正交偶极子阵列声波测井（XMAC-II）
(一)、正交偶极子阵列声波测井（XMAC-II）原理
ECLIPS—5700测井系统中的交互式多极子阵列声波仪（XMAC-II）是将一个单极阵列和一个偶极阵列交叉组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器。声源发射器发射的声波是全方位的，既是柱状对称的，中心频率为8kHz。偶极阵列是由两个交叉摆放（相差900）的偶极声源及8个交叉式偶极接收器组成。接收器间距为0.5英尺。
每个深度点记录12个单极源波形，其中8个为阵列全波波形（TFWV10），4个为记录普通声波时差的全波波形（TNWV10）。每个深度点记录32个偶极源波形，即每个接收器记录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形，X、Y表示不同方位的发射器或接收器的方向，例如XY表示X方向发射器发射，Y方向接收器接收；YY则表示Y方向发射器发射Y方向接收器接收。8个接收器共记录32个偶极源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。
（二）、正交偶极子阵列声波资料的处理
偶极子阵列声波测井资料是用eXpress的W A VE模块处理，主要包括地层纵波、横波和斯通利波的提取及其时差计算、岩石物理参数计算、岩石机械特性分析等。
1、地层纵波、横波和斯通利波的提取及慢度分析
采用慢度—时间相关STC（Slowness-Time Coherence）技术从MAC全波列中提取地层的纵波、横波及斯通利波，并计算其慢度。STC采用一种类似地震中使用的相似算法，检测阵列接收器中相关的波至，并估算它们的慢度。
在利用STC技术处理之前要对波形进行滤波，以便消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声。另外，为了得到真实的地层横波，在处理中要包括一个计算前的校正步骤，以便校正挠曲波频散引起的偏差。校正量取决于声源的声波响应特征、STC滤波器特征、井眼大小和横波慢度。对硬地层来说这种校正量很小，但对大井眼软地层来说这种校正量可能达到10%。
2、岩石力学参数的计算
根据提取的纵横波时差、常规密度曲线及其它资料计算的孔隙度并利用岩石特性分析模块计算纵横波速度比、泊松比、体积模量、切变模量和杨氏模量等岩石物理参数。
3、岩石机械特性分析
利用上面计算的岩石力学参数、常规分析计算的泥质体积、泥浆性能等参数计算各项应力、破裂压力梯度、闭合压力梯度等参数。
(三)、地层岩石力学参数的基本概念及计算方法
1、泊松比（σ）
又称横向压缩系数，就是横向相对压缩与纵向相对伸长之比。
计算公式:
2
22
25.0DT DTS DT DTS --=σ (6-1) 式中：DTS —横波时差；
DT —纵波时差。
2、杨氏模量（E ）
又称纵向弹性模量，就是张应力与张应变之比，它量度岩石的抗张应力。
计算公式：
2
22
2243DT DTS DT DTS DTS DEN E --?= (6-2) 式中：DEN —体积密度。
3、切变模量（μ）
是剪切应力与切变角之比，它量度岩石抗切应力。
计算公式：
2
DTS DEN =μ (6-3) 4、体积弹性模量（k ）和体积压缩系数（CB ）
岩石各个方向都受到力的作用时，应力与体积相对变化之比，它量度岩石的抗压应力。体积压缩系数与体积弹性模量互为倒数关系。
计算公式：
222
2343DT
DTS DT DTS DEN K ?-= (6-4) 5、单轴抗压强度及固有剪切强度
单轴抗压强度表示岩石抵抗外力压性破坏的能力，它的大小与岩石的杨氏模量、泥质含量等参数有关。
固有剪切强度表示岩石抵抗剪切破坏的能力，它的大小与单轴抗压强度及体积压缩系数等参数有关。
6、地层孔隙压力
它是作用在地层孔隙空间里的流体上的压力。地层压力有正常地层压力和异常地层压力之分，异常地层压力又有异常高压和异常低压之别。高于正常地层压力称为异常高压。异常地层压力的形成是多方面的，有快速不平衡欠压实沉积，地质构造运动，孔隙流体膨胀，烃类的裂解等诸多因素。目前多见到的异常高压地层一般都是不平衡欠压实沉积形成的。在地层沉积过程中，由于沉积速度过快，孔隙排水能力下降，随着地层的继续沉积，上覆岩层的重量逐渐增加，孔隙内的流体要支撑部分上覆岩层压力，这样就形成异常高压。
根据测井资料，采用声波时差等效深度法计算地层压力是用来检测因不平衡欠压实沉积形成地层异常高压的有效方法，该方法适用范围为砂泥岩剖面。
在砂泥岩地层中，随着地层深度的增加，泥岩所受上覆岩层的压力越来越大，由于压
实和失水的作用，其孔隙度逐渐减小，声波时差可反映岩石孔隙度的变化。在正常压实情况下，当深度增加时，泥岩的声波逐渐减小，由此可建立泥岩的声波时差随深度变化的规律—正常压实趋势线。
正常压实趋势线表达式：
DEP=A ·LOG （DT ）+B （6-5）
式中：DEP —地层深度；
A —趋势线斜率；
B —趋势线截距。
趋势线方程确定以后，根据任一点的声波时差值，就可计算该时差的等效深度。 如果某一时期沉积物迅速堆积，且造成了水力的“关闭”，地层水不易排出，孔隙度相对变大，这样，地层就由于欠压实而形成了异常高压。
地层压力计算公式如下：
P p =(D b ·P h +D a ·P oa -D b ·P ob )/D a (6-6)
式中：P p —地层孔隙压力；
D a —当前深度点；
D b —等效深度点；
P oa —当前深度点的上覆压力；
P ob —等效深度点的上覆压力；
P h —正常地层压力。
由于该技术只适用于砂泥岩剖面，并且有较多的限制因素，因此对较复杂的地质剖面还无能为力。
7、岩层上覆压力
岩层上覆压力也称垂向主应力，它是由上覆地层的岩石重量和孔隙空间里的流体（油、气、水）的总重量引起的。当有密度测井资料时，可由密度曲线积分求得：
()?=H
gdz Z DEN p 00 (6-7) 式中：Po —深度为H 处的上覆岩层压力；
g —重力加速度；
DEN(Z)—地层密度，它是深度Z 的函数。
由上面的公式可知，要想求得准确的岩层上覆压力，密度曲线应尽量测至井口。
8、水平地应力
地应力简称地壳内的应力，它是地壳固体介质受重力、各地球构造力和天文动力以及探掘工程附加动力的作用，在介质内部单元引起响应变形的力学参数。
地应力既有大小，又有方向，既有垂向地应力，又有水平地应力。描述水平地应力时用到最大水平地应力、最小水平地应力、水平地应力方向三个地质概念。岩石在垂向应力作用下，由于泊松效应，在水平方向有产生变形的趋势，但由于周围岩石的约束，不易产生横向变形。由于相邻岩石的阻挡作用，就相当于对岩石施加了水平应力。岩石除受垂向应力作用外，还受地层孔隙压力、构造应力作用。地层中若不存在构造应力时为各向同性地层，此时水平地应力相同，当构造应力存在时，水平地应力将变为各向异性。
获取地应力的方法有多种，如声发射凯塞效应法，现场水力压裂试验法，测井资料计算的井眼崩落法等。利用测井资料计算地应力使用成本较低，计算速度快，显示井段长，计算结果较准确，具有其它方法不可比拟的优势。下面简要介绍利用测井资料计算地应力方向
及大小的方法。
①地应力大小
当岩石为线性多孔弹性体，远场孔隙压力为恒定值且在埋藏过程中其横向应变为零时，最小水平主应力可用下式计算：
S2=σ·P0/（1-σ）+[1-σ/（1-σ）]αP P （6-8）
式中：S2—最小水平主应力；
α—有效应力系数。
有效应力系数α根据岩石的体积压缩系数和骨架的体积压缩系数计算，其数值大于0小于1。
由双井径测井曲线可近似计算不平衡构造因子，根据式6-8计算的最小水平主应力及不平衡构造因子计算最大水平主应力。
根据最大水平主应力与最小水平主应力，进而计算地应力差。
②地应力方向
地下不同地质时期形成的各种岩石，都具有一定的强度，因此在地壳应力场的作用下，都可能发生弹性变形或产生弹性势能。某深度的岩石在垂向主应力，最大与最小水平主应力的作用下，一般处于相对平衡状态。当井眼在地层内被钻开后，在井壁岩石上形成应力集中，垂直于井轴的横向截面上处于两个水平应力的压力作用及钻井液的张应力作用。根据力的叠加原理，井壁上的应力状态用下式表示：
Sθ= S1+S2-2（S1-S2）·COS2θ-P m （6-9）
式中：Sθ—井壁岩石的切向应力；
S1—最大水平主应力；
P m—钻井液柱压力；
θ—相对于最大水平主应力方向的逆时针方位角。
由(6-9）式可看出，当θ为0度或180度时，即在最大水平主应力的方向，井壁岩石所受的应力最小，此时切向应力值为：
Sθ=3S2-S1-P m（6-10）
