第6章 多极子阵列声波测井仪,2015 (2)
多极子阵列声波成像测井系统
多极子阵列声波成像测井系统刘晓虹;刘俊;熊孝云;李欢【摘要】本文综合阐述了由中国石油集团测井有限公司研发的多极子阵列声波成像测井(MPAL)从仪器到采集和解释软件的产业化进程,对所采集的原始资料和软件处理的解释资料,在一致性和重复性等多个方面进行了对比,分析了相对误差.多极子阵列声波成像测井(MPAL)克服了软地层单极技术的局限性,在裂缝识别、气层识别以及储层压裂效果分析方面应用效果显著.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2009(018)011【总页数】5页(P92-96)【关键词】阵列声波;产业化;对比;裂缝识别;气层识别;压裂效果;应用【作者】刘晓虹;刘俊;熊孝云;李欢【作者单位】中国地质大学(北京),北京,100083;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,任丘,062552;北京世恒达科技有限公司(Geoshot);中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,任丘,062552;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,任丘,062552【正文语种】中文【中图分类】P631.81多极子阵列声波测井仪MPAL（Multi-Pole Array Acoustic Logging Tool）是中国石油集团测井有限公司研制开发的新一代声波测井设备，经过产业化仪器的不断改进和现场试验资料的对比，取得了合格资料，同时对采集软件及资料处理解释软件进行了较大的改进和完善，2006～2009年，多极子阵列声波测井仪共测井40余口，取得了满意的资料，达到了技术推广的目的。
1.1 仪器组成仪器总长8.3m，总重320kg，它由发射电路短节、发射换能器短节、隔声体短节、接收换能器短节和接收控制采集电子线路短节等五部分组成。
该仪器的声系由1个单极子发射换能器、1个四极子发射换能器和2个相互正交的偶极子声波换能器及8个多极子接收站组成，每一个接收站具有单极子、正交偶极子和四极子声波的接收功能。
通过对32路接收信号的采集和处理可获得地层评价的各种声波信息。
多极子阵列声波测井仪多通道采集系统
多极子阵列声波测井仪多通道采集系统王莹【摘要】Designed is a multi-channel synchronous data acquisition system with high precision for multi-pole array sonic logging tool,which can work in high temperature downhole environment.This article introduces the circuit configuration and software design of this system.It uses digital signal processing and complex programmable logic device to control the single-chip with multichannel analog-digital conversion program,which can effectively reduce circuit board size and power consumption.For its acquisition parameters are controllable,the system has good versatility.The system only needs 2 circuit boards of 220 mm × 48 mm to do 16-channel synchronous data acquisition work.Testing result shows that this system has stable performances and can meet the requirement of the multi-pole sonic logging tool.%设计一种用于多级子阵列声波测井仪的高精度多通道同步数据采集系统,可工作于井下高温环境.介绍该系统的电路结构和软件设计思路.该多通道采集系统使用数字信号处理器和复杂可编程逻辑器件控制单片多通道模数转换芯片,有效减小了电路板体积和功耗.由于采集参数可控,该系统有较好的通用性,它完成16通道的采集任务只需要2片220 mm× 48 mm的电路板.测试结果表明,该多通道同步数据采集系统性能稳定,可满足仪器设计要求.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2013(037)003【总页数】5页(P302-305,313)【关键词】多极子阵列声波测井仪;数据采集;模数转换;可编程逻辑控制;测试【作者】王莹【作者单位】大庆钻探工程公司测井公司,黑龙江大庆163412【正文语种】中文【中图分类】P631.840 引言声波测井是地球物理测井中的主要测井方法之一，其目的是运用声波在岩层中的各种传播规律，测量所钻地层的地质和岩石物理参数，获取地层的油气藏存在与岩性等特征［1］。
声波测井仪器的原理及应用
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)第1章前言第1章前言声波测井是近年来发展较快的一种测井方法。
阵列声波学习.pptx
四 . 阵列声波信息提取
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阵 列 声 波 测 井 资 料 的 处 理 流 程 图
