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1、第四节第四节 偶极横波成像测井仪偶极横波成像测井仪DSIDSI(Dipole Shear Sonic Imager(Dipole Shear Sonic Imager斯伦貝谢斯伦貝谢)(MAC-(MAC-多极阵列声波测井仪多极阵列声波测井仪Atlas)Atlas)本节主要内容有：本节主要内容有：一、一、DSIDSI的测井原理的测井原理 二、二、DSIDSI的测井仪器的测井仪器 三、三、DSIDSI的数据处理的数据处理 四、偶极横波的测井应用四、偶极横波的测井应用一、一、DSI(MAXIS500系统系统)的测井原理的测井原理、发展背景发展背景发展背景发展背景 1 1 1 1 早期声波测井早期声波
2、测井早期声波测井早期声波测井没有没有没有没有利用滑行纵波首波以后的利用滑行纵波首波以后的利用滑行纵波首波以后的利用滑行纵波首波以后的续至波续至波续至波续至波信息。信息。信息。信息。2 2 2 2 单极声波全波列测井遇到的难题是在单极声波全波列测井遇到的难题是在单极声波全波列测井遇到的难题是在单极声波全波列测井遇到的难题是在软地层软地层软地层软地层（横波速度（横波速度（横波速度（横波速度小于井眼流体纵波声速的地层）中小于井眼流体纵波声速的地层）中小于井眼流体纵波声速的地层）中小于井眼流体纵波声速的地层）中无法测量横波无法测量横波无法测量横波无法测量横波信息。信息。信息。信息。、偶极声源、偶极声源
3、、偶极声源、偶极声源 1 1 1 1 定义：定义：定义：定义：指两个相距很近（相对波长）、振源强度相等、振动指两个相距很近（相对波长）、振源强度相等、振动指两个相距很近（相对波长）、振源强度相等、振动指两个相距很近（相对波长）、振源强度相等、振动相位相反的点声源的组合相位相反的点声源的组合相位相反的点声源的组合相位相反的点声源的组合。2 2 2 2 特点：特点：特点：特点：声偶极子声偶极子声偶极子声偶极子声场中的声压振幅比声场中的声压振幅比声场中的声压振幅比声场中的声压振幅比球面球面球面球面声场声场声场声场衰减衰减衰减衰减得得得得快快快快；具；具；具；具有有有有特殊特殊特殊特殊的的的的指向指向
4、指向指向特性特性特性特性(P163)(P163)(P163)(P163)。3 3 3 3 在测井中的应用：当把偶极声源置于井眼中央并在测井中的应用：当把偶极声源置于井眼中央并在测井中的应用：当把偶极声源置于井眼中央并在测井中的应用：当把偶极声源置于井眼中央并让偶极子轴让偶极子轴让偶极子轴让偶极子轴和井壁垂直和井壁垂直和井壁垂直和井壁垂直时，如果偶极声源振动，那么井壁的一侧压力增大而另时，如果偶极声源振动，那么井壁的一侧压力增大而另时，如果偶极声源振动，那么井壁的一侧压力增大而另时，如果偶极声源振动，那么井壁的一侧压力增大而另一侧则压力减小，从而在井壁附近产生一侧则压力减小，从而在井壁附近产生一
5、侧则压力减小，从而在井壁附近产生一侧则压力减小，从而在井壁附近产生挠曲波挠曲波挠曲波挠曲波并沿井壁传播。并沿井壁传播。并沿井壁传播。并沿井壁传播。、挠曲波、挠曲波、挠曲波、挠曲波：是一种频散界面波，即：是一种频散界面波，即：是一种频散界面波，即：是一种频散界面波，即挠曲波的传播速度会随频率挠曲波的传播速度会随频率挠曲波的传播速度会随频率挠曲波的传播速度会随频率的变化而变化的变化而变化的变化而变化的变化而变化，在低频时，挠曲波以，在低频时，挠曲波以，在低频时，挠曲波以，在低频时，挠曲波以横波的速度横波的速度横波的速度横波的速度传播，高频传播，高频传播，高频传播，高频时则以时则以时则以时则以低于横
