面波频散特征分析研究

中国石油和化工标准与质量

第４期

面波频散特征分析研究

付玉祥

大庆钻探工程公司地球物理勘探一公司研究所

黑龙江大庆

１６３０００

【摘要】在石油地震勘探野外资料采集时，当检波器放置于地表或接近于地表情况下，除了接收到反射波、折射波和随机干扰

外，还会接收到一种沿自由表面或岩层分界面传播的波，这种类型的波只在自由表面或不同弹，Ｉ生介质分界面附近能观测到，其振幅随着离开自由表面的距离增大而呈指数形式衰减，其能量限制在一个表面薄层内，因此称为面波，通常也称为地滚渡。鉴于面波在地震勘探中的普遍性和重要性，本文对于面波的最重要的特征频散特征进行分析研究，有利于在地震勘探中对于面波进行科学的处理。

【关键词】地震勘探干扰波１引言

面波频散

把面波相速度随频率或波长变化的曲线称为面波的频散曲线，层状介质中面波相速度与频率有关，频散曲线的不同形态对应不同组合的地层参数。总的规律是相速度的低频部分趋近于最底层介质的面波相速度，高频部分趋近于表层的面波相速度，而中频区域的频散曲线形态随参数变化剧烈。理论研究证明，面波频散曲线常出现“之”字形结构。它是在面波实际应用中的主要研究对象。由于面波相速度直接与地下介质每一层的横波速度、纵波速度、密度和地层厚度有关，不同参数的变化对频散曲线的影响并不相同。

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面波存在的物理模型是一个半无限的弹性空间，空间里的介质的弹性常数为＾、一和密度Ｐ，其上为空气，空气密度相对很小，可视介质与空气间的界面为自由面。面波的振幅在自由界面上最大，并随离开自由表面的距离增大而呈指数衰减，以这种形式传播的波的能量被限制在一个自由表面薄层内，这种波就被称为面波。

面波随深度的增加，由于弹性条件逐渐不符合面波的存在，因而振幅会迅速衰减；沿地表传播方向，波前面面积与距震源的传播距离ｒ成正比，因而振幅与士成正比，而且面波的传播距离往往比有效反射波的传播距离小很多，因而其沿地表的扩散效应较反射波的球面扩散要小得多；又面波的频率较低，主频一般为ＩＯＨｚ左右，复杂区面波主频会高很多，因而吸收衰减也很小。因此，沿地表传播方向，面波的衰减较小。

面波的传播速度与频率有关的现象称为频散。在半无限均匀弹性介质中面波无频散现象，而在分层的层状半空间中，则是高度频散的。当出现频散现象时．面波扰动的形状一般随时间变化，因为扰动中每一种谐波都以特有的相速度传播，如果初始扰动局限在空间的一个有限范围内，而介质是无限的，则随着时间的推移，扰动将逐渐扩展为波列。相速度表示等相位面的传播速度，而群速度则对应着波包的能量传播速度，能量的传播对应着波包中的最大振幅。

石油地震勘探中的震源激发和接收都是在地表进行的。其实就是在地球的自由界面上进行的。如果在地表以下地球是半无限均匀空间，我们能接收到无频散发生的面波；但是我们知道地表下存在非均匀的低速带和降速带，正是由丁低、降速带的存在，从而采集得到的地震记录中就｝：｝：５现了频散的面波。

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２面波频散曲线随地层横波速度变化的规律

图３二层结构频散曲线随地层纵波速

度的变化

４

图２为两层介质条件下的面波频散曲线。由图可知：频散曲线总体呈近“之”字形状。在高频段，曲线近似于直线：当位于中间频带范围５－１０１１ｚ时。频散曲线随频率的增大而急剧降低；在低频处，由于受地层横向速度变化的影响，曲线产生差异。由此可见，最底层横波速度能显著影响频散曲线在低频部分的分布状况。

频散曲线随地层厚度变化的

规律

图４是两层正向结构的频散曲线随第一层厚度不同而变化的情况，各层参数和厚度的变化见图。从图中可以明显看出，不同厚度的频散曲线形态基本相似，曲线的拐点随着厚度的增大快速向低频方向移动。

