阵列声波测井介绍

1多极子阵列声波测井及资料应用2012年01月2全波列声波波型成分3背景：阵列声波的产生普通声波测井纵横波纵波硬地层软地层How?偶极技术解决:地质问题工程问题4一、阵列声波测量原理二、多极子阵列声波仪器三、阵列声波资料处理四、主要用途及实例五、结论主要内容5单极声波在快速地层的传播CompressionalShearStoneleyHeadwavesFast:VsVf6泥浆泥浆传播振动挠曲波定向波发射器偶极传感器工作示意图偶极横波成像测井仪基本原理SWaveReceiverPPSourcePPSWavePP7挠曲波是一种频散界面波低频时（1.2kHz)，其传播速度与地层横波速度相等；高频时，（约）低于横波速度用挠曲波替代横波的可行性8偶极子发射器能产生沿井壁传播的挠曲波挠曲波是一种频散界面波，在低频时，它以横波速度传播，在高频时，它以低于横波的速度传播XMAC通过对挠曲波的测量来计算地层横波速度的为确保横波速度的测量精度，偶极发射器应尽量降低发射频率通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向异性分析.9一、阵列声波测量原理二、多极子阵列声波仪器三、阵列声波资料处理四、主要用途及实例五、结论主要内容10多极子阵列声波仪器简介目前应用较多的多极子阵列声波测井仪有以下几种:11总体设计方案仪器由发射声系、接收声系、隔声体、发射电子线路和接收电子线路组成，通过遥测短节(技术中心300k)、地面（EILog-06）和波形处理，最终得到解释成果。通过单极阵列和偶极阵列组合，在快速或慢速地层中都可获得纵波、横波、斯通利波资料。接收电子线路发射声系隔声体接收声系发射电子线路遥传短节12下井仪器结构及参数单极子最小源距(T2R1):3654mm最大源距(T2R8):4718mm偶极子最小源距(T3R1):3120mm最大源距(T3R8):4184mm四极子最小源距(T1R1):2587mm最大源距(T1R8):3651mmT3、T4：同深度四极源T1单极源T2接收电子线路发射电子线路R1R88个接收阵列隔声体偶极源Y(T4)偶极源X(T3)单极子(T2)四极子(T1)13仪器概况主要技术经济指标耐温：150℃耐压：100MPa可测最小井眼：114.3mm可测最大井眼：533.4mm单极子发射器：1个偶极子发射器：2个相互正交四极子发射器：1个接收器：8组，可进行正交偶极子接收14主要技术经济指标接收探头间距：152mm仪器外径：92mm最大外径：99mm声源的工作频率范围：1kHz~14kHz最大测速：512m/h数字化精度：14位时间采样间隔：10ms~40ms仪器概况15接收电子线路（外壳）发射声系隔声体接收声系发射电子线路（外壳）仪器概况16接收电路发射线路发射声系隔声体接收声系仪器由发射电路短节、发射换能器短节、隔声体短节、接收换能器短节和接收控制采集电子线路短节五部分组成，仪器总长8.53米，重约300公斤。仪器总装图17单极方式：偶极方式：采用传统的单极声源发射器，可向井周围发射声波，使井壁周围产生轻微的膨胀作用，因此在地层中产生了纵波和横波，由此得出纵波和横波时差。在疏软地层中，由于地层横波首波与井中泥浆波一起传播，因此单极声波测井无法获取横波首波。采用偶极声源发射器，使井壁产生绕曲波，低频绕曲波速度近似地层横波速度，解决了在疏软地层的横波测量问题。交叉偶极方式：正交发射，正交接收。用以研究地层各向异性测量方式18原始资料质量控制1、波形认识：波列记录齐全可辨，地层的纵波、横波、斯通利波的界面清楚，幅度变化正常。19原始资料质量控制2、首波波至时间曲线变化形态应一致。3、在12m井段内，相对方位曲线变化不应大于360°。4、曲线应反映岩性变化，纵、横波数值在纯岩性地层中与理论骨架值接近。20原始资料质量控制5、4条到时曲线基本平行。近单级时差基本正确。