第5讲正交偶极子声波测井

1、测井新方法 第第5讲：正交偶极子声波测井讲：正交偶极子声波测井 张元中张元中 资源与信息学院测井研究中心资源与信息学院测井研究中心 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、仪器结构、指标和使用条件、仪器结构、指标和使用条件 4 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 5 5、岩石的机械特性、岩石的机械特性 6 6、典型应用案例、典型应用案例 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

2、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岩石机械特性控制声波在岩石中的传播速度，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

3、决于所含流体的类型和含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粒间的胶结程度。量、岩石颗粒的构成以及颗粒间的胶结程度。 1、声波测井发展历程、声波测井发展历程 l 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 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 隔放置的两个或隔放置的两个

4、或 多个接收器的传多个接收器的传 播时间。播时间。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l声波仪器位于井轴声波仪器位于井轴 上，发射换能器向周上，发射换能器向周 围发射一个声波脉冲，围发射一个声波脉冲， 在井内和地层中激发在井内和地层中激发 各种模式的声波，沿各种模式的声波，沿 着不同的方向和途径着不同的方向和途径 传播，最后由与声源传播，最后由与声源 相距一定距离的接收相距一定距离的接收 换能器接收换能器接收。 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测井仪器发射的声波穿过井内流体，在地层界测井仪器发射的

5、声波穿过井内流体，在地层界 面处声波将产生反射和折射现象，主要原因是地面处声波将产生反射和折射现象，主要原因是地 层岩石的密度发生变化。通常地层的声波速度发层岩石的密度发生变化。通常地层的声波速度发 生变化，也将引起声波在地层中传播时产生反射生变化，也将引起声波在地层中传播时产生反射 和折射和折射（声阻抗发生变化）。（声阻抗发生变化）。 l仪器发射的声波穿过井内流体以后，在界面处仪器发射的声波穿过井内流体以后，在界面处 将发生反射和折射，在井内通常记录反射波。将发生反射和折射，在井内通常记录反射波。 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

6、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全波列由两类波组成：全

7、波列由两类波组成： 体波和导波。体波和导波。 l体波（体波（Body Wave）与）与 地层岩石颗粒的振动有关，地层岩石颗粒的振动有关， 包括纵波包括纵波（Primary Wave， P波波）和横波）和横波 （Secondary Wave， Shear Wave，S波波）。）。 l导波（导波（Guide Waves）是声波在井孔中传播）是声波在井孔中传播 时形成的制导波，包括伪瑞利波（时形成的制导波，包括伪瑞利波（Pesudo- Rayleigh Wave）和斯通利波（）和斯通利波（Stoneley Wave）。）。 l此外井筒中还有各种多次反射波，如纵波泄此外井筒中还有各种多次反射波，如纵波

8、泄 露模式（露模式（Leaky Modes）等。）等。 裸眼井中声波成分裸眼井中声波成分 声波发射器发射的声脉冲经过各种途径传播到声波发射器发射的声脉冲经过各种途径传播到 接收器，接收器接收的声波其主要成分有滑行纵接收器，接收器接收的声波其主要成分有滑行纵 波、滑行横波、假瑞利波和斯通利波。波、滑行横波、假瑞利波和斯通利波。 幅度幅度 时间（时间（us） 裸眼井声波全波列波裸眼井声波全波列波 P P为滑行纵波、为滑行纵波、S S为滑行横波，为滑行横波，a a为低频部分假瑞为低频部分假瑞 利波，利波，b b为斯通利波，为斯通利波，c c为其它模式波。为其它模式波。 l滑行纵波是一种体波，以锥面波

9、形式传播，无滑行纵波是一种体波，以锥面波形式传播，无 频散。若源距选择适当，滑行纵波在全波列中是频散。若源距选择适当，滑行纵波在全波列中是 首波。它具有传播速度快、幅度小等特点。首波。它具有传播速度快、幅度小等特点。 l接收器接收的滑行纵波（接收器接收的滑行纵波（P P波）实际上是波）实际上是PPPPPP波，波， 即在井内流体中以压缩波形式传播，传播到井壁即在井内流体中以压缩波形式传播，传播到井壁 处，以第一临界角折射到岩层中，以滑行纵波形处，以第一临界角折射到岩层中，以滑行纵波形 式传播，以后又折回井中，又以压缩波形式传播式传播，以后又折回井中，又以压缩波形式传播 到接收器并被接收器接收。到

