交叉偶極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)介紹XMAC

(一)、正交偶極子陣列聲波測(cè)井（XMAC-II）原理ECLIPS—5700測(cè)井系統(tǒng)中的交互式多極子陣列聲波儀（XMAC-II）是將一個(gè)單極陣列錄XX、XY、YX、YY4個(gè)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（二）、正交偶極子陣列聲波資料的處理和斯通利波的提取及其時(shí)差計(jì)算、巖石物理參數(shù)計(jì)算、巖石機(jī)械特性分析等。測(cè)陣列接收器中相關(guān)的波至，并估算它們的慢度。小和橫波慢度。對(duì)硬地層來說這種校正量很小，但對(duì)大井眼軟地層來說這種校正量可能達(dá)到根據(jù)提取的縱橫波時(shí)差、常規(guī)密度曲線及其它資料計(jì)算的孔隙度并利用巖石特性分析模塊計(jì)算縱橫波速度比、泊松比、體積模量、切變模量和楊氏模量等巖石物理參數(shù)。利用上面計(jì)算的巖石力學(xué)參數(shù)、常規(guī)分析計(jì)算的泥質(zhì)體積、泥漿性能等參數(shù)計(jì)算各項(xiàng)1、泊松比(σ)計(jì)算公式:2、楊氏模量（E）又稱縱向彈性模量，就是張應(yīng)力與張應(yīng)變之比，它量度巖石的抗張應(yīng)力。3、切變模量(μ)是剪切應(yīng)力與切變角之比，它量度巖石抗切應(yīng)力。DEN224、體積彈性模量（k）和體積壓縮系數(shù)（CB）體積壓縮系數(shù)與體積彈性模量互為倒數(shù)關(guān)系。2單軸抗壓強(qiáng)度表示巖石抵抗外力壓性破壞的能力，它的大小與巖石的楊氏模量、泥質(zhì)固有剪切強(qiáng)度表示巖石抵抗剪切破壞的能力，它的大小與單軸抗壓強(qiáng)度及體積壓縮系它是作用在地層孔隙空間里的流體上的壓力。地層壓力有正常地層壓力和異常地層壓常地層壓力的形成是多方面的，有快速不平衡欠壓實(shí)沉積，地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，孔隙流體膨脹，烴類的裂解等諸多因素。目前多見到的異常高壓地層一般都是不平衡欠壓實(shí)沉積形成的。在根據(jù)測(cè)井資料，采用聲波時(shí)差等效深度法計(jì)算地層壓力是用來檢測(cè)因不平衡欠壓實(shí)沉積形成地層異常高壓的有效方法，該方法適用范圍為砂泥巖剖面。DEP=A·LOG（DT）+B趨勢(shì)線方程確定以后，根據(jù)任一點(diǎn)的聲波時(shí)差值，就可計(jì)算該時(shí)差的等效深度。對(duì)變大，這樣，地層就由于欠壓實(shí)而形成了異常高壓。pa由于該技術(shù)只適用于砂泥巖剖面，并且有較多的限制因素，因此對(duì)較復(fù)雜的地質(zhì)剖面氣、水）的總重量引起的。當(dāng)有密度測(cè)井資料時(shí)，可由密度曲線積分求得：00地應(yīng)力簡(jiǎn)稱地殼內(nèi)的應(yīng)力，它是地殼固體介質(zhì)受重力、各地球構(gòu)造力和天文動(dòng)力以及探掘工程附加動(dòng)力的作用，在介質(zhì)內(nèi)部單元引起響應(yīng)變形的力學(xué)參數(shù)。用到最大水平地應(yīng)力、最小水平地應(yīng)力、水平地應(yīng)力方向三個(gè)地質(zhì)概念。巖石在垂向應(yīng)力作用外，還受地層孔隙壓力、構(gòu)造應(yīng)力作用。地層中若不存在構(gòu)造應(yīng)力時(shí)為各向同性地層，此時(shí)水平地應(yīng)力相同，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力存在時(shí)，水平地應(yīng)力將變?yōu)楦飨虍愋?。獲取地應(yīng)力的方法有多種，如聲發(fā)射凱塞效應(yīng)法，現(xiàn)場(chǎng)水力壓裂試驗(yàn)法，測(cè)井資料計(jì)算的井眼崩落法等。