交叉偶極子陣列聲波測井技術介紹XMAC

(一)、正交偶極子陣列聲波測井（XMAC-II）原理ECLIPS—5700測井系統(tǒng)中的交互式多極子陣列聲波儀（XMAC-II）是將一個單極陣列錄XX、XY、YX、YY4個偶極源波形，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差計算、巖石物理參數計算、巖石機械特性分析等。測陣列接收器中相關的波至，并估算它們的慢度。小和橫波慢度。對硬地層來說這種校正量很小，但對大井眼軟地層來說這種校正量可能達到根據提取的縱橫波時差、常規(guī)密度曲線及其它資料計算的孔隙度并利用巖石特性分析模塊計算縱橫波速度比、泊松比、體積模量、切變模量和楊氏模量等巖石物理參數。利用上面計算的巖石力學參數、常規(guī)分析計算的泥質體積、泥漿性能等參數計算各項1、泊松比(σ)計算公式:2、楊氏模量（E）又稱縱向彈性模量，就是張應力與張應變之比，它量度巖石的抗張應力。3、切變模量(μ)是剪切應力與切變角之比，它量度巖石抗切應力。DEN224、體積彈性模量（k）和體積壓縮系數（CB）體積壓縮系數與體積彈性模量互為倒數關系。2單軸抗壓強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、泥質固有剪切強度表示巖石抵抗剪切破壞的能力，它的大小與單軸抗壓強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沉積，地質構造運動，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沉積形成的。在根據測井資料，采用聲波時差等效深度法計算地層壓力是用來檢測因不平衡欠壓實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趨勢線方程確定以后，根據任一點的聲波時差值，就可計算該時差的等效深度。對變大，這樣，地層就由于欠壓實而形成了異常高壓。pa由于該技術只適用于砂泥巖剖面，并且有較多的限制因素，因此對較復雜的地質剖面氣、水）的總重量引起的。當有密度測井資料時，可由密度曲線積分求得：00地應力簡稱地殼內的應力，它是地殼固體介質受重力、各地球構造力和天文動力以及探掘工程附加動力的作用，在介質內部單元引起響應變形的力學參數。用到最大水平地應力、最小水平地應力、水平地應力方向三個地質概念。巖石在垂向應力作用外，還受地層孔隙壓力、構造應力作用。地層中若不存在構造應力時為各向同性地層，此時水平地應力相同，當構造應力存在時，水平地應力將變?yōu)楦飨虍愋?。獲取地應力的方法有多種，如聲發(fā)射凱塞效應法，現場水力壓裂試驗法，測井資料計算的井眼崩落法等。利用測井資料計算地應力使用成本較低，計算速度快，顯示井段長，計算結果較準確，具有其它方法不可比擬的優(yōu)勢。下面簡要介紹利用測井資料計算地應力方向①地應力大小0/有效應力系數α根據巖石的體積壓縮系數和骨架的體積壓縮系數計算，其數值大于0由雙井徑測井曲線可近似計算不平衡構造因子，根據式6-8計算的最小水平主應力及不平衡構造因子計算最大水平主應力。根據最大水平主應力與最小水平主應力，進而計算地應力差。②地應力方向地下不同地質時期形成的各種巖石，都具有一定的強度，因此在地殼應力場的作用下，垂直于井軸的橫向截面上處于兩個水平應力的壓力作用及鉆井液的張應力作用。根據力的疊加原理，井壁上的應力狀態(tài)用下式表示：mθθ—相對于最大水平主應力方向的逆時針方位角。受的應力最小，此時切向應力值為：m顯然，橢園井眼的短軸方向即為最大水平主應力方向。井眼崩落橢園的測量是由四臂或六臂地層傾角測井儀直接測量的。測井是在電纜提升園井眼的長軸及短軸。再結合一號極板測量的方位，就可判斷出最大水平主應力方向。就會使地層破裂，這時的壓力值就稱這個地層的破裂壓力。地層破裂往往是由于井內鉆井液由（6-10）式可知，在最大水平主應力方向受到較小的切向應力。進而可知當液柱壓力Pm增大時，在這個方向上將受到較大的拉伸力。式6-10所示為總切向應力，設有效切θm設巖石的抗拉強度為St,并且與切向應力方向相反。當Pm增大，且有效切向應力值等于或超過巖石的抗拉強度時，地層則破裂，即：tmt分之一，因此它由抗剪強度近擬計算。油氣生產時，巖石若發(fā)生了剪切破壞，就會出砂，它反映了巖石的強度和穩(wěn)定性。設一般情況下出砂指數高不易出砂，出砂指數低則易出砂。較準確預測產層的地層壓力系數以便選用適當的鉆井液相對密度。2、確定井身設計中是否需下技術套管根據地層破裂壓力梯度和孔隙壓力梯度，可確定井身設計中是否需要下技術套管及技術套管的下深。從防噴防漏的角度考慮，當地層孔隙壓力梯度小于地層破裂壓力梯度時選用適當的泥漿密度鉆井過程中不用下技術套管。當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)生井漏或儲層被壓死情況。3、分析裂縫形態(tài)根據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，地層壓裂時形成水平裂縫。4、井下壓裂施工參數的確定當地層壓裂后形成垂直裂縫時，裂縫的長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。根據壓裂目的及已知的巖石力學參數、井下壓裂工程可確定壓根據出砂指數，可預測產層在產液過程中是否出砂、以便及時采取防砂措施。經驗表明，出砂指數小于1.4×104Mpa時地層在產液過程中會出砂，當出砂指數大于2.0×104Mpa時，地層不會出砂，當出砂指數介于二者之間時，地層出少量砂。