数据输入 波列回放 质量检查 频谱分析 滤波处理 相关分析
时差拾取
到时计算
幅度分析
衰减分析
岩石力学参数计算
渗透率计算
水压裂缝高度预测
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出砂分析
井眼稳定性分析
相关分析程序的图形用户界面
DTS (us/ft)
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孔隙度和岩石类型的纵波与纵横比交会图
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利用流体压缩系数可判别流体性质
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BZ25-1-9井
力学参数在气层中的响应特征
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BZ25－1－9井
声波幅度在气、水层段的响应特征
气 水
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文昌9－1－1井纵波幅度在含气层段明显衰减
最小源距( f t )
最大源距( f t )
垂向分辨率 (ft)
适用井径范围 ( i n)
仪器外径( i n) 最大承温 ( ° F)
最大承压( psi ) 仪器重量( l b) 仪器长度( f t )
长源距声波测 井仪
2( 单极) 20
16 2( 单极)
2. 0 7. 0
9
2
4. 5-21 3. 88 400 20000 418. 5 25. 33
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文昌9－1－2井在水层段纵波幅度的响应特征
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KL2井声波法识别油气
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丽水3-6-12井气层上的声波测井效果
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5.3 缝洞性储层评价
多极子阵列声波测井仪多通道采集系统
第３ 期
测
井
技
术
Ｖｏ １ ． ３ ７ Ｎｏ ． ３
２ ０ １ ３ 年 ６ 月
Ｗ ＥＬＬ Ｉ ０ＧＧＩ ＮＧ ＴＥＣＨ ＮＯＬ （ ） ＧＹ
Ｊ ｕ ｎ ２ ０ １ ３
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ — １ ３ ３ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ３ ０ ２ — ０ ５
ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｐ ｏ ｌ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｌ ｏ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｏ ｌ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｏ ｗｎ ｈ ｏ ｌ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ．
中 图分 类 号 ：Ｐ ６ ３ １ ． ８ ４ 文 献标 识 码 ：Ａ
Ａ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｃ ｈａ ｎｎ ｅ ｌ Ｄａ ｔ ａ Ａｃ ｑｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｐ ｏ ｌ ｅ Ａｒ ｒ ａ ｙ Ｓ ｏ ｎｉ ｃ Ｌｏ ｇ ｇ ｉ ｎｇ Ｔｏ ｏ ｌ
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Ｔｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｓ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ
第06章 声波测井
如图，在井中居中放置一单发单 收（发射探头T，接收探头R）声波 测量装置，井眼的半径为a。假定T 发射的是平面波，要想在井壁上产生 滑行纵波，则必须使得入射波的入射 角为第一临界角，并且要想在井轴上 接收到滑行纵波，接收点到发射点的 最小距离为：Lmin = 2atgθ c 其中 为第一临界角。
R
2S
= 90
o
θ1 ≥ θ
S
= arcsin
V1 VS
3流体直达波
所谓流体直达波，即是由声源出发，经过井内流体而直接到达接 收器的波。它不受周围不连续区域的影响。事实上，某一点的声 场是由直达波场（或入射波场）与反射波场叠加而成的，这种波 显然符合费马原理。
4 一次和多次反射波
入射波可能会遇到井壁或界面，并 会与之产生一次和多次作用，产生 一次和多次反射波。
但是，在实际测井中，由于声波在传播过程中存在着各种 衰减，增大源距，声波衰减严重，从而造成记录的声信号的信 噪比降低，甚至记录不到信号，因此在一定的发射声功率的条 件下，源距选得又不能过长。 在实际声波测井中，由于井下声波测井仪器是用钢质外壳 做成的，为了接收来自岩层的滑行纵波，消除井内沿仪器外壳 传播的直达波，一般在仪器外壳上沿着井轴方向刻有小槽，这 样直达波在遇到这种刻槽时会产生多次反射，从而使直达波的 能量急剧衰减到很低。
杨氏模量E
E即为纵向伸长系数。由胡克定律：相对伸长与单位面积 上的作用力成正比：
F 1 F L =α = L S E S
