正交偶极横波测井.docx

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正交偶极横波测井

7．正交偶极声波测井

7．1正交偶极声波测井仪器

图22偶极声波测井仪器探头（下）和正交偶极声波测井仪器（上）探头比较

7．2各向异性和横波割裂

物理性质随方向而变的介质称为各向异性介质。

对于均匀各向异性介质,一个主轴方向就是物理性质不发生转变的方向（例如，在此方向上弹性波传播速度是常数）.正交各向同性地层可以由三个彼此垂直的主轴方向描述.物理性质仅随方位方向而变的介质称为方位各向异性介质（TI介质）。

如图23所示，各向同性挠曲模式波从各向同性介质进入方位各向异性介质，将割裂成两个挠曲模式波。

两种模式波的极化（偏振方向）是正交的,且平行于方位各向异性介质的主轴方向。

每一个挠曲波以不同的速度传播：

即快波（FP）、慢波（SP）.

利用正交偶极子测井仪器咱们可以肯定正交各向同性地层的水平主轴方向。

理想情况下,应用正交偶极子测井时，假设其中一个主轴平行井轴.主平面（对称面）是跨越一对主轴的平面.若是一个主平面是各向同性,即在这个平面上的任何一个方向都是主轴方向，咱们就说它是方位各向异性地层（TI地层）。

理想情况下,含垂直裂痕系统的地层,即裂痕面平行于井轴,类似于TI介质（这时裂痕面是各向同性面），声波在沿井轴方向传播就类似于在TI地层中传播。

但是,在实际中有多种地质特征致使声波在这些介质中传播类似于在正交各向同性或TI介质中传播（见图23）.垂直TI介质中的横波割裂是方位各向异性地层中的偶极横波测井的理想模型.仪器激发的偶极横波将割裂成两个沿井轴传播的快波和慢波。

图23横波割裂红色轴表示快主轴、蓝色轴表示慢主轴.极化（振动方向）就是轴的方向.蓝色平面是裂痕平面.

引发横波割裂的地质特征：

1.裂痕（裂痕系统）,垂直或准垂直.

2.构造活动区的现场主应力

3.地层层面不垂直于井轴.

7．3各向同性介质、TI介质中的挠曲模式波测量

图24各向同性介质、TI介质中的挠曲模式波测量

各向同性地层:

X发射X接收（XX）:

测量一个速度为c的水平极化横波

Y发射Y接收（YY）:

测量一个速度为c的水平极化横波

X发射Y接收（XY）:

除噪声什么都测不到

Y发射X接收（YX）:

除噪声什么都测不到

正交各向同性/TI地层（X和Y别离与主轴x1’和x2’一致）

X发射X接收（XX）:

测量一个速度为c1的水平极化横波（x1’方向）

X发射X接收（XX）:

测量一个速度为c2的水平极化横波（x2’方向）

X发射Y接收（XY）:

除噪声什么都测不到

Y发射X接收（YX）:

除噪声什么都测不到

当X和Y方向别离与x1’和x2’不平行.将会测到两个主横波四个分量（XX,YY,XY和YX）的叠加，测量的速度在c1和c2之间.

图25TI介质中的挠曲模式波测量的4个分量。

XMAC仪器与MAC相较,就单极测量来讲,是一种更好的仪器,对于偶极测量更是如此.因为XMAC设计的接收器固定的安装在仪器心轴上,与仪器的心轴是去耦的,因此比MAC相较有更好的信噪比.常规MAC偶极测井时常常出现的仪器模式对于XMAC已不复出现.利用XMAC技术,可以取得高质量的横波慢度,最大可达到1100us/ft.这样,使声波偶极测井的应用扩展到所有慢地层范围。

7．4正交偶极子测井资料处置

常规处置:

各向异性和快波角度

•旋转四分量数据到地层的主轴方向,则能量交叉最小方位角指明快行波和慢行波方向（Alford旋转扫描技术）.

•对旋转准直波型（主波）进行速度分析，肯定快慢横波、各向异性参数（肯定快慢横波的方向）.

常规处置的缺点：

若是各向异性（快慢波速度不同）超过速度分析的误差总和时,这种方式将不能凑效，在各向异性不显著的情况,两个慢度比较接近时,可能会出现将慢波方向指示成快波方向,反之亦然；角度的多解性。

图25清楚的示范了常规处置方式的缺点。

给出快横波和慢行波（主波）的误差椭圆图（红色），处置后所肯定的慢度（白色星状）可能比真正的慢度大或小.因此在这种情况下,导出的快横波慢度比真快横波慢度大,比处置肯定的慢行波慢度大（如图所示）,是咱们将快波角指示为慢横波角,反之亦然.