当θ为90度或180度时，即在最小水平主应力的方向上，井壁岩石所受的切向应力最大，此时切向应力值为：
Sθ=3S1-S2-P m（6-11）
根据脆性材料破裂理论，当作用力达到或超过材料的破坏强度时，就会发生破裂现象。井眼周围的岩石在最大水平主应力方向，受到较弱的压应力，此时的岩石不易受地应力破坏，井眼尺寸应接近钻头直径。如果泥页岩与钻井液作用，发生水化膨胀，进而出现井壁破坏的情况，要与地应力的作用区别开来。井眼在最小水平主应力方向受到较强的压应力，当这个压应力超过岩石的抗剪强度时，井壁岩石就会发生剪切破坏，出现井壁崩落，形成椭园井眼。显然，椭园井眼的短轴方向即为最大水平主应力方向。
井眼崩落椭园的测量是由四臂或六臂地层倾角测井仪直接测量的。测井是在电缆提升过程中进行的，当电缆以一定速度提升时，测井仪器也以一定速率旋转，当某对极板进入椭园井眼的长轴位置时，测井仪不再旋转，而是按一定的方向上升，这样就可测出或计算出椭园井眼的长轴及短轴。再结合一号极板测量的方位，就可判断出最大水平主应力方向。
9、地层破裂压力
井内一定深度的地层，承受井眼液柱压力的能力是有限的，当压力达到某一定值时，就会使地层破裂，这时的压力值就称这个地层的破裂压力。地层破裂往往是由于井内钻井液密度过大，使井壁岩石所受的切向应力超过岩石的拉伸强度而造成的。
由（6-10）式可知，在最大水平主应力方向受到较小的切向应力。进而可知当液柱压力Pm增大时，在这个方向上将受到较大的拉伸力。式6-10所示为总切向应力，设有效切向应力为Sθe，则：
Sθe=3S2-S1-αP p-P m（6-12）
设岩石的抗拉强度为St,并且与切向应力方向相反。当Pm增大，且有效切向应力值等于或超过岩石的抗拉强度时，地层则破裂，即：
-S t=3S2-S1-αP p-P m(6－13)
因为这时的破裂压力值就是液柱压力值Pm，设破裂压力为P f则由上式得：
P f=3S2-S1-αP p+S t（6-14）
在砂泥岩地层中，上式中的抗拉强度St数值较小，一般它是抗剪强度的十分之一至五分之一，因此它由抗剪强度近拟计算。
10、出砂指数
油气生产时，岩石若发生了剪切破坏，就会出砂，它反映了岩石的强度和稳定性。设出砂指数为B，则：
B=K+（4/3）μ（6-15）一般情况下出砂指数高不易出砂，出砂指数低则易出砂。
(四)、岩石力学参数的工程应用
1、确定合理的钻井液密度
地层压力梯度为近平衡压力钻井、负压钻井提供可靠的钻井液配制依据。对于近平衡压力钻井，在钻进油气层时以钻井液相对密度高于地层压力系数5～10%左右的原则设计钻井液密度。根据地层压力检测资料，既可实现近平衡钻井，提高钻井速度，降低钻井成本，又可减少或防止泥浆对油气层的污染，避免解释中漏掉油气层，同时还可防止井喷、井涌等工程事故。对于负压钻井，在钻进油气层时钻井液相对密度应低于地层压力系数，这就需要较准确预测产层的地层压力系数以便选用适当的钻井液相对密度。
2、确定井身设计中是否需下技术套管
根据地层破裂压力梯度和孔隙压力梯度，可确定井身设计中是否需要下技术套管及技术套管的下深。从防喷防漏的角度考虑，当地层孔隙压力梯度小于地层破裂压力梯度时选用适当的泥浆密度钻井过程中不用下技术套管。当高压地层的孔隙压力梯度接近或大于上部地层某深度的破裂压力梯度时，在该深度之上必须下技术套管。不然较大密度的钻井液会将上部非高压层压坏，钻井中发生井漏或储层被压死情况。
3、分析裂缝形态
根据地层破裂压力梯度及上覆压力梯度，可分析井下压裂后的裂缝形态。若地层破裂压力梯度小于上覆压力梯度，地层压裂后形成垂直裂缝：若地层破裂压力梯度大于上覆压力梯度，地层压裂时形成水平裂缝。
4、井下压裂施工参数的确定
当地层压裂后形成垂直裂缝时，裂缝的长度和高度是杨氏模量、切变模量、泊松比、压裂液排量、粘度等的函数。根据压裂目的及已知的岩石力学参数、井下压裂工程可确定压裂液和支撑剂的类型，用量、泵入速度等，就可准确地控制压裂缝的长度、高度、形状等。
5、出砂预测
根据出砂指数，可预测产层在产液过程中是否出砂、以便及时采取防砂措施。经验表明，出砂指数小于1.4×104Mpa时地层在产液过程中会出砂，当出砂指数大于2.0×104Mpa 时，地层不会出砂，当出砂指数介于二者之间时，地层出少量砂。
6、油气运移规律研究
根据地应力资料，地质研究人员可进行砂层走向，油气运移规律的研究。地应力是油气运移的主要驱动力之一。地应力值的低值区是油气聚集的有利区，油气由强压应力区向弱压应力区运移，最大水平主应力方向是油气运移，渗流的主方向。
7、分析套变情况
根据水平最大及最小主应力差，可确定井下套管能否发生形变及发生形变的位置。
8、判断裂缝高度的延伸方向
在沿井轴方向的垂直剖面上，地应力大小是不一样的，一般情况下，泥岩的地应力大于砂岩的地应力，但其大小并不是以压裂点为对称点上下对称的，缝高是沿地应力小的方向延伸，根据地应力的大小，就可判断裂缝高度的延伸方向。
9、判断弱应力隔层，实施正确压裂施工方案
水力压裂过程中，隔层遮挡层的最小水平主应力数据，关系到压裂后的垂直裂缝是否会穿透。如果能穿透，将出现剖面上的水窜或气窜，造成油水（气）关系复杂甚至油田开发的失败。另外，射孔井段及隔层段的最小水平主应力值影响水力裂缝的高度、宽度及长度，影响施工参数、施工规模及压裂设计及施工，也影响压裂方式及压裂增产效果等。因此，在低渗透油田开发中，射孔方案与最小水平主应力剖面结合非常重要。
10、射孔方位的确定
在天然裂缝发育的低渗透油田，射孔孔眼方位应平行于最大水平主应力方向。因为平衡于最大水平主应力方向的射孔孔眼方位有利于水力压裂的施工，有利于提高压裂后的油井产量。
11、分析井眼稳定性
根据地应力和岩石力学参数，可分析钻井过程中井壁的稳定性。由于地层某深处的垂向主应力、水平主应力、地层孔隙压力、岩石的泊松比等都是固有的，当井眼钻开后，应力在井眼出现新的不平衡，这就需用适当的钻井液对井眼周围应力重新平衡。钻井液密度若选用过大，就有可能对井眼造成拉伸破坏，即发生井漏现象；钻井液密度若选用过小就有可能产生压缩破坏，即发生缩径或岩石剥落掉块而扩径。特别是在较复杂的地层中钻井，不可避免会发生井眼失稳现象。
12、确定水平井钻进方向
水平井水平部分的钻进方向与水平最小主应力方向平行最好，它不仅有利于钻井井孔的稳定和套管的保护，而且压裂时可形成多条与水平井筒垂直的水力裂缝，从而提高油井的采油率。
13、确定注水开发布井方案
最大主应力方向就是水力压裂后裂缝的方向，采油开发人员可提出注水开发布井的合
理方案，对防止水窜、提高采收率有着重要的作用。若注水井与产油井的连线在水力裂缝方向上，油井很容易造成强性水淹，使含水量剧增，产油量下降。若注水井与采油井在水力裂缝方向上平行相间排列，注水线成为近似的线性推进，可扩大平面上的扫油面积，明显提高采油率，避免含水上升快，油井强性水淹的不良现象。
（五）、正交偶极子阵列声波处理成果图件介绍
正交偶极子阵列声波测井资料处理后所提交的图件包括：
1、波形提取及全波变密度图比例：1：200
第一道：自然伽马单位API；
钻头单位in；
第二道：深度单位米；
第三道：单极模式全波列变密度图；
第四道：纵波时差单位μs/ft；
横波时差单位μs/ft；
斯通利波时差单位μs/ft；
第五道：纵、横波波速比。
2、声波幅度图比例：1：200
第一道：自然伽马单位API；
钻头单位in；
第二道：单极模式全波列波形显示；
第三道：深度，单位米；
第四道：1-8号接收器的纵波幅度；
第五道：1-8号接收器的横波幅度；
第六道：1-8号接收器的斯通利波幅度；
3、声波幅度衰减图比例：1：200
第一道：自然伽马单位API；
钻头单位in；
第二道：交叉偶极模式XX轴波形图；
第三道：深度，单位米；
第四道：纵波幅度衰减单位：db/ft；
第五道：横波幅度衰减单位：db/ft；
第六道：斯通利波幅度衰减单位：db/ft；
4、地层各向异性成象图
第一道：自然伽马单位API；
井斜单位度；
仪器方位单位度；
第二道：地层各向异性玫瑰图统计频率10米；
第三道：百分比地层各向异性单位%；
平均百分比地层各向异性单位%；
第四道：快横波方位各向异性成象图；
第五道：快横波方位角单位度；
快横波方位角不确定性。
5、各向异性计算成果图
第一道：自然伽马单位：API；
钻头单位：in；
第二道：快横波慢度单位：μs/ft；
慢横波慢度单位：μs/ft；
第三道：快横波波形单位：μs；
慢横波波形单位：μs；
计算各向异性开窗时间单位：μs；
计算各向异性关窗时间单位：μs；
第四道：百分比地层各向异性单位%；
平均百分比地层各向异性单位%；第五道：快横波方位角单位：度；
仪器方位单位：：度。
6、地应力分析成果图比例：1：200
第一道：深度，单位米；
第二道：最大主应力方向单位：度；
