偶极子声波测井

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1、偶极子、交叉偶极子阵列声波测井 一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用 1、岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析 四、总结 声波在地层中传播的原理 声波在岩石中传播的体波有两种，即纵波和横波，面 波有斯通利波。纵波也叫P波，是一种岩石的压缩和膨胀 所产生的波，传播方向于岩石中的质子的震动方向一致； 横波也叫S波，是岩石受剪切力的作用而产生的一种波， 传播方向与岩石中质子的震动方向垂直。声波的传播速度 受岩石机械特性的控制，岩

2、石的机械特性可以用岩石的密 度和弹性力学参数来表示。 在被流体饱和的岩石中，其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。 软的松散的岩石具有较小弹性硬度，因此声波在软地层中 的传播速度比在硬地层中的传播速度慢。 纵 波 纵波，有时称为“压缩波”，是一种典型的纵向波。纵 波按“压缩模式”传播，即波的传播方向与质点位移方向 平行。气体、液体及固体都能反抗压缩，因此，纵波能 通过气体、液体及固体传播。纵波的速度为： Vp=(K+1.33)/0.5 ：传播波的物质的密度 K ：体积模量 ：剪切模量 没有孔隙的固体： 材 料 时 差（us/ft） 材 料 时 差（us/f

3、t） 硬石膏: 50 石 膏： 52.6 方解石： 49.7 石灰岩： 47.6 水 泥 (固结）: 83.3 石 英： 52.9 白云石： 43.5 岩 盐： 66.6 钢 ： 50 套 管： 57.0 花岗岩： 50.7 白云岩（孔隙度5-20%） 50-66.6 石灰岩（孔隙度5-20%） 54-76.9 砂 岩（孔隙度5-20%） 62.5-86.9 砂岩（未固结）孔隙度20-35% 86.9-111.1 页 岩 58.8-143 饱和原生水的孔隙岩石： 水（淡水）： 208 水（含NaCl 100,000mg/L） 192.3 水（含NaCl 200,000mg/L） 181.8 石

4、 油： 238.1 泥 浆： 189 氢： 235.3 甲 烷： 666.6 液体及气体： 横 波 横波，有时称“畸变波”，是一种典型的横向波， 横波按“剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质点 的位移方向。固体由于其刚性，趋向反抗剪切，即这 种固体的力能引起一个物体的两个连续部分彼此相对 的滑动。因此，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固体传播。横波的速度 为： Vs=(/)0.5 对于大多数岩石，Vs比Vp小1.6至2.4倍 软地层中声波的传播 由于软的固结松散的岩石 具有较小的弹性硬度，使 得软地层中声速相对较慢

5、。因此在硬地层中可以获 得横波和纵波时差，然而 在慢速的固结较差的地层 中，由于横波速度小于井 内流体声速，横波首波与 井中钻井液一起传播，不 能产生临界折射的滑行横 波，使得单极声波测井无 法测出横波的首波。 斯 通 利 波 斯通利波在泥浆中产生，通过仪器 外壳和井壁间的泥浆传播，斯通利波对 井壁的刚性及地层的渗透性非常敏感。 斯通利波的能量是以低频及低衰减的形 式传播。其速度低于泥浆的声速。 硬地层中声波测井仪探测到的波形分析 纵波 横波 斯通利波 软地层中声波测井仪探测到的波形分析 纵波 斯通利波 常规声波测井仪采 用单极子技术，在快速 地层中可以从波形数据 中提取纵、横、斯通利 波慢度

6、，但在软地层中 只能探测到纵、斯通利 波信号，且仪器稳定性 较差。 常规全波列声波测井仪的测量原理 利用测井资料中的纵波时差、横波时差 、体积密度、岩性指示曲线（自然伽马等） 、双井径、井斜角等曲线，计算泊松比、杨 氏模量、切变模量、体积弹性模量、体积压 缩系数等岩石力学参数及地层孔隙压力、地 层破裂压力、垂向主应力（岩层上覆压力） 、最大水平主应力、最小水平主应力、最大 水平主应力方向等应力参数。测井资料中的 横波时差是计算岩石力学参数、应力参数及 地层各向异性的重要基础资料，因此准确获 取横波资料致关重要。 MAC、XMAC仪器是目前国际上非常先进的 声波测井仪，由于声波换能器的响应频带较

