地球物理测井：偶极横波成像测井

1、偶极横波成像测井、发展背景 1 早期声波测井没有利用滑行纵波首波以后的续至波信息。 2 单极声波全波列测井遇到的难题是在软地层（横波速度小于井眼流体纵波声速的地层）中无法测量横波信息。、偶极声源 1 定义：指两个相距很近（相对波长）、振源强度相等、振动相位相反的点声源的组合。 2 特点：声偶极子声场中的声压振幅比球面声场衰减得快；具有特殊的指向特性。 3 在测井中的应用：当把偶极声源置于井眼中央并让偶极子轴和井壁垂直时，如果偶极声源振动，那么井壁的一侧压力增大而另一侧则压力减小，从而在井壁附近产生挠曲波并沿井壁传播。、挠曲波：是一种频散界面波，即挠曲波的传播速度会随频率的变化而变化，在低频时，

2、挠曲波以横波的速度传播，高频时则以低于横波的速度传播。、测井原理 1 偶极发射器产生沿井壁传播的挠曲波，挠曲波是一种频散界面波； 2 通过测量挠曲波来计算地层的横波速度； 3 为了减少频率的影响，偶极发射器应尽量降低发射频率以便确保横波速度的测量精度。二、DSI的测井仪器、井下仪器结构DSI仪器 数据采集电路接收器(8个阵列每个阵列有两对接收器）隔声体上下偶极发射器、DSI工作方式 1 下偶极方式：采集和处理下偶极发射器激发的8个偶极波形，提供横波时差的测量结果DT1。 2 上偶极方式：采集和处理上偶极发射器激发的8个偶极波形，提供横波时差的测量结果DT2。 3 斯通利波方式：采集和处理由低频

3、脉冲激励单极发射器产生的8个单极波形，提供斯通利波时差的测量结果DTST。4 纵横波方式：采集和处理由高频脉冲激励单极发射器产生的8个单极波形，提供单极纵横波时差的测量结果DT4P和DT4S。 5 首波检测方式：采集和处理由高频脉冲激励单极发射器产生的8组单极过阈数据，提供单极纵波时差的测量结果DT5。 6 专家方式：采集和选择处理由各种特制的非标准的仪器配置和试验方式所提供的波形数据或过阈数据。上述工作方式可以单独测量也可以组合测量硬地层中声波的传播但是这种方法只能在声波速度大于流体传播速度的硬地层中测量横波和纵波，并且效果良好，而在软地层中无法测量横波。 硬地层中声波测井仪探测到的波形分析

4、纵波横波斯通利波软地层中声波的传播由于软的固结松散的岩石具有较小的弹性硬度，使得软地层中声速相对较慢。因此在硬地层中可以获得横波和纵波时差，然而在慢速的固结较差的地层中，由于横波速度小于井内流体声速，横波首波与井中钻井液一起传播，不能产生临界折射的滑行横波，使得单极声波测井无法测出横波的首波。软地层中声波测井仪探测到的波形分析纵波斯通利波斯 通 利 波 斯通利波在泥浆中产生，通过仪器外壳和井壁间的泥浆传播，斯通利波对井壁的刚性及地层的渗透性非常敏感。斯通利波的能量是以低频及低衰减的形式传播。其速度低于泥浆的声速。 常规声波测井仪采用单极子技术，在快速地层中可以从波形数据中提取纵、横、斯通利波慢

5、度，但在软地层中只能探测到纵、斯通利波信号，且仪器稳定性较差。常规全波列声波测井仪的测量原理 利用测井资料中的纵波时差、横波时差、体积密度、岩性指示曲线（自然伽马等）、双井径、井斜角等曲线，计算泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量、体积压缩系数等岩石力学参数及地层孔隙压力、地层破裂压力、垂向主应力（岩层上覆压力）、最大水平主应力、最小水平主应力、最大水平主应力方向等应力参数。测井资料中的横波时差是计算岩石力学参数、应力参数及地层各向异性的重要基础资料，因此准确获取横波资料致关重要。偶极声波测井仪的测量原理 偶极技术采用偶极声波源，当偶极子声源振动时，很像一个活塞，能使井壁一侧的压力增加，而

