5700MAC偶极声波成像测井-中国石油测井有限公司

1、偶极声波成像测井偶极声波成像测井中国石油测井有限公司中国石油测井有限公司长庆事业部长庆事业部内 容 提 要内 容 提 要u 偶极声波成像测井基本原理偶极声波成像测井基本原理u 偶极声波处理成果图简介偶极声波处理成果图简介u 测井资料的质量控制测井资料的质量控制u 偶极声波的地质应用偶极声波的地质应用视瑞利波斯通利波漏泄模式接收信号发 射 信 号1.1声波测井声波测井 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，接收器接收的声波波形其主要成分有滑行纵波、滑行横波、假瑞利波和斯通利波。声波波形其主要成分有滑行纵波、滑行横波、假瑞利波和

2、斯通利波。一、偶极声波成像测井原理一、偶极声波成像测井原理 偶极子及多极子横波测井与以往在井下获得横波方法不同，偶极子及多极子横波测井与以往在井下获得横波方法不同，其差异在于偶极子及多极子横波测井在井下是用非对称声源在井其差异在于偶极子及多极子横波测井在井下是用非对称声源在井壁上直接激发以横波速度为界限值的弯曲波或扭转波；而传统的壁上直接激发以横波速度为界限值的弯曲波或扭转波；而传统的方法或是由井内的纵波声源以第二临界角向井壁入射，以产生转方法或是由井内的纵波声源以第二临界角向井壁入射，以产生转换的横波（滑行横波），或是根据井内流体中由于致导效应产生换的横波（滑行横波），或是根据井内流体中由于

3、致导效应产生的管波（斯通利波）来反演横波。传统方法的缺点是在的管波（斯通利波）来反演横波。传统方法的缺点是在“软地层软地层”（地层横波速度（地层横波速度VsVs小于井液声速小于井液声速VfVf，即，即VsVfVsVf）中不产生滑行横）中不产生滑行横波，因而无法获得横波信息；此外用管波信息反演横波要受到井波，因而无法获得横波信息；此外用管波信息反演横波要受到井径、渗透层泥饼等多种因素影响，而且管波信息的记录精度、纵径、渗透层泥饼等多种因素影响，而且管波信息的记录精度、纵向分辩率都不利于横波信息的反演。向分辩率都不利于横波信息的反演。 一、偶极声波成像测井原理一、偶极声波成像测井原理1.2偶极声波

4、测井偶极声波测井SourceReceiverPPPPPWavePWaveSWaveSWaveSWaveReceiverPPSourcePPSWave偶极声波偶极声波DSI偶极声波成像偶极声波成像Maxis-500XMAC正交偶极阵列正交偶极阵列ECLIPS-5700WAVESONIC正交偶极阵列正交偶极阵列EXCELL-2000处理平台处理平台GeoFrame处理平台处理平台eXpress处理平台处理平台Petrosite目前国际上具有代表性的仪器目前国际上具有代表性的仪器 ECLIPS-5700测井系统中的交测井系统中的交叉偶极子声波仪（叉偶极子声波仪（XMAC-）是将）是将单极阵列和偶极阵

5、列交叉组合在一单极阵列和偶极阵列交叉组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器的仪器组合。各自具有不同的传感器的仪器组合。单极阵列包括两个单极声源和单极阵列包括两个单极声源和8个接个接收器。声源发射的声波是全方位的，收器。声源发射的声波是全方位的，即是柱状对称的。偶极横波是由两即是柱状对称的。偶极横波是由两个交叉摆放（相差个交叉摆放（相差900）的偶极声源）的偶极声源及及8个交叉偶极接收器组成。个交叉偶极接收器组成。XMAC测井原理测井原理单极发射器中心频率中心频率 5.5 kHz 单极发射器单极发射器偶极发射器偶极发射器偶极发射器弯曲棒弯曲棒中心

6、频率中心频率 1.5 kHz 交叉偶极子阵列声波测井仪交叉偶极子阵列声波测井仪(Cross (Cross ) )测 量 方 式测 量 方 式 单极方式：单极方式：偶极方式：偶极方式：采用传统的单极声源发射器，可向井周围发射声波，使井采用传统的单极声源发射器，可向井周围发射声波，使井壁周围产生轻微的膨胀作用，因此在地层中产生了纵波和壁周围产生轻微的膨胀作用，因此在地层中产生了纵波和横波，由此得出纵波和横波时差横波，由此得出纵波和横波时差 。在疏软地层中，由于地。在疏软地层中，由于地层横波首波与井中泥浆波一起传播，因此单极声波测井无层横波首波与井中泥浆波一起传播，因此单极声波测井无法获取横波首波法

7、获取横波首波 。采用偶极声源发射器，使井壁产生绕曲波，低频绕曲波采用偶极声源发射器，使井壁产生绕曲波，低频绕曲波速度近似地层横波速度，解决了在疏软地层的横波测量速度近似地层横波速度，解决了在疏软地层的横波测量问题。问题。交叉偶极方式：交叉偶极方式：正交发射，正交接收。用以研究地层各向异性正交发射，正交接收。用以研究地层各向异性 单极发射器由一个柱状的压电晶体组成，发射中单极发射器由一个柱状的压电晶体组成，发射中心频率为心频率为5KHZ5KHZ、带宽为、带宽为1-12KHZ1-12KHZ的单极声波信号。比的单极声波信号。比传统的单极全波发射的频率低传统的单极全波发射的频率低2-32-3倍，声波的

8、穿透能倍，声波的穿透能力强，探测深度深，信号衰减小，测量结果受井眼力强，探测深度深，信号衰减小，测量结果受井眼环境影响较小。也有利于斯通利波的测量。环境影响较小。也有利于斯通利波的测量。 2 在机械设计上，有相当高的物理强度和柔韧性。在机械设计上，有相当高的物理强度和柔韧性。能进行油管或钻杆传输电缆测井，可有效隔离声波能进行油管或钻杆传输电缆测井，可有效隔离声波在仪器内部和外表面的传播。在仪器内部和外表面的传播。 1井下仪器的特点井下仪器的特点 有有2.2KHZ2.2KHZ、1.5KHZ1.5KHZ、1.2KHZ1.2KHZ三种偶极工作频率，三种偶极工作频率，根据地层的具体情况可选择不同的工作

9、频率。如软地根据地层的具体情况可选择不同的工作频率。如软地层选较低的偶极工作频率，硬地层选较高的工作频率层选较低的偶极工作频率，硬地层选较高的工作频率。使该仪器适应于更广泛的地层范围。使该仪器适应于更广泛的地层范围。3井下仪器串的特点井下仪器串的特点 操作模式简单，一次测井输出信息量大。对于操作模式简单，一次测井输出信息量大。对于每一个发射序列或每一个深度点每一个发射序列或每一个深度点, ,可获得可获得4040条阵列条阵列波形，其中包括波形，其中包括8 8条单极波形、条单极波形、3232条条XXXX、XYXY、YXYX、YYYY偶极波形。对每个接收器波形信号的记录，可偶极波形。对每个接收器波形

10、信号的记录，可有效地检查每个接收器的工作状态，以便及时查有效地检查每个接收器的工作状态，以便及时查找出问题和进行维修。找出问题和进行维修。4井下仪器串的特点井下仪器串的特点1、各向异性成果图、各向异性成果图2、岩石机械特性分析成果图、岩石机械特性分析成果图 3、压裂效果诊断图、压裂效果诊断图二、偶极声波处理成果图简介二、偶极声波处理成果图简介全波波形全波波形各向异性各向异性成像图成像图快横波方位快横波方位各向异性各向异性方位频率方位频率统计统计井径、井径、GRGR时差各时差各向异性向异性径向应力径向应力切向应力切向应力初始剪切初始剪切应力应力泊松比泊松比速度比速度比破裂压力梯度破裂压力梯度杨氏

11、模量杨氏模量剪切模量剪切模量体积模量体积模量纵、横、斯纵、横、斯通利波时差通利波时差井径、井径、GRGR时差各时差各向异性向异性各向异性各向异性成像图成像图快横波方位快横波方位能量比能量比井径、井径、GRGR各向异性各向异性方位频率方位频率统计统计快慢横快慢横波时差波时差径向应力径向应力切向应力切向应力初始剪切初始剪切应力应力泊松比泊松比速度比速度比破裂压力梯度破裂压力梯度杨氏模量杨氏模量剪切模量剪切模量体积模量体积模量纵、横、斯纵、横、斯通利波时差通利波时差井径、井径、GRGR3、测井资料质量控制、测井资料质量控制1、测前测后应分别在自由套管中测量10m时差曲线，对套管检查的纵波时差数值应在

12、187s/m5s/m（57s/ft5s/ft）以内；2、首波波至时间曲线变化形态应一致；3、对于低渗储层，要求降低测量速度，以保证波列记录齐全可辨，硬地层的纵波、横波、斯通利波界面清楚，幅度变化正常；4、在12m井段内，相对方位曲线变化不应大于360度；3、测井资料质量控制、测井资料质量控制5、曲线应反映岩性变化，纵、横波数值在纯岩性地层中与理论骨架值接近；6、重复测井与主测井的波列特征应相似；纵波时差重复曲线与主测井曲线形状相同，重复测量值相对重复误差应小于3。7、要求目的层段测量偶极声波波列，并连续上下50米的测量，以保证资料的有效利用。 1.1. 可提取准确的纵、横波及斯通利波信息，提供

13、杨氏模量、弹性模量、泊松可提取准确的纵、横波及斯通利波信息，提供杨氏模量、弹性模量、泊松比等岩石物理参数，预测岩石强度，岩石破裂压力；比等岩石物理参数，预测岩石强度，岩石破裂压力；2.2. 确定岩性确定岩性3.3. 识别含气层识别含气层4.4. 利用斯通波幅度衰减导出渗透率，评价有效天然裂缝及渗透性利用斯通波幅度衰减导出渗透率，评价有效天然裂缝及渗透性5.5. 利用岩石机械特征参数做井壁稳定性分析利用岩石机械特征参数做井壁稳定性分析6.6. 为钻井工程、压裂施工、油气层开采等方面提供某些有用参数，如岩石强为钻井工程、压裂施工、油气层开采等方面提供某些有用参数，如岩石强度、地应力、岩石破裂压力、

14、安全生产压差等所需参数度、地应力、岩石破裂压力、安全生产压差等所需参数7.7. 地层各向异性分析提供裂缝及其发育方位，提供地应力方位等地质信息地层各向异性分析提供裂缝及其发育方位，提供地应力方位等地质信息8.8. 套管井的压裂诊断套管井的压裂诊断四、偶极声波的地质应用四、偶极声波的地质应用4.1岩性识别岩性识别白云岩白云岩Vp/Vs=1.8石灰岩石灰岩Vp/Vs=1.86与横轴平行与横轴平行纯砂岩或含气砂岩纯砂岩或含气砂岩Vp/Vs=1.58近似直线近似直线含水砂岩，呈斜线含水砂岩，呈斜线点群岩性横波与纵波时差比值砂岩（气层）1.6砂岩（水层）1.72砂岩1.58-1.78盐岩1.77石灰岩1

15、.9白云岩1.8 储层的含气时，对纵横波有不同的影响，可以由横波与纵波的一系列相关的交会储层的含气时，对纵横波有不同的影响，可以由横波与纵波的一系列相关的交会图进行分析。通过对储层的分段做横波与纵波的交会图，可以看出在图进行分析。通过对储层的分段做横波与纵波的交会图，可以看出在5490-5508m井段，井段，气层的明显特征为横波及纵波时差出现较大的变化，纵波及横波出现大的跳跃现象。气层的明显特征为横波及纵波时差出现较大的变化，纵波及横波出现大的跳跃现象。在在5832.6m以下这种变化明显减弱，基本上反映已不含气。以下这种变化明显减弱，基本上反映已不含气。纵横波速度比识别气层纵横波速度比识别气层

16、泊松比的变化范围泊松比的变化范围泥岩泥岩泊松比识别气层泊松比识别气层2772.02777.0m压裂压裂产气：产气：12062m3/d无阻：无阻：15109m3/d2355.02359.0m压裂压裂产水：产水：10.5m3/d气层识别成果图气层识别成果图2 7 5 2 . 0 2 7 5 6 . 0 m压裂压裂产 气 ：产 气 ： 3 7 0 1 7 m3/ d无 阻 ：无 阻 ： 4 4 0 3 1 m3/ d气层识别成果图气层识别成果图2 5 0 8 . 0 2 5 1 1 . 0 m压裂压裂产气：产气：125876/6.0m3/d无 阻 ：无 阻 ： 2 7 7 7 9 0 m3/ d气层

17、识别成果图气层识别成果图2768.02772.0m压裂压裂产气：产气：8354m3/d无阻：无阻：8520m3/d气层识别成果图气层识别成果图 一般开口裂缝对斯通利波的一般开口裂缝对斯通利波的影响较大，其储渗空间的流体会影响较大，其储渗空间的流体会造成声阻抗界面，使得斯通利波造成声阻抗界面，使得斯通利波发生反射和干涉，在斯通利波变发生反射和干涉，在斯通利波变密度图上出现干涉条纹。密度图上出现干涉条纹。 用斯通利波评价裂缝时，应用斯通利波评价裂缝时，应特别注意泥饼的影响。当井壁存特别注意泥饼的影响。当井壁存在泥饼时，将阻止流体在井眼和在泥饼时，将阻止流体在井眼和裂缝储层之间的流动，斯通利波裂缝储

18、层之间的流动，斯通利波能量衰减不明显，易造成错误解能量衰减不明显，易造成错误解释。同时还应注意层界面、大井释。同时还应注意层界面、大井眼、非均匀岩石构造的影响，它眼、非均匀岩石构造的影响，它们在不同程度上引起斯通利波及们在不同程度上引起斯通利波及全波波列有衰减现象。全波波列有衰减现象。4.3斯通利波评价裂缝有效性斯通利波评价裂缝有效性3910 ft0500160010-410310-4103NMR-PERMSTONELEY-PERM(md) Time Delay(us) Freq. Shift(Hz)InversionResultsStoneley WaveReflectivity00.110

19、005000(us)CBIL ImageStoneley Reflection4.3斯通利波评价裂缝有效性斯通利波评价裂缝有效性 4.4 岩石机械力学特性和井眼稳定性分析岩石机械力学特性和井眼稳定性分析 利用正交偶极声波测井资料计算地层岩石力学参数，估算地层机械强度、理想泥浆密度。 1060111011601210XXXYYYYXDepth (ft)正交偶极声波接收的四条波形信号正交偶极声波接收的四条波形信号 裂缝评价裂缝评价横波非均质性：在裂缝地横波非均质性：在裂缝地层，尤其是高角度裂缝地层，尤其是高角度裂缝地层，横波呈现明显的非均层，横波呈现明显的非均质性，即有明显的各向异质性，即有明显的各向异性显示。