6、波低于横波低于横波低于横波的速度传播。的速度传播。的速度传播。的速度传播。、测井原理、测井原理、测井原理、测井原理 1 1 1 1 偶极发射器产生沿井壁传播的挠曲波，挠曲波是一种频散界偶极发射器产生沿井壁传播的挠曲波，挠曲波是一种频散界偶极发射器产生沿井壁传播的挠曲波，挠曲波是一种频散界偶极发射器产生沿井壁传播的挠曲波，挠曲波是一种频散界面波；面波；面波；面波；2 2 2 2 通过测量挠曲波来计算地层的通过测量挠曲波来计算地层的通过测量挠曲波来计算地层的通过测量挠曲波来计算地层的横波速度横波速度横波速度横波速度；3 3 3 3 为了减少频率的影响，偶极发射器应尽量降低发射频率以便为了减少频率的
7、影响，偶极发射器应尽量降低发射频率以便为了减少频率的影响，偶极发射器应尽量降低发射频率以便为了减少频率的影响，偶极发射器应尽量降低发射频率以便确保横波速度的测量精度。确保横波速度的测量精度。确保横波速度的测量精度。确保横波速度的测量精度。二二、DSI的的测测井井仪仪器器、井井井井下下下下仪仪仪仪器器器器结结结结构构构构DSI仪器仪器 数据采集电路数据采集电路接收器接收器接收器接收器(8 8个阵列每个阵列有个阵列每个阵列有个阵列每个阵列有个阵列每个阵列有两对两对两对两对接收器）接收器）接收器）接收器）隔声体隔声体上下偶极发射器上下偶极发射器上下偶极发射器上下偶极发射器、DSIDSIDSIDSI工
8、作方式工作方式工作方式工作方式 1 1 1 1 下偶极方式下偶极方式下偶极方式下偶极方式：采集和处理下偶极发射器激发的：采集和处理下偶极发射器激发的：采集和处理下偶极发射器激发的：采集和处理下偶极发射器激发的8 8 8 8个偶极波个偶极波个偶极波个偶极波形，提供形，提供形，提供形，提供横波时差横波时差横波时差横波时差的测量结果的测量结果的测量结果的测量结果DT1DT1DT1DT1。2 2 2 2 上偶极方式上偶极方式上偶极方式上偶极方式：采集和处理上偶极发射器激发的：采集和处理上偶极发射器激发的：采集和处理上偶极发射器激发的：采集和处理上偶极发射器激发的8 8 8 8个偶极波个偶极波个偶极波个
9、偶极波形，提供形，提供形，提供形，提供横波时差横波时差横波时差横波时差的测量结果的测量结果的测量结果的测量结果DT2DT2DT2DT2。3 3 3 3 斯通利波方式斯通利波方式斯通利波方式斯通利波方式：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由低频脉冲激励单极发射器低频脉冲激励单极发射器低频脉冲激励单极发射器低频脉冲激励单极发射器产生的产生的产生的产生的8 8 8 8个单极波形，提供个单极波形，提供个单极波形，提供个单极波形，提供斯通利波时差斯通利波时差斯通利波时差斯通利波时差的测量结果的测量结果的测量结果的测量结果DTSTDTSTDTSTDTST。4 4 4 4 纵横波方式纵横波
10、方式纵横波方式纵横波方式：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由高频脉冲高频脉冲高频脉冲高频脉冲激励单极发射器产生的激励单极发射器产生的激励单极发射器产生的激励单极发射器产生的8 8 8 8个个个个单极波形，提供单极波形，提供单极波形，提供单极波形，提供单极纵横波时差单极纵横波时差单极纵横波时差单极纵横波时差的测量结果的测量结果的测量结果的测量结果DT4PDT4PDT4PDT4P和和和和DT4SDT4SDT4SDT4S。5 5 5 5 首波检测方式首波检测方式首波检测方式首波检测方式：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由：采集和处理由高频脉冲激励高频脉冲激励高频脉冲激励高频
