阵列声波测井介绍.ppt

1 多极子阵列声波测井及资料应用 2012年01月 2 全波列声波波型成分 3 背景 阵列声波的产生 普通声波测井 纵横波 纵波 硬地层 软地层 How 偶极技术 解决 地质问题工程问题 4 一 阵列声波测量原理二 多极子阵列声波仪器三 阵列声波资料处理四 主要用途及实例五 结论 主要内容 5 单极声波在快速地层的传播 6 偶极传感器工作示意图 偶极横波成像测井仪基本原理 7 挠曲波是一种频散界面波低频时 1 2kHz 其传播速度与地层横波速度相等 高频时 约 低于横波速度 用挠曲波替代横波的可行性 8 偶极子发射器能产生沿井壁传播的挠曲波挠曲波是一种频散界面波 在低频时 它以横波速度传播 在高频时 它以低于横波的速度传播XMAC通过对挠曲波的测量来计算地层横波速度的为确保横波速度的测量精度 偶极发射器应尽量降低发射频率通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向异性分析 9 一 阵列声波测量原理二 多极子阵列声波仪器三 阵列声波资料处理四 主要用途及实例五 结论 主要内容 10 多极子阵列声波仪器简介目前应用较多的多极子阵列声波测井仪有以下几种 11 总体设计方案 仪器由发射声系 接收声系 隔声体 发射电子线路和接收电子线路组成 通过遥测短节 技术中心300k 地面 EILog 06 和波形处理 最终得到解释成果 通过单极阵列和偶极阵列组合 在快速或慢速地层中都可获得纵波 横波 斯通利波资料 接收电子线路 发射声系 隔声体 接收声系 发射电子线路 遥传短节 12 下井仪器结构及参数 单极子最小源距 T2R1 3654mm最大源距 T2R8 4718mm偶极子最小源距 T3R1 3120mm最大源距 T3R8 4184mm四极子最小源距 T1R1 2587mm最大源距 T1R8 3651mmT3 T4 同深度 四极源T1 单极源T2 接收电子线路 发射电子线路 R1 R8 8个接收阵列 隔声体 偶极源Y T4 偶极源X T3 单极子 T2 四极子 T1 13 耐温 150 耐压 100MPa可测最小井眼 114 3mm可测最大井眼 533 4mm单极子发射器 1个偶极子发射器 2个相互正交四极子发射器 1个接收器 8组 可进行正交偶极子接收 14 接收探头间距 152mm仪器外径 92mm最大外径 99mm声源的工作频率范围 1kHz 14kHz最大测速 512m h数字化精度 14位时间采样间隔 10ms 40ms 15 接收电子线路 外壳 发射声系 隔声体 接收声系 发射电子线路 外壳 16 接收电路 发射线路 发射声系 隔声体 接收声系 仪器由发射电路短节 发射换能器短节 隔声体短节 接收换能器短节和接收控制采集电子线路短节五部分组成 仪器总长8 53米 重约300公斤 仪器总装图 17 单极方式 偶极方式 采用传统的单极声源发射器 可向井周围发射声波 使井壁周围产生轻微的膨胀作用 因此在地层中产生了纵波和横波 由此得出纵波和横波时差 在疏软地层中 由于地层横波首波与井中泥浆波一起传播 因此单极声波测井无法获取横波首波 采用偶极声源发射器 使井壁产生绕曲波 低频绕曲波速度近似地层横波速度 解决了在疏软地层的横波测量问题 交叉偶极方式 正交发射 正交接收 用以研究地层各向异性 测量方式 18 原始资料质量控制 1 波形认识 波列记录齐全可辨 地层的纵波 横波 斯通利波的界面清楚 幅度变化正常 19 原始资料质量控制 2 首波波至时间曲线变化形态应一致 3 在12m井段内 相对方位曲线变化不应大于360 4 曲线应反映岩性变化 纵 横波数值在纯岩性地层中与理论骨架值接近 20 原始资料质量控制 5 4条到时曲线基本平行 近单级时差基本正确 6 测前 测后应分别在无水泥粘附的套管中测量10m时差曲线 对套管检查的纵波时差数值应在187 s m 5 s m 57 s ft 1 5 s ft 以内 21 原始资料质量控制 7 重复测井与主测井的波列特征应相似 