石油工程中聲學(xué)測井技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：為解決傳統(tǒng)石油工程中測井結(jié)果與實(shí)際油藏深度相差較大、影響石油開采精度和效率的問題，開展聲學(xué)測井技術(shù)在石油工程中的應(yīng)用研究。確定聲源信號(hào)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)模型，基于聲學(xué)測井技術(shù)的數(shù)據(jù)聯(lián)合反演井內(nèi)油藏。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比，得到的測井結(jié)果精度更高、更滿足石油開采需要，為其提供精準(zhǔn)的測量技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)測井技術(shù)；石油工程；測井結(jié)果；開采效率

聲學(xué)測井技術(shù)是利用不同巖石及流體之間對(duì)聲波傳播的速度不同這一特點(diǎn)形成的一種測井方法。當(dāng)前聲學(xué)測井技術(shù)在礦產(chǎn)資源開發(fā)、建筑工程等相關(guān)領(lǐng)域均有著十分廣泛的應(yīng)用[1]。技術(shù)的快速發(fā)展，使得聲學(xué)測井技術(shù)當(dāng)中越來越多的信息技術(shù)和信息理論得到了實(shí)踐和應(yīng)用。聲學(xué)測井技術(shù)在下到井下時(shí)，能夠?qū)Σ煌貙咏Y(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的多種不同波進(jìn)行精準(zhǔn)的測量，以此更有助于對(duì)巖層的實(shí)際密度、數(shù)據(jù)參數(shù)等多種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而更好地對(duì)地層中的元素、特性等進(jìn)行了解。當(dāng)前石油工程中仍然采用傳統(tǒng)的測井方法，由于井內(nèi)結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜，并且條件十分惡劣，使得傳統(tǒng)測井方法在實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)了測量誤差大、測量過程易受周圍條件因素影響、需要依靠人工操作內(nèi)容較多等問題，對(duì)于石油工程的開展而言十分不利[2]?；诖耍疚膶⒔Y(jié)合聲學(xué)測井技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢開展其在石油工程中的應(yīng)用研究。

1基于聲學(xué)測井技術(shù)的石油工程設(shè)計(jì)

1.1確定聲源信號(hào)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)石油工程中測井的精度，本文在測量過程中采用機(jī)———電類比的方法，建立以聲源換能裝置和接收裝置為主體的等效電路，并以此進(jìn)一步推導(dǎo)出電———聲沖擊響應(yīng)效果和聲———電沖擊響應(yīng)效果。根據(jù)其不同的響應(yīng)效果，構(gòu)建電驅(qū)動(dòng)信號(hào)與聲源輻射的聲信號(hào)之間的關(guān)系，并將被接收換能裝置轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用沖擊響應(yīng)中的卷積充當(dāng)聲源輻射的聲信號(hào)指標(biāo)，以此將傳統(tǒng)測井方法中的聲源函數(shù)替換，從而實(shí)現(xiàn)在測井過程中得到更加真實(shí)的響應(yīng)效果[3]。在利用聲學(xué)測井技術(shù)時(shí)，其產(chǎn)生的音頻信號(hào)是一種非穩(wěn)定性的信號(hào)，因此在傳播的過程中會(huì)夾雜著較多的干擾噪聲。針對(duì)這一問題，利用陣列音頻增強(qiáng)技術(shù)，針對(duì)產(chǎn)生的音頻信號(hào)具有的時(shí)空特性去除其中含有的噪聲音頻信號(hào)，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)聲源的定位，確定目標(biāo)聲源信號(hào)。由于干擾噪聲與測量設(shè)備產(chǎn)生的音頻信號(hào)是相互獨(dú)立的，并且具有一定的非高斯性。因此，根據(jù)這一特點(diǎn)，本文采用獨(dú)立分量的方法對(duì)音頻信號(hào)當(dāng)中含有的噪聲進(jìn)行過濾。圖1為分離音頻信號(hào)中干擾噪聲流程示意圖。由圖1所示，當(dāng)輸入的音頻信號(hào)S（a）當(dāng)中包含了A個(gè)相互之間獨(dú)立存在的聲源信號(hào)，在經(jīng)過混合矩陣T的處理后，即可獲得一個(gè)混合信號(hào)X（a），再通過獨(dú)立分量分析的方法，將混合信號(hào)中屬于測量設(shè)備發(fā)出的音頻信號(hào)與其他噪聲信號(hào)進(jìn)行分離。最后，將于S（a）無限接近的音頻信號(hào)Y（a）輸出，此時(shí)得到的音頻信號(hào)Y（a）即為通過聲學(xué)測井技術(shù)測量得到的聲源信號(hào)。