泊松比σ
弹性物体在外力作用下，产生的纵向伸长同时有横向压缩，其 比例系数为泊松比。
d σ= d
L L
由于大多数岩石的泊松比为0.25。。
二、岩石的声波速度
传播方向和质点振动方向相互一致的声波为纵波，而传播 方向与质点振动方向相互垂直的为横波。纵波和横波的传播速 度vp、vs与弹性参数有如下关系：
地球物理与优质储层预测技术及其在复杂岩性储层评价中的应用
（测井、地震和地质在复杂储层研究中的综合应用和预测技术）汇报内容一、储层预测研究的特点和面临的主要问题二、研究技术的主要进展和实例分析二三、储层预测技术的主要发展方向储层预测研究的特点和面临的主要问题•开发地质研究的核心问题：储层的预测与研究又是其中的关键，•基于岩石地球物理响应的开发测井和波动在弹性介质中的运动学和动力学特性的开发地震勘探，是储层综合研究的两大主要学和动力学特性的开发地震勘探是储层综合研究的两大主要手段。
开发测井特点：多信息、极高的纵向分辨率高精度测井地震勘探特点：纵向分辨率低，制约点!储层预测研究的特点和面临的主要问题地震技术具有空间覆盖面广，数据量大的特点，是油藏描述的主要技术手地震技术具有空间覆盖面广数据量大的特点是油藏描述的主要技术手段之一。
早期的地震技术主要用于确定地下油气藏的构造，随着三维地震和各种提高地震分辨率的采集、处理和解释技术的出现，人们开始把地震引入到解决油田开发问题的油藏描述和动态监测中．出现了开发地震（Development Geophysics）或储层地震(Reservoir Geophysics)新技术．它们在方法原理上与以往的地震勘探并没有本质的差别，所谓开发地震就是在勘探地震的基础上，充分利用针对油藏的观测方法和信息处理技术，结合地质，测井和各种测试和动态资料，在油气田开发过程中，对油藏特征进行横向预测和完整描述。
地震反演、储层特征重构与特征反演、地震属性分析与烃类检测、相干体分析、定量地震相分析、地震综合解释与可视化、井间地震、VSP、时间延迟地震、多波地震及分辨率足够高的地面三维地震等缺点是，纵向分辨率低，这是储层预测和描述中的主要制约点。
储层预测研究的特点和面临的主要问题在储层预测研究中具有指导作用，储层预测和表征已经远远不是在储层预测研究中具有指导作用储层预测和表征已经远远不是以单一的地质研究来解决问题，而是由一般的单学科研究向多学科综合表征的方向发展与测井地质解释、地震地层学紧密结合，可更有效地发挥储层沉积学的作用。
阵列声波测井介绍
苏xx井第7号层MPAL资料纵波幅度衰减明显，有效地指示出气层的特征。
利
用
理 论
纵
理
图横
论
版波
进速
行 气
比
图 版
层
识
别
纵波时差
利
用
理 论
纵
图横
版波
进速
行 气
比
层
识
别
气层 差气层 油层 水层 干层
纵波时差
利用泊松比、压缩系数参数进行储层识别的方法标准
泊松比 干层 0.22左右 泥岩 0.22-0.35 气层 ＜ 0.23
处理成果质量控制
• 预处理
——在波列里提取时差 ——波形和频谱的一致
• 后台处理
——时差和相似度重合 ——首波到时和波形重合
预处理质量控制
交互的时差编辑
未编辑 Comp. Shear
Draw
编辑后
Shear
Correlogram
后台处理质量控制
时差/相似度 & 首波到时/波形
偶极横波提取
从偶极 波形中 提取横 波时差
仪器总装图
接收电路
接收声系
隔声体
发射声系
发射线路
仪器由发射电路短节、发射换能器短节、隔声体 短节、接收换能器短节和接收控制采集电子线路短 节五部分组成 ，仪器总长8.53米，重约300公斤。
测量方式
单极方式：
采用传统的单极声源发射器，可向井周围发射声波，使 井壁周围产生轻微的膨胀作用，因此在地层中产生了纵 波和横波，由此得出纵波和横波时差 。在疏软地层中， 由于地层横波首波与井中泥浆波一起传播，因此单极声 波测井无法获取横波首波 。
MPALmechprop岩石物理参数提取模块
5700测井技术介绍—阵列声波测井原理及地质应用
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。
6-阵列声波
多极阵列声波测井图
单极全波列 偶极全波列
玻璃纤维 套管波
纵波 扰曲横波
斯通利波
多极阵列声波测井的地质应用
» 可提取准确的纵、横波信息，提供杨氏模量、 弹性模量、泊松比等岩石物理参数，预测岩石 强度，岩石破裂压力。 » 利用斯通波幅度衰减导出渗透率，评价有效天 然裂缝及渗透性。 » 利用岩石机械特征参数做井壁稳定性分析。 » 为钻井工程、压裂施工、油气层开采等方面提 供某些有用参数，如岩石强度、地应力、岩石 破裂压力、安全生产压差等所需参数。 » 识别含气层。
斯通利波的变 密度显示
有泥饼时，用 斯通利波传播 特征不能判断 裂缝的有效性
蒲西１井斯通利波衰减特征
DSI的应用
判别地层各向异性(如裂缝走向）、识
别井壁附近的垂直裂缝（可能不与井 眼相交，但压裂后对提高产能有利）
– 在各向异性介质中，不同方向的声速是 不一样的 – DSI有两个正交偶极发射器，向地层沿两 个相垂直的方向定向发射压力脉冲。
地层的非均质性
井眼中的横波分裂
用DSI方位各向 异性来评价高角 度有效裂缝
识别井眼 外的裂缝
上图Ａ层的ＦＭＩ图像
由快横波与FMI 获得的裂缝走向 的对比
DSI的应用
估算地层渗透率
– 渗透性地 层，切变模量下降，斯通利波 时差增大。因此用斯通利波可计算渗透 率。
DSI的应用
分析岩石机械特征
四、偶极横波测井基本原理
偶极子发射器能产生沿井壁传播的挠曲波
挠曲波是一种频散界面波，在低频时，它
以横波速度传播，在高频时，它以低于横 波的速度传播 DSI是通过对挠曲波的测量来计算地层横 波速度的 为确保横波速度的测量精度，偶极发射器 应尽量降低发射频率 通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向 异性分析.
