Geophysics│Effects of collar eccentricity on azimuthal response characteristics for acoustic reflection measurement while drilling
声反射成像已成功应用于钻后电缆测井，该技术在随钻声波测井（ALWD）中可能更有价值，特别是在随钻地质导向中。由于钻井中工具偏心现象普遍存在，因此必须考虑钻铤偏心对钻孔内外声波场的影响。论文中使用双圆柱坐标系中的解析解来分析偏心钻铤对随钻声反射成像的影响。虚拟源类比和柱面贝塞尔函数的平移加法定理用于计算带有偏心环的充满流体的井眼对来自地层反射器的入射波场的响应。分析结果通过3D 有限差分模拟的结果进行了验证。论文还研究了接收波场的方位角变化，并与集中波场的结果进行了比较，分析了环偏心率、震源频率和地层弹性特性的影响。结果表明，偏心环造成的波场不对称特征可以确定反射器的方位角，为钻孔声反射成像的方位角模糊问题提供了解决方案。论文的研究结果除了开发一种有效的偏心轴环ALWD 建模方法外，还可为 ALWD 工具开发和数据解释提供理论基础。图1和图2的结果展示了不同偏心对方位角响应特征的影响。
图1 钻铤相对于反射器偏心的情况：（a）朝向反射器，（b）沿着平行于反射器走向的方向，以及（c）远离反射器。
图2 三个偏心方向的ALWD 接收方向图随钻铤偏心的变化：(a–c) 单极P 波和(d–f) 偶极SH 波。（a、c、d 和 f）偏心方向是朝向（远离）反射器。(b 和 e) 偏心方向平行于反射器的走向。每条曲线的幅度均通过曲线的最大值进行归一化。
论文作者： 饶博，苏远大，李盛清，唐晓明
论文链接： https://library.seg.org/doi/10.1190/geo2022-0756.1
测井技术│裂缝性储层的声波测井评价方法及其在渤中19-6凝析气田的应用
裂缝是渤中19-6凝析气田变质岩潜山储层重要的储集空间和渗流通道，造成储层的非均质性，并导致不同井测试产能的差异，亟需对裂缝进行综合评价。简述了裂缝评价方面各种声学方法的基本原理，并结合研究区块多井的实例开展裂缝评价。正交偶极的横波各向异性大小能反映裂缝发育程度，且快横波方位能确定裂缝走向；根据井孔模式波的声衰减差异能判断裂缝倾角及其发育程度；根据纵波声速径向变化大小可评价地层裂缝的发育度；偶极横波远探测技术能探测井外数十米处的地质构造。结合井壁成像资料验证以上声波测井评价方法的有效性，最终综合各种声波测井方法和常规测井资料，形成一套近井到远井的测井技术体系，为裂缝性油气藏评价提供支撑。现场数据（图1）处理结果验证了该评价方法的正确性。
图1现场数据实例：框图1为井径、自然电位和自然伽马曲线，框图2为反射系数和衰减系数曲线，框图3为井径变化指标，框图4和5分别为各向异性和各向异性方位数据，框图6和7分别为井壁裂缝密度和裂缝走向数据，框图8、9、10和11分别为不同方位下的井眼成像。
论文作者： 沈钦宇，李盛清，苏远大，唐晓明
论文链接：https://link.cnki.net/doi/10.16489/j.issn.1004-1338.2023.02.005
地球物理学进展│渤海潜山储层岩石孔隙结构反演实验研究
多形态拓展孔隙、裂隙并存理论描述了介质中孔隙与多形态裂隙体之间的相互作用，现已被用于岩石的孔隙结构反演。利用实验室加压条件下干燥和流体饱和岩石的纵、横波速测量数据，联合反演了潜山储层岩石的孔隙纵横比谱。反演结果表明：随着有效压力的增加，裂隙元素的纵横比减小，小纵横比裂隙的闭合降低了裂隙密度，导致低压段的弹性波速度显著增大。同时，在双对数刻度下，孔隙度与孔隙纵横比之间存在幂函数关系，孔隙结构指数随总孔隙度单调增加， 此关系可用于判别潜山储层的有效性。本文的研究不仅为潜山储层岩石孔隙结构分析方法提供了实验验证，而且给出了一种潜山储层有效性的辅助判别方法。三种岩石样品的孔隙纵横比谱（图1）表征了孔隙、裂隙的分布谱与总孔隙度之间的关系（图2）。
