声波测井9.pptx

基于实钻数据反演的牙轮钻头钻进仿真模型基于实钻数据反演的牙轮钻头钻进仿真模型1声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井Acoustic loggingAcoustic logging（Borehole Compensate LoggingBorehole Compensate Logging）Long Source length Sonic LoggingLong Source length Sonic LoggingCement Bond LoggingCement Bond LoggingVariable Density LoggingVariable Density Logging声波幅度测井(Acoustic Amplitude Logging)Borehole Television ImageNoise Logging（Sonic Logging）声波速度测井（Acoustic Velocity Logging）声波频率测井(Acoustic frequency Logging)声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术 Schlumberger，Baker Hughes，Halliburton 等等国际石油公司都采用了阵列声波或声波成像测井技术，例如：国际石油公司都采用了阵列声波或声波成像测井技术，例如：CBIL(Circumferential Borehole Imaging Log)CBIL(Circumferential Borehole Imaging Log)UBIUBI、USIUSICETCET、SBTSBTDSIDSIXMacXMac 声波成像测井声波成像测井声波速度测井（声波速度测井（声波速度测井（声波速度测井（ACAC）声波速度测井（井眼补偿声波测井）声波速度测井（井眼补偿声波测井）声波测井原理声波测井曲线声波测井仪器结构声波测井应用Snell LawSnell Law滑行纵波滑行纵波滑行横波滑行横波第第1 1临界角临界角第第2 2临界角临界角Fermat PrincipleFermat Principle临界源距临界源距声波时差声波时差DTDT，（us/ftus/ft，us/mus/m）单发双收单发双收双发双收双发双收长源距双发双收长源距双发双收Cycle skipCycle skip识别气层识别气层划分岩性划分岩性计算孔隙度计算孔隙度1.1.波的传播波的传播介质介质1介质介质2入射波入射波入入射射角角反反射射角角折射角折射角反射波反射波折射波折射波声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术2.2.产生滑行波的条件产生滑行波的条件VPVP2 2 VP VP1 1时时,折射角折射角 =90=90折射定律折射定律:第一临界角第一临界角:1 1*=arcsin(VP1/VP2)*=arcsin(VP1/VP2)声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术声波测井新技术声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井声波测井曲线声波测井曲线声波测井曲线声波测井曲线砂岩的理论骨架时差砂岩的理论骨架时差:t:tmama=182=182 s/m(s/m(硅质胶结硅质胶结)灰灰 岩岩:t:tmama=156=156 s/m s/m 白云岩白云岩:t:tmama=143=143 s/m s/m 无水硬石膏无水硬石膏:t:tmama=164=164 s/ms/m岩盐时差岩盐时差:t:tmama=220=220 s/ms/m淡水淡水:t:tmfmf=620=620 s/m s/m 盐水盐水:t:tmfmf=608=608 s/m s/m 对膏岩剖面有很强的分辩力对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时差由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大曲线上区别很大,很容易识别很容易识别.