基于新目标函数自动选取钻孔声事件的方法和系统与流程

基于新目标函数自动选取钻孔声事件的方法和系统


背景技术：

1.在石油和天然气行业工作的工程师和地球科学家经常需要知道在地下岩层中的声波传播特性，以便就是否钻孔以及在哪里钻孔以发现和生产烃做出知情决策。为了确定这些特性，可以将声波工具从地面悬挂在钢缆上或附接到钻柱，部署在穿过地下岩层的钻孔中。声波工具通常具有用于生成声波的至少一个声源以及用于检测和记录声波的多个声波接收器。
2.为了提供关于地下岩层的有用信息，可以处理声波记录以减轻噪声并确定声波传播的特性，声波传播的特性包括但不限于声波类型、声波传播速度和到达接收器的时间。


技术实现要素：

3.提供本发明内容来介绍一系列构思，这些构思将在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不意图识别要求保护的主题的关键或必要特征，也不意图用来帮助限制要求保护的主题的范围。
4.总体而言，在一个方面，实施例涉及一种方法，包括通过计算机处理器获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置中的每一个的声波波形以及目标事件关于所述多个位置的声波传播速度。此外，所述方法包括基于声速对所述声波波形执行线性时差校正，并且叠加线性时差校正后的波形以在所述多个位置处生成叠加波形。所述方法还包括基于第一目标函数的极值确定所述目标事件在所述叠加波形上的到达时间，并且基于所述目标事件在所述叠加波形上的到达时间以及所述声速，预测所述目标事件关于在所述多个位置处的声波波形的候选到达时间。所述方法还包括基于所述目标事件的所述候选到达时间以及第二目标函数的极值，确定所述目标事件在所述钻孔内的多个位置处的声波波形上的到达时间。
5.总体而言，在一个方面，实施例涉及一种存储可由计算机处理器执行的指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令包括用于获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置中的每一个的声波波形以及目标事件关于所述多个位置的声波传播速度的功能。此外，所述指令包括以下功能：基于声速对所述声波波形执行线性时差校正；并且叠加线性时差校正后的波形，以在所述多个位置处生成叠加波形。所述指令还包括以下功能：基于第一目标函数的极值确定所述目标事件在所述叠加波形上的到达时间；并且基于所述目标事件在所述叠加波形上的到达时间以及所述声速，预测所述目标事件关于在所述多个位置处的声波波形的候选到达时间。所述指令还包括以下功能：基于所述目标事件的所述候选到达时间以及第二目标函数的极值，确定所述目标事件在所述钻孔内的多个位置处的声波波形上的到达时间。
6.根据以下描述和所附权利要求，要求保护的主题的其他方面和优点将显而易见。
附图说明
7.现在将参照附图详细地描述所公开的技术的具体实施例。为了一致性，在各附图中的相似元件由相似的附图标记表示。
8.图1示出了根据一个或多个实施例的沿着钻孔移动的声波测井工具。
9.图2a、图2b、图2c和图2d示出了根据一个或多个实施例的声波波形、频谱和声速曲线。
10.图3a、图3b、图3c和图3d示出了根据一个或多个实施例的声波波形。
11.图4a和图4b示出了根据一个或多个实施例的叠加波形和目标函数。
12.图5a和图5b示出了根据一个或多个实施例的声波波形和目标函数。
13.图6a、图6b、图6c和图6d示出了根据一个或多个实施例的时间选取(time-pick)和qc度量。
14.图7示出了根据一个或多个实施例的流程图。
15.图8示出了根据一个或多个实施例的流程图。
16.图9a和图9b示出了根据一个或多个实施例的系统。
17.图10示出了根据一个或多个实施例的计算机系统。
具体实施方式
18.在以下对本公开的实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本公开的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，未详细描述公知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。
19.在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可用作元素(即，本技术中的任何名词)的形容词。除非明确公开，例如使用术语“之前”、“之后”、“单个”以及其他此类术语，否则序数的使用并不暗示或产生元素的任何特定顺序，也不将任何元素限制为仅单个元素。相反，序数的使用是为了在元素之间进行区分。作为示例，第一元素不同于第二元素，第一元素可以包含多于一个元素并且在元素的排序中排在第二元素之后(或之前)。
20.本说明书公开的实施例涉及用于获得目标函数的新颖方法和系统，该目标函数对于钻孔声波波形事件的自动选取和跟踪是高效且稳健的。该新目标函数集成了四种不同的度量，即相似度、相位、能量比和选取一致性，并且用作分别在叠加波形和共接收点道集上实现的自动选取方案的两遍(two-pass)应用的核心。更具体而言，新目标函数由包括以下步骤的工作流程形成：首先，对每个炮点道集执行线性时差校正以在时间上近似对准声波波形，然后叠加近似对准的声波波形以突出显示目标事件。接下来，确定种子点，并且使用该数据点，在叠加波形上执行第一遍自动事件选取以生成1d初始选取向量。随后，基于目标波的速度信息，通过将1d初始选取向量扩展到每个接收器来获得初始2d事件面。最后，在共接收点配置上实现第二遍自动选取，以通过优化初始2d事件面来产生最终结果。这些步骤将在下面参照图1至图8进行说明。
21.图1示出了根据一个或多个实施例的声波测井工具102，其位于穿过地下岩层的钻孔内的三个不同的声源激活位置108处。声波测井工具102可以在钢缆(wireline cable)上、在滑索上、作为钻柱的底部钻具组合(bha)的一部分、在穿过钻杆的钢缆上或在盘管上插入到钻孔中。在示出的示例性实施例中，声波测井工具102具有用于可控地辐射声波的一个声源104。在其他实施例中，声波测井工具102可以具有用于可控地辐射声波的多个声源。在示出的示例性实施例中，声波工具具有十三(13)个声波接收器106，用于检测和记录传播
