1、正交偶極子陣列聲波測井（XMAC-II）(一)、正交偶極子陣列聲波測井（XMAC-II）原理ECLIPS5700測井系統(tǒng)中的交互式多極子陣列聲波儀（XMAC-II）是將一個單極陣列和一個偶極陣列交叉組合在一起，兩個陣列配置是完全獨立的，各自具有不同的傳感器。單極陣列包括兩個單極聲源和8個接收器。聲源發(fā)射器發(fā)射的聲波是全方位的，既是柱狀對稱的，中心頻率為8kHz。偶極陣列是由兩個交叉擺放（相差900）的偶極聲源及8個交叉式偶極接收器組成。接收器間距為0.5英尺。每個深度點記錄12個單極源波形，其中8個為陣列全波波形（TFWV10），4個為記錄普通聲波時差的全波波形（TNWV10）。每個深度點記錄

2、32個偶極源波形，即每個接收器記錄XX、XY、YX、YY 4個偶極源波形，X、Y表示不同方位的發(fā)射器或接收器的方向，例如XY表示X方向發(fā)射器發(fā)射，Y方向接收器接收；YY則表示Y方向發(fā)射器發(fā)射Y方向接收器接收。8個接收器共記錄32個偶極源波形（TXXWV10、TXYWV10、TYXWV10、TYYWV10）。（二）、正交偶極子陣列聲波資料的處理偶極子陣列聲波測井資料是用eXpress的WAVE模塊處理，主要包括地層縱波、橫波和斯通利波的提取及其時差計算、巖石物理參數(shù)計算、巖石機械特性分析等。1、地層縱波、橫波和斯通利波的提取及慢度分析采用慢度時間相關(guān)STC（Slowness-Time Coher

3、ence）技術(shù)從MAC全波列中提取地層的縱波、橫波及斯通利波，并計算其慢度。STC采用一種類似地震中使用的相似算法，檢測陣列接收器中相關(guān)的波至，并估算它們的慢度。在利用STC技術(shù)處理之前要對波形進(jìn)行濾波，以便消除所有直流偏移和信號頻帶以外的噪聲。另外，為了得到真實的地層橫波，在處理中要包括一個計算前的校正步驟，以便校正撓曲波頻散引起的偏差。校正量取決于聲源的聲波響應(yīng)特征、STC濾波器特征、井眼大小和橫波慢度。對硬地層來說這種校正量很小，但對大井眼軟地層來說這種校正量可能達(dá)到10%。2、巖石力學(xué)參數(shù)的計算根據(jù)提取的縱橫波時差、常規(guī)密度曲線及其它資料計算的孔隙度并利用巖石特性分析模塊計算縱橫波速度

4、比、泊松比、體積模量、切變模量和楊氏模量等巖石物理參數(shù)。3、巖石機械特性分析利用上面計算的巖石力學(xué)參數(shù)、常規(guī)分析計算的泥質(zhì)體積、泥漿性能等參數(shù)計算各項應(yīng)力、破裂壓力梯度、閉合壓力梯度等參數(shù)。(三)、地層巖石力學(xué)參數(shù)的基本概念及計算方法1、泊松比（）又稱橫向壓縮系數(shù)，就是橫向相對壓縮與縱向相對伸長之比。計算公式: (6-1)式中：DTS橫波時差； DT縱波時差。2、楊氏模量（E）又稱縱向彈性模量，就是張應(yīng)力與張應(yīng)變之比，它量度巖石的抗張應(yīng)力。計算公式： (6-2)式中：DEN體積密度。3、切變模量（）是剪切應(yīng)力與切變角之比，它量度巖石抗切應(yīng)力。 計算公式： (6-3)4、體積彈性模量（k）和體積

