陣列聲波測井介紹

1、1多極子陣列聲波測井多極子陣列聲波測井及資料應用及資料應用20122012年年0101月月2 全波列聲波波型成分全波列聲波波型成分3背景：陣列聲波的產(chǎn)生背景：陣列聲波的產(chǎn)生普通聲波測井普通聲波測井縱橫波縱橫波縱波縱波硬地層硬地層軟地層軟地層How?偶極技術偶極技術解決:地質問題工程問題4一、陣列聲波測量原理一、陣列聲波測量原理二、多極子陣列聲波儀器二、多極子陣列聲波儀器三、陣列聲波資料處理三、陣列聲波資料處理四、主要用途及實例四、主要用途及實例五、結論五、結論主要內容主要內容5CompressionalShearStoneleyHeadwaves6泥漿泥漿泥漿泥漿傳播傳播振動振動撓曲波撓曲波定

2、向波發(fā)射器定向波發(fā)射器SWaveReceiverP PSourceP PSWavePP7用撓曲波替代橫波的可行性89一、陣列聲波測量原理一、陣列聲波測量原理二、多極子陣列聲波儀器二、多極子陣列聲波儀器三、陣列聲波資料處理三、陣列聲波資料處理四、主要用途及實例四、主要用途及實例五、結論五、結論主要內容主要內容10n多極子陣列聲波儀器簡介多極子陣列聲波儀器簡介n目前應用較多的多極子陣列聲波測井儀有以下幾種目前應用較多的多極子陣列聲波測井儀有以下幾種:11總體設計方案總體設計方案 儀器由發(fā)射聲系、接收聲系、儀器由發(fā)射聲系、接收聲系、隔聲體、發(fā)射電子線路和接收電隔聲體、發(fā)射電子線路和接收電子線路組成，

3、通過遙測短節(jié)子線路組成，通過遙測短節(jié)( (技術技術中心中心300k)300k)、地面（、地面（EILog-06EILog-06）和）和波形處理，最終得到解釋成果。波形處理，最終得到解釋成果。通過單極陣列和偶極陣列組合，通過單極陣列和偶極陣列組合，在快速或慢速地層中都可獲得縱在快速或慢速地層中都可獲得縱波、橫波、斯通利波資料。波、橫波、斯通利波資料。接收電子線路接收電子線路發(fā)射聲系發(fā)射聲系隔聲體隔聲體接收聲系接收聲系發(fā)射電子線路發(fā)射電子線路遙傳短節(jié)遙傳短節(jié)12下井儀器結構及參數(shù)下井儀器結構及參數(shù)n單極子最小源距單極子最小源距(T2R1): 3654mm(T2R1): 3654mm 最大源距最大源

4、距(T2R8): 4718mm(T2R8): 4718mmn偶極子最小源距偶極子最小源距(T3R1): 3120mm(T3R1): 3120mm 最大源距最大源距(T3R8): 4184mm(T3R8): 4184mmn四極子最小源距四極子最小源距(T1R1): 2587mm(T1R1): 2587mm 最大源距最大源距(T1R8): 3651mm(T1R8): 3651mmnT3T3、T4T4：同深度：同深度四極源 T1單極源 T2接收電子線路接收電子線路發(fā)射電子線路發(fā)射電子線路R1R88 8個接收陣列個接收陣列隔聲體隔聲體偶極源偶極源Y(T4)Y(T4)偶極源偶極源X(T3)X(T3)單極

5、子單極子(T2)(T2)四極子四極子(T1)(T1)13儀器概況儀器概況主要技術經(jīng)濟指標主要技術經(jīng)濟指標耐溫耐溫： 150150耐壓耐壓： 100MPa100MPa可測最小井眼可測最小井眼： 114.3 mm114.3 mm可測最大井眼可測最大井眼： 533.4 mm533.4 mm單極子發(fā)射器單極子發(fā)射器： 1 1個個偶極子發(fā)射偶極子發(fā)射器器： 2 2個個相互正交相互正交四極子發(fā)射器：四極子發(fā)射器： 1 1個個接收器接收器： 8 8組，可進行正交組，可進行正交偶極子接收偶極子接收14主要技術經(jīng)濟指標主要技術經(jīng)濟指標接收探頭間距：接收探頭間距： 15152 2mmmm儀器儀器外徑外徑： 92m