的声波。在其他实施例中，声波测井工具102可以具有更多或更少数量的声波接收器。根据一个或多个实施例，声源104可以定位在声波测井工具102上的单个轴向位置处。在其他实施例中，声源104可以定位在声波测井工具102上的不同轴向位置处。典型地，声波接收器106可以具有均匀的间隔112，间隔在5cm和21cm(2英寸和8英寸)之间。然而，在其他情况下，声波接收器106的间隔可以是不规则的和/或随机的。
22.声波测井工具102可以通过在钻孔内的特定轴向位置处并且在特定的激活时间激活声源104来操作。在激活声源104之后，由声源发射声波，并且该声波可以随后在每个声波接收器106处在随后的时间窗内被检测和记录。更具体而言，由声波接收器106检测和记录声波幅度的时间序列。然后，声波测井工具102可以沿着钻孔轴向移动，并且在沿钻孔的相邻位置108处重复声源104的激活和声波接收器106的检测和记录过程。可以在声波测井工具102在钻孔中静止时发生声源104的激活和声波接收器106的检测和记录，但是更典型地，可以在声波测井工具102沿着钻孔连续轴向运动时发生声源104的激活和声波接收器106的检测和记录。总体而言，声源激活位置108之间的轴向间隔由均匀增量110分隔，该均匀增量110可以类似于声波测井工具102中的声波接收器106位置之间的距离。
23.由每个声波接收器106针对每次声源104激活而记录的声波扰动幅度的时间序列被表示为“声波波形”。根据一个或多个实施例，由每个声波接收器106记录的扰动幅度可以是压力，或者是由声波引起的压力波动。在其他实施例中，扰动幅度可以是粒子速度或粒子加速度。
24.图2a示出了根据一个或多个实施例的声波波形阵列220。在灰度222a上示出了声波扰动幅度，横坐标列举了声波接收器指数214，而纵坐标示出了在声源激活之后的经过时间。图2a的每一列示出了由构成所示图的x轴的接收器指数214的一个声波接收器记录的波形。指数＝1的声波接收器106位于最靠近声源104的位置，并且指数＝13的声波接收器106位于离声源104最远的位置。在图2a中，所示的13个声波波形220由在声波测井工具102上彼此相邻定位的13个声波接收器106记录。图2a中所示的声波波形220由声源的单次激活引起。可以看到，第一到达声波226穿过多个声波接收器，最先在约0.9毫秒(ms)时位于指数＝1的声波接收器106处，最终在约1.3ms时位于指数＝13的声波接收器106处。较迟到达的声波导致较迟时间的声波波形。
25.图2b示出了图2a中所示的声波波形220之一的归一化频谱幅度230的示例性实施例。在图2b的示例中，最大归一化频谱幅度230位于约7khz处。在其他实施例中，最大归一化频谱幅度230可以位于较低频率(例如2khz或更低)处，或者位于较高频率(例如20khz或更高)处。
26.图2c示出了针对沿着钻孔的多个声源激活位置108，由指数＝1的声波接收器记录的声波波形228。在图2c中，声波扰动幅度以灰度222b示出，横坐标示出了在声源104激活之后的经过时间，而纵坐标列举了沿着钻孔的声源激活位置108。图2c的每一行示出了针对声源104的单次发射，由指数＝1的声波接收器106记录的波形。图2c中所示的每个波形对应于在声源104和声波接收器106之间具有相同空间间隔的声源-声波接收器几何结构。由于声源104和声波接收器106都刚性地附接到声波测井工具102上，所以声波接收器106以与声源104从一个轴向位置移动到下一个轴向位置的速率相同的速率从钻孔中的一个轴向位置移动到下一个轴向位置。因此，声源104和声波接收器106之间的空间距离保持不变。
27.在早期的每个声波波形228上，声波扰动幅度随时间平滑且缓慢地变化。这是声波波形上的低时间频率噪声的表现。在经过1ms的时间之前不久，声波波形228的特征改变，显示出幅度的快速振荡。这种快速振荡是声波波形228上的第一到达声波232的表现。稍后在声波波形228中，振荡的幅度和频率发生更细微的变化。这些较迟的变化是较迟到达的声波在声波波形220上的表现。
28.即使声源104到声波接收器106的空间间隔保持不变，如上所述，在图2c上可见的第一到达声波232针对不同的声源激活位置108在不同的时间到达。因此，可以得出结论，第一到达声波232的到达时间变化是由于沿着钻孔在不同声源激活位置108处的地下岩层的声波传播速度234的变化。图2d中示出了声波传播速度234的示例性实施例。
29.图3a示出了与图2a所示相同的声波波形320。除了在声波波形320的较迟部分中可见的声波338之外，在声波波形320的较早部分中可见低频声波噪声340。在许多情况下，低频噪声340也存在于声波波形320的较迟部分中，但由于声波338的存在而被掩蔽或较不可见。根据一个或多个实施例，声波波形320可以经带通滤波处理以去除低频噪声340，从而产生图3b中所示的带通声波波形342。
30.根据一个或多个实施例，线性时差校正可以应用于由声源104的单次激活导致的多个声波波形320、342。线性时差校正包括为目标事件选择声波传播速度234。目标事件可以是第一到达声波232，或者目标事件可以是较迟到达且较慢传播的声波。将声波传播速度234v
t
指定为线性时差校正的输入。根据一个或多个实施例，v
t
可以根据声波波形320、342的先前分析来确定，或者根据其他实施例，v
t
可以从声波传播速度234的一组试验值中选择。线性时差校正可以在时间上对准或近似对准每个声波波形上的目标事件。
31.另外，根据一个或多个实施例，可以将参考声源104到声波接收器106的距离x0指定为线性时差校正的输入。通常，x0可以被选择为声源104与声波接收器106之间的距离，但是可以使用许多其他x0值。然后，可以通过将声波波形的每个样本的经过时间移位到较早的时间来应用线性时差校正，其中，对于指数＝i的声波波形，移位的持续时间δti由下式给出：
32.δti＝(x
i-x0)v
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
33.其中xi是声源104和第i个声波接收器之间的距离。图3c示出了通过对图3b所示的带通滤波声波波形应用线性时差校正而获得的线性时差校正后的声波波形344。图3c示出了目标事件在线性时差校正之后在每个声波波形上的近似时间对准。
34.根据一个或多个实施例，线性时差校正后的声波波形344可以在表示为“叠加”的过程中被组合以产生叠加波形346。本领域技术人员已知许多叠加形式。根据一个或多个实施例，叠加的简单实现涉及将来自待叠加的每个波形的第n个样本求和以给出第n个样本在叠加波形346中的值。例如，将来自待叠加的每个波形的第一样本求和以获得叠加波形346中的第一样本。类似地，将来自待叠加的每个波形的第11个样本求和以获得叠加波形346中的第11个样本。