声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用1 1、判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面2 2、划分地层划分地层划分地层划分地层 (确定地层的岩性确定地层的岩性确定地层的岩性确定地层的岩性)3 3、计算孔隙度计算孔隙度计算孔隙度计算孔隙度 M.R.Wyllie M.R.Wyllie 时间平均公式时间平均公式最初在计算弹性波的速度时，公式中包含了孔隙度，岩石骨架、最初在计算弹性波的速度时，公式中包含了孔隙度，岩石骨架、孔隙流体弹性参数、岩石颗粒及其堆积方式的几何特征值。但是公孔隙流体弹性参数、岩石颗粒及其堆积方式的几何特征值。但是公式过于复杂，没有实用价值。式过于复杂，没有实用价值。19561956年年M.R.WyllieM.R.Wyllie提出了根据声波测井资料估算储层孔隙度的提出了根据声波测井资料估算储层孔隙度的模型，公式如下：模型，公式如下：这个公式后来被称为这个公式后来被称为“威利时间平均公式威利时间平均公式”声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用 t=t=t tf f +t tmama(1-(1-)b b=f f +mama(1-(1-)N N=NfNf+NmaNma(1-(1-)孔隙孔隙(流体流体)骨架骨架纯岩石纯岩石声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波测井的应用声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井声幅测井声幅测井水泥胶结测水泥胶结测井井变密度测井变密度测井扇区胶结测井扇区胶结测井CBLCBLVDLVDLSBTSBT水泥评价测井水泥评价测井CETCETT R泥泥浆浆波波套套管管波波地地层层波波井眼井眼套管壁套管壁水泥环水泥环井壁地层井壁地层 1.1.评价固井质量的测井方法评价固井质量的测井方法 在套管井中从发射器在套管井中从发射器到接收器的声波有：到接收器的声波有：泥浆波、套管波和地泥浆波、套管波和地层波。层波。第第I I声学界面：声学界面：套管水泥环套管水泥环第第IIII声学界面：声学界面：水泥环井壁地层水泥环井壁地层第第I界界面面第第II界界面面声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井声幅测井声幅测井声幅测井声幅测井 水水水水泥泥泥泥胶胶胶胶结结结结测测测测井井井井采采采采用用用用相相相相对对对对幅幅幅幅度度度度来来来来判判判判断断断断固固固固井井井井质质质质量量量量的的的的好好好好坏，即：坏，即：坏，即：坏，即：通常，根据相对幅度大小，把固定质量划分成三个通常，根据相对幅度大小，把固定质量划分成三个通常，根据相对幅度大小，把固定质量划分成三个通常，根据相对幅度大小，把固定质量划分成三个等级：等级：等级：等级：胶结良好：相对幅度小于胶结良好：相对幅度小于20；胶结中等：胶结中等：20小于相对幅度小于小于相对幅度小于40；胶结差：相对幅度大于胶结差：相对幅度大于40 胶结情况总结表胶结情况总结表 胶结情况胶结情况套管波套管波 地层波地层波变密度显示变密度显示自由套管自由套管强强弱或无弱或无显示显示左清晰条纹平直左清晰条纹平直 I好好 II好好弱弱强强左模糊或消失右清左模糊或消失右清晰晰 I好好 II差差弱弱弱弱左模糊右模糊或消左模糊右模糊或消失失 I差差 II好好强强中强中强左清晰右有显示左清晰右有显示 I差差 II差差强强弱弱左清晰右模糊左清晰右模糊声波变密度测井声波变密度测井 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报23 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报24 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报25 水泥评价测井水泥评价测井水泥评价测井水泥评价测井CETCET下井仪下井仪下井仪下井仪器由器由器由器由8 8个超声换能器和一个参个超声换能器和一个参个超声换能器和一个参个超声换能器和一个参考换能器组成，见图考换能器组成，见图考换能器组成，见图考换能器组成，见图2 21515。它不仅能反映套管井中两个声它不仅能反映套管井中两个声它不仅能反映套管井中两个声它不仅能反映套管井中两个声学界面的胶结情况，而且对管学界面的胶结情况，而且对管学界面的胶结情况，而且对管学界面的胶结情况，而且对管外水泥胶结具有圆周分辨力和外水泥胶结具有圆周分辨力和外水泥胶结具有圆周分辨力和外水泥胶结具有圆周分辨力和纵向分辨率。