图1双对数坐标系下孔隙纵横比谱线性拟合，说明孔隙度与纵横比之间存在着幂函数的关系。图2发现孔隙结构指数E随孔隙度单调增加。
论文作者：李盛清，王文浩，王鹤鸣，苏远大
论文链接： http://www.progeophys.cn/article/doi/10.6038/pg2023GG0373
Geophysics│Elastic wave radiation and reception of a borehole dipole source in a vertically transverse isotropic formation
使用偶极子源的单井声学成像已应用于各向异性地层。对于该方法，需要分析各向异性对井眼中声波的辐射和接收的影响，并需要利用适当的分析方法。本论文利用波场的远场渐近解来计算钻孔垂直横观各向同性（VTI）地层中偶极子源的辐射方向图。本论文模拟了VTI 地层中辐射波和反射波的球面波传播特性以及井眼中轴上和离轴位置波的接收。基于已开发的分析建模方法，本论文系统地研究了地层各向异性对辐射方向图和井眼响应特性的影响。本论文的建模结果表明，由于纵向和横向粒子运动之间的耦合，准P-(qP-) 和准 SV-(qSV-) 波辐射图包含两个分量。结果还表明，各向异性导致SH反射波的到达时间与qSV波的到达时间不同，如果利用沿井测得的速度进行偏移，会出现成像目标的错位。离轴数据的方位灵敏度可用于帮助消除VTI 地层中偶极子声学成像的 180° 模糊性。了解各向异性对井眼声波成像的影响有助于提高各向异性地层成像结果的准确性。图1结果表明，无论地层是各向同性还是各向异性，离轴数据对反射器位置都很敏感。
图1使用 (a) Austin Chalk 和 (c) 各向同性 Austin 中的渐近解计算的方位 SH 波。 (b) Austin Chalk 和 (d) 各向同性 Austin 中 0°（虚线点）和 180°（点）反射器的 SH 波振幅（归一化）方位角变化的极坐标图。给出轴上结果（实线）作为比较。这种由非偶极响应引起的方位灵敏度可用于消除 VTI 地层中偶极钻孔反射测量中的 180° 模糊度。
论文作者： 古希浩，唐晓明，苏远大，李盛清
论文链接： https://library.seg.org/doi/10.1190/geo2022-0174.1
地球物理学报│滑移界面表征的套管井声场的理论计算
经典弹性波理论往往在套管与水泥环之间增加一层流体环来模拟套管与水泥环之间胶结差时的测井响应，但流体环的存在，使得套管与水泥环之间缺失了剪切耦合，即使几个微米的厚度，套管波幅度也会明显增大，接近甚至超过自由套管时的30％。因此经典弹性波理论常常无法解释现场测量数据中套管波幅度的渐变现象。实际套管井中胶结界面粗糙或不规则起伏使套管与水泥环界面两侧介质有所接触，往往存在剪切耦合，用剪切刚度和法向刚度表达的滑移界面理论应用到套管与水泥环或水泥环与地层界面的胶结响应，可模拟界面从完全胶结到完全
胶结的过渡状态。通过将滑移界面理论模拟的波结构与在套管与水泥环之间加一层软固体层时的经典弹性波理论模拟的波结构对比，验证了滑移界面理论在模拟水泥胶结时的适用性。滑移界面理论与经典弹性波理论结合分析了水泥不同胶结状态下井孔内外声场的辐射特征，随着界面水泥胶结质量的下降井内接收的套管波以及套管波泄漏到地层中的纵横波幅度逐渐增强，透过井壁辐射到地层中的纵波和横波逐渐降低。将滑移界面理论应用到套管井水泥胶结状况的模拟，弥补了经典弹性波理论在模拟水泥胶结测井响应时的局限性，也为定量刻画水泥环界面的耦合刚度提供了可能。
