声波测井仪器的原理及应用

声波测井仪器的原理及应用单位：胜利测井四分公司姓名：王玉庆日期：2011年7月摘要声波测井是石油勘探中专业性很强的一个领域。它是一门多学科的应用技术，已经成为油田勘探、储量评估、油气开采等方面不可缺少的工具。声波速度测井简称声速测井是利用声波在岩石中传播的速度来研究钻井剖面的一类物探方法，其方法是测量滑行波通过地层传播的时差t（声速的倒数，单位us/ft）。目前主要用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等方面，是主要测井方法之一。数字声波测井仪，其中包括66667声波数字化通用短节和6680声波探头2部分。能完成声波时差测井和水泥胶结测井，能与SL6000型地面系统和进口的5700型地面系统相配接。正交多极子阵列声波测井(XMACII)将新一代的偶极技术与最新发展的单极技术结合在一起，提供了当今测量地层纵波、横波和斯通利波的最好方法。当偶极子声源振动时，使井壁产生扰动，形成轻微的跷曲，在地层中直接激发出横波和纵波，根据正交多极子阵列声波资料得出的纵横、波速度比可识别与含气有关的幅度异常。关键词：数字化；声波时差；声波变密度；阵列声波；声波全波列；目录第1章前言................................................................................................................1第2章岩石的声学特性................................................................................................2第3章数字声波测井原理及应用................................................................................33.1数字声波测井原理............................................................................................33.2仪器的工作模式.................................................................................................53.3时差计算.............................................................................................................53.4数字声波测井仪器的性能................................................................................63.5SL6680测井仪器的不足...................................................................................73.6数字声波仪器小结.............................................................................................7第4章正交多极子阵列声波测井................................................................................84.1XMACII多极子阵列声波测井原理.................................................................84.2XMACII多极子阵列声波仪器组成.................................................................94.3XMACII多极子阵列声波的使用及注意事项...............................................104.4应用效果及结论............................................................................................14第5章声波测井流程及注意事项..............................................................................155.1声波测井流程................................................................................................155.2注意事项........................................................................................................16参考文献..........................................................................................................................17第1章前言1第1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。利用井孔中的信息非常少。随着声波在裸眼井中传播理论的研究如果把声波全波列都记录下来，通过数字信号处理可获得纵波横波和斯通利等波形信息，由此展开地层弹性特性、破裂压力、地层渗透性、裂缝及油气识别等方面研究，有利于扩大声波测井在石油勘探中的应用。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，另外探测深度也有所增加。根据正交多极子阵列声波资料得出的纵横、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。对于裂缝性储层，裂缝发育带的划分及裂缝类型的识别是测井资料评价的重点，而裂缝发育程度及裂缝类型在波形幅度及衰减上具有不同的测井响应特征，因此，可根据纵、横、斯通利波的波形幅度及衰减程度划分裂缝发育井段、识别裂缝类型、判断裂缝有效性；根据地层速度各向异性百分比大小和方向确定现今最大水平主应力方向，分析与裂缝系统走向的一致性，进一步判断裂缝系统的区域有效性，寻找储层有利相带。目前测井四分公司主要以Eclips5700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。第2章岩石的声学特性2第2章岩石的声学特性首先，先让我们来了解一下岩石的声学特性。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。人耳听到的声波频率在20HZ至20KHZ之间，频率大于20KHZ的机械波称为超声波。声波测井是研究介于声波和超声波之间的机械波的传播特性。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。所以岩石既能传播横波又能传播纵波，岩石中横波与纵波速度和岩石的弹性有密切关系。声波测井中声源发射的声波的能量较小，作用在岩石上的时间很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。在均匀无限的岩石中，声波速度只要取决于岩石的弹性和密度。作为弹性介质的岩石，其弹性可以用以下的参数来描述：杨氏模量E=应力（F/A）/应变（△L/L）泊松比LDDLLLDD//（值为0-0.5之间）式中：DD/为横向相对减少量；LL/为纵向相对减少量。下面我们在说下声波在岩石中的传播特性，当我们把岩石看成弹性体，我们就可以运用弹性波在介质中的传播规律来研究。弹性波在介质中的传播实质上是质点的振动的依次传递。当波的传播方向和质点的运动方向一致的时候叫纵波，因其在传播过程中，介质发生压缩和扩张的体积形变，又叫压缩波。我们测井只要应用的就是纵波，其在弹性介质中的传播速度主要取决于弹性模量和密度，在均匀各向同性介质中，纵波速度pv与杨氏弹性模量E、波松比、密度之间的关系式为：pv=2111E从式中我们可以看出声速主要与杨氏模量和密度有关。第3章数字声波测井原理及应用3第3章数字声波测井原理及应用3.1数字声波测井原理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。第3章数字声波测井原理及应用4总之，数字声波测井仪可广泛应用于时差测井、固井质量以及裂缝性地层的证实等。它由三大部分组成，即SL6667通讯和信号采集、SL6680高压发射控制及信号处理以及声系组成等。数字声波测井仪机构如图1-1所示，主要包括以下几个部分：测井数据采集模块、时序逻辑控制模块、曼彻斯特编译码、数据压缩。图1-1数字声波仪结构框图总体方案采用DSP芯片，并配合单片机和外围电路实现。DSP的运算速度快，可以用软件实现多种功能，如曼彻斯特码的编解码、软件滤波等，而且DSP是专用数字处理芯片，在数字信号处理方面有着独特的优势。这种方案电路简洁、功能强大。时序逻辑控制模块接收解码后的井上控制命令，产生控制上下发射的控制信号及控制接收电路的的接收逻辑，以及必要的各种控制信号。整个电子线路短节采用了当今高速单片机处理技术、高速A/D采样技术和大规模的可编程器件，结构紧凑，集成度高。它由两块电路板组成：一是主控板，该板包含单片机及相关外围电路、遥测通信接口及驱动电路、采样数据双缓存SRAM、对6680仪器进行控制的串行通信接口电路及A/D转换脉冲产生电路；另一块是A/D采集板，该板包含4道12bits采样速率高达1.5MHz的A/D转换通道、采样结果缓存FIFO和A/D转换的控制电路。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，SL6680EA电子线路的两个接收板接收到地面发送来的数据采集中断时，对四道接收信号同时进行接收，接收到的声波信号由SL6680EA电子第3章数字声波测井原理及应用5线路进行转换和处理。SL6680MA声系主要由两个发射换能器和四个接收换能器构成。探头结构：T1与T2距离2英尺，T2与R1距离3英尺；R1、R2、R3、R4各距离0.5英尺。排列在上端的为发射晶体XMIT1、XMIT2，两个发射晶体之间为2个发射变压器。接收阵列位于仪器的最下端,包括四个响应频率范围在1-20KHz接收晶体。6个换能器同轴，靠固定支架支撑。发射换能器的高压输入引线采用双芯屏蔽导线，可以避免磁场对接收道的干扰。接收换能器的输出引线也用双层屏蔽导线提供静电屏蔽。为了和其他测井仪器组合，声系内部有19条贯通线。上述全部器件、机械零部件以及导线等装载一皮囊内，囊内充以硅油，既保护了囊内的零部件，又使声波信号能很好的向外耦合。橡皮囊外部是刻槽的钢保护壳，支持整个声系。在换能器的位置开有窗口，保证声能波能向地层辐射和地层传播返回的声信号得以到达