XMAC測(cè)井技術(shù)-勝利職業(yè)學(xué)院

1、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用中石化勝利測(cè)井公司2013年7月翟勇（8761754匯 報(bào) 內(nèi) 容XMAC-II測(cè)井技術(shù)在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一一 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的作用二二 砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)三三壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四四 縱波（Compressional slowness），按“壓縮模式”傳播，即波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)位移方向一致，傳播時(shí)介質(zhì)會(huì)發(fā)生壓縮和擴(kuò)張的體積形變，可以通過(guò)氣體、液體及固體傳播。其特點(diǎn):在井中傳播速度快，幅度小，是波列中的首波。井眼中的聲波類(lèi)型Vp

2、=(K+1.33)/0.5 ：密度 K ：體積模量 ：剪切模量 一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 橫波（Shear slowness），按“剪切模式”傳播，即波的傳播方向垂直于質(zhì)點(diǎn)的位移方向，傳播時(shí)介質(zhì)發(fā)生剪切形變。橫波能通過(guò)固體傳播，不能在液體及氣體傳播。其特點(diǎn)：在井中比縱波傳播速度慢，但幅度大于縱波的幅度。Vs=(/)0.5 Vp=(K+1.33)/0.5縱波速度總是大于橫波速度，對(duì)于大多數(shù)巖石，Vs比Vp小1.6至2.4倍。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 斯通利波(Stoneley slowness)，它是在發(fā)射器與接收器之間經(jīng)井內(nèi)泥漿傳播但又受到沿井壁地層傳播的滑行橫波制導(dǎo)的一種

3、波，對(duì)地層的彈性及流體流動(dòng)等性質(zhì)非常敏感，速度低于井內(nèi)泥漿的縱波速度，其幅度明顯大于波列中其它成分的幅度。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介聲波在介質(zhì)界面?zhèn)鞑ヌ匦砸?、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介遵循斯奈爾折射定律折射角900時(shí)的入射角 稱(chēng)為臨界角 發(fā)射器向井內(nèi)發(fā)射聲波，由于泥漿聲速V1小于地層聲速V2，所以在井壁上發(fā)生聲波的反射和折射。發(fā)射器是全方位的發(fā)射，因此必有以臨界角方向入射到井壁上的聲波，由此產(chǎn)生沿井壁傳播的滑行波。同時(shí)滑行波傳播使井壁附近的地層質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，必然引起泥漿質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，在泥漿中也引起相應(yīng)的波。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介常規(guī)聲波測(cè)

4、井僅用到了縱波的信息縱波的應(yīng)用縱波時(shí)差用于確定巖性、地層孔隙度以及地層壓力；縱波幅度用于判斷固井質(zhì)量。縱波與橫波的聯(lián)合應(yīng)用計(jì)算縱橫波速度比，判斷巖性及定性識(shí)別氣層；結(jié)合縱波，利用幅度衰減信息定性判斷裂縫發(fā)育段；橫波在分析各向異性方面有突出優(yōu)勢(shì)；計(jì)算彈性模量和力學(xué)參數(shù)，分析巖層機(jī)械特性；井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)以及壓裂高度預(yù)測(cè)。斯通利波的應(yīng)用利用它的衰減可以進(jìn)行地層滲透率的評(píng)價(jià)。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 當(dāng)?shù)貙訖M波速度大于流體聲速時(shí)（快地層）滿(mǎn)足臨界折射條件，可以產(chǎn)生滑行橫波并被接收。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 在疏松的地層中，橫波速度往往小于流體聲速（慢地層），不能產(chǎn)生臨界折射的滑行橫

