正交偶极横波测井.doc

7正交偶极声波测井71 正交偶极声波测井仪器图22 偶极声波测井仪器探头（下）和正交偶极声波测井仪器（上）探头比较72 各向异性和横波分裂物理性质随方向而变的介质称为各向异性介质。对于均匀各向异性介质,一个主轴方向就是物理性质不发生变化的方向 (例如，在此方向上弹性波传播速度是常数). 正交各向同性地层可以由三个互相垂直的主轴方向描述. 物理性质仅随方位方向而变的介质称为方位各向异性介质（TI介质）。如图23所示，各向同性挠曲模式波从各向同性介质进入方位各向异性介质，将分裂成两个挠曲模式波。 两种模式波的极化（偏振方向）是正交的, 且平行于方位各向异性介质的主轴方向。每一个挠曲波以不同的速度传播：即快波 (FP)、慢波 (SP).利用正交偶极子测井仪器我们可以确定正交各向同性地层的水平主轴方向。 理想情况下, 应用正交偶极子测井时，假设其中一个主轴平行井轴. 主平面 (对称面) 是跨越一对主轴的平面.如果一个主平面是各向同性, 即在这个平面上的任何一个方向都是主轴方向，我们就说 它是方位各向异性地层(TI地层)。 理想情况下, 含垂直裂缝系统的地层, 即裂缝面平行于井轴, 类似于TI介质(这时裂缝面是各向同性面)，声波在沿井轴方向传播就类似于在TI地层中传播。 然而,在实际中有多种地质特征导致声波在这些介质中传播类似于在正交各向同性或TI介质中传播(见图23). 垂直TI介质中的横波分裂是方位各向异性地层中的偶极横波测井的理想模型. 仪器激发的偶极横波将分裂成两个沿井轴传播的快波和慢波。图23横波分裂红色轴表示快主轴、蓝色轴表示慢主轴. 极化(振动方向)就是轴的方向. 蓝色平面是裂缝平面.引起横波分裂的地质特征：1. 裂缝 (裂缝系统), 垂直或准垂直.2. 构造活动区的现场主应力3. 地层层面不垂直于井轴.73 各向同性介质、TI介质中的挠曲模式波测量图24 各向同性介质、TI介质中的挠曲模式波测量各向同性地层:X发射X接收(XX):测量一个速度为c的水平极化横波Y发射Y接收(YY):测量一个速度为c的水平极化横波X发射Y接收(XY): 除了噪声什么都测不到Y发射X接收(YX): 除了噪声什么都测不到正交各向同性/TI地层（X和Y分别与主轴x1 和 x2 一致）X发射X接收(XX):测量一个速度为c1的水平极化横波(x1 方向）X发射X接收(XX):测量一个速度为c2的水平极化横波(x2 方向)X发射Y接收(XY): 除了噪声什么都测不到Y发射X接收(YX): 除了噪声什么都测不到当 X和 Y方向分别与 x1 和 x2 不平行. 将会测到两个主横波四个分量(XX, YY, XY 和YX) 的叠加，测量的速度在c1 和 c2之间.图25 TI介质中的挠曲模式波测量的4个分量。XMAC仪器与MAC相比, 就单极测量来说,是一种更好的仪器,对于偶极测量更是如此. 因为XMAC设计的接收器固定的安装在仪器心轴上,与仪器的心轴是去耦的,因此比MAC相比有更好的信噪比. 常规MAC偶极测井时常常出现的仪器模式对于XMAC已不复出现. 使用XMAC技术,可以获得高质量的横波慢度,最大可达到 1100 us/ft. 这样,使声波偶极测井的应用扩展到所有慢地层范围。74 正交偶极子测井资料处理常规处理: 各向异性和快波角度旋转四分量数据到地层的主轴方向, 则能量交叉最小方位角指明快行波和慢行波方向 (Alford 旋转扫描技术).对旋转准直波型（主波）进行速度分析，确定快慢横波、各向异性参数(确定快慢横波的方向). 常规处理的缺点：如果各向异性(快慢波速度差异)超过速度分析的误差总和时,这种方法将不能凑效， 在各向异性不显著的情况,两个慢度比较接近时,可能会出现将慢波方向指示成快波方向,反之亦然； 角度的多解性。 图25清晰的示范了常规处理方法的缺点。 给出快横波和慢行波(主波)的误差椭圆图（红色），处理后所确定的慢度（白色星状）可能比真正的慢度大或小. 因此在这种情况下,导出的快横波慢度比真快横波慢度大,比处理确定的慢行波慢度大(如图所示),是我们将快波角指示为慢横波角,反之亦然.图25 常规处理的缺点改进处理方案：旋转四分量数据获得每个接收器的两个主波；利用所有接受信号联合,对第m个接受器的慢主波（SP）时移去匹配第n个接收器的快主波(FP)；针对不同角度和各向异性参数重复上述过程，叠加所有接受器信号，使时移的SP波和FP波之间的残差极小化；对一个波行平移后,取两个波形的差值再取平方, 然后对所有接受器上的波形求和, 在整个时间窗积分（见图26）。