53 第四节 偶极声波成像测井（DSI）.ppt

第1页：硬地层与软地层

第四节偶极声波成像测井一、偶极横波成像测井原理1、地层硬地层：地层横波速度大于井内泥浆声波速。软地层：地层横波速度小于井内泥浆声波速。在软地层内，无法由单极子声源获取地层横波信息。

第2页：偶极声波源

2、偶极声波源偶极声源：两个相距很近、振源强度相等、振动相位相反的点声源的组合。图15-14偶极子声源示意图图15-15偶极子声场指向性

第3页：挠曲波的形成

偶极声波源可以使井壁一侧压力增加，另一侧压力减小，使井壁产生扰动，形成轻微的挠曲，在地层中直接激发横波。产生的挠曲波的振动方向与井轴垂直，传播方向与井轴平行。其工作频率一般低于4KHZ。

单极子、偶极子声源振动示意图如图（15-16）所示，它们在软地层产生的全波列波形图如图（15-17）所示。

第4页：单极子与偶极子声源振动示意图

单极子声源振动示意图偶极子声源振动示意图图15-16单极子、偶极子声源振动示意图

第5页：软地层的声波全波列图

软地层中的单极子波形软地层中的偶极子波形图15-17软地层的声波全波列图偶极声源除产生纵波、横波外，还可以在井眼激发挠曲波。此波具有频散性。高频传播速度低于低频传播速度。低频时其传播速度与横波速度相同。

第6页：DSI仪器结构示意图

图示：图15-18 DSI仪器结构示意图3、偶极声波测井仪的仪器结构。图示内容请以原课件图片为准。

第7页：发射器与接收器

发射器与接收器：1）、发射器由三个发射单元组成。单极子发射器；上偶极发射器、下偶极发射器，两个偶极发射器的方向互相垂直。

• 2）、接收器由8个接收器位置，间距为6英寸，每个接收器位置上由两对接收器，一对同上偶极发射器方向一致，另一对同下偶极发射器方向一致

第8页：源距与信号记录方式

4）、信号记录方式偶极声源工作时，每一接收器位置的四个接收器同时接收信号，分别记录。2×（4×8）=64.单极声源工作时，将每个接收器位置的4个输出结果求和得出单极等效信号。

• 83）、源距最低接收器与单极发射器的距离9英尺；与上偶极发射器的距离11英尺，与下偶极发射器的距离11.5英尺

第9页：每个深度点的波形数

对于标准发射序列,发射器每发射一次,8组接收阵列的32个接收器将记录32条波形曲线。每一个深度点上可获得64+8条波形。包括8条单极波形、16条X－X偶极波形、16条X－Y偶极波形;

16条Y－Y偶极波形, 16条Y－X偶极波形。从单极和偶极波形可分别提取出纵波、横波以及斯通利波。

第10页：记录波形图

图示：图15-19记录波形图纵波横波斯通利波。图示内容请以原课件图片为准。

第11页：下偶极工作方式

二、仪器的工作方式1、下偶极方式采集和处理下偶极发射器发射时，接收器接收到的偶极波形数据及挠曲波时差，从而获取有关横波数据。

• 2、上偶极方式采集和处理上偶极发射器发射时，接收器接收到的偶极波形数据及挠曲波的慢度，从而获取有关横波数据

第12页：斯通利波与纵横波方式

斯通利波与纵横波方式：3、斯通利波方式用低频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的单极波形数据，从而获取斯通利波的有关数据。

• 4、纵波和横波方式用高频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的单极波形数据，从而得出纵波和横波时差

第13页：首波检测方式

5、首波检测方式用高频脉冲激励单极发射器发射时，采集和处理相应接收器接收到的8组单极波过阈数据，从而得出纵波时差。

第14页：识别岩性和划分气层

三、偶极横波成像测井的应用1、识别岩性和划分气层地层纵横波速度比与地层岩性有关。白云岩石灰岩纯砂岩或含气砂岩

第15页：岩石机械特性分析

2、岩石机械特性分析根据测到的地层声波速度、纵波速度及地层密度，可以计算岩石的动态弹性参数。如泊松比、剪切模量、杨氏模量、体积弹性模量极拉梅常数。

第16页：有效裂缝分析

3、划分裂缝带1）、有效裂缝分析当斯通利波遇到张开的裂缝时，由于裂缝处声阻抗大，使斯通利波的能量被反射。通过处理斯通利波波形，可以提取斯通利波的反射系数，从而判别裂缝带。如图15-20所示。