5、波，使得單極聲波測(cè)井儀就不能探測(cè)到橫波，因此丟失了大量的地層信息。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介單發(fā)單收與地震資料一起應(yīng)用，用于提高時(shí)深轉(zhuǎn)換精度。40年代單發(fā)雙收聲波可以反映地層孔隙度及巖性單個(gè)接收器信息不夠可靠，加入第二個(gè)接收器（前蘇聯(lián)）引入威利時(shí)間平均公式計(jì)算孔隙度50年代mafmatttt一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介補(bǔ)償聲波：雙發(fā)雙收補(bǔ)償聲波：雙發(fā)雙收1964年解決井眼尺寸變化、儀器傾斜及偏心的影響可觀察到縱波、橫波及其后續(xù)波，但當(dāng)時(shí)采集系統(tǒng)只能記錄縱波的波至?xí)r間，而無(wú)法記錄橫波及其后續(xù)波。發(fā)現(xiàn)：利用縱橫波速度比判斷巖性、利用縱橫波幅度判斷裂縫

6、。12ft8ft長(zhǎng)源距聲波陣列聲波橫波、斯通利波的探測(cè)得到顯著改進(jìn)，但僅在硬地層中有效。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 使用了具有方向性的發(fā)射器和接收器，偶極發(fā)射器像一個(gè)活塞，使井壁一側(cè)的壓力增加，而另一側(cè)壓力減小，引起井壁出現(xiàn)擾動(dòng)，這種擾曲運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切撓曲波具有頻散特性，在低頻時(shí)其傳播速度趨近于橫波。 單極技術(shù) 偶極技術(shù)一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介Bender BarsBender BarsDipole EmitterDipole EmitterMonopole Monopole EmitterEmitter一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介MAC/ XMAC-II90年代 斯倫

7、貝謝 阿特拉斯一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 新儀器新儀器 - 5個(gè)發(fā)射器、個(gè)發(fā)射器、13組組104個(gè)接收器個(gè)接收器 得到原狀地層縱波、快慢橫波和斯通利波時(shí)差得到原狀地層縱波、快慢橫波和斯通利波時(shí)差 聲波成像聲波成像 識(shí)別不同原因引起的各向異性識(shí)別不同原因引起的各向異性 360度評(píng)價(jià)鉆井對(duì)地層造成的損害度評(píng)價(jià)鉆井對(duì)地層造成的損害 分析三軸應(yīng)力分析三軸應(yīng)力2005年斯侖貝謝Sonic Scanner電子線路接收器隔聲體上鄰近單極下鄰近單極遠(yuǎn)單極9英尺10英尺11英尺9英尺正交偶極發(fā)射器一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介1號(hào)單極發(fā)射器接收器隔聲體發(fā)射器2號(hào)單極發(fā)射器X方向偶極發(fā)射器Y方向偶極發(fā)

8、射器接收器部分由八組接收器陣列組成，間距為6in(0.1524m)，R1與T2源距為10.8in（2.7432m）。單極子接收帶寬120 kHz，偶極子接收帶寬110 kHz。每個(gè)接收器位置上有兩對(duì)接收器。一對(duì)同上偶極發(fā)射器方向一致，用于接收上偶極信號(hào)；另一對(duì)同下偶極發(fā)射器方一致，用于接收下偶極信號(hào)。發(fā)射器部分由四個(gè)發(fā)射器組成：兩個(gè)單極發(fā)射器T1和T2（圓管狀，發(fā)射頻率215kHz、中心頻率約8kHz）、兩個(gè)相互垂直的偶極發(fā)射器T3和T4（長(zhǎng)方形，薄片狀，發(fā)射頻率13kHz，中心頻率2kHz）。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介每個(gè)深度點(diǎn)記錄12個(gè)單極源波形，其中4個(gè)為記錄普通聲波時(shí)差的波形（

9、TNWV10）。現(xiàn)場(chǎng)所采集的數(shù)據(jù)一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介8個(gè)為陣列全波波形（TFWV10），用于后期處理解釋。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介每個(gè)深度點(diǎn)記錄4組32個(gè)偶極源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10），即每個(gè)接收器記錄XX、XY、YX、YY 4組偶極源波形，X、Y表示不同方位的發(fā)射器或接收器的方向，例如XY表示X方向發(fā)射器發(fā)射，Y方向接收器接收；YY則表示Y方向發(fā)射器發(fā)射Y方向接收器接收。一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介推薦測(cè)速:-15英尺/分鐘（4.6米/分鐘）采樣率:-推薦2采樣/英尺井眼直徑:4.5英寸到17.5英寸耐溫: -350