6、m92mm最大外徑最大外徑： 99mm99mm聲源聲源的工作頻率范圍的工作頻率范圍： 1kHz1kHz 14kHz14kHz最大測速最大測速： 512512m/hm/h數(shù)字化精度數(shù)字化精度： 1 14 4位位時間采樣間隔時間采樣間隔： 1010m ms s 4040m ms s儀器概況儀器概況15 接收電子線路（外殼）接收電子線路（外殼）發(fā)射聲系發(fā)射聲系隔聲體隔聲體接收聲系接收聲系發(fā)射電子線路（外殼）發(fā)射電子線路（外殼）儀器概況儀器概況16接收電路接收電路發(fā)射線路發(fā)射線路發(fā)射聲系發(fā)射聲系隔聲體隔聲體接收聲系接收聲系 儀器由發(fā)射電路短節(jié)、發(fā)射換能器短節(jié)、隔聲體儀器由發(fā)射電路短節(jié)、發(fā)射換能器短節(jié)、

7、隔聲體短節(jié)、接收換能器短節(jié)和接收控制采集電子線路短短節(jié)、接收換能器短節(jié)和接收控制采集電子線路短節(jié)五部分組成節(jié)五部分組成 ，儀器總長，儀器總長8.53米，重約米，重約300公斤。公斤。儀器總裝圖儀器總裝圖17單極方式：單極方式：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)生了縱波和橫波，由此得出縱波和橫波時差波和橫波，由此得出縱波和橫波時差 。在疏軟地層中，。在疏軟地層中，由于地層橫波首波與井中泥漿波一起傳播，因此單極聲由于地層橫波首波

8、與井中泥漿波一起傳播，因此單極聲波測井無法獲取橫波首波波測井無法獲取橫波首波 。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量速度近似地層橫波速度，解決了在疏軟地層的橫波測量問題。問題。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18原始資料質量控制原始資料質量控制1 1、波形認識：、波形認識：19原始資料質量控制原始資料質量控制20原始資料質量控制原始資料質量控制 5 5、4 4條到時曲線基本平行。近單級時差基條到時曲線基本平行。近

9、單級時差基本正確。本正確。21原始資料質量控制原始資料質量控制22一、陣列聲波測量原理一、陣列聲波測量原理二、多極子陣列聲波儀器二、多極子陣列聲波儀器三、陣列聲波資料處理三、陣列聲波資料處理四、主要用途及實例四、主要用途及實例五、結論五、結論主要內容主要內容2324P P和和S S波慢度分析波慢度分析斯通利波慢度分析斯通利波慢度分析各向異性分析各向異性分析巖石特性分析巖石特性分析能量分析能量分析裂縫分析裂縫分析裂縫高度預測裂縫高度預測砂巖含量分析砂巖含量分析孔隙度分析孔隙度分析氣體指標氣體指標裂縫指標裂縫指標滲透率分析滲透率分析地應力方位分析地應力方位分析處理解釋流程示意圖處理解釋流程示意圖2

10、5MPALreco波形恢復模塊波形恢復模塊把延遲和增益恢復到經(jīng)過濾波后的波形上把延遲和增益恢復到經(jīng)過濾波后的波形上波形恢復波形恢復26提供共發(fā)射模式下縱橫波、斯通利波的時差、到時曲線、相關系數(shù)峰值、二維提供共發(fā)射模式下縱橫波、斯通利波的時差、到時曲線、相關系數(shù)峰值、二維STCSTC相干成像相干成像圖、圖、STCSTC相關峰值等。相關峰值等。 MPALstc單一模式波形處理（共發(fā)射模式）模塊單一模式波形處理（共發(fā)射模式）模塊縱波縱波橫波橫波斯通利斯通利波波27提供共接收模式下縱橫波、斯通利波的時差、到時曲線、相關系數(shù)峰值、二提供共接收模式下縱橫波、斯通利波的時差、到時曲線、相關系數(shù)峰值、二維相干

11、成像圖等。維相干成像圖等。 MPALstcr單一模式波形處理（共接收模式）模塊單一模式波形處理（共接收模式）模塊利用二維利用二維STCSTC相干成像圖、相干成像圖、STCSTC相關峰值進一步計算模式波時差、到時曲相關峰值進一步計算模式波時差、到時曲線、相關系數(shù)峰值等。線、相關系數(shù)峰值等。 MPALlable尋找峰值工具模塊尋找峰值工具模塊將共發(fā)射模式下縱橫波、斯通利波的時差和提供共接收模式下縱橫波、斯通利波的將共發(fā)射模式下縱橫波、斯通利波的時差和提供共接收模式下縱橫波、斯通利波的時差進行井眼補償計算，獲取最終的縱橫波、斯通利波時差和到時曲線。時差進行井眼補償計算，獲取最終的縱橫波、斯通利波時差

