04声波全波列测井

声波全波列测井 一、声波全波列测井的几何横型及典型全波列波形: 声波全波列信息: 有纵波、横波(属于体波)、还有伪瑞利波和斯通利波(属于导波),对于快速地层(地层横波速度大于井内流体声速)。在全波列信息中,初至波是地层纵波,其幅度较小,频率较高,在纵波之后是地层横波波至。由于伪瑞利波的影响,横波部分幅度较大,最后到达的大幅度低频波是斯通利波,这是一种沿井壁与井内流体之间传播的导波,速度比井内流体声速略低。低频斯通利波又称为管波。 对于慢速地层(地层横波速度小于井内流体声速),难以看到以临界折射方式传播的横波。 体波的主要特征是: 在地层中传播,幅度存在几何扩散。速度没有频散现象,有一系列共振频率。在均匀各向同性的弹性介质中,纵波和横波的速度前面已经列出来了。 导波的主要特点是:沿井壁传播、幅度最大、进入地层和井内流体则显著衰减。不存在几何扩散,相速度有频散。斯通利波速度始终低于井内流体速度。相速度的频散较小,中低频端有明显增加。 在均匀完全弹性地层中,低频斯通利波的速度与横波速度存在一定的关系,在软地层中我们就可以利用斯通利波速度估算地层横波到速度。 在进行全波列测井时,两个接收器交替接收来自两个发射器经地层传播过来的各种声波信息。每一个深度点有四组波形数据被记录在磁带上。3700的长源距声波通常每个波形到记录长度为960个类,采样间距dt可为2us、4us或8us。 声波全波列测井资料的一般处理是:首先识别和提取各道波形中纵波、横波、斯通利波等到波至点,然后计算各组份波的声波时差和幅度衰减,最后对波形进行频谱分析,提取各分波的主频、峰值及能量等参数。 二、下面先对3700、DDL-V及CSU三种长源距声波仪的声学结构和工作方式简单对比介绍一 下: 3700系列的长源距声波声系尺寸为T1’R12’R27’T2.记录T1-R1,T1-R2,T2-R1,T2-R2四道全波列波形。每道波形从发射到接收总共采样960各数字,可相隔2us采样一个数(就是在这个时间点的波形幅度)。也可相隔4us或8us采样一个数,具体由操作员视地层情况而定。 DDL-V系列的长源距阵列声波声系尺寸为T10’R11’R21’R31’R4 也是记录四道全波列 波形:T-R1,T-R2,T-R3,T-R4。每道波形从发射到接收总共采样1024个类。每相隔4us 或相隔8us采样一个点到数(就是中这个时间点的波形幅度)。 CSU的长源距声波仪的声学结构为:两个发射探头相隔2’装在声系的下端,两个接收探头相距2’装在声系的上端。而相隔最近的一个发射探头和一个接收探头之间的距离为8’。 CSU的声波全波列测井并列显示同一深度的四道波形。每道波形从发射后200us再开始采样显示全波列图形,每相隔5us采一个点,一直采到2760us。由上述三种长源距全波测井仪对比看来,每种仪器采集一个波形的时间长短和采样间隔时间不一样,要根据仪器结构和地层情况而定。 目的都是一样,要采全一个波列的全部波形,便于提取完整的纵波、横波和斯通利波时间和幅度值。再就是要注意到每种仪器的采样深度增量也不一样。比如CSU的深度采样增量为0.1524m。就是说,仪器每上提0.1524m,系统就记录一组(四列)波形。然而显示波则要采样10组才显示一组,要不然,显示太密,相互重叠严重,就分不清了。 又如MAX500的全波测井,也是并列显示四道波形,采样深度增量同CSU仪器,而横向采样则定为0—1024个点。每两个采样点之间时间间隔为5us或8us。时间间隔越长,则显示的波形越完整。当然还要考虑到图幅宽度。 三、长源距声波能记录的信息 1)纵波时差(DTP) 2)横波时差(DTS) 3)斯通利波时差(DTST) 4)纵、横波速度比:Vp/Vs=?ts/?tp (DTR) 5)纵波首波幅度值(以最短源距首波幅度为,记为Ap2) 6)横波首波幅度值(以最短源距首波幅度为标准,记为As2) 7)声波比:(SRAT)--两个接收探头接收到的同一发射探头发射的声信号首波幅度比: A=Ap2/Ap1,B=As2/As1 8)在岩石衰减因子的比值:B/A。 四、长源距全波列测井信息的应用: 1)通过纵横波时差和体积密度资料计算地层条件下的岩石动态弹性模量,用于确定岩 石强度、地应力等参数,从而进行井眼稳定性分析,地层出砂分析、人工压裂 等方面的研究。 2)在油气层评价中的应用: a,用纵横波时差确定地层孔隙度 b,评价孔隙中流体的性质 纵、横波速度比可以作为气层的一个指示器。因为纵横波速度对孔隙中是否含 气非常敏感,而横波速度主要沿骨架传播,与孔隙流体性质关系不大。 利用岩石的各种弹性模量参数,还可以区分油、水层,判断地层水淹状况。 