10、接收器并被接收器接收。 l 滑行横波也是一种体波，无频散。接收器接收滑行横波也是一种体波，无频散。接收器接收 的滑行横波（的滑行横波（S波）实际上是波）实际上是PSP波。只要横波波。只要横波 速度大于井内流体速度，就能收到此波。速度大于井内流体速度，就能收到此波。 l在源距选择适当，滑行横波在全波列中是次首在源距选择适当，滑行横波在全波列中是次首 波。传播速度比滑行纵波小，幅度比滑行纵波大。波。传播速度比滑行纵波小，幅度比滑行纵波大。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l假瑞利波是一种界面波，沿井壁界面传播，其假瑞利波是一种界面波，沿井壁界面传播，其 传播速度介于地层横波速度与井内流

11、体速度之间，传播速度介于地层横波速度与井内流体速度之间， 具有频散性质和衰减性质。具有频散性质和衰减性质。 波也是一种界面波，沿井壁界面传播，波也是一种界面波，沿井壁界面传播， 其传播速度低于井内流体速度，也具有频散性质其传播速度低于井内流体速度，也具有频散性质 和衰减性质。和衰减性质。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 + + - - - + + Monopole Dipole Quadrupole （探头，（探头，TransducerTransducer）：可以将电）：可以将电 能转换为机械能，也可以将声能转换为电磁能的能转换为机械能，也可以将声能转换为电磁能的 器件。测井常用压

12、电陶瓷晶体换能器。器件。测井常用压电陶瓷晶体换能器。 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。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l在软地层中井眼中单极子在软地层中井眼中单极子 声源只能激发起纵波和斯通声源只能激发起纵波和斯通 利波，而不能激发横波。利波，而不能激发横波。 单

13、极子换能器在井孔中主要激发一些井壁反单极子换能器在井孔中主要激发一些井壁反 射波，这些波具有如下特点：射波，这些波具有如下特点： l纵波在地层中以纵波速度传播，质点能量纵波在地层中以纵波速度传播，质点能量 在井眼中形成纵波首波，可以用于测量地层在井眼中形成纵波首波，可以用于测量地层 的纵波速度；的纵波速度； l伪瑞利波以接近地层横波速度的速度传播伪瑞利波以接近地层横波速度的速度传播 （在低速地层中几乎不可能识别），质点的（在低速地层中几乎不可能识别），质点的 运动路径为椭圆，靠近井眼处最强，很快消运动路径为椭圆，靠近井眼处最强，很快消 失在地层中；失在地层中； l横波在纵波首波穿过井眼流体以后

14、在地层中激横波在纵波首波穿过井眼流体以后在地层中激 发。横波走时比纵波走时长发。横波走时比纵波走时长1.6-1.9倍，横波的幅倍，横波的幅 度通常比纵波幅度大。由于流体不传播横波，所度通常比纵波幅度大。由于流体不传播横波，所 以地层中产生的横波首波变为纵波穿过井眼流体以地层中产生的横波首波变为纵波穿过井眼流体 到达接收器作为滞后到达的纵波；到达接收器作为滞后到达的纵波； l管波或斯通利波以接近井眼流体纵波的速度直管波或斯通利波以接近井眼流体纵波的速度直 接穿过井眼流体到达接收器，斯通利波幅度很大，接穿过井眼流体到达接收器，斯通利波幅度很大， 它沿井壁和仪器轴与井眼流体的界面传播；它沿井壁和仪器

15、轴与井眼流体的界面传播； l流体或钻井液中存在从发射器穿过流体直接到流体或钻井液中存在从发射器穿过流体直接到 达接收器的纵波，在仪器设计时采取一些技术措达接收器的纵波，在仪器设计时采取一些技术措 施使井筒流体中直接传播的声波受到衰减或延迟。施使井筒流体中直接传播的声波受到衰减或延迟。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 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

