Способы и устройство для формирования изображения подповерхностных трещин - RU2346297C2

Чертежи

Показать все 12 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем случае к способам и устройству для формирования изображения подповерхностных трещин. В частности, настоящее изобретение касается изображения или индикации трещин с использованием плоскости, отражающей медленность (зависимость величины, обратной скорости волны, от времени).

Уровень техники

Исследования подповерхностных пород позволили за последние несколько десятков лет повысить эффективность добычи нефти и газа. Одной из важных особенностей породы, которую необходимо понять, чтобы обеспечить максимум добычи нефти и газа, является ее системы трещин. Системы трещин в породе могут появляться естественным образом или в результате таких действий, как операции бурения или гидравлического разрыва пласта. Понимание свойств трещин в породе может облегчить наряду с другими практическими задачами добычу углеводородов, прогнозирование трещин, вычисление оптимальных направлений бурения и получение данных, необходимых для моделирования пласта.

В настоящее время имеется несколько средств и способов для сбора акустических данных и способов формирования изображения трещин с использованием специального дистанционного анализа на расстоянии от места скважины. В этих случаях временная задержка между сбором данных и формированием изображения трещины может оказаться недостатком для операторов. Таким образом, желательно иметь возможность получения изображения подповерхностной трещины в скважине. Кроме того, возможность осуществления контроля качества с использованием данных непосредственно в скважине обеспечивает эксплуатационные преимущества. Кроме того, изображение трещины, сформированное в скважине, может оказаться полезным для сравнения с изображением трещины, созданным в результате дистанционного анализа, для подтверждения достоверности исследования или вывода о необходимости проведения дополнительного исследования в зависимости от согласованности указанных отдельных изображений.

Тем не менее, способы формирования изображения требуют дополнительного использования центрального процессора (ЦП), на который в скважине часто имеется большой спрос. Желательно повысить скорость вычислений, а также облегчить использование ЦП, так чтобы изображение трещин не влияло на сбор данных, связанный с оценкой породы.

Данные для формирования изображений трещины или других признаков породы часто обеспечиваются акустическими устройствами. Акустические измерения в стволе скважины используются главным образом для оценки величины, обратной скорости волны сжатия (P) и/или волны сдвига (S). Оценка величины, обратной скорости волны сжатия и/или сдвига в породе, часто выражается в виде ST плоскости (величина, обратная скорости волны, в функции времени), причем она может быть визуализирована в скважине с помощью современных технологий. Однако существующие методы используют ST плоскость не в полном объеме. Таким образом, в настоящем изобретении рассматривается использование ST плоскости для изображения трещины.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение удовлетворяет вышеописанные и иные потребности. В частности, настоящее изобретение обеспечивает способ формирования изображения признаков подповерхностной породы, в том числе: (а) вычисление местоположения точки преобразования/отражения для исследуемого признака; и (b) нанесение значения ST плоскости для точки преобразования/отражения на местоположение точки преобразования/отражения. Этим признаком может быть трещина в породе. Способ также может включать в себя повторение шагов (а)-(b) на периодических глубинах или на всех исследуемых глубинах. Вычисление местоположения точки преобразования/отражения может включать в себя оценивание угла падения волны, преобразованной или отраженной исследуемым признаком, относительно первого приемника. Кроме того, оценивание может включать в себя измерение значения кажущейся величины, обратной скорости волны, между первым приемником и вторым приемником и использование известных значений величины, обратной скорости волны сдвига или сжатия. Оценку угла падения можно вычислить как арккосинус значения кажущейся величины, обратной скорости волны, деленного на известное значение величины, обратной скорости волны сдвига или сжатия.

Согласно некоторым аспектам вычисление местоположения точки преобразования/отражения включает в себя ограничение местоположения точки преобразования/отражения вдоль угла линии падения, определенной углом падения. Вычисление местоположения точки преобразования/отражения дополнительно включает в себя использование угла падения, линейного расстояния между передатчиком и первым приемником и времени распространения от передатчика к первому приемнику через точку преобразования/отражения. Способ может также включать в себя изменение на противоположные местоположений областей преобразования волны, областей отражения волны или как областей преобразования волны, так и областей отражения волны на ST плоскости для различения любых перекрывающихся областей, соответствующих когерентным P-S преобразованиям (P волны, преобразованные в S волны) или S-P преобразований (S волны, преобразованные в P волны) или P-P отражения (P волны, отраженные в P волны).

