5700MAC偶極聲波成像測(cè)井-中國(guó)石油測(cè)井有限公司

1、偶極聲波成像測(cè)井偶極聲波成像測(cè)井中國(guó)石油測(cè)井有限公司中國(guó)石油測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部長(zhǎng)慶事業(yè)部?jī)?nèi) 容 提 要內(nèi) 容 提 要u 偶極聲波成像測(cè)井基本原理偶極聲波成像測(cè)井基本原理u 偶極聲波處理成果圖簡(jiǎn)介偶極聲波處理成果圖簡(jiǎn)介u 測(cè)井資料的質(zhì)量控制測(cè)井資料的質(zhì)量控制u 偶極聲波的地質(zhì)應(yīng)用偶極聲波的地質(zhì)應(yīng)用視瑞利波斯通利波漏泄模式接收信號(hào)發(fā) 射 信 號(hào)1.1聲波測(cè)井聲波測(cè)井 聲波發(fā)射器發(fā)射的聲脈沖經(jīng)過(guò)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(jīng)過(guò)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(cè)井原理一、偶極聲波成像測(cè)井原理 偶極子及多極子橫波測(cè)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(cè)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(cè)井在井下是用非對(duì)稱聲源在井其差異在于偶極子及多極子橫波測(cè)井在井下是用非對(duì)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(zhuǎn)波；而傳統(tǒng)的壁上直接激發(fā)以橫波速度為界限值的彎曲波或扭轉(zhuǎn)波；而傳統(tǒng)的方法或是由井內(nèi)的縱波聲源以第二臨界角向井壁入射，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)方法或是由井內(nèi)的縱波聲源以第二臨界角向井壁入射，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的橫波（滑行橫波），或是根據(jù)井內(nèi)流體中由于致導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生換的橫波（滑行橫波），或是根據(jù)井內(nèi)流體中由于

3、致導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生的管波（斯通利波）來(lái)反演橫波。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)是在的管波（斯通利波）來(lái)反演橫波。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)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(chǎn)生滑行橫）中不產(chǎn)生滑行橫波，因而無(wú)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(wú)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(cè)井原理一、偶極聲波成像測(cè)井原理1.2偶極聲波

4、測(cè)井偶極聲波測(cè)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(tái)處理平臺(tái)GeoFrame處理平臺(tái)處理平臺(tái)eXpress處理平臺(tái)處理平臺(tái)Petrosite目前國(guó)際上具有代表性的儀器目前國(guó)際上具有代表性的儀器 ECLIPS-5700測(cè)井系統(tǒng)中的交測(cè)井系統(tǒng)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(gè)陣列配置是完全獨(dú)立的，起，兩個(gè)陣列配置是完全獨(dú)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(gè)單極聲源和單極陣列包括兩個(gè)單極聲源和8個(gè)接個(gè)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(duì)稱的。偶極橫波是由兩即是柱狀對(duì)稱的。偶極橫波是由兩個(gè)交叉擺放（相差個(gè)交叉擺放（相差900）的偶極聲源）的偶極聲源及及8個(gè)交叉偶極接收器組成。個(gè)交叉偶極接收器組成。XMAC測(cè)井原理測(cè)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(cè)井儀交叉偶極子陣列聲波測(cè)井儀(Cross (Cross ) )測(cè) 量 方 式測(cè) 量 方 式 單極方式：?jiǎn)螛O方式：偶極方式：偶極方式：采用傳統(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)生輕微的膨脹作用，因此在地層中產(chǎn)生了縱波和壁周圍產(chǎn)生輕微的膨脹作用，因此在地層中產(chǎn)生了縱波和橫波，由此得出縱波和橫波時(shí)差橫波，由此得出縱波和橫波時(shí)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(cè)井無(wú)層橫波首波與井中泥漿波一起傳播，因此單極聲波測(cè)井無(wú)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(chǎn)生繞曲波，低頻繞曲波采用偶極聲源發(fā)射器，使井壁產(chǎn)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(cè)量速度近似地層橫波速度，解決了在疏軟地層的橫波測(cè)量問(wèn)題。問(wèn)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(gè)柱狀的壓電晶體組成，發(fā)射中單極發(fā)射器由一個(gè)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(hào)。比的單極聲波信號(hào)。比傳統(tǒng)的單極全波發(fā)射的頻率低傳統(tǒng)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(qiáng)，探測(cè)深度深，信號(hào)衰減小，測(cè)量結(jié)果受井眼力強(qiáng)，探測(cè)深度深，信號(hào)衰減小，測(cè)量結(jié)果受井眼環(huán)境影響較小。也有利于斯通利波的測(cè)量。環(huán)境影響較小。也有利于斯通利波的測(cè)量。 2 在機(jī)械設(shè)計(jì)上，有相當(dāng)高的物理強(qiáng)度和柔韌性。在機(jī)械設(shè)計(jì)上，有相當(dāng)高的物理強(qiáng)度和柔韌性。能進(jìn)行油管或鉆桿傳輸電纜測(cè)井，可有效隔離聲波能進(jìn)行油管或鉆桿傳輸電纜測(cè)井，可有效隔離聲波在儀器內(nèi)部和外表面的傳播。在儀器內(nèi)部和外表面的傳播。 1井下儀器的特點(diǎn)井下儀器的特點(diǎn) 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(jù)地層的具體情況可選擇不同的工作

