn)行分類。如果峰在模型內(nèi)，將其分類為有關(guān)該模型的波至。如果峰不在模型內(nèi)，則不根據(jù)該模型進(jìn)行分類。參考圖7，峰84被分類為壓縮波峰，峰86被分類為剪切波峰，而峰88則通過計(jì)算其與包含它的波形模型的中心的相對(duì)接近程度來分類。
全局分類的一個(gè)問題涉及兩個(gè)軌跡之間的重疊。當(dāng)有兩個(gè)相同深度間隔上根據(jù)相同波至分類的軌跡時(shí)出現(xiàn)這種情況。根據(jù)不同軌跡的相對(duì)位置(例如，同延、重疊、分離)，需要考慮三種不同的情況。由于已知這兩個(gè)軌跡具有相同的波至，這里的問題不在于如何對(duì)軌跡進(jìn)行分類。相反，問題是基于每個(gè)軌跡的重疊軌跡的相干性時(shí)間和慢度信息來選擇最佳部分，以建立最終記錄曲線。最佳部分通過比較整個(gè)間隔上兩個(gè)軌跡的相干性值，并選擇具有最大相干度的軌跡，來選擇最佳部分。
在對(duì)所有長(zhǎng)和小軌跡分類之后，仍有一些軌跡尚未使用。這些軌跡未被使用是因?yàn)槠渑c其它軌跡相比概率較小，或者是因?yàn)槠洚a(chǎn)生假警報(bào)；將其稱為未分類軌跡。已分類軌跡產(chǎn)生最終記錄曲線的骨架。使用該骨架和未分類軌跡來填充存在的縫隙?；诳赡艽嬖诘那€來填充縫隙。如果考慮單極模式，則對(duì)壓縮波波至和剪切波波至都填充縫隙。另一方面，如果使用Stoneley或偶極模式，則只需要檢查一個(gè)波至。
檢查軌跡以確定在確定深度是否存在縫隙。如果存在縫隙，則確定是否可以使用未使用的或未分類的軌跡來填充縫隙。使用不同的試驗(yàn)來進(jìn)行確定。起初，確定慢度域的軌跡是否在骨架的上部和下部之間。如果該軌跡在骨架的上部和下部之間，則用其填充縫隙。如果軌跡不在記錄曲線中縫隙的上部和下部之間，則測(cè)量該軌跡和骨架之間的距離，以確定該段是壓縮波還是剪切波，以確定其是否適于填充在軌跡縫隙中。圖8展示了未分類軌跡92的例子，該軌跡可以用于填充在已分類壓縮波軌跡90和已分類剪切波軌跡94中的縫隙。根據(jù)所考慮的模式，距離視為在一定閾值內(nèi)，在這種情況下可以對(duì)該軌跡進(jìn)行分類。如果距離超出了一定閾值，則刪除該軌跡。
在這里描述的例子中，只考慮一個(gè)波至。然而，應(yīng)該注意的是，根據(jù)所使用的模式，可以考慮所有波至。應(yīng)該注意的是，只有軌跡中的慢度部分被視為用于填充縫隙的指標(biāo)。在這一階段，不再使用時(shí)間信息；使用慢度變量作為有關(guān)該過程的辨別參數(shù)。
如果軌跡中仍有縫隙，則使用內(nèi)插法來填充該縫隙，在這一步驟之前，已對(duì)所建立的所有軌跡進(jìn)行了分類。然而，記錄曲線中仍然可能因?yàn)榉宓娜毕嬖谝恍┛p隙。例如，在給定的深度，可能沒有建立軌跡或沒有對(duì)軌跡分類。在這里描述的一個(gè)實(shí)施例中，只在縫隙是小縫隙時(shí)，即小于或等于5個(gè)深度級(jí)時(shí)，才在軌跡間進(jìn)行線性內(nèi)插。在另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)插是線性的。然而，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，也可以使用其它內(nèi)插法。
在所有軌跡都已分類，且縫隙也已填充之后，產(chǎn)生慢度對(duì)深度的最終記錄曲線，其包括根據(jù)全局分類技術(shù)給出的軌跡。
這一對(duì)軌跡進(jìn)行分類的方式與現(xiàn)有技術(shù)中的分類方法的不同之處在于考慮了整個(gè)間隔上的全部信息。通過考慮整個(gè)間隔上的信息，避免了對(duì)各個(gè)峰的分類可能導(dǎo)致的最終記錄曲線上的跳躍和尖峰。然而在本發(fā)明中，在分類開始之前，所有峰必須合并到為整個(gè)深度產(chǎn)生的粗略軌跡和粗略慢度或時(shí)間軌跡中。這一數(shù)據(jù)流并不遵循通常的聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)流，而是以一定數(shù)量的級(jí)別緩沖，并且可以使用其它軟件技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。
在本全局分類技術(shù)中，不需要使用形成軌跡的所有點(diǎn)來估計(jì)該軌跡是壓縮波或剪切波的概率。即，不需要估計(jì)每個(gè)單獨(dú)峰的概率，而是將軌跡視為包括多個(gè)峰的單個(gè)對(duì)象。同樣，對(duì)一個(gè)軌跡的分類與其它軌跡獨(dú)立。不需要考慮不同軌跡之間的關(guān)聯(lián)。例如，在單極模式中，軌跡可以分類為壓縮波波至、剪切波波至或假警報(bào)。如果實(shí)際數(shù)據(jù)可以擬合波形模型，從而其可以是壓縮波波至也可以是剪切波波至，則視其為假警報(bào)。在偶極模式中，可以將軌跡分類為剪切波波至或Stoneley波波至或假警報(bào)。
