基于相控接收指向性的反射界面方位定量判定方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油地球物理勘探和聲波信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相控 接收指向性的反射界面方位定量判定方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當前，隨著世界范圍內(nèi)油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，油氣勘探逐漸趨向于尋找 中小型、隱蔽型和復雜構(gòu)造油氣藏。而地震勘探和常規(guī)聲波測井分別由于分辨率較低和探 測深度較淺而無法滿足這些油氣藏的勘探需求。近年來新興的反射聲波成像測井技術(shù)以井 中聲源輻射到井外地層中的聲場能量作為入射波，探測從井旁裂縫、地層界面或小構(gòu)造等 聲阻抗不連續(xù)界面反射回來的聲場。通過分析處理接收器接收到的全波列陣列信號，可以 對井周圍的地層構(gòu)造進行聲波成像，以了解井旁地質(zhì)構(gòu)造信息。這種新的測井方法在分辨 率和探測深度方面恰好介于井間地震和常規(guī)聲波測井之間，可以用于對井周圍數(shù)米到數(shù)十 米范圍內(nèi)的地層構(gòu)造及地質(zhì)體進行探測和精細描述，還可能用于鉆井地質(zhì)導向。該技術(shù)具 有良好的應用前景，因而受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。
[0003] 在實際應用中，能否準確識別反射界面所在的方位對反射聲波成像測井的應用效 果具有極大的影響。在反射界面方位識別方法研究方面，Rougha等人于2005年提出了一 種利用分布在儀器不同方位的接收器接收到的反射波到時的差別（或各方位接收器到反 射界面距離的差別）來確定反射界面方位的方位聚焦法。這種方法理論上可以確定反射界 面所在的方位，但應用效果會受到源距和偏移成像精度的影響。2009年，Tang等人研究認 為，當偶極聲源和接收器所在方位與反射界面的走向平行或垂直時僅產(chǎn)生純的SH和SV反 射波且正交分量（XY和YX)的反射波能量為零，由此提出了基于正交分量反射波能量最小 的反射界面方位反演法。這種方法反演的結(jié)果仍存在180°的不確定性，且當井旁存在兩 個（或兩個以上）非平行的反射界面時該方法不再有效。2014年，Zhang和Hu提出了一種 利用反射界面處質(zhì)點位移反射系數(shù)和正應力反射系數(shù)的極性特征消除反射界面方位不確 定性的方法。這種方法需要同時記錄三分量正應力和質(zhì)點位移，實際操作存在一定的困難。 為了彌補單極縱波法和偶極橫波法的不足，喬文孝和鞠曉東等人率先將相控陣技術(shù)應用于 反射聲波成像測井中，提出了基于相控陣的方位反射聲波成像測井方法，研制了相應的方 法驗證樣機，且于2014年成功地進行了井下測試。該儀器特殊的聲系結(jié)構(gòu)使其具有識別反 射界面方位的能力，但尚無配套的反射界面方位判定方法。當前，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，現(xiàn) 有技術(shù)中還沒有簡便易行且能準確確定反射界面方位的方法，反射聲波成像測井方法還不 TG 口 〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實施例提供一種基于相控接收指向性的反射界面方位定量判定方法及 裝置，以解決當前還沒有簡便易行且能準確確定反射界面方位的方法，反射聲波成像測井 方法還不完善的問題。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種基于相控接收指向性的反射界面方位定量判定方法，包括：
[0007] 讀取圓弧陣接收器各陣元采集到的多通道接收信號，從所述多通道接收信號中獲 取反射波信號；
[0008] 根據(jù)所述反射波信號，通過相控合成得到周向360°范圍內(nèi)多個等間隔方位的相 控合成反射波波形，根據(jù)各所述相控合成反射波波形中目標反射模式波的峰峰值之間的大 小關(guān)系信息確定反射界面相對于圓弧陣接收器存在的粗略方位范圍；
[0009] 在所述粗略方位范圍內(nèi)以預設的第一步進方位角通過相控疊加處理方法獲得各 方位相控合成波形，并根據(jù)各方位相控合成波形中目標反射模式波的峰峰值獲取反射波幅 度隨方位變化曲線，根據(jù)所述反射波幅度隨方位變化曲線的極大值指示的方位定量確定反 射界面相對于圓弧陣接收器所在的方位及其所在的絕對方位。
[0010] 具體的，所述讀取圓弧陣接收器各陣元采集到的多通道接收信號，從所述多通道 接收信號中獲取反射波信號，包括：
[0011] 讀取圓弧陣接收器各陣元采集到的多通道接收信號；
[0012] 根據(jù)信號處理方法對圓弧陣接收器各陣元多通道接收信號進行濾波處理，獲取所 述反射波信號；其中，所述信號處理方法包括中值濾波、F-K濾波以及小波變換濾波。
[0013] 另外，該根據(jù)所述反射波信號，通過相控合成得到周向360°范圍內(nèi)多個等間隔方 位的相控合成反射波波形，根據(jù)各所述相控合成反射波波形中目標反射模式波的峰峰值之 間的大小關(guān)系信息確定反射界面相對于圓弧陣接收器存在的粗略方位范圍，包括：
