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1、偶极子、交叉偶极子阵列声波测井偶极子、交叉偶极子阵列声波测井偶极子、交叉偶极子阵列声波测井偶极子、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。纵波也叫波有斯通利波。纵波也叫P P波，是一种岩石的压缩和膨胀波，是一种
2、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；所产生的波，传播方向于岩石中的质子的震动方向一致；横波也叫横波也叫S S波，是岩石受剪切力的作用而产生的一种波，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，岩石的机械特性可以用岩石的密受岩石机械特性的控制，岩石的机械特性可以用岩石的密度和弹性力学参数来表示。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
3、胶结程度。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。的传播速度比在硬地层中的传播速度慢。纵纵 波波 纵波，有时称为纵波，有时称为“压缩波压缩波”，是一种典型的纵向波。，是一种典型的纵向波。纵波按纵波按“压缩模式压缩模式”传播，即波的传播方向与质点位移传播，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：波能通过气体、液体及固体传播。纵波的
4、速度为： Vp=(K+1.33)/Vp=(K+1.33)/0.50.5 ：传播波的物质的密度传播波的物质的密度 K K ：体积模量体积模量 ：剪切模量剪切模量 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 管管： 57.0 花岗岩花岗岩： 50.7白云岩（孔隙度白云岩（孔隙度5-20%） 50-66.
5、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饱和原生水的孔隙岩石：饱和原生水的孔隙岩石：水（淡水）水（淡水）： 208水（含水（含NaCl 100,000mg/L） 192.3水（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液体及气体：液体及气体：横横 波波 横波，有时称横波，有时称“畸变波畸变波”，是一种典型的横向波，是一种典
6、型的横向波，横波按横波按“剪切模式剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质传播，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。横波的速剪切，因此横波不能通过液体及固体传播。横波的速度为：度为： Vs=(/)Vs=(/)0
7、.50.5 对于大多数岩石，对于大多数岩石，VsVs比比VpVp小小1.61.6至至2.42.4倍倍软地层中声波的传播软地层中声波的传播由于软的固结松散的岩石由于软的固结松散的岩石具有较小的弹性硬度，使具有较小的弹性硬度，使得软地层中声速相对较慢。得软地层中声速相对较慢。因此在硬地层中可以获得因此在硬地层中可以获得横波和纵波时差，然而在横波和纵波时差，然而在慢速的固结较差的地层中，慢速的固结较差的地层中，由于横波速度小于井内流由于横波速度小于井内流体声速，横波首波与井中体声速，横波首波与井中钻井液一起传播，不能产钻井液一起传播，不能产生临界折射的滑行横波，生临界折射的滑行横波，使得单极声波测井
8、无法测使得单极声波测井无法测出横波的首波。出横波的首波。斯斯 通通 利利 波波 斯通利波在泥浆中产生，通过仪器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。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。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硬地层中声波测井仪探测到的波形分析纵波纵波横波横波斯通利波斯通利波软地层中声波测井仪探测到的波形分析软地层中声波测井仪探测到的波形分析纵波纵波斯通利波斯通利波 常
9、规声波测井仪采用常规声波测井仪采用单极子技术，在快速地单极子技术，在快速地层中可以从波形数据中层中可以从波形数据中提取纵、横、斯通利波提取纵、横、斯通利波慢度，但在软地层中只慢度，但在软地层中只能探测到纵、斯通利波能探测到纵、斯通利波信号，且仪器稳定性较信号，且仪器稳定性较差。差。常规全波列声波测井仪的测量原理常规全波列声波测井仪的测量原理 利利用用测测井井资资料料中中的的纵纵波波时时差差、横横波波时时差差、体体积积密密度度、岩岩性性指指示示曲曲线线（自自然然伽伽马马等等）、双双井井径径、井井斜斜角角等等曲曲线线，计计算算泊泊松松比比、杨杨氏氏模模量量、切切变变模模量量、体体积积弹弹性性模模量