10、F（177oC）儀器長(zhǎng)度: -37英尺5.64英寸(11.42米)總重量: -780磅(354.1公斤)儀器最大直徑: -3.88英寸測(cè)量方式: -居中井眼斜度: -垂直到水平最大壓力: -138MPa儀 器 指 標(biāo)一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介第一道：BREAKOUT井眼擴(kuò)徑 GR自然伽馬曲線 BIT鉆頭尺寸 CAL井徑曲線第二道：深度道第三道：聲波變密度圖第四道：DTC縱波時(shí)差曲線 DTS橫波時(shí)差曲線 DTST斯通利波時(shí)差曲線第五道：Vp/Vs縱橫波速度比一、正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介 根據(jù)XMACII獲取的縱、橫

11、波信息結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料計(jì)算地層的泊松比、體積彈性模量、楊氏模量、切變模量、體積壓縮系數(shù)、固有剪切強(qiáng)度等巖石機(jī)械特性參數(shù)。為壓裂設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)。正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一一 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的作用二二 砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)三三壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四四匯 報(bào) 內(nèi) 容XMAC-II測(cè)井技術(shù)在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用1、巖性識(shí)別二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用常見(jiàn)介質(zhì)的縱波速度常見(jiàn)介質(zhì)的縱波速度 二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用2、計(jì)算孔隙度威利（Wyllie)時(shí)間平均公式mafmashSHmafmattttVCPttttmafmatttt二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用3、氣層的定性識(shí)別中淺層砂巖氣層，聲波時(shí)差明顯增大或

12、有周波跳躍。二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用縱橫波速度比泊松比I I類(lèi)氣層I類(lèi)水層PG101井縱橫波速度比及泊松比統(tǒng)計(jì)圖，峰值明顯左移，減小趨勢(shì)明顯，含氣異常明顯。 地層中的氣體使縱波時(shí)差變大，但由于橫波不能在氣體中傳播，故對(duì)橫波的影響很小，導(dǎo)致在含氣地層中的縱、橫波波速比有不同程度下降，含氣飽和度越高，縱橫波速度比下降越明顯。二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用泊松比（POIS）POIS(0.5*SCRA2-1)/( SCRA2-1)二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用體積壓縮系數(shù)泊松比重疊法。二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用巖芯100含水情況下縱橫波速度關(guān)系圖 偶極子聲波在儲(chǔ)層流體識(shí)別中的應(yīng)用A2050井 通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析建立100%含水情

13、況下縱橫波速度關(guān)系，通過(guò)實(shí)測(cè)橫波時(shí)差計(jì)算一條100%含水的視縱波時(shí)差曲線MDTS，然后與實(shí)際測(cè)量的縱波時(shí)差DTC相重疊，依據(jù)其差異面積大小，定性識(shí)別油氣層。 二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用4、裂縫性?xún)?chǔ)層的識(shí)別 利用聲波全波列變密度圖像的干涉條紋特征可以定性判斷裂縫發(fā)育井段，前提是剔除泥巖、大井眼的影響。對(duì)于有效的孔洞及裂縫儲(chǔ)滲系統(tǒng)，其間必然有地層流體，故而形成聲阻抗界面，使得聲波發(fā)生反射，而在填充的或閉合的裂縫處，則不能形成明顯的聲阻抗界面，因此變密度圖上沒(méi)有干涉條紋。 二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用聲波波形、幅度出現(xiàn)衰減，預(yù)示裂縫存在，成像上得以證實(shí)二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用5、斯通利波滲

