石油工程中声学测井技术的应用

摘要：为解决传统石油工程中测井结果与实际油藏深度相差较大、影响石油开采精度和效率的问题，开展声学测井技术在石油工程中的应用研究。确定声源信号，在此基础上构建声波测井传输网络模型，基于声学测井技术的数据联合反演井内油藏。通过对比实验证明，设计方法与传统方法相比，得到的测井结果精度更高、更满足石油开采需要，为其提供精准的测量技术和数据支撑。

关键词：声学测井技术；石油工程；测井结果；开采效率

声学测井技术是利用不同岩石及流体之间对声波传播的速度不同这一特点形成的一种测井方法。当前声学测井技术在矿产资源开发、建筑工程等相关领域均有着十分广泛的应用[1]。技术的快速发展，使得声学测井技术当中越来越多的信息技术和信息理论得到了实践和应用。声学测井技术在下到井下时，能够对不同地层结构之间产生的多种不同波进行精准的测量，以此更有助于对岩层的实际密度、数据参数等多种数据进行采集，从而更好地对地层中的元素、特性等进行了解。当前石油工程中仍然采用传统的测井方法，由于井内结构逐渐复杂，并且条件十分恶劣，使得传统测井方法在实际应用过程中出现了测量误差大、测量过程易受周围条件因素影响、需要依靠人工操作内容较多等问题，对于石油工程的开展而言十分不利[2]。基于此，本文将结合声学测井技术在各个领域中的应用优势开展其在石油工程中的应用研究。

1基于声学测井技术的石油工程设计

1.1确定声源信号

为实现对石油工程中测井的精度，本文在测量过程中采用机———电类比的方法，建立以声源换能装置和接收装置为主体的等效电路，并以此进一步推导出电———声冲击响应效果和声———电冲击响应效果。根据其不同的响应效果，构建电驱动信号与声源辐射的声信号之间的关系，并将被接收换能装置转换为电信号之间的对应关系。利用冲击响应中的卷积充当声源辐射的声信号指标，以此将传统测井方法中的声源函数替换，从而实现在测井过程中得到更加真实的响应效果[3]。在利用声学测井技术时，其产生的音频信号是一种非稳定性的信号，因此在传播的过程中会夹杂着较多的干扰噪声。针对这一问题，利用阵列音频增强技术，针对产生的音频信号具有的时空特性去除其中含有的噪声音频信号，并以此实现对声源的定位，确定目标声源信号。由于干扰噪声与测量设备产生的音频信号是相互独立的，并且具有一定的非高斯性。因此，根据这一特点，本文采用独立分量的方法对音频信号当中含有的噪声进行过滤。图1为分离音频信号中干扰噪声流程示意图。由图1所示，当输入的音频信号S（a）当中包含了A个相互之间独立存在的声源信号，在经过混合矩阵T的处理后，即可获得一个混合信号X（a），再通过独立分量分析的方法，将混合信号中属于测量设备发出的音频信号与其他噪声信号进行分离。最后，将于S（a）无限接近的音频信号Y（a）输出，此时得到的音频信号Y（a）即为通过声学测井技术测量得到的声源信号。

1.2构建声波测井传输网络模型

声源换能装置和接收换能装置分别设置在井眼泥浆的顶层和底层，在利用声学测井技术测量的过程中，电驱动信号激励会将声信号发射，在经过井眼泥浆和井眼周围的地层时，传播到井眼上方，并逐渐转换为电信号，记录下来[4]。传统声波测量传输网络模型在构建的过程中，由于没有考虑到电驱动信号激励的电———声转换以及声———电转换对测量的声源信号产生的传输延迟，因此无论是在传输时间还是传输幅度上都存在一定的误差。针对这一问题，本文利用信息和信号传输的理论，对声波测井的整个过程进行分析，将声波测井的整个过程看作一个信号传输，并以此构建其传输网络模型，充分考虑上述分析时的延迟性问题[5]。声波测井的几何结构如图2所示。利用信号与信息传输的理论，将声波测井整个传输过程类比于一个信号传输，将声源换能装置和接收换能装置类比于输入端和输出端，将电驱动信号和测量得到的声波测井信号分别作为模型的输入信号和输出信号，测量得到的信号即为声波传输特性和声———电转换对测量结果的共同作用。对于不同传媒介质而言，其井眼流体和井眼周围地层的物理参数都存在差异，对于井眼流体而言，其密度通常为1.25kg/m3，流体流动速度为1523m/s；对于快速地层而言，其密度通常为2.51kg/m3，流体流动速度为5914m/s。进一步得出声波测井传输网络模型函数为：（1）公式（1）中，ω表示为子波中心频率；α表示为子波阻尼系数；H（α）表示为不同传媒介质的物理参数。通过公式（1）计算达到接收换能装置位置上的声压信号以及被接收换能装置转换成的电信号。