12、和到時曲線。 MPALcom獲得最終時差模塊獲得最終時差模塊28 提供縱橫波、斯提供縱橫波、斯通利波的八道波形幅通利波的八道波形幅度曲線，計算縱橫波、度曲線，計算縱橫波、斯通利波的衰減系數(shù)斯通利波的衰減系數(shù)和相關對比時窗的結和相關對比時窗的結束位置。束位置。MPALampattu獲取波形幅度及衰減系數(shù)模塊獲取波形幅度及衰減系數(shù)模塊29 計算楊氏模量、計算楊氏模量、剪切模量、體積模量剪切模量、體積模量等巖石動、靜態(tài)彈性等巖石動、靜態(tài)彈性模量和動態(tài)泊松比等模量和動態(tài)泊松比等巖石力學參數(shù)。巖石力學參數(shù)。 MPALmechprop巖石物理參數(shù)提取模塊巖石物理參數(shù)提取模塊30MPALsandan出砂分析

13、模塊出砂分析模塊 提供有效周向提供有效周向應力、有效徑向應應力、有效徑向應力、固有剪切強度力、固有剪切強度以及泥漿比重安全以及泥漿比重安全使用窗口。使用窗口。31 提供快慢橫波時差提供快慢橫波時差曲線、百分比地層各向曲線、百分比地層各向異性與平均百分比地層異性與平均百分比地層各向異性、各向異性方各向異性、各向異性方位圖和快橫波方位曲線、位圖和快橫波方位曲線、快慢橫波波形圖、各向快慢橫波波形圖、各向異性開窗時間及關窗時異性開窗時間及關窗時間、快橫波方位統(tǒng)計圖。間、快橫波方位統(tǒng)計圖。MPALani各向異性分析模塊各向異性分析模塊3233 3435時差時差/ /相似度相似度 & &

14、首波到時首波到時/ /波形波形 36從從偶極偶極波形中波形中提取橫提取橫波時差波時差37 V = Vs (Low-frequencies) V 50% 只要CBL（聲幅）50%，不論第II界面膠結怎樣都得不到縱波否否CBL（聲幅）50%膠結差，在變密度圖上，套管波的信號強，套管波顯示為黑白相間的條紋，且條紋呈直線狀；縱波信號很弱。否否膠結中等，在變密度圖上，套管波的信號較弱，套管波的黑白相間的條紋時斷時續(xù)，黑白間的對比度降低；縱波信號較強，可見到縱波的形狀。能能膠結好，在變密度圖上，套管波的位置幾乎見不到黑白相間的條紋，基本都為白色；縱波的信號強，縱波的形狀十分明顯，形狀同對應深度的裸眼聲波時

15、差一致。能能套管井中提取縱波的條件套管井中提取縱波的條件在過套管全波資料中能否提取縱波取決于水泥膠結情況，當套管外無水泥，只有在過套管全波資料中能否提取縱波取決于水泥膠結情況，當套管外無水泥，只有泥漿時，由于套管與泥漿的聲阻抗差別太大，聲耦合不好，致使大部分聲波能量沿套泥漿時，由于套管與泥漿的聲阻抗差別太大，聲耦合不好，致使大部分聲波能量沿套管傳播，極小部分傳到地層，甚至于傳不到地層，這時套管波的幅度很大，而縱波的管傳播，極小部分傳到地層，甚至于傳不到地層，這時套管波的幅度很大，而縱波的幅度很小，甚至于看不到縱波。當水泥環(huán)與套管及地層膠結良好時，聲耦合好，聲波幅度很小，甚至于看不到縱波。當水泥

16、環(huán)與套管及地層膠結良好時，聲耦合好，聲波能量基本上傳到地層，此時套管波的幅度很小，而縱波的幅度較大，具體條件見下表能量基本上傳到地層，此時套管波的幅度很小，而縱波的幅度較大，具體條件見下表74壓裂前后的各向異性變化效果檢測林林x-xx 井壓后，日產(chǎn)油井壓后，日產(chǎn)油14.17t，水，水2.3m3，壓開高度壓開高度射孔井段75巴巴xx-xx井壓前：日產(chǎn)油井壓前：日產(chǎn)油0.81t； 壓后：日產(chǎn)油壓后：日產(chǎn)油7.09t，水，水1.59m376利用各向異性進行壓裂效果分析利用各向異性進行壓裂效果分析xx井壓裂層位為井壓裂層位為21、23號層，其各向異性成果圖反映：號層，其各向異性成果圖反映：21號層壓裂

