對(duì)彈性各向異性的剪切測井的校正的制作方法
【專利摘要】描述了用于確定被井身(34)橫穿的地球地層的橫向各向同性(TI)區(qū)域(38)的剪切波速度的方法，在井身的縱軸(34a)和TI區(qū)域的對(duì)稱軸(40)之間具有非零的相對(duì)傾角。聲波工具(10、20)用來測量具有與井身的縱軸正交的偏振的TI區(qū)域中的剪切速度。其中一個(gè)剪切速度被識(shí)別為準(zhǔn)剪切速度。作為準(zhǔn)剪切速度的函數(shù)，計(jì)算在沿TI區(qū)域的對(duì)稱軸(40)的方向傳播的剪切波速度。當(dāng)聲波工具的朝向未知并且測出的剪切速度包括快剪切速度和慢剪切速度時(shí)，該方法包括把快或慢剪切速度識(shí)別為準(zhǔn)剪切模式。
【專利說明】對(duì)彈性各向異性的剪切測井的校正

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地球地層的聲波調(diào)查，更具體而言涉及用于校正剪切測井以解決彈性 各向異性的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聲學(xué)測井（acoustic logging)常常用來識(shí)別包圍井身（wellbore)的地層的屬 性。如圖1中示意性地說明的，聲波工具10位于井身16中。聲波工具10包括至少一個(gè)建 立機(jī)械干擾的發(fā)送器或源12,例如利用壓電或磁致伸縮材料。機(jī)械干擾在鉆孔流體和周圍 的地層中建立聲波。發(fā)送器12可以是產(chǎn)生全方位壓力變化的單極源，或者是產(chǎn)生定向變化 的偶極子源。交叉偶極子工具使用正交定向的兩組偶極子。源12包括沿井身16傳播的幾 種類型的首波（headwave)，包括壓縮和彎曲波及模式，諸如Stoneley模式。
[0003] 聲波工具還包括測量在地層和鉆孔流體中傳播的波列的多個(gè)接收器14。接收器可 以例如由生成對(duì)應(yīng)于工具10周圍壓力變化的電流的壓電陶瓷制成。分析測出的干擾，以得 出關(guān)于波列速度的信息，包括沿井身傳播的壓縮波及快和慢剪切波的速度。分析出的信息 提供對(duì)井身16周圍地層結(jié)構(gòu)的洞察。
[0004] 關(guān)于聲波測井工具的進(jìn)一步信息可以在以下文獻(xiàn)中找到：
[0005] Close, D.，Cho, F.，Horn, F.和 Edmundson，H. (2009)，"The Sound of Sonic:A Historical Perspective and Introduction to Acoustic Logging,，'CSEG Recorder, 34-43 頁，5 月；以及
[0006] Pistre，V.等人（2005)，"A Modular Wireline Sonic Tool for Measurements of 3D (Azimuthal, Radial, and Axial) Formation Acoustic Properties,，'SPWLA 46th Annual Logging Symposium, 6 月 26-29 日，New Orleans, Louisiana。
[0007] 諸如頁巖的沉積巖常常呈現(xiàn)出各向異性，這會(huì)對(duì)聲學(xué)分析引入不確定性。期 望確定精確的剪切波速度來恰當(dāng)?shù)赜?jì)算反射系數(shù)和地震反射振幅。在橫向各向同性 (TI)介質(zhì)中，知道沿介質(zhì)對(duì)稱軸的剪切速度是有用的。對(duì)于傾斜的（dipping)各向異 性地層（諸如頁巖）中的斜（inclined)井，電纜測井所記錄的剪切波速度將不等于 沿對(duì)稱軸的剪切波速度；通常它們將更大。甚至對(duì)于頁巖中的交叉-偶極子剪切測井 (cross-dipole-shear-log)，快和慢剪切波速度也都會(huì)大于沿對(duì)稱軸的剪切波速度。測出 的剪切波速度會(huì)比沿對(duì)稱軸的剪切波速度大高達(dá)10%或者更多。剪切波速度中10%的誤 差會(huì)對(duì)計(jì)算出的反射系數(shù)有大的影響。
[0008] -種方法是使用在交叉偶極子剪切聲波測井中所記錄的慢剪切波速度。對(duì)于如果 不是全部也是大部分呈現(xiàn)固有各向異性的巖石，這種剪切速度大于沿對(duì)稱軸的剪切速度， 但這種選擇會(huì)是剪切聲波測井測出的兩個(gè)剪切波速度的最佳選擇。
[0009] 對(duì)于把各向異性考慮在內(nèi)的備選和改進(jìn)技術(shù)，存在持續(xù)的需求。
[0010] 本說明書中對(duì)任何現(xiàn)有技術(shù)的參考都不是并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是承認(rèn)或以任何形式 暗示這種現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成公知常識(shí)的一部分或者這種現(xiàn)有技術(shù)可以合理地被預(yù)期為要被本 領(lǐng)域技術(shù)人員確定、理解或認(rèn)為是相關(guān)的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 這里所描述的方法涉及利用之前確定的地層彈性各向異性的估計(jì)，從通過傾斜各 向異性地層的斜井中的聲波測井估計(jì)沿對(duì)稱軸的剪切波速度的問題。
[0012] 廣義地說，本發(fā)明涉及利用測出的準(zhǔn)剪切速度而不是利用測出的剪切速度或者測 出的剪切速度和準(zhǔn)剪切速度的組合來計(jì)算沿對(duì)稱軸的速度。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了 一種用于確定被井身橫穿的地球地層的橫向各向 同性區(qū)域的剪切波速度的方法，在井身的縱軸和橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸之間有非零的 相對(duì)傾角，所述方法包括：
[0014] 對(duì)于井身中的至少一個(gè)深度，利用聲波工具測量具有與井身的縱軸正交的偏振的 橫向各向同性區(qū)域中的多個(gè)剪切速度；
[0015] 把多個(gè)剪切速度中的一個(gè)識(shí)別為準(zhǔn)剪切速度；以及
[0016] 作為識(shí)別出的準(zhǔn)剪切速度的函數(shù)，確定沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸方向傳播的 剪切波速度。
[0017] 如果聲波工具的朝向是未知的并且測出的多個(gè)剪切速度包括快剪切速度和慢剪 切速度，則所述方法可以包括把所述快剪切速度或慢剪切速度識(shí)別為準(zhǔn)剪切模式。
[0018] 如果聲波工具的朝向是已知的并且測出的多個(gè)剪切速度包括聲波剪切速度和準(zhǔn) 剪切速度，則所述方法可以包括把準(zhǔn)剪切速度識(shí)別為與相對(duì)傾斜方向?qū)?zhǔn)的測出的偏振方 位角所關(guān)聯(lián)的測出的剪切速度。
[0019] 如在這里所使用的，除了在上下文另外需要的地方之外，術(shù)語"包括"以及該術(shù)語 的變體，諸如"包括"、"包含"，不是要排除更多的添加物、組成部分、整數(shù)或步驟。
[0020] 本發(fā)明的更多方面以及前面段落中所述各方面的更多實(shí)施例將從作為例子給出 的以下描述并參考附圖而變得顯然。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是井身中聲波測井工具的示意性說明。
[0022] 圖2是具有定向工具的聲波測井工具的示意性說明。
[0023] 圖3A說明了橫穿傾斜橫向各向異性區(qū)域的斜井。
[0024] 圖3B說明了沿圖3A的斜井的剪切模式和準(zhǔn)剪切模式的傳播。
[0025] 圖4說明了圖3A井的相對(duì)傾角和相對(duì)傾斜方向。
[0026] 圖5是預(yù)期的剪切速度和準(zhǔn)剪切速度相對(duì)于相對(duì)傾角的圖。
[0027] 圖6是計(jì)算沿橫向各向同性區(qū)域?qū)ΨQ軸的剪切速度的方法的流程圖，其中聲波測 井工具的朝向是已知的。
[0028] 圖7是計(jì)算沿橫向各向同性區(qū)域?qū)ΨQ軸的剪切速度的方法的流程圖，其中聲波測 井工具的朝向是未知的。
[0029] 圖8是圖6和7的方法可以在其上實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的示意性說明。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 圖1示意性地示出了用來獲取由于井身16中造成的干擾所導(dǎo)致的剪切速度和壓 縮速度的聲波測井工具10。一種類型的發(fā)送器是允許彎曲波生成的交叉偶極子源，相對(duì)于 聲波測井工具10,可以從交叉偶極子源測量偏振方位角以及快和慢剪切波的速度。另一種 類型的發(fā)送器是可以從其測量壓縮波速度的單極源。
[0031] 如圖2中示意性地示出的，另一個(gè)測井工具20包括可以與聲波測井工具10剛性 組合的朝向工具18,以提供聲波測井工具的真正方位角。在沒有外殼的洞中，這種朝向測井 工具18可以使用磁力計(jì)和加速計(jì)來測量真正方位角。在有外殼的洞中，朝向測井工具18 可以使用光學(xué)或機(jī)械陀螺儀來測量真正方位角。
[0032] 圖3A是其中可以部署測井工具10或20的井身的示意性說明。所繪出的井身具 有從表面30下降的垂直段32和聲波測井工具10、20在其中工作的下段34。在本描述中， "垂直"指與重力方向平行的方向，而"水平"是與垂直正交。
[0033] 在一般意義上，井身34的縱軸可以從垂直方向傾斜一個(gè)角度，在圖3A中表示為 36。井身34經(jīng)過橫向各向同性區(qū)域38,所述區(qū)域具有與橫向各向同性區(qū)域的平面正交的對(duì) 稱軸40。橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸40可以不是垂直的，如圖3A中示意性地示出的。在 這種情況下，可以預(yù)期由聲波測井工具10、20在橫向各向同性區(qū)域38中測出的剪切速度與 沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸的剪切速度不同。即使在井身34的縱軸垂直但橫向各向同 性區(qū)域的對(duì)稱軸40不垂直的特殊情況下，或者在井身34的縱軸從垂直方向傾斜一個(gè)角度 但橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸40垂直的特殊情況下，可以預(yù)期由聲波測井工具在橫向各 向同性區(qū)域中測出的剪切速度與沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸的剪切速度不同。
[0034] 圖3B說明了位于井身34中深度50的剪切波的測量。線34a代表井身在橫向各 向異性區(qū)域38中的縱軸。位于深度50的接收器14測量兩個(gè)正交偏振模式，地層剪切模式 和準(zhǔn)剪切模式。箭頭52指示這兩種模式沿軸34a的傳播方向。這兩種模式的偏振是彼此 正交的，并且兩個(gè)偏振方向都與傳播方向52正交。箭頭54說明了準(zhǔn)剪切模式的偏振方向。 剪切模式的偏振方向進(jìn)入在其上繪制圖3B的頁面。
[0035] 這里所描述的方法涉及沿被井身橫穿的橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸40的剪切波 速度的計(jì)算。所述方法可以使用來自在井身中運(yùn)行的聲波測井工具、在同一井中和有可能 附近井中運(yùn)行的其它鉆孔測井工具的信息以及實(shí)驗(yàn)室彈性各向異性的測量。
[0036] 考慮橫向各向同性的彈性對(duì)稱或者六角對(duì)稱，因?yàn)樗鼫?zhǔn)確地（closely)描述了在 地表下遇到的頁巖的固有各向異性以及在地表下遇到的各向同性或各向異性薄巖石層堆 疊的有效各向異性。彈性橫向各向同性由五個(gè)獨(dú)立的彈性常量來描述，如果包括介質(zhì)密度 的話，則這五個(gè)常量可以表示為沿對(duì)稱軸的壓縮波速度、沿對(duì)稱軸的剪切波速度，以及三個(gè) 各向異性參數(shù) δ、ε 和 γ，如在例如Thomsen, L. (1986)，"Weak elastic anisotropy，"G eophysics, Vol. 51，No. 10, 1954-1966 頁中所定義的。
[0037] 獲得各向異性參數(shù)
[0038] 對(duì)于健壯地估計(jì)橫向各向同性巖石的各向異性參數(shù)的值，存在不同的方法。在 一種方法中，如果有幾個(gè)井穿過同一個(gè)橫向各向同性巖石，在井的傾斜和對(duì)稱軸之間有大 范圍的角度，則可以用聲波測井工具測出的壓縮速度來反推，以找出各向異性參數(shù)S和 ε的值以及沿橫向各向同性巖石的對(duì)稱軸的壓縮速度，如在例如Hornby，B. E.，Howie，J. Μ.,和 Ince,D.W. (2003), "Anisotropy correction for deviated-wel1 sonic logs:Application to seismic well tie, "Geophysics，68卷，2期，464-471 頁中所描述 的。各向異性參數(shù)的值也可以從簡單的（walkaway)垂直地震剖面的分析來估計(jì)。如果各 向異性區(qū)域包含具有不同各向異性的不同巖石類型，則其它電纜測井可以用來識(shí)別不同的 巖石類型，并且用于每種巖石類型的各向異性參數(shù)的值可以被估計(jì)。在另一種方法中，從在 鉆井過程中獲取的巖芯切割的樣品，速度可以在實(shí)驗(yàn)室中測量?？捎脺y出的速度來反推， 以獲得各向異性參數(shù)δ、ε和γ的值，如在例如Wang, Z. (2002)，"Seismic anisotropy in sedimentary rock, part 1: A single-plug laboratory method,''Geophysics, 67卷，5 期，1415-1422頁中所描述的。由于實(shí)驗(yàn)室測量只提供各向異性區(qū)域中沿井身的一個(gè)或有 限數(shù)量的點(diǎn)的各向異性參數(shù)的值，因此來自其它電纜測井的信息可以用來內(nèi)插和外插各向 異性區(qū)域38中的各向異性參數(shù)的值。
[0039] 當(dāng)工具朝向已知時(shí)計(jì)算剪切波速度
[0040] 圖6是用于在工具朝向已知的情況下計(jì)算沿對(duì)稱軸40的剪切速度的方法的流程 圖，例如利用聲波測井工具20。
[0041] 在步驟100,為井身34中的每個(gè)相關(guān)深度收集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括提供井身方位角和 傾斜度的井勘測數(shù)據(jù)。
[0042] 到達(dá)每個(gè)深度50的快和慢剪切波的速度和方位角由來自聲波測井工具20的處理 過的交叉偶極子聲波測井記錄來提供。
[0043] 獲得區(qū)域38的各向異性參數(shù)δ和ε，例如利用上述方法。
[0044] 從測井記錄或其它信息獲得區(qū)域38的對(duì)稱軸40。
[0045] 從處理后的測井記錄或其它信息獲得沿對(duì)稱軸的壓縮波速度，例如利用Hornby 等人（2003)所描述的方法。
[0046] 為了把在井34中測出的速度關(guān)聯(lián)到橫向各向同性模型，有必要計(jì)算相對(duì)傾角42， 所述角度定義為井身34的縱軸和橫向各向同性區(qū)域38的對(duì)稱軸40之間的角度（見圖3A)。
[0047] 在步驟102,為井中的每個(gè)相關(guān)深度50計(jì)算相對(duì)傾角。
[0048] 相對(duì)傾斜方向是包含井的縱軸34a和各向異性區(qū)域的對(duì)稱軸40的平面60的方位 角64。這在圖4中說明，該圖示出了（X，y, z)坐標(biāo)系，其中z-軸代表垂直方向，而X和y軸 定義水平面。示出了對(duì)稱軸40和井身的縱軸34a，照現(xiàn)在的樣子（as is)就是包含軸34a 和40的平面60。相對(duì)傾角62是矢量34a和40之間的角度。
[0049] 相對(duì)傾斜方向64是平面60的方位角，如圖4中所示。
[0050] 在步驟103,位于每個(gè)深度50的準(zhǔn)剪切速度被識(shí)別為剪切速度，是由聲波測井工 具20測出的或快或慢的剪切速度，其中工具20具有與相對(duì)傾斜方向64對(duì)準(zhǔn)的偏振方位 角。
[0051] 在步驟104,利用相速度，如在Thomsen(1986)中所描述的，沿橫向各向同性區(qū)域 的軸的剪切速度如下計(jì)算：
[0052]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于確定被井身橫穿的地球地層的橫向各向同性區(qū)域的剪切波速度的方法，在 井身的縱軸和橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸之間具有非零的相對(duì)傾角，所述方法包括： 對(duì)于井身中的至少一個(gè)深度，利用其朝向已知的聲波工具，測量具有與井身的縱軸正 交的偏振的橫向各向同性區(qū)域中的聲波剪切速度和準(zhǔn)剪切速度；以及 基于測出的聲波剪切速度和準(zhǔn)剪切速度，確定沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸方向傳播 的剪切波速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定包括： 識(shí)別兩個(gè)測出的速度當(dāng)中哪個(gè)是準(zhǔn)剪切模式；以及 作為準(zhǔn)剪切速度的函數(shù)來計(jì)算剪切波速度。