正交偶极子声波测井分析

1、测井新方法调研 正交偶极子声波测井正交偶极子声波测井 主要内容主要内容 1 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 2 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 3 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 4 4、偶极子声波测井地质应用偶极子声波测井地质应用 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 Particle Motion Wave Direction Wave Direction Particle Motion l在井眼和地层中传播的声波主要由两类波组在井眼和地层中传播的声波主要由两类波组 成：体波（纵波和横波）和导波（伪瑞利波和成：体波（纵波和横波）和导波（伪瑞利波和 斯通利波），还有一些

2、多次反射波。斯通利波），还有一些多次反射波。 l体波的主要特点是：沿地层中传播，幅度存体波的主要特点是：沿地层中传播，幅度存 在几何扩散，而在几何扩散，而速度频散速度频散可忽略。可忽略。 l导波的主要特点是：沿井壁传播幅度最大，导波的主要特点是：沿井壁传播幅度最大， 不存在几何扩散，而速度有频散。不存在几何扩散，而速度有频散。 l声波测井基础：声波测井基础：岩石机械特性控制声波在岩岩石机械特性控制声波在岩 石中的传播速度，而岩石的机械特性取决于所石中的传播速度，而岩石的机械特性取决于所 含流体的类型和含量、岩石颗粒的构成以及颗含流体的类型和含量、岩石颗粒的构成以及颗 粒间的胶结程度。粒间的胶结

3、程度。 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 单发单收单发单收 双发双收双发双收 单发双收单发双收 消除井筒影响消除井筒影响消除扩径等影响消除扩径等影响 通过检测首波来获得声波时差，只能测量到纵波时差通过检测首波来获得声波时差，只能测量到纵波时差 接接 收收 阵阵 列列 发射器发射器 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l时差（慢度）时差（慢度）： 声波在地层中传声波在地层中传 播播1m（1ft）所需）所需 要的时间，是速要的时间，是速 度的倒数，用来度的倒数，用来 描述在以固定间描述在以固定间 隔放置的

4、两个或隔放置的两个或 多个接收器的传多个接收器的传 播时间。播时间。 斯奈尔定律（斯奈尔定律（Snell LawSnell Law） V1V2 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l根据全反射原理：当声波的入射角满足临界角根据全反射原理：当声波的入射角满足临界角 条件时，入射声波将沿着井壁传播，产生滑行波，条件时，入射声波将沿着井壁传播，产生滑行波， 这种滑行波可以被接收器探测到。这种滑行波可以被接收器探测到。 l在快速地层中，能够产生滑行纵波和滑行横波。在快速地层中，能够产生滑行纵波和滑行横波。 l在慢速地层，由于地层横波速度小于井内流体在慢速地层，由于地层横波速度小于井内流体 的声

5、波速度，不满足滑行横波的临界角的条件，的声波速度，不满足滑行横波的临界角的条件， 在地层中不能产生滑行横波，无法记录地层横波在地层中不能产生滑行横波，无法记录地层横波。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l单极子源一般是圆管状的换能器，单极子源一般是圆管状的换能器， 以轴对称方式沿着径向振动（膨胀以轴对称方式沿着径向振动（膨胀 或缩小）。或缩小）。 l单极子声源在井孔中激发以地层单极子声源在井孔中激发以地层 纵波为首波，包括横波、伪瑞利波纵波为首波，包括横波、伪瑞利波 和斯通利波的全波列。和斯通利波的全波列。 l快地层中依快地层中依 次接收到纵波，次接收到纵波， 横波，斯通利横波，斯

6、通利 波。波。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l慢地层中接收慢地层中接收 到纵波和斯通到纵波和斯通 利波，接收不利波，接收不 到横波。到横波。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l偶极子发射器（偶极子发射器（Dipole）的运动与单极子发）的运动与单极子发 射器略有不同，发射器发射声波被向井眼的一射器略有不同，发射器发射声波被向井眼的一 面推又被从另一个方面拉，这两种不同力的作面推又被从另一个方面拉，这两种不同力的作 用在井眼中产生挠曲波。用在井眼中产生挠曲波。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l在低频状态下，挠曲波以在低频状态下，挠曲波以 与地层横波速度接

7、近的速度与地层横波速度接近的速度 传播。探测挠曲波的接收器传播。探测挠曲波的接收器 仅仅对于不同的压力差敏感，仅仅对于不同的压力差敏感， 由于它们对轴对称的应力场由于它们对轴对称的应力场 不敏感，纵波和斯通利波的不敏感，纵波和斯通利波的 首波被压制。首波被压制。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l挠曲波是一种频散界面挠曲波是一种频散界面 波，传播速度与声源的频波，传播速度与声源的频 率有关。在低频时，扰曲率有关。在低频时，扰曲 波以近似于横波的速度传波以近似于横波的速度传 播；在高频时，挠曲波以播；在高频时，挠曲波以 低于横波的速度传播。