5、壓縮系數(shù)（CB）巖石各個方向都受到力的作用時，應(yīng)力與體積相對變化之比，它量度巖石的抗壓應(yīng)力。體積壓縮系數(shù)與體積彈性模量互為倒數(shù)關(guān)系。計算公式： (6-4) 5、單軸抗壓強度及固有剪切強度單軸抗壓強度表示巖石抵抗外力壓性破壞的能力，它的大小與巖石的楊氏模量、泥質(zhì)含量等參數(shù)有關(guān)。固有剪切強度表示巖石抵抗剪切破壞的能力，它的大小與單軸抗壓強度及體積壓縮系數(shù)等參數(shù)有關(guān)。6、地層孔隙壓力它是作用在地層孔隙空間里的流體上的壓力。地層壓力有正常地層壓力和異常地層壓力之分，異常地層壓力又有異常高壓和異常低壓之別。高于正常地層壓力稱為異常高壓。異常地層壓力的形成是多方面的，有快速不平衡欠壓實沉積，地質(zhì)構(gòu)造運動，

6、孔隙流體膨脹，烴類的裂解等諸多因素。目前多見到的異常高壓地層一般都是不平衡欠壓實沉積形成的。在地層沉積過程中，由于沉積速度過快，孔隙排水能力下降，隨著地層的繼續(xù)沉積，上覆巖層的重量逐漸增加，孔隙內(nèi)的流體要支撐部分上覆巖層壓力，這樣就形成異常高壓。根據(jù)測井資料，采用聲波時差等效深度法計算地層壓力是用來檢測因不平衡欠壓實沉積形成地層異常高壓的有效方法，該方法適用范圍為砂泥巖剖面。在砂泥巖地層中，隨著地層深度的增加，泥巖所受上覆巖層的壓力越來越大，由于壓實和失水的作用，其孔隙度逐漸減小，聲波時差可反映巖石孔隙度的變化。在正常壓實情況下，當(dāng)深度增加時，泥巖的聲波逐漸減小，由此可建立泥巖的聲波時差隨深度

7、變化的規(guī)律正常壓實趨勢線。正常壓實趨勢線表達(dá)式：DEP=ALOG（DT）+B （6-5）式中：DEP地層深度； A趨勢線斜率； B趨勢線截距。趨勢線方程確定以后，根據(jù)任一點的聲波時差值，就可計算該時差的等效深度。如果某一時期沉積物迅速堆積，且造成了水力的“關(guān)閉”，地層水不易排出，孔隙度相對變大，這樣，地層就由于欠壓實而形成了異常高壓。地層壓力計算公式如下：Pp=(DbPh+DaPoa-DbPob)/Da (6-6)式中：Pp地層孔隙壓力； Da當(dāng)前深度點； Db等效深度點； Poa當(dāng)前深度點的上覆壓力； Pob等效深度點的上覆壓力； Ph正常地層壓力。由于該技術(shù)只適用于砂泥巖剖面，并且有較多的

8、限制因素，因此對較復(fù)雜的地質(zhì)剖面還無能為力。 7、巖層上覆壓力 巖層上覆壓力也稱垂向主應(yīng)力，它是由上覆地層的巖石重量和孔隙空間里的流體（油、氣、水）的總重量引起的。當(dāng)有密度測井資料時，可由密度曲線積分求得： (6-7)式中：Po深度為H處的上覆巖層壓力； g 重力加速度； DEN(Z)地層密度，它是深度Z的函數(shù)。由上面的公式可知，要想求得準(zhǔn)確的巖層上覆壓力，密度曲線應(yīng)盡量測至井口。8、水平地應(yīng)力地應(yīng)力簡稱地殼內(nèi)的應(yīng)力，它是地殼固體介質(zhì)受重力、各地球構(gòu)造力和天文動力以及探掘工程附加動力的作用，在介質(zhì)內(nèi)部單元引起響應(yīng)變形的力學(xué)參數(shù)。地應(yīng)力既有大小，又有方向，既有垂向地應(yīng)力，又有水平地應(yīng)力。描述水平

