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MPAL多极子阵列声波测井仪

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第 32 卷   第 5 期2008 年 10 月测   井   技   术O 32   5008文 章 编 号 :10042008) 05 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪李 玉 霞 , 李 亚 敏(中 国 石 油 集 团 测 井 有 限 公 司 华 北 事 业 部 ,河 北 任 丘 062552)摘 要 : 极 子 阵 列 声 波 测 井 实 现 了 在 软 硬 2 种 地 层 中 直 接 提 取 纵 波 、 横 波 和 斯 通 利 波 的 测 量 结 果 。 对 极 子 阵 列 声 波 测 井 的 测 量 原 理 、 仪 器 构 成 、 特 点 、 技 术 指 标 、 应 用 情 况 等 方 面 进 行 了 阐 述 ,根 据 其 测 井 资 料可 提 取 准 确 的 纵 波 、 横 波 、 斯 通 利 波 信 息 ;利 用 波 形 、 斯 通 利 波 变 密 度 图 、 斯 通 利 波 幅 度 衰 减 判 断 裂 缝 发 育 段 ,可 以得 到 地 层 的 快 慢 横 波 ,用 来 判 断 地 层 的 各 向 异 性 ,从 而 判 断 最 大 水 平 主 应 力 方 位 、 裂 缝 发 育 程 度 及 裂 缝 延 伸 方 向等 。关 键 词 : 测 井 仪 器 ; 多 极 子 阵 列 声 波 测 井 ; 单 极 子 声 源 ; 偶 极 声 源 ; 螺 旋 波中 图 分 类 号 : 81         文 献 标 识 码 : L I O. L , 62552 , is t he in It up P) , S) in t h t he t We t he P) , S) f t he It to DL It S) t he t he 引   言声 波 测 井 已 经 发 展 到 采 用 偶 极 声 源 和 定 向 接收 ,并 结 合 单 极 技 术 的 多 极 子 阵 列 声 波 测 量 克 服 了单 极 测 井 仪 固 有 的 局 限 性 ,实 现 了 在 软 硬 2 种 地 层中 直 接 提 取 纵 波 、 横 波 和 斯 通 利 波 的 测 量 结 果 ,记 录反 射 的 斯 通 利 波 和 反 射 纵 波 ,波 形 数 据 中 包 含 大 量有 潜 在 应 用 价 值 的 地 质 信 息 。 其 中 横 波 和 反 射 的 斯通 利 波 信 息 可 以 评 价 低 角 度 裂 缝 ;反 射 的 纵 波 可 对井 周 边 的 地 质 结 构 进 行 成 像 ;正 交 偶 极 资 料 可 用 于地 层 各 向 异 性 的 评 价 ,从 而 大 大 拓 宽 了 声 波 测 井 资料 的 应 用 领 域 。 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 器 除 具 有 常 规声 波 仪 器 的 测 井 项 目 外 ,利 用 多 种 组 合 模 式 ,在 裸 眼井 和 套 管 井 中 进 行 声 波 单 、 偶 极 阵 列 测 井 ,偶 极 子 横波 直 接 测 井 ,测 量 得 到 的 数 据 可 以 直 接 提 取 软 硬 地层 中 的 纵 波 、 横 波 和 斯 通 利 波 慢 度 参 数 来 进 行 储 层的 地 质 评 价 ,包 括 岩 性 识 别 、 岩 石 机 械 特 性 预 测 、 地层 孔 隙 度 求 取 和 渗 透 率 估 算 等 。 这 类 测 井 仪 器 的 许多 增 强 功 能 是 其 它 测 井 仪 器 不 能 替 代 的 [1 。作 者 简 介 :李 玉 霞 ,女 ,1968 年 ,高 级 工 程 师 ,从 事 声 波 仪 器 的 技 术 研 究 。© 1994   极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 测 量 原 理 [ 11. 1   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 ,但 这 种 声 源 有 其 难 以 克 服 的 自 身 缺点 : ① 工 作 频 率 (15~ 25 k 太 高 ,声 波 穿 透 地 层的 深 度 较 小 、 信 号 的 传 播 距 离 较 小 ,使 全 波 波 形 中 纵波 、 横 波 难 以 在 时 域 中 分 辨 开 来 ,尤 其 是 横 波 测 量 不够 准 确 (波 至 点 难 以 准 确 拾 取 ) ; 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 而 无法 测 量 这 种 地 层 的 横 波 波 速 。