正交偶極橫波測(cè)井

7.正交偶極聲波測(cè)井7.1正交偶極聲波測(cè)井儀器1678MAReceiverMandrel(XMAC)MAC1668MAReceiverMandrel圖22偶極聲波測(cè)井儀器探頭（下）和正交偶極聲波測(cè)井儀器（上）探頭比較7．2各向異性和橫波割裂物理性質(zhì)隨方向而變的介質(zhì)稱(chēng)為各向異性介質(zhì)。對(duì)于均勻各向異性介質(zhì),一個(gè)主軸方向就是物理性質(zhì)不發(fā)生轉(zhuǎn)變的方向（例如，在此方向上彈性波傳播速度是常數(shù)）.正交各向同性地層可以由三個(gè)彼此垂直的主軸方向描述.物理性質(zhì)僅隨方位方向而變的介質(zhì)稱(chēng)為方位各向異性介質(zhì)（TI介質(zhì)）。如圖23所示，各向同性撓曲模式波從各向同性介質(zhì)進(jìn)入方位各向異性介質(zhì)，將割裂成兩個(gè)撓曲模式波。兩種模式波的極化（偏振方向）是正交的,且平行于方位各向異性介質(zhì)的主軸方向。每一個(gè)撓曲波以不同的速度傳播：即快波（FP）、慢波（SP）.利用正交偶極子測(cè)井儀器咱們可以肯定正交各向同性地層的水平主軸方向。理想情況下,應(yīng)用正交偶極子測(cè)井時(shí)，假設(shè)其中一個(gè)主軸平行井軸.主平面（對(duì)稱(chēng)面）是跨越一對(duì)主軸的平面.若是一個(gè)主平面是各向同性,即在這個(gè)平面上的任何一個(gè)方向都是主軸方向，咱們就說(shuō)它是方位各向異性地層（TI地層）。理想情況下，含垂直裂痕系統(tǒng)的地層，即裂痕面平行于井軸，類(lèi)似于TI介質(zhì)（這時(shí)裂痕面是各向同性面），聲波在沿井軸方向傳播就類(lèi)似于在TI地層中傳播。但是，在實(shí)際中有多種地質(zhì)特征致使聲波在這些介質(zhì)中傳播類(lèi)似于在正交各向同性或TI介質(zhì)中傳播（見(jiàn)圖23）.垂直TI介質(zhì)中的橫波割裂是方位各向異性地層中的偶極橫波測(cè)井的理想模型.儀器激發(fā)的偶極橫波將割裂成兩個(gè)沿井軸傳播的快波和慢波。圖23橫波割裂紅色軸表示快主軸藍(lán)、色軸表示慢主軸.極化（振動(dòng)方向）就是軸的方向.藍(lán)色平面是裂痕平面.引發(fā)橫波割裂的地質(zhì)特征：1.裂痕（裂痕系統(tǒng)）,垂直或準(zhǔn)垂直.2.構(gòu)造活動(dòng)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)主應(yīng)力3.地層層面不垂直于井軸.7.3各向同性介質(zhì)、TI介質(zhì)中的撓曲模式波測(cè)量ShearWaveSplittinginAntsotropicMediumFlexuralWavesinIsotropicand

