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声反射成像测井仪器仿真及波形处理技术研究

何峰江  
【摘要】:声反射成像测井是近年来发展起来的新型声波测井方法。作为一种介于常规声波测井和 VSP 测井之间的测井方法,声反射成像测井探测井外的反射波。它能够突破常规声波测井的“一孔之见”,探测井筒外 10m 左右的地质体。目前对声反射成像测井的响应特性分析多采用几何声学法。这种分析方法简单、直观,但只能分析声场的运动学特征(如旅行时)而不能分析其动力学特征(如幅度)。本文旨在研究声反射成像测井的三维有限差分数值模拟方法,以求更全面、准确地反映整个声场波动。声反射成像测井接收到的反射波幅度较小且与井中声场重叠在一起。因此对反射波信号来说,存在两种噪声:非相干性的随机噪声和相干性的井中模式波。如何压制这些噪声成为声反射成像测井信号处理所要解决的关键问题。本文的另一个目的就是研究采用小波分析压制噪声、提高反射波信号信噪比的方法。 针对声反射成像测井的声场具有高频(10kHz 左右)、大尺度(10m 左右)、大动态范围(60dB 以上)的特点,本文综合运用了 PML 吸收边界、并行化及非均匀交错网格等技术来改进三维有限差分模拟方法,并将其推广到了正交各向异性介质的数值模拟中。本文以一个带有反射面的三维模型和一个正交各向异性模型为例,考察和分析了并行算法、非均匀网格化算法的正确性及 PML 吸收边界的有效性。数值模拟结果表明本文的数值模拟方法能够快速、正确地模拟声反射成像测井。 本文还利用退化到二维的数值模拟程序研究了单极子声场的 P-P 反射波幅度特性,并利用三维数值模拟程序考察了偶极子声源对反射界面的方位识别能力。主要结论有:P-P 反射波幅度随着声源频率的增加而下降;在不同源距处,仪器具有不同的探测深度范围;随着反射面倾角的变化,P-P 反射波幅度的较大值集中在较窄的源距范围内;偶极子声源产生的声场具有对反射界面方位的识别能力,当声源的极化方向垂直于反射界面时接收到的反射波幅度最大,当声源极化方向平行于反射界面时接收到的反射波幅度最小。 在反射波信号的处理中提出并应用了多尺度相关法和 Modified Ridgelet变换。多尺度相关法是双树复小波变换与慢度-时间相关法结合的产物。该方法能够给出阵列信号在不同尺度上的慢度-时间域信息,并可以利用该信息去除相应尺度上的相干噪声。对模拟信号和实际信号处理的结果表明多尺度相关法能够较好地分离反射波和压制噪声。Modified Ridgelet 变换则是利用高分辨Radon 变换改造 Ridgelet 变换,使其能够适用于处理阵列声波信号。利用Modified Ridgelet 变换可以直接从共炮点道集和共反射点道集中提取出反射波信号。对模拟信号的处理很好地证明了这一点。


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