9、地應(yīng)力時用到最大水平地應(yīng)力、最小水平地應(yīng)力、水平地應(yīng)力方向三個地質(zhì)概念。巖石在垂向應(yīng)力作用下，由于泊松效應(yīng)，在水平方向有產(chǎn)生變形的趨勢，但由于周圍巖石的約束，不易產(chǎn)生橫向變形。由于相鄰巖石的阻擋作用，就相當(dāng)于對巖石施加了水平應(yīng)力。巖石除受垂向應(yīng)力作用外，還受地層孔隙壓力、構(gòu)造應(yīng)力作用。地層中若不存在構(gòu)造應(yīng)力時為各向同性地層，此時水平地應(yīng)力相同，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力存在時，水平地應(yīng)力將變?yōu)楦飨虍愋?。獲取地應(yīng)力的方法有多種，如聲發(fā)射凱塞效應(yīng)法，現(xiàn)場水力壓裂試驗法，測井資料計算的井眼崩落法等。利用測井資料計算地應(yīng)力使用成本較低，計算速度快，顯示井段長，計算結(jié)果較準(zhǔn)確，具有其它方法不可比擬的優(yōu)勢。下面簡要介紹利

10、用測井資料計算地應(yīng)力方向及大小的方法。 地應(yīng)力大小當(dāng)巖石為線性多孔彈性體，遠(yuǎn)場孔隙壓力為恒定值且在埋藏過程中其橫向應(yīng)變?yōu)榱銜r，最小水平主應(yīng)力可用下式計算： S2=P0/（1-）+1-/（1-）PP （6-8）式中：S2最小水平主應(yīng)力； 有效應(yīng)力系數(shù)。有效應(yīng)力系數(shù)根據(jù)巖石的體積壓縮系數(shù)和骨架的體積壓縮系數(shù)計算，其數(shù)值大于0小于1。由雙井徑測井曲線可近似計算不平衡構(gòu)造因子，根據(jù)式6-8計算的最小水平主應(yīng)力及不平衡構(gòu)造因子計算最大水平主應(yīng)力。根據(jù)最大水平主應(yīng)力與最小水平主應(yīng)力，進(jìn)而計算地應(yīng)力差。地應(yīng)力方向地下不同地質(zhì)時期形成的各種巖石，都具有一定的強度，因此在地殼應(yīng)力場的作用下，都可能發(fā)生彈性變形或

11、產(chǎn)生彈性勢能。某深度的巖石在垂向主應(yīng)力，最大與最小水平主應(yīng)力的作用下，一般處于相對平衡狀態(tài)。當(dāng)井眼在地層內(nèi)被鉆開后，在井壁巖石上形成應(yīng)力集中，垂直于井軸的橫向截面上處于兩個水平應(yīng)力的壓力作用及鉆井液的張應(yīng)力作用。根據(jù)力的疊加原理，井壁上的應(yīng)力狀態(tài)用下式表示：S= S1+S2-2（S1-S2）COS2-Pm （6-9）式中：S井壁巖石的切向應(yīng)力； S1最大水平主應(yīng)力； Pm鉆井液柱壓力； 相對于最大水平主應(yīng)力方向的逆時針方位角。由(6-9）式可看出，當(dāng)為0度或180度時，即在最大水平主應(yīng)力的方向，井壁巖石所受的應(yīng)力最小，此時切向應(yīng)力值為： S=3S2-S1-Pm （6-10）當(dāng)為90度或180度

12、時，即在最小水平主應(yīng)力的方向上，井壁巖石所受的切向應(yīng)力最大，此時切向應(yīng)力值為：S=3S1-S2-Pm （6-11）根據(jù)脆性材料破裂理論，當(dāng)作用力達(dá)到或超過材料的破壞強度時，就會發(fā)生破裂現(xiàn)象。井眼周圍的巖石在最大水平主應(yīng)力方向，受到較弱的壓應(yīng)力，此時的巖石不易受地應(yīng)力破壞，井眼尺寸應(yīng)接近鉆頭直徑。如果泥頁巖與鉆井液作用，發(fā)生水化膨脹，進(jìn)而出現(xiàn)井壁破壞的情況，要與地應(yīng)力的作用區(qū)別開來。井眼在最小水平主應(yīng)力方向受到較強的壓應(yīng)力，當(dāng)這個壓應(yīng)力超過巖石的抗剪強度時，井壁巖石就會發(fā)生剪切破壞，出現(xiàn)井壁崩落，形成橢園井眼。顯然，橢園井眼的短軸方向即為最大水平主應(yīng)力方向。井眼崩落橢園的測量是由四臂或六臂地層傾

