5700MAC偶極聲波成像測井-中國石油測井有限公司

1、偶極聲波成像測井偶極聲波成像測井中國石油測井有限公司中國石油測井有限公司長慶事業(yè)部長慶事業(yè)部內 容 提 要內 容 提 要u 偶極聲波成像測井基本原理偶極聲波成像測井基本原理u 偶極聲波處理成果圖簡介偶極聲波處理成果圖簡介u 測井資料的質量控制測井資料的質量控制u 偶極聲波的地質應用偶極聲波的地質應用視瑞利波斯通利波漏泄模式接收信號發(fā) 射 信 號1.1聲波測井聲波測井 聲波發(fā)射器發(fā)射的聲脈沖經過各種途徑傳播到接收器，接收器接收的聲波發(fā)射器發(fā)射的聲脈沖經過各種途徑傳播到接收器，接收器接收的聲波波形其主要成分有滑行縱波、滑行橫波、假瑞利波和斯通利波。聲波波形其主要成分有滑行縱波、滑行橫波、假瑞利波和

2、斯通利波。一、偶極聲波成像測井原理一、偶極聲波成像測井原理 偶極子及多極子橫波測井與以往在井下獲得橫波方法不同，偶極子及多極子橫波測井與以往在井下獲得橫波方法不同，其差異在于偶極子及多極子橫波測井在井下是用非對稱聲源在井其差異在于偶極子及多極子橫波測井在井下是用非對稱聲源在井壁上直接激發(fā)以橫波速度為界限值的彎曲波或扭轉波；而傳統的壁上直接激發(fā)以橫波速度為界限值的彎曲波或扭轉波；而傳統的方法或是由井內的縱波聲源以第二臨界角向井壁入射，以產生轉方法或是由井內的縱波聲源以第二臨界角向井壁入射，以產生轉換的橫波（滑行橫波），或是根據井內流體中由于致導效應產生換的橫波（滑行橫波），或是根據井內流體中由于

3、致導效應產生的管波（斯通利波）來反演橫波。傳統方法的缺點是在的管波（斯通利波）來反演橫波。傳統方法的缺點是在“軟地層軟地層”（地層橫波速度（地層橫波速度VsVs小于井液聲速小于井液聲速VfVf，即，即VsVfVsVf）中不產生滑行橫）中不產生滑行橫波，因而無法獲得橫波信息；此外用管波信息反演橫波要受到井波，因而無法獲得橫波信息；此外用管波信息反演橫波要受到井徑、滲透層泥餅等多種因素影響，而且管波信息的記錄精度、縱徑、滲透層泥餅等多種因素影響，而且管波信息的記錄精度、縱向分辯率都不利于橫波信息的反演。向分辯率都不利于橫波信息的反演。 一、偶極聲波成像測井原理一、偶極聲波成像測井原理1.2偶極聲波

4、測井偶極聲波測井SourceReceiverPPPPPWavePWaveSWaveSWaveSWaveReceiverPPSourcePPSWave偶極聲波偶極聲波DSI偶極聲波成像偶極聲波成像Maxis-500XMAC正交偶極陣列正交偶極陣列ECLIPS-5700WAVESONIC正交偶極陣列正交偶極陣列EXCELL-2000處理平臺處理平臺GeoFrame處理平臺處理平臺eXpress處理平臺處理平臺Petrosite目前國際上具有代表性的儀器目前國際上具有代表性的儀器 ECLIPS-5700測井系統中的交測井系統中的交叉偶極子聲波儀（叉偶極子聲波儀（XMAC-）是將）是將單極陣列和偶極陣

5、列交叉組合在一單極陣列和偶極陣列交叉組合在一起，兩個陣列配置是完全獨立的，起，兩個陣列配置是完全獨立的，各自具有不同的傳感器的儀器組合。各自具有不同的傳感器的儀器組合。單極陣列包括兩個單極聲源和單極陣列包括兩個單極聲源和8個接個接收器。聲源發(fā)射的聲波是全方位的，收器。聲源發(fā)射的聲波是全方位的，即是柱狀對稱的。偶極橫波是由兩即是柱狀對稱的。偶極橫波是由兩個交叉擺放（相差個交叉擺放（相差900）的偶極聲源）的偶極聲源及及8個交叉偶極接收器組成。個交叉偶極接收器組成。XMAC測井原理測井原理單極發(fā)射器中心頻率中心頻率 5.5 kHz 單極發(fā)射器單極發(fā)射器偶極發(fā)射器偶極發(fā)射器偶極發(fā)射器彎曲棒彎曲棒中心

