声波全波列测井_XMAC_DSI

第一节 裸眼井中的声波全波列
3 2 1 幅 度 0 -1 -2 -3 低频RL ST 高频RL P S
0
500
1000
1500 时间(µs)
2000
2500
井中声波发射器发射的声脉冲经过泥浆、地层传播到接收器，能接 收到主要组分波有滑行地层纵波（P）、横波（S）、低频和高频伪瑞利 波（RL）及斯通利波（ST）。第一个波列:从P波开始到后续震荡基础结 束,除了P波都称为漏泄模式波(leaky mode).第二个波列从S波开始,直 至后续波振荡结束,包括滑行横波、视瑞利波、斯通利波。
1.7 相速度 1.5 归 1.3 一 化 速 度 1.0 群速度
a 0.7 0 20 40 60 频率(kHz) 80 100
艾里相
20 15 幅 度 10 5 b 0 0 20 40 频率(kHz) 60 80 100
伪瑞利波频散曲线和幅度曲线（速度以井内泥浆速度归一化） 伪瑞利波频散曲线和幅度曲线
s
ρ ( s,τ ) =
2
1 M
∫
M
Tw
0
∑ rm [t + s (m − 1)∆ z + τ ] dt m =1
M Tw
2
{rm [t + s ( m − 1) ∆ z + τ ]}2 dt ∑1 ∫0 m=
当窗口内波形上的信号 对比关系最好时，相干性 就最大。这一深度的STC 图（左下）在慢度- 时间 平面内用颜色显示相干性， 最大的相干性用红色表示。 相干性值投影到沿慢度轴 的垂直条上，然后以薄水 平带的形式显示在STC投影 曲线的对应深度（右）。 将所有深度的相干性最大 值连起来，就得到每种波 的慢度曲线。
仪器项目 斯伦贝谢 斯伦贝谢 阵列仪 11.6 8 12 5~18 8 阿特拉斯 阿特拉斯 阵列仪 DAC） （DAC） 12.3 12 9 1~15 1~20(接收器) 12 1~12 11 Computalog 阵列仪 DAT400） （DAT400） 8.63 8
仪器长度(m) 接收器阵列数 发射器中心频率(kHz) 发射器频带宽度(kHz) 数字化精度(A/D)
第五章 声波全波列测井
声速测井和声幅测井，只记录滑行纵波首波的传播时间和第一个 波的波幅，利用井孔中声波的信息非常少。随着声波在裸眼井中传播 理论的研究，知道发射探头在井孔中激发出的波列携带了很多地层的 信息，如果把声波全波列 声波全波列都记录下来，通过数字信号处理，可获得纵 声波全波列 纵 横波和斯通利波等波形信息，由此开展地层弹性特性、破裂压力、 地层弹性特性、 波、横波和斯通利波 地层弹性特性 破裂压力、 地层渗透性、裂缝及油气识别等方面研究，有利于扩大声波测井在石 地层渗透性、裂缝及油气识别 油勘探中的应用。上世纪七十年代，随着计算机和数据采集技术的迅 速发展，国外开始出现的长远距声波全波列测井，也只是局限于纵波、 横波的信息利用；到了上世纪九十年代出现了交叉偶极子阵列声波测 井，大大拓宽了声波全波列测井的应用。 本章主要介绍长源距声波测井、阵列声波测井、交叉偶极子阵列 长源距声波测井、 长源距声波测井 阵列声波测井、 声波测井的测量原理、波形信息提取及应用解释等内容。 声波
波形识别法
2、慢度-时间相关法 慢度STC（Slowness-Time Coherence）法是一种时域内的多道信号相关分析 时域内的多道信号相关分析 技术，通过在一组全波波列中开设时窗，以一定的慢度（时差）移动时窗来寻 找纵波、横波、斯通利波，通过计算一系列相关系数，由此计算出各成分波的 时差。 第一道波形上的位置为 τ 微秒，其相关系数为： 设时窗长度为Tw 微秒，时窗移动的慢度（时差）为 微秒/英尺，时窗在
P
S
ST
CSU 全来自百度文库列波形特征图
2、3700长源距声系(Atlas) 3700长源距声系(Atlas) 长源距声系
3700仪器声系采用双发双收结构，其组合方式为：T1发射R2接收，波 形WF1，源距9ft； T1发射R1接收，波形WF2，源距7ft；T2发射R1接收，波 形WF3，源距为9ft；T2发射R2接收，波形为WF4，源距为7ft。
(Tc1 − Tc 2 ) + (Tc 4 '− Tc 2 ') 2l (T − T ) + (Tc 3 '− Tc1 ') ∆tc = c 3 c 4 2l ∆tc = （l =8 '） （l =10 '）
