電磁層析成像下的石油勘探論文
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在石油勘探的過程中，需要對不同的巖層的電磁層析成像聲波進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，將分析結(jié)果作為石油勘探中圖像重構(gòu)的主要依據(jù)。重構(gòu)結(jié)果的好壞直接影響到后續(xù)的工作:其詳細(xì)原理如下:
1)針對所有的石油勘探中電磁層析成像信號進(jìn)行信號分解，可以獲取信號波變換值x(n，p)。
2)通過運(yùn)算獲取電磁層析成像信號分解尺度S(n，p)，根據(jù)下述公式可以計(jì)算上述成像信號分解結(jié)果的關(guān)聯(lián)性:
3)針對所有的電磁層析成像信號分解結(jié)果進(jìn)行歸一化變換，能夠得到下述結(jié)果PS(n，p)=S(n，p)•Qx(n)Qs(n槡)，q=1，2，…，q(1)在上述公式中，Qx(n)=∑px(n，p)2QS(n)=∑pS(n，p)2
4)將PS(n，p)與x(n，p)的絕對值進(jìn)行比較，假設(shè)|Ps(n，p)||x(n，p)|，則可以判斷該位置的信號變換值是由初始的電磁層析成像信號中分離出來的，此時，需要將x(n，p)賦予xg(n，p)，同時將S(n，p)置零。否則，需要保留x(n，p)的初始值。
5)根據(jù)上面的闡述能夠得知，x(n，p)都是由電磁層析成像信號中的聲波引起的，則Qx(n)/(M－1槡)是信號變換尺度上對聲波的均方差進(jìn)行估計(jì)的結(jié)果。利用下述公式可以計(jì)算聲波無偏差估計(jì)結(jié)果μ=Qx(n)/(M－1槡)ζn(2)將上述無偏差估計(jì)結(jié)果與閾值進(jìn)行對比，假設(shè)大于閾值，則返回步驟(2)繼續(xù)執(zhí)行，否則，結(jié)束迭代處理。6)根據(jù)xg(n，p)進(jìn)行電磁層析成像信號聲波的信號逆變換處理。假設(shè)μ＞1，能夠得到sin(μ－1)＞0，假設(shè)μ1，能夠得到sin(μ－1)0。根據(jù)上述特性，可以得到最理想的估計(jì)結(jié)果如下所述d→d+sin［β(μ－1)］(3)在上述公式中，β能夠用來描述石油勘探中電磁層析成像信號步長調(diào)整因子。在第一次迭代處理的過程中，設(shè)置d的取值是1，假設(shè)μ1，則可以得知sin(μ－1)0，能夠利用上述公式進(jìn)行迭代處理，不斷縮小d的取值，并且用該取值乘以對應(yīng)的關(guān)聯(lián)性系數(shù)，減少抽取樣本的數(shù)目，直至μ的取值趨近于1。假設(shè)μ＞1，則可以得知sin(μ－1)＞0，根據(jù)上述公式進(jìn)行迭代處理，d的取值將不斷增大，將該取值乘以關(guān)聯(lián)性系數(shù)，可以增加樣本的數(shù)量，減少聲波過濾的誤差，直至μ的取值趨近于1。根據(jù)上面的闡述能夠得知，假設(shè)在石油勘探電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過濾過程中，信號系數(shù)方差與聲波的方差相等，則能夠得到理想的聲波過濾效果。在過濾過程中，為了保證聲波過濾過程的穩(wěn)定性和提高過濾時的收斂速度，需要將調(diào)整因子引入到過濾的過程中，假設(shè)該調(diào)整因子的取值比較大，則收斂速度得到大幅度提升，但是過濾的效果比較差，反之，收斂速度雖然會降低，但是過濾的效果更佳理想。根據(jù)上述內(nèi)容，能夠得到調(diào)整因子計(jì)算公式如下所述ζn2=ζ2×‖i0*i1*…*ik－2*hk－1‖2(4)根據(jù)上面闡述的方法，能夠得到電磁層析成像聲波過濾時的調(diào)整因子，完成聲波過濾，得到高質(zhì)量的成像信號，實(shí)現(xiàn)石油勘探中的電磁層析成像聲波過濾。但是，通過聲波對石油巖層進(jìn)行勘探形成穩(wěn)定圖像一直存在一個難題，石油區(qū)域的巖層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁層析成像技術(shù)在復(fù)雜的巖石結(jié)構(gòu)中會產(chǎn)生聲波圖像變異，形成圖像干擾。傳統(tǒng)的石油勘探電磁層析成像技術(shù)在這種干擾下，正常電磁層析成像會造成干擾損失，影響成像效果。
2成像信號中聲波過濾優(yōu)化方法理論
利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像中聲波過濾，假設(shè)勘探目標(biāo)的巖層過于復(fù)雜，將導(dǎo)致成像信號中摻雜大量的聲波，對成像信號造成干擾。為此，提出基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過濾方法。
2．1計(jì)算成像信號的權(quán)重
針對石油勘探過程中采集的電磁層析成像信號，能夠得到對應(yīng)的非線性方程如下所述yl=gl(yl－1，xl－1)zl=il(yl，wl{)(5)在上述公式中，wl能夠用來描述電磁層析成像信號概率密度函數(shù)。對上述成像信號中的聲波進(jìn)行過濾的詳細(xì)流程如下所述