6、另一侧压力减小，使井壁产生扰动，形成轻微的扰曲，这种由井眼扰曲运动产生的剪切扰曲波具有频散特性，在适当的低频范围内该扰曲波的传播速度趋近于横波，其传播方向与井轴平行。单极子探头发射主频率：5-20KHz偶极子探头发射主频率：3-5KHz 每个深度点记录12个单极源波形，其中8个为阵列全波波形（TFWV10），4个为记录普通声波时差的全波波形（TNWV10）。每个深度点记录32个偶极源波形，即每个接收器记录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形，X、Y表示不同方位的发射器或接收器的方向，例如XY表示X方向发射器发射，Y方向接收器接收；YY则表示Y方向发射器发射Y方向接收器接收。8个接收器共记录3

7、2个偶极源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。 1、岩石力学参数计算 根据XMAC-II获取的纵、横波信息结合常规测井资料可计算地层的泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量、体积压缩系数、破裂压力梯度、上覆压力梯度、孔隙压力梯度、单轴抗压强度、固有剪切强度、等岩石力学参数，并能为岩石机械特性分析提供重要的信息。2、岩性特征分析 理论上，利用纵横波速度比可以大致确定地层的岩性，一般情况下，纵横波速度比（VP/VS或DTS/DTC）：砂岩为1.58-1.8；灰岩为1.9；白云岩为1.8；泥岩为1.936；在多数地区若1.9 VP/VS0.25则认为含有泥质。

8、在砂泥岩中纵、横、斯通利波及纵横波的分布情况 地层中的气体使纵波速度降低，但对横波的影响很小，在含气地层岩石具有异常低的纵、横波波速比。因此根据交叉偶极横波资料得出的纵横、波速度比可帮助地球物理学家识别与含气有关的幅度异常。3、气体识别纵横波速比Vp/Vs与横波时差DTS交会识别气层纵波衰减幅度较横波衰减幅度明显增大，在砂泥岩地层中造成该种测井响应的原因主要为储层含气，气层可以引起纵波慢度及幅度的衰减，但却对横波影响较小，因此在该类衰减地层中纵横波速比都有不同程度的减小，可以推断该类地层中可能含气。 可以利用纵、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、大井眼的影

9、响，因为泥岩、大井眼同裂缝一样也不同程度能造成三类波的衰减，在经验丰富的情况下，还可根据三类波衰减程度不同定性的判断裂缝发育类型。4、判断裂缝发育井段及发育类型裂缝、溶孔发育段声波幅度及衰减情况高角度裂缝发育段声波幅度衰减情况在构造应力不均衡或裂缝性地层中，横波在传播过程中通常分离成快横波、慢横波，且快、慢横波速度通常显示出方位各向异性，质点平行于裂缝走向振动、方向沿井轴向上传播速度比质点垂直于裂缝走向振动、方向沿井轴向上传播的横波速度要快，以上就称之为地层横波速度的各向异性。5、地层速度各向异性交叉偶极子在各向异性地层中的测量情况横波在各向异性的地层中将分裂成快横波和慢横波。交叉偶极子声波测

10、井可以获得4种组份的波形：线性轴组分：X to X；Y to Y交叉轴组分：X to Y；Y to X声波振动模式：垂直传播水平传播SH水平振动P水平振动SV垂直振动SV水平振动SH水平振动P垂直振动各向异性地层中偶极横波分离利用偶极横波资料评价地层各相异性1.接收的偶极横波信号2.从交差偶极横波信号中分离快慢横波3.利用STC方法提取快慢横波及快横波方位确定4.各向异性系数确定 该图显示了地层各向异性百分比大小及各向异性的方向。在准确地计算出上述岩石力学参数的基础上，利用、借助声电成象及其它常规测井资料建立相应的处理解释模型，定量确定地应力方向、大小以及最大、最小泥浆密度，评价井眼崩落、压裂状况和钻井液漏失的层位和性质等，然后再结合破碎模型中的地应力数据，定量确定井眼稳定性。6、地应力参数计算及井眼稳定性分析 偶极子阵列声波测井是将普通声波测井仪的单极子技术同偶极子技术有机的组合在一起，其最大优势是在地层横波速度低于井内流体声速