R1 2ft R2 8ft
T1 2ft T2
长源距声波测井仪声系示意图
'T 式中： Tc1 '、Tc 2、 c 3 '、Tc 4 ' 分别为长源距声系 深度上提9英尺8英寸后从四条波形中读出的 纵波初始点声时。记录点为R1、R2的中点偏 下1英寸。
二、波形信息提取方法
声波全波列测井资料包含的信息非常丰富， 声波全波列测井资料包含的信息非常丰富，各种组分波的 传播速度、幅度衰减、 传播速度、幅度衰减、频率主值以及波形包络等参数都与储层 及性质有密切关系。 及性质有密切关系。这些参数可广泛用于非均质复杂储层的油 气评价和钻采工程参数选择。 气评价和钻采工程参数选择。 声波全波列测井资料的一般处理流程是：首先识别和提取 声波全波列测井资料的一般处理流程是： 各道波形中纵波、横波、斯通利波等组分波的波至点； 各道波形中纵波、横波、斯通利波等组分波的波至点；接着计 算各组分波的声波时差和幅度衰减；然后对波形进行频谱分析， 算各组分波的声波时差和幅度衰减；然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。 提取各分波的主频、峰值及能量等参数。 本节主要介绍常用的波形识别法以及慢度-时间相关法。 本节主要介绍常用的波形识别法以及慢度-时间相关法。 波形识别法以及慢度
一、滑行纵波
1）滑行纵波是一种体波 θc)，沿井壁附近滑行传播，速 体波( 体波 速 度为Vp Vp，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PPP波。 度为Vp 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数 规律衰减，能量集中在3λp（即Vp/f）范围内，在Z= λp内 集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个λp左右。 3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射 能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥面 圆锥面；若源距选择适当， 圆锥面 滑行纵波在全波中为首波，幅度小，传播速度快。 振幅随源离L 4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减 振幅随源离 增加是衰减的. 直达波A∝1/Z 滑行纵波A ∝1/Z (lnZ)2。对于Z>e=2.72m, 滑行波衰减快，对于Z<e=2.72m,直达波衰减快。 5）存在共振频率 共振频率， 共振频率
快地层单极发射器的典型波形
第二节 声波全波列测井原理
一、长源距声波测井
p 源距1m s p 源距3m s
时间(µs) 300 800 1300
增大源距， 增大源距，在时间轴上区分纵波和横波
1、CSU长源距声系(Schlumberger) CSU长源距声系(Schlumberger) 长源距声系
T1、T2交替发射脉冲信号。T1发射，R1、R2接 收，在这两个接收道上各记录一个声波全波列波 形。以后T2发射，R1、R2又各自记录一个声波全波 列波形，按次序将T1R1、T1R2、T2R1、T2R2的波形称为 波形1、波形2、波形3、波形4。
四、斯通利波
1924年，斯通利对波在两个固体界面的传 播进行了研究，发现了表面波的类似形式。在 流体-井筒表面传播的波被称为斯通利波。 1)是界面波,当波数 k 2 > ϖ 2 / v12 时产生,沿井 壁界面传播.其相速度小于泥浆波速度. 2)单一模式波,有轻微的频散特性. 3)在硬地层中,无截止频率,低频时相速度 接近流体声速的0.9倍,随频率增高速度稍增大, 高频时约为流体声速的0.96倍. 4)低频率斯通利波对地层渗透率非常敏感。 当波遇到渗透性裂缝或地层时，流体相对于固 体震动，在这些地层中产生粘滞扩散，使波产 生衰减，而且速度变慢.开启裂缝也能导致斯 通利波反射回发射器。反射波能量与入射波能 量之比与裂缝开度有关。
1、波形识别法
在全波列测井波形中纵波作为首波，容易识别，但横波往往受纵波后 续波和伪瑞利波的影响，不容易识别。当岩层横波速度大于井内流体声速 时，可以直接在全波列波形图上识别横波。 1）根据纵横波时差比变化范围，确定横波的初始波至点。