13、角測井儀直接測量的。測井是在電纜提升過程中進(jìn)行的，當(dāng)電纜以一定速度提升時，測井儀器也以一定速率旋轉(zhuǎn)，當(dāng)某對極板進(jìn)入橢園井眼的長軸位置時，測井儀不再旋轉(zhuǎn)，而是按一定的方向上升，這樣就可測出或計算出橢園井眼的長軸及短軸。再結(jié)合一號極板測量的方位，就可判斷出最大水平主應(yīng)力方向。 9、地層破裂壓力井內(nèi)一定深度的地層，承受井眼液柱壓力的能力是有限的，當(dāng)壓力達(dá)到某一定值時，就會使地層破裂，這時的壓力值就稱這個地層的破裂壓力。地層破裂往往是由于井內(nèi)鉆井液密度過大，使井壁巖石所受的切向應(yīng)力超過巖石的拉伸強度而造成的。由（6-10）式可知，在最大水平主應(yīng)力方向受到較小的切向應(yīng)力。進(jìn)而可知當(dāng)液柱壓力Pm增大時，在

14、這個方向上將受到較大的拉伸力。式6-10所示為總切向應(yīng)力，設(shè)有效切向應(yīng)力為Se，則： Se=3S2-S1-Pp-Pm （6-12）設(shè)巖石的抗拉強度為St,并且與切向應(yīng)力方向相反。當(dāng)Pm增大，且有效切向應(yīng)力值等于或超過巖石的抗拉強度時，地層則破裂，即： -St=3S2-S1-Pp-Pm (613)因為這時的破裂壓力值就是液柱壓力值Pm，設(shè)破裂壓力為Pf則由上式得： Pf=3S2-S1-Pp+St （6-14）在砂泥巖地層中，上式中的抗拉強度St數(shù)值較小，一般它是抗剪強度的十分之一至五分之一，因此它由抗剪強度近擬計算。10、出砂指數(shù)油氣生產(chǎn)時，巖石若發(fā)生了剪切破壞，就會出砂，它反映了巖石的強度和穩(wěn)

15、定性。設(shè)出砂指數(shù)為B，則： B=K+（4/3） （6-15）一般情況下出砂指數(shù)高不易出砂，出砂指數(shù)低則易出砂。(四)、巖石力學(xué)參數(shù)的工程應(yīng)用 1、確定合理的鉆井液密度 地層壓力梯度為近平衡壓力鉆井、負(fù)壓鉆井提供可靠的鉆井液配制依據(jù)。對于近平衡壓力鉆井，在鉆進(jìn)油氣層時以鉆井液相對密度高于地層壓力系數(shù)510%左右的原則設(shè)計鉆井液密度。根據(jù)地層壓力檢測資料，既可實現(xiàn)近平衡鉆井，提高鉆井速度，降低鉆井成本，又可減少或防止泥漿對油氣層的污染，避免解釋中漏掉油氣層，同時還可防止井噴、井涌等工程事故。對于負(fù)壓鉆井，在鉆進(jìn)油氣層時鉆井液相對密度應(yīng)低于地層壓力系數(shù)，這就需要較準(zhǔn)確預(yù)測產(chǎn)層的地層壓力系數(shù)以便選用適

16、當(dāng)?shù)你@井液相對密度。2、確定井身設(shè)計中是否需下技術(shù)套管根據(jù)地層破裂壓力梯度和孔隙壓力梯度，可確定井身設(shè)計中是否需要下技術(shù)套管及技術(shù)套管的下深。從防噴防漏的角度考慮，當(dāng)?shù)貙涌紫秹毫μ荻刃∮诘貙悠屏褖毫μ荻葧r選用適當(dāng)?shù)哪酀{密度鉆井過程中不用下技術(shù)套管。當(dāng)高壓地層的孔隙壓力梯度接近或大于上部地層某深度的破裂壓力梯度時，在該深度之上必須下技術(shù)套管。不然較大密度的鉆井液會將上部非高壓層壓壞，鉆井中發(fā)生井漏或儲層被壓死情況。3、分析裂縫形態(tài)根據(jù)地層破裂壓力梯度及上覆壓力梯度，可分析井下壓裂后的裂縫形態(tài)。若地層破裂壓力梯度小于上覆壓力梯度，地層壓裂后形成垂直裂縫：若地層破裂壓力梯度大于上覆壓力梯度，地層壓裂