纵向分辨率。纵向分辨率。纵向分辨率。8 8个换能器按螺个换能器按螺个换能器按螺个换能器按螺旋形排列，相邻两个之间夹角旋形排列，相邻两个之间夹角旋形排列，相邻两个之间夹角旋形排列，相邻两个之间夹角为为为为4545，各自探测套管的，各自探测套管的，各自探测套管的，各自探测套管的4545角范围的空间。角范围的空间。角范围的空间。角范围的空间。声波成像测井声波成像测井声波成像测井声波成像测井 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报26 SBTSBT能能够够从从每每间间隔隔6060的的方方位位对对套套管管井井井井壁壁周周围围的的水水泥泥胶胶结结情情况况进进行行测测量量，其其发发射射和和接接收收探探头头平平面面展展布布如如图图2 21616所所示示。SBTSBT环环能能同同时时提提供供声声波波变变密密度测井资料。度测井资料。图图图图2-16 SBT2-16 SBT声系结构平面展示图声系结构平面展示图声系结构平面展示图声系结构平面展示图声波成像测井声波成像测井声波成像测井声波成像测井 十五十五863子课题子课题验收汇报验收汇报27 与与与与BHTVBHTV相比，相比，相比，相比，UBIUBI和和和和USTUST具具具具有更高的测量精度和更好的图像质有更高的测量精度和更好的图像质有更高的测量精度和更好的图像质有更高的测量精度和更好的图像质量，量，量，量，UBIUBI的垂向分辨率变化范围的垂向分辨率变化范围的垂向分辨率变化范围的垂向分辨率变化范围0.20.20.4in0.4in（0.508-1.016cm0.508-1.016cm）。）。）。）。UBIUBI和和和和USIUSI的探头结构相似，（图中的探的探头结构相似，（图中的探的探头结构相似，（图中的探的探头结构相似，（图中的探头适用于不同井眼，根据井眼大小，头适用于不同井眼，根据井眼大小，头适用于不同井眼，根据井眼大小，头适用于不同井眼，根据井眼大小，UBIUBI和和和和USIUSI仪器的声波探头可以拆仪器的声波探头可以拆仪器的声波探头可以拆仪器的声波探头可以拆换）。换）。换）。换）。声波成像测井声波成像测井声波成像测井声波成像测井 井下声波电视（井下声波电视（BHTV）不同岩性和裂缝在不同岩性和裂缝在BHTV图上的图上的 显示显示 不同岩性的显示裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、不同岩性的显示裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、反射波的能量取决于岩层的密度和速度。反射波的能量取决于岩层的密度和速度。高速地层或高密度地层图上高速地层或高密度地层图上 亮区亮区低速地层或低密度地层图上低速地层或低密度地层图上 暗区暗区砂泥岩剖面：砂岩亮区砂泥岩剖面：砂岩亮区 泥岩泥岩 暗区暗区井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波的能量与入射角有关。的能量与入射角有关。增加，增加，R减小，反射波的减小，反射波的能量低，在能量低，在BHTV图上为暗区或黑色的条带。图上为暗区或黑色的条带。孔洞孔洞低速地层低速地层 井壁崩落井壁崩落井壁崩落井壁崩落：井壁崩落主要发生在致密层，其方向代表最小水平主应力的井壁崩落主要发生在致密层，其方向代表最小水平主应力的井壁崩落主要发生在致密层，其方向代表最小水平主应力的井壁崩落主要发生在致密层，其方向代表最小水平主应力的方向，在图象上表现为方向，在图象上表现为方向，在图象上表现为方向，在图象上表现为180180度对称的暗色或黑色条带或斑块，在暗色区域内，度对称的暗色或黑色条带或斑块，在暗色区域内，度对称的暗色或黑色条带或斑块，在暗色区域内，度对称的暗色或黑色条带或斑块，在暗色区域内，地质特征不清楚，边界模糊，地质特征不清楚，边界模糊，地质特征不清楚，边界模糊，地质特征不清楚，边界模糊，FMIFMI的对称井径表现为一条井径值与钻头直径接的对称井径表现为一条井径值与钻头直径接的对称井径表现为一条井径值与钻头直径接的对称井径表现为一条井径值与钻头直径接近，对应的极板为图象清晰的两个臂，另一条井径值则大于钻头直径，对应的近，对应的极板为图象清晰的两个臂，另一条井径值则大于钻头直径，对应的近，对应的极板为图象清晰的两个臂，另一条井径值则大于钻头直径，对应的近，对应的极板为图象清晰的两个臂，另一条井径值则大于钻头直径，对应的极板为图象模糊的两个臂；在井壁崩落段，仪器不旋转，极板为图象模糊的两个臂；在井壁崩落段，仪器不旋转，极板为图象模糊的两个臂；在井壁崩落段，仪器不旋转，极板为图象模糊的两个臂；在井壁崩落段，仪器不旋转，FMIFMI方位曲线值较稳方位曲线值较稳方位曲线值较稳方位曲线值较稳定。