声波测井课-全波.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,全波列测井方法和应用,章成广,地球物理与石油资源学院,内容提要,1、诸 论全波列测井发展,2、全波列组分和研究波特性,3、声系、记录方式和信息提取,4、全波测井地质应用,第一部分 诸 论,一、什么是声波测井,1、介质在流体中传播的波称声波，在固体中传播的波为弹性波机械振动波。,2、频率20020000,Hz，,次声波、声波、超声波,3、波的特性体波（纵波、横波），界面波（全反射波：伪瑞利波、斯通利波）,根据声波（或弹性波）在介质中传播原理，在井中测量声波传播速度、幅度等特性，以确定地层特性的测井方法,二、目的应用,1、确定孔隙度时差,2、识别岩性时差、幅度衰减,3、油气识别时差、幅度衰减、,Vp,/Vs,4、,裂缝识别（或渗透性）低频斯通利波、波形、幅度衰减,5、固井质量、钻井工程（弹性系数、地层压力、破裂压力）、采油开发（弹性系数、岩石强度、出砂指数）,6、地震标定、构造确定、工程物探,诸 论,三、声波测井发展,声波测井40年代末50年代出现，先后出现有：声速测井、声幅测井、井下电视、长源距声波、偶极子及多极子横波测井、阵列声波测井等,模拟信号数字成像，数字化信息化成像化系列化,几个代表的发展阶段：,1.,Wyllei,(1956),时间平均公式提出;,2.70年代末长源距声波全波列测井出现;,3.80年代中期阵列声波测井出现;,4.90年代末偶极子及多极子横波测井出现;,5.井下声幅电视出现及井周声波成像方法的完善.,诸 论,三、声波测井发展,从声波测井发展特点来看，仪器的研制略超过方法理论的完善，即大致在理论方法指导下研制成功仪器，在测井资料前提下使方法完善。,声波测井理论70年代末发展起来（52年,Biot,）,弹性、孔隙介质、层状（横向）同性,从几何声学理论声学（波动理论），通过数学分析、数值模拟、实验测量使声波测井理论得到完善。,诸 论,测井仪器发展,单发双收,双发双收,长源距声波全波列测井,阵列声波测井,偶极子及多极子横波测井,测井仪器发展,测井仪器发展,测井仪器发展,几个重要的研究方向,：,1.井中波形理论数值模拟,2.声波全波列信息提取及解释评价,3.孔隙介质声学及声波测井资料的地质解释研究,4.声脉冲发射成像测井及水泥胶结测井方法研究,5.偶极子及多极子横波测井研究,6.井间声波探测井及振电效应探测技术研究,诸 论,面临问题及发展趋势,1.对储层的认识及地层的声学模型,2.反演问题多解性地质约束、物理约束,3.服务对象扩大（储层非储层）,4.,联合反演(地质、地震、其它测井结合）,5.声频谱测井（频率谱、幅度、应力场）,6.工程物探、生态环境,波的正确认识（岩石物理、波动理论）信息提取（数字信号处理）解释模型（地质）,诸 论,第二部分,全波列声波波型成分,全波列声波波型成分,全波列声波波型成分,1、滑行纵波特性,：,1）滑行纵波是一种体波(,c,),，,沿井壁附近滑行传播，速度为,Vp,，,轻微频散（在测井频率段可忽略），是,PPP,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3,p（,即,Vp,/f）,范围内，在,Z=p,内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个,p,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，滑行纵波在全波中为首波，幅度小，传播速度快。,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,滑行纵波,A,1/Z(,lnZ,),2,。,对于,Ze=2.72m,滑行波衰减快，对于,Ze=2.72m,直达波衰减快。,全波列声波波型成分,1、滑行纵波特性,：,5）存在共振频率，,a,为井径；,i,为,贝塞尔函数,J,(,i,),的零点，为,3.83、7.01.;对于一般砂岩频率为10、20,kHz。,全波列声波波型成分,2、滑行横波特性,：,1）滑行横波是一种体波(,S,),，,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3,s（,即,Vs/f）,范围内，在,Z=s,内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个,s,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。