图26 正交偶极子测井资料反演分析图27. 与各向异性和快波角度为变量的误差函数（目标函数）形态图正交偶极反演分析注意 g1(t) 和 g2(t) 在 快主波角度q=q0+(p/2)镜象交换, 因为:首先我们联立四分量数据获得快和慢主波g1(t) 和 g2(t). 你可以看到,这个过程是两个相关的。对于特定q,我们移动在接收器m的快主波获得在接收器n的慢主波。显然,我们必须在正时间J移动它. 它可以按如下方式计算:如果我们假定从源向前的横波出现分裂,这样在接收器m中两个横波之间将会有一个延迟J1=Dszm. 然而,该延迟降低(J2),因为我们尝试移动接收器m处的快主波去获得接收器n处的慢主波. 如果我们用s2表示慢主波的慢度,显然,我们有 J2=(n-m) Dzs2. 结果,我们有J= J1- J2. 在移动之后,我们取两个波形差的平方,重复这个过程,对所有接收器求和,叠加这些结果并在整个时间窗积分得出一个残差值。这就是说在每一个测井深度点，对特定的q，慢度差Ds 和慢主波的慢度s2，我们将由此计算过程输出一个残差值。 然而, 慢横波慢度可以用q 和慢度差Ds 表示， 因此，求残差最小值的过程 仅依赖于两个变量q 和慢度差Ds。图27是各向异性和快波角度为变量的误差函数形态图的例子。 形态图仅限定于正的各向异性,因此全局最小值可以确定的指定快横波方向。局部最小值是波形移动过程的人为现象,是g1(t) 和 g2(t)在q=q0+90镜象互换的结果, 因为我们总是在相同的方向上移动,漏掉了一些周期,这使得残差值增大。常规处理方法与反演处理技术的对比: 图28清楚地表明: 在各向异性不显著区域,与常规处理方法相比,依据反演的处理技术就角度的稳定性来说,效果好。图28 常规处理方法与反演处理技术的对比图29 正交偶极测井处理结果和质量控制指示. 即:处理时窗和波形重叠显示快慢波分裂, 数据拟合残差比较, 相对仪器方位的快横波方位.76 正交偶极测井的应用裂缝评估套管井压裂效果 (硬地层)评估现场应力评估(砂岩地层)图30 正交偶极测井处理结果和质量控制指。幅度可以由色彩中的亮区域确定, 方位可以从北极开始,在360度范围内测量.标记范围的平均值由玫瑰图指示(第四道)。正交偶极测井裂缝分析如果各向异性是由定向裂缝引起的,那么正交偶极分析的快横波方位与裂缝的走向相关,且各向异性幅度指示裂缝密度.图31 正交偶极测井裂缝分析图32 正交偶极测井在套管井中确定裂缝方位和延伸范围过套管正交偶极测井确定裂缝方位和延伸范围(图32压裂前后处理比较):如果套管与地层胶合得较好, 正交偶极仪器可以从套管井确定地层的各向异性, 这样就提供了一种在套管井中评估压裂效果的方法。 这种各向异性测井可以寻找裂缝的垂直延伸, 利用快横波方位确定地层中的裂缝方位.在这个例子中，从目的层的上下射孔段进行压裂（射孔段的位置标记在第四道），压裂之后,从下射孔段注入放射性同位素示踪剂. 第一道显示注入前后伽马测井曲线(注入前用黄色曲线表示, 注入之后用红色表示),二者之间的差别表明裂缝从底部开始延伸。 正交偶极子各向异性曲线显示在第五道(注入前用黄色曲线表示,注入后用红色表示), 它们的差别是由压裂引起的， 各向异性幅度测量裂缝密度。实际上曲线确实显示, 在两条伽马曲线差别消失的地方,各向异性曲线达到最小值。这暗示着从底部伸长的裂缝在这里被停止(一个可能的屏障),上部的各向异性是由上部射孔段进行压裂造成的。图33 应力引起的横波速度在井眼周围的变化地层中的非平衡应力与井眼压力一起,产生了井眼周围的横波速度变化. 这种速度变化可以用声波测井测量,进而确定地层应力。 应力-速度模型的数值模拟表明: 快横波方位沿着最大应力方向,慢横波方位沿着最小应力方向。各向异性分裂可以使我们能够测量应力的差异. 使用正交偶极测井是确定地层应力的重要的基本手段.图34单极横波分裂: 一种应力指示，应力引起的各向异性图35 正交偶极测井测量的应力导致各向异性的例子图35 是正交偶极测井测量的应力导致各向异性的例子(砂泥岩地层的交叉偶极子测井结果) 这种各向异性在砂岩中意义重大,但在泥岩中不出现. 各向异性结果给出最大应力方位,各向异性幅度提供地层剪切应力(或应力差异)的测量。图36 应力评估应力评估图36正交偶极测井曲线可以联合横波速度资料给