10、量、体体积积压压缩缩系系数数等等岩岩石石力力学学参参数数及及地地层层孔孔隙隙压压力力、地地层层破破裂裂压压力力、垂垂向向主主应应力力（岩岩层层上上覆覆压压力力）、最最大大水水平平主主应应力力、最最小小水水平平主主应应力力、最最大大水水平平主主应应力力方方向向等等应应力力参参数数。测测井井资资料料中中的的横横波波时时差差是是计计算算岩岩石石力力学学参参数数、应应力力参参数数及及地地层层各各向向异异性性的的重重要要基基础础资资料料，因因此此准准确确获获取取横波资料致关重要横波资料致关重要。 MACMAC、XMACXMAC仪仪器器是是目目前前国国际际上上非非常常先先进进的的声声波波测测井井仪仪，由由
11、于于声声波波换换能能器器的的响响应应频频带带较较宽宽，低低频频响响应应更更好好，在在井井下下实实现现数数字字化化，信信号号动动态态范范围围更更大大，因因此此记记录录的的波波形形更更完完整整，更更有有利利于于获获得得准准确确的的纵纵波波、横横波波、斯斯通通利利波波的的时时差差、幅幅度度等等参参数数，特特别别是是XMACXMAC仪仪器器在在分分析地层速度各向异性方面具有独特的优势。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
12、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声波测井仪的测量原理 偶极技术采用偶极声偶极技术采用偶极声波源，当偶极子声源振动波源，当偶极子声源振动时，很像一个活塞，能使时，很像一个活塞，能使井壁一侧的压力增加，而井壁一侧的压力增加，而另一侧压力减小，使井壁另一侧压力减小，使井壁产生扰动，形成轻微的扰产生扰动，形成轻微的扰曲，这种由井眼扰曲运动曲，这种由井眼扰曲运动产生的剪切扰曲波具有频产生的剪切扰曲波具有频散特性，在适当的低频范散特性，在适当的低频范围内该扰曲波的传播速度围内该扰曲波的传播速度趋近于横波，其传播方向趋近于横波，其传播方
13、向与井轴平行。与井轴平行。 ECLIPSECLIPS57005700测测井井系系统统中中的的交交互互式式多多极极子子阵阵列列声声波波仪仪（XMAC-IIXMAC-II）是是将将一一个个单单极极阵阵列列和和一一个个偶偶极极阵阵列列交交叉叉组组合合在在一一起起，两两个个阵阵列列配配置置是是完完全全独独立立的的，各各自自具具有有不不同同的的传传感感器器。单单极极阵阵列列包包括括两两个个单单极极声声源源和和8 8个个接接收收器器。声声源源发发射射器器发发射射的的声声波波是是全全方方位位的的，既既是是柱柱状状对对称称的的，中中心心频频率率为为8kHz8kHz。偶偶极极阵阵列列是是由由两两个个交交叉叉摆摆
14、放放（相相差差90900 0）的的偶偶极极声声源源及及8 8个个交交叉式偶极接收器组成。接收器间距为叉式偶极接收器组成。接收器间距为0.50.5英尺英尺。 每每个个深深度度点点记记录录1212个个单单极极源源波波形形，其其中中8 8个个为为阵阵列列全全波波波波形形（TFWV10TFWV10），4 4个个为为记记录录普普通通声声波波时时差差的的全全波波波波形形（TNWV10TNWV10）。每每个个深深度度点点记记录录3232个个偶偶极极源源波波形形，即即每每个个接接收收器器记记录录XXXX、XYXY、YXYX、YY YY 4 4个个偶偶极极源源波波形形，X X、Y Y表表示示不不同同方方位位的的
15、发发射射器器或或接接收收器器的的方方向向，例例如如XYXY表表示示X X方方向向发发射射器器发发射射，Y Y方方向向接接收收器器接接收收；YYYY则则表表示示Y Y方方向向发发射射器器发发射射Y Y方方向向接接收收器器接接收收。8 8个个接接收收器器共共记记录录3232个个偶偶极极源源波波形形（TXXWV10TXXWV10、TXYWV10TXYWV10、TYXWV10TYXWV10、TYYWV10TYYWV10）。）。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
16、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 1、岩性特征分析、岩性特征分析 理理论论上上，利利用用纵纵横横波波速速度度比比可可以以大大致致确确定定地地层层的的岩岩性性，一一般般情情况况下下，纵纵横横波波速速度度比比（V VP P/V/VS S或或DTS/DTCDTS/DTC）：砂砂岩岩为为1.58-1.81.58-1.8；灰灰岩岩为为1.91.9；白白云云岩岩为为1.81.8；泥泥岩岩为为1.9361.936；在在多多数数地地区区若若1.9 1.9 V VP P/V/VS S2.20.250.25则认为含有泥质则认为含有泥质。 在在砂砂泥泥岩岩中中纵纵、横
