交叉偶极子阵列声波测井技术介绍XMAC

(一)、正交偶极子阵列声波测井（XMAC-II）原理ECLIPS—5700测井系统中的交互式多极子阵列声波仪（XMAC-II）是将一个单极阵列录XX、XY、YX、YY4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（二）、正交偶极子阵列声波资料的处理和斯通利波的提取及其时差计算、岩石物理参数计算、岩石机械特性分析等。测阵列接收器中相关的波至，并估算它们的慢度。小和横波慢度。对硬地层来说这种校正量很小，但对大井眼软地层来说这种校正量可能达到根据提取的纵横波时差、常规密度曲线及其它资料计算的孔隙度并利用岩石特性分析模块计算纵横波速度比、泊松比、体积模量、切变模量和杨氏模量等岩石物理参数。利用上面计算的岩石力学参数、常规分析计算的泥质体积、泥浆性能等参数计算各项1、泊松比(σ)计算公式:2、杨氏模量（E）又称纵向弹性模量，就是张应力与张应变之比，它量度岩石的抗张应力。3、切变模量(μ)是剪切应力与切变角之比，它量度岩石抗切应力。DEN224、体积弹性模量（k）和体积压缩系数（CB）体积压缩系数与体积弹性模量互为倒数关系。2单轴抗压强度表示岩石抵抗外力压性破坏的能力，它的大小与岩石的杨氏模量、泥质固有剪切强度表示岩石抵抗剪切破坏的能力，它的大小与单轴抗压强度及体积压缩系它是作用在地层孔隙空间里的流体上的压力。地层压力有正常地层压力和异常地层压常地层压力的形成是多方面的，有快速不平衡欠压实沉积，地质构造运动，孔隙流体膨胀，烃类的裂解等诸多因素。目前多见到的异常高压地层一般都是不平衡欠压实沉积形成的。在根据测井资料，采用声波时差等效深度法计算地层压力是用来检测因不平衡欠压实沉积形成地层异常高压的有效方法，该方法适用范围为砂泥岩剖面。DEP=A·LOG（DT）+B趋势线方程确定以后，根据任一点的声波时差值，就可计算该时差的等效深度。对变大，这样，地层就由于欠压实而形成了异常高压。pa由于该技术只适用于砂泥岩剖面，并且有较多的限制因素，因此对较复杂的地质剖面气、水）的总重量引起的。当有密度测井资料时，可由密度曲线积分求得：00地应力简称地壳内的应力，它是地壳固体介质受重力、各地球构造力和天文动力以及探掘工程附加动力的作用，在介质内部单元引起响应变形的力学参数。用到最大水平地应力、最小水平地应力、水平地应力方向三个地质概念。岩石在垂向应力作用外，还受地层孔隙压力、构造应力作用。地层中若不存在构造应力时为各向同性地层，此时水平地应力相同，当构造应力存在时，水平地应力将变为各向异性。获取地应力的方法有多种，如声发射凯塞效应法，现场水力压裂试验法，测井资料计算的井眼崩落法等。利用测井资料计算地应力使用成本较低，计算速度快，显示井段长，计算结果较准确，具有其它方法不可比拟的优势。下面简要介绍利用测井资料计算地应力方向①地应力大小0/有效应力系数α根据岩石的体积压缩系数和骨架的体积压缩系数计算，其数值大于0由双井径测井曲线可近似计算不平衡构造因子，根据式6-8计算的最小水平主应力及不平衡构造因子计算最大水平主应力。根据最大水平主应力与最小水平主应力，进而计算地应力差。②地应力方向地下不同地质时期形成的各种岩石，都具有一定的强度，因此在地壳应力场的作用下，垂直于井轴的横向截面上处于两个水平应力的压力作用及钻井液的张应力作用。根据力的叠加原理，井壁上的应力状态用下式表示：mθθ—相对于最大水平主应力方向的逆时针方位角。受的应力最小，此时切向应力值为：m显然，椭园井眼的短轴方向即为最大水平主应力方向。井眼崩落椭园的测量是由四臂或六臂地层倾角测井仪直接测量的。测井是在电缆提升园井眼的长轴及短轴。再结合一号极板测量的方位，就可判断出最大水平主应力方向。