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1、声波测井仪器的原理及应用 胜利测井四分公司 王玉庆 1 目录第一章前言第二章岩石的声学特性第三章数字声波测井原理及应用第四章正交多极子阵列声波测井第五章声波测井流程及注意事项 2 第一章前言 声波测井是近年来发展较快的一种测井方法 由最早的声速测井 声幅测井发展到后来的声波全波列测井 偶极子和多极子测井 声波成像测井 井间声波测井及随钻声波测井等 常用的声波测井 如声波测井和声幅测井 是记录滑行纵波首波的传播时间和第一个波得波幅 正交多极子阵列声波测井是当今测量地层纵波 横波和斯通利波的最好方法之一 无论在大井眼井段还是非常慢速的地层中都能得到较好的测量结果 目前测井四分公司以Eclips57
2、00和SL6000为主要地面系统 常用到声波测井仪器主要以数字声波和正交多极子阵列声波为主 3 目录第一章前言第二章岩石的声学特性第三章数字声波测井原理及应用第四章正交多极子阵列声波测井第五章声波测井流程及注意事项 4 第二章岩石的声学特性 声波是物质运动的一种形式 它是由物质的机械振动而产生的 通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的 对于声波测井发射的声波来说 井下岩石可以认为是弹性介质 在振动作用下能产生切变弹性形变和压缩弹性形变 把岩石看成弹性体 我们就可以运用弹性波在介质中的传播规律来研究 在均匀各向同性介质中 纵波速度与杨氏弹性模量E 波松比 密度之间的关系式为 5 目录第
3、一章前言第二章岩石的声学特性第三章数字声波测井原理及应用第四章正交多极子阵列声波测井第五章声波测井流程及注意事项 6 第三章数字声波测井原理及应用 数字声波是一种对阵列声波信号进行数据采集 将采集后的数据按照要求编码并通过仪器接口上传到地面系统的声波测井仪器 它可以进行不同源距和间距的声波测井 用于测量井眼周围从发射器到接收器之间一段地层的声波旅行时间 其测量结果用来计算地层孔隙度 或直接用来进行地层对比 也可以用来对声信号可进行全部记录 提取更多的 包括纵波 横波的幅度和速度在内的各种信息 3 1数字声波测井原理 7 第三章数字声波测井原理及应用 它由三大部分组成 即SL6667通讯和信号采
4、集 SL6680高压发射控制及信号处理以及声系组成等 SL6680EA负责发射控制 信号采集等功能 包括升压稳压 发射选择 接收多路传输 接收增益控制 同步信号与发射控制信号共同触发点火电路 相应的发射探头被高压触发 这样便完成了一次发射 SL6680MA声系主要由两个发射换能器和四个接收换能器构成 声系通过上接头与SL6680电子线路短节连接 8 第三章数字声波测井原理及应用 3 2仪器的工作模式 Subset2 DELTA T测井 TX1发射 RX1 RX2 RX3和RX4接收Subset3 DELTA T测井 TX2发射 RX1 RX2 RX3和RX4接收Subset5 VDL和CBL测
5、井 TX2和TX1交替发射 RX1接收Subset6 DELTA T测井 TX2和TX1交替发射 RX1 RX2 RX3和RX4接收工作模式的选择由串行数据来控制 9 第三章数字声波测井原理及应用 3 3时差计算 声波采集处理卡定时按井下仪器需要的逻辑方式向井下仪器发出逻辑信号 启动井下仪器不同的发射探头发射声波 同时启动声波声波采集卡开始AD采样 常规的采样频率1MHZ 采样时间2ms 每个AD采样间隔1us 一个声波信号需要采集2000个点 一般声波信号频率基本是18khz 20 波形与正弦波类似 一个波完整周期是50us 大致相当于50个采样点 10 第三章数字声波测井原理及应用 3 4