纵波时差重复曲线与主测井曲线形状相同 重复测量值相对重复误差应小于3 采用定向测量方式时 井斜角重复误差在 0 4 以内 当井斜角大于0 5 时 井斜方位角重复误差应在 10 以内 22 一 阵列声波测量原理二 多极子阵列声波仪器三 阵列声波资料处理四 主要用途及实例五 结论 主要内容 23 多极子阵列声波测井 MPAL 处理解释流程 24 处理解释流程示意图 25 MPALreco波形恢复模块 把延迟和增益恢复到经过滤波后的波形上 波形恢复 26 提供共发射模式下纵横波 斯通利波的时差 到时曲线 相关系数峰值 二维STC相干成像图 STC相关峰值等 MPALstc单一模式波形处理 共发射模式 模块 纵波 横波 斯通利波 27 提供共接收模式下纵横波 斯通利波的时差 到时曲线 相关系数峰值 二维相干成像图等 MPALstcr单一模式波形处理 共接收模式 模块 利用二维STC相干成像图 STC相关峰值进一步计算模式波时差 到时曲线 相关系数峰值等 MPALlable寻找峰值工具模块 将共发射模式下纵横波 斯通利波的时差和提供共接收模式下纵横波 斯通利波的时差进行井眼补偿计算 获取最终的纵横波 斯通利波时差和到时曲线 MPALcom获得最终时差模块 28 提供纵横波 斯通利波的八道波形幅度曲线 计算纵横波 斯通利波的衰减系数和相关对比时窗的结束位置 MPALampattu获取波形幅度及衰减系数模块 29 计算杨氏模量 剪切模量 体积模量等岩石动 静态弹性模量和动态泊松比等岩石力学参数 MPALmechprop岩石物理参数提取模块 30 MPALsandan出砂分析模块 提供有效周向应力 有效径向应力 固有剪切强度以及泥浆比重安全使用窗口 31 提供快慢横波时差曲线 百分比地层各向异性与平均百分比地层各向异性 各向异性方位图和快横波方位曲线 快慢横波波形图 各向异性开窗时间及关窗时间 快横波方位统计图 MPALani各向异性分析模块 32 处理成果质量控制 预处理 在波列里提取时差 波形和频谱的一致后台处理 时差和相似度重合 首波到时和波形重合 33 预处理质量控制 34 编辑后 未编辑 交互的时差编辑 35 后台处理质量控制时差 相似度 首波到时 波形 36 偶极横波提取 37 V Vs Low frequencies V Vs High frequencies DispersionEffectcanbecorrected Frequency Velocity Amplitude WaveSpectrum DipoleDispersionCurve Vs 偶极横波的频散影响 38 从单极全波列提取的纵波时差与普通声波测量时差基本一致 偶极横波波形中提取的横波时差 与从单极全波列信息中提取的横波时差基本一致 时差图 39 多极子阵列声波图件 多极子阵列声波图件阵列声波处理成果图岩石强度分析成果图阵列声波气层识别图各向异性处理成果图力学参数成果表 40 多极子阵列声波图件 xxxx 41 多极子阵列声波图件 xxxx 42 多极子阵列声波图件 xxxx xxxx 43 多极子阵列声波图件 xxxx 44 多极子阵列声波图件 45 一 阵列声波测量原理二 多极子阵列声波仪器三 阵列声波资料处理四 主要用途及实例五 结论 主要内容 46 主要应用 1 准确获取纵波 横波 斯通利波的信息 2 提供岩石力学参数3 气层识别与评价 4 裂缝性储层识别 5 利用岩石机械特征参数进行井壁稳定性分析 6 为钻井工程 压裂施工 油气层开采等方面提供某些有用参数 如岩石强度 地应力 岩石破裂压力 安全生产压差等所需参数 7 地层各向异性分析 提供地应力方位等地质信息 47 1 准确获取纵波 横波 斯通利波的信息 48 准确获取波形幅度及衰减系数 49 2 确定岩石的机械参数 50 在MPAL波形资料和密度测井 井径和自然伽马测井等其它测井资料及钻井施工参数的基础上反演出井壁地层的法向正应力 周向正应力 杨氏模量 剪切模量 破裂压力 坍塌压力 安全钻井泥浆窗口等参数 为多极子声波测井资料在石油工程中的应用奠定基础 