井斜角单位：度；
第三道：水平最大主应力单位：0.098Mpa/m；
水平最小主应力单位：0.098Mpa/m；第四道：主应力差单位：0.098Mpa
第五道：岩性分析
7、岩石力学成果图1
第一道：深度单位：米；
第二道：杨氏模量单位：104Mpa；
切变模量单位：104Mpa；
第三道：体积弹性模量单位：104Mpa；
体积压缩系数单位：（104Mpa）-1；
第四道：出砂指数单位：104Mpa；
第五道：岩性分析。
8、岩石力学成果图2
第一道：深度单位：米；
第二道：破裂压力梯度单位：0.098104Mpa；
上覆压力梯度单位：0.098104Mpa；第三道：地层压力梯度单位：0.098104Mpa；
泊松比
第四道：固有剪切强度单位：Mpa；
单轴抗压强度单位：Mpa；
第五道：岩性分析。
（六）、正交偶极子阵列声波测井应用
处理后的阵列声波测井资料提供了准确的纵波时差、横波时差、斯通利波时差及大量的岩石物理参数和工程力学参数，利用这些参数可以指导我们进行岩性识别、裂缝识别和钻井泥浆配置等。
1、岩性特征分析
理论上，利用纵横波速度比可以大致确定地层的岩性，一般情况下，纵横波速度比（V P/V S或DTS/DTC）：砂岩为1.58～1.8；灰岩为1.9；白云岩为1.8；泥岩为1.936。在多数地区若1.9< V P/V S<2.2，可以认为地层为破裂岩体或有大量裂缝发育。此外，泊松比（poi ratio）也是岩性的一个表征，砂岩泊松比的标准值为0.25，泊松比>0.25则认为含有泥质。
2、裂缝发育情况分析
利用偶极子阵列声波测井技术评价裂缝主要的方法有三种：一是利用斯通利波反射参数（根据反射、入射能量比）来评价裂缝的开度；另一种方法是利用斯通利波的频移和时移来计算渗透率，其条件是井眼不扩径。因此，可以认为井眼规则处的高反射系数和大渗透率有可能存在裂缝；二是在多数地区利用纵横波速度比（V P/V S）也可大致指示裂缝。一般认为当1.9< V P/V S<2.2时，认为有裂缝发育。但仅从纵横波速度比，难以划分出准确的裂缝级别。根据已有的经验，如果有裂缝发育，那么裂缝在全波的变密度图上将呈“V”字形或“人”字形显示；三是可以利用纵、横、斯通利波的幅度衰减直观的判断裂缝发育带，前提是结合常规资料剔除泥岩、大井眼的影响，因为泥岩、大井眼同裂缝一样也不同程度能造成三类波的衰减，在经验丰富的情况下，还可根据三类波衰减程度不同定性的判断裂缝发育类型。
3、岩石力学参数及机械特性方面的应用
根据MAC获取的纵、横波信息结合常规测井资料、井下试油资料，建立合理的计算模型计算地层的破裂压力梯度、闭合压力梯度、泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量、体积压缩系数、固有剪切强度等岩石力学参数，并能为岩石机械特性分析提供重要的信息。
4、在井眼稳定性方面的研究
在准确地计算出上述岩石力学参数的基础上，利用、借助声电成象及其它常规测井资料建立相应的处理解释模型，定量确定地应力方向、大小以及最大、最小泥浆密度，评价井眼崩落、压裂状况和钻井液漏失的层位和性质等，然后再结合破碎模型中的地应力数据，定量确定井眼稳定性。
5、在地层各向异性性方面的研究
在具有各向异性地层中XMAC-II仪器采集到的横波可以分离成快横波和慢横波，快横波在慢横波之前到达阵列接收器。通过对声波曲线进行横波分离得到快、慢横波速度及方位，进而用快横波方位来确定裂缝及地应力引起的各向异性，并且结合井眼成象资料判断地层各向异性的影响因素。
6、在识别气层方面的应用
地层中的气体使纵波速度降低，但对横波的影响很小，高孔隙度气饱和的砂岩具有异常低的纵、横波波速比。因此根据交叉偶极横波资料得出的纵横、波速度比可帮助地球物理
学家识别与含气有关的幅度异常。
（七）正交多极子阵列声波测井（XMAC-II）在储层评价中的应用
7.1 岩性特征分析
人们一直用纵横波速度的比值Vp/Vs作为一个岩性指示参数。理论上，利用该比值可以
大致确定地层的岩性，一般情况下，砂岩的纵、横波波速比在1.58-1.8之间，而含水砂岩
却表现为该比值随孔隙度、泥质含量的增大和有效应力的降低而增加；对白云岩和灰岩来说
该比值几乎是一个常数，分别为1.8和1.9。
以川东北地区为例，岩性主要是砂泥岩、碳酸盐岩，统计表明(图1)砂岩储层纵、横波
速度比主要在1.5－1.8之间；灰岩储层纵、横波速度比主要在1.8-2.0之间；白云岩储层纵、横波速度主要在1.7-2.0之间。因受井况、泥质含量、孔隙度等影响提取时差均与理论
值有所偏差,同时相互比较也可以看出砂泥岩地层和碳酸盐岩地层时差特征有明显的不同。
砂岩灰岩白云岩
图1 纵横波速度比统计直方图
7.2 气层的识别
由于纵波为压缩波，在气体中能够传播，当储层含气时会使纵波能量得到有效地衰减，
使得传播速度下降，时差增大；而横波为剪切波，在气体不能传播，因此横波受气体的影响
不大，由此就导致了在储层含气的情况下纵横波速度比下降，且随含气饱和度的增加纵横波
速度比下降越明显，而水层和油层的纵波速度基本不受影响，其纵横波速度比接近于岩性背
景值。
以**井为例，从该井上古生界砂岩储层提取的结果可知该组段砂岩纵、横波时差较稳定，
纵波慢度为60-70μs/ft；横波慢度为110μs/ft左右；纵、横波速度比为1.6-1.75之间。
图2是孤北古1井多极子阵列声波测井图，4126－4137米段，纵、横波速度比明显下降，
在1.5左右，纵波幅度降低，波形及能量有较大衰减，为典型气层响应。该井段中途测试曾
获日产气56202方，这也验证了利用多极子阵列声波测井判断气层的有效性。
气
层
图2 多极子阵列声波测井资料在气层中的显示特征
7.3 定性判断裂缝发育井段
不同裂缝类型在波形幅度及衰减上具有不同的测井响应特征。当井眼与地层垂直时，地层层理及低角度裂缝对仪器测量的纵波能量即纵波幅度衰减明显增大，这是由于纵波是一种典型的纵向波，按“压缩模式”传播，波的传播方向与质点位移方向平行，在测量过程中纵波的传播方向及质点位移方向与井轴平行，而层理和低角度裂缝能引起地层纵向上波阻抗的变化，从而导致纵波能量幅度的衰减，其衰减程度随着层理和低角度裂缝发育程度的增加而增大。横波是一种典型的横向波，按“剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质点的位移方向。在横波测量过程中质点的位移方向与井轴垂直，而中、高角度裂缝能够引起地层径向上波阻抗的变化，因此能够引起横波能量幅度的衰减，衰减程度亦随着裂缝发育程度的增加而增加，另外其衰减程度与裂缝的充填物质有关，当裂缝为有效裂缝，其内充填物为流体，此时会导致地层径向波阻抗数值发生严重衰减，相反当裂缝被固体物质所充填，则对地层波阻抗的数值影响不大，相应的衰减幅度也较小，由此可以判断储层裂缝发育的有效性。
如图3所示，4777－4790米段，声波能量幅度较高，波形衰减不明显，成像图显示比较致密，仅发育少量诱导缝；4790－4804米段，声波能量幅度明显变低，波形衰减明显，成像图显示裂缝非常发育。而井径曲线显示该井段井眼状况非常好，故声波的衰减主要是由裂缝发育所致。
图3 多极子阵列声波测井资料在裂缝发育段的显示特征
7.4 各向异性分析
在构造应力不均衡或裂缝性地层中，横波在传播过程中通常分离成快横波、慢横波，且快、慢横波速度通常显示出方位各向异性，质点平行于裂缝走向振动、方向沿井轴向上传播速度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，这称之为地层横波速度的各向异性。百分比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，它也反映地层的各向异性的大小。各向异性的方向与大小往往与地应力及裂缝系统有关。通过对声波曲线进行横波分离得到快、慢横波速度及方位，进而用快横波方位来确定裂缝及地应力引起的各向异性，并且结合井眼成象资料判断地层各向异性的影响因素。
实例表明，砂泥岩地层中各向异性方向往往可以代表地层最大水平主应力，图4所示各向异性方位与成像诱导缝确定的地应力方向有很好的一致性；而灰岩地层各向异性方向往往代表了裂缝的发育方向，图5所示各向异性方向与裂缝发育方向有很好的一致性。
图4 各向异性方位反映地应力图
图4 各向异性方位代表了裂缝发育方向
（八）正交多极子阵列声波测井资料在工程中的应用
利用测井资料中的纵波时差、横波时差、体积密度、自然伽马等曲线以及地层评价成果，建立解释模型来计算泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量等岩石力学参数,在此基础上进一步可以计算破裂压力、初始剪切强度、有效切向、径向应力等岩石机械特性参数。这些基础参数的准确确定对井壁稳定性研究以及压裂高度预测具有重大的意义。