,全波列声波波型成分,2、滑行横波特性,：,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/Z,2,。,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，,a,为井径；,i,为,贝塞尔函数,J,0,(,i,),的零点，为,2.4、5.52.;对于一般砂岩频率为8、18,kHz。,6）,当,V,s,V,0,),低频段,V,0.9,V,0,高频段,V,0.96,V,0,;,在低速地层(,V,s,V,f,)：,1）,根据纵横波时差比变化范围，确定横波的初始波至点，砂岩:,DTS/DTC=1.51.8,(,一般所有岩石1.42.2),TS1.51.8TC,横波初始波至在纵波波至延续59周波后出现,纵波频率为1618,kHz,同相轴类比法确定横波初始波至。当某横波幅度小，横波显示不明显，可用这种方法。,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。,声波全波列测井,P,S,ST,声波全波列测井,1、长源距双发双收声系,一、横波波形识别(,V,s,V,f,)：,4)用滑行波到达时间估计波至和时差,TC,L,8,10,12,toc,1.长短时窗能量比,2.相似相关系数和能量,二、长源距声波相似相关法,R(n,j)=1,两段波形完全相似,0.5 两段波形完全不相似,0 两段波形完全不相似,t,mn,=t2,n,-t1,m,K,窗长波形采样点数；,m,基本曲线自,m,采样点开始取窗长,n,对比,曲线自,n,采样点开始取窗长,0.2,R,m,的最大值处认为纵波的波至,CSU,全波波形,纵波,横波,斯通利波波,基本波形,对比波形,STC,处理示意图,R0.8,质量为可靠的,R0.6,质量为不可靠,CSU,波形相似相关处理结果,1.加汉明窗函数,（0,n79）,2,互功谱幅度和相位,3.时差和衰减值,三、长源距声波频谱法,CSU,波形频谱,横波 纵波,PDP,方法提取,CSU,全波信息,第三部分 声系、记录方式和信息提取,2.阵列声波成像测井,声波全波列测井,阵列声波成像测井,(,DSI)XMAC,阵列声波成像测井,1、纵横波方式：单极子高频声源发射，中心频率为12,kHz。,记录8条全波列波形，源距,L=9,英尺，采样间距为10,us，,采样点为512。测量全波信息。,2、斯通利波方式：单极子低频声源发射，中心频率4.9,kHz。,记录8条波形，源距,L=9,英尺，采样间距为40,us，,采样点为512。测量斯通利波时差。,声波全波列测井,声波全波列测井,阵列声波成像测井,3、上或下偶极横波方式：偶极子声源发射（,F4.7kHz)，,记录8条全波列波形，源距,L=11,英尺或11.5英尺，采样间距为40,us，,采样点为256。测量横波时差。,4、专家方式：利用上下偶极子交叉发射，,T(X)R(X)R(Y),16,条波形,T(Y)R(X)R(Y),16,条波形,声波全波列测井,阵列声波成像测井,MAC,声波全波列测井,MAC,声波全波列测井,阵列声波成像测井,STC,法提取波形信息,z,0,-,为源距,z-,为间距,t,0,-,为延期时间,T-,为采样间隔,相关系数:,设窗长为,T,W,(,s),时窗,移动时差为,S(,s/ft),时,窗在第一道波形上位置,为,0,Ty,0）；,T,r,、,、,分别为离井轴,r,距离并与,T,x,按反时针方向成角处的径向、周向法应力和井周向切应力分量,当,上覆地层压力对水平应力的贡献为:,地层破裂压力计算原理,时，周向应力最大，容易发生切变破裂。,当,上覆地层压力对水平应力的贡献为:,破裂压力计算原理,时，周向应力最小，容易发生张性破裂。,T,x,=,T,y,地层破裂压力计算,1.井中三个压力,2.三个破裂参数,自然破裂,:,人工压裂,:,切变破裂(坍塌),:,径向应力:,周向应力:,径周向应力:,地层破裂压力计算,水平应力:,切变破裂:,张性破裂:,水平应力不等地层破裂压力计算,1.井中三个压力,2.四个破裂参数,自然破裂,:,人工压裂,:,T,re,T,e,切变破裂:,拉伸破裂:,T,re,T,e,T,n,T,s,P,m4,=P,p,-,u,T,n,T,re,T,e,T,s,T,3,R,0,静,弹性应变模式,水平最大、最小地应力：,静弹性模式破裂压力：,华北油田动静弹性模量关系,计算公式中各参数确定,1.