6、頻率中心頻率 1.5 kHz 交叉偶極子陣列聲波測井儀交叉偶極子陣列聲波測井儀(Cross (Cross ) )測 量 方 式測 量 方 式 單極方式：單極方式：偶極方式：偶極方式：采用傳統的單極聲源發(fā)射器，可向井周圍發(fā)射聲波，使井采用傳統的單極聲源發(fā)射器，可向井周圍發(fā)射聲波，使井壁周圍產生輕微的膨脹作用，因此在地層中產生了縱波和壁周圍產生輕微的膨脹作用，因此在地層中產生了縱波和橫波，由此得出縱波和橫波時差橫波，由此得出縱波和橫波時差 。在疏軟地層中，由于地。在疏軟地層中，由于地層橫波首波與井中泥漿波一起傳播，因此單極聲波測井無層橫波首波與井中泥漿波一起傳播，因此單極聲波測井無法獲取橫波首波法

7、獲取橫波首波 。采用偶極聲源發(fā)射器，使井壁產生繞曲波，低頻繞曲波采用偶極聲源發(fā)射器，使井壁產生繞曲波，低頻繞曲波速度近似地層橫波速度，解決了在疏軟地層的橫波測量速度近似地層橫波速度，解決了在疏軟地層的橫波測量問題。問題。交叉偶極方式：交叉偶極方式：正交發(fā)射，正交接收。用以研究地層各向異性正交發(fā)射，正交接收。用以研究地層各向異性 單極發(fā)射器由一個柱狀的壓電晶體組成，發(fā)射中單極發(fā)射器由一個柱狀的壓電晶體組成，發(fā)射中心頻率為心頻率為5KHZ5KHZ、帶寬為、帶寬為1-12KHZ1-12KHZ的單極聲波信號。比的單極聲波信號。比傳統的單極全波發(fā)射的頻率低傳統的單極全波發(fā)射的頻率低2-32-3倍，聲波的

8、穿透能倍，聲波的穿透能力強，探測深度深，信號衰減小，測量結果受井眼力強，探測深度深，信號衰減小，測量結果受井眼環(huán)境影響較小。也有利于斯通利波的測量。環(huán)境影響較小。也有利于斯通利波的測量。 2 在機械設計上，有相當高的物理強度和柔韌性。在機械設計上，有相當高的物理強度和柔韌性。能進行油管或鉆桿傳輸電纜測井，可有效隔離聲波能進行油管或鉆桿傳輸電纜測井，可有效隔離聲波在儀器內部和外表面的傳播。在儀器內部和外表面的傳播。 1井下儀器的特點井下儀器的特點 有有2.2KHZ2.2KHZ、1.5KHZ1.5KHZ、1.2KHZ1.2KHZ三種偶極工作頻率，三種偶極工作頻率，根據地層的具體情況可選擇不同的工作

9、頻率。如軟地根據地層的具體情況可選擇不同的工作頻率。如軟地層選較低的偶極工作頻率，硬地層選較高的工作頻率層選較低的偶極工作頻率，硬地層選較高的工作頻率。使該儀器適應于更廣泛的地層范圍。使該儀器適應于更廣泛的地層范圍。3井下儀器串的特點井下儀器串的特點 操作模式簡單，一次測井輸出信息量大。對于操作模式簡單，一次測井輸出信息量大。對于每一個發(fā)射序列或每一個深度點每一個發(fā)射序列或每一個深度點, ,可獲得可獲得4040條陣列條陣列波形，其中包括波形，其中包括8 8條單極波形、條單極波形、3232條條XXXX、XYXY、YXYX、YYYY偶極波形。對每個接收器波形信號的記錄，可偶極波形。對每個接收器波形

