正交偶极子声波测井

《测井新方法调研》正交偶极子声波测井DSIXMACSonicScanner主要内容1、声波测井发展历程2、物理基础与方法原理3、常用仪器介绍4、偶极子声波测井地质应用1、声波测井发展历程

声波的一般特性声波：是由机械振动产生的振动波。声波的频率范围：20~20kHz(人耳能听到）。次声波：频率低于20Hz。超声波：频率大于20kHz。

纵波（压缩波）：质点振动方向和波的传播方向一致。横波（剪切波）：质点振动方向和波的传播方向垂直。流体只能传播纵波而不能传播横波。纵波速度总是大于横波速度。ParticleMotionWaveDirectionWaveDirectionParticleMotion

声波的一般特性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（伪瑞利波和斯通利波），还有一些多次反射波。体波的主要特点是：沿地层中传播，幅度存在几何扩散，而速度频散可忽略。

声波的一般特性导波的主要特点是：沿井壁传播幅度最大，不存在几何扩散，而速度有频散。声波测井基础：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。1、声波测井发展历程几个代表性的发展阶段：Wyllie(1956)提出时间平均公式；70年代末推出长源距声波全波列测井；80年代中期推出阵列声波测井；90年代末推出偶极子及多极子横波测井；随钻声波测井。

R1R1R2R2RTTTT’单发单收双发双收BHC单发双收消除井筒影响消除扩径等影响通过检测首波来获得声波时差，只能测量到纵波时差接收阵列发射器1、声波测井发展历程在声波测井发展历史中，需要解决的一个重要问题是井筒中横波的测量。在快速地层（地层横波速度大于井内流体声波速度，也称为“硬”地层）中，仪器能偶接收到滑行横波；而在慢速地层（地层横波速度小于井内流体声波速度，也称为“软”地层），仪器接收不到滑行横波。许多油田遇到了松散砂岩是高质量储集层的情况，纵波时差大于100us/ft，地层横波速度低于井眼流体纵波速度，很难记录横波时差。

测量地层横波有两种方法，一种是间接横波测量法，即从常规声波测井的全波列中提取横波，或者根据斯通利波反演求得地层横波速度；另外一种方法是利用偶极子横波测井方法在地层中直接激发转换横波的方法。1、声波测井发展历程目前具有代表性的正交偶极子声波测井仪器1、SLB偶极子横波成像仪DSI：（1个单极发射器+2个偶极发射器，8接收器阵列）2、BakerHughes的多极阵列声波成像仪XMAC（2个单极发射器+2个偶极发射器，8接收器阵列)目前具有代表性的正交偶极子声波测井仪器3、HES第三代正交偶极声波测井仪Wavesonic（1个单极发射器+2个偶极发射器,8接收器阵列)4、SLB的声波全井眼扫描仪SonicScanner(3个单极发射器+2个偶极发射器,13接收器阵列)2、物理基础与方法原理时差（慢度）：声波在地层中传播1m（1ft）所需要的时间，是速度的倒数，用来描述在以固定间隔放置的两个或多个接收器的传播时间。斯奈尔定律（SnellLaw）V1V2入射线反射线折射线αβαβ=900滑行线sinαsinβ=υ1υ2滑行波：当β=90o时，折射波在第

二种介质中沿界面滑行。折射波：临界角：产生滑行波时的入射角。全反射波：当入射角大于临界角时，

射线将全部反射回第一介

质，称全反射波。第一临界角：θ*=arcsinV1/V2第二临界角：θ*=arcsinV1/V2s2、物理基础与方法原理根据全反射原理：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，这种滑行波可以被接收器探测到。在快速地层中，能够产生滑行纵波和滑行横波。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，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单极子声源（Monopole）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（膨胀或缩小）。单极子声源在井孔中激发以地层纵波为首波，包括横波、伪瑞利波和斯通利波的全波列。快地层中依次接收到纵波，横波，斯通利波。2、物理基础与方法原理慢地层中接收到纵波和斯通利波，接收不到横波。2、物理基础与方法原理偶极子源偶极子发射器（Dipole）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。2、物理基础与方法原理偶极子源在低频状态下，挠曲波以与地层横波速度接近的速度传播。探测挠曲波的接收器仅仅对于不同的压力差敏感，由于它们对轴对称的应力场不敏感，纵波和斯通利波的首波被压制。2、物理基础与方法原理2、物理基础与方法原理偶极子源挠曲波是一种频散界面波，传播速度与声源的频率有关。在低频时，扰曲波以近似于横波的速度传播；在高频时，挠曲波以低于横波的速度传播。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/挠曲波沿着井眼向上传播，这种波在井液中产生一种“偶极型”压力扰动，并且由一对定向接收器接收。2、物理基础与方法原理2、物理基础与方法原理在软地层中记录典型的声波波列正交偶极子声源（Cross-Dipole）