17、横、斯斯通通利利波波及及纵纵横横波波的的分分布布情情况况 地地层层中中的的气气体体使使纵纵波波速速度度降降低低，但但对对横横波波的的影影响响很很小小，在在含含气气地地层层岩岩石石具具有有异异常常低低的的纵纵、横横波波波波速速比比。因因此此根根据据交交叉叉偶偶极极横横波波资资料料得得出出的的纵纵横横、波波速速度度比比可可帮帮助助地地球球物物理理学家识别与含气有关的幅度异常。学家识别与含气有关的幅度异常。2 2、气体识别、气体识别纵横波速比纵横波速比Vp/VsVp/Vs与横波时差与横波时差DTSDTS交会识别气层交会识别气层纵波衰减幅度较横纵波衰减幅度较横波衰减幅度明显增波衰减幅度明显增大，在砂泥
18、岩地层大，在砂泥岩地层中造成该种测井响中造成该种测井响应的原因主要为储应的原因主要为储层含气，气层可以层含气，气层可以引起纵波慢度及幅引起纵波慢度及幅度的衰减，但却对度的衰减，但却对横波影响较小，因横波影响较小，因此在该类衰减地层此在该类衰减地层中纵横波速比都有中纵横波速比都有不同程度的减小，不同程度的减小，可以推断该类地层可以推断该类地层中可能含气。中可能含气。 可可以以利利用用纵纵、横横、斯斯通通利利波波的的幅幅度度衰衰减减直直观观的的判判断断裂裂缝缝发发育育带带，前前提提是是结结合合常常规规资资料料剔剔除除泥泥岩岩、大大井井眼眼的的影影响响，因因为为泥泥岩岩、大大井井眼眼同同裂裂缝缝一一
19、样样也也不不同同程程度度能能造造成成三三类类波波的的衰衰减减，在在经经验验丰丰富富的的情情况况下下，还还可可根根据据三三类类波波衰衰减减程程度度不同定性的判断裂缝发育类型。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裂缝、溶孔发育段声波幅度及衰减情况高角度裂缝发育段声波幅度衰减情况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 根根据据XMAC-IIXMAC-II获获取取的的纵纵、横横波波信信息息结结合合常常规规测测井井资资料料可可计计算算地地层层的的泊泊松松比比、杨杨氏氏模模量量、切切变变模模量量、体体积积弹弹
20、性性模模量量、体体积积压压缩缩系系数数、破破裂裂压压力力梯梯度度、上上覆覆压压力力梯梯度度、孔孔隙隙压压力力梯梯度度、单单轴轴抗抗压压强强度度、固固有有剪剪切切强强度度、等等岩岩石石力力学学参参数数，并并能能为为岩岩石石机机械械特性分析提供重要的信息。特性分析提供重要的信息。在构造应力不均衡或在构造应力不均衡或裂缝性地层中，横波裂缝性地层中，横波在传播过程中通常分在传播过程中通常分离成快横波、慢横波，离成快横波、慢横波，且快、慢横波速度通且快、慢横波速度通常显示出方位各向异常显示出方位各向异性，质点平行于裂缝性，质点平行于裂缝走向振动、方向沿井走向振动、方向沿井轴向上传播速度比质轴向上传播速度
21、比质点垂直于裂缝走向振点垂直于裂缝走向振动、方向沿井轴向上动、方向沿井轴向上传播的横波速度要快，传播的横波速度要快，以上就称之为地层横以上就称之为地层横波速度的各向异性。波速度的各向异性。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交叉偶极子在各向异性地层中的测量情况 横波在横波在各向异性的各向异性的地层中将分地层中将分裂成快横波裂成快横波和慢横波。和慢横波。交叉偶极子声波交叉偶极子声波测井可以获得测井可以获得4 4种种组份的波形：组份的波形：线性轴组分：线性轴组分：X to XX to X；Y to YY to Y交叉轴组分：交叉轴组分：X to YX to Y；Y to XY
22、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。在在准准确确地地计计算算出出上上述述岩岩石石力力学学参参数数的的基基础础上上，利利用用、借借助助声声电电成成象象及及其其它它常常规规测测井井资资料料建建立立相相应应的的处处理理解解释释模模型型，定定量量确确定定地地应应力力方方向向、大大小小以以及及最最大大、最最小小泥泥浆浆密密度度，评评价价井井眼眼崩崩落落、压压裂裂状状况况和和钻钻井井液液漏漏失失的的层层位位和和性性质质等等，然然后后再再结结合合破破碎碎模模型型中中的的地地应应力力数数据据，定量确定井眼稳定性。定量确定井眼稳定性。6 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析、地应力参数计算及
23、井眼稳定性分析从从庄庄1 1井井、庄庄101101井井偶偶极极子子声声波波资资料料计计算算出出的的最最大大、最最小小及及理理想想的的钻钻井井液液密密度度可可以以看看出出，该该区区块块在在钻钻井井过过程程中中所所使使用用的的钻钻井井液液密密度度一一般般介介于于最最小小和和理理想想的的钻钻井井液液密密度度之之间间，因因此此较较为为合合理理，井井眼眼的的不不稳稳定定性性主主要要是是由由于于岩岩性性及及应应力不均衡性造成的。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
24、 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。独特的功效。谢谢谢谢