17、效果好，且壓開了號層壓裂效果好，且壓開了19號層、號層、21號層和號層和23號號層頂部。井溫測井檢測反映為層頂部。井溫測井檢測反映為21號層壓裂效果好，溫度異常反映號層壓裂效果好，溫度異常反映18、19號層壓竄，入液點號層壓竄，入液點21號層。井溫檢測號層。井溫檢測結果與陣列聲波評價的壓裂結果基本一致。結果與陣列聲波評價的壓裂結果基本一致。776、巖石力學參數(shù)為工程提供依據(jù)、巖石力學參數(shù)為工程提供依據(jù) 利用前面得到的縱波、橫波時差，以及測量的體積密度可以利用前面得到的縱波、橫波時差，以及測量的體積密度可以計算巖力學參數(shù)，如各種模量、應力、泥漿比重、破裂壓力等項計算巖力學參數(shù)，如各種模量、應力、

18、泥漿比重、破裂壓力等項參數(shù)，這些參數(shù)為地層參數(shù)，這些參數(shù)為地層壓裂設計提供依據(jù)壓裂設計提供依據(jù)。78 2929號層試油號層試油, ,日產(chǎn)水日產(chǎn)水0.35m0.35m3 3, ,為干層為干層, ,壓裂改造壓裂改造, ,計算破裂壓力為計算破裂壓力為80-83MPa80-83MPa左右左右, ,施工破裂壓力為施工破裂壓力為77.26MPa,77.26MPa,產(chǎn)量有所增加產(chǎn)量有所增加, ,日產(chǎn)水日產(chǎn)水2.24m2.24m3 3, ,返排率為返排率為48%,48%,壓裂效果不很顯著壓裂效果不很顯著; ; 17 17、1818號層，試油日產(chǎn)油號層，試油日產(chǎn)油2.88t2.88t，水，水1.08m1.08m

19、3 3，低產(chǎn)油水層，經(jīng)壓裂改造，日產(chǎn)油，低產(chǎn)油水層，經(jīng)壓裂改造，日產(chǎn)油5.4m5.4m3 3，水，水20.83m20.83m3 3，返，返排率為排率為95%,95%,壓裂效果明顯。計算破裂壓力為壓裂效果明顯。計算破裂壓力為63-69MPa63-69MPa左右，左右，施工破裂壓力為施工破裂壓力為73.77 MPaMPa。家家xx-xxxx-xx井：為壓裂施工工藝提供依據(jù)井：為壓裂施工工藝提供依據(jù)計算：計算：80-83MPa80-83MPa施工：施工：77.26MPa77.26MPa計算：計算：63-69MPa63-69MPa施工：施工：73.77MPa73.77MPa79 理論上，最大主應力的方

20、向與快橫波方位一致，最大理論上，最大主應力的方向與快橫波方位一致，最大主應力的大小與橫波的速度有關。通過計算快橫波方位從主應力的大小與橫波的速度有關。通過計算快橫波方位從而得到最大主應力的方向。而得到最大主應力的方向。7、用橫波方位、用橫波方位指示地層最大水平應力方向指示地層最大水平應力方向80確定地層最大水平應力方向確定地層最大水平應力方向81利利 用用 各各 向向 異異 性性 進進 行行 地地 應應 力力 分分 析析利用快橫波方位可以確定主力油氣層段的地應力方向。利用快橫波方位可以確定主力油氣層段的地應力方向。829 9 0 . 1 3 9 31 92 5 01 92 5 22 5 61

21、92 6 21 92 6 81 9- 2 0 5 0- 2 0 7 5- 1 9 7 5-1950- 2 0 2 5- 2 0 5 0- 2 0 2 5- 2 0 0 0- 1 9 7 5- 1 9 5 0- 1 9 2 5- 1 8 7 5- 1 9 7 5- 2 0 0 0- 2 0 2 5- 2 0 5 0敖包加汗蘇米圖蘇7 5 區(qū)塊井位部署圖02 5 0 0 m蘇里格氣田編圖: 繪圖: 審核:1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 02 12 22 32 42 52 62 72 82 93 03 13 23 33 43 53 63 73 83

22、94 04 14 24 34 44 54 64 74 84 95 05 15 25 35 412345完鉆探井待試探井設計探井完鉆評價井待試評價井設計評價井生產(chǎn)井其他井部署井網(wǎng)等值線地震測線圖 例- 1 8 0 04 31 21 92 4 24 31 44 31 64 31 84 32 04 32 24 32 44 32 64 32 84 33 04 33 24 33 44 33 64 33 84 34 04 34 24 34 44 34 64 34 84 35 04 35 24 35 44 35 64 34 35 84 36 04 36 24 36 44 36 64 36 84 37 04