图1 Ｉ界面含１ｍｍ 流体环套管井模型的分波波形，（a）是套管波波形，是前四阶套管模式的叠加；（b）是纵波，是井孔内接收的地层滑行纵波和泄漏纵波的叠加；图（c）是横波，是伪瑞利波、地层横波和泄漏横波的叠加，图（d）是内斯通利波。
论文作者： 潘金林，陈雪莲，唐晓明
论文链接： http://www.geophy.cn/article/doi/10.6038/cjg2022P0832
Geophysics┃Effective elastic properties and S-wave anisotropy for rocks containing any oriented penny-shaped cracks in transversely isotropic background
裂缝对岩石弹性性质有显着影响。现有的裂纹介质弹性模型主要考虑裂缝倾角。基于先前的横观各向同性（TI）背景和任意倾角裂缝模型，利用 Bond 变换矩阵推导了一个理论模型，以量化任何定向的币形裂缝对 TI 岩石弹性特性的影响背景。基于该模型，研究了裂缝方向对岩石弹性特性的影响。尤其是通过使用具有任何方向的裂缝柔度矩阵的球面平均来研究具有随机裂缝方向的特殊情况。此外，还分析了含有多个裂缝组的岩石的横波各向异性。研究结果表明，裂缝方向对岩石弹性特性影响较大。特别是，当裂缝相对于 TI 背景各向同性面倾斜时，岩石弹性特性随裂缝方位角呈现非线性变化。随机取向的裂缝降低了岩石的整体弹性模量，但对岩石的各向异性影响不大。对于含有多个裂缝组的岩石，平行裂缝组对横波各向异性的影响较大，而正交裂缝组的影响可以忽略不计。使用该模型，介绍了使用声波测井测量的现场数据反演裂缝特性的完整工作流程。为了解释裂缝方位角的影响，对裂缝密度进行反演，不考虑裂缝方向，仅考虑裂缝倾角，并考虑裂缝倾角和方位角。结果表明，考虑裂缝倾角和方位角的反演结果与电阻率成像结果吻合较好。该工作为TI背景岩石断裂特性反演提供了理论基础。图1很好的展示了不同方位的裂缝倾角下的反演结果。
图1（a）矿物体积分数，（b）伽马射线，（c）密度，（d）P波速度，（e）S波速度，（f）电阻率图像，（g）测井曲线裂缝倾角以及（h）反向裂缝密度和流体因子。(d和e)中的灰色虚线是使用反演裂纹密度计算的速度(prediction_1和prediction_2分别表示使用零裂纹方位角和真实裂纹方位角的反演结果，prediction_3表示使用零裂纹反演结果倾角和零方位角），红色实线代表测量的速度。(h)中左边的黑色、蓝色和绿色实线分别表示使用真实裂纹倾角和方位角、真实裂纹倾角和零方位角的裂纹密度反演结果，以及使用零裂纹倾角和方位角的反演结果。(h)中右边的紫色线代表使用真实裂纹倾角和方位角的流体因子反演结果。
论文作者： 李盛清，王文浩，苏远大
论文链接： https://doi.org/10.1190/geo2022-0388.1
测井技术│裂缝性储层产能综合测井评价新方法及应用
渤海潜山油藏孔隙结构和裂缝网络复杂，储层非均质性强，井间试产差异大。常规测井评价技术往往不适用于裂缝性储层。因此，需要开发评估潜山裂缝储层产能的方法。采用多元统计方法—因素分析法，综合声波、电阻率、井壁成像等多种方法测井的结果，得到储层流体运移特性的控制因素。通过在该方法中结合岩石物理建模和岩石力学流体传导率分析，建立表征储层流体渗流性能的综合模型并用于评价潜山裂缝性储层的产能。该模型已在渤海潜山裂缝性油藏区块的勘探井和生产井中进行测试，能够拟合井的生产率并预测新井的产量，为综合多学科测井技术数据评价裂缝储层产能提供了一种新方法。现场数据（图1）处理结果验证了该方法的正确性和可行性。