1. 2   偶 极 声 源偶 极 声 波 源 很 象 一 个 活 塞 ,它 能 使 井 壁 一 侧 压力 增 加 ,而 另 一 侧 压 力 减 小 ,从 而 产 生 扰 动 ,形 成 轻微 的 挠 曲 ,在 地 层 中 直 接 激 发 出 纵 波 与 横 波 。 这 种挠 曲 波 的 振 动 方 向 与 井 轴 垂 直 ,但 传 播 方 向 与 井 轴平 行 。 这 种 声 波 发 射 器 的 工 作 频 率 一 般 低 于 4k 而 且 它 还 具 有 低 频 发 射 功 能 ,其 工 作 频 率 可 低于 1 k 这 在 大 井 眼 和 速 度 很 慢 的 地 层 中 可 得 出很 好 的 测 量 结 果 ,同 时 也 增 大 了 探 测 深 度 。1. 3   偶 极 子 横 波 测 井 基 本 原 理图 1 为 地 层 中 的 单 极 波 形 和 偶 极 波 形 图 。 从 图1 中 可 以 看 到 ,在 软 地 层 单 极 波 形 中 没 有 出 现 横 波 ,纵 波 之 后 跟 随 着 幅 度 很 大 的 斯 通 利 波 ;在 软 地 层 偶极 波 形 中 也 没 有 出 现 横 波 ,纵 波 受 到 抑 制 ,在 纵 波 之后 跟 随 着 幅 度 很 大 的 挠 曲 波 。 因 此 ,偶 极 横 波 测 井的 基 本 原 理 ,其 一 是 偶 极 发 射 器 能 产 生 沿 井 壁 传 播的 挠 曲 波 ;其 二 ,挠 曲 波 是 一 种 频 散 界 面 的 波 ,它 在低 频 下 以 地 层 横 波 的 速 度 传 播 ,在 高 频 下 则 以 低 于地 层 的 横 波 速 度 传 播 ;其 三 ,偶 极 横 波 测 井 实 际 上 是通 过 挠 曲 波 的 测 量 来 计 算 地 层 的 横 波 速 度 ;其 四 ,为减 小 频 率 的 影 响 ,应 尽 量 降 低 偶 极 发 射 器 的 发 射 频率 ,以 确 保 横 波 速 度 的 测 量 精 度 。1. 4   四 极 子 声 波 原 理四 极 子 声 源 是 由 相 邻 点 声 源 的 振 动 相 位 相 反 的4 个 点 声 源 组 成 ,换 能 器 在 X 与 Y 方 向 上 是 反 位 相振 动 状 态 。 四 极 子 声 源 在 井 眼 中 激 发 螺 旋 波 单 一 模式 波 及 其 高 阶 模 式 ,较 低 频 率 的 四 极 子 源 有 抑 制 纵波 的 作 用 ,对 于 横 波 测 井 非 常 有 利 。 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 的 测 量 原 理 是为 了 适 应 各 种 地 层 情 况 ,将 单 极 子 、 偶 极 子 和 四 极 子声 波 测 井 技 术 进 行 有 效 组 合 ,更 好 的 获 得 硬 地 层 和软 地 层 的 纵 、 横 波 和 斯 通 利 波 等 特 征 参 数 。2   极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 构 成 及 实 施2. 1   级 子 阵 列 声 波 测 井 仪 构 成 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 结 构 主 要 包 括发 射 电 路 、 发 射 声 系 、 隔 声 体 、 接 收 声 系 和 接 收 电 路等 5 个 部 分 以 及 声 系 和 电 子 线 路 2 部 分 组 成 。2. 2   极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 声 系 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 声 系 由 发 射 声系 、 隔 声 体 和 接 收 声 系 组 成 。 其 中 发 射 声 系 由 1 组单 极 子 发 射 、 1 组 相 互 垂 直 的 压 电 式 偶 极 换 能 器 (同深 度 偶 极 子 发 射 : X 方 向 偶 极 发 射 器 和 Y 方 向 偶 极发 射 器 )和 1 组 四 极 子 发 射 换 能 器 组 成 。 接 收 声 系由 8 组 口 字 形 多 极 子 接 收 换 能 器 接 收 声 波 信 号 ,每组 有 2 对 接 收 器 。 