正交偶极声源是将一个单极阵列和一个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。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。3、常用仪器介绍WaveSonic测井仪器包括：发射电子线路、发射器和隔声体、接收器阵列和电子线路。整个仪器由地面计算机控制。WaveSonic测井仪Wacesonics声系结构3、常用仪器介绍WaveSonic测井仪主测内容时间-时差

tc,tsxxandtsyy测量范围动态纵向分辨6in.(15cm)探测深度3–20ft(1-3m)灵敏度不适用分辨率0.2

s一类曲线

tc、tsyy

和

tsxx二类曲线Vp/Vs,

c,ITTp、ITTs相似性质量、横波时差各向异性、泊松比、斯通利时差正交偶极方式发射频率1.2kHz,1.5kHz,2.2kHz单极子方式发射频率5kHz偶极子方式发射频率1.2kHz,1.5kHz,2.2kHzWavesonics相关参数三种方式对应的发射频率3、常用仪器介绍WaveSonic测井仪Monopole1Monopole2DipoleYDipoleX8ReceiverArrayIsolatorTransmitterSection正交偶极声波测井仪XMACXMAC仪器长度为27.15ft,两个单极发射器T1和T2,两个偶极发射器T3和T4。T1与T3、T2与T4的间距为9in,T3和T4的间距为1ft。接收器部分包括八个接收器组，相邻两个接收器组间距为6in,第一组接收器位置与第八组接收器位置之间的距离为42in。最低的接收器组位置R1与T2的距离为102in。3、常用仪器介绍Monopole1Monopole2DipoleYDipoleX8ReceiverArrayIsolatorTransmitterSection正交偶极声波测井仪XMAC每个接收器位置上有两对接收器。一对同上偶极发射器方向一致，用于接收上偶极信号；另一对同下偶极发射器方向一致，用于接收下偶极信号。对于偶极方式，每对接收器是分开传输的；对于单极方式，合在一起传输的。XMAC仪器分单极、偶极、正交偶极三种测量方式。3、常用仪器介绍直径

3.88in(99.6mm)长度

130.88in(3.32m)接收器类型

4X4X8最大压力

20.0psi（137.9Mpa）

最大温度

400°F（204°C）工作2小时350°F（177°C）工作8小时

井眼范围

4.5---17.5in测速单极/偶极/ΔT25ft/min单极/X偶极/ΔT21ft/min仪器指标

DSI仪器结构示意图DSI分为发射器、接收器和数据采集电子线路三个主要部分。发射器由三个发射器单元组成：上偶极发射器、下偶极发射器、单极全方位发射器。接收器部分包括8个接收器阵列，相邻两个接收器阵列的间距为6in（15.2cm）。3、常用仪器介绍偶极子声波测井仪DSI

DSI仪器结构示意图数据采集电子线路包括有同时数字化的八个独立波形，能把几次发射产生的波形叠加起来，进行自动增益控制，并把信号传输到地面的相关电路。按照不同的激发频率以及发射---接收探头的不同组合，DSI有六种测井方式。3、常用仪器介绍偶极子声波测井仪DSI声波全井眼扫描仪SonicScanner6ft11ft13级接收器，6英尺长，每一级接收器记录八个方位的数据。三个单极子声源（上、下、远程）。两个互相垂直的偶极子声源。斯通利波通过远程单极子低频激发。具有8个接收器，没有上、下单极子声源。3、常用仪器介绍正交偶极子阵列声波测井地质应用1、岩性特征分析

2、识别气层

3、判断裂缝发育井段、类型

4、地层各向异性分析

5、岩石机械特性分析

6、井眼稳定性分析

7、压裂高度预测白云岩储层灰岩储层

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（VP/VS或DTS/DTC）：砂岩为1.58-1.8；灰岩为1.9；白云岩为1.8；泥岩为1.936；在多数地区若1.9<VP/VS<2.2可以认为地层为破裂岩体或有大量裂缝发育。应用之－：岩性特征分析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，导致在含气地层中的纵、横波波速比有不同程度下降。因此，根据纵、横波速度比可识别与含气有关的幅度异常。应用之二：气层识别孤北古1井，4126－4137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。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的判断裂缝发育类型。应用之三：判断裂缝发育井段及发育类型声波波形、幅度出现衰减，预示裂缝存在，成像上得以证实应用之四：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。3520-3585米，地层流体移动指数较大，表明这段地层渗透性好于下部地层，对应地层孔隙度也较高,地层裂缝发育。应用之五：岩石机械特性分析根据XMAC－II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。应用之六：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，近似于理想的泥浆比重。最大钻井液密度：最小钻井液密度：

理想钻井液密