图25常规处置的缺点

改良处置方案：

•旋转四分量数据取得每一个接收器的两个主波；

•利用所有接受信号联合,对第m个接受器的慢主波（SP）时移去匹配第n个接收器的快主波（FP）；

•针对不同角度和各向异性参数重复上述进程，叠加所有接受器信号，使时移的SP波和FP波之间的残差极小化；

•对一个波行平移后,取两个波形的差值再取平方,然后对所有接受器上的波形求和,在整个时间窗积分（见图26）。

图26正交偶极子测井资料反演分析

图27.与各向异性和快波角度为变量的误差函数（目标函数）形态图

正交偶极反演分析

注意g’1（t）和g’2（t）在快主波角度θ=θ0+（π/2）镜象互换,因为:

首先咱们联立四分量数据取得快和慢主波g’1（t）和g’2（t）.你可以看到,这个进程是两个相关的。

对于特定θ,咱们移动在接收器m的快主波取得在接收器n的慢主波。

显然,咱们必需在正时间J移动它.它可以按如下方式计算:

若是咱们假定从源向前的横波出现割裂,这样在接收器m中两个横波之间将会有一个延迟J1=∆szm.但是,该延迟降低（J2）,因为咱们尝试移动接收器m处的快主波去取得接收器n处的慢主波.若是咱们用s2表示慢主波的慢度,显然,咱们有J2=（n-m）∆zs2.结果,咱们有J=J1-J2.在移动以后,咱们取两个波形差的平方,重复这个进程,对所有接收器求和,叠加这些结果并在整个时间窗积分得出一个残差值。

这就是说在每一个测井深度点，对特定的θ，慢度差∆s和慢主波的慢度s2，咱们将由此计算进程输出一个残差值。

但是,慢横波慢度可以用θ和慢度差∆s表示，因此，求残差最小值的进程仅依赖于两个变量θ和慢度差∆s。

图27是各向异性和快波角度为变量的误差函数形态图的例子。

形态图仅限定于正的各向异性,因此全局最小值可以肯定的指定快横波方向。

局部最小值是波形移动进程的人为现象,是g’1（t）和g’2（t）在θ=θ0+90镜象互换的结果,因为咱们老是在相同的方向上移动,漏掉了一些周期,这使得残差值增大。

常规处置方式与反演处置技术的对比:

图28清楚地表明:

在各向异性不显著区域,与常规处置方式相较,依据反演的处置技术就角度的稳定性来讲,效果好。

图28常规处置方式与反演处置技术的对比

图29正交偶极测井处置结果和质量控制指示.即:

处置时窗和波形重叠显示快慢波割裂,数据拟合残差比较,相对仪器方位的快横波方位.

7．6正交偶极测井的应用

•裂痕评估

•套管井压裂效果（硬地层）评估

•现场应力评估（砂岩地层）

图30正交偶极测井处置结果和质量控制指。

幅度可以由色彩中的亮区域肯定,方位可以从北极开始,在360度范围内测量.标记范围的平均值由玫瑰图指示（第四道）。

正交偶极测井裂痕分析

若是各向异性是由定向裂痕引发的,那么正交偶极分析的快横波方位与裂痕的走向相关,且各向异性幅度指示裂痕密度.

图31正交偶极测井裂痕分析

图32正交偶极测井在套管井中肯定裂痕方位和延伸范围

过套管正交偶极测井肯定裂痕方位和延伸范围（图32压裂前后处置比较）:

若是套管与地层胶合得较好,正交偶极仪器可以从套管井肯定地层的各向异性,这样就提供了一种在套管井中评估压裂效果的方式。

这种各向异性测井可以寻觅裂痕的垂直延伸,利用快横波方位肯定地层中的裂痕方位.

在这个例子中，从目的层的上下射孔段进行压裂（射孔段的位置标记在第四道），压裂以后,从下射孔段注入放射性同位素示踪剂.第一道显示注入前后伽马测井曲线（注入前用黄色曲线表示,注入以后用红色表示）,二者之间的不同表明裂痕从底部开始延伸。

正交偶极子各向异性曲线显示在第五道（注入前用黄色曲线表示,注入后用红色表示）,它们的不同是由压裂引发的，各向异性幅度测量裂痕密度。

实际上曲线确实显示,在两条伽马曲线不同消失的地方,各向异性曲线达到最小值。

这暗示着从底部伸长的裂痕在这里被停止（一个可能的屏障）,上部的各向异性是由上部射孔段进行压裂造成的。

图33应力引发的横波速度在井眼周围的转变

地层中的非平衡应力与井眼压力一路,产生了井眼周围的横波速度转变.这种速度转变可以用声波测井测量,进而肯定地层应力。

应力-速度模型的数值模拟表明:

快横波方位沿着最大应力方向,慢横波方位沿着最小应力方向。

各向异性割裂可使咱们能够测量应力的不同.利用正交偶极测井是肯定地层应力的重要的大体手腕.

图34单极横波割裂:

一种应力指示，应力引发的各向异性

图35正交偶极测井测量的应力致使各向异性的例子

图35是正交偶极测井测量的应力致使各向异性的例子（砂泥岩地层的交叉偶极子测井结果）

这种各向异性在砂岩中意义重大,但在泥岩中不出现.各向异性结果给出最大应力方位,各向异性幅度提供地层剪切应力（或应力不同）的测量。

图36应力评估

应力评估

图36正交偶极测井曲线可以联合横波速度资料给出应力指示参数（第二道）。

指示参数是剪切应力幅度和岩石形变的联合效应。

指示参数对应力敏感,在砂岩中显示高值,在穿过剪切应力层显示低值（见第一道GR曲线）。

利用各向异性也可以肯定地层的应力不同（第三道）

图37正交叉偶极子与现场应力

图37显示正交偶极测井肯定水压裂前的快横波方位为51度。

压裂后最大应力方位为46度,与偶极测量结果肯定的应力方向符合得很好。

图38正交偶极测井处置流程图