7、 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、幅度等参数，特别是XMAC仪器在分 析地层速度各向异性方面具有独特的优势。 一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用 1、岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析 四、总结 偶极声波测井仪的测量原理 偶极技术采用偶极声 波源，当偶极子声源振动 时，很像一个活塞，能使 井壁一侧的压力增加，而 另一侧压力减

8、小，使井壁 产生扰动，形成轻微的扰 曲，这种由井眼扰曲运动 产生的剪切扰曲波具有频 散特性，在适当的低频范 围内该扰曲波的传播速度 趋近于横波，其传播方向 与井轴平行。 ECLIPS5700测井系统中的交互式多极 子阵列声波仪（XMAC-II）是将一个单极阵列 和一个偶极阵列交叉组合在一起，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，既是柱 状对称的，中心频率为8kHz。偶极阵列是由 两个交叉摆放（相差900）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。 每个深度点记录12个单极源波形，其中8

9、 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，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。8个接收器共记录32个偶极源波形（ TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。 一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用 1、岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井

10、段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析 四、总结 1、岩性特征分析 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/VS0.25则认为含有泥质 。 在砂泥岩中纵、横、斯通利波 及纵横波的分布情况 地层中的气体使纵波速度降低，但对横 波的影响很小，在含气地层岩石具有异常低 的纵、横波波速比。因此根据交叉偶极横波 资料得出的纵横、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。 2、气体识别

11、纵横波速比Vp/Vs与横波时差DTS交会识别气层 纵波衰减幅度较横 波衰减幅度明显增 大，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，气层可以 引起纵波慢度及幅 度的衰减，但却对 横波影响较小，因 此在该类衰减地层 中纵横波速比都有 不同程度的减小， 可以推断该类地层 中可能含气。 可以利用纵、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三类波的衰减，在 经验丰富的情况下，还可根据三类波衰减程度 不同定性的判断裂缝发育类型。 3、判断裂缝发育井段及发育类型 裂缝、溶孔发育段声波幅度及衰减情况

12、 高角度裂缝发育段声波幅度衰减情况 4、岩石力学参数计算 根据XMAC-II获取的纵、横波信息结合 常规测井资料可计算地层的泊松比、杨氏 模量、切变模量、体积弹性模量、体积压 缩系数、破裂压力梯度、上覆压力梯度、 孔隙压力梯度、单轴抗压强度、固有剪切 强度、等岩石力学参数，并能为岩石机械 特性分析提供重要的信息。 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，以上就称之为地 层横波速度的各向异 性。

13、 5、地层速度各向异性 交叉偶极子在各向异性地层中的测量情况 横波在 各向异性的 地层中将分 裂成快横波 和慢横波。 交叉偶极子声波 测井可以获得4种 组份的波形： 线性轴组分： X to X；Y to Y 交叉轴组分： X to Y；Y to X 该图显示了 地层各向异 性百分比大 小及各向异 性的方向。 在准确地计算出上述岩石力学参数的基础上 ，利用、借助声电成象及其它常规测井资料 建立相应的处理解释模型，定量确定地应力 方向、大小以及最大、最小泥浆密度，评价 井眼崩落、压裂状况和钻井液漏失的层位和 性质等，然后再结合破碎模型中的地应力数 据，定量确定井眼稳定性。 6、地应力参数计算及井眼

14、稳定性分析 从庄1井、庄101井 偶极子声波资料计 算出的最大、最小 及理想的钻井液密 度可以看出，该区 块在钻井过程中所 使用的钻井液密度 一般介于最小和理 想的钻井液密度之 间，因此较为合理 ，井眼的不稳定性 主要是由于岩性及 应力不均衡性造成 的。 一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、所提供的基本成果及图件 四、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用 1、岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析 五、总结 偶极子阵列声波测井是将普通声波测井仪的单 极子技术同偶极子技术有机的组合在一起，其最大 优势是在地层横波速度低于井内流体声速时的松软 地层，同样可以获得准确的纵波、横波、斯通利波 的时差及各类波形在不同接收器上的幅度、衰减系 数等参数，同偶极子阵列声波相比交叉偶极子阵列 声波测井还可以提供地层横波各向异性的大小和方 向，对上述结果进行综合分析，可协助常规测井资 料有效地对储层进行评价。此外，在计算岩石力学 参数、工程应力参数、评估井眼稳定性方面都有其 独特的功效。 谢谢