∆ ts = ∆ tp 2 (1 − σ ) 1 − 2σ
(一般所有岩石1.4-2.2) TS—1.5-1.8TC 2）根据纵波传播一周所需时间，纵横波传播源距L所需时间差值，就可以估 计出纵波延续5-9个周波后出现横波。 3）同相轴类比法 一般根据上下围岩纵波、横波波至相位特性，有先把纵波波至点连接 起来，然后把横波波至点连接起来，横波波至的连线类似于纵波。
ST
声系结构及记录的四道全波列波形
3、阵列声波测井
也称数字阵列声波测井（Digital Array Log，阿特拉斯公司简称DAC），分 别在20世纪80年代末和90年代初推出。这种声波测井仪源距长、间距小（一般为 6in）、接收探头个数多，一般接收探头8~12个。就物理原理而言，阵列声波测井 仪器与长源距声波测井没有本质的差别，发射和接收探头仍使用对称振动模式，即 单极子振动模式，只是各种性能得到了进一步改善，提高了信噪比，降低了发射探 头的频率，有利于斯通利波记录和信息的提取。 三种阵列声波仪的比较
在井筒和地层界面传播的斯通利波
1.2 相速度 归 一 1.0 化 速 度 a 0.7 0
25 20 1.碳酸盐岩 幅 15 度 10 1 5 0 0 2 3 3 6 9 频率(kHz) 12 15 b 2.砂岩 3.泥岩
群速度
10
20 频率 (kHz)
30
40
斯通利波频散曲线和幅度曲线（速度以井内泥浆速度归一化） 斯通利波频散曲线和幅度曲线
= 2 π a V a 1
2 1 i
−
1 V
2 s
a为井径；αi 为贝塞尔函数J0(α i)的零点，为2.4、5.52….;对于一般砂 岩频率为8、18kHz。 6）当Vs<Vf时,井中接收不到滑行横波。
三、伪瑞利波
伪瑞利波是表面波。表面波是瑞利勋爵于1885年首次提出的。他研 究了弹性材料接触真空后在平面的响应，发现一种波沿表面传播，并且 质点运动的幅度随距表面的距离减小。瑞利的发现预测了沿地球表面传 播的波的存在，这种波引起地震时毁灭性的震动。 1)是界面波,当入射角 θ > θ s 时产生,沿井壁界面传播.其相速度介 于泥浆波速度和地层横波速度之间. 2)是复合模式波,存在多种模式,是无几何衰减的高频散波,存在截止 频率. 3)随着频率增加,其相速度和群速度都逐渐减小. 4)当频率趋于无穷大时,相速度等于井内流体纵波速度,而此时群速 度存在极小值(比泥浆速度还小),此时伪瑞利波幅度达到最大,称为艾里 艾里 相,即伪瑞利波能量主要集中在艾里相处.
f
= 2 π a V
β
1
1
i
2
−
1 V
2 c
a为井径；βi 为贝塞尔函数J１(βi)的零点，为3.83、 7.01….;对于一般砂岩频率为10、20kHz。
二、滑行横波
1）滑行横波是一种体波( θS) ，沿井壁附近滑行传播，速度为Vs，轻 微频散（在测井频率段可忽略），是PSP波。 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减， 能量集中在3λs（即Vs/f）范围内，在Z= λs内集中了滑行波能量63%， 因此探测范围在一个λs左右。 3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,在井壁 上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当，滑行横波在全波中为次 首波，幅度较纵波幅度大。 原因: 横波波长较纵波短,因此靠近井壁附近滑行横波幅度较滑行纵 波幅度有更多能量。 横波反射系数远小于纵波，即有更多能量进 入地层，在相同的情况下有更多的能量转换为滑行横波。 4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减的。直达波 A∝1/Z滑行横波A ∝1/Z2 。不像纵波滑行横波始终比泥浆直达波衰减 快。 5）存在共振频率， f
对于软地层（流体声 速大于地层横波速度）, 不能激发出滑行横波和伪 瑞利波，全波列中只出现 滑行纵波和斯通利波，见 教材图5-3。 虽然在一些记录中， 可以清楚地看到P波、S波 和斯通利波的波至时间 (见右图); 。但是，在更 多情况下，由于噪音高、 井筒条件差或其它影响因 素会使这些波至不清晰或 相互混淆。