可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)該全局分類技術(shù)。優(yōu)選的，以可編程計(jì)算機(jī)上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述計(jì)算機(jī)各自包括處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)(包括存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)元件)、至少一個(gè)輸入設(shè)備以及至少一個(gè)輸出設(shè)備。程序代碼應(yīng)用到輸入數(shù)據(jù)上以執(zhí)行上面描述的功能，并產(chǎn)生輸出信息。可以以用編程語言寫出的計(jì)算機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)程序代碼，以與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信。
每個(gè)這種計(jì)算機(jī)程序可以存儲(chǔ)在通用或?qū)Ｓ每删幊逃?jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)或設(shè)備(例如ROM或磁/光盤或磁盤)上，用于在該存儲(chǔ)介質(zhì)或裝置被計(jì)算機(jī)讀取以執(zhí)行這里描述的過程時(shí)，配置和操作計(jì)算機(jī)。還可以考慮將該技術(shù)實(shí)現(xiàn)為配置有計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中存儲(chǔ)介質(zhì)配置為使計(jì)算機(jī)以特定且預(yù)定的方式操作以執(zhí)行這里描述的功能。
根據(jù)前述公開和講述內(nèi)容，本發(fā)明的其它修改和變更對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是明顯的。同樣，盡管描述了特定的裝置，應(yīng)該明白，也可以使用其它類型和不同數(shù)量的源和接收器。相似地，應(yīng)該明白，用于處理所獲得的波信號(hào)的處理裝置可以采用大量形式中的任何一種，如計(jì)算機(jī)、專用電路等。所以，盡管這里僅具體描述了本發(fā)明的確定的實(shí)施例，但是應(yīng)該明白，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行大量的修改。
權(quán)利要求
1.一種確定鉆井穿過的地層中聲音慢度的方法，包括從在多個(gè)深度接收的聲波形峰中產(chǎn)生軌跡，其中在跟蹤之前未對(duì)峰進(jìn)行分類。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生軌跡的步驟包括對(duì)長(zhǎng)軌跡分類；對(duì)小軌跡分類；對(duì)重疊軌跡分類；填充縫隙；以及創(chuàng)建最終記錄曲線。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述填充縫隙還包括使用未分類的軌跡來填充縫隙。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述填充縫隙還包括執(zhí)行內(nèi)插法。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述內(nèi)插法是線性的。
6.如權(quán)利要求5所說的方法，其中如果小縫隙小于6幀則執(zhí)行線性內(nèi)插法。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其中填充縫隙還包括執(zhí)行內(nèi)插法。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中認(rèn)為軌跡是包括峰的單個(gè)對(duì)象。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用相似性、時(shí)間以及慢度來限定所述峰。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中只使用時(shí)間和慢度來進(jìn)行分類。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中使用形成軌跡的所有點(diǎn)來確定該軌跡是壓縮波和剪切波之一的概率。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中一個(gè)軌跡的分類與不同于該一個(gè)軌跡的軌跡的分類無關(guān)。
13.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)長(zhǎng)軌跡分類的方法還包括對(duì)所述軌跡的峰擬合分布函數(shù)；計(jì)算該分布的平均值和方差；比較該數(shù)據(jù)的分布和模型數(shù)據(jù)的分布；以及如果所述比較判定所述軌跡數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)一致，則根據(jù)模型數(shù)據(jù)對(duì)長(zhǎng)軌跡進(jìn)行分類。