阵列声波测井仪器研制及应用
阵列声波资料的应用
文23－24裸 眼井阵列声 波时差（黑 线） 、套管 井阵列声波 时差（红线） 与普通声波 时差（绿线） 的对比
阵列声波资料的应用
2、 岩性识别
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（VP/VS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。
声系的源距
阵列声波测井仪器设计
声系所用换能器的选择：
用换能器检测系 统所挑选的接收 换能器的频谱图
阵列声波测井仪器设计
制作完成的井下仪器：
阵列声波测井仪器设计
仪器的特点 ：
•在裸眼井中可测量地层的纵波时差和横波时差以及斯通利波时差。 通过二维谱频散处理，生成时差分布图像。 •在套管井中可测量声幅、声波变密度 。
阵列声波资料处理技术
声波的二维谱处理方法：
原始测井波形
阵列声波资料处理技术
声波的二维谱处理方法：
将原始测井 的8个不同源 距的波形做 FFT得到频 谱和相位谱
计算的频谱
阵列声波资料处理技术
声波的二维谱处理方法：
用相位谱建 模得到二维 谱分布
阵列声波资料处理技术
声波的二维谱处理方法：
二维谱分布 转化为相速 度随频率的 变化得到的 时差（相速 度）分布
阵列声波资料的应用
普通声波
•识别岩性 •孔隙度计算 •定量解释Ⅰ界面固井 质量 •定性解释Ⅱ界面固井 质量
阵列声波
•识别岩性 •孔隙度计算 •定量解释Ⅰ界面固井 质量 •解释Ⅱ界面固井质量 •识别气层 •套后声速测量
阵列声波资料的应用
1、套管井声波孔隙度资料补测
由于套管的声速大于地层的声速， 采用传统的补偿声波在套管井中测量 不到地层的纵、横波时差。而采用阵 列声波技术在胶结好的情况下可以得 到地层的时差。
常用测井仪器介绍
双侧向测井仪同时提供深浅两个电阻率数据，当屏流与主电流同极性时，加强了对主电流的聚焦作用，因而主电流到地层深处才发散开，所以主电流在地层的电压降反映的是地层深处的电阻率；当屏流与主电流为反极性时，消弱了对主电流的聚焦作用，因而主电流到地层不远处即发散了，耸敝电流在地层的电压降反映的是较浅处地层的电阻率。双侧向测井仪常与微侧向同时下井，获得从冲洗带到原状地层不同探测深度的三条电阻率曲线，准确得到地层电阻率，判断地层岩性，定性确定地层渗透率等。
多极阵列声波测井仪 MAC (Multipole Array Acoustilog)
01
多极阵列声波测井仪是由两个单极子发射器、两个偶极子发射器和八个阵列单极子接收器、八个阵列偶极子接收器组合成的。与以往的补偿声波相比，由于其发射频率低，使得该仪器在疏松软地层或致密硬地层都能很好的采集到波形幅度、慢度和波至时间等地层声波响应。其最大优点是不仅测量纵波信息，还可以测量横波信息，用以评价裂缝、岩性、岩石特性和流体成分。
AC补偿声波测井仪
井眼补偿(BHC)系统使用两对声波接收探头和上下各一个的发射探头。这一类型的仪器减小了井眼尺寸变化和仪器碰撞所造成的不良影响，当其中一个发射探头发射脉冲波时，在两个相应接收探头上可测得首波的时间差。BHC仪器的两个发射探头交互地发射脉冲波，在两个接收探头上读取时差。接收到的两套时差自动地平均进行井眼补偿。在两个接收探头上的首波时间取决于在井眼附近地层中的首波传播路径。为了取得垮塌地层的精确声波速度测量，要求使用长源距的声波仪，具有探测深度更深，受大井眼的影响小的特点。
XMAC-II技术指标：
最大耐温 400℉ 204℃（2 小时） 350℉ 177℃（8 小时） 最大耐压 20 k psi 137.9 MPa 仪器直径 3.88 in. 98.6 mm 长度 35.0 ft 10.7 m 重量 721 lb 327 kg 推荐测井速度 时差采集 100 ft/min 30 m/min 全波（单极/偶极）和时差采集 25 ft/min 7.6 m/min 交叉偶极和时差采集 21 ft/min 6.4 m/min 垂直分辨率 相似处理 3.5 ft 1.1 m 首波探测 0.5 ft 0.15 m