14、透性評(píng)價(jià) 斯通利波是一種界面波，在井眼中傳播時(shí)在有效滲透性層段使流體向地層流動(dòng)，導(dǎo)致其能量降低，同時(shí)其時(shí)差增大；當(dāng)斯通利波遇到與井眼相交的開(kāi)口裂縫時(shí)，由于裂縫引起的較大聲阻抗反差使斯通利波發(fā)生反射導(dǎo)致能量衰減，因此根據(jù)斯通利波的這種特征，可定性判斷儲(chǔ)層滲透性好壞等。但必須正確區(qū)分層界面反射和井眼突變?cè)斐傻姆瓷?。二、?chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用利用實(shí)測(cè)的縱橫波時(shí)差和密度曲線、孔隙度曲線以及鉆井液時(shí)差等資料計(jì)算出理論的斯通利波時(shí)差，它和實(shí)測(cè)斯通利波時(shí)差的差別即流體移動(dòng)指數(shù)，可以指示斯通利波的衰減程度，從而進(jìn)一步指示儲(chǔ)層滲濾性高低和儲(chǔ)層連通型好壞以及裂縫的有效性。 46644675段成象顯示裂縫較發(fā)育，流體移

15、動(dòng)指數(shù)較大，表明有一定的滲透性。二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用偶極聲波各向異性處理結(jié)果顯示，在34013406.8m井段各向異性很大，斯通利波能量衰減也較大，因此，認(rèn)為井段34013406.8m裂縫的連通性、有效性最好，綜合解釋3394.83418.6m儲(chǔ)層段為類(lèi)氣層。并確定對(duì)該段地層實(shí)施水平井鉆探。 該井水平段酸化壓裂后產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)量21.4104m3/d，是自建南氣田勘探開(kāi)發(fā)以來(lái)產(chǎn)量最高的一口井。建南氣田JP5井二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用波形衰減明顯，橫波各向異性強(qiáng)烈，斯通利波反射較強(qiáng)烈，屬有效裂縫。測(cè)試后天然氣產(chǎn)量58.48104m3/d A川西坳陷XC氣田X856井二、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用正交多極子陣列

16、聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一一 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的作用二二 砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)三三壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四四匯 報(bào) 內(nèi) 容XMAC-II測(cè)井技術(shù)在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用三、砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)確定鉆井液密度力學(xué)穩(wěn)定窗口，上限為井壁不發(fā)生張性破裂的壓力極限（破裂壓力梯度），下限為不發(fā)生剪切破壞的壓力極限（坍塌壓力梯度）。確定鉆井液密度水力安全窗口，上限漏失壓力梯度，下限為孔隙壓力梯度。坍塌壓力梯度漏失壓力梯度破裂壓力梯度孔隙壓力梯度鉆井液密度三、砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)鉆井日志記錄4284-4301米發(fā)生過(guò)漏失，漏失層位為沙四上純下亞段。漏失巖性：灰色熒光細(xì)砂巖、熒光泥質(zhì)砂巖，漏失原因：滲透性漏

17、失。 壓裂縫漏失原因分析：1、鉆井液密度為1.98g/cm3大于孔隙壓力梯度而接近漏失壓力梯度，循環(huán)起來(lái)將大于漏失壓力梯度，在滲透性地層極易漏失；2、鉆井液循環(huán)起來(lái)的密度有可能大于破裂壓力梯度，產(chǎn)生壓裂性破環(huán)。正交多極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)簡(jiǎn)介一一 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方面的作用二二 砂泥巖地層的井眼穩(wěn)定性評(píng)價(jià)三三壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四四匯 報(bào) 內(nèi) 容XMAC-II測(cè)井技術(shù)在低孔滲儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 1、地應(yīng)力方向預(yù)測(cè)技術(shù)井壁崩落的方向指示最小水平主應(yīng)力的方向，成像圖上井壁崩落為垂直的暗色長(zhǎng)條狀、呈180對(duì)稱(chēng)分布。誘導(dǎo)縫為羽狀、相互平行、呈180對(duì)稱(chēng)的高角度裂縫，走向通常平行于最大水平主應(yīng)