Другой аспект изобретения обеспечивает способ формирования изображения подповерхностной трещины, причем способ включает в себя: (а) оценивание угла падения для трещины относительно первого приемника; (b) вычисление местоположения точки преобразования/отражения с использованием угла падения и времени распространения волны между передатчиком и первым приемником; и (с) нанесение значения ST плоскости для точки преобразования/отражения на местоположение точки преобразования/отражения. Время распространения волны соответствует времени распространения волны через точку преобразования/отражения, где время распространения берется из точки на ST плоскости. Точку можно выбрать из окна, определенного между ориентировочным концом волны сжатия и ориентировочным началом волны сдвига на временной оси ST плоскости и между ориентировочными областями ST плоскости, более медленными, чем волна сжатия, и более быстрыми, чем волна сдвига, на оси величины, обратной скорости волны, для P-S волновых преобразований. Упомянутую точку можно также выбрать из окна, определенного между ориентировочным концом волны сжатия и ориентировочным началом волны сдвига на временной оси ST плоскости и в ориентированных областях ST плоскости, более быстрых, чем волна сжатия, на оси величины, обратной скорости волны, для S-P преобразований и P-P отражений.

Еще один аспект изобретения обеспечивает способ использования ST плоскости для изображения трещины, причем способ включает в себя: организацию окна для первой части ST плоскости между ориентировочным концом волны сжатия и ориентировочным началом волны сдвига на временной оси ST плоскости и между ориентировочными областями ST плоскости, более медленными, чем волна сжатия, и более быстрыми, чем волна сдвига, на оси величины, обратной скорости волны, для P-S волновых преобразований; организацию окна для второй части ST плоскости между ориентировочным концом волны сжатия и ориентировочным началом волны сдвига на временной оси ST плоскости и в областях ST плоскости, ориентировочно более быстрых, чем волна сжатия, на оси величины, обратной скорости волны, для S-P преобразований и P-P отражений; и нанесение значения точки внутри либо первой, либо второй части ST плоскости в точке преобразования/отражения. Согласно этому аспекту местоположение точки преобразования/отражения можно вычислить, оценив угол падения волны от трещины относительно приемника, где угол падения оценивают, используя измеренное значение кажущейся величины, обратной скорости волны, и известные значения величины, обратной скорости волны сдвига или волны сжатия.

Следующий аспект настоящего изобретения обеспечивает способ формирования изображения подземной трещины, включающий в себя нанесение значений ST плоскости из точек в выбранном окне ST плоскости на вычисленные местоположения точек преобразования/отражения.

Еще один аспект изобретения обеспечивает устройство для формирования изображения трещин в подземных породах, причем устройство включает в себя: по меньшей мере один акустический передатчик; по меньшей мере два акустических приемника; процессор, подсоединенный к акустическому передатчику, акустическим приемникам или к тому и другим, и запрограммированный для: (а) формирования диаграммы ST плоскости; (b) вычисления местоположения точки преобразования/отражения трещины; и (с) нанесения значения ST плоскости для точки преобразования/отражения на местоположение точки преобразования/отражения. Шаги (b)-(с) можно повторить на всех исследуемых глубинах. Согласно некоторым аспектам по меньшей мере один передатчик и по меньшей мере два акустических приемника образуют комплект передатчиков и приемников. При использовании комплекта приемников процессор можно запрограммировать для изменения на противоположные местоположений областей преобразования волны, областей отражения волны или как областей преобразования волны, так и областей отражения волны на ST плоскости для различения любых перекрывающихся областей, соответствующих когерентным P-S/S-P преобразованиям или P-P отражениям.