1)對成像信號進(jìn)行初始化處理，在l=0時，需要使樣本符合yj0～Q(y0)分布。
2)在l=1，2，…，U時，需要選擇一組成像信號作為樣本。
3)根據(jù)隨機(jī)向量計(jì)算對應(yīng)的權(quán)重，隨機(jī)向量是wj，j=1，2，…，P。4)利用下述公式，對電磁層析成像信號進(jìn)行更新處理p(yl|Zl)≈∑Pj=1wjlε(yl－yjl)j=1，2，…，P(6)在上述公式中，ε(•)是狄拉克函數(shù)。
2．2實(shí)現(xiàn)成像信號重構(gòu)
現(xiàn)階段，小波分析方法已經(jīng)應(yīng)用到各種不同的行業(yè)中，發(fā)揮著越來越重要的作用。將加權(quán)方法與小波分析方法相結(jié)合，能夠完成成像信號聲波的過濾。利用下述公式能夠進(jìn)行小波變換處理XUg(b，c)=1槡|b|∫－g(y)ζ*(y)dy=g，ζb，{}cζb，c(y)=1槡|b|ζ(y－cb)b，c∈S，b≠{0(7)在上述公式中，ζb，c(y)能夠用來描述小波母函數(shù)，b能夠用來描述尺度變換算子，c能夠用來描述成像信號采樣時間。石油勘探中電磁層析成像信號的時間與對應(yīng)的位置關(guān)系密切，ζ*(u)能夠用來描述ζ(u)的共軛函數(shù)。利用下述公式能夠?qū)κ涂碧街须姶艑游龀上裥盘栠M(jìn)行離散變換處理2k2ζ(2ky－l)(8)即:b=12kc=l2{k利用下述公式能夠進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像信號分解處理dk，l=∑ni(n－2l)dk－1，nek，l=∑nh(n－2l)dk－1，{n(9)其中，n=0，1，2，…，P－1。利用下述公式，能夠?qū)λ械某上裥盘柗纸庖蜃舆M(jìn)行重構(gòu)處理:dk，n=∑ldk+1，li(n－2l)+∑lek+1，lh(n－2l)(10)根據(jù)上面闡述的方法，能夠進(jìn)行成像信號聲波過濾，獲取清晰的石油勘探中電磁層析成像信號。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
為了驗(yàn)證基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過濾方法的有效性，需要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的過程中，以巖層回波電磁信號為基礎(chǔ)，采集的電磁波成像信號。利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行電磁層析成像信息采集，得到的信號成像采集結(jié)果能夠用圖2表示。利用改進(jìn)算法進(jìn)行成像信號聲波過濾，得到的成像信息采集結(jié)果能夠用圖3表示。根據(jù)上述兩幀圖像能夠得知，利用改進(jìn)算法進(jìn)行成像信號聲波過濾，獲取的結(jié)果與實(shí)際情況更加接近，極大的提高了成像信號過濾結(jié)果的真實(shí)度。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，能夠得到不同算法獲取的成像信號真實(shí)度對比結(jié)果如下所述:根據(jù)上述兩個表中的數(shù)據(jù)可以得知，利用改進(jìn)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像信號聲波過濾，極大的提高了成像信號的真實(shí)度，降低了成像信號中的信噪比。
4結(jié)論
針對傳統(tǒng)算法無法避免勘探目標(biāo)的巖層過于復(fù)雜造成的成像信號受到干擾的缺陷，提出基于加權(quán)小波分析算法的石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過濾方法。用非線性方程描述所有的石油勘探中電磁層析成像結(jié)構(gòu)聲波，選取一組成像信號作為樣本數(shù)據(jù)，計(jì)算成像信號的權(quán)重，獲取所有成像信號在聲波過濾過程中的重要程度。針對上述結(jié)果進(jìn)行小波變換處理，完成成像信號的分解，將所有的因子進(jìn)行重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)聲波過濾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用改進(jìn)算法進(jìn)行石油勘探中電磁層析成像復(fù)雜結(jié)構(gòu)聲波過濾，能夠極大地提高成像信號的真實(shí)度，降低了信號的信噪比，滿足了石油勘探的實(shí)際需求。
作者：張志美 王旭 宣楊 何燕 單位：東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 沈陽師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