定。定。定。同样，我们也可以根据同样，我们也可以根据同样，我们也可以根据同样，我们也可以根据诱导裂缝诱导裂缝诱导裂缝诱导裂缝和和和和应力释放缝应力释放缝应力释放缝应力释放缝来确定地应力方向。来确定地应力方向。来确定地应力方向。来确定地应力方向。裂缝：裂缝：为构造作用、为构造作用、成岩作用或钻井诱导成岩作用或钻井诱导作用形成的暗色线条，作用形成的暗色线条，当有充填作用导致方当有充填作用导致方解石、石英等高阻物解石、石英等高阻物质充填裂缝时，多表质充填裂缝时，多表现为亮色。现为亮色。天然缝（低角度）天然缝（低角度）天然缝（高角度）天然缝（高角度）基于实钻数据反演的牙轮钻头钻进仿真模型基于实钻数据反演的牙轮钻头钻进仿真模型32放射性测井放射性测井主讲：刘红岐（博士后）主讲：刘红岐（博士后）放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井Nuclear LoggingNuclear Logging 核测井是通过探测岩石及其孔隙流体核测井是通过探测岩石及其孔隙流体核测井是通过探测岩石及其孔隙流体核测井是通过探测岩石及其孔隙流体的核与电磁学物理性质，研究钻井地质剖的核与电磁学物理性质，研究钻井地质剖的核与电磁学物理性质，研究钻井地质剖的核与电磁学物理性质，研究钻井地质剖面，勘探石油、天然气、煤以及铀等有用面，勘探石油、天然气、煤以及铀等有用面，勘探石油、天然气、煤以及铀等有用面，勘探石油、天然气、煤以及铀等有用矿藏的地球物理方法。矿藏的地球物理方法。矿藏的地球物理方法。矿藏的地球物理方法。核测井的适用条件：一般的泥浆井、油核测井的适用条件：一般的泥浆井、油核测井的适用条件：一般的泥浆井、油核测井的适用条件：一般的泥浆井、油基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井基泥浆井、高矿化度泥浆井、空气钻井（裸眼井、套管井）（裸眼井、套管井）（裸眼井、套管井）（裸眼井、套管井）放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井核核测测井井放放射射性性测测井井核磁共振测井：通过测量核子在外加磁场作用核磁共振测井：通过测量核子在外加磁场作用下的特征，识别岩性和流体。如下的特征，识别岩性和流体。如MRIL,CMRNatural Gamma：通过测量放射性元素自通过测量放射性元素自通过测量放射性元素自通过测量放射性元素自然衰变产生的伽马射线强度，研究钻井地然衰变产生的伽马射线强度，研究钻井地然衰变产生的伽马射线强度，研究钻井地然衰变产生的伽马射线强度，研究钻井地质剖面上地层岩性变化。质剖面上地层岩性变化。质剖面上地层岩性变化。质剖面上地层岩性变化。GR&SGRGR-GRGR-GR：通过测量伽马射线与地层相互作通过测量伽马射线与地层相互作通过测量伽马射线与地层相互作通过测量伽马射线与地层相互作用后诱发产生的次生伽马射线的强度来研用后诱发产生的次生伽马射线的强度来研用后诱发产生的次生伽马射线的强度来研用后诱发产生的次生伽马射线的强度来研究地层物性的一类测井方法，如究地层物性的一类测井方法，如究地层物性的一类测井方法，如究地层物性的一类测井方法，如DENDEN，PePe3)3)N-GRN-GR 通过测量中子射线与地层相互作通过测量中子射线与地层相互作通过测量中子射线与地层相互作通过测量中子射线与地层相互作用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地用后诱发产生的伽马射线的强度来研究地层物性的一类测井方法，如层物性的一类测井方法，如层物性的一类测井方法，如层物性的一类测井方法，如NGRNGR放射性测井放射性测井1.地层中的放射性元素地层中的放射性元素 40K1.46Mev 238U 1.76Mev 232Th2.62Mev2.射线的种类射线的种类 ：2He4：带电，质量：带电，质量大，易吸收，穿透能力小大，易吸收，穿透能力小 ：e：带电，质量小，：带电，质量小，易吸收，穿透能力小易吸收，穿透能力小 ：光子：光子，不带电，质，不带电，质量小，穿透能力强。