35.在其他实施例中，对样本求和的操作可由对样本求平均来代替。例如，求平均操作可包括但不限于形成平均值、众数、中值、调和平均值、几何平均值、加权平均值、加权众数、加权中值、加权调和平均值、加权几何平均值、截尾平均值、截尾中值、截尾调和平均值或截尾几何平均值。
36.图3d示出了通过叠加图3c所示的线性时差校正后的带通滤波声波波形而得到的叠加波形346。在图3d中，相同的叠加波形346以并排的13倍重复的形式显示，以便于与图3a中的声波波形320、图3b中的带通滤波声波波形342以及图3c中的线性时差校正后的波形344进行比较。
37.根据一个或多个实施例，图4a示出了沿着钻孔的多个声源激活位置108的叠加波形446。另外，根据一个或多个实施例，图4a示出了在从多个叠加波形446中选择的一个所选叠加波形446上指定的种子点448。在叠加波形446上选取目标事件的到达时间452，可以从在其上选取种子点448的叠加波形迭代地进行到较低指数(较浅)的叠加波形以及较大指数(较深)的叠加波形。要在其上选取目标事件的到达时间的叠加波形可以表示为当前波形c(it)，其中it指示时间样本。当已经在当前波形上选取目标事件的到达时间452之后，可以对当前波形进行时移，以将目标事件与先前在其他叠加波形446上选取的目标事件对准。可以将时移后的当前波形添加到一组到达时间对准的叠加波形446，该组到达时间对准的叠加波形表示为参考波形r(it，iz)，其中iz指示沿着钻孔(深度)样本的轴向位置。目标事件在每个参考波形上的到达时间452彼此对准。
38.在一些实施例中，可以将当前波形选择为在轴向钻孔位置上在参考波形上方(在较浅的深度处)与参考波形最接近的叠加波形。在其他实施例中，当前波形可以是在参考波形下方(在较深的深度处)与参考波形最接近的叠加波形。
39.根据一个或多个实施例，可以围绕种子点448选择第一时间窗450，如图4a所示。第一时间窗450可以围绕种子点448对称地布置，使得种子点448位于第一时间窗450的中心，或者在其他实施例中，第一时间窗450可以围绕种子点448不对称地布置。根据一个或多个实施例，可以将第一时间窗450的持续时间选择为包围叠加波形446的4到6个周期。
40.根据一个或多个实施例，第一目标函数454可以由当前波形和参考波形的样本形成。第一目标函数454o1可以被写为：
41.o1＝(w
s1ms
+w
p1mp
+w
r1
mr)*mcꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
42.其中，w
s1
、w
p1
和w
r1
为标量权重，用户对其可自行选择。这些权重可以被选择为彼此不同，或者可以被选择为彼此相同。所有的权重可以被选择为一。
43.向量ms(dt)量化当前叠加波形c(it)和参考波形r(it，iz)之间的相似度，并且可以被写为：
[0044][0045]
其中dt是当前波形和参考波形之间的时移，并且对it的求和包括第一时间窗450内的时间样本，而对iz的求和包括参考波形的一部分。参考波形的该部分可以包括最接近当前波形的一个或多个参考波形。
[0046]
向量m
p
(dt)量化当前叠加波形和参考波形之间的相位一致性，并且可以被写为：
[0047][0048]
其中μ是小的预白化标量，被引入以确保数值稳定性，并且对it的求和包括第一时间窗450内的时间样本，对iz的求和包括参考波形的一部分。参考波形的该部分可以包括最接近当前波形的一个或多个参考波形。
[0049]
向量mr(dt)量化当前波形和参考波形之间的能量比的差，并且可以被写为：
[0050][0051]
其中，er(iz)和ec分别是第一时间窗450内的参考波形和当前波形的能量比，并且对iz的求和包括参考波形的一部分。参考波形的该部分可以包括最接近当前波形的一个或多个参考波形。
[0052]
向量mc(dt)量化当前叠加波形和参考波形之间的选取一致性，并且可以被写为：
[0053][0054]
其中：
[0055][0056]
其中，pr(iz)是针对第iz个参考波形选取的到达时间452，dt是当前波形的候选时移。tc是波形频谱的峰值频率的一个周期的持续时间，nz是包括在总和中的参考波形的部分中的波形数目。
[0057]
根据一个或多个实施例，针对时移dt的值的范围确定第一目标函数454o1的值。时移可以包括正时移和负时移，或者可以包括正时移或负时移。根据一个或多个实施例，可以确定o1的极大值，并且将该极大值所处的时移dt的值与参考波形中的目标事件的到达时间相加，以确定目标事件在当前波形中的到达时间。可以将时移后的当前波形添加到先前识别的参考波形，并且选择新的当前波形。
[0058]
本领域技术人员将容易理解，式(2)中所示的第一目标函数454可以被修改为：
[0059][0060]
其中l是任何足够大的标量值。由式(2)给出的求o1的极大值的过程现在完全等价于由式(9)给出的球的极小值的过程。本领域技术人员将理解，不管可采用的目标函数的变体和/或替代形式如何，本发明的总体范围没有实质性改变。
[0061]
根据一个或多个实施例，图4b示出了使用式(2)获得的第一目标函数454的值，以及种子点448和围绕种子点448的第一时间窗450。目标函数的值显示在灰度上。白线表示每个叠加波形446的第一目标函数的极大值456。在图4a上绘制了目标事件关于每个叠加波形446的选取到达时间452。
[0062]
根据一个或多个实施例，在已经针对多个叠加波形446确定了目标事件的到达时间452t
st
(iz)之后，在多个声波接收器106中的每一个处，目标事件的在声波波形上的“候选”到达时间t
cand
(j，iz)可以被确定为：
[0063]
t
cand
(j，iz)＝t
st
(iz)+(x
j-x0)v
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(10)
[0064]
其中，xj是针对第j个声波接收器从声源104到声波接收器106的距离，x0是声源104到叠加波形位置的距离，并且u
t
是目标事件的速度，如式(1)所述。t
cand
(j，iz)表示基于目标事件在叠加波形446上的到达时间452以及所选择的目标事件声波传播速度234，目标事件针对第iz次声源激活在第j个声波接收器106的波形上的预期候选到达时间。