一 对 同 X 方 向 偶 极 发 射 器 在 一条 直 线 上 ,用 于 接 收 X 偶 极 信 号 ;另 一 对 同 Y 方 向偶 极 发 射 器 在 一 条 直 线 上 ,用 于 接 收 下 偶 极 信 号 ;交叉 偶 极 时 ,每 组 接 收 器 产 生 1 对 相 交 叉 的 偶 极 信 号 。当 单 极 或 四 极 声 波 源 工 作 时 ,将 每 个 接 收 器 组 的 所有 输 出 进 行 组 合 和 得 出 相 应 模 式 的 声 波 信 号 。 隔 声图 1   地 层 中 单 极 波 形 和 偶 极 波 形·044· 测   井   技   术                                       2008 年  © 1994   多 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 电 子 线 路 原 理 方 框 图体 是 多 节 合 瓣 组 成 的 机 械 衰 减 结 构 ,它 能 在 整 个 频率 范 围 内 有 效 地 隔 离 声 能 量 ,保 证 仪 器 能 在 时 差 很大 的 软 地 层 中 进 行 慢 度 测 量 。2. 3   极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 电 子 线 路 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 的 电 子 线 路 主要 由 发 射 激 励 电 路 、 信 号 接 收 处 理 电 路 、 数 据 采 集 电路 、 系 统 控 制 电 路 、 遥 传 接 口 电 路 和 井 下 电 源 电 路 等几 部 分 组 成 ,系 统 控 制 电 路 采 用 专 用 串 行 通 讯 对 各部 分 电 路 进 行 控 制 和 设 置 (见 图 2) 。 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 的 发 射 电 路 短节 和 电 子 线 路 短 节 有 各 自 的 供 电 单 元 。 仪 器 设 计 有贯 通 线 ,使 得 仪 器 可 处 于 组 合 仪 器 串 中 的 任 何 位 置 。3   极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 特 点 及 技 术 指 标 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 除 具 有 常 规 声波 的 测 井 功 能 外 ,还 可 以 在 任 意 地 层 (软 地 层 ) 井 孔中 直 接 进 行 地 层 横 波 波 速 测 井 。 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 具 有 单 极 子 、 正交 偶 极 子 和 四 极 子 等 多 种 声 波 测 井 模 式 ,可 用 以 评价 地 层 的 各 项 异 性 。 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 的 特 殊 结 构 设计 ,可 满 足 大 斜 度 井 声 波 测 井 要 求 ,其 主 要 技 术 指 标见 表 1。表 1   主 要 技 术 指 标外 径 / 0温 度 / ℃ 150压 力 / 00长 度 / 634重 量 / 45时 差 测 量 范 围 / (μ s · 1 ) 40~ 300时 差 测 量 精 度 / (μ s · 1 ) ± 1纵 向 分 辨 率 / 5. 2时 间 采 样 间 隔 /μ s 8~ 40测 速 / (m · h - 1 ) 6004   应 用 情 况2006 年 8 月 至 2007 年 12 月 期 间 , 极子 阵 列 声 波 测 井 仪 在 华 北 油 田 的 任 91 井 及 4 口 探井 、 胜 利 油 田 的 孤 古 8 井 、 中 国 石 油 大 庆 钻 探 工 程 有·144·  第 32 卷   第 5 期                       李 玉 霞 ,等 : 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪© 1994   华 北 任 91 井 测 井 解 释 成 果限 公 司 测 井 二 公 司 的 标 准 井 及 吉 林 油 田 等 3 口 生 产井 合 计 10 口 井 进 行 了 32 个 井 次 的 测 井 试 验 。 