6、油氣運移規(guī)律研究根據地應力資料，地質研究人員可進行砂層走向，油氣運移規(guī)律的研究。地應力是油壓應力區(qū)運移，最大水平主應力方向是油氣運移，滲流的主方向。7、分析套變情況根據水平最大及最小主應力差，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，地應力大小是不一樣的，一般情況下，泥巖的地應力大穿透。如果能穿透，將出現剖面上的水竄或氣竄，造成油水（氣）關系復雜甚至油田開發(fā)的響施工參數、施工規(guī)模及壓裂設計及施工，也影響壓裂方式及壓裂增產效果等。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，射孔孔眼方位應平行于最大水平主應力方向。因為平衡于最大水平主應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)定性根據地應力和巖石力學參數，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力、水平主應力、地層孔隙壓力、巖石的泊松比等都是固有的，當井眼鉆開后，應力在井眼出現新的不平衡，這就需用適當的鉆井液對井眼周圍應力重新平衡。鉆井液密度若選免會發(fā)生井眼失穩(wěn)現象。12、確定水平井鉆進方向水平井水平部分的鉆進方向與水平最小主應力方向平行最好，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，油井強性水淹的不良現象。（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：縱波時差單位μs/ft；橫波時差單位μs/ft；斯通利波時差單位μs/ft；第五道：縱、橫波波速比。第一道：自然伽馬單位API；第二道：單極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；計算各向異性開窗時間單位：μs；計算各向異性關窗時間單位：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：最大主應力方向單位：度；第五道：巖性分析（六）、正交偶極子陣列聲波測井應用處理后的陣列聲波測井資料提供了準確的縱波時差、橫波時差、斯通利波時差及大量理論上，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）也是巖性的一個表征，砂巖泊松比的標準利用偶極子陣列聲波測井技術評價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，前提是結合常規(guī)資料剔除泥巖、大井眼的影響，因為泥巖、大井眼同裂縫一樣也不同程度能造成三類波根據MAC獲取的縱、橫波信息結合常規(guī)測井資料、井下試油資料，建立合理的計算在準確地計算出上述巖石力學參數的基礎上，利用、借助聲電成象及其它常規(guī)測井資量確定井眼穩(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，快橫進而用快橫波方位來確定裂縫及地應力引起的各向異性，并且結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，但對橫波的影響很小，高孔隙度氣飽和的砂巖具有異學家識別與含氣有關的幅度異常。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)計表明(圖1)砂巖儲層縱、橫波速度比主要在1.5－1.8之間；灰?guī)r儲層縱、橫波速度比主要在1.8-2.0之間；白云巖儲層縱、橫波速度主要在1.7-2.0之間。因受井況、泥質含量、孔隙度等影響提取時差均與理論值有所偏差,同時相互比較也可以看出砂泥巖地層和碳酸鹽巖地層時差特征有明顯的不同。7.2氣層的識別由于縱波為壓縮波，在氣體中能夠傳播，當儲層含氣時會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。該井段中途測試曾獲日產氣56202方，這也驗證了利用多極子陣列聲波測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，波的傳播方向與質點位移方向平行，在測量過程中縱增大。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點的位移而增加，另外其衰減程度與裂縫的充填物質有關，當裂縫為有效裂縫，其內充填物為流體，阻抗的數值影響不大，相應的衰減幅度也較小，由此可以判斷儲層裂縫發(fā)育的有效性。較致密，僅發(fā)育少量誘導縫；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力引起的各向異性，并且結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縫確定的地應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。建立解釋模型來計算泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量等巖石力學參數,在此基礎上進一步可以計算破裂壓力、初始剪切強度、有效切向、徑向應力等巖石機械特性參數。這些基礎參數的準確確定對井壁穩(wěn)定性研究以及壓裂高度預測具有重大的