8.1 井眼稳定性分析
井漏和井塌是钻井中经常遇到的井壁不稳定问题，它严重影响了钻井的速度、质量及油田开发的综合经济效益。因此研究井壁稳定具有重要意义。测井响应是在一定的钻井背景下测量的，每个时刻得到的测井响应值都必须隐含了井周地层在钻井过程中所经受的各种应力变化和强度变化，对应了钻井液与地层之间的一种作用状态，利用上述计算的岩石力学参数及岩石机械特性参数可以有效地对井眼稳定性进行评估，在计算出钻井液最大、最小及理密度的基础上对油藏区域上的勘探、开发钻井工程设计提供可靠的依据。
井眼稳定性分析是利用计算理想泥浆比重来分析实际泥浆比重对井眼的影响，做到既保护井眼又避免地层受到污染。一般来说，当泥浆柱压力大于自然破裂压力时，会造成泥浆漏失现象；当泥浆柱压力小于切变破裂压力（坍塌压力）时，会造成井眼坍塌现象；当泥浆柱压力小于地层压力时，可能会发生井喷事故。因此，泥浆比重的选择要足够低以避免泥浆漏失，但要足够的高以防止井眼崩落。
图5所示，计算最小泥浆密度分布范围是1.15-1.5g/cm3，最大泥浆密度分布范围是2.0-2.6
g/cm3，而实际使用泥浆密度为1.25-1.33g/cm3，在局部井段实际使用泥浆密度要小于最小泥浆密度，导致井眼发生跨塌，表现为井径的扩大。
图5 井眼稳定性分析成果图
8.2 压裂高度预测
压裂目前成为低孔渗油藏有效提高开发效率的一个重要手段，压裂的大小、方向直接影响到油藏后期的勘探、开发部署及效果。在水力压裂过程中，当井中的压力大于地层的破裂压力时，地层开始破裂。地层初始压裂后，连续泵入的压裂液将导致裂缝沿着平行于最大应力和垂直于最小应力方向的平面延伸。这种连续性压裂的压力将低于起始压裂的压力，而大于最小水平应力（闭合压力）。因此，一旦裂缝已经压开，为了保持裂缝开口所需要的压力，在垂直裂缝的情况下，至少将等于最小水平应力，这一应力就是通常所说的闭合应力,在一般的情况下，岩石破裂的闭合压力与地层的闭合应力相等，即等于地层最小水平应力。
在研究分析过程中利用上述得出的弹性参数来计算岩石压力和破裂压力偏移分析所需的参数，最终得到地层最小破裂压力及在一定的等效压力递增下，相应的压裂缝的纵向延伸高度以及方向。
图6是**井压裂高度预测成果图，这里以颜色每变化一次表示压力步长增加一个，其上下延伸的井段代表预测的压裂高度。图中37、38号层（4120.6～4139m）测井解释为气层，岩性为石英砂岩，有微裂缝，孔隙度为8.48%和7.59%，渗透率为1.3×10-3μm2和0.5×10-3μm2，中途测试折算日产气5.2万方，两层同时压裂后日产气7.84万方，实际施工破裂压力73.4MPa。根据压裂高度预测结果，理论计算初始破裂压力69.9MPa，设计压裂步长采用0.5 MPa，增加一个步长时，37号层首先被压开；增加两个步长即1MPa时，38号层被压开。当压裂压力增量超过6个步长即3MPa时，压裂缝突破37、38号间泥质夹层，两层相互贯通。若继续增大压力，裂缝将继续向上下延伸。同时根据各向异性分析结果，该层段最大水平应力方向是近东西向，预测裂缝走向应为近东西向。
Geolog软件技术手册Full Sonic Wave Processing -SWB 帕拉代姆公司北京代表处 2006年12月
1、综述................................................................................................................................................................................ - 1 - 1.1 预备知识..................................................................................................................................................................... - 1 - 1.2数据 ............................................................................................................................................................................... - 1 - 2、阵列声波全波形........................................................................................................................................................... - 2 - 2.1数据准备 ...................................................................................................................................................................... - 3 - 2.1.1查看/创建一个声波列阵工具模版.......................................................................................................... - 3 - 2.1.2 练习指导2-创建其他波形属性.............................................................................................................. - 5 - 2.1.3波形分解.......................................................................................................................................................... - 6 - 2.1.4深度转换.......................................................................................................................................................... - 7 - 2.2 处理 .............................................................................................................................................................................. - 8 - 2.2.1数据分析......................................................................................................................................................... - 8 - 2.2.2去噪................................................................................................................................................................ - 11 - 2.2.3 设计滤波器................................................................................................................................................. - 17 - 2.2.4 振幅恢复 ..................................................................................................................................................... - 19 - 2.3阵列声波处理.......................................................................................................................................................... - 20 - 2.3.1处理模块简介 ............................................................................................................................................. - 20 - 2.3.2偶极波形处理 ............................................................................................................................................. - 21 - 2.3.3 单极波形处理 ............................................................................................................................................ - 23 - 2.3.4 拾取标志波至 ............................................................................................................................................ - 26 - 2.4后期处理 (32) 2.4.1综述 (32) 2.4.2频散校正 (33) 2.4.3 传播时间叠加 (36) 2.4.4 相关性显示 (38) 2.4.5 阵列声波重处理 (39) 3、机械性质 (44) 3.1综述 (44) 3.2 计算动力学弹性性质 (44) 附录I-快速运行 (46) 附录II-频散校正讨论 (47)
声波测井仪器的原理及应用 单位：胜利测井四分公司 姓名：王玉庆 日期：2011年7月
摘要 声波测井是石油勘探中专业性很强的一个领域。它是一门多学科的应用技术，已经成为油田勘探、储量评估、油气开采等方面不可缺少的工具。声波速度测井简称声速测井是利用声波在岩石中传播的速度来研究钻井剖面的一类物探方法，其方法是测量滑行波通过地层传播的时差 t（声速的倒数，单位us/ft）。目前主要用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等方面，是主要测井方法之一。 数字声波测井仪，其中包括66667声波数字化通用短节和6680声波探头2部分。能完成声波时差测井和水泥胶结测井，能与SL6000型地面系统和进口的5700型地面系统相配接。 正交多极子阵列声波测井(XMACII)将新一代的偶极技术与最新发展的单极技术结合在一起，提供了当今测量地层纵波、横波和斯通利波的最好方法。当偶极子声源振动时，使井壁产生扰动，形成轻微的跷曲，在地层中直接激发出横波和纵波，根据正交多极子阵列声波资料得出的纵横、波速度比可识别与含气有关的幅度异常。 关键词：数字化；声波时差；声波变密度；阵列声波；声波全波列；
目录 第1章前言 (1) 第2章岩石的声学特性 (2) 第3章数字声波测井原理及应用 (3) 3.1 数字声波测井原理 (3) 3.2仪器的工作模式 (5) 3.3时差计算 (5) 3.4 数字声波测井仪器的性能 (6) 3.5 SL6680测井仪器的不足 (7) 3.6数字声波仪器小结 (7) 第4章正交多极子阵列声波测井 (8) 4.1 XMACII多极子阵列声波测井原理 (8) 4.2 XMACII多极子阵列声波仪器组成 (9) 4.3 XMACII多极子阵列声波的使用及注意事项 (10) 4.4 应用效果及结论 (14) 第5章声波测井流程及注意事项 (15) 5.1 声波测井流程 (15) 5.2 注意事项 (16) 参考文献 (17)
现代物业?新建设 2012年第11卷第9期 浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用 张建宏 （新疆新地勘岩土工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830002）摘 要：伴随着不断发展的数字测井技术，在测井当中，声速测井已经成为重要的方式之一。对岩体工程勘察中声波测井技术的应用进行了分析。 关键词：岩土工程；勘察；声波测井 中图分类号：[P258] 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）09-0047-02 声波测井主要分为声幅测井与声波测井两大类。一般来说，我们说的声波测井指的是对地层当中声波传播速度进行测量。 1 声波测井 在不同的介质当中，声波传播会有明显的差别，岩石当中的裂缝、风化以及溶洞对声波速度都有影响，因此对岩层物性特征的了解可以通过声波测试来进行。而声速测井测的是地层中声波传播的时间。 声波测井一般是对纵波速度进行测量，声波耦合通过仪器发射晶体声波，然后通过仪器接收晶体声波。由于接收晶体与发射晶体之间存在一定距离，所以传播速度与所测得的声波传播时差成反比。根据实际需要，也可以将传播时差换算成声波速度，然后再与其余的物理参数进行结合，也能够将横波速度计算出来，从而对弹性参数以及岩性的划分进行计算，这样更有利于岩土工程勘察工作的进一步开展。 2 岩石中声波的传播 我们所研究的是不同地质年代在地壳中的矿物成分以及结构各异的岩石，并且在岩石当中还存在裂隙与孔隙，但是它们的分布、大小、形状并非固定，而这些因素对岩石的物理性质都有不同程度的影响。岩石的声速指的是在岩石当中声波的传播速度，理论支持与实践证明：随着岩石密度的不断增大，声波速度也会随着提升。 2.1 岩性 如果岩石的岩性不同，那么声波传播速度也会有明显的区别。岩性不同，岩石密度就存在差异，一般来说，岩石密度从大到小依次为：石灰岩→砂岩→泥岩，而声波速度也会随着密度的减少而降低。 2.2 岩石结构 如果岩石的胶结性较差、较为疏松，声波速度也会降低；反之，声波速度则会升高。对于声波速度来说，岩石当中存在的溶洞与裂隙等也会产生一定程度的影响。 2.3 岩石孔隙间的储集物 岩石声波速度也会受到岩石孔隙当中不同储集物的影响。 2.4 地质时代以及地层埋藏深度 声波在地层当中的传播会受到地层时代以及地层埋藏实际深度的影响。当地质时代与岩性相同，那么埋藏的深度越大，声波传播的速度也就越大；反之，埋藏的深度越小，那么声波速度也会随着减小。在岩性相同的情况下，相比新地层，老地层的声波传播速度更快，这主要是由于在漫长的地质年代中，老地层受到了覆盖岩层长期性压实产生的结果。此外，由于长期地壳运动，岩石骨架颗粒的排列也会越来越紧，其弹性与密度都会不同程度地增加。 3 声波测井的应用范围 3.1 钻孔岩性的划分 由于不同的岩层所具有的声波传播速度是不同的。所以，地层岩性可以通过声速测井来进行判断。在钻孔岩性的划分当中，也可以结合自然伽玛、电阻率等有关的参数。 3.2 岩层风化、氧化带的确定 由于受到了氧化与风化，岩石的胶结程度会受到不同程度的影响，甚至会出现破碎，从而导致强度减弱、密度减小、波速减小，将完整的岩石声波速度与所测得的声波速度进行比较就会发现。岩石的疏松与破碎的程度能够通过波速的减少量来判断，因此对岩层的氧化带、风化都能够加以确定。 Engineering Construction 工程施工 – 47 –