16、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，

17、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 l偶极源好象一个活塞，在井偶极源好象一个活塞，在井 眼的一侧增大压力，在另外一眼的一侧增大压力，在另外一 侧则降低压力，产生一个小的侧则降低压力，产生一个小的 井轴挠曲，从而激发地层的纵井轴挠曲，从而激发地层的纵 波和横波。这种挠曲波的传播波和横波。这种挠曲波的传播 方向与井轴同轴，而位移与井方向与井轴同轴，而位移与井 眼垂直，与换能器在同一条直眼垂直，与换能器在同一条直 线上。线上。 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 l当偶极子探头发射声波时，当偶极子探头发射声波时， 偶

18、极发射器突然产生向右侧偶极发射器突然产生向右侧 的位移，导致井眼的的位移，导致井眼的“扰扰 曲曲”，这种挠曲波激发的质，这种挠曲波激发的质 点运动方式和横波质点的运点运动方式和横波质点的运 动方式类似，但是只发生在动方式类似，但是只发生在 与发射角方位相同的平面上。与发射角方位相同的平面上。 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，

19、挠曲波以 低于横波的速度传播。低于横波的速度传播。 l偶极横波测井实际上是通过挠曲波的测量来计偶极横波测井实际上是通过挠曲波的测量来计 算地层横波速度。为了减小频率的影响，偶极发算地层横波速度。为了减小频率的影响，偶极发 射器应该尽量降低发射频率以便确保横波速度的射器应该尽量降低发射频率以便确保横波速度的 测量精度。低频时，挠曲波在地层中以横波速度测量精度。低频时，挠曲波在地层中以横波速度 传播。传播。 l在硬地层的条件下，中心频率稍大于在硬地层的条件下，中心频率稍大于3kHz；而；而 在软地层中，中心频率约等于在软地层中，中心频率约等于1kHz。 l当发射频率为当发射频率为3kHz时，偶极子

20、测量结果需要进时，偶极子测量结果需要进 行大约行大约10%的频散校正。的频散校正。 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 l偶极转换器激发的挠曲波，其质点运动方式和偶极转换器激发的挠曲波，其质点运动方式和 横波相似，扰曲波以近似于横波的速度沿着井眼横波相似，扰曲波以近似于横波的速度

21、沿着井眼 向上传播。偶极子源在软地层井孔中激发起以弯向上传播。偶极子源在软地层井孔中激发起以弯 曲波（准横波、偶极子波）为主的波列，其横振曲波（准横波、偶极子波）为主的波列，其横振 动关于井轴不对称，在全波列中，首波为幅度较动关于井轴不对称，在全波列中，首波为幅度较 小的纵波，依次是横波和挠曲波。小的纵波，依次是横波和挠曲波。 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 横波各向异性的影响因素横波各向异性的影响因素 造成地层横波各向异性的原因很多，常见的大造成地层横波各向异性的原因很多，常见的大 致有四类：致有四类： l地层裂缝的影响地层裂缝的影响

22、l地层倾角的影响地层倾角的影响 l溶蚀孔洞的影响溶蚀孔洞的影响 l地层构造应力的影响地层构造应力的影响 2、物理基础与方法原理、物理基础与方法原理 x y z 当一束横波信号入射到当一束横波信号入射到 各向异性地层（如裂缝性各向异性地层（如裂缝性 地层）时，入射横波可分地层）时，入射横波可分 裂成质点平行和质点垂直裂成质点平行和质点垂直 于裂缝走向的振动，并以于裂缝走向的振动，并以 不同的速度向上传播。不同的速度向上传播。 x y z 质点平行于裂缝走向振动，质点平行于裂缝走向振动， 方向沿井轴向上传播的横波方向沿井轴向上传播的横波 比质点垂直于裂缝走向振动、比质点垂直于裂缝走向振动、 方向沿

23、井轴向上传播的横波，方向沿井轴向上传播的横波， 速度要快，前者称快横波，速度要快，前者称快横波， 后者为慢横波。后者为慢横波。 % 100 21 2 + + D D = = ss s 各向异性各向异性 l当横波以倾斜角入射到裂缝时会发生横波分裂，当横波以倾斜角入射到裂缝时会发生横波分裂， 快横波的极化方向平行于裂缝走向，慢横波的极快横波的极化方向平行于裂缝走向，慢横波的极 化方向垂直于裂缝方向。化方向垂直于裂缝方向。 l纵波纵波(A)(A)质点沿传播方向运动，横波质点垂直质点沿传播方向运动，横波质点垂直 传播方向。在传播方向。在TIHTIH介质中，平行于裂缝传播的横介质中，平行于裂缝传播的横