51 岩石力学参数信息 52 3 气层识别 在其它地层条件相同的情况下 如果地层中有天然气的存在 纵波速度受影响较大 纵波时差会相应地增大 而横波就基本不受影响 这是利用纵横波速度识别气层的基础 53 苏xx井第7号层MPAL资料纵波幅度衰减明显 有效地指示出气层的特征 MPALXMAC 天然气使纵波时差增大 而横波时差变化极小 因而用纵横波时差比或泊松比可识别天然气 气层识别 54 纵横波速比 纵波时差 理论图版 利用理论图版进行气层识别 55 利用理论图版进行气层识别 56 利用泊松比 压缩系数参数进行储层识别的方法标准 某区块气层弹性力学参数评别标准泊松比 0 23 气层压缩系数 0 033 气层泊松比 压缩系数 形成明显的镜像包络线DTC0 124 39ln DTS 542 75 57 气层 差气层 水层 xx井泊松比与体积模量交会图 差气层 气层 油层 水层 含油水层 气层识别 58 气层 差气层 水层 油层 差气层 气层 油层 水层 含油水层 xx井纵波时差与横纵比交会图 气层识别 59 气层识别 苏xx井第16 17号层MPAL资料纵波幅度衰减明显 有效地指示出气层的特征 60 气层识别 苏xx井第20 23号层MPAL资料纵波幅度衰减明显 有效地指示出气层的特征 61 利用泊松比 压缩系数等参数进行气层识别 62 在构造应力或其它地质因素导致的裂缝性地层 其横波速度通常显示出方位各向异性 入射横波分裂成质点平行和垂直于裂缝走向振动 传播方向沿井轴向上并以不同速度传播的快速和慢速横波 即横波分裂现象 百分各向异性就定义为快慢横波能量或速度之差与快慢横波能量或速度之和的比值 它是一种反映地层各向异性的指标 百分各向异性往往与裂缝密度有关 4 利用各项异性识别裂缝 63 赛xx x井各向异性 识别裂缝 64 裂缝识别 图上斯通利波衰减 呈 V 字干涉条纹 地层各向异性明显 反映为渗透性较好和高角度裂缝 为有效天然裂缝 赛xx x井裂缝识别图 65 水力压裂的目的是在油藏里产生一个大平面的流动 管道 以增加油井的产能 理想的水力压裂诱导裂缝应该是其高度等于目的层厚度 而其穿透地层的深度 翼长 与其高度相比非常得大 翼长越大 产能越高 利用压裂前 后时差 能量各向异性的大小变化评价压裂效果 5 利用向异性变化评价压裂效果 66 横波各向异性测量原理 当一束横波信号入射到各向异性地层 如裂缝性地层 时 入射横波可分裂成质点平行和质点垂直于裂缝走向的振动 并以不同的速度向上传播 横波分裂 质点平行于裂缝走向振动 方向沿井轴向上传播的横波比质点垂直于裂缝走向振动 方向沿井轴向上传播的横波 速度要快 前者称快横波 后者为慢横波 各向异性处理与解释的理论基础 67 接收位置快慢横波信号为 平行方向信号 垂直方向信号 当 0 即发射源方向与横波方位 裂缝方向 一致时 表明与发射方向一致的接收器接收到信号反映地层快横波传播特征当 90 时 表明与发射方向一致的接收器接收到信号反映地层慢横波的传播特征 偶极横波测井仪接收到的偶极横波信号 各向异性处理与解释的理论基础 68 每一个四极接收单元 可以接收四条波形Uxx t Uyy t Uxy t Uyx t 理论上 当垂直波列分量 振幅或能量为0时 这时的 表示地层快 慢横波传播特征的信号 但在实际井眼中 由于噪声和其他因素的影响 垂直波列分量振幅或能量不为0 因此在实际计算处理过程中 应逐步计算 寻找使垂直波列分量 的能量最小的角度 这时的 代表地层快 慢横波传播特征的信号 各向异性处理与解释的理论基础 确定快横波方位 69 各向异性处理与解释的理论基础 横波各向异性的影响因素 造成地层横波各向异性的原因很多 常见的大致有四类 1 地层裂缝的影响 2 地层倾角的影响 3 溶蚀孔洞的影响 4 地层构造应力的影响 70 地层横波各向异性的影响因素造成地层横波各向异性的原因很多 常见的大致有四类 1 地层裂缝的影响地层高角度裂缝常常引起地层各向异性 并且随着裂缝角度的增高 各向异性变得强烈 快横波方位与裂缝走向一致 