9、頻率。如軟地根據(jù)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(yīng)于更廣泛的地層范圍。使該儀器適應(yīng)于更廣泛的地層范圍。3井下儀器串的特點(diǎn)井下儀器串的特點(diǎn) 操作模式簡(jiǎn)單，一次測(cè)井輸出信息量大。對(duì)于操作模式簡(jiǎn)單，一次測(cè)井輸出信息量大。對(duì)于每一個(gè)發(fā)射序列或每一個(gè)深度點(diǎn)每一個(gè)發(fā)射序列或每一個(gè)深度點(diǎn), ,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(duì)每個(gè)接收器波形信號(hào)的記錄，可偶極波形。對(duì)每個(gè)接收器波形

10、信號(hào)的記錄，可有效地檢查每個(gè)接收器的工作狀態(tài)，以便及時(shí)查有效地檢查每個(gè)接收器的工作狀態(tài)，以便及時(shí)查找出問(wèn)題和進(jìn)行維修。找出問(wèn)題和進(jìn)行維修。4井下儀器串的特點(diǎn)井下儀器串的特點(diǎn)1、各向異性成果圖、各向異性成果圖2、巖石機(jī)械特性分析成果圖、巖石機(jī)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(jiǎn)介二、偶極聲波處理成果圖簡(jiǎn)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(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)井徑、井徑、GRGR時(shí)差各時(shí)差各向異性向異性徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力切向應(yīng)力初始剪切初始剪切應(yīng)力應(yīng)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(shí)差通利波時(shí)差井徑、井徑、GRGR時(shí)差各時(shí)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(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)快慢橫快慢橫波時(shí)差波時(shí)差徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力切向應(yīng)力切向應(yīng)力初始剪切初始剪切應(yīng)力應(yīng)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(shí)差通利波時(shí)差井徑、井徑、GRGR3、測(cè)井資料質(zhì)量控制、測(cè)井資料質(zhì)量控制1、測(cè)前測(cè)后應(yīng)分別在自由套管中測(cè)量10m時(shí)差曲線，對(duì)套管檢查的縱波時(shí)差數(shù)值應(yīng)在

12、187s/m5s/m（57s/ft5s/ft）以內(nèi)；2、首波波至?xí)r間曲線變化形態(tài)應(yīng)一致；3、對(duì)于低滲儲(chǔ)層，要求降低測(cè)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(nèi)，相對(duì)方位曲線變化不應(yīng)大于360度；3、測(cè)井資料質(zhì)量控制、測(cè)井資料質(zhì)量控制5、曲線應(yīng)反映巖性變化，縱、橫波數(shù)值在純巖性地層中與理論骨架值接近；6、重復(fù)測(cè)井與主測(cè)井的波列特征應(yīng)相似；縱波時(shí)差重復(fù)曲線與主測(cè)井曲線形狀相同，重復(fù)測(cè)量值相對(duì)重復(fù)誤差應(yīng)小于3。7、要求目的層段測(cè)量偶極聲波波列，并連續(xù)上下50米的測(cè)量，以保證資料的有效利用。 1.1. 可提取準(zhǔn)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(zhǔn)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(shù)，預(yù)測(cè)巖石強(qiáng)度，巖石破裂壓力；比等巖石物理參數(shù)，預(yù)測(cè)巖石強(qiáng)度，巖石破裂壓力；2.2. 確定巖性確定巖性3.3. 識(shí)別含氣層識(shí)別含氣層4.4. 利用斯通波幅度衰減導(dǎo)出滲透率，評(píng)價(jià)有效天然裂縫及滲透性利用斯通波幅度衰減導(dǎo)出滲透率，評(píng)價(jià)有效天然裂縫及滲透性5.5. 利用巖石機(jī)械特征參數(shù)做井壁穩(wěn)定性分析利用巖石機(jī)械特征參數(shù)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(shù)，如巖石強(qiáng)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(shù)，如巖石強(qiáng)度、地應(yīng)力、巖石破裂壓力、