24、波分裂。质点运动平行于裂缝、垂直偏振的横波波分裂。质点运动平行于裂缝、垂直偏振的横波 (C)(C)比质点运动偏振垂直于裂缝的横波比质点运动偏振垂直于裂缝的横波(B)(B)快。快。 声源激励声波模式声源激励声波模式 径向方式径向方式 轴向方式轴向方式 旋转方式旋转方式弯曲方式弯曲方式 单极子模式单极子模式 偶极子模式偶极子模式 四极子模式四极子模式 Wavesonic测量原理测量原理 WaveSonic分为单极测量方式和偶极测量方式。分为单极测量方式和偶极测量方式。 单极测量方式单极测量方式 l单极子发射器发射的波穿过泥浆到达井壁，一单极子发射器发射的波穿过泥浆到达井壁，一 部分经过井壁反射回到

25、井眼中，一部分折射进部分经过井壁反射回到井眼中，一部分折射进 入地层，只有以临界角折射的波，才能被接收入地层，只有以临界角折射的波，才能被接收 器接收。器接收。 l单极子发射器由一个圆柱状压电晶体组成，其单极子发射器由一个圆柱状压电晶体组成，其 发射能量完全均匀分布于仪器周围。发射能量完全均匀分布于仪器周围。 Wavesonic测量原理测量原理 l单极子发射器以典型的脉冲模式激发，得到一单极子发射器以典型的脉冲模式激发，得到一 个中心频率在个中心频率在5-6kHz、带宽在、带宽在1-12kHz的单极的单极 发射波。这个中心频率比传统单极全波仪器的发射波。这个中心频率比传统单极全波仪器的 单极发

26、射频率低单极发射频率低2-3倍，使倍，使P波和折射横波的探波和折射横波的探 测深度大大增加。测深度大大增加。 l利用单极声源可以从全波采集数据中导出折射利用单极声源可以从全波采集数据中导出折射 波波至，即压缩波速度、折射横波速度及相关波波至，即压缩波速度、折射横波速度及相关 性质、斯通利波速度及相关参数等。性质、斯通利波速度及相关参数等。 偶极测量方式偶极测量方式 l偶极测量方式的目的有：一是在软地层得到横偶极测量方式的目的有：一是在软地层得到横 波资料，另一个是进行正交偶极模式测量，以用波资料，另一个是进行正交偶极模式测量，以用 于地层的各向异性分析。于地层的各向异性分析。 l偶极子声源是弯

27、曲棒偶极子发射器在同深度的偶极子声源是弯曲棒偶极子发射器在同深度的 四组合排列。两个偶极子发射器相互垂直，正交四组合排列。两个偶极子发射器相互垂直，正交 放置可以控制放置可以控制X-X和和Y-Y挠曲波的产生。挠曲波的产生。 偶极测量方式偶极测量方式 l偶极子发射器由金属支撑板和压电板组成，通偶极子发射器由金属支撑板和压电板组成，通 电后，压电板弯曲，产生压缩波，在地层中激发电后，压电板弯曲，产生压缩波，在地层中激发 产生挠曲波。在低频情况下，该低频挠曲波以真产生挠曲波。在低频情况下，该低频挠曲波以真 实的地层横波速度传播，不必对横波速度进行频实的地层横波速度传播，不必对横波速度进行频 散校正，

28、可用挠曲波代替横波。散校正，可用挠曲波代替横波。 l激 励 挠 曲 波 需 要 一 个 最 佳 的 激 发 频 率 。激 励 挠 曲 波 需 要 一 个 最 佳 的 激 发 频 率 。 WaveSonic的可编程特性能够根据地层特性选择的可编程特性能够根据地层特性选择 最佳的偶极发射频率，得到最好的挠曲波激励和最佳的偶极发射频率，得到最好的挠曲波激励和 传播，从而得到地层中真实的横波速度。传播，从而得到地层中真实的横波速度。 l偶极发射器和接收器。偶极换能器是以一组在偶极发射器和接收器。偶极换能器是以一组在 压力差下发生弯曲的金属盘传感器来激发的。压力差下发生弯曲的金属盘传感器来激发的。 3、