11、脉冲激励单极发射器产生单极发射器产生单极发射器产生单极发射器产生的的的的8 8 8 8组单极过阈数据，提供组单极过阈数据，提供组单极过阈数据，提供组单极过阈数据，提供单极纵波时差单极纵波时差单极纵波时差单极纵波时差的测量结果的测量结果的测量结果的测量结果DT5DT5DT5DT5。6 6 6 6 专家方式专家方式专家方式专家方式：采集和选择处理由各种：采集和选择处理由各种：采集和选择处理由各种：采集和选择处理由各种特制特制特制特制的的的的非标准非标准非标准非标准的的的的仪器配置仪器配置仪器配置仪器配置和和和和试验方式试验方式试验方式试验方式所提供的所提供的所提供的所提供的波形数据或过阈数据波形数
12、据或过阈数据波形数据或过阈数据波形数据或过阈数据。上述工作方式可以单独测量也可以组合测量上述工作方式可以单独测量也可以组合测量上述工作方式可以单独测量也可以组合测量上述工作方式可以单独测量也可以组合测量在在实际测井中，通常选择纵横波方实际测井中，通常选择纵横波方式、斯通利波方式和一种偶极方式，式、斯通利波方式和一种偶极方式，提供纵波、横波和斯通利波的测量提供纵波、横波和斯通利波的测量结果。结果。选择交叉偶极方式，所采集的正交极选择交叉偶极方式，所采集的正交极化资料用于井眼地层的各向异性研究化资料用于井眼地层的各向异性研究三、三、DSIDSI的数据处理及成果的数据处理及成果、数据处理方法、数据处
13、理方法、数据处理方法、数据处理方法为了提取各种波的时差或慢度，必须处理采集的波形和过为了提取各种波的时差或慢度，必须处理采集的波形和过为了提取各种波的时差或慢度，必须处理采集的波形和过为了提取各种波的时差或慢度，必须处理采集的波形和过域数据。方法一种是域数据。方法一种是域数据。方法一种是域数据。方法一种是慢度慢度慢度慢度-时间相关法，时间相关法，时间相关法，时间相关法，数字初至探测法。数字初至探测法。数字初至探测法。数字初至探测法。1 1 1 1 慢度慢度慢度慢度-时间相关法时间相关法时间相关法时间相关法（STCSTCSTCSTCSlowness Time CoherenceSlowness
14、Time CoherenceSlowness Time CoherenceSlowness Time Coherence）：）：）：）：这这这这是一种是一种是一种是一种类似于地震类似于地震类似于地震类似于地震中使用的相似算法，检测中使用的相似算法，检测中使用的相似算法，检测中使用的相似算法，检测阵列接收器阵列接收器阵列接收器阵列接收器中相中相中相中相关的波至，并关的波至，并关的波至，并关的波至，并估计估计估计估计它们的它们的它们的它们的慢度慢度慢度慢度；这种方法在处理之前首先对；这种方法在处理之前首先对；这种方法在处理之前首先对；这种方法在处理之前首先对波形波形波形波形进行滤波进行滤波进行滤波
15、进行滤波，以消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声，以消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声，以消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声，以消除所有直流偏移和信号频带以外的噪声，然后校正挠曲波频散引起的偏差，最后进行然后校正挠曲波频散引起的偏差，最后进行然后校正挠曲波频散引起的偏差，最后进行然后校正挠曲波频散引起的偏差，最后进行相关处理相关处理相关处理相关处理；STCSTCSTCSTC算算算算法主要法主要法主要法主要处理偶极方式处理偶极方式处理偶极方式处理偶极方式、斯通利波方式斯通利波方式斯通利波方式斯通利波方式和和和和纵横波方式纵横波方式纵横波方式纵横波方式得到的数得到的数得到的数得到的数字化波形。
