偶极子 交叉偶极子阵列声波测井

在被流体饱和的岩石中，其机械特性取决于所含流
体的类型和含量、岩石颗粒的构成以及颗粒间的胶结程
度。软的松散的岩石具有较小弹性硬度，因此声波在软
地层中的传播速度比在硬地层中的传播速度慢。
2019/11/16
3
纵
波
纵波，有时称为“压缩波”，是一种典型的纵向波。 纵波按“压缩模式”传播，即波的传播方向与质点位移 方向平行。气体、液体及固体都能反抗压缩，因此，纵 波能通过气体、液体及固体传播。纵波的速度为：
1Fra Baidu bibliotek岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析
五、总结
偶极声波测井仪的测量原理
偶极技术采用偶极声 波源，当偶极子声源振动 时，很像一个活塞，能使 井壁一侧的压力增加，而 另一侧压力减小，使井壁 产生扰动，形成轻微的扰 曲，这种由井眼扰曲运动 产生的剪切扰曲波具有频 散特性，在适当的低频范 围内该扰曲波的传播速度 趋近于横波，其传播方向 与井轴平行。
每个深度点记录 12个单极源波形，其中 8 个为阵列全波波形（TFWV10），4个为记录普 通声波时差的全波波形（ TNWV10）。每个深 度点记录 32个偶极源波形，即每个接收器记 录XX、XY、YX、YY 4个偶极源波形， X、Y表 示不同方位的发射器或接收器的方向，例如 XY表示X方向发射器发射， Y方向接收器接收； YY则表示Y方向发射器发射 Y方向接收器接收。 8个接收器共记录 32个偶极源波形（ TXXWV10、 TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。
MAC、XMAC仪器是目前国际上非常先进的 声波测井仪，由于声波换能器的响应频带较 宽，低频响应更好，在井下实现数字化，信 号动态范围更大，因此记录的波形更完整， 更有利于获得准确的纵波、横波、斯通利波 的时差、幅度等参数，特别是 XMAC仪器在分 析地层速度各向异性方面具有独特的优势。
一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、所提供的基本成果及图件 四、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用
斯通利波
斯通利波在泥浆中产生，通过仪器外壳和 井壁间的泥浆传播，斯通利波对井壁的刚性及 地层的渗透性非常敏感。斯通利波的能量是以 低频及低衰减的形式传播。其速度低于泥浆的 声速。
2019/11/16
10
硬地层中声波测井仪探测到的波形分析
纵波
斯通利波
横波
软地层中声波测井仪探测到的波形分析
纵波
斯通利波
页岩
58.8-143
液体及气体：
材料
时 差 （us/ft ）
水（淡水）： 水（含NaCl 100,000mg/L ） 水（含NaCl 200,000mg/L ） 石 油： 泥 浆： 氢： 甲 烷：
208 192.3 181.8
238.1 189 235.3 666.6
横波
横波，有时称“畸变波”，是一种典型的横向波， 横波按“剪切模式”传播，即波的传播方向垂直于质 点的位移方向。固体由于其刚性，趋向反抗剪切，即 这种固体的力能引起一个物体的两个连续部分彼此相 对的滑动。因此，横波能通过固体传播。液体及气体 不具有刚性（若其粘滞性可以忽略），而且不能反抗 剪切，因此横波不能通过液体及固体传播。横波的速 度为：
偶极子、交叉偶极子阵列声波测井
2019/11/16
1
一、声波基础理论概述 二、偶极子及交叉偶极子阵列声波测量原理 三、所提供的基本成果及图件 四、偶极子及交叉偶极子阵列声波地质应用
1、岩石力学参数的计算 2、岩性的识别 3、识别气层 4、判断裂缝发育井段、类型及区域有效性 5、地层各向异性分析 6、地应力参数计算及井眼稳定性分析
Vs=(μ/ρ)0.5
对于大多数岩石， Vs比Vp小1.6至2.4倍
2019/11/16
8
软地层中声波的传播
由于软的固结松散的岩石 具有较小的弹性硬度，使 得软地层中声速相对较慢。 因此在硬地层中可以获得 横波和纵波时差，然而在 慢速的固结较差的地层中， 由于横波速度小于井内流 体声速，横波首波与井中 钻井液一起传播，不能产 生临界折射的滑行横波， 使得单极声波测井无法测 出横波的首波。
石灰岩：
47.6
石 英：
52.9
岩 盐：
66.6
套 管：
57.0
饱和原生水的孔隙岩石：
材料
时 差 （us/ft ）
白云岩（孔隙度 5-20% ）
50-66.6
石灰岩（孔隙度 5-20% ）
54-76.9
砂 岩（孔隙度 5-20% ）
62.5-86.9
砂岩（未固结）孔隙度 20-35% 86.9-111.1
Vp={(K+1.33 μ)/ρ}0.5
ρ：传播波的物质的密度
K ：体积模量
μ：剪切模量
2019/11/16
4
没有孔隙的固体：
材 料 时 差（us/ft ）
硬石膏:
50
方解石：
49.7
水 泥 (固结）: 83.3
白云石：
43.5
钢：
50
花岗岩：
50.7
材 料 时 差（us/ft ）
石 膏：
52.6
常规全波列声波测井仪的测量原理
常规声波测井仪采 用单极子技术，在快速 地层中可以从波形数据 中提取纵、横、斯通利 波慢度，但在软地层中 只能探测到纵、斯通利 波信号，且仪器稳定性 较差。
利用测井资料中的纵波时差、横波时差、 体积密度、岩性指示曲线（自然伽马等）、 双井径、井斜角等曲线，计算泊松比、杨氏 模量、切变模量、体积弹性模量、体积压缩 系数等岩石力学参数及地层孔隙压力、地层 破裂压力、垂向主应力（岩层上覆压力）、 最大水平主应力、最小水平主应力、最大水 平主应力方向等应力参数。测井资料中的横 波时差是计算岩石力学参数、应力参数及地 层各向异性的重要基础资料，因此准确获取 横波资料致关重要。
五、总结
声波在地层中传播的原理
声波在岩石中传播的体波有两种，即纵波和横波， 面波有斯通利波。纵波也叫 P波，是一种岩石的压缩和膨 胀所产生的波，传播方向于岩石中的质子的震动方向一 致；横波也叫S波，是岩石受剪切力的作用而产生的一种 波，传播方向与岩石中质子的震动方向垂直。声波的传 播速度受岩石机械特性的控制，岩石的机械特性可以用 岩石的密度和弹性力学参数来表示。
2019/11/16
18
2019/11/16
19
ECLIPS—5700 测井系统中的交互式多极 子阵列声波仪（ XMAC-II）是将一个单极阵列 和一个偶极阵列交叉组合在一起，两个阵列 配置是完全独立的，各自具有不同的传感器。 单极阵列包括两个单极声源和 8个接收器。声 源发射器发射的声波是全方位的，既是柱状 对称的，中心频率为 8kHz。偶极阵列是由两 个交叉摆放（相差 900）的偶极声源及 8个交 叉式偶极接收器组成。接收器间距为 0.5英尺。