Согласно другому аспекту изобретения обеспечивают способ формирования изображения трещины в подземной породе, причем способ включает: (а) формирование передатчиком акустических волн; (b) прием акустических волн с использованием по меньшей мере двух приемников и формирование необработанных акустических данных; (с) создание ST плоскости исходя из необработанных акустических данных; (d) создание окон для волн P-S и S-P преобразований и волн P-P отражений на ST плоскости, где можно наблюдать P-S/S-P преобразования и P-P отражения; (e) взятие значения на ST-плоскости в точке внутри одного из окон; (f) вычисление угла падения акустической волны от трещины относительно приемников; (g) вычисление местоположения точки преобразования волны в трещине; (h) нанесение значения, взятого с ST плоскости, на вычисленное местоположение точки преобразования; и повторение шагов (a)-(h) на всех исследуемых глубинах.

Следующий аспект изобретения обеспечивает способ устранения шума из изображения трещины, созданного с использованием данных с ST плоскости, причем способ включает в себя: изменение на противоположное местоположений областей преобразования волны, областей отражения волны или как областей преобразования волны, так и областей отражения волны на ST плоскости для различения любых перекрывающихся областей. Изменение на противоположное областей отражения волны может включать в себя изменение на противоположное P-P отражений, сформированных от верхней стороны и нижней стороны трещины, причем такое изменение может быть облегчено в результате использования комплекта акустических передатчиков и приемников.

Дополнительные преимущества и новые признаки изобретения изложены в нижеследующем описании, либо специалисты в данной области техники могут ознакомиться с ними, изучив указанное описание или практически реализовав данное изобретение. Преимущества изобретения могут быть получены с помощью средств, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

На сопроводительных чертежах, являющихся частью описания, показаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Вместе с последующим описанием эти чертежи демонстрируют и поясняют принципы настоящего изобретения.

Фиг.1 - упрощенный вид акустического устройства и трещины, где ориентировочно показаны траектории распространения волн согласно одному аспекту настоящего изобретения;

Фиг.2 - упрощенный вид акустического устройства для иллюстрации вычисления точки преобразования/отражения согласно одному способу настоящего изобретения;

Фиг.3 - упрощенный вид акустического устройства и ST плоскости, показывающий использование ST плоскости для изображения трещины согласно одному аспекту настоящего изобретения;

Фиг.4 - диаграмма, показывающая новые искусственные данные для их использования при реализации способов согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - диаграмма, показывающая результаты изображения трещин с использованием ST плоскости для синтетических данных по фиг.4 согласно способам в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.6 - диапазон перемещения области высокой когерентности на ST плоскости и комплект передатчиков и приемников согласно одному аспекту настоящего изобретения;

Фиг.7 - диапазон перемещения области высокой когерентности на ST плоскости в варианте, обратном по отношению к фиг.6, согласно одному аспекту настоящего изобретения;

фиг.8 - изображение трещины с использованием обработки данных комплекта приемников и передатчиков согласно одному аспекту настоящего изобретения;

Фиг.9 - результаты изображения трещины, сформированного на основе полевых данных с использованием ST плоскости согласно аспектам настоящего изобретения;

Фиг.10 - реальные данные процесса GeoFrame©, соответствующие изображениям трещины по фиг.9;

Фиг.11 - необработанное отображение времени поступления и соответствующего акустического устройства согласно одному аспекту настоящего изобретения;

Фиг.12 - ST плоскость, разбитая на окна согласно другому аспекту настоящего изобретения;

Фиг.13 - необработанное отображение времени поступления и соответствующего акустического устройства согласно другому аспекту настоящего изобретения.

На всех чертежах идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Хотя изобретение чувствительно к различным модификациям и альтернативным формам, конкретные варианты осуществления изобретения показаны на чертежах в качестве примеров, которые подробно описываются ниже. Однако следует понимать, что изобретение не сводится к раскрытым здесь конкретным формам. Наоборот, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, лежащие в рамках объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Далее описываются иллюстративные варианты и аспекты изобретения. Для ясности в этом описании изложены не все признаки действительной реализации изобретения. Конечно, при разработке любого указанного действующего варианта необходимо принять множество конкретных специфических решений для достижения определенных разработчиком целей, например, удовлетворение ограничений, связанных с системой, и коммерческих ограничений, которые будут меняться от одного варианта реализации к другому. Кроме того, очевидно, что такая разработка может оказаться достаточно сложной и трудоемкой, но, тем не менее, она будет рутинным делом для специалистов в данной области техники, которые воспользуются этим описанием.