16、字化波形。字化波形。字化波形。提取纵波、横波、斯通利波，计算各种波的时差。提取纵波、横波、斯通利波，计算各种波的时差。提取纵波、横波、斯通利波，计算各种波的时差。提取纵波、横波、斯通利波，计算各种波的时差。方法与地层倾角处理方法类似方法与地层倾角处理方法类似STC处理原理图见斯伦貝谢书处理原理图见斯伦貝谢书p512 2 2 2 数字初至探测法数字初至探测法数字初至探测法数字初至探测法（DFMD-Digital First-Motion DFMD-Digital First-Motion DFMD-Digital First-Motion DFMD-Digital First-Motion De
17、tectionDetectionDetectionDetection）：）：）：）：DFMDDFMDDFMDDFMD处理以处理以处理以处理以首波检测方式首波检测方式首波检测方式首波检测方式得到的得到的得到的得到的过阈数据过阈数据过阈数据过阈数据；这种算法采用由采集电子线路短节对每个接收波形导出的这种算法采用由采集电子线路短节对每个接收波形导出的这种算法采用由采集电子线路短节对每个接收波形导出的这种算法采用由采集电子线路短节对每个接收波形导出的幅度过阈时间，然后把这些过阈时间幅度过阈时间，然后把这些过阈时间幅度过阈时间，然后把这些过阈时间幅度过阈时间，然后把这些过阈时间输入输入输入输入到一种到一
18、种到一种到一种识别和跟识别和跟识别和跟识别和跟踪踪踪踪算法中，将初至传播时间输入到一个慢度计算算法中，算法中，将初至传播时间输入到一个慢度计算算法中，算法中，将初至传播时间输入到一个慢度计算算法中，算法中，将初至传播时间输入到一个慢度计算算法中，计算在阵列范围内平均的初至波慢度。计算在阵列范围内平均的初至波慢度。计算在阵列范围内平均的初至波慢度。计算在阵列范围内平均的初至波慢度。四、测井成果四、测井成果四、资料应用四、资料应用 1 1 1 1 探测气层探测气层探测气层探测气层：利用：利用：利用：利用纵横波速度比（纵波在气层慢度增加，横纵横波速度比（纵波在气层慢度增加，横纵横波速度比（纵波在气层
19、慢度增加，横纵横波速度比（纵波在气层慢度增加，横波慢度却变化极小）波慢度却变化极小）波慢度却变化极小）波慢度却变化极小）在气层变大在气层变大在气层变大在气层变大的特点进行。的特点进行。的特点进行。的特点进行。含气储集层的泊松比与含其他流体的泊松比有较大区别。孔隙度含气储集层的泊松比与含其他流体的泊松比有较大区别。孔隙度含气储集层的泊松比与含其他流体的泊松比有较大区别。孔隙度含气储集层的泊松比与含其他流体的泊松比有较大区别。孔隙度与泊松比成反比，与沉积物固结程度的提高而降低。与泊松比成反比，与沉积物固结程度的提高而降低。与泊松比成反比，与沉积物固结程度的提高而降低。与泊松比成反比，与沉积物固结程
20、度的提高而降低。2 2 2 2 识别裂缝识别裂缝识别裂缝识别裂缝：斯通利波在裂缝段具有：斯通利波在裂缝段具有：斯通利波在裂缝段具有：斯通利波在裂缝段具有反射系数增大反射系数增大反射系数增大反射系数增大的特点，的特点，的特点，的特点，反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。3 3 3 3 估算地层渗透率估算地层渗透率估算地层渗透率估算地层渗透率：利用斯通利波的幅度和速度来估算，虽：利用斯通利波的幅度和速度来估算，虽：利用斯通利波的幅度和速度来估算，虽：利用斯通利波的幅度和速度来估算，虽然没有切
