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，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。通過對比實驗證明，設(shè)計方法與傳統(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聲波傳播的速度不同這一特點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踐和應(yīng)用。聲學(xué)測井技術(shù)在下到井下時，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，以此更有助于對巖層的實際密度、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，對于石油工程的開展而言十分不利[2]。基于此，本文將結(jié)合聲學(xué)測井技術(shù)在各個領(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

1.1確定聲源信號

為實現(xiàn)對石油工程中測井的精度，本文在測量過程中采用機———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)動信號與聲源輻射的聲信號之間的關(guān)系，并將被接收換能裝置轉(zhuǎn)換為電信號之間的對應(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，從而實現(xiàn)在測井過程中得到更加真實的響應(yīng)效果[3]。在利用聲學(xué)測井技術(shù)時，其產(chǎn)生的音頻信號是一種非穩(wěn)定性的信號，因此在傳播的過程中會夾雜著較多的干擾噪聲。針對這一問題，利用陣列音頻增強技術(shù)，針對產(chǎn)生的音頻信號具有的時空特性去除其中含有的噪聲音頻信號，并以此實現(xiàn)對聲源的定位，確定目標(biāo)聲源信號。由于干擾噪聲與測量設(shè)備產(chǎn)生的音頻信號是相互獨立的，并且具有一定的非高斯性。因此，根據(jù)這一特點，本文采用獨立分量的方法對音頻信號當(dāng)中含有的噪聲進(jìn)行過濾。圖1為分離音頻信號中干擾噪聲流程示意圖。由圖1所示，當(dāng)輸入的音頻信號S（a）當(dāng)中包含了A個相互之間獨立存在的聲源信號，在經(jīng)過混合矩陣T的處理后，即可獲得一個混合信號X（a），再通過獨立分量分析的方法，將混合信號中屬于測量設(shè)備發(fā)出的音頻信號與其他噪聲信號進(jìn)行分離。最后，將于S（a）無限接近的音頻信號Y（a）輸出，此時得到的音頻信號Y（a）即為通過聲學(xué)測井技術(shù)測量得到的聲源信號。

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)動信號激勵會將聲信號發(fā)射，在經(jīng)過井眼泥漿和井眼周圍的地層時，傳播到井眼上方，并逐漸轉(zhuǎn)換為電信號，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)動信號激勵的電———聲轉(zhuǎn)換以及聲———電轉(zhuǎn)換對測量的聲源信號產(chǎn)生的傳輸延遲，因此無論是在傳輸時間還是傳輸幅度上都存在一定的誤差。針對這一問題，本文利用信息和信號傳輸?shù)睦碚摚瑢β暡y井的整個過程進(jìn)行分析，將聲波測井的整個過程看作一個信號傳輸，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。利用信號與信息傳輸?shù)睦碚?，將聲波測井整個傳輸過程類比于一個信號傳輸，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)動信號和測量得到的聲波測井信號分別作為模型的輸入信號和輸出信號，測量得到的信號即為聲波傳輸特性和聲———電轉(zhuǎn)換對測量結(jié)果的共同作用。對于不同傳媒介質(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，對于井眼流體而言，其密度通常為1.25kg/m3，流體流動速度為1523m/s；對于快速地層而言，其密度通常為2.51kg/m3，流體流動速度為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）計算達(dá)到接收換能裝置位置上的聲壓信號以及被接收換能裝置轉(zhuǎn)換成的電信號。

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，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，對油藏位置進(jìn)行精確處理?？紤]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處理方法，包括線性預(yù)測。頻率壓縮的數(shù)據(jù)信號處理算法，對通過聲學(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)行一一對比，找出相關(guān)系數(shù)最大的數(shù)字，并利用該數(shù)值對應(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，勘探信號會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)生較強的聲反射，且反射系數(shù)具有標(biāo)準(zhǔn)的正相位特點。因此，不僅能夠獲取到井內(nèi)油藏的準(zhǔn)確位置，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對油藏厚度的確定。

2對比實驗

為進(jìn)一步驗證本文設(shè)計的基于聲學(xué)測井技術(shù)的石油工程在實際施工中的測井效果，將本文提出的方法和傳統(tǒng)方法對相同的實驗對象進(jìn)行應(yīng)用，對比兩種方法的實際應(yīng)用性能。選擇某石油工程施工區(qū)域的真實環(huán)境作為實驗環(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)行對比，驗證兩種方法的測量精度。對5口井分別進(jìn)行編號：#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，相應(yīng)的井底溫度也會從50°C~150°C上升到300°C以上。設(shè)置實驗組為利用本文測井方法得到的油藏深度結(jié)果；設(shè)置對照組為利用傳統(tǒng)測井方法得到的油藏深度結(jié)果。完成兩種測井方法后，將實驗結(jié)果進(jìn)行記錄，并繪制成如表1所示的實驗結(jié)果對比表。由表1中的數(shù)據(jù)可以得出，實驗組的測量結(jié)果與對照組的測量結(jié)果相比，明顯更接近于實際油藏深度。實驗組無論是對中深井還是深井測量，其測量精度均不會受到影響，而對照組在對深井測量得到的結(jié)果與中深井測量得到的結(jié)果相比，明顯精度更低。同時，在實驗過程中，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)果與實際相比較依然具有較高的準(zhǔn)確率。因此，通過對比實驗?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，在進(jìn)行聲波測井的過程中，通過加強不同技術(shù)的創(chuàng)新，提升該技術(shù)在實際方案中的應(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