10、信號的記錄，可有效地檢查每個接收器的工作狀態(tài)，以便及時查有效地檢查每個接收器的工作狀態(tài)，以便及時查找出問題和進行維修。找出問題和進行維修。4井下儀器串的特點井下儀器串的特點1、各向異性成果圖、各向異性成果圖2、巖石機械特性分析成果圖、巖石機械特性分析成果圖 3、壓裂效果診斷圖、壓裂效果診斷圖二、偶極聲波處理成果圖簡介二、偶極聲波處理成果圖簡介全波波形全波波形各向異性各向異性成像圖成像圖快橫波方位快橫波方位各向異性各向異性方位頻率方位頻率統計統計井徑、井徑、GRGR時差各時差各向異性向異性徑向應力徑向應力切向應力切向應力初始剪切初始剪切應力應力泊松比泊松比速度比速度比破裂壓力梯度破裂壓力梯度楊氏

11、模量楊氏模量剪切模量剪切模量體積模量體積模量縱、橫、斯縱、橫、斯通利波時差通利波時差井徑、井徑、GRGR時差各時差各向異性向異性各向異性各向異性成像圖成像圖快橫波方位快橫波方位能量比能量比井徑、井徑、GRGR各向異性各向異性方位頻率方位頻率統計統計快慢橫快慢橫波時差波時差徑向應力徑向應力切向應力切向應力初始剪切初始剪切應力應力泊松比泊松比速度比速度比破裂壓力梯度破裂壓力梯度楊氏模量楊氏模量剪切模量剪切模量體積模量體積模量縱、橫、斯縱、橫、斯通利波時差通利波時差井徑、井徑、GRGR3、測井資料質量控制、測井資料質量控制1、測前測后應分別在自由套管中測量10m時差曲線，對套管檢查的縱波時差數值應在

12、187s/m5s/m（57s/ft5s/ft）以內；2、首波波至時間曲線變化形態(tài)應一致；3、對于低滲儲層，要求降低測量速度，以保證波列記錄齊全可辨，硬地層的縱波、橫波、斯通利波界面清楚，幅度變化正常；4、在12m井段內，相對方位曲線變化不應大于360度；3、測井資料質量控制、測井資料質量控制5、曲線應反映巖性變化，縱、橫波數值在純巖性地層中與理論骨架值接近；6、重復測井與主測井的波列特征應相似；縱波時差重復曲線與主測井曲線形狀相同，重復測量值相對重復誤差應小于3。7、要求目的層段測量偶極聲波波列，并連續(xù)上下50米的測量，以保證資料的有效利用。 1.1. 可提取準確的縱、橫波及斯通利波信息，提供

13、楊氏模量、彈性模量、泊松可提取準確的縱、橫波及斯通利波信息，提供楊氏模量、彈性模量、泊松比等巖石物理參數，預測巖石強度，巖石破裂壓力；比等巖石物理參數，預測巖石強度，巖石破裂壓力；2.2. 確定巖性確定巖性3.3. 識別含氣層識別含氣層4.4. 利用斯通波幅度衰減導出滲透率，評價有效天然裂縫及滲透性利用斯通波幅度衰減導出滲透率，評價有效天然裂縫及滲透性5.5. 利用巖石機械特征參數做井壁穩(wěn)定性分析利用巖石機械特征參數做井壁穩(wěn)定性分析6.6. 為鉆井工程、壓裂施工、油氣層開采等方面提供某些有用參數，如巖石強為鉆井工程、壓裂施工、油氣層開采等方面提供某些有用參數，如巖石強度、地應力、巖石破裂壓力、

14、安全生產壓差等所需參數度、地應力、巖石破裂壓力、安全生產壓差等所需參數7.7. 地層各向異性分析提供裂縫及其發(fā)育方位，提供地應力方位等地質信息地層各向異性分析提供裂縫及其發(fā)育方位，提供地應力方位等地質信息8.8. 套管井的壓裂診斷套管井的壓裂診斷四、偶極聲波的地質應用四、偶極聲波的地質應用4.1巖性識別巖性識別白云巖白云巖Vp/Vs=1.8石灰?guī)r石灰?guī)rVp/Vs=1.86與橫軸平行與橫軸平行純砂巖或含氣砂巖純砂巖或含氣砂巖Vp/Vs=1.58近似直線近似直線含水砂巖，呈斜線含水砂巖，呈斜線點群巖性橫波與縱波時差比值砂巖（氣層）1.6砂巖（水層）1.72砂巖1.58-1.78鹽巖1.77石灰?guī)r1