6、测前、测后应分别在无水泥粘附的套管中测量10m时差曲线，对套管检查的纵波时差数值应在187μs/m±5μs/m（57μs/ft±1.5μs/ft）以内。21原始资料质量控制7、重复测井与主测井的波列特征应相似，纵波时差重复曲线与主测井曲线形状相同，重复测量值相对重复误差应小于3%。采用定向测量方式时，井斜角重复误差在±0.4°以内，当井斜角大于0.5°时，井斜方位角重复误差应在±10°以内。22一、阵列声波测量原理二、多极子阵列声波仪器三、阵列声波资料处理四、主要用途及实例五、结论主要内容23多极子阵列声波测井（MPAL）处理解释流程24P和S波慢度分析斯通利波慢度分析各向异性分析岩石特性分析能量分析裂缝分析裂缝高度预测砂岩含量分析孔隙度分析气体指标裂缝指标渗透率分析地应力方位分析处理解释流程示意图25MPALreco波形恢复模块把延迟和增益恢复到经过滤波后的波形上波形恢复26提供共发射模式下纵横波、斯通利波的时差、到时曲线、相关系数峰值、二维STC相干成像图、STC相关峰值等。MPALstc单一模式波形处理（共发射模式）模块纵波横波斯通利波27提供共接收模式下纵横波、斯通利波的时差、到时曲线、相关系数峰值、二维相干成像图等。MPALstcr单一模式波形处理（共接收模式）模块利用二维STC相干成像图、STC相关峰值进一步计算模式波时差、到时曲线、相关系数峰值等。MPALlable寻找峰值工具模块将共发射模式下纵横波、斯通利波的时差和提供共接收模式下纵横波、斯通利波的时差进行井眼补偿计算，获取最终的纵横波、斯通利波时差和到时曲线。MPALcom获得最终时差模块28提供纵横波、斯通利波的八道波形幅度曲线，计算纵横波、斯通利波的衰减系数和相关对比时窗的结束位置。MPALampattu获取波形幅度及衰减系数模块29计算杨氏模量、剪切模量、体积模量等岩石动、静态弹性模量和动态泊松比等岩石力学参数。MPALmechprop岩石物理参数提取模块30MPALsandan出砂分析模块提供有效周向应力、有效径向应力、固有剪切强度以及泥浆比重安全使用窗口。31提供快慢横波时差曲线、百分比地层各向异性与平均百分比地层各向异性、各向异性方位图和快横波方位曲线、快慢横波波形图、各向异性开窗时间及关窗时间、快横波方位统计图。MPALani各向异性分析模块32处理成果质量控制•预处理——在波列里提取时差——波形和频谱的一致•后台处理——时差和相似度重合——首波到时和波形重合33预处理质量控制34编辑后未编辑ShearComp.DrawCorrelogramShear交互的时差编辑35后台处理质量控制时差/相似度&首波到时/波形36从偶极波形中提取横波时差偶极横波提取37•V=Vs(Low-frequencies)•VVs(High-frequencies)•DispersionEffectcanbecorrectedFrequencyWaveSpectrumDipoleDispersionCurveVs偶极横波的频散影响38从单极全波列提取的纵波时差与普通声波测量时差基本一致。偶极横波波形中提取的横波时差，与从单极全波列信息中提取的横波时差基本一致xxxx井声波时差图全波列dtc普通dtc单极dts偶极dts斯通利波时差图39多极子阵列声波图件多极子阵列声波图件阵列声波处理成果图岩石强度分析成果图阵列声波气层识别图各向异性处理成果图力学参数成果表40多极子阵列声波图件xxxx41多极子阵列声波图件xxxx42多极子阵列声波图件xxxxxxxx43多极子阵列声波图件xxxx44多极子阵列声波图件45一、阵列声波测量原理二、多极子阵列声波仪器三、阵列声波资料处理四、主要用途及实例五、结论主要内容46主要应用1、准确获取纵波、横波、斯通利波的信息。2、提供岩石力学参数3、气层识别与评价。4、裂缝性储层识别。5、利用岩石机械特征参数进行井壁稳定性分析。6、为钻井工程、压裂施工、油气层开采等方面提供某些有用参数，如岩石强度、地应力、岩石破裂压力、安全生产压差等所需参数。7、地层各向异性分析，提供地应力方位等地质信息。