[0065]
图5a示出了根据一个或多个实施例的关于第三声波接收器(参见图1)的声波波形546。图5a还示出了目标事件在关于第三声波接收器的一个声波波形546上的候选到达时间
548t
cand
。图5a还示出了第二时间窗550。可以将第二时间窗550选择为围绕候选到达时间548t
cand
，如图5a所示。第二时间窗550可以围绕候选到达时间548t
cand
对称地布置，使得候选到达时间548t
cand
位于第二时间窗550的中心，或者在其他实施例中，第二时间窗550可以围绕候选到达时间548t
cand
非对称地布置。根据一个或多个实施例，第二时间窗550的持续时间可以被选择为具有比第一时间窗450更短的持续时间，尽管在其他实施例中，第二时间窗550可以具有与第一时间窗450相同或更长的持续时间。
[0066]
在关于第三声波接收器的多个声波波形546上选取目标事件的到达时间552t
pick
可以迭代地进行。根据一个或多个实施例，在其上选择了目标事件的候选到达时间548的关于第三声波接收器的声波波形546可以启动迭代过程。接下来，可以选择较低指数(较浅)的关于第三声波接收器的声波波形546，或者选择较大指数(较深)的关于第三声波接收器的声波波形546。要在其上选取目标事件的到达时间552t
pick
的关于第三声波接收器的声波波形546可以表示为当前波形c(it)，其中it指示时间样本。在已经在当前波形上选取目标事件的到达时间552t
pick
之后，当前波形可以被时移，以将目标事件与先前选取的目标事件在关于第三声波接收器的其他声波波形546上的到达时间对准。可以将时移后的当前波形添加到一组到达时间对准的声波波形，该组到达时间对准的声波波形表示为参考波形r(it，iz)，其中iz指示沿着钻孔的声源位置108。目标事件在每个参考波形上的到达时间552彼此对准。
[0067]
在一些实施例中，可以将当前波形选择为在轴向钻孔位置上在参考波形上方(在较浅的深度处)与参考波形最接近的关于第三声波接收器的声波波形546。在其他实施例中，当前波形可以是在参考波形下方(在较深的深度处)与参考波形最接近的关于第三声波接收器的声波波形546。
[0068]
根据一个或多个实施例，第二目标函数554可以由当前波形和参考波形的样本形成。第二目标函数554o2可以被写为：
[0069]
o2＝(w
s2ms
+w
p2mp
+w
r2
mr)*mcꢀꢀꢀꢀ
式(10)
[0070]
其中，w
s2
、w
p2
、w
r2
为标量权重，用户对其可自行选择。这些权重可以被选择为彼此不同，或者可以被选择为彼此相同。所有的权重可以被选择为一。根据一个或多个实施例，权重w
s2
、w
p2
、w
r2
可以被选择为分别与权重w
s1
、w
p1
、w
r1
相同，或者在其他实施例中可以被选择为不同。函数ms、m
p
、mr和mc保留与前面在式(3)、式(4)、式(5)、式(6)和式(7)中定义的相同含义。
[0071]
正如来自式(2)的第一目标函数454o1可以被修改为上述式(9)中的第二目标函数554o2也可以被类似地修改。本领域技术人员将理解，不管可采用的目标函数的变体和/或替代形式如何，本发明的总体范围没有实质性改变。
[0072]
根据一个或多个实施例，针对时移dt的值的范围确定第二目标函数554o2的值。时移可以包括正时移和负时移，或者可以包括正时移或负时移。根据一个或多个实施例，可以确定o2的极大值，并且将该极大值所处的时移dt的值与参考波形中的目标事件的到达时间相加，以确定目标事件在当前波形中的到达时间552t
pick
。可以将时移后的当前波形添加到先前识别的参考波形，并且选择新的当前波形。
[0073]
根据一个或多个实施例，在关于第三声波接收器的多个声波波形546上完成目标事件的到达时间552t
pick
的选取之后，可以在关于其他声波接收器(例如，第一、第二或第十
声波接收器)的多个声波波形上选取目标事件的到达时间t
pick
。根据一个或多个实施例，可以从第一声波接收器开始，依次在每个声波接收器上选取到达时间552。在其他实施例中，可以按照任何顺序在每个声波接收器上选取到达时间552。在其他实施例中，可以在关于所有声波接收器的多个声波波形上同时选取目标事件的到达时间552t
pick
。
[0074]
根据一个或多个实施例，图6a示出了目标事件关于所有声波接收器106以及沿着钻孔的所有声源激活位置108的最终选取到达时间652t
pick
(j，iz)，其中1≤j≤nr，nr表示声波测井工具102上轴向接收器位置的总数目，并且1≤iz≤ns，ns等于沿着钻孔的声源激活位置108的数目。在图6a所示的示例中，ns＝1200。图6b以不同的格式示出了目标事件的相同的最终选取到达时间652。每条线示出了在沿着钻孔的多个不同声源激活位置108，目标事件关于单个声波接收器106的最终选取到达时间652。
[0075]
根据一个或多个实施例，可以为目标事件的最终选取到达时间确定质量控制度量。图6c示出了一个这样的质量控制度量。图6c示出了关于每个声波接收器106以及沿着钻孔的声源激活位置108的第二目标函数654的极大值。图6c提供了重要的质量控制度量，并且指示目标事件的最终选取到达时间652的可靠性。浅色阴影指示第二目标函数654的极大值的较大相对值，并且因此指示可靠的最终选取到达时间。相反，深色阴影指示第二目标函数654的极大值的较小相对值，并且因此指示较不可靠的最终选取到达时间。
[0076]
图6d示出了根据一个或多个实施例的统计质量控制度量。实曲线示出了针对沿着钻孔的每个声源激活位置108，相对于声波接收器106平均处理后的第二目标函数的极大值的平均值。图6d还以虚线示出了图6c中所示的第二目标函数值的平均值加上和减去两倍标准偏差662。裂缝、钻孔崩落和岩性转变的存在可能是最终选取的不确定性的主要原因。
[0077]
图7示出了根据一个或多个实施例的流程图。具体而言，图7详细描述了用于创建上述目标函数的工作流程的步骤。此外，图7中的一个或多个框可由如图10中所描述的一个或多个部件(例如，包括计算机处理器1004和通信接口1008的计算系统1000)来执行。尽管图7中的各个框是按顺序进行呈现和描述，但是本领域技术人员将理解，这些框中的一些或全部可以按照不同的顺序执行、可以进行组合或省略，并且可以并行地执行这些框中的一些或全部。此外，可以主动地或被动地执行这些框。
[0078]