В настоящем изобретении рассматривается использование ST плоскости для акустического изображения исследуемых трещин в подземной породе. Согласно одному аспекту изобретения исследуемым признаком является трещина в породе, но представленные здесь способы этим не ограничиваются. Эти способы и устройство согласно настоящему изобретению целесообразно использовать для экспресс-проверки признаков породы (таких как трещины) в скважине. Однако описанные здесь способы и устройство можно также использовать как основной способ формирования изображения, если это потребуется.

Предпочтительно, чтобы использование ЦП, реализующий способы настоящего изобретения, было легким, так чтобы это не влияло на сбор акустических данных, которые возможно анализируют для других целей. Для сведения к минимуму использования ЦП согласно настоящему изобретению вычисления могут быть относительно простыми, как более подробно описано ниже.

Обратимся теперь к чертежам и, в частности, к фиг.1, где показан упрощенный вид акустического устройства (100). Акустическое устройство (100) является типовым для множества устройств, поставляемых различными изготовителями, в том числе компанией Schlumberger. Акустическое устройство (100) включает в себя по меньшей мере один акустический передатчик (T), выполненный с возможностью формирования акустических волн, которые передаются через соседние породы. В некоторых вариантах осуществления изобретения имеется по меньшей мере один монопольный акустический передатчик. Акустическое устройство (100) также включает в себя два или более приемников (R₁-R_n), как показано на этой фигуре. Согласно иллюстрации на фиг.1 акустическое устройство (100) включает в себя восемь приемников (R₁-R_n), при этом оно и исследует некоторый признак породы, которым в настоящем изобретении является трещина (104). Волны, формируемые акустическим передатчиком (T), следуют по волновым траекториям, например, по первой волновой траектории (110), проходя от передатчика (T) к трещине (104), а затем от трещины (104) к приемнику (R₁-R_n). Волновой фронт (116), распространяющийся вдоль волновой траектории (110), показан после того, как волна пересекла трещину (104). Понятно, что волновая траектория (110) и волновой фронт (116) являются по сути примерами и используются в целях облегчения понимания принципов изобретения. Вдобавок к волнам, представленным как распространяющиеся вдоль волновой траектории (110), при действительной реализации изобретения также будет иметь место множество других волн. Волновая траектория (110) представляет аппроксимации траекторий распространения волн, когда волны распространяются от передатчика (T) через трещину (104) к приемникам (R₁-R_n). Процессор, например компьютер, может быть встроенным в акустическое устройство (100) или иметь дистанционную связь с акустическим устройством (100) для управления, приведения в действие, сбора данных, вычислений или других целей.

Как показано на фиг.1, когда волны (вдоль траектории 110 распространения) достигают и пересекают трещину (104), они могут быть преобразованы и/или отражены. Например, P-волны могут оказаться преобразованными в S-волны (P-S преобразование), S-волны могут оказаться преобразованными в P-волны (S-P преобразование), а также P-волны могут отражаться в P-волны (P-P отражение). Местоположение точки преобразования и/или отражения для траектории (110) распространения волны отмечено как (P) и соответствует местоположению трещины (104). Согласно способам настоящего изобретения изображаются местоположения трещин. Таким образом, для изображения местоположений трещин необходимо вычислить местоположение точек (P) преобразования/отражения. Далее обсуждается один из возможных путей вычисления местоположения точек (P) преобразования/отражения.

Вновь обратимся к фиг.1, где при перемещении волнового фронта (116) вдоль волновой траектории (110) он пересекает приемники (R₁-R_n) и будет ими обнаружен. Однако волновой фронт (116) пересекает приемники (R₁-R_n) в различные моменты времени. Предположим, что волновой фронт (116) проходит по прямолинейной волновой траектории (110), когда он пересекает все приемники (R₁-R_n). Предположим также, что разница во времени распространения между двумя приемниками (в данном примере R₃ и R_n-1) вызвана протяженностью траектории распространения. Протяженность траектории распространения равна произведению расстояния между двумя приемниками (R₃ и R_n-1) на косинус угла (α) падения на приемники. Угол падения (α) определяется линией (114), проходящей между двумя приемниками (R₃-R_n-1), и отрезком (118) волновой траектории (110), проходящей от второго приемника R_n-1 перпендикулярно волновому фронту (116). Угол падения (α) можно вычислить, используя простые тригонометрические соотношения, на основе измерений действительной величины, обратной скорости волны, и измерений кажущейся величины, обратной скорости волны, выполненными приемниками (R₃-R_n-1) согласно следующему уравнению:

где кажущаяся величина, обратная скорости волны (ApparentSlowness), представляет собой разность во времени поступления между первым и вторым приемниками (R₃-R_n-1), показанными на фиг.1, деленную на расстояние (114) между первым и вторым приемниками (R₃-R_n-1), а действительная величина, обратная скорости волны (ActualSlowness), представляет собой разность во времени поступления между первым и вторым приемниками (R₃-R_n-1), показанными на фиг.1, деленную на действительное расстояние (118), которое прошла волна в течение разницы во времени поступления вдоль волновой траектории (110), проходящей между трещиной (104) и вторым приемником (R_n-1). Значения действительной и кажущейся величины, обратной скорости волны, вычисляют исходя из данных, полученных приемниками (R₃ и R_n-1).

Обратимся далее к фиг.2, пользуясь которой сразу после вычисления угла падения (α), можно определить местоположение точки (P) преобразования/отражения [точку преобразования для начальной S-волны, преобразованной в P-волну, или начальной P-волны, преобразованной в S-волну; точку отражения для начальной P-волны, отраженной в P-волну] на всех исследуемых глубинах. Для выполнения этого полагают, что точка P преобразования находится на луче (218), определенном углом падения (α) от приемника (R_n-1) согласно одному аспекту изобретения. Для удобства последующего описания расстояние между приемником (R_n-1) и точкой (P) преобразования отмечено как «ls», а расстояние между точкой (P) преобразования и передатчиком (T) отмечено как «lp». Соответственно время распространения между передатчиком (T) и приемником (R_n-1) через точку (P) преобразования можно выразить в виде:

Следует понимать, что уравнение (2) относится к P-волнам, преобразованным в S-волны (P-S преобразование), и что уравнение (2) можно легко изменить для точек S-P преобразования и точек P-P отражения. Для величины, обратной скорости волны сдвига (ShearSlowness), можно ввести сокращение «ss», а для величины, обратной скорости волны сжатия (CompressionalSlowness), можно принять сокращение «cs», которые используются в последующих уравнениях.

Согласно фиг.2 геометрия акустического устройства (200) дополнительно отмечена размером, задающим линейное расстояние (TR) между передатчиком (T) и приемником (R_n-1). Это расстояние (TR) подразделяется на первое линейное расстояние (х) между приемником (R_n-1) и перпендикуляром (222) длиной (h) к точке (P) преобразования/отражения, и второе линейное расстояние (y) между перпендикуляром (222) и передатчиком (T). При геометрии, показанной на фиг.2, расстояние (TR) между приемником (R_n-1) и передатчиком (T) может быть выражено как:

а расстояние (h) между устройством (200) и точкой (P) преобразования/отражения выражается как

Считая согласно обычным тригонометрическим функциям, что:

время распространения (tt) можно переписать в виде

Кроме того, решение уравнения (3) для y дает:

и тогда, подставив это значение y в уравнение (4), получим:

из чего вытекает, что:

Подставив значение tanβ из уравнения (4') в уравнение (2'), получим:

или

Затем значение y, заданное уравнением (3'), можно подставить в уравнение (5), чтобы получить:

Вычитая

Возведя левую и правую части полученного уравнения в квадрат, получим:

из чего вытекает, что:

Уравнение (6) является квадратным уравнением, имеющим два решения:

И согласно одному аспекту настоящего изобретения выбирают меньшее положительное решение.

После вычисления х можно вычислить расстояние (h) между точкой (P) преобразования и устройством (200) как:

а местоположение точки преобразования можно определить непосредственно из уравнений (7) и (8).

Как упоминалось выше, показанные уравнения, в основе которых лежит уравнение (2), привязаны к P-S волновым преобразованиям. Однако после замены уравнения (2) на:

для S-P преобразований можно также вычислить точки S-P преобразования с использованием аналогичных вычислений, рассмотренных выше. Для P-P волновых отражений cs=ss, поскольку P-P волновые отражения распространяются только в виде волн сжатия. Таким образом, точки P-P отражения можно вычислить, используя вычисления, аналогичные рассмотренным выше, после замены уравнения (2) уравнением

для P-P отражений.