声波测井仪器的原理及应用
第三章 数字声波测井原理及应用
3.5 数字声波仪器小结
1、SL6680针对井下岩性复杂和作业现场环境恶劣等情况,采用阵 列接收探头、高速数字化采集和传输方式的新一代数字声波测井仪器。 采用阵列信号处理技术来校正由于各种原因造成的测量误差,极大地提 高了测井数据的有效性与准确性;直接在井下仪器中对采集到的声波信 号进行数字化,将数字声波信号通过数字遥传系统传送到地面设备,提高 了仪器的可靠性和抗干扰能力。
声波测井仪器的原理及应用
胜利测井四分公司
王玉庆
目录 第一章 前言 第二章 岩石的声学特性 第三章 数字声波测井原理及应用 第四章 正交多极子阵列声波测井
第五章 声波测井流程及注意事项
第一章 前言
声波测井是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测 井、声幅测井发展到后来的声波全波列测井、偶极子和多极子测井、 声波成像测井、井间声波测井及随钻声波测井等 常用的声波测井，如声波测井和声幅测井，是记录滑行纵波首 波的传播时间和第一个波得波幅。 正交多极子阵列声波测井是当今测量地层纵波、横波和斯通利 波的最好方法之一，无论在大井眼井段还是非常慢速的地层中都能 得到较好的测量结果 目前测井四分公司以Eclips5700和SL6000为主要地面系统，常用 到声波测井仪器主要以数字声波和正交多极子阵列声波为主。
4.1 XMACII多极子阵列声波测井原理
单极子声源
单极子声源相当于一个点声源在裸眼井中可激发纵波、横波、伪瑞利
波和斯通利波等波形，通过波形处理技术即可提取接收波形中的纵波、横波 和斯通利波的波速。
缺点：
1、工作频率(15～25 kHz) 太高，声波穿透地层的深度较小、信号的 传播距离较小。
2、在软地层(横波波速比井内流体波速小的地层 ) 不能激发横波，因
MPAL多极子阵列声波测井仪
ｙ ａ ｓ Ｉ ｋ ｓｐｃ ｉ ｇ ｕ ｏ ｇｔ ｄｎ ｌ ｖ （ ，ｔａ ｓ ｅ ｓ ｖ （ ｅ ｒ． ｔｍａ ｅ ｉｋｎ ｐ ｌ ｎ ｉ ｉａ ｕ ｗａ ｅ Ｐ） ｒ ｎ ｖ ｒｅ ｗａ ｅ Ｓ） ａ ｄ ｓｏ ｅｅ ｖ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｎ ｌｙ ｗａ ｅ ｉ ｈ
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第３卷 ２
第 ５ 期
测
井
技
术
Ｖｏ ． ２ ＮＯ ５ Ｉ３ ．
Ｏｃ ２ ０ ｔ ０８
２０ ０ ８年 １ ０月
Ｗ ＥＩＩ 』） Ｉ ＧＧ１ ＮＧ ＴＥＣＨ Ｎ（ Ｉ ） ＯＧＹ
文 章 编 号 ：０ ４１３ （０ ８ ０ —４ ９０ １０ —３ ８ ２０ ） ５０ ３ —４
ＭＰ Ｌ 多极 子 阵 列声 波测 井仪 Ａ
ＩＩＹ Ｕ ｘ ａ， ＩＩ Ｙａ ｍ ｉ — ｉ － ｎ
（ ｕ ｂ ｉ ｖ ｓｏ ｆＣｈ ｎ ｔｏｌ ｕ Ｌ ｇ ｉ ｇ ＣＯ． Ｈ ａ ｅ Ｄｉ ｉｉ ｎ ｏ ｉ ａ Ｐｅ ｒ ｅ ｍ ｏ ｇ ｎ ＬＴＤ．， ｎ ｉ Ｈｅ ｅ ６ ５ ２ Ｃｈ ｎ ） Ｒｅ ｑ ｕ， ｂ ｉ０ ２ ５ ， ｉ ａ
MPAL多极子阵列声波测井在二连油田开发中的应用
MPAL多极子阵列声波测井在二连油田开发中的应用朱爱民;熊孝云;丛培栋;田文新;陈金宏【摘要】MPAL多极子阵列声波测井资料可以提供地层纵波、横波、斯通利波等地质参数,为油藏勘探开发提供重要的储层信息.主要介绍了MPAL测井技术在二连油田开发中的应用效果.利用斯通利波和快慢横波开展测井精细解释;利用纵横波资料分析岩石的机械特性;利用各向异性资料判断压裂效果和窜槽以及为开发井网、钻井、完井工艺设计等提供依据,经过在二连油田4个凹陷4口井6井次的测井,取得了较好的地质工程应用效果.