在框702中，从利用声波测井工具获取的勘测中获得关于钻孔中的多个源与接收器位置的声波波形。根据一个或多个实施例，在框704中，可以将带通滤波器应用于在框702中获取的声波波形。在其他实施例中，声波波形可以不经带通滤波处理。
[0079]
在框706中，获得关于钻孔中的多个源位置的钻孔声速曲线。在一个或多个实施例中，可以在带通滤波之前或之后从在框702中获得的声波波形获得声速曲线。根据其他实施例，可从其他测量获得声速曲线。
[0080]
在框708中，至少部分地基于目标事件的声速来执行对声波波形的线性时差校正。此外，在框708中，可以对时差校正后的波形进行叠加以生成关于多个位置中的每一个的叠加波形。
[0081]
在框710中，至少部分地基于第一目标函数454的极值来确定关于多个位置中的每一个的叠加波形上的到达时间。极值的确定在图8中更详细地描绘，并且在图8的背景下描述。
[0082]
根据一个或多个实施例，在框712中，至少部分地基于叠加波形到达时间和目标事
件的声速来预测目标事件在多个源与接收器位置处的声波波形上的候选到达时间。在优选实施例中，可以假定目标事件在声波接收器阵列上的线性时差来预测候选到达时间。
[0083]
在框714中，根据一个或多个实施例，基于目标事件的候选到达时间选取和第二目标函数的极值来确定目标事件在多个源与接收器位置处的声波波形上的到达时间。根据一些实施例，第二目标函数可以具有与第一目标函数454相同的函数形式。根据其他实施例，第二目标函数可以具有与第一目标函数454不同的函数形式。在任一种情况下，第一目标函数454将叠加波形446作为输入变量，而第二目标函数将声波波形作为输入变量。
[0084]
图8示出了根据一个或多个实施例的流程图，其公开了导致使用目标函数的极值来确定目标事件的到达时间的步骤。当波形是叠加波形446时，图8同样适用于式(2)中公开的第一目标函数454，并且当波形是声波波形时，图8同样适用于式(10)中公开的第二目标函数。
[0085]
在框802中，根据一个或多个实施例，选择初始波形以及目标事件在初始波形上的到达时间和围绕到达时间的时间窗。此外，将初始波形定义为参考波形。
[0086]
在框804中，根据一个或多个实施例，选择与参考波形相邻的当前波形，针对参考波形和当前波形之间的多个时移来评估基于参考波形和当前波形的目标函数，并且确定目标函数的极值。极值可以是极大值或极小值，这取决于如式(2)和式(9)中公开的为目标函数选择的形式。
[0087]
根据一个或多个实施例，在框806中，将目标事件在当前波形上的到达时间识别为在参考波形上的到达时间与目标函数的极值的时移之和。
[0088]
在框808中，根据一个或多个实施例，工作流程进行检查以确定当前波形是否是要求目标事件的到达时间的最终波形。如果当前波形是最终波形，则可以在框810中终止工作流程。如果当前波形不是要求目标事件的到达时间的最终波形，则工作流程可以进行到框812。
[0089]
在框812中，根据一个或多个实施例，当前波形可以被时移以将目标事件与参考波形中的目标事件对准，并且将时移后的当前波形添加到多个参考波形。
[0090]
图9a和图9b示出了根据一个或多个实施例的系统。如图9a所示，钻井系统900可以包括被布置为围绕钻头测井工具920的设置的顶部驱动钻机910。顶部驱动钻机910可以包括顶部驱动911，该顶部驱动可以通过游动滑车913悬挂在井架912中。在顶部驱动911的中心，驱动轴914可以例如通过螺纹耦接到钻柱915的顶管。顶部驱动911可使驱动轴914旋转，使得钻柱915和钻头测井工具920在井筒916的底部切割岩石。向顶部驱动911供应电力的电力电缆917可在耦接到控制系统944的一个或多个维护回路918内受到保护。这样，钻井泥浆可以通过泥浆管线、驱动轴914和/或钻柱915泵送到井筒916中。
[0091]
此外，当完井时，可将套管插入井筒916。井筒916的侧面可能需要支撑，因此套管可用于支撑井筒916的侧面。这样，套管和井筒916的未处理侧面之间的空间可以注水泥以将套管保持在适当的位置。可迫使水泥通过套管的下端并进入套管和井筒916的壁之间的环空。更具体而言，注水泥塞可用于将水泥从套管中推出。例如，注水泥塞可以是用于将水泥浆与其他流体分离的橡胶塞，从而减少污染并保持可预测的水泥浆性能。驱替流体(例如水)或适当加重的钻井泥浆可被泵送到注水泥塞上方的套管中。该驱替流体可以是加压流体，其用于推动注水泥塞向下穿过套管，以将水泥从套管出口挤出并向上返回到环空中。
[0092]
如图9a进一步所示，传感器921可以包括在传感器组件923中，该传感器组件923位于邻近钻头924的位置并且耦接到钻柱915。传感器921还可以耦接到处理器组件923，该处理器组件923包括处理器、存储器以及模数转换器922以处理传感器测量值。例如，传感器921可以包括声传感器，例如加速度计、测量麦克风、接触式麦克风和水听器。同样地，传感器921可包括其他类型的传感器，例如测量电阻率的发射器和接收器、伽马射线检测器等。传感器921可以包括用于生成不同类型的测井日志(例如声测井日志或密度测井日志)的硬件和/或软件，测井记录可以提供关于井筒的井数据，包括井筒段的孔隙度、气体饱和度、地质地层中的地层边界、井筒或完井水泥中的裂缝、以及关于地层的许多其他信息。如果在钻井作业期间获取这样的井数据(即，随钻测井)，则该信息可用于实时地对钻井作业进行调整。这种调整可以包括机械钻速(rop)、钻井方向、改变钻井液密度以及许多其他钻井参数。
[0093]
在一些实施例中，声传感器可安装在钻井系统900的钻井液循环系统中，以实时记录声钻井信号。声钻井信号可以通过钻井液传输，以由位于钻井液循环系统中的声传感器记录。记录的声钻井信号可以被处理和分析以确定井数据，例如岩层的岩性和岩石物理性质。该井数据可用于各种应用，例如使用地质导向来操纵钻头、套管鞋定位等。
[0094]
控制系统944可以耦接到传感器组件923，以便执行用于钻头924穿过井筒916的上下导向和左右导向的各种程序功能。更具体而言，控制系统944可以包括具有以下功能的硬件和/或软件：使用传感器信号(例如钻井声信号或电阻率测量值)对钻头在侧向井中穿过地层进行地质导向。例如，地层可以是储层区域，例如产油层、基岩或盖层。
[0095]
转到地质导向，地质导向可用于在钻井作业期间相对于不同地下层(例如，产油层的上覆层、下伏层和侧部层)之间的边界来定位钻头924或钻柱915。特别地，在钻井期间测量岩石性质可以为钻井系统900提供沿期望的烃浓度的方向操纵钻头924的能力。这样，地质导向系统可以使用位于钻柱915内部或邻近钻柱的各种传感器来确定井筒路径内的不同岩层。在一些地质导向系统中，钻井工具可以在水平或侧向钻井期间使用电阻率或声测量值来引导钻头924。