1.3基于声学测井技术的数据联合反演井内油藏

通过本文上述测量明确了井中声波测井的传输方式，以此为基础进一步通过勘探数据联合反演确定井内油藏范围。利用匹配追踪算法，将在井内通过声学测井技术的数据与勘探数据进行对比，从而用测井数据和勘探数据联合反演出井内不同地层的反射系数序列，利用其幅度和相位信息，寻找油藏位置[6]。同时，还需要利用地震子波字典和反演底层反射序列处理程序。首先，对油藏位置进行精确处理。考虑到井内不同地层具有不同的地质结构，因此需要采用较为特殊的信号处理方法，包括线性预测。频率压缩的数据信号处理算法，对通过声学测井技术测出的井内数据和不同地震子波进行数学处理。利用地震子波的丰富度，充分反映井内可能出现的地质结构和特性[7]。其次，利用反演底层反射序列处理程序，将获取到的每一道迭代后的勘探数据与地震子波字典进行一一对比，找出相关系数最大的数字，并利用该数值对应的反射系数作为勘探数据的反射系数。当找到油藏位置时，勘探信号会从油藏的入射到油藏与底层之间的临界面上，并且在该临界面上产生较强的声反射，且反射系数具有标准的正相位特点。因此，不仅能够获取到井内油藏的准确位置，同时还能够实现对油藏厚度的确定。

2对比实验

为进一步验证本文设计的基于声学测井技术的石油工程在实际施工中的测井效果，将本文提出的方法和传统方法对相同的实验对象进行应用，对比两种方法的实际应用性能。选择某石油工程施工区域的真实环境作为实验环境，该环境当中包含已经完成勘测的5口井，分别利用本文提出的测量方法和传统测量方法对这5口井中的油藏位置进行勘测，并将勘测结果与已知数据进行对比，验证两种方法的测量精度。对5口井分别进行编号：#001、#002、#003、#004、#005，其中#001、#002、#003为深度超过2000米的中深井，#004、#005为深度超过4500米的深井。矿井内的温度会随着井底压力的增加而逐渐上升，当井底压力从0到300MPa时，相应的井底温度也会从50°C~150°C上升到300°C以上。设置实验组为利用本文测井方法得到的油藏深度结果；设置对照组为利用传统测井方法得到的油藏深度结果。完成两种测井方法后，将实验结果进行记录，并绘制成如表1所示的实验结果对比表。由表1中的数据可以得出，实验组的测量结果与对照组的测量结果相比，明显更接近于实际油藏深度。实验组无论是对中深井还是深井测量，其测量精度均不会受到影响，而对照组在对深井测量得到的结果与中深井测量得到的结果相比，明显精度更低。同时，在实验过程中，本文提出的石油工程测井方法不仅能够对油藏的深度进行测量，同时还能够得出油藏的具体厚度大小，将其厚度大小测量结果与实际相比较依然具有较高的准确率。因此，通过对比实验能够进一步证明本文提出的基于声学测井技术的石油工程能够实现对井内油藏的高精度探测，为石油企业后续开采提供可靠的数据支持。

3结论

本文通过开展石油工程研究，引入声学测井技术对井内油藏位置进行探测，通过研究得出，引入声学测井技术后得到的探测结果更符合石油企业后续开采的高精度需要。同时，在进行声波测井的过程中，通过加强不同技术的创新，提升该技术在实际方案中的应用，能够有效促进声学测井技术的应用，以此为石油工程提供更合理的指导和规划，实现其可持续发展。

参考文献

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作者：高虎 单位：中国石油集团测井有限公司辽河分公司