6、数字声波测井仪器的性能 数字声波测井仪可以同时与伽马 连斜 高分辨率感应测井仪并联 这样大大缩短了测井时间 优其是在较深的井效果比较明显 且抗干扰能力强 数字信号便于存储 可以单发多收 同时存储四路声波信号 这样 测一个点只需发射一次声波 大大提高了测井的速度 相对模拟信号而言 数字信号的抗干扰能力很强 传送时干扰的影响会小得多 从而大大提高了信道传输时信息的准确性 可以采用数字信号处理方法 来增强系统性能和扩展功能 11 第三章数字声波测井原理及应用 3 5数字声波仪器小结 1 SL6680针对井下岩性复杂和作业现场环境恶劣等情况 采用阵列接收探头 高速数字化采集和传输方式的新一代数字声波测
7、井仪器 采用阵列信号处理技术来校正由于各种原因造成的测量误差 极大地提高了测井数据的有效性与准确性 直接在井下仪器中对采集到的声波信号进行数字化 将数字声波信号通过数字遥传系统传送到地面设备 提高了仪器的可靠性和抗干扰能力 2 采用数字遥传仪器总线标准 可与多种仪器进行组合 提高了仪器使用的灵活性 现场实验表明 该仪器设计合理 在完井声波时差的测量中取得了很好的效果 12 目录第一章前言第二章岩石的声学特性第三章数字声波测井原理及应用第四章正交多极子阵列声波测井第五章声波测井流程及注意事项 13 第四章正交多极子阵列声波测井 4 1XMACII多极子阵列声波测井原理 单极子声源单极子声源相当于
8、一个点声源在裸眼井中可激发纵波 横波 伪瑞利波和斯通利波等波形 通过波形处理技术即可提取接收波形中的纵波 横波和斯通利波的波速 缺点 1 工作频率 15 25kHz 太高 声波穿透地层的深度较小 信号的传播距离较小 2 在软地层 横波波速比井内流体波速小的地层 不能激发横波 因而无法测量这种地层的横波波速 14 第四章正交多极子阵列声波测井 偶极子声源偶极声波源很象一个活塞 它能使井壁一侧压力增加 而另一侧压力减小 从而产生扰动 形成轻微的挠曲 在地层中直接激发出纵波与横波 这种挠曲波的振动方向与井轴垂直 但传播方向与井轴平行 这种声波发射器的工作频率一般低于4kHz 而且它还具有低频发射功能
9、 其工作频率可低于1kHz 这在大井眼和速度很慢的地层中可得出很好的测量结果 同时也增大了探测深度 15 第四章正交多极子阵列声波测井 四极子声源四极子声源是由相邻点声源的振动相位相反的4个点声源组成 换能器在X与Y方向上是反位相振动状态 四极子声源在井眼中激发螺旋波单一模式波及其高阶模式 较低频率的四极子源有抑制纵波的作用 对于横波测井非常有利 XMACII多极子阵列声波测井仪的测量原理是为了适应各种地层情况 将单极子 偶极子和四极子声波测井技术进行有效组合 更好的获得硬地层和软地层的纵 横波和斯通利波等特征参数 16 第四章正交多极子阵列声波测井 XMACII主要由五个部分组成 数字声波电
10、子线路 接收器短节 声波隔声体 发射短节以及发射控制电子线路短节 此外 测量时应当配合使用3514数据传输短节以及1329伽马 4401井斜方位仪 4430电源适配器 4341灯笼体扶正和防转 4 2XMACII多极子阵列声波仪器组成 17 第四章正交多极子阵列声波测井 4 3多极子阵列声波测井仪特点及技术指标 该仪器能进行单极子声波时差测井 单极子全波列测井 声波变密度测井 偶极子全波列测井 交叉偶极子全波列测井 性能优越的偶极子发射和接收探头 使该仪器能在软地层中获取横波信号 多极子声波成像仪 MAC 技术指标 1 直径 35 8 2 最高工作温度 200 400 F 最大工作压力 200
11、00Psi 137 9MPa 3 最小井径 4 5 114mm 最大井径 21 533mm 4 长度 36ft 10 97m 重量 7011磅 318kg 5 测速 阵列采集 25ft min 7 61m min t采集 70ft min 21 3m min 6 垂直分辨率 3 5ft 1 07m 相似处理 6 0in 152 4mm 初至波探测 18 第四章正交多极子阵列声波测井 4 4多极子阵列声波的使用 XMACII多极子阵列声波生产准备 方位刻度 XMACII接受声系在测量交叉偶极模式是需要方位的 这意味着正交的偶极列需要精确的参考到贮能结构上 必须用4401XB来完成这个功能 且要进