[0096]
转到图9b，图9b示出了使用地质导向系统990来操纵钻头通过侧向产油层的一些实施例。如图9b所示，地质导向系统990可以包括图9a的钻井系统900。特别地，地质导向系统990可以包括用于监测各种传感器特征(例如，来自声传感器的声特征)的功能，各种传感器特征随着井路径穿过盖层930、产油层940和基岩950而逐渐或突然变化。例如，由于盖层930和产油层940之间的岩性的突然变化，产油层940的传感器特征可能不同于盖层930的传感器特征。当钻头924钻出产油层940进入盖层930时，特定传感器类型的检测到的幅度频谱可在两个不同的传感器特征之间突然变化。相反，当从产油层940向下钻进到基岩950中时，检测到的幅度频谱可能逐渐变化。
[0097]
在井筒916的侧向钻探期间，地层厚度的初步上边界和下边界可以从钻探井筒916之前获得的地球物理勘测和/或偏移井中导出。如果钻探的是井的垂直段935，则可以确定地层的实际上边界和下边界(即，实际产油层边界(a，a’))以及在垂直段935处的产油层厚度(即，a到a’)。基于该井数据，操作者可以实时地操纵钻头924穿过井筒916的侧向段960。特别地，测井工具可以监测检测到的钻头924附近的传感器特征，其中，检测到的传感器特征可以连续地与例如分别为盖层930、产油层940和基岩950的先前传感器特征进行比较。这样，如果检测到的已钻岩石的传感器特征与产油层940的传感器特征相同或相似，则钻头
924可能仍在产油层940中钻探。在这种情况下，可以操作钻头924以沿其当前路径并在距地层边界预定距离(0.5h)处继续钻探。如果检测到的传感器特征分别与盖层930或基岩950的先前传感器特征相同或相似，则控制系统944可确定钻头924钻出产油层940并进入产油层940的上边界或下边界。此时，可以确定钻头924在井筒916内的该侧向位置处的垂直位置，并且可以更新产油层940的上边界和下边界(例如，图9b中的位置b和c)。在一些实施例中，可以基于产油层940的预定厚度来估计相对边界处的垂直位置，例如位置b’和c’。
[0098]
虽然图9a和图9b示出了部件的各种配置，但是在不脱离本公开的范围的情况下可以使用其他配置。例如，图9a和图9b的各种部件可进行组合以创建单个部件。作为另一示例，由单个部件执行的功能可以由两个或更多个部件执行。
[0099]
实施例可以在计算机系统上实现。图10是根据一种具体实现的用于提供计算功能的计算机系统1002的框图，该计算功能与如本公开中所描述的算法、方法、函数、过程、流程和程序相关联。所示的计算机1002旨在涵盖任何计算设备，例如服务器、台式计算机、膝上型/笔记本电脑、无线数据端口、智能电话、个人数据助理(pda)、平板计算设备、这些设备内的一个或多个处理器或任何其他合适的处理设备，包括计算设备的物理或虚拟实例(或两者)。另外，计算机1002可以包括如下计算机，该计算机包括：输入设备，例如小键盘、键盘、触摸屏或可接受用户信息的其他设备；以及传送与计算机1002的操作关联的信息的输出设备，该信息包括数字数据、可视或音频信息(或信息的组合)；或gui。
[0100]
计算机1002在角色上可充当客户端、网络部件、服务器、数据库或其他持久性存储器(persistency)，或计算机系统中用于执行本公开中所描述的主题的任何其他部件(或多个角色的组合)。所示的计算机1002与网络1030可通信地耦接。在一些具体实现中，计算机1002的一个或多个部件可以被配置为在包括基于云计算的环境、本地环境、全局环境的或其他环境(或环境的组合)的环境内操作。
[0101]
在高层面上，计算机1002是能够操作以接收、传输、处理、存储或管理与所描述的主题关联的数据和信息的电子计算设备。根据一些具体实现，计算机1002还可以包括应用服务器、电子邮件服务器、网页服务器、缓存服务器、流媒体数据服务器、商业智能(bi)服务器或其他服务器(或服务器的组合)，或者与上述各种服务器可通信地耦接。
[0102]
计算机1002可经由网络1030从客户端应用(例如，在另一计算机1002上执行)接收请求，并且通过在适合的软件应用中处理所接收的请求来响应所述请求。另外，请求还可以从内部用户(例如，从命令控制台或通过其他适合的访问方法)、外部或第三方、其他自动应用以及任何其他适合的实体、个体、系统或计算机发送到计算机1002。
[0103]
计算机1002的每个部件可以使用系统总线1003进行通信。在一些具体实现中，计算机1002的任何或所有部件(硬件或软件(或硬件和软件的组合))可以使用应用编程接口(api)1012或服务层1013(或api 1012和服务层1013的组合)在系统总线1003上彼此交互或与接口1004交互(或两者的组合)。api 1012可以包括例行程序、数据结构和对象类的说明。api 1012可以是独立于或依赖于计算机语言，并且是指完整的接口、单个功能或者甚至一组api。服务层1013向计算机1002或与计算机1002可通信地耦接的其他部件(无论是否示出)提供软件服务。计算机1002的功能对于使用该服务层的所有服务消费者而言是可访问的。软件服务(例如由服务层1013提供的软件服务)通过定义的接口提供可重复使用的、所定义的商业功能。例如，接口可以是用java、c++或以可扩展标记语言(xml)格式或其他适合
格式提供数据的其他适合语言编写的软件。尽管示为计算机1002的集成部件，但可替代的具体实现可以示出相对于计算机1002的其他部件或可通信地耦接到计算机1002的其他部件(无论是否示出)作为单独部件的api 1012或服务层1013。此外，api 1012或服务层1013的任何或所有部分可以在不脱离本公开范围的情况下实现为另一软件模块的子模块或亚模块、企业应用、或硬件模块。
[0104]
计算机1002包括接口1004。尽管在图9中被示为单一接口1004，但是根据特定需要、期望或计算机1002的特定实现，可以使用两个或更多个接口1004。接口1004由计算机1002用于与连接到网络1030的分布式环境中的其他系统进行通信。总体而言，接口1004包括以软件或硬件(或软件和硬件的组合)编码，并且可进行操作以与网络1030进行通信的逻辑。更具体而言，接口1004可以包括支持与通信关联的一个或多个通信协议的软件，以使得网络1030或接口的硬件可操作以在示计算机1002内部和外部传送物理信号。