17、時形成水平裂縫。4、井下壓裂施工參數(shù)的確定當(dāng)?shù)貙訅毫押笮纬纱怪绷芽p時，裂縫的長度和高度是楊氏模量、切變模量、泊松比、壓裂液排量、粘度等的函數(shù)。根據(jù)壓裂目的及已知的巖石力學(xué)參數(shù)、井下壓裂工程可確定壓裂液和支撐劑的類型，用量、泵入速度等，就可準(zhǔn)確地控制壓裂縫的長度、高度、形狀等。5、出砂預(yù)測根據(jù)出砂指數(shù)，可預(yù)測產(chǎn)層在產(chǎn)液過程中是否出砂、以便及時采取防砂措施。經(jīng)驗表明，出砂指數(shù)小于1.4104Mpa時地層在產(chǎn)液過程中會出砂，當(dāng)出砂指數(shù)大于2.0104Mpa時，地層不會出砂，當(dāng)出砂指數(shù)介于二者之間時，地層出少量砂。6、油氣運移規(guī)律研究根據(jù)地應(yīng)力資料，地質(zhì)研究人員可進(jìn)行砂層走向，油氣運移規(guī)律的研究。地應(yīng)

18、力是油氣運移的主要驅(qū)動力之一。地應(yīng)力值的低值區(qū)是油氣聚集的有利區(qū)，油氣由強壓應(yīng)力區(qū)向弱壓應(yīng)力區(qū)運移，最大水平主應(yīng)力方向是油氣運移，滲流的主方向。7、分析套變情況根據(jù)水平最大及最小主應(yīng)力差，可確定井下套管能否發(fā)生形變及發(fā)生形變的位置。8、判斷裂縫高度的延伸方向在沿井軸方向的垂直剖面上，地應(yīng)力大小是不一樣的，一般情況下，泥巖的地應(yīng)力大于砂巖的地應(yīng)力，但其大小并不是以壓裂點為對稱點上下對稱的，縫高是沿地應(yīng)力小的方向延伸，根據(jù)地應(yīng)力的大小，就可判斷裂縫高度的延伸方向。9、判斷弱應(yīng)力隔層，實施正確壓裂施工方案水力壓裂過程中，隔層遮擋層的最小水平主應(yīng)力數(shù)據(jù)，關(guān)系到壓裂后的垂直裂縫是否會穿透。如果能穿透，將

19、出現(xiàn)剖面上的水竄或氣竄，造成油水（氣）關(guān)系復(fù)雜甚至油田開發(fā)的失敗。另外，射孔井段及隔層段的最小水平主應(yīng)力值影響水力裂縫的高度、寬度及長度，影響施工參數(shù)、施工規(guī)模及壓裂設(shè)計及施工，也影響壓裂方式及壓裂增產(chǎn)效果等。因此，在低滲透油田開發(fā)中，射孔方案與最小水平主應(yīng)力剖面結(jié)合非常重要。10、射孔方位的確定在天然裂縫發(fā)育的低滲透油田，射孔孔眼方位應(yīng)平行于最大水平主應(yīng)力方向。因為平衡于最大水平主應(yīng)力方向的射孔孔眼方位有利于水力壓裂的施工，有利于提高壓裂后的油井產(chǎn)量。11、分析井眼穩(wěn)定性根據(jù)地應(yīng)力和巖石力學(xué)參數(shù)，可分析鉆井過程中井壁的穩(wěn)定性。由于地層某深處的垂向主應(yīng)力、水平主應(yīng)力、地層孔隙壓力、巖石的泊松比