正交偶极子阵列声波测井（XMAC-II） (一)、正交偶极子阵列声波测井（XMAC-II）原理 ECLIPS—5700测井系统中的交互式多极子阵列声波仪（XMAC-II）是将一个单极阵列和一个偶极阵列交叉组合在一起，两个阵列配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。单极阵列包括两个单极声源和8个接收器。声源发射器发射的声波是全方位的，既是柱状对称的，中心频率为8kHz。偶极阵列是由两个交叉摆放（相差900）的偶极声源及8个交叉式偶极接收器组成。接收器间距为0.5英尺。 每个深度点记录12个单极源波形，其中8个为阵列全波波形（TFWV10），4个为记录普通声波时差的全波波形（TNWV10）。每个深度点记录32个偶极源波形，即每个接收器记录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形，X、Y表示不同方位的发射器或接收器的方向，例如XY表示X方向发射器发射，Y方向接收器接收；YY则表示Y方向发射器发射Y方向接收器接收。8个接收器共记录32个偶极源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。 （二）、正交偶极子阵列声波资料的处理 偶极子阵列声波测井资料是用eXpress的W A VE模块处理，主要包括地层纵波、横波和斯通利波的提取及其时差计算、岩石物理参数计算、岩石机械特性分析等。 1、地层纵波、横波和斯通利波的提取及慢度分析 采用慢度—时间相关STC（Slowness-Time Coherence）技术从MAC全波列中提取地层的纵波、横波及斯通利波，并计算其慢度。STC采用一种类似地震中使用的相似算法，检测阵列接收器中相关的波至，并估算它们的慢度。 在利用STC技术处理之前要对波形进行滤波，以便消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声。另外，为了得到真实的地层横波，在处理中要包括一个计算前的校正步骤，以便校正挠曲波频散引起的偏差。校正量取决于声源的声波响应特征、STC滤波器特征、井眼大小和横波慢度。对硬地层来说这种校正量很小，但对大井眼软地层来说这种校正量可能达到10%。 2、岩石力学参数的计算 根据提取的纵横波时差、常规密度曲线及其它资料计算的孔隙度并利用岩石特性分析模块计算纵横波速度比、泊松比、体积模量、切变模量和杨氏模量等岩石物理参数。 3、岩石机械特性分析 利用上面计算的岩石力学参数、常规分析计算的泥质体积、泥浆性能等参数计算各项应力、破裂压力梯度、闭合压力梯度等参数。 (三)、地层岩石力学参数的基本概念及计算方法 1、泊松比（σ） 又称横向压缩系数，就是横向相对压缩与纵向相对伸长之比。 计算公式:
在声波测井中，常常会因为地层的衰减，使得声波测井仪无法接收声波的首波信号。为了增强接收的声波信号，通常采用两种方法：一是通过增大换能器尺寸来降低声波的频率从而减小地层衰减；二是增大换能器的发射功率来增大声波信号的功率，但是由于换能器所能承受的最大激发电压和温度的限制，致使发射声信号功率有限。所以，可以通过相控阵技术使阵列发射探头发出的声信号同相位叠加，改善指向性达到增强首波信号的目的。阵列声波测井仪有两种组成方式：一是单接收器和一维阵列声源的组合；二是单声源和一维阵列接收器的组合。换能器为薄圆管形压电换能器。本文采用了声波测井中的传输网络理论与指向性权系数的概念，推导出了换能器的几何形状与尺寸对线阵声源的导向系数的关系。通过改变阵列接收器接收到的声波信号的时间偏移量和线阵声源的激发延迟时间，可以令接收的首波幅度（阵列声源）与叠加波的首波幅度（阵列接收器）达到最大。通过本文提出的方法可以令声波测井中接收到的声波测井信号的首波幅度大大增加。 关键词：阵列声波测井、相控阵、指向性、换能器、激发延迟时间
In acoustic logging, often because of the decline of formation makes sonic tool cannot receive the first wave of sound wave signal. In order to enhance the received acoustic signal, usually adopts two methods: one is through increased to reduce the frequency of the acoustic transducer dimension reducing formation attenuation; Second is to increase the transmission power of the transducer to increase the acoustic signal of power, but because of the transducer can bear the limit of maximum excitation voltage and temperature, the sound emission signal power co., LTD. So can make through phased array technology emission probe array acoustic signals with the phase superposition, achieve the enhancement purpose to the first wave signal to improve the directivity. Array acoustic logging tool is composed of two ways: one is the combination of single receiver and a one-dimensional array source; The second is simple sound source and the combination of a one-dimensional array receiver. Transducer is a thin circular tube in the shape of a piezoelectric transducer. This paper adopts the transmission network theory and directivity of acoustic logging weight coefficient, the concept of the geometric shape and size of the transducer is deduced on the relationship between the linear array direction Guide coefficient of sound source. By changing the array receiver to receive the time offset and linear array acoustic signal source excitation delay time, can receive the first wave of sound source (array) and superposition of wave amplitude of the first wave amplitude (array receiver) maximum. By the proposed approach can make sonic logging in the received the first wave of acoustic logging signal amplitude increase greatly. Keywords: array sonic logging、phased array、directivity、transduc、 Stimulate the delay time
浅谈声波测井技术发展现状与趋势 摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程。 关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波测井； 从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要
的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的测井方法之一。 一、测井技术发展现状及趋势 声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的 基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。
浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用摘要：本文首先论述了声速测井的测试原理，进而论述了影响岩石声波速度的主要因素，第三以工程实例，利用声波测井技术得到了评价岩土动力学特征的参数，既校正地解释岩性和岩层，还反映了岩土层的相对强度，为建筑设计提供一定的参考依据；最后，文章还阐述了当前声波测井技术在岩土工程勘察中存在的不足之处，以供参考。 关键词：声波测井技术；岩土工程勘察；应用 abstract: this paper first discusses the velocity measurement principles of well logging, and then discusses the influence of the main factors rock acoustic velocity, and the third by engineering example, the acoustic logging technology got the evaluation of the parameters of the dynamic characteristics of rock, both correction to explain the lithology and rocks, but also reflect the relative strength of geotechnical layer, for building design provides some reference basis; finally, the paper also expounds the current acoustic logging technology in geotechnical engineering investigation in existence deficiency, for reference. keywords: acoustic logging technology; geotechnical engineering; application 中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：
阵列声波测井信号调理与首波提取技术研究 张嘉伟,师奕兵,王志刚,刘西恩 (11电子科技大学自动化工程学院,四川成都610054;21中海油田服务股份有限公司技术中心,北京101149) 摘 要:本文分析阵列声波测井中声波全波列信号的特点,采用前置通道信号调理技术对声波信号进行预处理以便于首波提取,并阐述一种首波到时的提取技术及实现算法。前置通道信号调理电路的设计采用了自动增益控制技术,可实现增益的自动调节。首波提取采用了短窗-长窗能量比算法,能够精确地检测到首波。关键词:阵列声波;信号调理;首波;横波;全波列 中图分类号:P63411 文献标识码:A 文章编号:167224984(2006)0420004202 R esearch of signal process and detecting head w ave of acoustic array ZH ANGJia 2wei ,SHI Y i 2bing ,W ANG Zhi 2gang ,LI U X i 2en (11School of Automation Engineering ,Ueiversity of E lectronics Science and T echnology ,Chengdu 610054,China ; 21T echnical Center 2China Oilfield Services C o 1Ltd ,Beijing 101149,China ) Abstract :This paper analyzed the characteristic of the acoustic full waveform of acoustic array 1Head wave could be easily picked up through signal processing 1A method of detecting and correcting head wave of acoustic array was als o introduced 1The gain of receiver input channel could be controlled automatically 1The head wave of acoustic array could be accurately detected by the method of energy ratio of short 2window and long 2window 1 K ey w ords :Acoustic array ;S ignal process ;Head wave ;Shear wave ;Acoustic full waveform 收稿日期:2006202217;收到修改稿日期:2006204225基金项目:中海油企业发展基金资助(H04010701W070552) 1 引 言 多极子阵列声波测井系统是一套声波全系列的测井仪器,它可以完成包括常规声波仪器要求的各种测量服务。该系统主要用于直接提取软硬地层中纵横波参数及斯通利波参数,以适应各种地层的测井解释要求。本文主要对该系统中声波全波列首波到时进行分析,重点介绍了前置通道信号调理电路设计与首波到时提取算法。 2 阵列声波测井前置通道信号调理技术 211 声波信号产生与接收模型 阵列声波测井主要采用图1方式产生声波全波列信号。接收换能器两组各八个:八个相邻半英尺的单极子接收换能器(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8)和八个相邻半英尺的偶极子接收换能器(R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28),每个接收换能器有两根信号引出导线。为简单记,图1中只画出了一组,可以把它看成两组。发射换能器有4个,从上到下T 01(单极),T 23(偶极),T 24(斯通利波),T 02(单极)。通过Fire 信号对发射换能器进行触发迫使 其产生声波信号,经过地层传输到接收换能器,再由接收换能器将接收到的声波信号转换成电信号以待前置通道信号调理电路处理。图1中接收阵列信号就是所要接收的声波全波列信号,它主要由三部分组成:纵波(Vp )、横波(Vs )和斯通利波(Vst )。由于纵波速度较快所以首先到达,斯通利波速度最慢因而最后达到。在短源距测井中三个波有部分可能混叠在一起, 而长源距测井中三个波在时间轴上会明显区分。 212 前置通道信号调理电路设计 阵列声波全波列测井中前置通道信号调理电路 第32卷第4期 2006年7月中国测试技术 CHI NA ME AS URE ME NT TECH NO LOGY V ol 132 N o 14July ,2006
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910370727.1 (22)申请日 2019.05.06 (71)申请人 中国石油天然气集团有限公司 地址 100007 北京市东城区东直门北大街9 号中国石油大厦 申请人 中国石油集团测井有限公司 (72)发明人 曹先军 周军 李国军 赵静 马修刚 路涛 孙佩 苗秀英 侯秋元 李楠 冀昆 樊云峰 刘家雄 赵延静 (74)专利代理机构 西安通大专利代理有限责任 公司 61200 代理人 高博 (51)Int.Cl. G01V 1/40(2006.01) G01V 1/30(2006.01)E21B 49/00(2006.01) (54)发明名称一种应用阵列声波测井数据进行气层识别的方法(57)摘要本发明公开了一种应用阵列声波测井数据进行气层识别的方法，采用阵列声波测井数据结合密度曲线计算地层岩石的岩石力学参数，然后将计算地层岩石的岩石力学参数分别在同一道中显示，各道中两条曲线采用相同的刻度，有包络的位置指示含气，其中体积模量和拉梅常数采用反向刻度0～17；最后对计算出的参数进行归一化并计算综合含气指数SGI，根据综合含气指数SGI的相对大小判断地层是否含气以及含气量的相对值。本发明方法提高了识别精度，增加易用性，拓展适用范围，不仅适用于碳酸盐岩地层，解决了碳酸盐岩地层中气层难以准确识别的问题， 同时对砂泥岩地层的识别效果也非常好。权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 110133724 A 2019.08.16 C N 110133724 A
5700测井技术介绍—— 阵列声波 测井原理及地质应用