29、仪器结构，指标和使用条件、仪器结构，指标和使用条件 WaveSonic测井仪器包括：测井仪器包括： 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。 lWaveSonic的声系由单极子发射器、偶极子发的声系由单极子发射器、偶极子发 射器、隔声体以及射器、隔声体以及8个接收器阵列组成。个接收器阵列组成。 l发射器包括一个全方位的单极发射器和两个同发射器包括一个全方位的单极发射器和两个同 深度偶极发射器（深度偶极发射器（X-X，Y-Y）。）。 l8个接收阵列中的每个接收阵列均有四

30、个正交排个接收阵列中的每个接收阵列均有四个正交排 列的接收器，依此为列的接收器，依此为A，B，C，D。其中。其中A-C接收接收 器沿偶极发射器的器沿偶极发射器的X-X方向排列，方向排列，B-D沿偶极发射沿偶极发射 器的器的Y-Y方向排列。方向排列。 l相邻两个接收阵列的间距为相邻两个接收阵列的间距为0.5英尺。第一个接英尺。第一个接 收阵列与单极发射器的源距为收阵列与单极发射器的源距为10.24英尺，与偶极英尺，与偶极 发射器的源距为发射器的源距为9.23英尺。英尺。 3、仪器结构，指标和使用条件、仪器结构，指标和使用条件 Wacesonics声系结构声系结构 3、仪器结构，指标和使用条件、仪

31、器结构，指标和使用条件 仪器程序控制仪器程序控制 l仪器可以对偶极声源信号的各个方面进行全面仪器可以对偶极声源信号的各个方面进行全面 控制。在测井过程中，偶极子源的频率、幅度、控制。在测井过程中，偶极子源的频率、幅度、 激发波信号及波形周期都是完全可调的，可以通激发波信号及波形周期都是完全可调的，可以通 过程序在地面来进行控制。过程序在地面来进行控制。 l允许操作人员对仪器进行编程或预编程，得到允许操作人员对仪器进行编程或预编程，得到 任何想要的三个声源激励时序组合的完整的声源任何想要的三个声源激励时序组合的完整的声源 激励时序。激励时序。 3、仪器结构，指标和使用条件、仪器结构，指标和使用条

32、件 仪器程序控制仪器程序控制 l为了对声源进行进一步控制，连续激励之间的为了对声源进行进一步控制，连续激励之间的 周期也可以通过程序控制。周期也可以通过程序控制。 l声源激励之间的时间延迟也是完全程控的。这声源激励之间的时间延迟也是完全程控的。这 一点大大改善了测井数据在各向异性分析方面的一点大大改善了测井数据在各向异性分析方面的 使用，因为使用，因为X-X 偶极和偶极和Y-Y偶极数据的实际目的偶极数据的实际目的 是研究整个接收阵列对应的同等体积地层的各向是研究整个接收阵列对应的同等体积地层的各向 异性。异性。 隔声体隔声体 l隔声体作用是隔离在仪器中直接传播的仪器波。隔声体作用是隔离在仪器中

33、直接传播的仪器波。 lWaveSonic的隔声体有两个非常独特的和不同的隔声体有两个非常独特的和不同 的要求：的要求： l（1）隔声体必须有相当的柔韧性，以隔离声波）隔声体必须有相当的柔韧性，以隔离声波 在仪器内部或外表面传播；在仪器内部或外表面传播； l（2）必须有相当的强度，使仪器可以在复杂的）必须有相当的强度，使仪器可以在复杂的 井眼状况下进行测井作业，其强度要足以承受电井眼状况下进行测井作业，其强度要足以承受电 缆仪器串中挂接在声波仪器下面其它仪器重量。缆仪器串中挂接在声波仪器下面其它仪器重量。 隔声体隔声体 l大多数仪器使用的隔声体不是隔声效果不好，大多数仪器使用的隔声体不是隔声效果