c,评价地层渗透性 利用斯通利波的波速,频率特性及波幅度、波能量的衰减情况,可以定性判断 渗透率大小。 d,裂缝识别 在裂缝处,纵、横波时差常出现跳跃性变化,由时差的跳跃可以很好地确定裂 缝的深度位置。横波与纵波的时差比增大,是判断裂缝带的一个指标。 斯通利波对与井眼相交的渗透性裂缝较为敏感。地层或裂缝带的渗透性越好, 斯通利波时差越大。裂缝宽度越大,倾角越大,则斯通利波的衰减越显著。利 用斯通利波的时差增大和幅度衰减可以了解裂缝的连通性。在张开裂缝处,不 仅斯通利波的时差和衰减增大,而且斯通利波的频率明显降低,频谱成分也有 较大变化。在裂缝处,会发生波型转换,导致波形畸变,这种畸变也是裂缝存 在的反映。 五、偶极子阵列声波测井方法 1、测井原理: 前面讲的补偿声波测井仪及长源距全波列测井仪说使用的声发射探头和接受探头都是使用对称振动模式,称为单极子振动模式。这种仪器在软地层不能测出横波速度,只能用斯通利波估算地层横波波速。为了能够测出软地层的横波波速,目前出现了偶极子声波仪器,也称为偶极子横波测井仪。单极子探头一般是采用圆管形的换能器,以轴对称方式沿径向振动(膨胀或缩小)。所谓偶极子探头,就是把一个圆管形探头分为两半,中间用电声隔开,相当于两个弯曲板状换能器。这两部分的振动相位相反,其振动效果相当于一个作弯曲振动的平板。 偶极子声源在软地层井孔中激起以弯曲波为主的波列,其横振动相对于井轴是不对称的,首波为幅度较小的纵波。 2、偶极子声波(DSI)的工作模式:(声系结构见图) a、上、下偶极方式 由上偶极换能器(或下偶极换能器)激发,用相同偏振方向的接收探头获得8道波形。波形采样时间间隔为40us,每道波形采512个点。 b、正交偶极方式 对于每个偶极子发射器的激发,由四个相距为1ft的接收站上对应的正交偶极子接收波形,在每个深度点上、下偶极交替工作,共记录8道正交偶极波形。波形采样间隔为40us,共512个点。 c、斯通利波方式 用低频电脉冲激发单极源,每个接收站组合为一个单极子接收器,在一个深度点上获得8道波形,波形采样间隔为40us,共512个点。 d、纵、横波模式 用高频脉冲激发单极源,每个接收站组合为一个单极接收器,在一个深度点上共得8道波形。波形采样间隔为10us,共512个点。 e、初至探测模式 用高频脉冲激发单极子发射器,产生8道过阈数据,主要用于探测初至纵波。 3、如何用偶极子声波仪测量地层横波? a、偶极子波的特点 偶极子波是频散很强的频散波,相速度随频率的增加而减小。其最大值为Vs,最小值约为0.85Vs,在频散较低的情况下非常接近地层的很波速。 偶极子波有截止频率(f2c),只有声源的频率大于f2c才能激发出偶极子波,而且井径越大,截止频率越低。只有在截止频率附近,偶极子波的速度才等于地层横波的速度。 b、根据偶极子波的特点,我们可以用接近截止频率的声源波能触发偶极子,使其振动、工作,这样测得的偶极子声波速度就是地层横波速度。 井周声波扫描成像测井 用一个旋转的换能器,以脉冲回波的方式对井孔的整个井壁进行扫描。岩石声阻抗的变化(由岩性变化,岩石物理性质变化以及裂缝层理引起)将引起所接收的回波幅度的变化。脉冲回波传播时间也同时被检测,并且脉冲回波传播时间是井眼几何界面即冲蚀带、裂缝、孔洞等的函数。一套单独传感器装置可测量泥浆在固定距离上的传播时间(即声速)。这样,脉冲回波的幅度与传播时间按井眼内360o方位显示成图像,即可看到井下岩性及几何界面的变化。 CBIL旋转速度为6周/秒,采样率为250采样点/周,每上升0.1英寸采样一次。仪器还装有磁方位仪定向。超声成像方法也用于套管井的水泥胶结评价和套管腐蚀监测。 二、应用 ①360o井径测量: 用反射波传播时间显示在某一深度的井眼横截面图,以便对井壁的几何界面进行检测。 ②地层倾角计算 用反射波幅度图像按任何磁方位提取幅度曲线,并作为深度的函数。这些曲线有很高的垂直分辨率。可用于计算地层倾角。由于声成像可在水基泥浆井中进行,也可在油基泥浆井中进行测量,这就克服了电阻率倾角仪不能在油基泥浆井中进行测量的缺点。 ③薄层分析 薄层电阻率测井(TBRt)能给出薄到2英寸的薄层段的电阻率,而CBIL垂向分辨率为0.33英寸。 ④井壁取心定位 因为CBIL所记录的反射波幅度及传播时间图像上可以清晰的看到岩心的印痕。 ⑤因为井壁成像不仅在裸眼井中测量,还可在套管井中测量。如CAST-V(井周声波扫描成像)可以检查固井质量,还可以检查射孔质量,检查套管变形和腐蚀情况。 总之,井周声波成像测井虽然没有电成像测井信息丰富,但它有独特优点,就是不管是裸眼井还是套管井,不管是油基泥浆还是水基泥浆都可以测井,都可以记录图像。