利用測(cè)井資料計(jì)算地應(yīng)力使用成本較低，計(jì)算速度快，顯示井段長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果較準(zhǔn)確，具有其它方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。下面簡(jiǎn)要介紹利用測(cè)井資料計(jì)算地應(yīng)力方向①地應(yīng)力大小0/有效應(yīng)力系數(shù)α根據(jù)巖石的體積壓縮系數(shù)和骨架的體積壓縮系數(shù)計(jì)算，其數(shù)值大于0由雙井徑測(cè)井曲線可近似計(jì)算不平衡構(gòu)造因子，根據(jù)式6-8計(jì)算的最小水平主應(yīng)力及不平衡構(gòu)造因子計(jì)算最大水平主應(yīng)力。根據(jù)最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)算地應(yīng)力差。②地應(yīng)力方向地下不同地質(zhì)時(shí)期形成的各種巖石，都具有一定的強(qiáng)度，因此在地殼應(yīng)力場(chǎng)的作用下，垂直于井軸的橫向截面上處于兩個(gè)水平應(yīng)力的壓力作用及鉆井液的張應(yīng)力作用。根據(jù)力的疊加原理，井壁上的應(yīng)力狀態(tài)用下式表示：mθθ—相對(duì)于最大水平主應(yīng)力方向的逆時(shí)針方位角。受的應(yīng)力最小，此時(shí)切向應(yīng)力值為：m顯然，橢園井眼的短軸方向即為最大水平主應(yīng)力方向。井眼崩落橢園的測(cè)量是由四臂或六臂地層傾角測(cè)井儀直接測(cè)量的。測(cè)井是在電纜提升園井眼的長(zhǎng)軸及短軸。再結(jié)合一號(hào)極板測(cè)量的方位，就可判斷出最大水平主應(yīng)力方向。就會(huì)使地層破裂，這時(shí)的壓力值就稱這個(gè)地層的破裂壓力。地層破裂往往是由于井內(nèi)鉆井液由（6-10）式可知，在最大水平主應(yīng)力方向受到較小的切向應(yīng)力。進(jìn)而可知當(dāng)液柱壓力Pm增大時(shí)，在這個(gè)方向上將受到較大的拉伸力。式6-10所示為總切向應(yīng)力，設(shè)有效切θm設(shè)巖石的抗拉強(qiáng)度為St,并且與切向應(yīng)力方向相反。當(dāng)Pm增大，且有效切向應(yīng)力值等于或超過巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，地層則破裂，即：tmt分之一，因此它由抗剪強(qiáng)度近擬計(jì)算。油氣生產(chǎn)時(shí)，巖石若發(fā)生了剪切破壞，就會(huì)出砂，它反映了巖石的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。設(shè)一般情況下出砂指數(shù)高不易出砂，出砂指數(shù)低則易出砂。較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)層的地層壓力系數(shù)以便選用適當(dāng)?shù)你@井液相對(duì)密度。2、確定井身設(shè)計(jì)中是否需下技術(shù)套管根據(jù)地層破裂壓力梯度和孔隙壓力梯度，可確定井身設(shè)計(jì)中是否需要下技術(shù)套管及技術(shù)套管的下深。從防噴防漏的角度考慮，當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫μ荻刃∮诘貙悠屏褖毫μ荻葧r(shí)選用適當(dāng)?shù)哪酀{密度鉆井過程中不用下技術(shù)套管。當(dāng)高壓地層的孔隙壓力梯度接近或大于上部地部非高壓層壓壞，鉆井中發(fā)生井漏或儲(chǔ)層被壓死情況。3、分析裂縫形態(tài)根據(jù)地層破裂壓力梯度及上覆壓力梯度，可分析井下壓裂后的裂縫形態(tài)。若地層破裂梯度，地層壓裂時(shí)形成水平裂縫。