随钻方位声波测井图像复原方法研究

In the field of oil drilling, with the help of geosteering, boundary prediction of undrilled formation based on the azimuthally acoustic Logging While Drilling is a hot issue currently. Because the physical mechanism of azimuth acoustic wave propagation in LWD is very complicated, many factors affect the acoustic attenuation, such as the noise of drilling, rotation of drill collar, density of mud, eccentricity of acoustic instruments, and performance of transducer. Those factors can lead to image degradation, image blur, resolution reduction, which prejudice the formation evaluation about characteristics of the well. Therefore, it has important scientific significance to research the method of image restoration about azimuth acoustic LWD..In this project, from the perspective of signal generation and processing, model experiment method and numerical simulation method are used to research the characteristics of the noise and the transducer, seek the point spread function, set up a degradation model, design the algorithm of image restoration with the method of signal processing, clarify mechanism leading to the degradation by many factors, such as noise, density of mud, eccentricity of acoustic instruments, focusing performance of transducer , reveal the rule of degradation, support geosteering with high performance. Through those work, we expect to provide a new theoretical basis for processing logging data of azimuth acoustic, and lay the foundation for the development of azimuth acoustic logging tool in the future.

基于随钻方位声波测井开展实时地质导向，对未钻地层进行边界预测是当前石油钻探领域的热点问题。由于随钻环境中方位声波传播的物理机理十分复杂，钻井噪声、钻铤转动、泥浆密度、仪器偏心以及声波换能器性能等因素影响声波的衰减，导致声成像退化因素复杂，造成图像分辨率降低，从而不利于对井壁周围地层特征评价。因此，研究随钻方位声波测井图像复原方法，提高方位声波测井成像的质量，具有重要的科学意义。.本课题采用数值模拟和物理模拟相结合的方法，从信号产生与处理的角度，分析噪声特征和换能器的传输特性，寻求点扩展函数，建立退化模型；利用信号处理方法研究声波测井图像的复原算法，阐明噪声、泥浆密度、仪器偏心、钻铤转动以及声波换能器聚焦性能等因素导致声波图像退化的机理，揭示声波图像退化规律，科学高效地服务于地质导向，为随钻方位声波测井资料的处理提供新的理论依据，同时为国内今后开展随钻方位声波成像测井仪的研制奠定基础。

本项目是信息学科在石油工程领域的交叉渗透，是石油勘探开发的基础应用研究课题。项目基于石油测井的工程背景，以声波测井原理和信息处理为理论基础，围绕声波测井图像退化问题，从声波测井信号产生与处理的角度开展了声波测井图像增强和复原方法研究，构建了室内多道声波同步高速采集的硬件平台。针对声波测井图像增强问题，研究实现了HE，BBHE，RMSHE，POSHE，BOHE，MLBOHE，CLAHE等多种直方图均衡方法，采用幂次变换与CLAHE方法相结合，提出了CLAHE-PL图像增强方法，并利用模型标准井和油田现场测得的声学测井图像进行验证测试，实现了提高声波测井图像对比度的同时，限制了平坦区过度增强，突出了局部细节信息；将剪切直方图引入到POSHE方法中，提出了POSHEOC图像增强方法，利用平均梯度和平均结构相似度指标构建测井图像质量评价的策略，实现了最佳的子块直方图剪切阈值的自动选取，该方法可以高效地内嵌到测井资料处理与解释软件中，服务于油气勘探开发，亦可推广适用于水下声学图像的增强。针对声波测井图像复原问题，研究了图像退化的主要因素，分析了声波换能器的传输特性，推导出了声波测井图像点扩散函数的模型为类高斯函数，采用APEX算法对模型参数进行估计，将APEX算法参数拓展到水平和垂直两个方向，进行对数幅度谱截面曲线拟合，估计出点扩散函数；利用维纳滤波方法进行图像复原，提出了基于引导滤波和最小均方误差自动找寻最佳噪信比K值的方法，基于标准图像利用计算机进行模拟退化，开展复原性能测试，在此基础上利用实验室的声波成像图像进行复原测试。针对室内物理环境构建问题，研究了声波发射和接收的电路实现方法，实现了利用低压控制高压的声波发射能量自适应控制，研制了狭小空间内多道声波同步高速全波列采集系统，该方法可移植到随钻方位声波成像仪器的研制中。本项目的研究，促进和发展了图像增强和复原处理方法，探索了狭小空间内多道同步高速采集电路设计方法，对我国发展阵列式高精度石油钻探方法和装备具有实际意义。