При наличии методологии для вычисления местоположения одной или нескольких точек (P) преобразования/отражения, для изображения точек преобразования/отражения и построения, например, изображения подземных трещин, соответствующих ряду вычисленных точек (P) преобразования/отражения, можно использовать ST плоскость (302), как показано на фиг.3. На фиг.3 показана ST плоскость (302), построенная на основе данных от приемников акустического устройства (300). Как упоминалось выше, ST плоскость (302) можно вычислить в соответствии со стандартными способами изображения подземных объектов с временем, откладываемым по х-оси (324), и величиной, обратной скорости волны, откладываемой по y-оси (326).

На ST плоскости (302) показана область (328) S-волны и область (330) P-волны. На ST плоскости (302) определены окна для P-S/S-P преобразований и P-P отражений, где можно наблюдать P-S/S-P преобразования и P-P отражения. Окно (332) для P-S преобразования создано между ориентировочным концом области (330) P-волны и ориентировочным началом области (328) S-волны по временной оси (324), и между областями, ориентировочно более медленными, чем P-волна, но более быстрыми, чем S-волна, по оси (326) величины, обратной скорости волны.

Местоположение окна (332) P-S преобразования выбирается, как было определено выше, поскольку кажущаяся величина, обратная скорости волны, для P-S преобразования больше величины, обратной скорости для волны сдвига. Кроме того, P-S преобразованная волна поступает между P-волной и S-волной. По аналогии с окном (332) P-S преобразования создается окно (334) для волн S-P преобразования и волн P-P отражения. Окно (334) для S-P преобразования и P-P отражения определяется между ориентировочным концом области (330) P-волны и ориентировочным началом области (328) S-волны по временной оси (324), и в областях, ориентировочно более быстрых, чем P-волны, по оси (326) величины, обратной скорости. Окно (334) для S-P преобразования/P-P отражения определяется так потому, что кажущаяся величина, обратная скорости для волн S-P преобразования и волн P-P отражения, быстрее, чем величина, обратная скорости волны сжатия.

При заданных окнах (332 и 334) соответственно для P-S преобразования и S-P преобразования/P-P отражения выбирают точку. Например, как показано на фиг.3, выбрана точка (P) P-S преобразования примерно в центре окна (332) P-S преобразования. Точка (P) P-S преобразования соответствует значению (340) кажущейся величины, обратной скорости волны, по оси (326) величины, обратной скорости волны, и времени (342) распространения по временной оси (324).

Применяя вышеописанные принципы, можно вычислить угол (α) падения для точки (P) P-S преобразования исходя из кажущейся величины (340), и действительной величины (352), обратной скорости волны. В дополнение, используя вычисленный угол (α) падения, длину TR, время (tt) (342) распространения и величину, обратную скорости волны сдвига и сжатия, можно вычислить местоположение точки (P) P-S преобразования согласно обсужденным выше принципам.

Затем значения точки (P) P-S преобразования (или любой другой точки, выбранной согласно вышеописанным принципам) с ST плоскости (300) можно нанести на местоположение (344) точки преобразования, которое вычисляется, как было описано выше. Стрелка (348) иллюстрирует принцип нанесения значений с ST плоскости (300) для точки (P) преобразования на вычисленное местоположение (344) точки преобразования. Разумеется, что этот процесс можно повторить любое число раз для всех исследуемых глубин, пока не будет построено требуемое изображение.

Вышеописанные способ и устройство реализованы как для действительных, так и для искусственных данных, а полученные результаты приведены ниже.

Согласно одному примеру, реализующему принципы настоящего изобретения, было создано изображение трещины с использованием искусственных данных, полученных в результате моделирования. Обратимся к фиг.4, где показан набор (400) данных об искусственных сигналах, созданный с помощью программы MatLab, хотя подобные наборы данных можно получить с помощью любой из других программ. Затем набор (400) данных об искусственных сигналах по фиг.4 был загружен в серийно выпускаемый процессор. Набор (400) данных об искусственных сигналах содержит данные по P-S/S-P волновым преобразованиям и P-P волновым отражениям, а не сами P- и S-волны. К этим данным также был добавлен случайный шум.