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2010(034)003【总页数】4页(P293-296)【关键词】多极子阵列声波测井;各向异性;压裂;窜槽;井网;二连油田【作者】朱爱民;熊孝云;丛培栋;田文新;陈金宏【作者单位】中国石油大学地球资源与信息学院,山东,东营,257061;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,廊坊,065007;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,廊坊,065007;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,廊坊,065007;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,廊坊,065007;中国石油集团测井有限公司华北事业部,河北,廊坊,065007【正文语种】中文【中图分类】P631.530 引言MPAL多极子阵列声波测井仪经过在二连油田4个凹陷4口井6井次的测井，证实仪器性能可靠，测井资料信息丰富。
经处理提取的纵波、横波、斯通利波等曲线和参数，在为二连油田储层油气解释，评价裂缝方向、岩石各向异性、岩石强度特性、压裂效果以及钻井、完井施工、采油工艺设计等方面，发挥了极其重要的作用。
1 利用MPAL资料进行地质分析通过对MPAL仪器测量的地层单极、偶极子阵列波形数据处理，获取地层纵横波慢度、斯通利波慢度等信息。
通过其单极、偶极子波衰减还可提供地层各向异性及方向性、裂隙密度及排列方向、地层水平主应力方向等其它地层特征参数。
多极子阵列声波测井技术在煤层气储层评价中的应用
多极子阵列声波测井技术在煤层气储层评价中的应用刘鹏;乔文孝;车小花;王瑞甲;鞠晓东;卢俊强【摘要】介绍多极子阵列声波测井仪器(MPAL)的声系结构和测量数据.MPAL仪器提供了丰富的煤层气地层声学参数.通过处理MPAL在煤层气储层的声波测量数据得到了滑行纵波、偶极横波和斯通利波的速度,衰减以及横波速度各向异性,地层渗透率等信息.在分析上述信息与煤层气储层特性关系的基础上,研究了煤层气储层的多极子阵列声波测井评价的步骤和方法.MPAL测得的纵、横波速度及衰减能够用于煤层识别和煤层厚度计算;从斯通利波数据中提取的渗透率信息可以评价煤层气储层的渗透性能;结合地层密度数据可得到地层弹性信息,能够为钻井、水力压裂等工程提供重要的参考数据.【期刊名称】《测井技术》【年(卷),期】2014(038)003【总页数】5页(P292-296)【关键词】阵列声波测井;多极子;煤层气;各向异性;渗透率;弹性参数【作者】刘鹏;乔文孝;车小花;王瑞甲;鞠晓东;卢俊强【作者单位】中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249;中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;北京市地球探测与信息技术重点实验室,北京102249【正文语种】中文【中图分类】P631.830 引言煤层气资源勘探主要利用测井技术识别和定位煤层气储层以及进一步求取相应的地质参数。
多极子阵列声波成像测井技术研究
多极子阵列声波成像测井技术研究辛鹏来;王东;陈浩;张海澜;王秀明【摘要】多极子阵列声波成像测井已经成为测井中主要方法之一,在地层评价与油气田开发中有重要作用.在已有理论与数值模拟的基础上,经过近十年的技术攻关,我们已经在多极阵列声波成像仪器制造、测试与数值处理等主要关键技术方面都取得了长足的进展,具体包括高温正交偶极子发射换能、高温低频单极子换能器、声系测试、多极子阵列声波测井高温电路及仪器集成、资料处理及解释等主要方面.所研制的仪器及资料处理方法,经过与国外同类仪器的测井结果进行了对比分析,验证了所研发的仪器的可靠性和处理方法的正确性,这些关键技术为我国声学测井仪器装备技术研发和快速发展打下了基础,提供了技术支撑.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2013(032)004【总页数】9页(P237-245)【关键词】交叉偶极子;声波测井;声学换能器【作者】辛鹏来;王东;陈浩;张海澜;王秀明【作者单位】中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场与声信息国家重点实验室北京 100190【正文语种】中文【中图分类】TB511 引言在油田勘探和开发特别是在非常规油气藏勘探开发中，声波测井是一种重要的测井方法，也是声学的一个重要应用领域。