4、井下壓裂施工參數(shù)的確定當(dāng)?shù)貙訅毫押笮纬纱怪绷芽p時(shí)，裂縫的長(zhǎng)度和高度是楊氏模量、切變模量、泊松比、壓裂液排量、粘度等的函數(shù)。根據(jù)壓裂目的及已知的巖石力學(xué)參數(shù)、井下壓裂工程可確定壓根據(jù)出砂指數(shù)，可預(yù)測(cè)產(chǎn)層在產(chǎn)液過程中是否出砂、以便及時(shí)采取防砂措施。經(jīng)驗(yàn)表明，出砂指數(shù)小于1.4×104Mpa時(shí)地層在產(chǎn)液過程中會(huì)出砂，當(dāng)出砂指數(shù)大于2.0×104Mpa時(shí)，地層不會(huì)出砂，當(dāng)出砂指數(shù)介于二者之間時(shí)，地層出少量砂。6、油氣運(yùn)移規(guī)律研究根據(jù)地應(yīng)力資料，地質(zhì)研究人員可進(jìn)行砂層走向，油氣運(yùn)移規(guī)律的研究。地應(yīng)力是油壓應(yīng)力區(qū)運(yùn)移，最大水平主應(yīng)力方向是油氣運(yùn)移，滲流的主方向。7、分析套變情況根據(jù)水平最大及最小主應(yīng)力差，可確定井下套管能否發(fā)生形變及發(fā)生形變的位置。8、判斷裂縫高度的延伸方向在沿井軸方向的垂直剖面上，地應(yīng)力大小是不一樣的，一般情況下，泥巖的地應(yīng)力大穿透。如果能穿透，將出現(xiàn)剖面上的水竄或氣竄，造成油水（氣）關(guān)系復(fù)雜甚至油田開發(fā)的響施工參數(shù)、施工規(guī)模及壓裂設(shè)計(jì)及施工，也影響壓裂方式及壓裂增產(chǎn)效果等。因此，在低10、射孔方位的確定在天然裂縫發(fā)育的低滲透油田，射孔孔眼方位應(yīng)平行于最大水平主應(yīng)力方向。因?yàn)槠胶庥谧畲笏街鲬?yīng)力方向的射孔孔眼方位有利于水力壓裂的施工，有利于提高壓裂后的油井11、分析井眼穩(wěn)定性根據(jù)地應(yīng)力和巖石力學(xué)參數(shù)，可分析鉆井過程中井壁的穩(wěn)定性。由于地層某深處的垂向主應(yīng)力、水平主應(yīng)力、地層孔隙壓力、巖石的泊松比等都是固有的，當(dāng)井眼鉆開后，應(yīng)力在井眼出現(xiàn)新的不平衡，這就需用適當(dāng)?shù)你@井液對(duì)井眼周圍應(yīng)力重新平衡。鉆井液密度若選免會(huì)發(fā)生井眼失穩(wěn)現(xiàn)象。12、確定水平井鉆進(jìn)方向水平井水平部分的鉆進(jìn)方向與水平最小主應(yīng)力方向平行最好，它不僅有利于鉆井井孔采油率。13、確定注水開發(fā)布井方案最大主應(yīng)力方向就是水力壓裂后裂縫的方向，采油開發(fā)人員可提出注水開發(fā)布井的合采油率，避免含水上升快，油井強(qiáng)性水淹的不良現(xiàn)象。（五）、正交偶極子陣列聲波處理成果圖件介紹正交偶極子陣列聲波測(cè)井資料處理后所提交的圖件包括：第一道：自然伽馬單位API；第四道：縱波時(shí)差單位μs/ft；橫波時(shí)差單位μs/ft；斯通利波時(shí)差單位μs/ft；第五道：縱、橫波波速比。第一道：自然伽馬單位API；第二道：?jiǎn)螛O模式全波列波形顯示；第三道：深度，單位米；第一道：自然伽馬單位API；第二道：交叉偶極模式XX軸波形圖；第三道：深度，單位米；第一道：自然伽馬單位API；平均百分比地層各向異性單位%；第四道：快橫波方位各向異性成象圖；第五道：快橫波方位角單位度；第二道：快橫波慢度單位：μs/ft；慢橫波慢度單位：μs/ft；第三道：快橫波波形單位：μs；慢橫波波形單位：μs；計(jì)算各向異性開窗時(shí)間單位：μs；計(jì)算各向異性關(guān)窗時(shí)間單位：μs；第四道：百分比地層各向異性單位%；平均百分比地層各向異性單位%；第一道：深度，單位米；第二道：最大主應(yīng)力方向單位：度；第五道：巖性分析（六）、正交偶極子陣列聲波測(cè)井應(yīng)用處理后的陣列聲波測(cè)井資料提供了準(zhǔn)確的縱波時(shí)差、橫波時(shí)差、斯通利波時(shí)差及大量理論上，利用縱橫波速度比可以大致確定地層的巖性，一般情況下，縱橫波速度比ratio）也是巖性的一個(gè)表征，砂巖泊松比的標(biāo)準(zhǔn)利用偶極子陣列聲波測(cè)井技術(shù)評(píng)價(jià)裂縫主要的方法有三種：一是利用斯通利波反射參 