就会使地层破裂，这时的压力值就称这个地层的破裂压力。地层破裂往往是由于井内钻井液由（6-10）式可知，在最大水平主应力方向受到较小的切向应力。进而可知当液柱压力Pm增大时，在这个方向上将受到较大的拉伸力。式6-10所示为总切向应力，设有效切θm设岩石的抗拉强度为St,并且与切向应力方向相反。当Pm增大，且有效切向应力值等于或超过岩石的抗拉强度时，地层则破裂，即：tmt分之一，因此它由抗剪强度近拟计算。油气生产时，岩石若发生了剪切破坏，就会出砂，它反映了岩石的强度和稳定性。设一般情况下出砂指数高不易出砂，出砂指数低则易出砂。较准确预测产层的地层压力系数以便选用适当的钻井液相对密度。2、确定井身设计中是否需下技术套管根据地层破裂压力梯度和孔隙压力梯度，可确定井身设计中是否需要下技术套管及技术套管的下深。从防喷防漏的角度考虑，当地层孔隙压力梯度小于地层破裂压力梯度时选用适当的泥浆密度钻井过程中不用下技术套管。当高压地层的孔隙压力梯度接近或大于上部地部非高压层压坏，钻井中发生井漏或储层被压死情况。3、分析裂缝形态根据地层破裂压力梯度及上覆压力梯度，可分析井下压裂后的裂缝形态。若地层破裂梯度，地层压裂时形成水平裂缝。4、井下压裂施工参数的确定当地层压裂后形成垂直裂缝时，裂缝的长度和高度是杨氏模量、切变模量、泊松比、压裂液排量、粘度等的函数。根据压裂目的及已知的岩石力学参数、井下压裂工程可确定压根据出砂指数，可预测产层在产液过程中是否出砂、以便及时采取防砂措施。经验表明，出砂指数小于1.4×104Mpa时地层在产液过程中会出砂，当出砂指数大于2.0×104Mpa时，地层不会出砂，当出砂指数介于二者之间时，地层出少量砂。6、油气运移规律研究根据地应力资料，地质研究人员可进行砂层走向，油气运移规律的研究。地应力是油压应力区运移，最大水平主应力方向是油气运移，渗流的主方向。7、分析套变情况根据水平最大及最小主应力差，可确定井下套管能否发生形变及发生形变的位置。8、判断裂缝高度的延伸方向在沿井轴方向的垂直剖面上，地应力大小是不一样的，一般情况下，泥岩的地应力大穿透。如果能穿透，将出现剖面上的水窜或气窜，造成油水（气）关系复杂甚至油田开发的响施工参数、施工规模及压裂设计及施工，也影响压裂方式及压裂增产效果等。因此，在低10、射孔方位的确定在天然裂缝发育的低渗透油田，射孔孔眼方位应平行于最大水平主应力方向。因为平衡于最大水平主应力方向的射孔孔眼方位有利于水力压裂的施工，有利于提高压裂后的油井11、分析井眼稳定性根据地应力和岩石力学参数，可分析钻井过程中井壁的稳定性。由于地层某深处的垂向主应力、水平主应力、地层孔隙压力、岩石的泊松比等都是固有的，当井眼钻开后，应力在井眼出现新的不平衡，这就需用适当的钻井液对井眼周围应力重新平衡。钻井液密度若选免会发生井眼失稳现象。12、确定水平井钻进方向水平井水平部分的钻进方向与水平最小主应力方向平行最好，它不仅有利于钻井井孔采油率。13、确定注水开发布井方案最大主应力方向就是水力压裂后裂缝的方向，采油开发人员可提出注水开发布井的合采油率，避免含水上升快，油井强性水淹的不良现象。（五）、正交偶极子阵列声波处理成果图件介绍正交偶极子阵列声波测井资料处理后所提交的图件包括：第一道：自然伽马单位API；第四道：纵波时差单位μs/ft；横波时差单位μs/ft；斯通利波时差单位μs/ft；第五道：纵、横波波速比。