最早的声波测井是由对称的声源激发的单极子测井，这类仪器存在一个主要问题，即无法测量横波速度小于井中流体声速的所谓软地层的横波速度[1]，而在实际的地层，特别是海上油气层中，软地层还是占有很大比例的，而且横波速度又是一个和地层很多参数有关的重要参数[2]。
上世纪90年代初，为了解决软地层横波信息的获取，在深入研究井孔声场的基础上，出现了偶极子声波测井仪[3]。
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均为频散模式波，截止频率内等于S波速 截止频率与介质有关，如软地层偶极截止频率仅为数百Hz 抑制P波，使S波成为首波便于处理
偶极子和四极子声源的指向性曲线
测井仪器原理（一）
5
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6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
偶极子和四极子声源的振动模式
测井使用的偶极和四极压电换能器
挠曲波波速与频率关系曲线
数据采集
系统控制
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
MPAL的主要技术指标
极限工作环境：175℃/140MPa 遥测通信方式：CAN总线 近单极（最小）源距：2.591m； 偶极源距：3.124m； 全波单极源距：3.658m； 接收换能器：压电陶瓷，8组32个，间距0.152m 发射换能器：压电陶瓷，单极１个，四极(可工作于单极)１ 个，偶极2组； 最高测速：600m/h 数据采集：A/D分辨率16位，采样时间4us - 32us，8通 道并行 工作模式：单站，单极全波，偶极，交叉偶极，四极全波
两个4通道数据采集板到系统主控板的专用接口 多源单目，SPI串行传输方式，速率5Mbps CPLD自动控制
发送 控制 器1 数据1 源选择1 时钟 系统主 控制器
发送 控制 器2
源选择2 数据2
电 平 匹 配 电 路
驱 动 器
接 收 控 制 器
存储器
高速串行数据传输接口原理图
测井仪器原理（一）
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
MPAL仪器结构示意
下电子短节 上电子短节
仪器控制命令总线
发射激励
6路发射激励脉冲
高速SPI局部总线
8×4路声波接收信号 发射换能器阵列 隔声体 接收换能器阵列
多级子阵列声波测井仪声系
MPAL仪器电子系统组成示意
测井仪器原理（一）
10
井下高速传输总线CAN
信号合成 放大滤波
Y方向 接收 器
X方向接收器
X方向 接收器
Y方向 接收器
慢
波 横
源 θ 快横波 慢横波 Y方向源
u sin
u cos
u
θ
X方向源
交叉偶极工作原理
各向异性地层中的横波分裂
测井仪器原理（一）
7
.
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
X发射时在接收器可得到的XX和XY分量
2 2 xx(t ) u g f cos u g s sin xy(t ) u g f sin cos u g s sin cos
XMAC II性能指标 仪器总体结构 控制采集电路 串行命令设置原理
6.3 交叉多极子阵列声波测井仪XMAC II
6.4 小结
测井仪器原理（一）
2
.