[0105]
计算机1002包括至少一个计算机处理器1005。尽管在图10中被示为单一计算机处理器1005，但是根据特定需要、期望或计算机1002的特定实现，可以使用两个或更多个处理器。总体而言，计算机处理器1005执行指令并操纵数据，以执行计算机1002的操作以及如本公开所描述的任何算法、方法、函数、过程、流程和程序。
[0106]
计算机1002还包括存储器1006，该存储器1006保存用于计算机1002或可连接到网络1030的其他部件(或两者的组合)的数据。例如，存储器1006可以是存储与本公开相一致的数据的数据库。尽管在图10中被示为单一存储器1006，但是根据特定需要、期望或计算机1002的特定实现以及所描述的功能，可以使用两个或更多个存储器。虽然存储器1006被示为计算机1002的集成部件，但是在替换的具体实现中，存储器1006可以在计算机1002的外部。
[0107]
应用1007是特定需要、期望或根据计算机1002的特定实现来提供功能(特别是关于本公开中所描述的功能)的算法软件引擎。例如，应用1007可以用作一个或多个部件、模块、应用等。此外，尽管被示为单个应用1007，但是应用1007可以被实现为计算机1002上的多个应用1007。另外，尽管示为与计算机1002一体式，但在替代的具体实现中，应用1007可位于计算机1002的外部。
[0108]
可以存在与含有计算机1002的计算机系统相关联或在其外部的任何数目的计算机1002，其中每个计算机1002在网络1030上进行通信。此外，术语“客户端”、“用户”和其他适合的术语集可以在适当的情况下互换地使用，而不脱离本公开的范围。此外，本公开设想了许多用户可以使用一个计算机1002，或者一个用户可以使用多个计算机1002。
[0109]
尽管以上仅详细描述了几个示例性示例，但是本领域技术人员将容易理解，在不实质上脱离本发明的情况下，在示例性示例中可以进行许多修改。因此，所有这样的修改都旨在包括在由所附权利要求限定的本公开的范围内。在权利要求书中，功能限定(means-plus-function clause)旨在涵盖在本公开中描述为执行所列举功能的结构以及这些结构的等同结构。类似地，权利要求中的任何功能限定旨在涵盖这里描述为执行所列举的功能的动作和这些动作的等同动作。

技术特征：
1.一种方法，包括：通过计算机处理器(1005)，获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置中的每一个的声波波形(220、228)；通过所述计算机处理器(1005)，获得目标事件关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置的声波传播速度(234)；通过所述计算机处理器(1005)，至少部分地基于所述目标事件关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置的所述声波传播速度(234)，对所述声波波形执行线性时差校正；通过计算机处理器(1005)，对线性时差校正后的声波波形进行叠加，以生成在沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置处的叠加波形；通过所述计算机处理器(1005)，至少部分地基于第一目标函数(454)的极值，确定所述目标事件在关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置中的每一个的所述叠加波形(446)上的到达时间，所述第一目标函数(454)基于所述叠加波形(446)；通过计算机处理器(1005)，至少部分地基于所述目标事件在关于所述多个位置的所述叠加波形(446)上的到达时间以及所述目标事件关于所述钻孔内的所述多个源与接收器位置的所述声波传播速度(234)，预测所述目标事件关于在所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)的候选到达时间(548)；并且通过所述计算机处理器(1005)，至少部分地基于所述目标事件的所述候选到达时间(548)以及第二目标函数(554)的极值，确定所述目标事件在所述钻孔内的所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)上的到达时间。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过所述计算机处理器(1005)，使用属性体来确定穿过所关注的地下区域的井路径；并且使用钻井系统(900)执行所述井路径。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过计算机处理器(1005)获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置的声波波形(220、228)还包括对所述声波波形进行带通滤波。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过所述计算机处理器(1005)获得所述目标事件关于沿着所述钻孔的多个位置的声波传播速度(234)还包括：从关于沿着钻孔的多个源与接收器位置的所述声波波形确定所述目标事件的所述声波传播速度(234)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第一目标函数(454)至少部分地基于一个或多个参考叠加波形以及要确定所述目标事件的所述到达时间的当前叠加波形。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第一目标函数(454)的极值和所述第二目标函数(554)的极值从由所述目标函数的极大值和所述目标函数的极小值组成的组中选择。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一目标函数(454)还包括量化所述参考叠加波形和所述当前叠加波形之