图1 A5井的综合渗流函数产能评价成果图，利用综合渗流函数（）与渗流指数（PMINDX）进行交会，交会的区域F（蓝色）与DST（钻杆地层测试）测试结论（红色）对应性较好，符合率超过90%。综上所述，利用该方法能够为生产新井的产能评价提供重要依据。该产能预测方法是基于渤海油田某区块探井和生产井的资料建立，在后续潜山新钻井产能预测时，可先由定性分析入手，选取已有的相关数据进行因素分析，再计算综合渗流函数，利用综合渗流函数沿储层段积分即可实现产能预测。
论文作者：李盛清，谈笑宇，苏远大
论文链接：
https://link.cnki.net/doi/10.16489/j.issn.1004-1338.2023.02.005
地球物理学报│钻铤偏心对随钻四极子横波测井影响：理论与实例分析
随钻四极子声波测井技术主要用于测量地层的横波速度．但在复杂旋转钻进过程中钻具的偏心会对测量的四极子波形质量及横波速度产生不利影响。本论文建立以钻铤和井孔分别为基准的双柱坐标系偏心随钻声波测井模型，利用贝塞尔函数的平移加法定理构建边界条件和井中响应函数，数值模拟了钻铤居中和偏心时四极子声源激发的声场。发现偏心后的随钻四极子声场中除地层四极子波外，还有单极斯通利波和偶极弯曲波的多阶模式波共存且相互耦合，尤其是在软地层钻铤严重偏心时四极子模式波受斯通利波模式和弯曲波模式干扰更为严重，不利于地层横波速度的测量。现场随钻四极子声波测井仪器实验样机在居中和偏心的状态下实测的数据表明：当随钻四极子样机居中测井时，可测量到高质量的四极子波形，处理得到相关性较强的地层横波时差，与单极测量横波时差吻合较好；但钻铤偏心测量时采集的波形成分复杂，偏心引起的低频斯通利波模式对地层四极子模式的耦合干扰非常严重，导致地层横波时差的相关性很差，测量值介于横波与斯通利波时差之间，与实测单极横波时差差异很大甚至无法使用，尤其在疏松软地层中影响更为突出。本文从偏心随钻四极子井孔声场理论出发，结合现场实测数据，重点分析钻铤偏心对四极子横波测井的影响，为指导偏心状态下随钻四极子横波时差处理与校正方法提供理论基础。现场数据（图1）表明钻铤偏心状态下测量的四极子波形成分复杂，偏心引起的低频斯通利波模式对地层四极子模式耦合干扰非常严重，导致地层横波时差的相关性很差，无法提取到可靠的地层横波时差甚至无法使用，尤其在疏松软地层中影响更为突出。
图1中第１道和第２道分别给出了随钻单极子测量的变密度波形和对应的STC图。第３道和第４道分别给出了随钻四极子测量的变密度波形和对应的STC图。第５道给出了基于随钻四极子测井数据处理得到的地层横波时差曲线（红线），并与随钻单极子处理结果进行对比，蓝线为单极横波时差曲线，黑线为斯通利波时差曲线。第６道给出了对应井段中某一深度点处的阵列波形和频散分析结果。
论文作者： 饶博，苏远大，李盛清，唐晓明
论文链接： http://www.geophy.cn/article/doi/10.6038/cjg2022Q0477
地球物理学报│套管中环向传播的准SH波的衰减特征
套管井中的准SH波测井可有效解决声阻抗类声波仪器在低密度水泥胶结评价上的
适应性。本论文结合解析计算、三维数值仿真和实验测量研究了套管中环向传播的准SH波的衰减特征。数值仿真和实验测量结果均表明准SH波的衰减主要由波传播过程中的几何扩散和向套管后胶结的固体水泥泄漏能量引起的；解析计算显示在0~300kHZ的测井频段随着频率的增加零阶准SH波的泄漏衰减逐渐增大、一阶准SH波的泄漏衰减逐渐减小，在现有油气井使用的水泥阻抗范围内，准SH波的衰减与水泥阻抗成正比。数值仿真和实验测量的零阶准SH波的衰减与解析计算结果吻合，一阶准SH波的衰减稍高于解析计算结果。另外在实验测量过程中记录了水泥从浇筑到逐渐凝固过程中准SH波测井的全波波形，可清晰观测到直达的准SH波在水泥未凝固前（仍是流体）幅度较强，随着水泥逐渐凝固强度增大准SH波的泄漏衰减逐渐增加，泄漏到水泥环中的能量越来越强，来自水泥外界面的反射波幅度逐渐增加且到时逐渐提前。通过理论计算和实验测量套管井SH横波的衰减特征，为现场应用SH横波测井评价套管井水泥胶结质量奠定基础。本论文对比了解析计算的衰减曲线（图1中实线）、数值仿真结果（空心的离散点）以及实验测量结果（实心的离散点）的泄漏衰减值，零阶准SH模式的解析、数值仿真和实验测量结果吻合较好，一阶准SH模式的衰减由于其持续时间较长，耦合了零阶准SH波以及水泥外侧反射波的影响，提取的衰减值较解析计算的衰减值偏高。