[0014] 根據(jù)所述反射波信號，通過相控合成得到周向360°范圍內(nèi)預設的第二步進方位 角的多個等間隔方位的相控合成反射波波形；
[0015] 統(tǒng)計各方位相控合成反射波波形中目標反射模式波的峰峰值，并根據(jù)所述目標反 射模式波的峰峰值從大到小進行排序；
[0016] 確定排在第二位和第三位的目標反射模式波的峰峰值對應的相控合成反射波波 形所對應的方位角，并分別記為第一方位角Q 1和第二方位角θ 2;
[0017] 將所述第一方位角Q1和第二方位角Θ 2之間的方位范圍確定為反射界面相對于 圓弧陣接收器存在的粗略方位范圍。
[0018] 進一步的，所述根據(jù)所述反射波信號，通過相控合成得到周向360°范圍內(nèi)預設的 第二步進方位角的多個等間隔方位的相控合成反射波波形，包括：
[0020] 進行相控合成處理，得到周向360°范圍內(nèi)預設的第二步進方位角的多個等間隔 方位的相控合成反射波波形；
[0021] 其中，Θ為相控聚焦方位，dt為波形時間采樣間隔，j為波形樣點索引號，r為圓 弧陣接收器各陣元外表面中心點所在的圓周的半徑，Θ i為第i號陣元所在的方位，V f為圓 弧陣接收器周圍流體的波速，T1(Q)為第i號陣元接收波形參與Θ方向相控疊加處理時 的相位加權(quán)參數(shù)，W1 (j X dt+ τ i ( θ ))為第i號陣元接收波形中j X dt+ τ i ( θ )時刻的樣值， m和η分別為相控子陣包含的陣元在圓弧陣中對應的最小和最大編號，Wp(jXdt，Θ)為Θ 方向相控合成反射波波形中j Xdt時刻的樣值。
[0022] 具體的，該在所述粗略方位范圍內(nèi)以預設的第一步進方位角通過相控疊加處理方 法獲得各方位相控合成波形，并根據(jù)各方位相控合成波形中目標反射模式波的峰峰值獲取 反射波幅度隨方位變化曲線，根據(jù)所述反射波幅度隨方位變化曲線的極大值指示的方位定 量確定反射界面相對于圓弧陣接收器所在的方位及其所在的絕對方位，包括：
[0023] 將圓弧陣接收器中位于所述粗略方位范圍內(nèi)的陣元及所述粗略方位范圍外與粗 略方位范圍的邊界方位最鄰近方位的陣元確定為一系列相控接收子陣；
[0024] 獲取所述相控接收子陣中各陣元對應的反射波波形，并根據(jù)所述相控接收子陣中 各陣元對應的反射波波形通過相控疊加處理方法相控合成所述粗略方位范圍內(nèi)預設的第 一步進方位角的各方位相控合成波形；
[0025] 根據(jù)各方位相控合成波形中目標反射模式波的峰峰值獲取反射波幅度隨方位變 化曲線；其中，所述反射波幅度隨方位變化曲線的極大值指示的方位為反射界面相對于圓 弧陣接收器所在的方位；
[0026] 根據(jù)所述反射界面相對于圓弧陣接收器所在的方位和圓弧陣所處的絕對方位確 定反射界面所在的絕對方位；所述圓弧陣所處的絕對方位為圓弧陣中1號陣元在大地坐標 系中所處的方位。
[0027] 此外，所述大地坐標系中正北方位為0°，逆時針方向為正方向；所述反射界面相 對于圓弧陣接收器所在的方位的方位角為α，圓弧陣所處的絕對方位的方位角為β ;
[0028] 根據(jù)所述反射界面相對于圓弧陣接收器所在的方位和圓弧陣所處的絕對方位確 定反射界面所在的絕對方位，包括：
[0029] 根據(jù)公式：
[0030] A = α + β
[0031] 確定反射界面所在的絕對方位；其中A為所述反射界面所在的絕對方位的方位 角。
[0032] 具體的，所述根據(jù)所述相控接收子陣中各陣元對應的反射波波形通過相控疊加處 理方法相控合成所述粗略方位范圍內(nèi)預設的第一步進方位角的各方位相控合成波形，包 括：
[0034] 進行相控合成處理，獲取所述粗略方位范圍內(nèi)預設的第一步進方位角的各方位相 控合成波形；
[0035] 其中，Θ為相控聚焦方位，dt為波形時間采樣間隔，j為波形樣點索引號，r為圓 弧陣接收器各陣元外表面中心點所在的圓周的半徑，Θ i為第i號陣元所在的方位，V f為圓 弧陣接收器周圍流體的波速，T1(Q)為第i號陣元接收波形參與Θ方向相控疊加處理時 的相位加權(quán)參數(shù)，W 1 (j X dt+ τ i ( Θ ))為第i號陣元接收波形中j X dt+ τ i ( Θ )時刻的樣值， m和η分別為相控子陣包含的陣元在圓弧陣中對應的最小和最大編號，Wp(jXdt，Θ)為θ 方向相控合成波形中j Xdt時刻的樣值。
[0036] -種基于相控接收指向性的反射界面方位定量判定裝置，包括：
[0037] 信號獲取單元，用于讀取圓弧陣接收器各陣元采集到的多通道接收信號，從所述 多通道接收信號中獲取反射波信號；
[0038] 反射界面初步定位單元，用于根據(jù)所述反射波信號，通過相控合成得到周向360° 范圍內(nèi)多個等間隔方位的相控合成反射波波形，根據(jù)各所述相控合成反射波波形中目標反 射模式波的峰峰值之間的大小關(guān)系信息確定反射界面相對于圓弧陣接收器存在的粗略方 位范圍；
[0039] 反射界面精確定位單元，用于在所述粗略方位范圍內(nèi)以預設的第一步進方位角通 過相控疊加處理方法獲得各方位相控合成波形，并根據(jù)各方位相控合成波形中目標反射模 式波的峰峰值獲取反射波幅度隨方位變化曲線，根據(jù)所述反射波幅度隨方位變化曲線的極 大值指示的方位定量確定反射界面相對于圓弧陣接收器所在的方位及其所在的絕對方位。
[0040] 具體的，所述信號獲取單元，包括：
[0041] 讀取模塊，用于讀取圓弧陣接收器各陣元采