15、.9白云巖1.8 儲層的含氣時，對縱橫波有不同的影響，可以由橫波與縱波的一系列相關的交會儲層的含氣時，對縱橫波有不同的影響，可以由橫波與縱波的一系列相關的交會圖進行分析。通過對儲層的分段做橫波與縱波的交會圖，可以看出在圖進行分析。通過對儲層的分段做橫波與縱波的交會圖，可以看出在5490-5508m井段，井段，氣層的明顯特征為橫波及縱波時差出現較大的變化，縱波及橫波出現大的跳躍現象。氣層的明顯特征為橫波及縱波時差出現較大的變化，縱波及橫波出現大的跳躍現象。在在5832.6m以下這種變化明顯減弱，基本上反映已不含氣。以下這種變化明顯減弱，基本上反映已不含氣?？v橫波速度比識別氣層縱橫波速度比識別氣層

16、泊松比的變化范圍泊松比的變化范圍泥巖泥巖泊松比識別氣層泊松比識別氣層2772.02777.0m壓裂壓裂產氣：產氣：12062m3/d無阻：無阻：15109m3/d2355.02359.0m壓裂壓裂產水：產水：10.5m3/d氣層識別成果圖氣層識別成果圖2 7 5 2 . 0 2 7 5 6 . 0 m壓裂壓裂產 氣 ：產 氣 ： 3 7 0 1 7 m3/ d無 阻 ：無 阻 ： 4 4 0 3 1 m3/ d氣層識別成果圖氣層識別成果圖2 5 0 8 . 0 2 5 1 1 . 0 m壓裂壓裂產氣：產氣：125876/6.0m3/d無 阻 ：無 阻 ： 2 7 7 7 9 0 m3/ d氣層

17、識別成果圖氣層識別成果圖2768.02772.0m壓裂壓裂產氣：產氣：8354m3/d無阻：無阻：8520m3/d氣層識別成果圖氣層識別成果圖 一般開口裂縫對斯通利波的一般開口裂縫對斯通利波的影響較大，其儲滲空間的流體會影響較大，其儲滲空間的流體會造成聲阻抗界面，使得斯通利波造成聲阻抗界面，使得斯通利波發(fā)生反射和干涉，在斯通利波變發(fā)生反射和干涉，在斯通利波變密度圖上出現干涉條紋。密度圖上出現干涉條紋。 用斯通利波評價裂縫時，應用斯通利波評價裂縫時，應特別注意泥餅的影響。當井壁存特別注意泥餅的影響。當井壁存在泥餅時，將阻止流體在井眼和在泥餅時，將阻止流體在井眼和裂縫儲層之間的流動，斯通利波裂縫儲

18、層之間的流動，斯通利波能量衰減不明顯，易造成錯誤解能量衰減不明顯，易造成錯誤解釋。同時還應注意層界面、大井釋。同時還應注意層界面、大井眼、非均勻巖石構造的影響，它眼、非均勻巖石構造的影響，它們在不同程度上引起斯通利波及們在不同程度上引起斯通利波及全波波列有衰減現象。全波波列有衰減現象。4.3斯通利波評價裂縫有效性斯通利波評價裂縫有效性3910 ft0500160010-410310-4103NMR-PERMSTONELEY-PERM(md) Time Delay(us) Freq. Shift(Hz)InversionResultsStoneley WaveReflectivity00.110

19、005000(us)CBIL ImageStoneley Reflection4.3斯通利波評價裂縫有效性斯通利波評價裂縫有效性 4.4 巖石機械力學特性和井眼穩(wěn)定性分析巖石機械力學特性和井眼穩(wěn)定性分析 利用正交偶極聲波測井資料計算地層巖石力學參數，估算地層機械強度、理想泥漿密度。 1060111011601210XXXYYYYXDepth (ft)正交偶極聲波接收的四條波形信號正交偶極聲波接收的四條波形信號 裂縫評價裂縫評價橫波非均質性：在裂縫地橫波非均質性：在裂縫地層，尤其是高角度裂縫地層，尤其是高角度裂縫地層，橫波呈現明顯的非均層，橫波呈現明顯的非均質性，即有明顯的各向異質性，即有明顯的各向異性顯示。