20、等都是固有的，當(dāng)井眼鉆開后，應(yīng)力在井眼出現(xiàn)新的不平衡，這就需用適當(dāng)?shù)你@井液對井眼周圍應(yīng)力重新平衡。鉆井液密度若選用過大，就有可能對井眼造成拉伸破壞，即發(fā)生井漏現(xiàn)象；鉆井液密度若選用過小就有可能產(chǎn)生壓縮破壞，即發(fā)生縮徑或巖石剝落掉塊而擴徑。特別是在較復(fù)雜的地層中鉆井，不可避免會發(fā)生井眼失穩(wěn)現(xiàn)象。12、確定水平井鉆進(jìn)方向 水平井水平部分的鉆進(jìn)方向與水平最小主應(yīng)力方向平行最好，它不僅有利于鉆井井孔的穩(wěn)定和套管的保護(hù)，而且壓裂時可形成多條與水平井筒垂直的水力裂縫，從而提高油井的采油率。 13、確定注水開發(fā)布井方案最大主應(yīng)力方向就是水力壓裂后裂縫的方向，采油開發(fā)人員可提出注水開發(fā)布井的合理方案，對防止水

21、竄、提高采收率有著重要的作用。若注水井與產(chǎn)油井的連線在水力裂縫方向上，油井很容易造成強性水淹，使含水量劇增，產(chǎn)油量下降。若注水井與采油井在水力裂縫方向上平行相間排列，注水線成為近似的線性推進(jìn)，可擴大平面上的掃油面積，明顯提高采油率，避免含水上升快，油井強性水淹的不良現(xiàn)象。（五）、正交偶極子陣列聲波處理成果圖件介紹正交偶極子陣列聲波測井資料處理后所提交的圖件包括：1、波形提取及全波變密度圖 比例：1：200第一道：自然伽馬 單位API； 鉆頭 單位 in；第二道：深度 單位 米；第三道：單極模式全波列變密度圖；第四道：縱波時差 單位s/ft； 橫波時差 單位s/ft； 斯通利波時差 單位s/ft

22、；第五道：縱、橫波波速比 。2、聲波幅度圖 比例：1：200第一道：自然伽馬 單位API； 鉆頭 單位 in；第二道：單極模式全波列波形顯示；第三道：深度，單位 米；第四道：1-8號接收器的縱波幅度；第五道：1-8號接收器的橫波幅度；第六道：1-8號接收器的斯通利波幅度；3、聲波幅度衰減圖 比例：1：200 第一道：自然伽馬 單位API； 鉆頭 單位 in；第二道：交叉偶極模式XX軸波形圖；第三道：深度，單位 米；第四道：縱波幅度衰減 單位：db/ft；第五道：橫波幅度衰減 單位：db/ft；第六道：斯通利波幅度衰減 單位：db/ft；4、地層各向異性成象圖第一道：自然伽馬 單位API； 井斜

23、 單位 度； 儀器方位 單位 度；第二道：地層各向異性玫瑰圖 統(tǒng)計頻率10米；第三道：百分比地層各向異性 單位 %； 平均百分比地層各向異性 單位 %；第四道：快橫波方位各向異性成象圖；第五道：快橫波方位角 單位 度； 快橫波方位角不確定性。5、各向異性計算成果圖第一道：自然伽馬 單位：API； 鉆頭 單位： in；第二道：快橫波慢度 單位：s/ft； 慢橫波慢度 單位：s/ft；第三道：快橫波波形 單位：s； 慢橫波波形 單位：s； 計算各向異性開窗時間 單位：s； 計算各向異性關(guān)窗時間 單位：s；第四道：百分比地層各向異性 單位 %； 平均百分比地層各向異性 單位 %；第五道：快橫波方位角

24、 單位： 度； 儀器方位 單位： 度。6、地應(yīng)力分析成果圖 比例：1：200第一道：深度，單位 米；第二道：最大主應(yīng)力方向 單位：度； 井斜角 單位： 度；第三道：水平最大主應(yīng)力 單位：0.098Mpa/m； 水平最小主應(yīng)力 單位：0.098Mpa/m；第四道：主應(yīng)力差 單位：0.098Mpa第五道：巖性分析7、巖石力學(xué)成果圖1第一道：深度 單位：米；第二道：楊氏模量 單位：104Mpa； 切變模量 單位：104Mpa；第三道：體積彈性模量 單位：104Mpa；體積壓縮系數(shù) 單位：（104Mpa）-1；第四道：出砂指數(shù) 單位：104Mpa；第五道：巖性分析。8、巖石力學(xué)成果圖2第一道：深度 單