8、低于横波的速度传播。 l偶极子声源在井下工作时，纵波与横波向地层偶极子声源在井下工作时，纵波与横波向地层 中传播，而伴生的横波中传播，而伴生的横波/挠曲波沿着井眼向上传挠曲波沿着井眼向上传 播，这种波在井液中产生一种播，这种波在井液中产生一种“偶极型偶极型”压力扰压力扰 动，并且由一对定向接收器接收。动，并且由一对定向接收器接收。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 在软地层中记录典型的声波波列 正交偶极声源是将一个单极阵列和一个偶极阵列正 交组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有 不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器。

9、 声源发射器发射的声波是全方位的。偶极阵列是由两个 正交摆放（相差90度）的偶极声源及8个交叉式偶极接收 器组成。 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 WaveSonic测井仪器测井仪器包括：包括： l发射电子线路、发射器和发射电子线路、发射器和 隔声体、接收器阵列和电子隔声体、接收器阵列和电子 线路。线路。 l整个仪器由地面计算机控整个仪器由地面计算机控 制。制。 WaveSonic测井仪测井仪 Wacesonics声系结构声系结构 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 WaveSonic测井仪测井仪 主测内容主测内容时间时间- -时差时差 t tc c , , t tsxx sxx and and

10、t tsyy syy 测量范围测量范围动态动态 纵向分辨纵向分辨6 in.(15 cm)6 in.(15 cm) 探测深度探测深度3 3 20 ft (1 20 ft (1- - 3m) 3m) 灵敏度灵敏度不适用不适用 分辨率分辨率0.2 0.2 s s 一类曲线一类曲线 t tc c 、 、 t tsyy syy 和 和 t tsxx sxx 二类曲线二类曲线V Vp p/V/Vs s, , c c , ITTp , ITTp、ITTs ITTs 相似性质量、横波相似性质量、横波时差各向时差各向 异性、泊松比、斯通利时差异性、泊松比、斯通利时差 正交偶极方式正交偶极方式发射频率发射频率 1

11、.2kHz,1.5kHz,2.2kHz1.2kHz,1.5kHz,2.2kHz 单极子方式单极子方式发射频率发射频率 5kHz5kHz 偶极子方式偶极子方式发射频率发射频率 1.2kHz,1.5kHz,2.2kHz1.2kHz,1.5kHz,2.2kHz Wavesonics相关参数相关参数 三种方式对应的发射频率三种方式对应的发射频率 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 WaveSonic测井仪测井仪 l XMACXMAC仪器长度为仪器长度为27.15ft, 27.15ft, 两个两个 单极发射器单极发射器T1T1和和T2, T2, 两个偶极发两个偶极发 射器射器T3T3和和T4T4。 l T

12、1T 1 与与 T 3T 3 、 T 2T 2 与与 T 4T 4 的 间 距 为的 间 距 为 9in,T39in,T3和和T4T4的间距为的间距为1ft1ft。 l 接收器部分包括八个接收器组接收器部分包括八个接收器组 ，相邻两个接收器组间距为，相邻两个接收器组间距为6in,6in, 第一组接收器位置与第八组接收第一组接收器位置与第八组接收 器位置之间的距离为器位置之间的距离为42in42in。最低。最低 的接收器组位置的接收器组位置R1R1与与T2T2的距离为的距离为 102in102in。 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 l 每个接收器位置上有两对接收每个接收器位置上有两对接收 器。一

13、对同上偶极发射器方向一器。一对同上偶极发射器方向一 致，用于接收上偶极信号；另一致，用于接收上偶极信号；另一 对同下偶极发射器方向一致，用对同下偶极发射器方向一致，用 于接收下偶极信号。于接收下偶极信号。 l 对于偶极方式，每对接收器是对于偶极方式，每对接收器是 分开传输的；对于单极方式，合分开传输的；对于单极方式，合 在一起传输的。在一起传输的。 l XMACXMAC仪器分单极、偶极、正交仪器分单极、偶极、正交 偶极三种测量方式。偶极三种测量方式。 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 直径 3.88in (99.6mm) 长度 130.88in (3.32m) 接收器类型 4X4X8 最大压力

14、20.0psi （137.9Mpa） 最大温度 400F（204C）工作2小时 350F（177C）工作8小时 井眼范围 4.5-17.5in 测速单极/偶极/T 25ft/min 单极/X偶极/T 21ft/min 仪器指标 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 l13级接收器，级接收器，6英尺长，每一级接收英尺长，每一级接收 器记录八个方位的数据。器记录八个方位的数据。 l三个单极子声源（上、下、远程）。三个单极子声源（上、下、远程）。 l两个互相垂直的偶极子声源。两个互相垂直的偶极子声源。 l斯通利波通过远程单极子低频激发。斯通利波通过远程单极子低频激发。 l具