21、实可行的计算公式，但定性指示已得到实际应用，然没有切实可行的计算公式，但定性指示已得到实际应用，然没有切实可行的计算公式，但定性指示已得到实际应用，然没有切实可行的计算公式，但定性指示已得到实际应用，斯通利波能量衰减越大，表示渗透率越高斯通利波能量衰减越大，表示渗透率越高斯通利波能量衰减越大，表示渗透率越高斯通利波能量衰减越大，表示渗透率越高，反之越低。，反之越低。，反之越低。，反之越低。测井实例见测井实例见p170/171/1724 4判断地层各向异性判断地层各向异性判断地层各向异性判断地层各向异性：5 5 5 5组成地层的物质有水平和垂直两种组成组成地层的物质有水平和垂直两种组成组成地层的
22、物质有水平和垂直两种组成组成地层的物质有水平和垂直两种组成形式。两种类型的各向形式。两种类型的各向形式。两种类型的各向形式。两种类型的各向异性。在最简单的水平各向异性地层中，将在纵向上发生变化异性。在最简单的水平各向异性地层中，将在纵向上发生变化异性。在最简单的水平各向异性地层中，将在纵向上发生变化异性。在最简单的水平各向异性地层中，将在纵向上发生变化而在水平方向不变化又称横向同性（而在水平方向不变化又称横向同性（而在水平方向不变化又称横向同性（而在水平方向不变化又称横向同性（TIV).TIV).TIV).TIV).第二种在纵向上出现第二种在纵向上出现第二种在纵向上出现第二种在纵向上出现断裂或
23、裂缝以及水平应力不对称引起的地层各向异性又称横向断裂或裂缝以及水平应力不对称引起的地层各向异性又称横向断裂或裂缝以及水平应力不对称引起的地层各向异性又称横向断裂或裂缝以及水平应力不对称引起的地层各向异性又称横向各向同性（各向同性（各向同性（各向同性（TIH)TIH)TIH)TIH)。6 6 6 6 通过分析两个正交偶极发射器压力脉冲到达接收器时产通过分析两个正交偶极发射器压力脉冲到达接收器时产通过分析两个正交偶极发射器压力脉冲到达接收器时产通过分析两个正交偶极发射器压力脉冲到达接收器时产生的两列波形的生的两列波形的生的两列波形的生的两列波形的时间差和相位差（均质，时间差和相位差（均质，时间差和
24、相位差（均质，时间差和相位差（均质，两列波形具有相同的两列波形具有相同的两列波形具有相同的两列波形具有相同的时间差和相位差）时间差和相位差）时间差和相位差）时间差和相位差），可以判断地层的各向异性（可以判断地层的各向异性（可以判断地层的各向异性（可以判断地层的各向异性（两列波形的具两列波形的具两列波形的具两列波形的具有一定的有一定的有一定的有一定的时间差和相位差），评价垂直微裂缝和地应力状态。时间差和相位差），评价垂直微裂缝和地应力状态。时间差和相位差），评价垂直微裂缝和地应力状态。时间差和相位差），评价垂直微裂缝和地应力状态。5 5 5 5 分析岩石机械特性分析岩石机械特性分析岩石机械特性分析岩石机械特性：通过偶极横波成像仪：通过偶极横波成像仪：通过偶极横波成像仪：通过偶极横波成像仪测井资料测井资料测井资料测井资料和和和和体积体积体积体积密度密度密度密度，可以计算出地层条件下的岩石力学参数，可以计算出地层条件下的岩石力学参数，可以计算出地层条件下的岩石力学参数，可以计算出地层条件下的岩石力学参数，从而进行出砂从而进行出砂从而进行出砂从而进行出砂分析、水压裂缝高度和井眼稳定性等方面的研究。分析、水压裂缝高度和井眼稳定性等方面的研究。分析、水压裂缝高度和井眼稳定性等方面的研究。分析、水压裂缝高度和井眼稳定性等方面的研究。