18、力方向。四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 在構(gòu)造應(yīng)力不均衡或裂縫性地層中，橫波在傳播過(guò)程中通常分離成快橫波、慢橫波，且顯示出方位各向異性，沿裂縫走向或最大主應(yīng)力方向上傳播速度比垂直于裂縫走向或最小主應(yīng)力方向上傳播的橫波速度要快，這就稱(chēng)之為地層橫波速度的各向異性。第一道：GR自然伽馬曲線 API； DEV井斜； AZSH儀器方位曲線 第二道：深度道 m；地層各向異性玫瑰圖 統(tǒng)計(jì)頻率25米第三道：百分比地層各向異性(ANI) 平均百分比地層各向異性(ANIA)第四道：快橫波波形(FWV) 慢橫波波形(SWV) 計(jì)算各向異性開(kāi)窗時(shí)間(WDST) 計(jì)算各向異性關(guān)窗時(shí)間(WEND) 第五道：各向異性成象圖；第六道

19、：快橫波方位角(FACR)四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 各向異性成果圖四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 巖心非彈性應(yīng)變恢復(fù)測(cè)量確定最大應(yīng)力方向?yàn)?46.4o聲成像反映壓裂縫方向?yàn)?6o各向異性方向?yàn)?1o四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 根據(jù)測(cè)井公司偶極聲波圖得出地應(yīng)力方向，選取平均值，最后確定定向射孔方位為：88F170井號(hào)層位井段m破裂壓力MPa施工壓力MPa停泵壓力MPa排量m3/min加砂量m3/mF170沙四下3805.0-3820.06042-495153.7F143沙四下3277.3-3320.96956-63625-5.54.4F167沙四純下3617.2-3640.76465-706462.75施工壓

20、力明顯下降四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) Y935井成像用井壁崩落法、誘導(dǎo)縫法確定地層最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹125E。各向異性法確定地層最大水平主應(yīng)力方向?yàn)镹115E，壓裂后用微地震法監(jiān)測(cè)計(jì)算出的壓裂裂縫方位N122.6E ，三者之間具有很好的對(duì)應(yīng)性。 灰?guī)r段各向異性方位為：北東南西向，可以反映裂縫的走向四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 結(jié)合巖石力學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算地層初始破裂壓力，模擬在一定壓力遞增下相應(yīng)的壓裂縫的縱向延伸高度。顏色每變化一次表示壓力步長(zhǎng)增加一個(gè)，其上下延伸的井段代表預(yù)測(cè)的壓裂高度。2、壓裂高度預(yù)測(cè)技術(shù)GBG1井計(jì) 算 地 層 初 始 破 裂 壓 力 為6 7 . 7 M

21、p a ， 壓 力 步 長(zhǎng) 選 擇0.5Mpa，壓裂高度預(yù)測(cè)顯示：5 個(gè) 壓 力 步 長(zhǎng) 以 內(nèi) 即 壓 力 為68.2-70.2Mpa時(shí)可確保65號(hào)層被壓開(kāi)，當(dāng)增加到9個(gè)步長(zhǎng)時(shí)，即壓力為72.2Mpa時(shí)將下鄰的水層壓開(kāi)，因此試油出水是正常的。應(yīng)用壓裂高度預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行試油效果分析1065號(hào)層壓裂施工所選擇的施工壓力為70.2-73.5Mpa，壓裂后完全出水。B291井四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 3、壓裂高度檢測(cè)技術(shù)在裂縫發(fā)育的井段，表現(xiàn)為強(qiáng)的各向異性。由于壓裂縫的產(chǎn)生就會(huì)導(dǎo)致壓裂前后各向異性的變化，由此就可判斷壓裂縫上下延伸的高度四、壓裂高度預(yù)測(cè)與檢測(cè) 套管井中同樣可以獲得裂縫導(dǎo)致的各向異性信息。長(zhǎng)慶油田分公司曾開(kāi)展了壓裂前和壓裂后的過(guò)套管