34、不好， 就是强度不够。就是强度不够。WaveSonic交叉偶极仪器的隔交叉偶极仪器的隔 声体部分在这两个要求之间达到几乎完美的平衡，声体部分在这两个要求之间达到几乎完美的平衡， 该仪器能够承受该仪器能够承受100000磅的拉力或推力，还能磅的拉力或推力，还能 在较宽频率范围内对隔离在较宽频率范围内对隔离90dB以上的声波，其以上的声波，其 频率可低到频率可低到500 - 600Hz。 l除仪器发射器和接收器之间的主隔声体外，其除仪器发射器和接收器之间的主隔声体外，其 它声波隔离体它声波隔离体/吸收体放置在接收器部分，位于吸收体放置在接收器部分，位于 接收器末端的接收阵列之间。接收器末端的接收阵

35、列之间。 接收器阵列接收器阵列 l接收器阵列由排列成接收器阵列由排列成8个共面环的个共面环的32个接收器晶个接收器晶 体组成。体组成。 l每个环有每个环有4个与仪器轴线相垂直安装且彼此间隔个与仪器轴线相垂直安装且彼此间隔 90的均匀分布的接收器，接收器的径向位置需的均匀分布的接收器，接收器的径向位置需 要根据偶极声源的方位来确定，要根据偶极声源的方位来确定，X-X和和Y-Y偶极声偶极声 源都有两个平行阵列和两个交叉阵列。源都有两个平行阵列和两个交叉阵列。 接收器阵列接收器阵列 l最上面的接收器环与单极声源之间相距最上面的接收器环与单极声源之间相距10.2ft （3.1m），与同深度的），与同深

36、度的X-X 、Y-Y偶极声源之间偶极声源之间 相距相距9.2ft（2.8m）。接收器环之间的间距是）。接收器环之间的间距是0.5ft （0.15m），接收器阵列的长度则为），接收器阵列的长度则为3.5ft （1.07m）。）。 l在偶极子采集模式下，平行接收器阵列和交叉在偶极子采集模式下，平行接收器阵列和交叉 接收器阵列都是接收器阵列都是2 8个接收器排列。对每个深度个接收器排列。对每个深度 可获得可获得96条波形并传输到地面；包括条波形并传输到地面；包括32条单极波条单极波 形、形、32条条X-X偶极波形和偶极波形和32条条Y-Y偶极波形。偶极波形。 3、仪器结构，指标和使用条件、仪器结构，

37、指标和使用条件 主测内容主测内容时间时间- -时差时差 D Dt tc c , , D Dt tsxx sxx and and D Dt 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 20 ft (13 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D Dt tc c 、 、 D Dt tsyy syy 和 和 D Dt tsxx sxx 二类曲线二类曲线V Vp p/V/Vs s, , c c , ITTp , ITTp、ITTs ITT

38、s 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 1.2kHz,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 lXMACXMAC仪器长度为仪器长度为27.15ft, 27.15ft, 两个单极发射器两个单极发射器T1T1和

39、和T2, T2, 两个两个 偶极发射器偶极发射器T3T3和和T4T4。 lT1T1与与T3T3、T2T2与与T4T4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接收器部分包括八个接收器 组，相邻两个接收器组间距为组，相邻两个接收器组间距为 6in,6in,第一组接收器位置与第八第一组接收器位置与第八 组接收器位置之间的距离为组接收器位置之间的距离为 42in42in。最低的接收器组位置。最低的接收器组位置R1R1 与与T2T2的距离为的距离为102in102in。 l每个接收器位置上有两对每个接收器位置上有两对 接收器。一对同

40、上偶极发射接收器。一对同上偶极发射 器方向一致，用于接收上偶器方向一致，用于接收上偶 极信号；另一对同下偶极发极信号；另一对同下偶极发 射器方向一致，用于接收下射器方向一致，用于接收下 偶极信号。偶极信号。 l对于偶极方式，每对接收对于偶极方式，每对接收 器是分开传输的；对于单极器是分开传输的；对于单极 方式，合在一起传输的。方式，合在一起传输的。 lXMACXMAC仪器分单极、偶极、仪器分单极、偶极、 正交偶极三种测量方式。正交偶极三种测量方式。 l13级接收器，级接收器，6英尺长，每一级英尺长，每一级 接收器记录八个方位的数据。接收器记录八个方位的数据。 l三个单极子声源（上、下、远三个单

41、极子声源（上、下、远 程）。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斯通利波通过远程单极子低频 激发。激发。 lDSI具有具有8个接收器，没有上、个接收器，没有上、 下单极子声源。下单极子声源。 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 采集的主要信息及用途采集的主要信息及用途 lWaveSonic正交偶极子测井主要采集的信息是正交偶极子测井主要采集的信息是 声波在地层中传播的时差，包括单极子时差和两声波在地层中传播的时差，包括单极子时差和两 个相互垂直的偶极子时差，记录单极子和偶极子个相互垂直的偶极子时差，记录单极子和偶极子 波形。波形。 4

42、、采集的信息及用途、采集的信息及用途 采集的主要信息及用途采集的主要信息及用途 l对波形经过滤波等技术处理以后，得到纵波时对波形经过滤波等技术处理以后，得到纵波时 差曲线差曲线D Dtc，两个垂直方向上的偶极子横波时差，两个垂直方向上的偶极子横波时差 曲线曲线D Dtsxx 和和 D Dtsyy， 以及纵波和横波速度比曲以及纵波和横波速度比曲 线线Vp/Vs，孔隙度曲线，孔隙度曲线 c， 纵波和横波相似性纵波和横波相似性 质量曲线质量曲线ITTp、ITTs， 地层时差各向异性曲线，地层时差各向异性曲线， 泊松比，以及斯通利波时差曲线。泊松比，以及斯通利波时差曲线。 4、采集的信息及用途、采集的

43、信息及用途 采集的主要信息及用途采集的主要信息及用途 lWaveSonic主要应用包括：主要应用包括：1、计算孔隙度；、计算孔隙度； 2、估算储层渗透率；、估算储层渗透率；3、识别裂缝带；、识别裂缝带；4、岩石、岩石 机械特性分析；机械特性分析；5、分析地层的各向异性；、分析地层的各向异性；6、 探测气层和识别岩性；探测气层和识别岩性；7、解决复杂的相关工程、解决复杂的相关工程 问题等。问题等。 测井资料的数据处理测井资料的数据处理 lWaveSonic的资料处理过程与其它阵列声波资的资料处理过程与其它阵列声波资 料的处理方式类似，一般先检测各个分波的首波料的处理方式类似，一般先检测各个分波的

44、首波 波至，然后采用时差波至，然后采用时差-慢度相关法（慢度相关法（STC）来计）来计 算声波时差和速度，并且分析声波幅度和能量的算声波时差和速度，并且分析声波幅度和能量的 变化。变化。 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 测井资料的数据处理测井资料的数据处理 lWaveSonic资料解释包括两个部分：资料解释包括两个部分： l1、纵波和横波分析，用于分析岩石特性，预、纵波和横波分析，用于分析岩石特性，预 测裂缝高度，砂岩含量分析，孔隙度分析，储层测裂缝高度，砂岩含量分析，孔隙度分析，储层 含气分析，各向异性分析，应力场分析等；含气分析，各向异性分析，应力场分析等； l2、斯通利波分析，主

45、要分析能量和幅度、以、斯通利波分析，主要分析能量和幅度、以 及走时，用于分析裂缝和和估算渗透率。及走时，用于分析裂缝和和估算渗透率。 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 测井资料的数据处理测井资料的数据处理 lWavesSonic为了提取各种模式波的速度或时为了提取各种模式波的速度或时 差，必须对采集的波形进行处理。有两种典型的差，必须对采集的波形进行处理。有两种典型的 数据处理方法：数据处理方法： l一种是采用慢度一种是采用慢度-时间相关法（时间相关法（STC），处理各），处理各 种测量模式的数字化波形；种测量模式的数字化波形； l另外一种方法是采用数字初至波探测法处理以另外一种方法是采

46、用数字初至波探测法处理以 首波检测方式得到的过阈值数据。首波检测方式得到的过阈值数据。 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 时间时间-慢度相关法慢度相关法 l慢度慢度-时间相关时间相关STC（Slowness-Time Coherence）是一种全波列分析与处理算法，）是一种全波列分析与处理算法， 这种方法是针对阵列声波测井仪而发展起来的处这种方法是针对阵列声波测井仪而发展起来的处 理算法，它是一种帮助在组合波形中找出各种传理算法，它是一种帮助在组合波形中找出各种传 播波形的全波分析方法。播波形的全波分析方法。 4、采集的信息及用途、采集的信息及用途 时间时间-慢度相关法慢度相关法 l该方