14.如權(quán)利要求2所述的方法，其中對(duì)小軌跡分類的步驟還包括計(jì)算所述軌跡的2維中值，所述中值是由慢度和時(shí)間域中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)定義的點(diǎn)；確定慢度和時(shí)間域與模型數(shù)據(jù)分布的交集；定義慢度和時(shí)間域中的模型為橢圓；以及基于峰相對(duì)于模型數(shù)據(jù)的位置對(duì)小軌跡分類。
15.如權(quán)利要求2所述的方法，其中填充縫隙的步驟還包括確定所選軌跡中由所選未分類軌跡覆蓋的深度范圍內(nèi)是否有縫隙；如果沒有發(fā)現(xiàn)縫隙則刪除軌跡；以及在確定所選未分類軌跡可用于填充該縫隙之后填充所選軌跡中的縫隙。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定所選軌跡是否可用于填充縫隙是通過估計(jì)所選軌跡是否在骨架的上部和下部之間而完成的，其中所述骨架包括迄今為止已分類的軌跡。
17.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述長(zhǎng)軌跡包括多于20個(gè)幀。
18.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述小軌跡包括少于或等于20個(gè)幀。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述模型是壓縮波模型或剪切波模型之一。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中視慢度和時(shí)間峰為具有高斯概率分布。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中基于先前深度的測(cè)量在一個(gè)深度測(cè)量慢度和時(shí)間峰的2維高斯概率分布。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中通過2維卡爾曼過濾器處理來進(jìn)行所述測(cè)量。
23.一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于執(zhí)行確定鉆井穿過的地層中聲音慢度的方法，包括從在多個(gè)深度接收的聲波形峰中產(chǎn)生軌跡，其中所述方法包括對(duì)長(zhǎng)軌跡分類；對(duì)小軌跡分類；對(duì)重疊軌跡分類；填充縫隙；以及創(chuàng)建最終記錄曲線，其中該方法用存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)的程序來實(shí)現(xiàn)，并將輸出施加到至少一個(gè)輸出設(shè)備。
24.一種確定鉆井穿過的地層中聲音慢度的方法，包括從在多個(gè)深度接收的聲波形峰中產(chǎn)生軌跡，包括a)對(duì)大于20個(gè)幀的長(zhǎng)軌跡進(jìn)行分類，還包括對(duì)軌跡的峰擬合分布函數(shù)；計(jì)算該分布的平均值和方差；比較該數(shù)據(jù)的分布和模型數(shù)據(jù)的分布；以及如果所述比較判定軌跡數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)一致，則根據(jù)模型數(shù)據(jù)對(duì)長(zhǎng)軌跡進(jìn)行分類；b)對(duì)小于或等于20個(gè)幀的小軌跡進(jìn)行分類，還包括計(jì)算軌跡的2維中值，所述中值是由慢度和時(shí)間域中的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)定義的點(diǎn)；確定慢度和時(shí)間域與模型數(shù)據(jù)分布的交集；定義慢度和時(shí)間域中的模型為橢圓；以及基于峰相對(duì)于模型數(shù)據(jù)的位置對(duì)小軌跡分類；c)對(duì)重疊軌跡進(jìn)行分類；d)填充縫隙，還包括確定所選軌跡中由所選未分類軌跡覆蓋的深度范圍內(nèi)是否有縫隙；如果沒有發(fā)現(xiàn)縫隙則刪除該軌跡；以及在確定所選未分類軌跡可用于填充縫隙之后填充所選軌跡中的縫隙；e)創(chuàng)建最終記錄曲線。
全文摘要
公開了一種確定鉆井穿過的地層中聲音慢度的方法，包括從在多個(gè)深度接收的聲波形峰中產(chǎn)生軌跡，其中在跟蹤之前未對(duì)峰進(jìn)行分類。公開了一種通過對(duì)長(zhǎng)軌跡分類；對(duì)小軌跡分類；對(duì)重疊軌跡分類；填充縫隙；以及創(chuàng)建最終記錄曲線來產(chǎn)生慢度對(duì)深度記錄曲線的方法。在進(jìn)一步的改進(jìn)中，使用未分類軌跡和內(nèi)插法來填充縫隙。
文檔編號(hào)G01V1/48GK1582403SQ02821949
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2002年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月8日
發(fā)明者H·瓦萊洛, A·布賴, 遠(yuǎn)藤猛 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格海外股份有限公司