偶极子声波测井讲义-质量控制

单极波形
单极波形
单极波形
单极波形
偶极波形
偶极波形
偶极波形
偶极波形
偶极波形
偶极波形
波形滤波
相关谱的提取
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、偶极子声波测井质量控制 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
交叉偶极子在各向异性地层中的测量情况
交叉偶极子声波
横波在各向
异性的地层
测井可以获得4种 组份的波形：
中将分裂成
快横波和慢
线性轴组分：
X to X；Y to Y 交叉轴组分： X to Y；Y to X
横波。
该图显示了
地层各向异
性百分比大
小及各向异
性的方向。
6、地应力参数计算及井眼稳定性分析
ห้องสมุดไป่ตู้
在 砂 泥 纵岩 横中 波纵 的、 分横 布、 情斯 况通 利 波 及
3、气体识别
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。
纵横波速比Vp/Vs与横波时差DTS交会识别气层
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
5、地层速度各向异性
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。
Vs=(μ/ρ)0.5
对于大多数岩石，Vs比Vp小1.6至2.4倍
硬地层中声波的传播
但是这种方法只 能在声波速度大 于流体传播速度 的硬地层中测量 横波和纵波，并 且效果良好，而 在软地层中无法 测量横波。
硬地层中声波测井仪探测到的波形分析
斯通利波 纵波
横波
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。 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。
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。此外，泊松比（ poi ratio）也是岩性的一个表征，砂岩泊松比的 标准值为0.25，泊松比>0.25则认为含有泥质。
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+1.33μ)/ρ}0.5 ρ：传播波的物质的密度
K ：体积模量
μ：剪切模量
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：
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。
4、判断裂缝发育井段及发育类型
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。
软地层中声波测井仪探测到的波形分析
纵波
斯通利波
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。
常规全波列声波测井仪的测量原理
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
ECLIPS—5700 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。
五、总结
1、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。
2、岩性特征分析
正交偶极子有两种测量方式： Subset 10 获取单极子全波列 正交偶极子波列 普通全波列 Delta T dt24 Subset 6 获取单极子全波列 偶极子波列 Delta T dt24
单极子探头发射主频率：5-20KHz 偶极子探头发射主频率：3-5KHz
每个深度点记录 12 个单极源波形，其中 8 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）。
五、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。
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。
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。
MAC、XMAC 仪器是目前国际上较先进的声 波测井仪，由于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，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、资料处理及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
——测井速度要求
针对Subset10测量模式：不超过 针对Subset6测量模式：不超过
15ft/min 28ft/min
正交偶极子测井质量控制
——井眼环境要求
对井眼尺寸的要求：4.5-17.5英寸
对井斜的要求： 0-90
度（但对不同的井斜有
不同的测量要求）
斜井最大曲率半径的要求：4.5英寸井眼
150/100ft
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、偶极子声波测井质量控制 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
正交偶极子测井质量控制
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。
偶极子、正交偶极子阵列声波测井 质量控制及应用
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、偶极子声波测井质量控制 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
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。
正交偶极子测井质量控制
——井眼环境要求
井底最大井温：375 F0 仪器耐压：
20000 psi
正交偶极子测井质量控制
——测量范围的要求
纵波：40-280 横波：80-1000
us/ft us/ft
斯通利波：80-1000
us/ft
正交偶极子测井质量控制
——仪器位置的要求
原则是要保持仪器居中，因此在直 井或小斜度井中要在仪器外按要求 加专用的扶正器，在大斜度或水平 井中加专用的间隙器，切勿混用， 以保证资料的信噪比及仪器的安全
中提取纵、横、斯通利
波慢度，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。
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。
谢 谢