14、安全生產(chǎn)壓差等所需參數(shù)度、地應(yīng)力、巖石破裂壓力、安全生產(chǎn)壓差等所需參數(shù)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(yīng)力方位等地質(zhì)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(yīng)力方位等地質(zhì)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(zhì)應(yīng)用四、偶極聲波的地質(zhì)應(yīng)用4.1巖性識(shí)別巖性識(shí)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(diǎn)群巖性橫波與縱波時(shí)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(chǔ)層的含氣時(shí)，對(duì)縱橫波有不同的影響，可以由橫波與縱波的一系列相關(guān)的交會(huì)儲(chǔ)層的含氣時(shí)，對(duì)縱橫波有不同的影響，可以由橫波與縱波的一系列相關(guān)的交會(huì)圖進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層的分段做橫波與縱波的交會(huì)圖，可以看出在圖進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層的分段做橫波與縱波的交會(huì)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(shí)差出現(xiàn)較大的變化，縱波及橫波出現(xiàn)大的跳躍現(xiàn)象。氣層的明顯特征為橫波及縱波時(shí)差出現(xiàn)較大的變化，縱波及橫波出現(xiàn)大的跳躍現(xiàn)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。縱橫波速度比識(shí)別氣層縱橫波速度比識(shí)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(shí)別氣層泊松比識(shí)別氣層2772.02777.0m壓裂壓裂產(chǎn)氣：產(chǎn)氣：12062m3/d無(wú)阻：無(wú)阻：15109m3/d2355.02359.0m壓裂壓裂產(chǎn)水：產(chǎn)水：10.5m3/d氣層識(shí)別成果圖氣層識(shí)別成果圖2 7 5 2 . 0 2 7 5 6 . 0 m壓裂壓裂產(chǎn) 氣 ：產(chǎn) 氣 ： 3 7 0 1 7 m3/ d無(wú) 阻 ：無(wú) 阻 ： 4 4 0 3 1 m3/ d氣層識(shí)別成果圖氣層識(shí)別成果圖2 5 0 8 . 0 2 5 1 1 . 0 m壓裂壓裂產(chǎn)氣：產(chǎn)氣：125876/6.0m3/d無(wú) 阻 ：無(wú) 阻 ： 2 7 7 7 9 0 m3/ d氣層

17、識(shí)別成果圖氣層識(shí)別成果圖2768.02772.0m壓裂壓裂產(chǎn)氣：產(chǎn)氣：8354m3/d無(wú)阻：無(wú)阻：8520m3/d氣層識(shí)別成果圖氣層識(shí)別成果圖 一般開口裂縫對(duì)斯通利波的一般開口裂縫對(duì)斯通利波的影響較大，其儲(chǔ)滲空間的流體會(huì)影響較大，其儲(chǔ)滲空間的流體會(huì)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(xiàn)干涉條紋。密度圖上出現(xiàn)干涉條紋。 用斯通利波評(píng)價(jià)裂縫時(shí)，應(yīng)用斯通利波評(píng)價(jià)裂縫時(shí)，應(yīng)特別注意泥餅的影響。當(dāng)井壁存特別注意泥餅的影響。當(dāng)井壁存在泥餅時(shí)，將阻止流體在井眼和在泥餅時(shí)，將阻止流體在井眼和裂縫儲(chǔ)層之間的流動(dòng)，斯通利波裂縫儲(chǔ)

18、層之間的流動(dòng)，斯通利波能量衰減不明顯，易造成錯(cuò)誤解能量衰減不明顯，易造成錯(cuò)誤解釋。同時(shí)還應(yīng)注意層界面、大井釋。同時(shí)還應(yīng)注意層界面、大井眼、非均勻巖石構(gòu)造的影響，它眼、非均勻巖石構(gòu)造的影響，它們?cè)诓煌潭壬弦鹚雇ɡ皞冊(cè)诓煌潭壬弦鹚雇ɡ叭ú杏兴p現(xiàn)象。全波波列有衰減現(xiàn)象。4.3斯通利波評(píng)價(jià)裂縫有效性斯通利波評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)裂縫有效性斯通利波評(píng)價(jià)裂縫有效性 4.4 巖石機(jī)械力學(xué)特性和井眼穩(wěn)定性分析巖石機(jī)械力學(xué)特性和井眼穩(wěn)定性分析 利用正交偶極聲波測(cè)井資料計(jì)算地層巖石力學(xué)參數(shù)，估算地層機(jī)械強(qiáng)度、理想泥漿密度。 1060111011601210XXXYYYYXDepth (ft)正交偶極聲波接收的四條波形信號(hào)正交偶極聲波接收的四條波形信號(hào) 裂縫評(píng)價(jià)裂縫評(píng)價(jià)橫波非均質(zhì)性：在裂縫地橫波非均質(zhì)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(xiàn)明顯的非均層，橫波呈現(xiàn)明顯的非均質(zhì)性，即有明顯的各向異質(zhì)性，即有明顯的各向異性顯示。