图1 解析计算、数值仿真和实验测量的准SH波衰减结果的对比。
论文作者： 陈雪莲，庄妍，唐晓明
论文链接：http://www.geophy.cn/article/doi/10.6038/cjg2023Q0845
Geoenergy Science and Engineering│Segmentation of borehole acoustic reflection image using feature pyramid network and transfer learning
钻孔声反射成像技术被广泛应用于地下地质结构的高分辨率探测。然而，偏移图像中噪声对有用反射体的准确识别造成了极大困难。本论文利用一种基于深度学习的图像分割方法来解决这一困难。本论文的方法采用带有 EfficientNet-b4 编码器的特征金字塔网络，该编码器在大型模拟数据集上进行训练。为了处理因断裂比例较小而导致的类别不平衡问题，本论文使用了 Dice 损失函数。此外，Lovász-hinge 损失函数用于增强网络训练并实现更高的 IoU 指标值。为了提取高级语义特征，使用迁移学习在手工标记的现场数据集上对训练后的网络进行微调。处理现场偏移图像（图1）获得的结果证明了本论文提出的方法的有效性和正确性。
图1使用传输Unet、FPN和全局阈值法对XXX井进行分割的结果。
论文作者： 孔凡童，古希浩，李盛清
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.212088
Geoenergy Science and Engineering│Denoising method of borehole acoustic reflection image using convolutional neural network
钻孔声反射成像利用微小的远程反射波，获得数十米外的高分辨率图像。即使在消除之后，在钻孔附近激发的直模波也会严重污染可用的反射波，然后将其转化为迁移图像中的固体噪声。严重的噪声严重阻碍了该技术的应用。该论文考虑对我们认为最有用的原始数据使用卷积神经网络，并将迁移结果视为一种数字图像。我们使用玻恩近似和基尔霍夫偏移方法创建了一个大量的模拟图像数据集；我们建立了一个大型模拟图像数据集。设计的多尺度递归残差网络利用三个分支来提取多种分辨率的特征。学习到的多尺度特征由双注意力单元重新校准，然后由选择性核特征融合模块聚合，保留空间细节并提取丰富的上下文信息。该网络使用MSE损失函数在模拟数据集上进行训练，与广泛使用的DnCNN相比，在处理测试图像方面取得了更高的精度，证明了其有效性。然后将训练后的网络直接应用于真实的现场图像，成功地消除了背景噪声，同时保留了有价值的反射体的边缘，证明了所提出方法的正确性和有效性。
图1 XXX井现场图像去噪结果，第1框图是GR曲线，第2框图是原始偏移图像，包括一条被背景噪声包围的长裂缝。使用结构张量的各向异性扩散经常被用作模型驱动的方法来增强地震图像。相应的处理结果如第3框所示，由第4框图可见MRRNet能够学习到更多有用的先验信息来区分噪声，获得更好的去噪效果。
论文作者：孔凡童，古希浩，李盛清
论文链接： https://doi.org/10.1016/j.geoen.2023.211761