TransverselyIsotropic(TI)MediaTIformationIsotropicformationTIformationIsotropicformation圖24各向同性介質(zhì)、TI介質(zhì)中的撓曲模式波測(cè)量各向同性地層：X發(fā)射X接收(XX):測(cè)量一個(gè)速度為c的水平極化橫波Y發(fā)射Y接收(YY):測(cè)量一個(gè)速度為c的水平極化橫波X發(fā)射Y接收(XY):除噪聲什么都測(cè)不到Y(jié)發(fā)射X接收(YX):除噪聲什么都測(cè)不到正交各向同性/TI地層(X和Y別離與主軸xl'和x2'—致)X發(fā)射X接收(XX):測(cè)量一個(gè)速度為cl的水平極化橫波(X1'方向)X發(fā)射X接收(XX):測(cè)量一個(gè)速度為c2的水平極化橫波(X2'方向)X發(fā)射Y接收(XY):除噪聲什么都測(cè)不到Y(jié)發(fā)射X接收(YX):除噪聲什么都測(cè)不到當(dāng)X和Y方向別離與xl'和x2'不平行.將會(huì)測(cè)到兩個(gè)主橫波四個(gè)分量(XX,YY,XY和YX)的疊加，測(cè)量的速度在c1和c2之間.4-CCrossDipoleDataVYest&rnAtlas-VYest&rnAtlas-圖25TI介質(zhì)中的撓曲模式波測(cè)量的（個(gè)分量。XMAC儀器與MAC相較，就單極測(cè)量來(lái)講，是一種更好的儀器，對(duì)于偶極測(cè)量更是如此.因?yàn)閄MAC設(shè)計(jì)的接收器固定的安裝在儀器心軸上，與儀器的心軸是去耦的,因此比MAC相較有更好的信噪比.常規(guī)MAC偶極測(cè)井時(shí)常常出現(xiàn)的儀器模式對(duì)于XMAC已不復(fù)出現(xiàn).利用XMAC技術(shù),可以取得高質(zhì)量的橫波慢度，最大可達(dá)到1100us/ft.這樣,使聲波偶極測(cè)井的應(yīng)用擴(kuò)展到所有慢地層范圍。7.4正交偶極子測(cè)井資料處置常規(guī)處置：各向異性和快波角度?旋轉(zhuǎn)四分量數(shù)據(jù)到地層的主軸方向，則能量交叉最小方位角指明快行波和慢行波方向（Alford旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)）.?對(duì)旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)直波型（主波）進(jìn)行速度分析，肯定快慢橫波、各向異性參數(shù)（肯定快慢橫波的方向）.常規(guī)處置的缺點(diǎn)：若是各向異性（快慢波速度不同）超過(guò)速度分析的誤差總和時(shí)，這種方式將不能湊效，在各向異性不顯著的情況，兩個(gè)慢度比較接近時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)將慢波方向指示成快波方向，反之亦然；角度的多解性。圖25清楚的示范了常規(guī)處置方式的缺點(diǎn)。給出快橫波和慢行波（主波）的誤差橢圓圖（紅色），處置后所肯定的慢度（白色星狀）可能比真正的慢度大或小.因此在這種情況下，導(dǎo)出的快橫波慢度比真快橫波慢度大，比處置肯定的慢行波慢度大（如圖所示），是咱們將快波角指示為慢橫波角，反之亦然.