第一道：自然伽马单位API；第二道：单极模式全波列波形显示；第三道：深度，单位米；第一道：自然伽马单位API；第二道：交叉偶极模式XX轴波形图；第三道：深度，单位米；第一道：自然伽马单位API；平均百分比地层各向异性单位%；第四道：快横波方位各向异性成象图；第五道：快横波方位角单位度；第二道：快横波慢度单位：μs/ft；慢横波慢度单位：μs/ft；第三道：快横波波形单位：μs；慢横波波形单位：μs；计算各向异性开窗时间单位：μs；计算各向异性关窗时间单位：μs；第四道：百分比地层各向异性单位%；平均百分比地层各向异性单位%；第一道：深度，单位米；第二道：最大主应力方向单位：度；第五道：岩性分析（六）、正交偶极子阵列声波测井应用处理后的阵列声波测井资料提供了准确的纵波时差、横波时差、斯通利波时差及大量理论上，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ratio）也是岩性的一个表征，砂岩泊松比的标准利用偶极子阵列声波测井技术评价裂缝主要的方法有三种：一是利用斯通利波反射参 字形显示；三是可以利用纵、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、大井眼的影响，因为泥岩、大井眼同裂缝一样也不同程度能造成三类波根据MAC获取的纵、横波信息结合常规测井资料、井下试油资料，建立合理的计算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量确定井眼稳定性。在具有各向异性地层中XMAC-II仪器采集到的横波可以分离成快横波和慢横波，快横进而用快横波方位来确定裂缝及地应力引起的各向异性，并且结合井眼成象资料判断地层各向异性的影响因素。地层中的气体使纵波速度降低，但对横波的影响很小，高孔隙度气饱和的砂岩具有异学家识别与含气有关的幅度异常。7.1岩性特征分析以川东北地区为例，岩性主要是砂泥岩、碳酸盐岩，统计表明(图1)砂岩储层纵、横波速度比主要在1.5－1.8之间；灰岩储层纵、横波速度比主要在1.8-2.0之间；白云岩储层纵、横波速度主要在1.7-2.0之间。因受井况、泥质含量、孔隙度等影响提取时差均与理论值有所偏差,同时相互比较也可以看出砂泥岩地层和碳酸盐岩地层时差特征有明显的不同。7.2气层的识别由于纵波为压缩波，在气体中能够传播，当储层含气时会使纵波能量得到有效地衰减，在1.5左右，纵波幅度降低，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，这也验证了利用多极子阵列声波测井判断气层的有效性。7.3定性判断裂缝发育井段典型的纵向波，按“压缩模式”传播，波的传播方向与质点位移方向平行，在测量过程中纵增大。横波是一种典型的横向波，按“剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质点的位移而增加，另外其衰减程度与裂缝的充填物质有关，当裂缝为有效裂缝，其内充填物为流体，阻抗的数值影响不大，相应的衰减幅度也较小，由此可以判断储层裂缝发育的有效性。较致密，仅发育少量诱导缝；4790－4804米段，声波能量幅度明显变低，波形衰减明显，成像图显示裂缝非常发育。而井径曲线显示该井段井眼状况非常好，故声波的衰减主要是由7.4各向异性分析速度的各向异性。百分比各向异性就定义为快慢横波能量或速度之差与快慢横波能量或速度确定裂缝及地应力引起的各向异性，并且结合井眼成象资料判断地层各向异性的影响因素。向异性方位与成像诱导缝确定的地应力方向有很好的一致性；而灰岩地层各向异性方向往往代表了裂缝的发育方向，图5所示各向异性方向与裂缝发育方向有很好的一致性。建立解释模型来计算泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量等岩石力学参数,在此基础上进一步可以计算破裂压力、初始剪切强度、有效切向、径向应力等岩石机械特性参数。这些基础参数的准确确定对井壁稳定性研究以及压裂高度预测具有重大的