字形顯示；三是可以利用縱、橫、斯通利波的幅度衰減直觀的判斷裂縫發(fā)育帶，前提是結(jié)合常規(guī)資料剔除泥巖、大井眼的影響，因?yàn)槟鄮r、大井眼同裂縫一樣也不同程度能造成三類波根據(jù)MAC獲取的縱、橫波信息結(jié)合常規(guī)測(cè)井資料、井下試油資料，建立合理的計(jì)算在準(zhǔn)確地計(jì)算出上述巖石力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用、借助聲電成象及其它常規(guī)測(cè)井資量確定井眼穩(wěn)定性。在具有各向異性地層中XMAC-II儀器采集到的橫波可以分離成快橫波和慢橫波，快橫進(jìn)而用快橫波方位來確定裂縫及地應(yīng)力引起的各向異性，并且結(jié)合井眼成象資料判斷地層各向異性的影響因素。地層中的氣體使縱波速度降低，但對(duì)橫波的影響很小，高孔隙度氣飽和的砂巖具有異學(xué)家識(shí)別與含氣有關(guān)的幅度異常。7.1巖性特征分析以川東北地區(qū)為例，巖性主要是砂泥巖、碳酸鹽巖，統(tǒng)計(jì)表明(圖1)砂巖儲(chǔ)層縱、橫波速度比主要在1.5－1.8之間；灰?guī)r儲(chǔ)層縱、橫波速度比主要在1.8-2.0之間；白云巖儲(chǔ)層縱、橫波速度主要在1.7-2.0之間。因受井況、泥質(zhì)含量、孔隙度等影響提取時(shí)差均與理論值有所偏差,同時(shí)相互比較也可以看出砂泥巖地層和碳酸鹽巖地層時(shí)差特征有明顯的不同。7.2氣層的識(shí)別由于縱波為壓縮波，在氣體中能夠傳播，當(dāng)儲(chǔ)層含氣時(shí)會(huì)使縱波能量得到有效地衰減，在1.5左右，縱波幅度降低，波形及能量有較大衰減，為典型氣層響應(yīng)。該井段中途測(cè)試曾獲日產(chǎn)氣56202方，這也驗(yàn)證了利用多極子陣列聲波測(cè)井判斷氣層的有效性。7.3定性判斷裂縫發(fā)育井段典型的縱向波，按“壓縮模式”傳播，波的傳播方向與質(zhì)點(diǎn)位移方向平行，在測(cè)量過程中縱增大。橫波是一種典型的橫向波，按“剪切模式”傳播，即波的傳播方向垂直于質(zhì)點(diǎn)的位移而增加，另外其衰減程度與裂縫的充填物質(zhì)有關(guān)，當(dāng)裂縫為有效裂縫，其內(nèi)充填物為流體，阻抗的數(shù)值影響不大，相應(yīng)的衰減幅度也較小，由此可以判斷儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的有效性。較致密，僅發(fā)育少量誘導(dǎo)縫；4790－4804米段，聲波能量幅度明顯變低，波形衰減明顯，成像圖顯示裂縫非常發(fā)育。而井徑曲線顯示該井段井眼狀況非常好，故聲波的衰減主要是由7.4各向異性分析速度的各向異性。百分比各向異性就定義為快慢橫波能量或速度之差與快慢橫波能量或速度確定裂縫及地應(yīng)力引起的各向異性，并且結(jié)合井眼成象資料判斷地層各向異性的影響因素。向異性方位與成像誘導(dǎo)縫確定的地應(yīng)力方向有很好的一致性；而灰?guī)r地層各向異性方向往往代表了裂縫的發(fā)育方向，圖5所示各向異性方向與裂縫發(fā)育方向有很好的一致性。建立解釋模型來計(jì)算泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量等巖石力學(xué)參數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步可以計(jì)算破裂壓力、初始剪切強(qiáng)度、有效切向、徑向應(yīng)力等巖石機(jī)械特性參數(shù)。這些基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確確定對(duì)井壁穩(wěn)定性研究以及壓裂高度預(yù)測(cè)具有重大的