目录 一、前言 (2) 二、阵列声波测井原理 (2) 1、多极子阵列声波仪器的测量原理 (2) 2、交叉偶极子阵列声波仪器的测量原理 (3) 3、阵列声波的测量方式 (4) 4、阵列声波测井波形分析 (4) 三、阵列声波的处理 (6) 1、提取纵波、横波及斯通利波 (6) 2、数据处理STC算法 (6) 3、全波列分析处理程序 (7) 四、阵列声波的基本地质应用 (8) 1、利用纵波、横波及斯通利波识别裂缝 (8) 2、鉴别岩性和识别气层 (9) 3、在计算岩石机械特性中的应用 (10) 4、压裂施工分析 (11) 5、利用时滞频移识别裂缝带 (13) 6、判断地层各向异性 (14) 7、计算地层应力和确定应力方位 (16) 五、总结及建议 (17)
一、前言 阵列声波仪器能够测量地层的纵波、横波、斯通利波，通过一定的数学计算方法便能提取这些波的首波传播时间，计算频散特性，从而分析出岩石的声学特性，再结合密度、泥质含量、孔隙度等曲线能够计算地层弹性力学参数、机械特性参数、泥浆参数、地层渗透率等参数，并且能够计算各向异性地层的各向异性大小和方位。利用这些参数能够评价井眼的稳定性，评价裂缝的发育带，确定应力大小及方位，为压裂施工提供压力参数，为钻井泥浆的配制提供泥浆参数，并能判断岩石裂缝的有效性。 由于这些特点，目前阵列声波测井已得到了广泛的应用。尤其在解决复杂的地质问题，为油田增产、增效服务方面，起到了非常重要的作用。 二、阵列声波测井原理 1、多极子阵列声波仪器的测量原理 多极子阵列声波测井仪器（MAC）将单极子阵列和偶极子阵列进行有效地组合，两个阵列的配置是完全独立的（如图2-1）。 该仪器的声系包括1个单极子声系和1个偶极子声系。单极子声系包括2个单极子发射换能器T1、T2和8个接收换能器，发射换能器带宽为2KHz-15KHz，中心频率为8KHz，可以激发地层纵波、斯通利波，在地层中激发转换横波。接收换能器带宽为1KHz-20KHz。偶极子声系包括2个偶极子发射换能器X、Y 和8个接收换能器，发射换能器带宽为1KHz-3KHz，中心频率在1KHz-3KHz之间，可以激发转换横波，进行同线测量或正交偶极子测量；接收换能器带宽为1KHz-10KHz。 仪器共有四个发射器，其中T1、T2为单 极发射器T1 极发射器T2 极发射器Y 偶极发射器X 8接收器阵列 分隔器 发射器部分 图2-1 MAC测井仪器示意图
一、名词解释 xx: 按广义胡克定律，在弹性限度内，被当做弹性体处理的岩石在发生伸长或压缩形变时，拉伸或压缩应力与同方向上的相对伸长或压缩，即外加应力方向上的线应变成正比，其比例系数即为杨氏模量E。 泊松比： 物体在弹性限度内，在受拉伸应力时，受力方向上发生伸长，其形变用纵向线应变（x轴方向）表示，而在于受力方向垂直的方向上发生缩短，其形变用横向线应变和（y轴和z轴方向）表示，其横向线应变（缩短）与纵向线应变（伸长）的比值即为泊松比。 滑行纵波： 折射纵波的折射角为90°，产生的折射纵波沿界面传播称为滑行纵波 孔隙度： 岩石所有空隙体积占岩石总体积的百分比 声波时差： 在物理声学中，声速的倒数1/v称为慢度，在声波测井中称为声波时差（声波信号在1m厚的岩层中传播所用时间） xx跳跃： 声波时差测井曲线上出现声波时差值抖动性增加 滑行xx： 折射横波的折射角为90°，产生的折射横波沿界面传播称为滑行横波 全波列： 指滑行纵波、滑行横波、瑞利波、管波、斯通波的总和
xx波： 在固体的自由表面上，传播方向沿表面的波 xx角： θr=arcsinV*/Vr,并认为在井内声波以瑞利角入射时，在井壁地层的表面产生瑞利波 xx通滤波（xx）： 井内流体中传播的波 自由套管： 套管内外都是空气或水（或低密度钻井液）的套管 弯曲波： 在井壁地层中传播时，井壁上地层中的质点在与井轴垂直方向上的位移与扭转波德位移不在 一个平面内，而是沿井的半径方向，即与井壁表面垂直传播时，井壁产生弯曲形变 扭转波： 在井壁地层中传播时，井壁上质点存在沿水平方向上的位移，而且在井壁相对表面位移相反 方向传播时，井壁地层产生扭转形变 各向异性（TI）： 介质中有一个对称平面（如垂直于地面的井轴）在沿该轴方向上和与该轴垂直方向上介质的声波速度、弹性力学性质有差异，而与该轴垂直的水平面上，各个方向介质的声波速度和弹性力学性质可以认为是相同的 横向各向异性（HTI）：
国外主要测井公司介绍 (34)Rabinovich,et al.,2001,enhanced anistropy from jiont processing of multicomponent induction and multi-array induction tools, paper HH,in 42th Annual logging symposium transactions:Society of Professional Well Log Analysts,2001 测井是技术密集型产业，测井仪器装备一次性投资大，投资回收期较长。国际性的油田技术服务公司中，以测井为主营业务的公司，主要有斯仑贝谢公司、哈里伯顿公司、贝克-阿特拉斯公司，这三家公司占据90%多的测井服务市场（斯仑贝谢约占62%），哈里伯顿和贝克-阿特拉斯分别约占14%和15%）。其他公司还有威德福公司、Tucker能源服务公司、REEVES 公司和PROBE公司等等，这些公司在整体上逊色于三大公司，但在部分专项上可以与三大公司媲美。 第一节斯仑贝谢公司 一、公司概况 斯仑贝谢是测井行业的开山鼻祖，公司总部位于美国纽约。经过70多年的发展，斯仑贝谢公司已成为一家除工程建设服务以外的全球性油田和信息服务超级大型企业集团，但公司主要的经营活动还是集中在石油工业，在世界上100多个国家和地区有业务往来。公司员工60，000余人，来自140多个国家。公司2002年总收入为135亿美元，其中测井部分年收入为56亿美元，测井研发经费4亿美元（占测井收入的7%）。除现场作业外，斯仑贝谢公司在美国、英国等地建有研发中心，作为公司经营服务的强大技术支持。 斯仑贝谢公下设三个主要的经营部门： 斯仑贝谢油田服务公司：是世界上最大的油田技术服务公司，为石油和天然气工业提供宽广的技术服务和解决方案。 斯仑贝谢Sema公司：为能源工业，同时也为公共部门、电信和金融市场，提供IT咨询、系统集成、网络和基础建设服务。 斯仑贝谢西方地震服务公司：是与贝克休斯公司合作经营的公司，是世界最大的、最先进的地面地震服务公司。 斯仑贝谢公司其他方面的业务还有智能卡服务（电子付款、安全识别、公用电话、移动电话、身份证、停车系统等）、半导体测试和诊断服务、水资源服务等等。 二、斯仑贝谢油田服务公司 斯仑贝谢油田服务公司是具有测井、测试、钻井、MWD/LWD和定向钻井、陆上和海上地震、井下作业和油田化学、软件开发和资料处理等多种能力的综合性油田技术服务公司，在开放的国际测井服务方面，其市场占有率达到62%左右。 在长达七十多年的时间内，斯仑贝谢公司在测井方面始终保持着领先地位。世界上第一套数字测井仪、第一套数控测井仪、第一套成像测井仪都是斯仑贝谢公司首先推出的；各种新的测井仪器，十有八、九是斯仑贝谢公司首先推出的。可以说，斯仑贝谢一直领导着测井发展的潮流。 该公司于20世纪90年代初率先推出了成像测井系统——MAXIS 500多任务采集成像测井系统，能完成裸眼井和套管井地层评价、生产测井和射孔服务。 1996年又率先推出了快测平台技术，提高了作业效率、仪器可靠性和数据精度。 1998年推出套管井地层电阻率测量仪CHFR，采集套管后地层电阻率数据。2000年推出改进型套管井电阻率测井仪CHFR-Plus。 该公司的核磁共振测井技术也处于领先地位。1996年推出CMR200可组合磁共振成像测井仪，1998年推出其改进型CMR-Plus
浅谈声波测井技术发展现状与趋势
摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程。 关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波测井； 从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的测井方法之一。
一、测井技术发展现状及趋势 声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的 基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。（一）单极子声波测井技术 声波测井仪器的声系一般由声波发射探头、隔声体和声波接收探头等部件构成。在井下采用单极子声源(对称声源)及单极子接收技