Параметры примерной реализации, относящиеся к фиг.4, выглядят следующим образом:

На фиг.5 показаны результаты применения способа построения изображения трещины с использованием ST плоскости, как было описано выше. Действительное местоположение трещины показано сплошной линией (500). Изображение трещины, созданное согласно принципам настоящего изобретения, показано в виде комбинации из четырех подразделов. Четыре подраздела соответствуют изображениям, созданным исходя из двух P-P отражений (502 и 508), P-S преобразования (504) и S-P преобразования (506).

Верхняя область (510) в S-P преобразовании (506) и нижняя область (512) в левом P-P отражении (502) создают шум, который является результатом перекрытия в окнах для S-P преобразования и P-P отражения (как более подробно обсуждается ниже). Шум может также появляться в результате обработки P-P отражения как S-P преобразования и наоборот. Тем не менее, когерентность изображения позволяет получить относительно четкое изображение трещины в правильном местоположении. Однако шум, показанный на фиг.5, может стать проблемой для некоторых прикладных задач. Шум и его устранение дополнительно поясняются со ссылками на фиг.6.

На фиг.6 показана ST плоскость, созданная для использования комплекта приемников; этот способ создания ST плоскости известен специалистам в данной области техники. На ST плоскости (602) показано шесть высоко когерентных областей, соответствующих P-волне (604), S-волне (606), P-S преобразованию (608), S-P преобразованию (610) и первому и второму P-P отражениям (612 и 614). Первое P-P отражение соответствует верхней стороне (616) трещины (618), а второе P-P отражение соответствует нижней стороне (620) трещины (618).

Когда акустическое устройство (600) перемещается в скважине (например, проходя три положения, отмеченные буквами (А), (В) и (С) на фигурах 6-7), перемещаются диапазоны для P-S преобразования (608), S-P преобразования (610) и первого и второго P-P отражений (612 и 614), которые также перекрываются другими когерентными диапазонами. Перекрытие вызывает шум, показанный на фиг.5, из-за трудности выделения перекрывающихся прямых волн, преобразований и отражений.

Для решения проблемы перекрытия акустическое устройство (600) может облегчить построение массива данных, сформированных передатчиком (T), когда устройство (600) активизируется в различных местах в скважине, и сигналы принимаются каждым приемником. Этот комплект передатчиков можно использовать для изменения на противоположные местоположения P-S преобразования (608) и S-P преобразований (610) и P-P отражения от верхней стороны (612) и P-P отражения от нижней стороны (614), как можно видеть при сравнении фиг.6 и 7. Благодаря изменению на противоположные этих местоположений можно лучше определить когерентные диапазоны, связанные с различными сигналами, и выделить перекрытия. Предпочтительно, чтобы передатчик (T) активизировался с промежутками таким образом, чтобы расстояние, на которое переместилось устройство, было кратно промежуткам между соседними приемниками (R)(чаще всего это комплект из восьми приемников, но это не обязательно). Таким образом, сигналы, принятые первым приемником (R_n) в первом положении (А) устройства, можно сравнить, например, с сигналами, принятыми вторым приемником (R_n-1) во втором положении, находящемся вверх по стволу скважины на расстоянии, равном расстоянию между первым (R_n) и вторым (R_n-1) приемниками. Этот процесс построения массива данных можно повторить для стольких положений, сколько потребуется. Однако для одного сравнения лучей можно иметь данные, собранные со стольких мест, сколько имеется приемников минус один. То есть, если имеется комплект из восьми приемников, то можно выполнить сравнение сигналов для семи различных положений, если передатчик (T) активизируется с промежутками, соответствующими расстоянию между приемниками (понадобится меньше непосредственных сравнений, если передатчик (T) активизируется с промежутками, кратными двум или более промежуткам между приемниками).

На фиг.8 показаны результаты формирования изображения трещины с использованием комплекта (600) передатчиков (T) и приемников (R) для искусственных данных по фиг.4. Сравнение фиг.8 и 5 показывает, что шум значительно уменьшается или исключается, а изображение для первого P-P отражения (502) и S-P преобразования (506) гораздо четче.