1.2構(gòu)建聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)模型

聲源換能裝置和接收換能裝置分別設(shè)置在井眼泥漿的頂層和底層，在利用聲學(xué)測井技術(shù)測量的過程中，電驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)會(huì)將聲信號(hào)發(fā)射，在經(jīng)過井眼泥漿和井眼周圍的地層時(shí)，傳播到井眼上方，并逐漸轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，記錄下來[4]。傳統(tǒng)聲波測量傳輸網(wǎng)絡(luò)模型在構(gòu)建的過程中，由于沒有考慮到電驅(qū)動(dòng)信號(hào)激勵(lì)的電———聲轉(zhuǎn)換以及聲———電轉(zhuǎn)換對(duì)測量的聲源信號(hào)產(chǎn)生的傳輸延遲，因此無論是在傳輸時(shí)間還是傳輸幅度上都存在一定的誤差。針對(duì)這一問題，本文利用信息和信號(hào)傳輸?shù)睦碚?，?duì)聲波測井的整個(gè)過程進(jìn)行分析，將聲波測井的整個(gè)過程看作一個(gè)信號(hào)傳輸，并以此構(gòu)建其傳輸網(wǎng)絡(luò)模型，充分考慮上述分析時(shí)的延遲性問題[5]。聲波測井的幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示。利用信號(hào)與信息傳輸?shù)睦碚?，將聲波測井整個(gè)傳輸過程類比于一個(gè)信號(hào)傳輸，將聲源換能裝置和接收換能裝置類比于輸入端和輸出端，將電驅(qū)動(dòng)信號(hào)和測量得到的聲波測井信號(hào)分別作為模型的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，測量得到的信號(hào)即為聲波傳輸特性和聲———電轉(zhuǎn)換對(duì)測量結(jié)果的共同作用。對(duì)于不同傳媒介質(zhì)而言，其井眼流體和井眼周圍地層的物理參數(shù)都存在差異，對(duì)于井眼流體而言，其密度通常為1.25kg/m3，流體流動(dòng)速度為1523m/s；對(duì)于快速地層而言，其密度通常為2.51kg/m3，流體流動(dòng)速度為5914m/s。進(jìn)一步得出聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)模型函數(shù)為：（1）公式（1）中，ω表示為子波中心頻率；α表示為子波阻尼系數(shù)；H（α）表示為不同傳媒介質(zhì)的物理參數(shù)。通過公式（1）計(jì)算達(dá)到接收換能裝置位置上的聲壓信號(hào)以及被接收換能裝置轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)。

1.3基于聲學(xué)測井技術(shù)的數(shù)據(jù)聯(lián)合反演井內(nèi)油藏

通過本文上述測量明確了井中聲波測井的傳輸方式，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步通過勘探數(shù)據(jù)聯(lián)合反演確定井內(nèi)油藏范圍。利用匹配追蹤算法，將在井內(nèi)通過聲學(xué)測井技術(shù)的數(shù)據(jù)與勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而用測井?dāng)?shù)據(jù)和勘探數(shù)據(jù)聯(lián)合反演出井內(nèi)不同地層的反射系數(shù)序列，利用其幅度和相位信息，尋找油藏位置[6]。同時(shí)，還需要利用地震子波字典和反演底層反射序列處理程序。首先，對(duì)油藏位置進(jìn)行精確處理。考慮到井內(nèi)不同地層具有不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此需要采用較為特殊的信號(hào)處理方法，包括線性預(yù)測。頻率壓縮的數(shù)據(jù)信號(hào)處理算法，對(duì)通過聲學(xué)測井技術(shù)測出的井內(nèi)數(shù)據(jù)和不同地震子波進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。利用地震子波的豐富度，充分反映井內(nèi)可能出現(xiàn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和特性[7]。其次，利用反演底層反射序列處理程序，將獲取到的每一道迭代后的勘探數(shù)據(jù)與地震子波字典進(jìn)行一一對(duì)比，找出相關(guān)系數(shù)最大的數(shù)字，并利用該數(shù)值對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)作為勘探數(shù)據(jù)的反射系數(shù)。當(dāng)找到油藏位置時(shí)，勘探信號(hào)會(huì)從油藏的入射到油藏與底層之間的臨界面上，并且在該臨界面上產(chǎn)生較強(qiáng)的聲反射，且反射系數(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)的正相位特點(diǎn)。因此，不僅能夠獲取到井內(nèi)油藏的準(zhǔn)確位置，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)油藏厚度的確定。

2對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于聲學(xué)測井技術(shù)的石油工程在實(shí)際施工中的測井效果，將本文提出的方法和傳統(tǒng)方法對(duì)相同的實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)比兩種方法的實(shí)際應(yīng)用性能。選擇某石油工程施工區(qū)域的真實(shí)環(huán)境作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該環(huán)境當(dāng)中包含已經(jīng)完成勘測的5口井，分別利用本文提出的測量方法和傳統(tǒng)測量方法對(duì)這5口井中的油藏位置進(jìn)行勘測，并將勘測結(jié)果與已知數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證兩種方法的測量精度。對(duì)5口井分別進(jìn)行編號(hào)：#001、#002、#003、#004、#005，其中#001、#002、#003為深度超過2000米的中深井，#004、#005為深度超過4500米的深井。礦井內(nèi)的溫度會(huì)隨著井底壓力的增加而逐漸上升，當(dāng)井底壓力從0到300MPa時(shí)，相應(yīng)的井底溫度也會(huì)從50°C~150°C上升到300°C以上。設(shè)置實(shí)驗(yàn)組為利用本文測井方法得到的油藏深度結(jié)果；設(shè)置對(duì)照組為利用傳統(tǒng)測井方法得到的油藏深度結(jié)果。完成兩種測井方法后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，并繪制成如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。由表1中的數(shù)據(jù)可以得出，實(shí)驗(yàn)組的測量結(jié)果與對(duì)照組的測量結(jié)果相比，明顯更接近于實(shí)際油藏深度。實(shí)驗(yàn)組無論是對(duì)中深井還是深井測量，其測量精度均不會(huì)受到影響，而對(duì)照組在對(duì)深井測量得到的結(jié)果與中深井測量得到的結(jié)果相比，明顯精度更低。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，本文提出的石油工程測井方法不僅能夠?qū)τ筒氐纳疃冗M(jìn)行測量，同時(shí)還能夠得出油藏的具體厚度大小，將其厚度大小測量結(jié)果與實(shí)際相比較依然具有較高的準(zhǔn)確率。因此，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)一步證明本文提出的基于聲學(xué)測井技術(shù)的石油工程能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井內(nèi)油藏的高精度探測，為石油企業(yè)后續(xù)開采提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3結(jié)論

本文通過開展石油工程研究，引入聲學(xué)測井技術(shù)對(duì)井內(nèi)油藏位置進(jìn)行探測，通過研究得出，引入聲學(xué)測井技術(shù)后得到的探測結(jié)果更符合石油企業(yè)后續(xù)開采的高精度需要。同時(shí)，在進(jìn)行聲波測井的過程中，通過加強(qiáng)不同技術(shù)的創(chuàng)新，提升該技術(shù)在實(shí)際方案中的應(yīng)用，能夠有效促進(jìn)聲學(xué)測井技術(shù)的應(yīng)用，以此為石油工程提供更合理的指導(dǎo)和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展。

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作者：高虎 單位：中國石油集團(tuán)測井有限公司遼河分公司