量小，穿透能力强。1.76 能能能能在在在在衰衰衰衰变变变变时时时时发发发发射射射射 光光光光子子子子的的的的元元元元素素素素称称称称为为为为伽伽伽伽马马马马辐辐辐辐射射射射体体体体。地地地地层层层层中中中中能能能能发发发发射射射射伽伽伽伽马马马马光光光光子子子子的的的的核核核核素素素素主主主主要要要要是是是是U U、ThTh及及及及其其其其衰衰衰衰变变变变产产产产物物物物和和和和钾钾钾钾的的的的放放放放射射射射性性性性同同同同位位位位素素素素K-40K-40。伽伽伽伽马马马马光光光光子子子子与与与与物物物物质质质质发发发发生生生生相相相相互互互互作作作作用用用用的的的的过过过过程程程程中中中中，能能能能量量量量逐逐逐逐渐渐渐渐降降降降低低低低。如如如如果果果果射射射射线线线线的的的的能能能能量量量量30Mev,30Mev,伽伽伽伽马马马马光光光光子子子子与与与与接接接接触触触触物物物物质质质质间间间间将将将将可可可可能能能能逐逐逐逐级级级级产产产产生生生生电子对效应、康普顿效应和光电效应。电子对效应、康普顿效应和光电效应。电子对效应、康普顿效应和光电效应。电子对效应、康普顿效应和光电效应。3.3.射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井3.1 电子对效应：电子对效应：electronpair effect generally，the energy of is between 0.5 to 5.3 Mev,according to the law of conservation of energy,if electronpair effect occurs,the lowest energy of must be 2Ee,that is following equation:2m0C2=20.51Mev=1.02Mev.能量大于能量大于1.02Mev的的 光子在通过光子在通过原子核附近时，与核的库仑场相原子核附近时，与核的库仑场相互作用，可以转化为一个正电子互作用，可以转化为一个正电子和一个负电子，而本身被全部吸和一个负电子，而本身被全部吸收。收。放射性测井放射性测井3.1 电子对效应：电子对效应：electronpair effect Where:K:constantNA:Avogadro constant 6.021023mol-1：density g/cm3 Z:atomic numberA:molar massEr:energy of Meve+e-3.1 Electron Pair EffectE1.022Meve+e-放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井3.2 康普顿效应康普顿效应:Compton effect With the attenuation of energy,the impaction capability of is decayed,when its energy is between 0.51Mev to 1.022Mev,the Computon effect occurs.e-康普顿电子康普顿电子(Compton electron)(Compton electron)光子光子(Photon)：康普顿效应导致的光子在穿过单位距离物质时：康普顿效应导致的光子在穿过单位距离物质时的减弱的减弱3.2 Compton Effecte-放射性测井放射性测井放射性测井放射性测井3.2 光电效应光电效应:photoelectric effect if energy of ray less than 0.51Mev,photoelectron effect occurs,which is first explicitly explained by Albert Einstein e-放射性测井放射性测井3.3 光电效应光电效应:photoelectric effect if energy of ray less than 0.51Mev,photoelectron effect occurs,which is first explicitly explained by Albert Einstein e-e-：光子穿过：光子穿过1cm吸收物质时产生光吸收物质时产生光电子的几率电子的几率：光子的波长：光子的波长