低角度裂缝横波各向异性不明显 网状缝的无规律性 使得各向异性互相抵消 往往表现出较小的各向异性 单极全波和交叉偶极横波测井判断地层最大主应力方向的理论基础 71 2 地层倾角的影响高倾斜地层 40 一般也表现为高各向异性值 特别在泥岩处 往往地层横波各向异性最强 低倾斜地层 40 时 地层各向异性不明显 3 溶蚀孔洞的影响以溶蚀孔洞为主地层由于互相抵消作用 一般情况下 横波各向异性不强 72 4 地层构造应力的影响构造应力不均衡使横波发生分离现象 从而形成较强的各向异性 FMI图象上往往出现明显的诱导裂缝或应力释放缝及井壁崩落等现象 这时 快横波方位与地层最大水平主应力方向一致 因此 在这种情况下 可以用快横波方位确定地层最大主应力方向 73 套管井中提取纵波的条件在过套管全波资料中能否提取纵波取决于水泥胶结情况 当套管外无水泥 只有泥浆时 由于套管与泥浆的声阻抗差别太大 声耦合不好 致使大部分声波能量沿套管传播 极小部分传到地层 甚至于传不到地层 这时套管波的幅度很大 而纵波的幅度很小 甚至于看不到纵波 当水泥环与套管及地层胶结良好时 声耦合好 声波能量基本上传到地层 此时套管波的幅度很小 而纵波的幅度较大 具体条件见下表 74 压裂前后的各向异性变化 效果检测 75 巴xx xx井压前 日产油0 81t 压后 日产油7 09t 水1 59m3 76 利用各向异性进行压裂效果分析 xx井压裂层位为21 23号层 其各向异性成果图反映 21号层压裂效果好 且压开了19号层 21号层和23号层顶部 井温测井检测反映为21号层压裂效果好 温度异常反映18 19号层压窜 入液点21号层 井温检测结果与阵列声波评价的压裂结果基本一致 77 6 岩石力学参数为工程提供依据 利用前面得到的纵波 横波时差 以及测量的体积密度可以计算岩力学参数 如各种模量 应力 泥浆比重 破裂压力等项参数 这些参数为地层压裂设计提供依据 78 29号层试油 日产水0 35m3 为干层 压裂改造 计算破裂压力为80 83MPa左右 施工破裂压力为77 26MPa 产量有所增加 日产水2 24m3 返排率为48 压裂效果不很显著 17 18号层 试油日产油2 88t 水1 08m3 低产油水层 经压裂改造 日产油5 4m3 水20 83m3 返排率为95 压裂效果明显 计算破裂压力为63 69MPa左右 施工破裂压力为73 77MPa 家xx xx井 为压裂施工工艺提供依据 计算 80 83MPa施工 77 26MPa 计算 63 69MPa施工 73 77MPa 79 理论上 最大主应力的方向与快横波方位一致 最大主应力的大小与横波的速度有关 通过计算快横波方位从而得到最大主应力的方向 7 用横波方位指示地层最大水平应力方向 80 确定地层最大水平应力方向 81 利用各向异性进行地应力分析 利用快横波方位可以确定主力油气层段的地应力方向 82 利用六臂地层倾角测井的三井径曲线或四臂地层倾角测井的双井径曲线 号极板方位曲线来确定以上四口井主力油层段石盒子组 山西组的最大 最小水平主应力方位 利用各向异性进行地应力分析 83 一 阵列声波测量原理二 多极子阵列声波仪器三 阵列声波资料处理四 主要用途及实例五 结论 主要内容 84 多极子阵列声波测井资料信息丰富 应用效果明显 所以我们建议在油气富集区 裂缝发育带 需进行压裂效果检测的井中多进行多极子阵列声波测井 以便更好地发挥多极子阵列声波测井的优势 从而为钻井 油田开发 油藏工程等提供重要信息及可靠依据 85 1 多极子阵列声波测井可以准确获得地层的纵波 横波 斯通利波的信息 2 可以对地层的含气性进行准确的识别与评价 并进行有效性评价 3 在裂缝性地层中 可以用于对裂缝发育程度进行评价 4 利用斯通波衰减 可以估算地层的渗透率 5 可以提供岩石力学参数 为多种工程应用提供可靠的依据 6 MPAL软件已经能够较为准确地求取地层的纵波 横波 斯通利波的声波时差及幅度和衰减曲线 同时也能够提供较为精确的岩石力学参数 86 请领导批评指正