15、有具有8个接收器，没有上、下单极子个接收器，没有上、下单极子 声源。声源。 3、常用仪器介绍、常用仪器介绍 正交偶极子阵列声波测井地质应用正交偶极子阵列声波测井地质应用 1、岩性特征分析、岩性特征分析 2、识别气层、识别气层 3、判断裂缝发育井段、类型、判断裂缝发育井段、类型 4、地层各向异性分析、地层各向异性分析 5、岩石机械特性分析、岩石机械特性分析 6、井眼稳定性分析、井眼稳定性分析 7、压裂高度预测、压裂高度预测 白 云 岩 储 层 灰 岩 储 层 理论上，利用纵横波速理论上，利用纵横波速 度比可以大致确定地层的度比可以大致确定地层的 岩性，一般情况下，纵横岩性，一般情况下，纵横 波

16、速 度 比 （波 速 度 比 （ V P / V S 或或 DTS/DTC）：砂岩 为）：砂岩 为 1.58-1.8；灰岩为；灰岩为1.9；白；白 云岩为云岩为1.8；泥岩为；泥岩为1.936； 在 多 数 地 区 若在 多 数 地 区 若 1 . 9 VP/VS2.2可以认为地层可以认为地层 为破裂岩体或有大量裂缝为破裂岩体或有大量裂缝 发育。发育。 应用之：岩性特征分析应用之：岩性特征分析 地层中的气体使纵波速度降低，但由于横波地层中的气体使纵波速度降低，但由于横波 不能在气体中传播，故对横波的影响很小，导不能在气体中传播，故对横波的影响很小，导 致在含气地层中的纵、横波波速比有不同程度致

17、在含气地层中的纵、横波波速比有不同程度 下降。因此，根据纵、横波速度比可识别与含下降。因此，根据纵、横波速度比可识别与含 气有关的幅度异常。气有关的幅度异常。 应用之二：气层识别应用之二：气层识别 孤北古1井， 41264137米 段，纵、横波 速度比明显下 降，在1.5左右 ，纵波能量幅 度降低，波形 及能量有较大 衰减，为典型 气层响应。该 井段中途测试 曾获日产气 56202方。 利用纵、横、斯通利波的幅度衰减直观的判利用纵、横、斯通利波的幅度衰减直观的判 断裂缝发育带，前提是结合常规资料剔除泥岩、断裂缝发育带，前提是结合常规资料剔除泥岩、 大井眼的影响，因为泥岩、大井眼同裂缝一样大井眼

18、的影响，因为泥岩、大井眼同裂缝一样 也不同程度能造成声波的衰减，在经验丰富的也不同程度能造成声波的衰减，在经验丰富的 情况下，还可根据声波衰减程度不同定性的判情况下，还可根据声波衰减程度不同定性的判 断裂缝发育类型。断裂缝发育类型。 应用之三：判断裂缝发育井段及发育类型应用之三：判断裂缝发育井段及发育类型 声波波形、幅声波波形、幅 度出现衰减，度出现衰减， 预示裂缝存在预示裂缝存在 ，成像上得以，成像上得以 证实证实 应用之四：地层各向异性分析应用之四：地层各向异性分析 在构造应力不均衡或裂缝在构造应力不均衡或裂缝 性地层中，横波在传播过程性地层中，横波在传播过程 中通常分离成快横波、慢横中通

19、常分离成快横波、慢横 波，且快、慢横波速度通常波，且快、慢横波速度通常 显示出方位各向异性，质点显示出方位各向异性，质点 平行于裂缝走向振动、方向平行于裂缝走向振动、方向 沿井轴向上传播速度比质点沿井轴向上传播速度比质点 垂直于裂缝走向振动、方向垂直于裂缝走向振动、方向 沿井轴向上传播的横波速度沿井轴向上传播的横波速度 要快，这就称之为地层横波要快，这就称之为地层横波 速度的各向异性。速度的各向异性。 3520-3585米，地层流体移动指数较大，表明这段地层渗透性好于下部地层， 对应地层孔隙度也较高,地层裂缝发育。 应用之五：岩石机械特性分析 根据XMACII获取的 纵、横波信息结合常规 测井

20、资料计算地层的泊 松比、体积弹性模量、 杨氏模量、切变模量、 体积压缩系数、固有剪 切强度等岩石机械特性 参数。 2222 2222 0.52 2() pssp pssp tt tt 22 2210 22 3 3 ()() 1.34 10 43 sp ps sp tt K tt 22 2 10 2222 34 9 () 1.34 10 3 sp s sssp tt K E Kttt 210 2 1.3410 s s G t 应用之六：井眼稳定性分析 井眼稳定性分析是利用计算理想泥浆比重来分析实际 泥浆比重对井眼的影响，做到既保护井眼又避免地层受到 污染。一般来说，当泥浆柱压力大于自然破裂压力时，会 造成泥浆漏失现象；当泥浆柱压力小于切变破裂压力（坍 塌压力）时，会造成井眼坍塌现象；当泥浆柱压力小于地 层压力时，可能会发生井喷事故。因此，泥浆比重的选择 要介于所计算的最大和最小泥浆比重之间，近似于理想的 泥浆比重。 最大钻井液密度： / MAX