12、行4401XB特有的刻度 测量其方位传感器和XMACII接收声系之间的方位偏移 如果服务表内没有刻度 接收器和4401XB之间的偏移量手工测量并标注到测井图头和工作注释上 XMACII的自检 由于XMACII新的固件不允许通过下传命令来重显井下增益 因此 下传命令不会导致任何增益及 T尖峰改变 如果有任何关于已下传命令的疑问 新的状态表可用于确定井下仪器的状态 下图给出的是新的状态表 19 第四章正交多极子阵列声波测井 1 cousticReset 声波复位 按此按钮将复位仪器到它的供电时的状态 注 声波仪器供电或复位时默认映射到mode5 2 Toolseries 仪器系列 按下此按钮仪器奖
13、发送声波公用仪器系列 1677EA 3 Programstatus 程序状态 按下此按钮仪器将发送程序状态 测井 RAM程序 和kernel ROM程序 kernel为默认状态 4 Romversion ROM版本 仪器的固体版本 5 Selftestresult 自检结果 仪器供电或复位后按此按钮将显示仪器复位自检成功或失败 若失败将返回错误代码 6 Mappedmode 映射的模式 按此按钮仪器将返回subsetX映射到的模式 subsetX 显示在紧挨着采集状态 ALQUIRESTATUS 为按钮 上电或复位后所有的subset都映射到mode5 7 采集状态 按此按钮仪器将返回仪器状态
14、 20 第四章正交多极子阵列声波测井 XMACII的模式选择 XMAC 仪器控制和井下固件支持三个subset模式 1 XMAC subset5 单极 T 4个叠加 4个信号 1个仪器子循环 2 XMAC subset6 单极全波 4个叠加 8个信号 1个仪器子循环 偶极同向全波 4个叠加 8个信号 1个仪器子循环 单极 T 4个叠加 8个信号 1个仪器子循环 3 XMAC subset10 偶极16个同向及16个交叉全波 4个叠加 32个信号 4个仪器子循环 单极全波 4个叠加 8个信号 1个仪器子循环 单极 T 4个叠加 4个信号 1个仪器子循环 其中 4个叠加用于提高数据质量 减小在不良
15、井眼条件和 或井壁壁碰撞下产生的随机噪声 21 第四章正交多极子阵列声波测井 通过在东北外部市场的测井作业 XMACII多级阵列声波都取得了令人满意的测井资料 且测量的波形信噪比高 波形特征清楚 正确 为进一步的波形处理奠定了良好的基础 多极子阵列声波测井仪是目前国际上较先进的声波测井仪 是声波测井技术的重大突破 它是把单极 偶极和交叉偶极声波技术结合在一起的新一代测井技术 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 记录的波形更完整 有利于获得准确的纵波 横波 斯通利波的时差 幅度等参数 特别是在分析地层速度各向异性方面具有独特的优势 4 5应用效果及结论 2
16、2 目录第一章前言第二章岩石的声学特性第三章数字声波测井原理及应用第四章正交多极子阵列声波测井第五章声波测井流程及注意事项 23 第五章声波测井流程及注意事项 5 1声波测井流程 1 生产准备在测井工作中极为重要 没有的生产准备是不可能顺利进行测井的 声波仪器在车间检验的方法是将仪器接好后放在水槽中 将水槽加满水 向仪器供电 供电到180V左右 检查仪器是否运行正常 测量值是否是572us ft 2 在生产准备充分的情况下到达井场后 要合理的做好施工前的布置 宣布施工方案 一切就绪后开始测井 首先 在滑板上组装好仪器串 做下井前做后一遍检查 在仪器下井的过程中操作员应观察测井曲线 作好记录前的准备工作 可适当的调节显示和出图曲线及曲线的显示 出图参数 设置好千米校正值 选择好绘图仪 检查绘图纸和硬盘空间是否够用 下放过程中还应注意遇阻情况 24 第五章声波测井流程及注意事项 3 仪器下井后 要着重注意声波仪器的调节 加载服务表后 检查DCT PCT窗口是否被加载过 向仪器供电 供电到180V左右 进入测井界面 调出补偿声波计算参数窗口 检查首波位置是在正峰还是负峰 将声波信号档位调到合