图５是三层结构的频散曲线，出现两个拐点。较高频率的拐点与第一层厚度有关，较低频率的拐点位置与第二层厚度、第一层厚度之和有关，拐点的位置变化为第二层厚度变化所引起。与两层情况相类似，随着地层厚度的增加，拐点很明显地向低频方向移动，这说明拐点的位置与层厚度存在一种密切的相关关系。此外，在两个拐点之间，曲线卜还出现一截平缓过渡段。当第二层厚度越大时，该过渡段变平、变长：而当第二层

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厚度渐小时，则逐渐消失，这说明此过渡段表征了第二层的厚度。

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图２二层结构频散曲线随地层横波速度

的变化

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３频散曲线随地层纵波速度变化的规律

图３为地层横波速度不变，只改变纵波速度所得的面波频散曲线。

由图可知：改变介质的纵波速度，曲线形态基本保持不变。这就说明，地层纵波速度的变化对频散曲线的影响较小。

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图４二层结构频散曲线随地层厚度的

变化

图１存在频散面波的三维地震记录

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万方数据

中国石油和化工标准与质量

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４．４斜井段钻井液技术

进入定向段段后。地层除受水平方向的向外挤压作用力外，还受到唾直方向上的重力作用在，直井导眼段井浆的基础上，要求钻井液体系有更好的抑制性，防塌能

曩卑（ｈ＇

力、润滑性及携岩悬浮性。逐渐混入预水化簟《龇：：：黧Ｚ：＝篡Ｚ嚣：“。

膨润ｔ浆，维护钻井液中般±的含量至４０９／Ｅ－ｌｅｏｅ．Ⅲｍ，ｌｏｅａ’ｈ

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Ｌ－５０９／Ｌ：钻进至井斜２５度后，逐渐加入聚ｒ．・ｌｚ＇－，・．‘■・＊－－ｔｓ．ｐ．－１嘧，口一

合醇润滑剂将钻井液体系转化为强抑制聚合图５三层结构频散曲线随地层厚度的变

醇润滑防塌钻井液体系。根据设计提供的地化

质资料，现场施Ｌ中主要以增加聚合物在泥浆中的含最（含量达到０．５％左右），将页岩５

频散曲线随地层密度变化的

抑制剂提高至３－５％来控制该段地层中砖红色泥岩层中的泥岩、含泥砂岩中的泥岩水化造规律

浆、分散膨胀脱落，防Ｉｆ：砂岩段缩径：加入图６是第一层介质密度变化，而其它参８—１０％的聚合醇润滑剂及崮体润滑剂，来降数不变时两层结构的五条频散曲线图。由图低摩阻和扭矩，正常起Ｆ钻井段钻具摩阻在可知，五条频散曲线基本重合，由此可知，５－８吨。加入树脂降失水剂ＳＬＪ－２、抗高温抗盐降失水剂ＮＪ－１控制中压失水在２－５ｍＬ，泥与地层纵波速度影响相似，地层密度变化对饼０．３ｍｍ：并用铵盐调节泥浆流型、流态，面波频散曲线的影响也是比较小的。

维持含景３—５％正电胶提商泥浆的粘切，保证钻井液有良好的携砂、悬浮性。根据实际情况，适当提高钻井液的密度笆１．３７９／ｃｍ３，通过物理防塌来强化井壁的稳定，防ＩＰ镶嵌在地层中的鹅卵石脱落。同时．钻进中，可根据振动筛返砂情况，随时配制商粘钻井液塞清洗井眼。

钻井液性能：漏斗粘度５０－７５Ｓ，密度１．３０—１．３７９／ｃｍ。．塑性粘度１８—３２ｍＰａ．Ｓ，动切力７—１２Ｐａ，切力１．５－４／５．５－１２Ｐａ，中压失

曩辜（缸）

水２—５ｍＬ，泥饼０．３ｒａｍ，般含４０—５０９／Ｌ，摩擦

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系数＜０．０３。

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５认识及建议

图６二层结构频散曲线随第一层密度的

（１）古河道沉积的地层多为大段泥变化

岩、砂岩、砾石巨层，胶结性非常差，存该地层施工，应尽垦减少钻具碰撞、定点循环６结论

的次数，防止地层中的砾石碰撞脱落。本文通过对面波的频散特征进行较详细（２）钻井液施－【应以抑制性、防塌

性、封堵性、润滑性为主，并确保有良好的的分析，得出重要结论：对于石油地震勘探携岩性。

关注的表层结构来说，面波呈正频散现象，（３）简化古河道地层定向井的钻具组

低频段反映了深层的信息，高频段反映厂浅合，减小摩阻和扭矩，确保起下钻畅通。层的信息。横波速度的改变对面波相速度的（４）聚合醇防塌润滑剂的使用，增强影响最大，其次是地层厚度，影响程度最弱了该钻井液体系的润滑性能和防塌性能。