Следует заметить, что время воспроизведения для всего набора искусственных данных (на глубине примерно 200 м) составляло приблизительно одну минуту как при реализации описанного здесь процесса формирования изображения трещины, так и без реализации этого процесса. Это указывает на то, что время обработки, необходимой для формирования (построения) изображения трещины, невелико, и оно составит очень малую часть времени работы ЦП.

Обратимся далее к фиг.9, где показаны результаты изображения трещины согласно принципам настоящего изобретения для реальных полевых данных. Сравнение результатов, показанных на фиг.9, с данными процесса GeoFrame®, показанными на фиг.10, показывает, что более крупные трещины в породе очень хорошо совпадают. Соответственно способы и системы формирования изображения трещин согласно настоящему изобретению можно использовать в скважине для надежного быстрого наблюдения или контроля качества.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения для индикации возможной трещины можно реализовать временное проецирование акустических данных, представленных ST плоскостью (например, на фиг.3). Способ временного проецирования не показывает изображение трещины, но его можно использовать для индикации возможной трещины, как обсуждается ниже.

Для каждого комплекта приемников создается ST плоскость. Известно, что преобразование моды акустической волны в трещине имеет конфигурацию, показанную на фиг.11. Для каждого приемника P-S преобразованные волны (702) и S-P преобразованные волны (704) поступают между поступлением P головной волны (706) и поступлением S головной волны (708). Эти две волновые линии являются симметричными и пересекаются. Интервал TR акустического устройства (фиг.2, 200) ограничивает высоту этих линий (702 и 704). При наличии трещины указанные преобразованные волны будут отображаться на ST плоскости. Могут быть созданы окна, которые используются на ST плоскости для разделения волн.

На фиг.12 показана ST плоскость (300), отображающая P-S преобразование в P-S окне 710 и S-P преобразование в S-P окне (712) для конкретной глубины. Каждое преобразование может быть спроецировано на временную ось. Затем эти временные проекции могут отображаться в соответствии с глубиной. Это обеспечивает отображение наличия P-S преобразований или S-P преобразований для конкретного диапазона глубин, обеспечивая тем самым индикацию вероятности трещины в этом диапазоне глубин.

Понятно, что набор передатчиков можно построить исходя из форм сигналов, принимаемых каждым приемником, когда акустическое устройство активизируется в различных местах в скважине. Как показано на фиг.13, этот набор передатчиков можно использовать для изменения на противоположные местоположения P-S преобразования (904), S-P преобразований (902), P-P отражения от верхней стороны и P-P отражения от нижней стороны. Изменяя эти местоположения на противоположные, можно лучше определить когерентные диапазоны, связанные с различными формами сигнала, и выделить перекрытие. Целесообразно активизировать передатчик (T) с такими промежутками, чтобы расстояние, на которое перемещается устройство, было кратно интервалу между соседними приемниками (R) (часто это набор из восьми приемников, но не обязательно).

Предшествующее описание было представлено только в целях иллюстрации и описания изобретения, а также описания некоторых примеров его реализации. Здесь не предполагается, что описание является исчерпывающим или что изобретение сводится к какому-либо раскрытому здесь точному варианту. В свете вышеописанного замысла возможно множество модификаций и видоизменений.

Предпочтительные аспекты были выбраны и описаны здесь для наилучшего пояснения принципов изобретения и его практического применения. Предполагается, что вышеприведенное описание позволит специалистам в данной области техники наилучшим образом использовать изобретение в различных вариантах и аспектах, а также с различными модификациями, подходящими для конкретного предлагаемого использования. Подразумевается, что объем изобретения определен нижеследующей формулой изобретения.

Реферат

Изобретение относится к области обработки геофизических данных для формирования изображения подповерхностных трещин с использованием плоскости, отражающей медленность (ST плоскость). Сущность: формируют и принимают акустические волны для формирования акустических данных. Оценивают углы падения падающих акустических волн относительно приемников исходя из кажущейся и действительной величины, обратной скорости волны. Оценивают местоположение трещины исходя из времени распространения и угла падения. Трещина может быть изображена путем нанесения значений с ST плоскости на местоположение трещины. Технический результат: упрощение способа, повышение точности результатов. 8 н. и 33 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула