8声波测井新技术职工大学

1、声波测井新技术及其应用声波测井新技术及其应用一、声波基础理论一、声波基础理论二、声波测井仪器发展概述二、声波测井仪器发展概述三、多极子阵列声波测井技术三、多极子阵列声波测井技术四、声波成像测井技术四、声波成像测井技术五、声波测井资料的应用五、声波测井资料的应用 声波测井是石油勘探工业中专业性很强的一声波测井是石油勘探工业中专业性很强的一个领域，是基础理论、仪器研制、数据处理、资个领域，是基础理论、仪器研制、数据处理、资料解释各环节紧密结合的应用科学技术，已成为料解释各环节紧密结合的应用科学技术，已成为油气勘探、储量评价、完井及油气开采等方面不油气勘探、储量评价、完井及油气开采等方面不可缺少的工

2、具。可缺少的工具。 该技术近年来发展很快，已由单纯的测量声该技术近年来发展很快，已由单纯的测量声速发展到能够测量地层的多种物性参数，包括渗速发展到能够测量地层的多种物性参数，包括渗透率、波的能量衰减、反射及透射、地层的各向透率、波的能量衰减、反射及透射、地层的各向异性等，提供的成果也由单一的曲线发展到直观异性等，提供的成果也由单一的曲线发展到直观图像，同时测量精度及分辨率也大大提高。图像，同时测量精度及分辨率也大大提高。 声波在不同的介质中传播或在不同介声波在不同的介质中传播或在不同介质表面发生反射时，其速度、幅度、衰减质表面发生反射时，其速度、幅度、衰减及频率变化等声学特性是不同的。声波测及

3、频率变化等声学特性是不同的。声波测井就是以岩石等介质的声学特征为基础来井就是以岩石等介质的声学特征为基础来研究地质剖面、判断固井质量等问题的一研究地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。种测井方法。 1950年，声波测井开始在油田应用。第一次声波测井年，声波测井开始在油田应用。第一次声波测井是将地面地震速度转换或刻度深度。之后不久，研究出声波是将地面地震速度转换或刻度深度。之后不久，研究出声波速度和孔隙度的关系。从此以后，声波测井经历了多次发展，速度和孔隙度的关系。从此以后，声波测井经历了多次发展，用全波采集和记录挖掘出声波测井的真正潜力。多接收器阵用全波采集和记录挖掘出声波测井的真正潜力

4、。多接收器阵列极大地提高了裸眼井声波测井的应用范围。列极大地提高了裸眼井声波测井的应用范围。 波形数据采集上的极大提高也同样地提高了信号处理和波形数据采集上的极大提高也同样地提高了信号处理和解释能力。目前的处理技术包括：第一次运动探测解释能力。目前的处理技术包括：第一次运动探测(FMD)、时差相关性时差相关性(STC)、频散时差相关性、频散时差相关性(DSTC)。直到现在，。直到现在，大多数解释和处理技术还是局限于时间域、时差域和振幅域。大多数解释和处理技术还是局限于时间域、时差域和振幅域。而随着声波测井带来的更丰富数据和认识的不断提高，以时而随着声波测井带来的更丰富数据和认识的不断提高，以时

5、差频率域给出的声波资料也得到认可，即所谓的声波频散差频率域给出的声波资料也得到认可，即所谓的声波频散分析。这对分析和解释地层各向异性尤为有用。分析。这对分析和解释地层各向异性尤为有用。 在钻井过程中不断遇到的浅层慢声速地层、在钻井过程中不断遇到的浅层慢声速地层、井眼周围地层蚀变、地层的各向异性以及能否井眼周围地层蚀变、地层的各向异性以及能否用声波测井技术来描述径向声波性质和地层三用声波测井技术来描述径向声波性质和地层三维声学性质等，使得声波测井仪在设计上采用维声学性质等，使得声波测井仪在设计上采用多个接收器阵列、多间距、多频激发、多极多个接收器阵列、多间距、多频激发、多极(单极、偶极、四极单极

6、、偶极、四极)和性能更高的仪器部件。和性能更高的仪器部件。随钻声波测井也成为现实。随钻声波测井也成为现实。声速测井声速测井：也称为声波时差测井，是测量声波通：也称为声波时差测井，是测量声波通过地层传播的时差，用以估算孔隙度、判断气层过地层传播的时差，用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性的一种测井方法。和研究岩性的一种测井方法。声幅测井声幅测井：固井质量检查：固井质量检查(CBL/VDL/SBT)(CBL/VDL/SBT)，是通过，是通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层性质和水泥测量声波幅度的衰减变化来认识地层性质和水泥胶结情况的测井方法。胶结情况的测井方法。全波列测井全波列测井：长源距声波测井，

7、记录声波的整个：长源距声波测井，记录声波的整个波列，可以获得纵波、横波、斯通利波的速度及波列，可以获得纵波、横波、斯通利波的速度及幅度信息。幅度信息。阵列声波：阵列声波：MAC/XMAC-II/DSIMAC/XMAC-II/DSI成像测井：成像测井：CAST/CBIL/UBICAST/CBIL/UBI 声波的传播特性声波的传播特性 声波是物质运动的一种形式，由物质的机械振动而产生，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的。对于声波测井来说，岩石可以看作是弹性介质，在声波振动作用下能产生切变弹性形变和压缩弹性形变。故可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石的传播特性。 声波在岩石中

8、传播的体波有两种，即纵波和横波，面波有斯通利波。 纵波（Compressional slowness），按“压缩模式”传播，即波的传播方向与质点位移方向一致，传播时介质会发生压缩和扩张的体积形变，可以通过气体、液体及固体传播。纵波的速度为： Vp=(K+1.33)/0.5 ：密度 K ：体积模量 ：剪切模量 声波在地层中传播特性声波在地层中传播特性 横波（Shear slowness），按“剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质点的位移方向，传播时介质发生剪切形变。横波能通过固体传播，液体及气体不具有刚性（若其粘滞性可以忽略），而且不能反抗剪切，因此横波不能通过液体及气体传播。 横波的速度为：

9、 Vs=(/)0.5 纵波速度总是大于横波速度，纵波速度总是大于横波速度， 对于大多数岩石，对于大多数岩石，Vs比比Vp小小1.6至至2.4倍倍Vp=(K+1.33)/0.5 斯通利波(Stoneley slowness)，是井内流体中的界面波，通过仪器外壳和井壁间的泥浆传播，斯通利波对地层的弹性及流体流动等性质非常敏感，以低频及低衰减的形式传播，其速度低于泥浆的声速。声波在介质界面传播特性声波在介质界面传播特性遵循折射定律入射角折射角滑滑行行波波折射角900时的入射角 称为临界角 发射器向井内发射声波，由于泥浆声速V1小于地层声速V2，所以在井壁上发生声波的反射和折射。发射器是全方位的发射，

10、因此必有以临界角方向入射到井壁上的声波，由此产生沿井壁传播的滑行波。同时滑行波传播使井壁附近的地层质点产生振动，必然引起泥浆质点的振动，在泥浆中也引起相应的波。一、声波基础理论一、声波基础理论二、声波测井仪器发展概述二、声波测井仪器发展概述三、多极子阵列声波测井技术三、多极子阵列声波测井技术四、声波成像测井技术四、声波成像测井技术五、声波测井资料的应用五、声波测井资料的应用声波测井仪器近年来的进展主要表现为以下特点： l、通过所有井眼波型全面采集宽带波形； 2、仪器结构简单。将可预测的对声波测量的影响都考虑在数据处理中； 3、模块式； 4、接收器数量大大增加，能够实现用反演方法描述三维声学性质

11、； 5、仪器尺寸随实际需要变化大； 6、发射器设计。单发单收单发单收 与地震资料一起应用，用于提高时深转换精度。50年代单发双收单发双收声波可以反映地层孔隙度及岩性单个接收器信息不够可靠，加入第二个接收器（前苏联）引入威利时间平均公式计算孔隙度60年代补偿声波：双发双收补偿声波：双发双收1964年5ft3ft 考虑到井眼尺寸变化、仪器倾斜及偏心的影响7070年代，长源距声波年代，长源距声波9ft7ft欠压实的浅层及泥岩地层可以测量到纵波、横波、斯通利波阵列声波80年代早期横波、斯通利波的探测得到显著改进，但仅在硬地层中有效。MAC/ XMAC-II90年代 斯伦贝谢 阿特拉斯1、上偶极方式、下

12、偶极方式2、正交偶极方式3、斯通利波方式4、纵横波方式5、初至探测模式DSI测量模式 新仪器新仪器 - 5个发射器、个发射器、13组组104个接收器个接收器 得到原状地层纵波、快慢横波和斯通利波时差得到原状地层纵波、快慢横波和斯通利波时差 声波成像声波成像 识别不同原因引起的各向异性识别不同原因引起的各向异性 360度评价钻井对地层造成的损害度评价钻井对地层造成的损害 分析三轴应力分析三轴应力2005年斯仑贝谢模块式电缆声波测井仪电子线路接收器隔声体上邻近单极下邻近单极远单极9英尺10英尺11英尺9英尺正交偶极发射器1)接收器接收器为高保真接收器，且要定期进行刻度。轴向和方位接收器的数量增加，

13、增加了一个吸声静音装置及预测装置。有l3个轴向接收器站，彼此间隔6英寸。在每个接收器站有8个方位传感器沿仪器每隔45度排列。这样，接收器可接收l04条波形。2)单极模式单极采集方式实现纵波时差的径向变化。在仪器设计上表现为：发射器接收器间距变化很大，从很短到很长。3)偶极模式用一定宽频带的偶极弯曲波和斯通利波的宽带频散来反演确定横波时差的径向变化。在仪器设计上表现为：独特设计的偶极声源能在脉冲模式或在线性调频脉冲模式下都能被激发。4)创新设计偶极发射器偶极发射器，长4英寸，实际上是一个震动装置，这个震动装置中有一个电磁马达，而这个电磁马达则放在悬挂于仪器内的一个圆柱体中。5)测量精度提高快速横

14、波方位测量的各向异性可小到1-2个时差；测量的横波时差范围为90-900微秒，英尺；能可靠地测量套管后高达450微妙英尺的横波时差。6)对井眼环境中各向异性的灵敏度约为5，可识别大井段中小至1-2的各向异性。哈里伯顿第三代WaveSoniC 交叉偶极声波测井仪1)发射器一个全向单极发射器、2个偶极发射器。单极发射器由一个圆柱形压电晶体构成，以“脉冲工作方式激发，中心频率为56kHz，带宽112kHz。其中心频率大约是传统的单极全波测井仪的单极发射器频率的I2到13。单极发射器控制电子线路为线性单极发射器。即单极和偶极发射器都是各方面完全可编程的，包括频率、幅度、发射波特征和波形持续时间。2)接

15、收器由32个接收器晶体组成，排列在八个共面的环上。每个环有4个接收器，垂直于测井仪器中轴安装，均匀分布，彼此90度。4)测井仪的可编程性可预先编制程序完整的声源激发程序，在程序中实现单极和偶极的三个声源的任意组合。测井仪的电子线路能随意控制震源激发层序和连续激发间的时间。双频随钻LWD声波测井仪恶劣环境过油管声波测井仪一、声波基础理论一、声波基础理论二、声波测井仪器发展概述二、声波测井仪器发展概述三、多极子阵列声波测井技术三、多极子阵列声波测井技术四、声波成像测井技术四、声波成像测井技术五、声波测井资料的应用五、声波测井资料的应用 传统的声波测井仪使用单极发射器，向井周地层发射脉冲（各向同性）

16、，声脉冲由井内流体折射进入地层时，依次激发出纵波和横波。 当地层横波速度大于流体声速时（快地层）满足临界折射条件，可以产生滑行横波并被接收。 在疏松的地层中，横波速度往往小于流体声速（慢地层），不能产生临界折射的滑行横波，使得单极声波测井仪就不能探测到横波，因此丢失了大量的地层信息。计算岩石力学参数、应力参数气层分析时，计算纵横波速度比裂缝性地层定性判断裂缝发育井段计算地层各向异性地层横波的重要性横波横波 使用了具有方向性的发射器和接收器，偶极发射器像一个活塞，使井壁一侧的压力增加，而另一侧压力减小，引起井壁出现扰动，这种由井眼扰曲运动产生的剪切挠曲波具有频散特性，在低频时其传播速度趋近于横波

17、，偶极声波测井仪实际上就是通过测量挠曲波来计算地层横波速度。 正交多极子阵列声波测井仪（XMAC-II）是将一组单极阵列和一组偶极阵列正交组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器。声源发射器发射的声波是全方位的，中心频率为8kHz。偶极阵列是由两个正交摆放（相差90度）的偶极声源及8个交叉式偶极接收器组成。接收器间距为0.5英尺。 MAC、XMAC-II仪器是目前国际上较先进的声波测井仪，由于声波换能器的响应频带较宽，低频响应更好，在井下实现数字化，信号动态范围更大，因此记录的波形更完整，更有利于获得准确的纵波、横波、斯通利波的时差、幅度

18、等参数，特别是XMAC-II仪器在分析地层速度各向异性方面具有独特的优势。 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（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10），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。现场所采集的数据 采用慢度时间相关STC（Slowness-Time Coherence）技术从阵列波形中提取出地

19、层的纵波、横波及斯通利波信息，并计算其慢度。STC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，并估算它们的慢度。 地层时差处理从第一道波列取一时间窗，将此窗移动扫过整个波列，该时间窗在不同接收器的波列上的位置不同（由慢度决定）。将时间窗内的数据叠加计算出相干值，给出图中的相干图，其峰值对应于阵列某一波形事件的时间和慢度。 第一道：BREAKOUT井眼扩径 GR自然伽马曲线 BIT钻头尺寸 CAL井径曲线第二道：深度道第三道：声波变密度图第四道：DTC纵波时差曲线 DTS横波时差曲线 DTST斯通利波时差曲线第五道：Vp/Vs纵横波速度比地层时差处理成果图件 正交多极子阵列声波

20、处理地层时差处理岩石力学参数计算井眼稳定性分析压裂高度预测常规曲线及解释结果快慢横波分离各向异性分析斯通利波分离斯通利波渗透性分析处理系统：eXpress一、声波基础理论一、声波基础理论二、声波测井仪器发展概述二、声波测井仪器发展概述三、多极子阵列声波测井技术三、多极子阵列声波测井技术四、超声波成像测井技术四、超声波成像测井技术五、声波测井资料的应用五、声波测井资料的应用 超声波成像测井是一种直接观察超声波成像测井是一种直接观察井壁情况的测井方法，它是利用反射井壁情况的测井方法，它是利用反射波能量的强弱和反射波双程传播时间波能量的强弱和反射波双程传播时间与反射界面的物理性质及几何形态有与反射界

21、面的物理性质及几何形态有关的原理，评价井壁地质特征、井眼关的原理，评价井壁地质特征、井眼状况、固井质量及套管损伤情况。状况、固井质量及套管损伤情况。超声波成像测井原理超声波成像测井原理 超声波成像测井采用旋转式超声换能器，向井超声波成像测井采用旋转式超声换能器，向井壁发射一定频率的超声波束，声波在井壁与钻井液壁发射一定频率的超声波束，声波在井壁与钻井液界面被反射回来，又被换能器所接收。换能器以一界面被反射回来，又被换能器所接收。换能器以一定速度环绕井壁定速度环绕井壁3603600 0旋转，仪器也以一定速度上提，旋转，仪器也以一定速度上提，即测量点呈螺旋上升，达到纵、横向上连续的测井即测量点呈螺

22、旋上升，达到纵、横向上连续的测井记录。记录。ECLIPS-5700ECLIPS-5700测井系列的测井系列的CBILCBIL每秒钟旋转每秒钟旋转6 6次，次，每旋转一周水平扫描每旋转一周水平扫描250250次，仪器每上升次，仪器每上升0.10.1英寸采英寸采样一次，因而能达到高分辨率效果，其井壁覆盖率样一次，因而能达到高分辨率效果，其井壁覆盖率为为100100。超声波成像测井记录包括：超声波成像测井记录包括：时间（时间（BHTTBHTT），发射器到井壁的双程旅行时间），发射器到井壁的双程旅行时间幅度（幅度（BHTABHTA），反射回接收器的声波信号能量的大小），反射回接收器的声波信号能量的大小

23、 岩石声阻抗的变化会引起回波幅度的变化，井径岩石声阻抗的变化会引起回波幅度的变化，井径的变化会引起回波传播时间的变化。将测量的反射波的变化会引起回波传播时间的变化。将测量的反射波幅度幅度(BHTA)(BHTA)和传播时间和传播时间(BHTT)(BHTT)经过计算机处理后，按经过计算机处理后，按井眼内井眼内3603600 0方位显示成图象，就可以对整个井壁方位显示成图象，就可以对整个井壁（100100）进行高分辨率成像。）进行高分辨率成像。 通常用一种渐变的色板来进行刻度，将每个采通常用一种渐变的色板来进行刻度，将每个采样点的数据变成一个色元进行成像显示，形成彩色样点的数据变成一个色元进行成像显

24、示，形成彩色图象。在形成图像时，按黑棕黄白顺序对成图象。在形成图像时，按黑棕黄白顺序对成像测井数据进行颜色级别划分，由黑到白，声幅成像测井数据进行颜色级别划分，由黑到白，声幅成像代表回波幅度由低到高，声时间成像代表回波时像代表回波幅度由低到高，声时间成像代表回波时间由长到短。间由长到短。三种超声波成像测井仪主要技术性能对比三种超声波成像测井仪主要技术性能对比450450250-300250-300500500声波发射频率（声波发射频率（KHzKHz）909090909090最大井斜（最大井斜（o o）138138138138138138耐压（耐压（o oC C）1771772002001751

25、75耐温（耐温（o oC C）0.1-0.30.1-0.30.20.20.20.2垂直分辨率（垂直分辨率（inin）5-125-125.5-165.5-165.5-12.55.5-12.5适应井眼（适应井眼（inin）3.43.43.63.63.63.6仪器外径（仪器外径（inin）CASTCASTCBILCBILUBIUBI内容内容超声波成像测井主要应用超声波成像测井主要应用（1 1）360360度空间范围内的高分辨率井径测量，可分度空间范围内的高分辨率井径测量，可分析井眼的几何形状，推算地层应力的方向；析井眼的几何形状，推算地层应力的方向；（2 2）探测裂缝和评价井眼垮塌；探测裂缝和评价井

26、眼垮塌；（3 3）进行地层形态和沉积构造分析；进行地层形态和沉积构造分析；（4 4）确定地层厚度和倾角；确定地层厚度和倾角；（5 5）检查套管腐蚀和变形情况；检查套管腐蚀和变形情况； 声波成像测井影响因素声波成像测井影响因素1 1、钻井液密度：发射频率受钻井液固体颗粒影响大，、钻井液密度：发射频率受钻井液固体颗粒影响大，最易衰减；最易衰减；2 2、井眼大小：每增加、井眼大小：每增加1in1in井眼直径，能量损失约井眼直径，能量损失约3838，井眼过大会导致接受反射信号差，甚至没有；，井眼过大会导致接受反射信号差，甚至没有；3 3、井壁结构：越光滑，反射信号越强，表面粗糙不、井壁结构：越光滑，反

27、射信号越强，表面粗糙不平，声波发生漫反射，反射信号差；平，声波发生漫反射，反射信号差；4 4、入射角度。、入射角度。一、声波基础理论一、声波基础理论二、声波测井仪器发展概述二、声波测井仪器发展概述三、多极子阵列声波测井技术三、多极子阵列声波测井技术四、声波成像测井技术四、声波成像测井技术五、声波测井资料的应用五、声波测井资料的应用 正交多极子阵列声波测井（正交多极子阵列声波测井（XMAC-IIXMAC-II）是声学测井）是声学测井的又一测井新技术的开发与应用，它可以准确的获得的又一测井新技术的开发与应用，它可以准确的获得地层纵波、横波、斯通利波数据，这些数据中包含着地层纵波、横波、斯通利波数据

28、，这些数据中包含着丰富的地层信息。对其的研究分析，结合其他测井系丰富的地层信息。对其的研究分析，结合其他测井系列，可以在以下几个方面发挥其重要作用：列，可以在以下几个方面发挥其重要作用： 岩性特征分析岩性特征分析 气层划分气层划分 岩石力学、应力参数计算岩石力学、应力参数计算 定性判断裂缝发育段定性判断裂缝发育段 地层各向异性分析地层各向异性分析 井眼稳定性分析井眼稳定性分析 压裂高度预测压裂高度预测应用之一：确定孔隙度应用之一：确定孔隙度mafmatttt怀利（Wyllie)时间平均公式-地层孔隙度；t、 tma、 tf分别为地层、岩石骨架、孔隙流体的声波时差雷伊麦（Raymer)时间平均非

29、线性公式fmamttt11)1 (1-地层孔隙度；t、 tma、 tf分别为地层、岩石骨架、孔隙流体的声波时差m经验指数，与岩性有关，砂岩m2，碳酸盐岩m22.2 中低孔隙度（35）时，怀利公式计算结果需作压实校正，否则偏高，而雷伊麦公式不需作。没有孔隙的固体：没有孔隙的固体：材材 料料 时时 差（差（us/ft） 材材 料料 时时 差（差（us/ft）硬石膏硬石膏: 50 石石 膏：膏： 52.6 方解石：方解石： 49.7 石灰岩：石灰岩： 47.6 水水 泥泥 (固结）固结）: 83.3 石石 英：英： 52.9 白云石：白云石： 43.5 岩岩 盐：盐： 66.6 钢钢 ： 50 套套

30、 管：管： 57.0 花岗岩：花岗岩： 50.7应用之二：岩性特征分析应用之二：岩性特征分析饱和原生水的孔隙岩石：饱和原生水的孔隙岩石：材材 料料 时时 差差 （us/ft）白云岩（孔隙度白云岩（孔隙度5-20%） 50-66.6石灰岩（孔隙度石灰岩（孔隙度5-20%） 54-76.9砂砂 岩（孔隙度岩（孔隙度5-20%） 62.5-86.9砂岩（未固结）孔隙度砂岩（未固结）孔隙度20-35% 86.9-111.1页页 岩岩 58.8-143液体及气体：液体及气体：材材 料料 时时 差差 （us/ft）水（淡水）：水（淡水）： 208水（含水（含NaCl 100,000mg/L） 192.3水

31、（含水（含NaCl 200,000mg/L） 181.8石石 油：油： 238.1泥泥 浆：浆： 189氢：氢： 235.3甲甲 烷：烷： 666.6 理论上，利用纵横波速度比可以大致确定理论上，利用纵横波速度比可以大致确定地层的岩性，一般情况下，纵横波速度比地层的岩性，一般情况下，纵横波速度比（V VP P/V/VS S或或DTS/DTCDTS/DTC）：砂岩为）：砂岩为1.58-1.81.58-1.8；灰岩；灰岩为为1.91.9；白云岩为；白云岩为1.81.8；泥岩为；泥岩为1.9361.936；在多数；在多数地区若地区若1.9 V1.9 VP P/V/VS S2.22.2可以认为地层为破

32、裂岩可以认为地层为破裂岩体或有大量裂缝发育。体或有大量裂缝发育。 含水砂岩为：含水砂岩为：Vp/VsVp/Vs的比值随孔隙度的增的比值随孔隙度的增加、压实程度和有效地应力的降低而增加。加、压实程度和有效地应力的降低而增加。 砂岩灰岩白云岩地层时差提取成果图泥岩段纵横波速度比范围：1.75-2.1砂砾岩段纵横波速度比范围：1.65-1.8 地层中的气体使纵波速度降低，但由于横地层中的气体使纵波速度降低，但由于横波不能在气体中传播，故对横波的影响很小，波不能在气体中传播，故对横波的影响很小，导致在含气地层中的纵、横波波速比有不同程导致在含气地层中的纵、横波波速比有不同程度下降，含气饱和度越高，纵横

33、波速度比下降度下降，含气饱和度越高，纵横波速度比下降越明显。多极子阵列声波资料提供了高质量的越明显。多极子阵列声波资料提供了高质量的纵横波时差，减小了岩性和测量环境的影响，纵横波时差，减小了岩性和测量环境的影响，因此，根据纵横、波速度比可帮助地球物理学因此，根据纵横、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。家识别与含气有关的幅度异常。应用之三：气层识别应用之三：气层识别孤北古1井，41264137米段，纵、横波速度比明显下降，在1.5左右，纵波能量幅度降低，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。 纵横波速度比低值，纵波衰减幅度较大，而横波衰减幅

34、度不明显，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。川东油田碳酸岩盐地层含气显示特征（试气42.37万方） 注注 意：意：利用纵横波速度比判断气层仅是一种评价手段，还应综合分析各种测井和录井资料，排除各种因素的影响，才能得出更为可靠的结论。 影响因素：岩性、侵入深度、应力等 应用之四：判断裂缝发育井段及发育类型应用之四：判断裂缝发育井段及发育类型 利用声波全波列变密度图像的干涉条纹特征可以定性判断裂缝发育井段，但必须结合常规资料剔除泥岩、大井眼的影响。对于有效的孔洞及裂缝储渗系统，其间必然有地层流体，故而形成声阻抗界面，使得声波发生反射和干涉，而在填充的或闭合的裂缝处，则不能形成明显

35、的声阻抗界面，因此变密度图上没有干涉条纹。 裂缝发育裂缝发育井段，变井段，变密度图上密度图上有干涉条有干涉条纹纹裂缝不发裂缝不发育井段，育井段，变密度图变密度图上没有干上没有干涉条纹涉条纹 利用纵、横、斯通利波的幅度衰减直观的利用纵、横、斯通利波的幅度衰减直观的判断裂缝发育带。判断裂缝发育带。前提是前提是结合常规资料剔除泥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声波的衰减，在经验丰一样也不同程度能造成声波的衰减，在经验丰富的情况下，还可根据声波衰减程度不同定性富的情况下，还可根据声波衰减程度不同定性的判断裂缝发育类型

36、。的判断裂缝发育类型。能量幅度图 第一道：BREAKOUT井眼扩径 GR自然伽马曲线 BIT钻头尺寸 CAL井径曲线第二道：单极波列第三道：深度道第四道：Compress Waveamp18：接收器18号接收到的纵波幅度第五道：Shear Waveamp18：接收器18号接收到的横波幅度第六道：Stonly Waveamp18：接收器18号接收到的斯通利波幅度能量衰减图 第一道：BREAKOUT井眼扩径 GR自然伽马曲线 BIT钻头尺寸 CAL井径曲线第二道：DIPOLE WAVEFORMS： 偶极波列第三道：深度道第四道：Compress Atten： 纵波衰减曲线第五道：Shear Att

37、en： 横波衰减曲线第六道：Stonly Atten： 斯通利波衰减曲线 不同类型的裂缝对纵波及横波的幅度衰减具有不同的影响。根据实验室确定，当裂缝倾角在033与7898之间时，横波幅度的衰减大于纵波。反之，若裂缝的倾角为3378时，纵波幅度的衰减大于横波。这意味着，根据横波幅度的衰减能够比较确切的指示水平及垂直裂缝，而根据纵波的衰减，则主要指示中等及高角度裂缝。 声波波形、幅声波波形、幅度出现衰减，度出现衰减，预示裂缝存在预示裂缝存在，成像上得以，成像上得以证实证实裂缝、溶孔发育段声波幅度及衰减情况裂缝裂缝发育发育井段井段裂缝裂缝发育发育井段井段渤深6-1井偶极子阵列声波衰减图4295-43

38、064323-4329应用之五：地层各向异性分析应用之五：地层各向异性分析 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，这就称之为地层横波速度的各向异性。 XMAC-II测井仪有两个正交偶极发射器，沿两个互相垂直方向向地层定向发射压力脉冲，通过两列接收波形的时间差和相位差，可以判断地层的各向异性，并评价垂直微裂缝和地应力状态。简单的说就是横波在各向异性地层发生正交分解，分解为快横波和慢横波。我们定义各向异性为：第一道：G

39、R自然伽马曲线 API； DEV井斜； AZSH仪器方位曲线 第二道：深度道 m；地层各向异性玫瑰图 统计频率25米第三道：百分比地层各向异性(ANI) 平均百分比地层各向异性(ANIA)第四道：快横波波形(FWV) 慢横波波形(SWV) 计算各向异性开窗时间(WDST) 计算各向异性关窗时间(WEND) 第五道：各向异性成象图；第六道：快横波方位角(FACR)各向异性成果图诱导缝方位诱导缝方位倾向倾向: : 南南走向走向: :东西东西本井钻井诱导缝的走向为东西本井钻井诱导缝的走向为东西向，其代表了向，其代表了井井 旁旁 最大水平最大水平应力方向为东西向应力方向为东西向泥岩段各向异性方位为：东

40、西向泥岩段各向异性方位为：东西向车车66车车660车车661车车662车车73车车731车车663车车664车车665车车732车车666车车733车车7343584-3615米米倾向倾向: : 南南东、南南东、近北近北走向走向: :北东东北东东南西西南西西高导缝产状高导缝产状灰岩段各向异性方位为：北东南西向，可以反映裂缝的走向灰岩段各向异性方位为：北东南西向，可以反映裂缝的走向应用之六：岩石机械特性分析 根据XMACII获取的纵、横波信息结合常规测井资料计算地层的泊松比、体积弹性模量、杨氏模量、切变模量、体积压缩系数、固有剪切强度等岩石机械特性参数。22(0.5*1)/(1)POISSCRA

41、SCRA42(1.34*10 )*/()(4*/3)BMODDENDTCSMOD42(1.34*10 )*/SMODDEN DTS2*(1)YMODSMODPOIS(2*1*)(*3*)FPRATPOALFA RATPP1*(*)CLPRATPOALFA PPPP0.025*SHINBMOD UCS(2*)(*)TANXPMUDALFA PP(*)RADPMUDALFA PP破裂压力闭合压力初始剪切强度 有效切向应力 有效径向应力 根据经验，出砂指数小于1.4104Mpa时，地层在产液过程中会出砂；出砂指数大于2.0104Mpa时，地层不出砂,当出砂指数介于两者之间时，地层出少量砂。 统计表明

42、：该井储层段出砂指数均大于统计表明：该井储层段出砂指数均大于2.02.010104 4MpaMpa，故储层开采中将不会出砂。，故储层开采中将不会出砂。出砂指数:4-8（104Mpa） 体积模量 剪切模量 杨氏模量 泊松比泥岩砂岩灰岩应用之七：井眼稳定性分析 井眼稳定性分析是利用计算理想泥浆比重来分析实际泥浆比重对井眼的影响，做到既保护井眼又避免地层受到污染。一般来说，当泥浆柱压力大于自然破裂压力时，会造成泥浆漏失现象；当泥浆柱压力小于切变破裂压力（坍塌压力）时，会造成井眼坍塌现象；当泥浆柱压力小于地层压力时，可能会发生井喷事故。因此，泥浆比重的选择要介于所计算的最大和最小泥浆比重之间，近似于理

43、想的泥浆比重。 根据岩石力学参数计算结果，结合常规计算的泥质含量，进行井眼稳定性分析，计算了最小、最大、理想钻井液密度，提供了合理的钻井液密度使用安全范围，并对实际使用钻井液密度进行评价。 最大钻井液密度： 最小钻井液密度： 理想钻井液密度： /MPMXFP DEPTH(*)/MPMNRADSALFA PPDEPTH(*)/MPISAVGALFA PPDEPTH理想泥浆密度在1.0-1.4 g/cm3之间平均1.18 g/cm3 47404790米段米段,井眼不规则井眼不规则实际使用：实际使用：1.87 g/cm3井漏47905050米段，井径规则米段，井径规则实际使用：实际使用：1.12 g

44、/cm3地层孔隙压力梯度破裂压力梯度泥浆漏失压力梯度井壁崩落压力梯度所用泥浆密度力学稳定泥浆窗口2480米沙三米沙三上上3055米沙三米沙三中中上覆压力梯度井壁坍塌压力梯度分布在1.30-1.65 g/cm3井壁破裂压力梯度分布在2.20-2.70g/cm3裂缝漏失压力梯度分布在1.85-2.10g/cm3地层孔隙压力梯度分布在1.30-1.47g/cm3静态泥浆密度静态泥浆密度1.26-1.65g/cm3静态泥浆密度分布在1.26-1.65g/cm3 在试油和酸化压裂时都要对层位泵入压力进行预测，压力过小，不能压裂储层，达不到压裂的目的；泵入压力太大，可能会把邻近水层压透，造成油水窜槽。此外

45、，对于岩石力学特性差异较大的目的层，不能同时进行压裂，必须进行单压。进行水力压裂的裂缝高度预测分析，就可以对储层酸化压裂的泵入压力进行设计，同时预测出水力压裂的裂缝高度及方向。 应用之八：压裂高度预测应用之八：压裂高度预测 对80、82号差气层同时进行压裂，压力步长为1Mpa，计算初始破裂压力为76.6Mpa，压力增加1个步长既77.6Mpa时82号层部分被压开，80号层未被压开。压力增加3个步长既79.6Mpa时，82号层完全被压开，压力继续增加至6个步长，既82.6Mpa时，80号层被压开。继续加压时，裂缝会进一步向下向上延伸。预测施工压力范围： 77.6-82.6Mpa商54854号层压

46、裂前油产量为0.11吨，井段3340-3347.2, 压裂施 工 压 力 为 5 6 . 7 Mpa,压裂后产量为6.61吨，不含水。57 MPa57 MPa压力增量步压力增量步长：长：1 MPa压力增加从1-4个压力步长时，储层裂缝高度几乎没有变化，当增加到6个步长时，上下泥岩层被压破。实际：实际：56.7 MPa孤北古1井 37、38号层，中途测试5.6万方，压裂井段4120.6-4139.1, 采用两层合压，初始最小压力为69.3 Mpa,最大破裂压力为73.4 Mpa,压裂后产量为11.6万方。69.6 MPa69.6 MPa压力增量步压力增量步长：长：0.5 MPa增加到6个压力步长

47、3 Mpa时，两层串通，此时的压力值为：72.9 MPa。实际：实际：69.3-73.4MPa 利用XMAC-II测井能够得到可靠的纵、横波测井资料，结合常规测井资料计算岩石力学参数，进行压裂高度预测，能为低孔渗储层改造提供可靠参数，结果对比分析计算精度大于90%。压裂高度检测压裂高度检测 方法的基本思路是通过对比压裂前后地层速度各向异性的变化来判断压裂缝纵向上的延伸高度。由于套管井内地层速度各向异性的大小受地应力、裂缝、固井质量等诸多因素的影响，因此要有效进行压裂效果检测必须保证地层压裂改造前，目标压裂层段固井质量良好，只有在此前提下才能获取准确的地层横波及地层速度各向异性信息。1 1）裸眼

48、井测井资料采集）裸眼井测井资料采集为了保证压裂层位优化及压裂高度预测，必须取全、取准如下测井资料：常规测井资料有自然伽马、自然电位、井径、电阻率、中子、密度测井、井斜、井斜方位。主要由于储层精细评价、优化选择压裂层位，压裂预测模型中所需的储层参数及矿物含量，提醒的是开发井测井系列中一定要重视、增加密度测井资料的采集。特殊测井资料为多极子阵列声波测井，用来获取地层纵、横、斯通利波时差、裸眼井地层速度各向异性大小、方向（套管内无法获取地层各向异性方向信息）、结合常规测井评价、计算成果进行岩石力学参数计算、井眼稳定性评估、孔隙压力预测、对优选的压裂层位进行压裂高度施工参数设计。 2 2）压裂前套管井测井）压裂前套管井测井资料采集资料采集 常规的声幅及变密度测井所反映的是井眼某一不确定方向的固井信息，不能代表某一深度下整个环井眼360的固井质量信息，而地层速度各向异性的大小受整个环井眼固井质量的影响，因此在该情况下必须测量SBT等能反映环井眼3600方向固井质量的超声波成像测井，全方位对固井质量进行精细评价。 在评价地层固井质量良好的前提下，进行多极子阵列声波测井，此时的目的是获取套管内所测地层速度各向异性大小的信息。 3 3）压裂后套管井测井资料采集）压裂后套管