47、法采用一种类似地震中使用的相似算法，该方法采用一种类似地震中使用的相似算法， 检测阵列接收器中相关的波至，并且估算它们的检测阵列接收器中相关的波至，并且估算它们的 慢度。慢度。 l使用该技术可以从叠和在一起的波形中找出各使用该技术可以从叠和在一起的波形中找出各 种传播模式的波形。种传播模式的波形。STC技术采用相似性算法，技术采用相似性算法， 即通过多条波形的相关对比，从复合波形中分别即通过多条波形的相关对比，从复合波形中分别 提取纵波、横波、斯通利波等，然后计算各种波提取纵波、横波、斯通利波等，然后计算各种波 的传播时差。的传播时差。 时间时间-慢度相关法慢度相关法 lSTC算法的基本处理过

48、程是：首先设置一个固算法的基本处理过程是：首先设置一个固 定长度的时间窗口；定长度的时间窗口； l然后每一次以一个较小并且重叠的步长角移动然后每一次以一个较小并且重叠的步长角移动 这个窗口，计算窗口内所有波形的相关系数；这个窗口，计算窗口内所有波形的相关系数； l然后以一个步长整体移动这个窗口，再做上面然后以一个步长整体移动这个窗口，再做上面 的步长角移动，计算这个窗口内所有波形的相关的步长角移动，计算这个窗口内所有波形的相关 系数，依此类推。系数，依此类推。 时间时间-慢度相关法慢度相关法 l当某个窗口的时间和步长移动角正好对应于某当某个窗口的时间和步长移动角正好对应于某 种波（如纵波、横波

49、和斯通利波等）的首波时间种波（如纵波、横波和斯通利波等）的首波时间 和时差时；和时差时； l如果在这个窗口内的波形是相同的或者是最为如果在这个窗口内的波形是相同的或者是最为 相似的，则会具有最大的相关系数，这时计算的相似的，则会具有最大的相关系数，这时计算的 时差就是这种波的传播时差；时差就是这种波的传播时差； l可以计算出纵波、横波和斯通利波的时差。可以计算出纵波、横波和斯通利波的时差。 选取合适的处理时窗长选取合适的处理时窗长 度，在第一接收波列的时度，在第一接收波列的时 间轴上移动处理时窗，同间轴上移动处理时窗，同 时计算每个时间位置上、时计算每个时间位置上、 不同时差对应的一组波形不同

50、时差对应的一组波形 的互相关系数的互相关系数P P（0P10P1， P=0P=0时表示波形间无任何相时表示波形间无任何相 关关系，关关系，P P1 1表示波形完表示波形完 全一致）。全一致）。 l由此，可以得到该组波由此，可以得到该组波 列对应的时间列对应的时间 时差时差相相 关系数等值图。关系数等值图。 5、岩石的机械特性、岩石的机械特性 l根据根据WaveSonic测量数据计算出纵波速度、横测量数据计算出纵波速度、横 波速度，结合岩石的体积密度，可以直接计算出波速度，结合岩石的体积密度，可以直接计算出 各种岩石弹性模量。这些模量参数是确定岩石强各种岩石弹性模量。这些模量参数是确定岩石强 度的重要参数，能够为岩石机械特性的分析提供度的重要参数，能够为岩石机械特性的分析提供 重要的信息。重要的信息。 l岩石强度是指岩石承受各种压力的特性。根据岩石强度是指岩石承受各种压力的特性。根据 岩石的强度特性，可以预计油井生产中是否出砂，岩石的强度特性，可以预计油井生产中是否出砂， 估计酸化压裂时所需要的压力，研究水驱过程中估计酸化压裂时所需要的压力，研究水驱过程中 岩石的膨胀情况。岩石的膨胀情况。 l在钻井过程中，根据岩石的弹性参数对井眼稳在钻井过程中，根据岩石的弹性参数对井眼稳 定性进行评价，设计或选用合适的探头，并且确定性进行评价，设计或选用合适的