第17页：有效裂缝与无效裂缝对比

图示：图15-20无效裂缝能量衰减大，反射系数大，V字形条纹；有效裂缝。图示内容请以原课件图片为准。

第18页：斯通利波识别裂缝实例

在1222～1232 m井段, FMI图像显示有裂缝,在斯通利波裂缝分析图上,反应明显。斯通利波变密度图干涉严重,能量损失大,指示裂缝为有效开口大的裂缝。图15-21斯通利波识别裂缝实例

第19页：

第20页：裂缝区域有效性分析

2）、裂缝区域有效性分析因地应力释放引起的椭圆井眼的长轴方向,为地层最小主应力方向。而诱导缝的走向平行于最大水平主应力的方向。如果地层各向异性是由地应力产生的,则根据偶极子资料计算的快横波方位为地层现今最大水平主应力的方向。

如果地层各向异性是由裂缝产生的,则根据偶极子资料计算的快横波方位为裂缝走向.

第21页：不同方法确定的主应力方向

椭圆井眼法、诱导缝法及快慢横波法计算的地层最大水平主应力方向对比图见图15-23.可见3种方法计算的主应力方位非常一致。图15-23不同方法确定的地层最大水平主应力方向

第22页：裂缝区域有效性判别图

图示：图15-24裂缝区域有效性判别图。图示内容请以原课件图片为准。

第23页：白垩系地层裂缝有效性分级

图示：图15-24为地层的裂缝走向和最大水平主应力方向对比图,其中A、B、C、D为白垩系4套碳酸盐岩地层,按照有效裂缝走向与水平最大主应力夹角的大小,将白垩系地层的裂缝区域有效性由好到差分为3个等级:Ⅰ级,夹角小于10°; Ⅱ级,夹角在10°－30°; Ⅲ级,夹角大于30°。由此可知, B层的裂缝有效性最好, A和C次之, D最差。现今最大主应力对A、B、C地层的裂缝有效性较有利,对D地层则起到挤压破坏的作用。。图示内容请以原课件图片为准。

第24页：横向各向异性地层

4、地应力方向的确定1）、横向各向异性地层图15-25横向各向异性地层TIVTIH

第25页：TIV介质横波传播

2)、横波传播特点TIV地层，若井轴与地层对称轴重合，则沿井壁地层传播的横波，其传播速度与质点振动方向无关。SV波SH波图15-26 TIV介质横波传播示意图

第26页：TIH介质横波传播

TIH地层，若井轴与地层对称轴垂直，则沿井壁地层传播的横波，质点振动方向不同的横波，它们的传播速度不同。因此，横波传播速度与质点振动方向有关。沿某一方向振动的横波，其传播速度最快，而与其垂直方向振动的横波，传播速度最慢。

SH波SV波图15-27 TIH介质横波传播示意图

第27页：快慢横波方位的确定

3）、快、慢横波方位的确定振动方向为X方向的偶极子声源工作：振动方向为X、Y方向的偶极子接收器接收到的波形分别为XX,XY。振动方向为Y方向的偶极子声源工作：振动方向为X、Y方向的偶极子接收器接收到的波形分别为YX,YY。

如图15-28所示。当井轴与地层对称轴不重合时,就会出现横波分离(快横波、慢横波),因此可以应用DSI测井,通过测量快慢横波,了解地层的各向异性。

第28页：DSI声波发射及接收示意图

图示：图15-28 DSI声波发射及接收示意图根据横波传播特点，可以得到XY、YX的能量分别低于XX、YY的能量。。图示内容请以原课件图片为准。

第29页：旋转角θ的确定方法

根据下式，通过改变θ，找到对应的交叉分量（XY、YX）最小的θ。其θ对应的方向（方位）为快(或慢)横波质点振动的方位。θ确定之后,根据处理之后的XX、YY波形数据,分别提取横波时差.由得到的横波时差大小,确定快横波方位.若由XX得到的横波时差小于由YY得到的横波时差,则快横波方位为θ,反之,为θ+90。

第30页：各向异性成因的判别

如果地层的各向异性是由地应力引起的，则此时的快横波质点振动方向就是最大地应力的方向。如果地层各向异性是由裂缝产生的,则根据偶极子资料计算的快横波方位为裂缝走向.

第31页：TIH介质算例

例：TIH介质声波传播方向沿Z方向，质点振动方向沿X方向。速度快。声波传播方向沿Z方向，质点振动方向沿Y方向。速度慢。