的参数足密度和纵波速度．而且当卜Ｆ地层密度比率一定时．频散曲线不受密度变化的影响。

参考文献

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西南石油学院石油地质教研室，１９９０

【２】徐同台等主编，钻井工程井壁稳定新｛ｔ

技术，石油工业出版社，１９９９

参考丈献

ｆ３】范雏庆等编著。水平井钻井液技术，１１】陆基孟筝。地震勘探原理，石油工业胜利油田钻井泥浆公司，１９９９

出版社，１９８２年

【２１李丈杰等，基于频率衰减特性的面波压制方法，石油物探，２００８年９４７卷第３期ｆ３Ｊ张华等，基于小波包变换的面波分薅作者简介

技术研究，物化探计算技术，２００７年第２９卷第３赵忠亮，工程师，１９８０年生，现在胜利钻期

井花策公司从事钻井液的研究与现场工作．

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万方数据

第４期

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上接第１５４页

在低渗透标准中同外最为重视的两个标准时悬浮物星和颗粒粒径的大小，比如在加拿大要求悬浮物的含量在０．１到０．５ｍｇ／Ｌ之间，在阿联酋的规定足Ｏ．２ｍｇ／Ｌ，标准基本相差不到。对丁．低渗透油田．对废水的处理标准更为严格。我嗣的一些低渗透油田采取的标准比行业标准更为严格，我因行业标准如表３所示：这里需要注意的足低渗透油田对，二悬浮物和村径的处理非常严格。

但是很多的单位的要求却非常严格，如表４所示：

３．２处理工艺．设备适应性优选在低渗透油阳注水处理丁艺中采用的重要采油污水处理流程与过滤相结合的办法。在处理过程中最萝要的是过滤技术的使＿ｆ｝ｊ．过滤过程一般包括预过滤、经过滤，经过这两道工序就町以实现有效的过滤．提高水质。在国外过滤技术的研发中最知名的过滤器是核桃过滤器、双滤料过滤器、双高速过滤器，其中核桃过滤器最大的优势是町以将滤料清洗干净，双滤料过滤器的特点是采用的滤料较厚，过滤效粜较好，双岛速过滤器是国外最常用的预过滤器。

由七述对比我们可以看出，在低渗透油田注水标准中必须采用严格精细的过滤方法。笔者进行总结研究发现在废水处理过程中最有效地过滤过程是：先对含油的污水进行粗粒化罐的处理，到压力出油罐的处理。经过核桃壳过滤器的过滤冉到Ｐａｌｌ中心过滤，绎过缓冲罐，最后去沣水系统。核桃壳过滤器的最丈功效就是过滤减少悬浮物和油类，清楚度能达：ｆＩＪ９８％。在ｐａｌＩ中心的过滤是精过滤，它最大的效果是实现悬浮物颗粒粒径为０．５ｕｍ。经过这样的处理过程实现采油废水的回注，并且利用商效町达至ｑ９８％。

综上所述，对低渗透油田注水处理中的工艺是在压力过滤预处理的基础上，再经过精细过滤技术，实现采油废水处理的组合工艺，这样的效果最为明显。预处理是采用核桃过滤器和双岛速过滤器、双滤料过滤器的过滤．精过滤就足使用ｐａ１１中心过滤和ｐａｌｌＦｌｏｏｄＣｏａｎｄ高Ｊｆｉ椭式的过滤。采用这种技术可以实现９８％的回注，水处理效果明显。

随着我圜油田的不断开发，沣水处理足低渗透油州废水处砰的重点。废水不仪含有各种有机物．并且含有高矿化度、含油、悬浮物等危害环境的物质，经过注水处理工艺实现：级＝级甚全史深。级的处理，从自然除油到到精过滤。净化水质保证人们的生命健康。这符合我国环境保护的要求，也有利于我围困民经济的町持续发展。

参考文献’

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