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理
现代声波成像测井仪器体系的主要类型，典型代表
SLB：DSI，Sonic Scanner；Atlas：XMAC；Hlbdn： LFD，WaveSonic； 国产：MPAL
8路信号通道组合选择
单极，偶极，交叉偶极，四极，单站，自检
调节动态范围-21~48dB，总计69dB，3dB步进
8路程控放大
8路有源带通滤波
19
测井仪器原理（一）
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
1、通道构成及原理
第一组换能器阵 第二组换能器阵 第三组换能器阵 第四组换能器阵 四通道声波 信号接收板1
利用交叉偶极求取地层各向异性实例
测井仪器原理（一）
8
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.1 MPAL仪器结构
仪器主要包括5个部分
发射电子线路 发射声系 隔声体 接收声系 主控电子线路
MPAL仪器结构和系统组成
测井仪器原理（一）
9
温度传 感器
数据/地址总线
高速数据 总线
高速数据接收 控制器
FIFO
接口控 制逻辑
RAM
MPAL系统控制电路原理图
测井仪器原理（一）
15
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.4 数据采集电路
8路同步高速高精度数据采集 分为板级两个子系统 由DSP设定，CPLD控制，本地FIFO缓存
高速采集板2
Vin4
高字节 FIFO
读高 字节
数据采集系统组成结构图
命令译码 采集控制
串行命令总线
MPAL数据采集原理框图
测井仪器原理（一）
16
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
基于CPLD的数据采集控制器原理
串行命令接收及译码 采集参数寄存器组 采集启动及速率控制器 采集深度控制器 ADC状态检测和FIFO读取控制器
由X、Y交替发射可得到交叉偶极的四个测 量分量，进而获取地层的快、慢横波数据
2 2 Fp (t ) xx(t ) cos [ xy(t ) yx(t )]sin cos yy(t ) sin 2 2 S p (t ) xx(t ) sin [ xy(t ) yx(t )]sin cos yy(t ) cos
测井仪器原理
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主讲人：卢俊强 2015年11月
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第6章 多极子阵列声波测井仪
6.1 多极子阵列声波测井仪测量原理 6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.2.6 6.2.7
6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4
MPAL仪器结构 仪器连接总线 系统控制电路 数据采集电路 模拟信号接收处理 发射电子线路 数据采集组合模式
17
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
基于CPLD的数据采集控制器原理
ADC工作时序
测井仪器原理（一）
18
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.5 模拟信号接收处理
处理8X4共32个接收站信号 分为两个板级子系统 主要功能
32路信号通道接口 8路模式信号合成
单极，偶极，四极
串行传输，差分时钟，自复位，设备随机寻址
阻抗 匹配 电路
SCLK 系统 主控 DATA 制器 RST
驱动 电路
采集 单元1
采集 单元2
模拟 处理 单元1
模拟 处理 单元2
发射 控制
控制命令总线与受控单元接口
测井仪器原理（一）
13
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
3. 板间高速局部数据传输总线HLB
测井仪器原理（一）
11
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.2 仪器连接总线分析
1. 井下仪器互连总线
控制器局域网CAN 传输速率（降速）800kbps
240xA
终端匹 配电阻 CAN收发器
CAN模块 控制/状态寄存器 中断逻辑
控制 总线
CANH 测井电缆 遥测 短节
发送缓冲器 CANTX CAN 收发器 芯片 CANRX CAN Bus
单位:dB
24 24 21 18 15 12 9 6 3 48 48 45 42 39 36 33 30 27
衰减器从0dB到-21dB共八级，3dB步进 放大电路0dB，24dB和48dB三级， 24dB步进 通频带250Hz~20kHz 边带80dB/dec（四阶）衰减率
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
2、缓冲放大电路
同相放大，高频提升，输入保护
单极，Mn=(X1+X2)+(Y1+Y2) 偶极，RnX=（X2-X1）， RnY=（Y2-Y1） 四极，Qn=(X1+X2)-(Y1+Y2)
3、信号合成电路
4、测试信号发生器
偶极、单极、四极信号合成电路原理
串行数据总线
Vin1
4道波形 前置 信号 接收 电路 4道波形 信号
高速采集板1
缓冲1 缓冲2 缓冲3 缓冲4
ADC1 ADC2 ADC3 ADC4
ADC 状态 读 数 转 换 启 动 写 入 复 位
低字节 FIFO
读低 字节
DSP 控制 电路 串行命令总线
Vin2
数据传送 接口
串行数据 总线
Vin3
14
.
6.2 多极子阵列声波测井仪MPAL
6.2.3 系统控制电路
以TI的16位定点DSP（TMS320LF2407A）为核心 主要功能
井下仪器总线（CAN）接口 局部高速串行数据总线 数据缓存 控制仪器工作：发射，接收，数据采集和处理…
命令总线 DSP CAN驱 动器 至遥测 接口电路
CANL
CPU
CPU接口 存储器管理单元
R mailbox0 R mailbox1 T/R mailbox2 T/R mailbox3 T mailbox4 T mailbox5
CAN 内核
GR测井仪
RXD TXD 数字信号处 理器
暂时接收缓冲器 数据 标识符 控制 逻辑 接收 滤波器
测井仪与遥测电路接口
低通 滤波器 通道 信号 多路 选择 电路