23、37 24 37 44 37 64 37 88 04 31 24 31 44 31 64 31 84 32 04 32 24 32 44 32 64 32 84 33 04 33 24 33 44 33 64 33 84 34 04 34 24 34 44 34 64 34 84 35 04 35 24 35 44 35 64 34 35 84 36 04 36 24 36 44 36 64 36 84 37 04 37 24 37 44 37 64 37 88 01 92 4 41 92 4 61 92 4 82 5 41 92 5 81 92 6 01 92 6 41 92 6 61 92

24、 7 01 92 7 21 92 7 41 91 92 5 01 92 5 22 5 61 92 6 21 92 6 81 91 21 92 4 21 92 4 41 92 4 61 92 4 82 5 41 92 5 81 92 6 01 92 6 41 92 6 61 92 7 01 92 7 21 92 7 41 91 92 4 0- 2 0 7 5- 2 0 0 0345楚耀庭工區(qū)邊界二零零八年六月華北油田勘探開發(fā)研究院公司0 6 2 1 8 9 C / 2 8 90 6 2 2 7 3 / 2 1 00 6 2 1 8 9 B / 2 8 9S 0 6 2 1 6 3 A / 2 8

25、 0S061028/2800 6 2 2 9 7 / 2 1 0S 0 8 7 0 7 9S086324BS086280BS086252BS086280AS086252AS086324A0 8 7 0 9 90 8 7 1 2 90 8 7 1 4 50 8 7 1 8 10 8 7 1 9 50 8 7 2 1 7S 0 7 7 2 8 3 A / 2 8 0S 0 7 7 2 2 5 A / 2 8 0S 0 7 7 2 0 3 A / 2 8 0S 0 7 7 2 1 3 A / S CS 0 7 7 2 5 5 A / 2 8 0S 0 7 7 2 4 7 A B C / 2 2 6S

26、 0 7 7 0 5 3 / 2 2 6 9S 0 7 7 2 7 5 / 2 8 0S 0 7 7 1 4 1 A / 2 2 6 9S076348/SCS076272/SCS076336/2269S076302/280S076244/2269S076272/SCS 0 7 7 0 5 3 / 2 2 6 9S 0 8 7 0 7 90 8 7 0 9 9S 0 7 7 1 1 1 / 2 1 1 70 8 7 1 2 90 8 7 1 4 5S 0 7 7 1 4 1 A / 2 2 6 9S 0 6 2 1 6 3 A / 2 8 00 8 7 1 8 10 8 7 1 9 5S 0 7

27、 7 2 0 3 A / 2 8 00 8 7 2 1 7S 0 7 7 2 1 3 A / S CS 0 7 7 2 2 5 A / 2 8 0S 0 7 7 2 5 5 A / 2 8 0S 0 7 7 2 4 7 A B C / 2 2 60 6 2 2 7 3 / 2 1 00 6 2 2 9 7 / 2 1 0S 0 7 7 2 8 3 A / 2 8 0S 0 7 7 2 7 5 / 2 8 0- 2 0 0 0- 2 0 2 5L 0 0 8 7 9L 0 0 9 4 3 BL 0 0 9 8 5 WL 0 1 7 7 5L 0 1 8 8 9 WL 0 1 9 1 9L 0 1

28、 9 3 5L 0 1 9 5 3 WL 0 1 9 6 5L 0 1 9 7 7S 0 6 2 0 7 5 / 2 8 0 S 0 6 2 0 7 5 / 2 8 0 S 0 6 2 1 0 7 / 2 8 0 S 0 6 2 1 0 7 / 2 8 0 L 0 1 7 7 5S 0 7 7 1 1 1 / 2 1 1 7S 0 7 7 0 8 3 / 2 1 1 7S 0 7 7 0 8 3 / 2 1 1 7蘇1 0 0蘇7 3蘇1 0 3蘇7 5蘇8 3蘇9 7蘇9 8蘇7 0蘇9 5蘇1 0 2蘇1 0 4蘇5 2蘇7 5 - 1 3蘇7 5 - 2蘇7 5 - 3蘇7 5 - 4蘇7 5 - 5蘇7 5 - 9蘇5 4蘇5 7蘇8 2蘇7 1鄂1 1蘇6 9蘇8 1伊9蘇3 2蘇7 5 - 1 8蘇7 5 - 1 7蘇7 5 - 1 5蘇7 5 - 1 6蘇7 5 - 1 4蘇7 5 - 1 1蘇7 5 - 1 2蘇7 5 - 1蘇7 5 - 1 9蘇7 5 - 2 0蘇7 5 - 1 0蘇7 5 - 8蘇7 5 - 7蘇7 5 - 6 利用六臂地層傾