第04章声波-45新技术

2019/12/20中国石油大学（华东）张福明14.5声波测井新方法简介近些年来，声波测井技术得到了很大发展。这里简单介绍两方面：为获取更多地层信息，特别是更好获取横波信息而发展的偶极横波测井DSI；[Schlumberger]为改善水泥评价效果而发展的扇区水泥胶结测井SBT。[Atlas]2019/12/20中国石油大学（华东）张福明2（1）偶极横波测井DSI方法的提出：普通的声波测井使用单极声波发射器，即发射和接收探头是关于井轴对称的，同一圆周上振动以轴对称，同时向外或向内（膨胀、收缩）；为了研究岩石机械力学性质（各种弹性参数），需要得到横波信息，但单极声波测井在某些地层（软地层）得不到横波。因此提出这类方法。软地层：一般称地层横波速度小于井内流体速度的地层为软地层（VsVf）。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明3常规（单极）声波测井仪局限在慢速的固结较差的地层中，横波速度经常小于流体波速度，这样用单极声波测井仪就探测不到横波。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明4偶极声波测井仪偶极声波测井仪使用了具有方向性的发射器（偶极声源）和接收器。偶极发射器很像一个活塞，它使井眼一侧的压力增加，而使另一侧的压力减小，引起井壁出现小的扰动，在地层中直接激发出纵波和横波。这些挠曲波的传播方向与井眼同轴。低频时，挠曲波以横波速度传播。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明5如图所示，在慢速地层中，剪切／挠曲波的持续时间较短，其频率集中在低频范围。在这种典型的慢速地层实测中，可以从清晰的挠曲波形中提取横波时差。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明6仪器描述发射器部分由三个发射器单元组成：一个是全方位的单极陶瓷换能器，另外两个是定向的互相垂直的宽频带电子动态偶极换能器。接收部分含有8个接收器阵列，它们的间距为6英寸，跨度为3.5英尺。每个接收器阵列含有两个检波器对，一个与上偶极发射器的方向一致，另一个与下偶极发射器的方向一致。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明7DSI测井仪有数种数据采集工作模式，它们可任意组合。上偶极和下偶极模式；交叉偶极模式；斯通利波模式；Ｐ和Ｓ模式；首波检测模式。仪器工作模式2019/12/20中国石油大学（华东）张福明8DSI除传统纵波的用途外，其它关键应用如下：机械特性分析∶这方面的应用包括井眼稳定性分析、射孔稳定性分析或出砂分析以及压裂高度预测等；地层评价：应用包括气层探测、自然裂缝探测和评价，以及定量指示渗透率等；地球物理解释：应用包括合成地震道以及对AVO分析技术所输入的幅度数据进行刻度等；地层各向异性：把各向异性与来自岩石物理、地质以及油藏工程等方面的数据结合在一起可以反应出某些特征的连通情况以及流体的流动路径等。资料应用2019/12/20中国石油大学（华东）张福明9应用举例：岩石机械特性分析图为使用DSI测取的纵波和横波时差以及体积密度，用IMPACT程序进行处理出的岩石机械特性、井眼稳定性和出砂强度分析的综合成果图。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明10附加说明：与Schlumberger公司的DSI相类似，Atlas公司也生产了专门用于解决慢地层横波资料获取问题的多极子阵列声波测井仪器MAC（MultipoleArrayAcoustilog），由2个交错的声波阵列（单极阵列和偶极阵列）系统组成，主要通过低频时的挠曲波速度估计横波速度；MAC的改进型有正交多极子阵列声波测井仪XMAC（CrossMultipoleArrayAcoustilog）和XMACII（XMACElite），比MAC有更好的信噪比，可获得高质量的横波慢度，使偶极声波测井的应用扩展到所有慢地层范围。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明112019/12/20中国石油大学（华东）张福明122019/12/20中国石油大学（华东）张福明13（2）扇区水泥胶结测井（SBT）方法的提出：前述的CBL和VDL都有明显的缺点：纵向分辨率低（约1米或1.5米）；没有周向分辨能力，测井响应是井周360o平均结果；受仪器偏心、泥浆气侵等的影响较大。因此，为解决这里问题，最早由Atlas公司提出了扇区水泥胶结测井SBT（SegmentedBondTool）方法。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明14SBT测量原理利用六个推靠臂把六个极板推靠到套管内壁上，将管外环形空间六等分，分别考察水泥胶结质量，实现高分辨率360o全方位测量；每个极板上有一个单发单收声系，均匀分布在圆周上，六个单发单收声系组合为六个螺旋式双发双收声系，如图：2019/12/20中国石油大学（华东）张福明15SBT测量六个双发双收声系的声衰减值，记录的内容很多，例如：平均衰减率ATAV与最小衰减率ATMN；平均声幅AMAV；相对方位RB；水泥成像图（CementMap）；变密度图VDL。SBT采用声波换能器控制技术增强发射器的输出。这种技术提高了变密度测井或全波显示的质量使波列分析有了改进，特别是对低速地层。2019/12/20中国石油大学（华东）张福明16衰减率(Attenuation)计算原理（以第一扇区T1R2R3T4为例）432421lnAdA同理，1243213421lnAAdAA1因此，＝＋＝11120121()131301lnLLdAAeAdAAAeα为衰减系数d为间距，约6in；Aij为Ti发射Rj接收的声幅任意扇区的衰减率依此推算;6个衰减率的算术平均值为ATAV，最小值为ATMN；平均声幅AMAV：；衰减率越高表示水泥胶结越好。0.1510ATAVAMAVAFREE2019/12/20中国石油大学（华东）张福明17SBTFreePipe(NoCement)2019/12/20中国石油大学（华东）张福明18SBTExcellentCement2019/12/20中国石油大学（华东）张福明19SBTVeryGoodCement2019/12/20中国石油大学（华东）张福明20其他声波测井新方法还有很多，不再一一介绍。井周成像测井仪CBIL（CircumferentialBoreholeImagingLog）［Atlas］井周声扫描仪CAST（CircumferentialAcousticScanningTool）［Halliburton］数字超声扫描仪DUST（DigitalUltrasonicScanningTool）［ARCO］超声波成像仪USI（UltraSonicImager）［Schlumberger］超声波井眼成像仪UBI（UltrasonicBoreholeImager）［Schlumberger］2019/12/20中国石油大学（华东）张福明21Thankyou！