测 井试 验 的 井 深 范 围 为 254~ 3 950 m ,最 大 井 斜 42° ,测井 试 验 均 采 用 了 多 种 测 量 模 式 进 行 测 井 ,由 仪 器 所有 现 场 测 量 波 形 资 料 可 见 ,在 各 种 测 量 模 式 下 都 取得 了 合 格 的 测 井 资 料 ,且 测 量 的 波 形 信 噪 比 高 ,波 形特 征 清 楚 、 正 确 ,为 进 一 步 的 波 形 处 理 奠 定 了 良 好 的基 础 (见 图 3) 。5   结   论 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 做 为 装 备 的 配 套 仪 器 ,现 场 测 井 取 得 了 合 格 的 测 井资 料 ,测 量 范 围 和 精 度 、 测 井 资 料 的 准 确 性 、 仪 器 的一 致 性 、 重 复 性 和 稳 定 性 等 指 标 均 达 到 了 设 计 要 求 ,形 成 了 具 有 独 立 自 主 知 识 产 权 的 多 极 子 阵 列 声 波 测井 仪 ,同 时 开 发 出 针 对 极 子 阵 列 声 波 测 井仪 的 全 波 列 波 形 处 理 软 件 ,并 研 究 了 偶 极 子 波 波 形(频 散 波 形 )处 理 方 法 、 利 用 偶 极 子 波 测 井 资 料 提 取地 层 快 慢 横 波 波 速 的 方 法 等 相 应 的 软 件 。2008 年 经 过 优 化 设 计 ,电 路 高 度 集 成 ,仪 器 比原 来 缩 短 近 1 200 即 提 高 了 仪 器 的 可 靠 性 ,又增 加 了 仪 器 组 合 测 井 功 能 。参 考 文 献 :[1 ]   谭 廷 栋 . 当 今 世 界 测 井 技 术 的 前 沿 [J ]. 国 外 测 井 技术 ,1992 , (4) :852 ]   谭 廷 栋 ,等 . 测 井 技 术 的 新 进 展 及 其 对 油 气 勘 探 的 贡献 [J ]. 测 井 技 术 ,1992 ,16 (6) :3753 ]   扬 春 胜 . 测 井 技 术 新 进 展 综 述 [J ]. 世 界 石 油 工 业 ,1997 ,4 (5) :254 ]   王 学 贵 ,编 译 . 90 年 代 斯 伦 贝 谢 更 新 换 代 产 品 井 服 务 装 置 简 介 [J ]. 国 外 测 井 技 术 ,1990 ,5(3) :685 ]   林 贵 鸿 ,编 译 . 像 测 井 系 统 的 世 界 性 应 用 效果 [J ]. 国 外 测 井 技 术 ,1994 ,9 (3) :846 ]   张 祥 洪 ,摘 译 ,新 偶 极 横 波 声 波 测 井 仪 [J ]. 国 外 测 井技 术 ,1991 ,6 (3) :91.[7 ]   张 祥 洪 ,编 译 ,偶 极 子 横 波 测 井 [J ]. 国 外 测 井 技 术 ,1991 ,6 (5) :158 ]   谭 廷 栋 . 用 现 代 测 井 技 术 提 高 油 气 勘 探 效 益 [J ]. 石 油勘 探 与 开 发 ,1999 , (4) :89 ]   楚 泽 涵 . 声 波 测 井 原 理 . [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版社 ,1993 : 4210 ] 乔 文 孝 ,陈 雪 莲 ,杜 光 升 ,等 . 隔 声 体 性 能 评 价 的 方 法研 究 [J ]. 测 井 技 术 ,2002 ,26 (2) :10411 ] 张 守 谦 ,顾 纯 学 ,曹 广 华 . 成 像 测 井 技 术 及 应 用 [ M ] :石 油 工 业 出 版 社 ,1997 :16012 ] 中 国 石 油 天 然 气 总 公 司 勘 探 局 . 测 井 新 技 术 与 油 气 层评 价 进 展 [ M ]. 北 京 :石 油 工 业 出 版 社 , 1997 : 11213 ] 须   方 ,朱 正 亚 . 多 极 子 声 源 的 横 波 测 井 [J ]. 测 井 技术 ,1990. 14 (5) :29714 ] 阿 特 拉 斯 石 油 公 司 . 多 极 子 阵 列 声 波 测 井 仪 维 修 手 册[ Z]. 2002.(收 稿 日 期 :2008 本 文 编 辑   李 总 南 )·244· 测   井   技   术                                       2008 年  © 1994
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