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中速度是由位于井身中的聲波工具測量的，并且所述 識(shí)別包括選擇具有與橫向各向同性區(qū)域相對(duì)于斜井身的傾斜方向?qū)?zhǔn)的偏振方位角的測 出的剪切波。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中剪切波速度是作為準(zhǔn)剪切速度、地層的各向異性參 數(shù)δ和ε、沿對(duì)稱軸的壓縮波速度以及對(duì)至少一個(gè)深度的相對(duì)傾角的函數(shù)來計(jì)算的。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而橫向各向同性區(qū)域是水平的。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是垂直的，而橫向各向同性區(qū)域是傾斜的。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而橫向各向同性區(qū)域是傾斜的。
8. -種用于確定被井身橫穿的地球地層的橫向各向同性區(qū)域的剪切波速度的方法，在 井身的縱軸和橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸之間具有非零的相對(duì)傾角，所述方法包括： 利用其朝向未知的聲波工具，對(duì)井身中的至少一個(gè)深度，測量具有與井身的縱軸正交 的偏振的橫向各向同性區(qū)域中的快剪切速度和慢剪切速度； 把所述快剪切速度或慢剪切速度識(shí)別為準(zhǔn)剪切模式；以及 基于識(shí)別出的準(zhǔn)剪切速度，確定沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸方向傳播的剪切波速 度。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述確定包括： 識(shí)別兩個(gè)測出的速度當(dāng)中哪個(gè)是準(zhǔn)剪切模式；以及 作為準(zhǔn)剪切速度的函數(shù)來計(jì)算剪切波速度。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而橫向各向同性區(qū)域是水平的。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是垂直的，而橫向各向同性區(qū)域是傾斜的。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中井身是斜的，而橫向各向同性區(qū)域是傾斜的。
13. -種用于確定被井身橫穿的地球地層的橫向各向同性區(qū)域的剪切波速度的方法， 在井身的縱軸和橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸之間具有非零的相對(duì)傾角，所述方法包括： 對(duì)井身中的至少一個(gè)深度，利用聲波工具測量具有與井身的縱軸正交的偏振的橫向各 向同性區(qū)域中的多個(gè)剪切速度； 把所述多個(gè)剪切速度中的一個(gè)識(shí)別為準(zhǔn)剪切速度；以及 作為識(shí)別出的準(zhǔn)剪切速度的函數(shù)，確定沿橫向各向同性區(qū)域的對(duì)稱軸方向傳播的剪切 波速度。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中聲波工具的朝向是未知的并且測出的所述多個(gè)剪 切速度包括快剪切速度和慢剪切速度，所述方法包括把所述快剪切速度或慢剪切速度識(shí)別 為準(zhǔn)剪切模式。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中聲波工具的朝向是已知的并且測出的所述多個(gè)剪 切速度包括聲波剪切速度和準(zhǔn)剪切速度，所述方法包括把準(zhǔn)剪切速度識(shí)別為與橫向各向同 性區(qū)域的相對(duì)傾斜方向?qū)?zhǔn)的測出的偏振方位角相關(guān)聯(lián)的測出的剪切速度。
【文檔編號(hào)】G01V1/50GK104160299SQ201380013082
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月9日
【發(fā)明者】G·J·鮑爾 申請(qǐng)人:雪佛龍美國公司