Drawbackconventionalprocessing:AngleAmbEguityFII◎Trues!smi2cs&母一dr■SlowFronaslowuessaadyses母一dr■Slow圖25常規(guī)處置的缺點(diǎn)改良處置方案：?旋轉(zhuǎn)四分量數(shù)據(jù)取得每一個(gè)接收器的兩個(gè)主波；?利用所有接受信號(hào)聯(lián)合，對(duì)第m個(gè)接受器的慢主波（SP）時(shí)移去匹配第n個(gè)接收器的快主波（FP）；?針對(duì)不同角度和各向異性參數(shù)重復(fù)上述進(jìn)程，疊加所有接受器信號(hào)，使時(shí)移的SP波和FP波之間的殘差極小化；?對(duì)一個(gè)波行平移后，取兩個(gè)波形的差值再取平方，然后對(duì)所有接受器上的波形求和，在整個(gè)時(shí)間窗積分（見(jiàn)圖26）。Cross-Dipoleinversionanalysisg'(t)=u(t)cos20+sin0cos0\u111122122g'(t)=u(t)sin20—sin0cos0lu(t)+u(tJ+u(t)cos202 11 12 21 22ShiftFPwaveovertime?toobtainSPwaveg'(t)ShiftFPwaveovertime?toobtainSPwaveg'(t)丈g,'(t-T)T=Asz-(n—m)Azsm 2As=s—s21g](f)，g；(t)(n-m)QZRNRn紅±__*口Rm匚R1圖26正交偶極子測(cè)井資料反演分析X-DipoleProcessingTheGlobalSolution正交偶極反演分析注意g'i(t)和g'2(t)在快主波角度e=%+(冗⑵鏡象互換，因?yàn)?c兀 Ccos(e+—)=-sin(0)c兀 Csin(0+—)=cos(0)首先咱們聯(lián)立四分量數(shù)據(jù)取得快和慢主波g'1(t)和g'2(t)?你可以看到，這個(gè)進(jìn)程是兩個(gè)相關(guān)的。對(duì)于特定咱們移動(dòng)在接收器m的快主波取得在接收器n的慢主波。顯然，咱們必需在正時(shí)間J移動(dòng)它.它可以按如下方式計(jì)算：若是咱們假定從源向前的橫波出現(xiàn)割裂,這樣在接收器m中兩個(gè)橫波之間將會(huì)有一個(gè)延遲Jl=Aszm.但是，該延遲降低(J2)，因?yàn)樵蹅儑L試移動(dòng)接收器m處的快主波去取得接收器n處的慢主波.若是咱們用s2表示慢主波的慢度，顯然，咱們有J2=(n-m)Azs2.結(jié)果,咱們有J=J1-J2.在移動(dòng)以后，咱們?nèi)蓚€(gè)波形差的平方，重復(fù)這個(gè)進(jìn)程，對(duì)所有接收器求和，疊加這些結(jié)果并在整個(gè)時(shí)間窗積分得出一個(gè)殘差值。這就是說(shuō)在每一個(gè)測(cè)井深度點(diǎn)，對(duì)特定的慢度差A(yù)s和慢主波的慢度S2,咱們將由此計(jì)算進(jìn)程輸出一個(gè)殘差值。但是，慢橫波慢度可以用e和慢度差A(yù)s表示，因此，求殘差最小值的進(jìn)程僅依賴(lài)于兩個(gè)變量0和慢度差A(yù)s。圖27是各向異性和快波角度為變量的誤差函數(shù)形態(tài)圖的例子。形態(tài)圖僅限定于正的各向異性，因此全局最小值可以肯定的指定快橫波方向。局部最小值是波形移動(dòng)進(jìn)程的人為現(xiàn)象，是g'1(t)和g'2(t)在e=e0+90鏡象互換的結(jié)果，因?yàn)樵蹅兝鲜窃谙嗤姆较蛏弦苿?dòng)，漏掉了一些周期，這使得殘差值增大。常規(guī)處置方式與反演處置技術(shù)的對(duì)比：圖28清楚地表明：在各向異性不顯著區(qū)域,與常規(guī)處置方式相較，依據(jù)反演的處置技術(shù)就角度的穩(wěn)定性來(lái)講，效果好。ConventionalprocessingversusWALS'processing圖28常規(guī)處置方式與反演處置技術(shù)的對(duì)比圖29正交偶極測(cè)井處置結(jié)果和質(zhì)量控制指示即??處置時(shí)窗和波形重疊顯示快慢波割裂圖28常規(guī)處置方式與反演處置技術(shù)的對(duì)比圖29正交偶極測(cè)井處置結(jié)果和質(zhì)量控制指示即??處置時(shí)窗和波形重疊顯示快慢波割裂,數(shù)據(jù)擬合殘差比較,相對(duì)儀器方位的快橫波方位.77．6正交偶極測(cè)井的應(yīng)用?裂痕評(píng)估?套管井壓裂效果（硬地層）評(píng)估?現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力評(píng)估（砂巖地層）嚴(yán)曲磯見(jiàn)?、纭矨nisotropyMap、㈤嚴(yán)曲磯見(jiàn)?、纭矨nisotropyMap、㈤itFastAZ=FracStrikeFractureIntensity=Anisotropy5700'5725'5750'圖31正交Animagepresentationcombininganisotropyanditsazimuth圖30正交偶極測(cè)井處置結(jié)果和質(zhì)量控制指。幅度可以由色彩中的亮區(qū)域肯,定方位可以從北極開(kāi)始,在360度范圍內(nèi)測(cè)量.標(biāo)記范圍的平均值由玫瑰圖指示（第四道）。正交偶極測(cè)井裂痕分析若是各向異性是由定向裂痕引發(fā)的,那么正交偶極分析的快橫波方位與裂痕的走向相關(guān),且各向異性幅度指示裂痕密度.FractureAnalysisFromCross-dipoleLogging