间的相似度、相位一致性、能量比和时间选取一致性中的一个或多个的项。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，通过计算机处理器(1005)获得关于钻孔内的多个源与接收器位置的声波波形(220、228)还包括：获得初始到达时间和包围所述初始到达时间的时间窗。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述第一目标函数(454)至少部分地基于所述叠加波形(446)在包围所述初始到达时间的所述第一时间窗(450)内的部分。10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，通过所述计算机处理器(1005)至少部分地基于关于多个位置的所述叠加波形(446)上的到达时间来预测在所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)的候选到达时间(548)还包括：使所述叠加波形(446)上的到达时间选取增加所述目标事件的所述声波传播速度(234)与所述声波波形(220，228)的位置和所述叠加波形(446)的位置之间的距离的乘积。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述第二目标函数(554)至少部分地基于一个或多个参考声波波形以及要确定到达时间的当前声波波形。12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述第二目标函数(554)还包括量化一个或多个参考声波波形与当前声波波形之间的相似度、相位一致性、能量比和时间选取一致性中的一个或多个的项。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述第二目标函数(554)至少部分地基于所述参考声波波形在包围所述候选到达时间(548)的所述第二时间窗(550)内的部分。14.一种存储可由计算机处理器(1005)执行的指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令包括以下功能：获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置中的每一个的声波波形(220、228)；获得目标事件关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置的声波传播速度(234)；至少部分地基于所述目标事件关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置的所述声波传播速度(234)，对所述声波波形执行线性时差校正；对线性时差校正后的声波波形进行叠加，以生成在沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置处的叠加波形(446)；至少部分地基于第一目标函数(454)的极值，确定所述目标事件在关于沿着所述钻孔的所述多个源与接收器位置中的每一个的所述叠加波形(446)上的到达时间，所述第一目标函数(454)基于所述叠加波形(446)；至少部分地基于所述目标事件在关于所述多个位置的所述叠加波形(446)上的到达时间以及所述目标事件关于所述钻孔内的所述多个源与接收器位置的所述声波传播速度(234)，预测所述目标事件关于在所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)的候选到达时间(548)；并且至少部分地基于所述目标事件的所述候选到达时间(548)以及第二目标函数(554)的
极值，确定所述目标事件在所述钻孔内的所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)上的到达时间。15.根据权利要求14所述的非暂时性计算机可读介质，其中，获得关于沿着钻孔的多个源与接收器位置的声波波形(220、228)还包括对所述声波波形进行带通滤波。16.根据权利要求14或15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一目标函数(454)至少部分地基于一个或多个参考叠加波形以及要确定所述目标事件的到达时间的当前叠加波形。17.根据权利要求14至16中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第一目标函数(454)还包括量化所述参考叠加波形和所述当前叠加波形之间的相似度、相位一致性、能量比和时间选取一致性中的一个或多个的项。18.根据权利要求14至17中任一项所述的非暂时性计算机可读介质：其中，至少部分地基于关于多个位置的所述叠加波形(446)上的到达时间来预测在所述多个源与接收器位置处的所述声波波形(220、228)的候选到达时间(548)还包括：将所述叠加波形(446)上的到达时间选取增加所述目标事件的所述声波传播速度(234)与所述声波波形(220，228)的位置和所述叠加波形(446)的位置之间的距离的乘积。19.根据权利要求14至18中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第二目标函数(554)至少部分地基于一个或多个参考声波波形以及要确定到达时间的当前声波波形(220、228)。20.根据权利要求14至19中任一项所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述第二目标函数(554)还包括量化一个或多个参考声波波形与当前声波波形之间的相似度、相位一致性、能量比和时间选取一致性中的一个或多个的项。

技术总结
一种方法，包括：通过计算机处理器，获得关于沿着钻孔(916)的多个源(108)与接收器(106)位置中的每一个的声波波形(220、320)以及目标事件关于多个位置的声波传播速度。此外，基于声速对声波波形执行线性时差校正，并且叠加线性时差校正后的波形以生成在多个位置处的叠加波形(446)。该方法还包括基于第一目标函数(454)的极值(456)确定目标事件在叠加波形(446)上的到达时间，并且基于目标事件在叠加波形(446)上的到达时间以及声速，预测目标事件关于在多个位置处的声波波形的候选到达时间。该方法还包括基于目标事件的候选到达时间以及第二目标函数的极值，确定目标事件在钻孔内的多个位置处的声波波形上的到达时间。内的多个位置处的声波波形上的到达时间。内的多个位置处的声波波形上的到达时间。


技术研发人员：孙学凯 C
受保护的技术使用者：沙特阿拉伯石油公司
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2023/10/7