上覆地层压力,2.孔隙流体压力,P,p,=g,b,H,a,-g（,b,-,w,）,H,n,当,Vcl,0.1,时,1.没有横波时差,2.没有地层密度,GS12-18,井地层破裂压力剖面,GS8-16,井地层破裂压力剖面,地层破裂压力评价方法,ZH4x1,井泥岩层段声波时差正常趋势线,庄海4,X1,庄海4,X2,1000,1200,1400,1600,1800,2000,2200,2400,100,1000,声波时差(,s/m),深度(,m),应用及效果分析,谢 谢!,ZH4X1,井地层压力及破裂压力处理成果图,应用及效果分析,ZH4X2,井各层位储层压力预测表,ZH4X2,井,地层,压力测试表,相对误差为4%,应用及效果分析,张海,井与张参 1井对比图,张海2-1井,张参1井,2-1,1.45,应用及效果分析,张参1井,井眼稳定性分析成果图,应用及效果分析,设计钻井泥浆密度,制定固井方案和酸化压裂设计，指导优质钻井,保护油气藏及合理增产,应用及效果分析,破裂压力与井眼稳定性分析,C29,井破裂压力与井眼稳定性成果分析图,应用及效果分析,预测破裂压力58.2,MPa,实测破裂压力60.5,MPa,采油出砂强度分析是在不出砂的情况下所承受的最大压降。在非固结的高孔隙度砂岩中进行高强度开采时，出砂是普遍的问题。进行砂岩强度分析就可以预测采油出砂时的压差，把生产压降控制在安全水平下开采，否则砂岩将遭到破坏，使井受到损坏或被堵塞。,油层实际开采时，生产压差（流压与静压之差）要小于临界生产压,差,DP。,应用及效果分析,采油出砂分析,C29,井砂岩强度成果分析图,应用及效果分析,井泊松比与体积压缩系数对比图,C29,应用及效果分析,定性判断气层,C29,井砂岩储层压力表,应用及效果分析,能准确的提供地层孔隙压力及破裂压力剖面以及采油出砂分析（生产压差）和裂缝高度等参数,在,ZH4X1,井的预测结果中，地层压力是比较准确的。,C29,井既有全波资料，又有邻井的破裂压力资料，因此，计算出的破裂压力值是准确的,为了准确的预测和评价目标区块的压力系统，至少测1-2口井的全波及密度资料,结论与建议,水力压裂后预测地层,裂缝高度,在压裂过程中，压裂液产生张力。在纵向压裂的情况下，它的压力与地层的水平应力相抵消。如果地层的顶部或底部的应力强度因子,K,超过岩石的断裂韧度时，则预测裂缝沿纵向延伸。因此，预测裂缝是否沿纵向延伸取决于在裂缝纵向终止处的应力强度因子的大小。,压裂裂缝高度预测,T,x,T,y,注水压裂试验压力、流量时间曲线,压力,流量,时间,P,f,P,s,P,r,P,s,P,p,水力压裂后预测地层,裂缝高度,裂缝高度延伸的应力强度因子计算:,对于无限大平板有中心张开型或拉伸型裂纹，裂缝长度为,2,h,，,在裂纹表面某处,z,受到一对集中力拉力,P,作用，则裂纹端点,A,、,B,处的应力强度因子为,p,z,h,x,0,B,A,水力压裂后预测地层,裂缝高度,引申到井眼中，垂直纵向裂缝拉伸力（最小水平应力方向）是垂直坐标,z,的函数，通过积分可得到裂缝顶端和底端的应力强度因子表达式：,K,top,、,K,bot,分别是裂缝的顶部和底部的应力强度因子,。裂缝高度,2,h,指垂直于最小水平应力的距离。,水力压裂后预测地层,裂缝高度,岩石韧度,K,LC,的计算:,如果忽略裂缝中的摩擦损失，假定流体压力等于井眼流体压力,P,w,，,则岩石韧度,K,LC,可表示为,上式,E,为杨氏模量，单位为,10,4,Mpa,；,CB,岩石压缩系数（岩体积弹性模量的倒数），单位为,1/10,4,Mpa,；,VCL,为泥质含量（小数）；为孔隙压力的贡献系数。,因此确定垂直裂缝是否延伸就转化为确定所计算,K,TOP,、,K,BOT,的值何时超过,K,LC,的问题。裂缝的每次延伸都必须重新计算应力强度因子。,MG1,井,压裂裂缝高度预测,MG1,井压裂裂缝高度预测图,Gs12-16,井压裂裂缝高度预测图,在试油和酸化压裂时都要对层位泵入压力进行预测，压力过小，不能压裂储层，达不到压裂的目的；泵入压力太大，可能会把邻近水层压透，造成油水窜槽。此外，对于岩石力学特性差异较大的目的层，不能同时进行压裂，必须进行单压。进行水力压裂的裂缝高度预测分析，就可以对储层酸化压裂的泵入压力进行设计，同时预测出水力压裂的裂缝高度。,应用及效果分析,压裂裂缝高度,C29,井裂缝高度成果分析图,49,MPa,8,米,50MPa,9.3米,51MPa,10.7米,52MPa,12.5米,应用及效果分析,声波全波列测井,