471、准确获取纵波、横波、斯通利波的信息48准确获取波形幅度及衰减系数492、确定岩石的机械参数岩石杨氏模量E（1011达因/厘米2）切变模量μ（1011达因/厘米2）泊松比粘土页岩1.7-4.5板岩4.872.18-2.720.115砂岩0.03-7.150.2-0.35正长岩6.29-8.631.71-3.20.18-0.256石英岩5-83.24-4.420.22-0.27石灰岩2.5-8.012.31-2.650.22-0.35白云岩7.1-9.163.23-3.98硬石膏7.2-7.42.810.29550在MPAL波形资料和密度测井、井径和自然伽马测井等其它测井资料及钻井施工参数的基础上反演出井壁地层的法向正应力、周向正应力，杨氏模量、剪切模量、破裂压力、坍塌压力、安全钻井泥浆窗口等参数，为多极子声波测井资料在石油工程中的应用奠定基础。51岩石力学参数信息523、气层识别在其它地层条件相同的情况下，如果地层中有天然气的存在，纵波速度受影响较大，纵波时差会相应地增大，而横波就基本不受影响。这是利用纵横波速度识别气层的基础。53苏xx井第7号层MPAL资料纵波幅度衰减明显，有效地指示出气层的特征。MPALXMAC天然气使纵波时差增大，而横波时差变化极小，因而用纵横波时差比或泊松比可识别天然气气层识别54纵横波速比纵波时差理论图版利用理论图版进行气层识别55气层差气层油层水层干层纵横波速比纵波时差利用理论图版进行气层识别56利用泊松比、压缩系数参数进行储层识别的方法标准泊松比压缩系数（Gpa-1）DTC-DTCO(μs/m)备注干层0.22左右0.033-0.035＜15参考GR、CAL泥岩0.22-0.350.033-0.04＜10参考GR、CAL气层＜0.23＞0.033＞15参考GR、CAL某区块气层弹性力学参数评别标准泊松比：＜0.23，气层压缩系数：＞0.033，气层泊松比－压缩系数：形成明显的镜像包络线DTC0=124.39ln（DTS）-542.7557水层xx井泊松比与体积模量交会图差气层气层油层水层含油水层气层识别58水层油层差气层气层油层水层含油水层xx井纵波时差与横纵比交会图气层识别59气层识别苏xx井第16、17号层MPAL资料纵波幅度衰减明显，有效地指示出气层的特征。60气层识别苏xx井第20-23号层MPAL资料纵波幅度衰减明显，有效地指示出气层的特征。61苏75-37-8井含气分析成果图附图20.0330.23δδδδ2019212223利用泊松比、压缩系数等参数进行气层识别62在构造应力或其它地质因素导致的裂缝性地层，其横波速度通常显示出方位各向异性。入射横波分裂成质点平行和垂直于裂缝走向振动、传播方向沿井轴向上并以不同速度传播的快速和慢速横波，即横波分裂现象。百分各向异性就定义为快慢横波能量或速度之差与快慢横波能量或速度之和的比值，它是一种反映地层各向异性的指标，百分各向异性往往与裂缝密度有关。4、利用各项异性识别裂缝63赛xx-x井各向异性:识别裂缝64裂缝识别图上斯通利波衰减，呈“V”字干涉条纹，地层各向异性明显，反映为渗透性较好和高角度裂缝，为有效天然裂缝。赛xx-x井裂缝识别图65水力压裂的目的是在油藏里产生一个大平面的流动“管道”，以增加油井的产能。理想的水力压裂诱导裂缝应该是其高度等于目的层厚度，而其穿透地层的深度（翼长）与其高度相比非常得大。翼长越大，产能越高。利用压裂前、后时差、能量各向异性的大小变化评价压裂效果5、利用向异性变化评价压裂效果66横波各向异性测量原理xyz当一束横波信号入射到各向异性地层（如裂缝性地层）时，入射横波可分裂成质点平行和质点垂直于裂缝走向的振动，并以不同的速度向上传播。横波分裂：质点平行于裂缝走向振动，方向沿井轴向上传播的横波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，前者称快横波，后者为慢横波。%100212×+D=sss各向异性各向异性处理与解释的理论基础6