GrF50FastShearWaveDtsAnisotropyPre/Post40%FullScale25063006500CrossDipoleThroughCasingFindsFracAzimuthandGrF50FastShearWaveDtsAnisotropyPre/Post40%FullScale25063006500CrossDipoleThroughCasingFindsFracAzimuthandExtent:(PreAndPostFracComparison)FastshQCPre/Postplot圖32正交偶極測(cè)井在套管井中肯定裂痕方位和延伸范圍過(guò)套管正交偶極測(cè)井肯定裂痕方位和延伸范圍（圖32壓裂前后處置比較）:若是套管與地層膠合得較好,正交偶極儀器可以從套管井肯定地層的各向異性,這樣就提供了一種在套管井中評(píng)估壓裂效果的方式。這種各向異性測(cè)井可以尋覓裂痕的垂直延伸,利用快橫波方位肯定地層中的裂痕方位.在這個(gè)例子中，從目的層的上下射孔段進(jìn)行壓裂（射孔段的位置標(biāo)記在第四道），壓裂以后,從下射孔段注入放射性同位素示蹤劑.第一道顯示注入前后伽馬測(cè)井曲線（注入前用黃色曲線表示,注入以后用紅色表示）,二者之間的不同表明裂痕從底部開(kāi)始延伸。正交偶極子各向異性曲線顯示在第五道（注入前用黃色曲線表示,注入后用紅色表示）,它們的不同是由壓裂引發(fā)的，各向異性幅度測(cè)量裂痕密度。實(shí)際上曲線確實(shí)顯示,在兩條伽馬曲線不同消失的地方,各向異性曲線達(dá)到最小值。這暗示著從底部伸長(zhǎng)的裂痕在這里被停止（一個(gè)可能的屏障）,上部的各向異性是由上部射孔段進(jìn)行壓裂造成的。圖33應(yīng)力引發(fā)的橫波速度在井眼周?chē)霓D(zhuǎn)變地層中的非平衡應(yīng)力與井眼壓力一路,產(chǎn)生了井眼周?chē)臋M波速度轉(zhuǎn)變.這種速度轉(zhuǎn)變可以用聲波測(cè)井測(cè)量,進(jìn)而肯定地層應(yīng)力。應(yīng)力-速度模型的數(shù)值模擬表明:快橫波方位沿著最大應(yīng)力方向,慢橫波方位沿著最小應(yīng)力方向。各向異性割裂可使咱們能夠測(cè)量應(yīng)力的不同.利用正交偶極測(cè)井是肯定地層應(yīng)力的重要的大體手腕.

MonopoleShearSplitting:AStressIndicationMonopoleShearSplitting:AStressIndication圖34單極橫波割裂:一種應(yīng)力指示，應(yīng)力引發(fā)的各向異性Stress-inducedanisotropy

(Cross-dipoleresultsinsand/shale)FastWaveSLOWVs20003000SlowWaveMaxStressAzimuthWALS9712005.28anisotropyX60DEPTGR0-200Shalenostress-inducedx81AVE_ANIS30180(deg)AVERAGE]ANISOTROPYFastWaveSLOWVs20003000SlowWaveMaxStressAzimuthWALS9712005.28anisotropyX60DEPTGR0-200Shalenostress-inducedx81AVE_ANIS30180(deg)AVERAGE]ANISOTROPY3700^MeasureofStressDifference圖35正交偶極測(cè)井測(cè)量的應(yīng)力致使各向異性的例子圖35是正交偶極測(cè)井測(cè)量的應(yīng)力致使各向異性的例子（砂泥巖地層的交叉偶極子測(cè)井結(jié)果）這種各向異性在砂巖中意義重大,但在泥巖中不出現(xiàn).各向異性結(jié)果給出最大應(yīng)力方位,各向異性幅度提供地層剪切應(yīng)力（或應(yīng)力不同）的測(cè)量。

ALS9,StressEstimationIndicationofstressandrelatedrockdeformationIndicationofstressandrelatedrockdeformation2005.29圖36 ALS9,StressEstimationIndicationofstressandrelatedrockdeformationIndicationofstressandrelatedrockdeformation2005.29圖36 應(yīng)力評(píng)估EstimationofMaxandMinstressdifference應(yīng)力評(píng)估圖36正交偶極測(cè)井曲線可以聯(lián)合橫波速度資料給出應(yīng)力指示參數(shù)（第二道）。指示參數(shù)是剪切應(yīng)力幅度和巖石形變的聯(lián)合效應(yīng)。指示參數(shù)對(duì)應(yīng)力敏感,在砂巖中顯示高值,在穿過(guò)剪切應(yīng)力層顯示低值（見(jiàn)第一道GR曲線）。利用各向異性也可以肯定地層的應(yīng)力不同（第三道）CrossDipole&In-situStress(MaxstressAZfromminifracagreeswithfast-shearAZ)RockModulliAnisotropyAzimuthalShear, BoreholeImageBoreholeImageRockModulliAnisotropyAzimuthalShear, BoreholeImageBoreholeImage0-10%ScaleAnisotropyMap0Young's20 Pre-Frac Post-FracDTSF/S0 360Poisson's 0 3600 360圖37正交叉偶極子與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力圖37顯示正交偶極測(cè)井肯定水壓裂前的快橫波方位為51度。壓裂后最大應(yīng)力方位為46度,與偶極測(cè)量結(jié)果肯定的應(yīng)力方向符合得很好。FlowChart:Cross-DipoleProcessingInput/Output：?I/OXTF-files,CurvesInput/Output：?I/OXTF-files,Curves?SelectToolOPTIONALProcessingParametersPoordataquality:?SwapX&Y(ifnoinputDTSisused.?UseinputTravelTimecurve?UseinputDTSZoneable?Selectfreq.filtertoobtainshe