25、位：米；第二道：破裂壓力梯度 單位：0.098104Mpa； 上覆壓力梯度 單位：0.098104Mpa；第三道：地層壓力梯度 單位：0.098104Mpa； 泊松比 第四道：固有剪切強度 單位：Mpa； 單軸抗壓強度 單位：Mpa；第五道：巖性分析。 （六）、正交偶極子陣列聲波測井應(yīng)用處理后的陣列聲波測井資料提供了準(zhǔn)確的縱波時差、橫波時差、斯通利波時差及大量的巖石物理參數(shù)和工程力學(xué)參數(shù)，利用這些參數(shù)可以指導(dǎo)我們進(jìn)行巖性識別、裂縫識別和鉆井泥漿配置等。1、 巖性特征分析理論上，利用縱橫波速度比可以大致確定地層的巖性，一般情況下，縱橫波速度比（VP/VS或DTS/DTC）：砂巖為1.581.8；

26、灰?guī)r為1.9；白云巖為1.8；泥巖為1.936。在多數(shù)地區(qū)若1.9 VP/VS0.25則認(rèn)為含有泥質(zhì)。2、裂縫發(fā)育情況分析利用偶極子陣列聲波測井技術(shù)評價裂縫主要的方法有三種：一是利用斯通利波反射參數(shù)（根據(jù)反射、入射能量比）來評價裂縫的開度；另一種方法是利用斯通利波的頻移和時移來計算滲透率，其條件是井眼不擴徑。因此，可以認(rèn)為井眼規(guī)則處的高反射系數(shù)和大滲透率有可能存在裂縫；二是在多數(shù)地區(qū)利用縱橫波速度比（VP/VS）也可大致指示裂縫。一般認(rèn)為當(dāng)1.9 VP/VS2.2時，認(rèn)為有裂縫發(fā)育。但僅從縱橫波速度比，難以劃分出準(zhǔn)確的裂縫級別。根據(jù)已有的經(jīng)驗，如果有裂縫發(fā)育，那么裂縫在全波的變密度圖上將呈“V

27、”字形或“人”字形顯示；三是可以利用縱、橫、斯通利波的幅度衰減直觀的判斷裂縫發(fā)育帶，前提是結(jié)合常規(guī)資料剔除泥巖、大井眼的影響，因為泥巖、大井眼同裂縫一樣也不同程度能造成三類波的衰減，在經(jīng)驗豐富的情況下，還可根據(jù)三類波衰減程度不同定性的判斷裂縫發(fā)育類型。3、巖石力學(xué)參數(shù)及機械特性方面的應(yīng)用根據(jù)MAC獲取的縱、橫波信息結(jié)合常規(guī)測井資料、井下試油資料，建立合理的計算模型計算地層的破裂壓力梯度、閉合壓力梯度、泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量、體積壓縮系數(shù)、固有剪切強度等巖石力學(xué)參數(shù)，并能為巖石機械特性分析提供重要的信息。4、在井眼穩(wěn)定性方面的研究在準(zhǔn)確地計算出上述巖石力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用、借

28、助聲電成象及其它常規(guī)測井資料建立相應(yīng)的處理解釋模型，定量確定地應(yīng)力方向、大小以及最大、最小泥漿密度，評價井眼崩落、壓裂狀況和鉆井液漏失的層位和性質(zhì)等，然后再結(jié)合破碎模型中的地應(yīng)力數(shù)據(jù)，定量確定井眼穩(wěn)定性。5、在地層各向異性性方面的研究在具有各向異性地層中XMAC-II儀器采集到的橫波可以分離成快橫波和慢橫波，快橫波在慢橫波之前到達(dá)陣列接收器。通過對聲波曲線進(jìn)行橫波分離得到快、慢橫波速度及方位，進(jìn)而用快橫波方位來確定裂縫及地應(yīng)力引起的各向異性，并且結(jié)合井眼成象資料判斷地層各向異性的影響因素。6、在識別氣層方面的應(yīng)用地層中的氣體使縱波速度降低，但對橫波的影響很小，高孔隙度氣飽和的砂巖具有異常低的縱

29、、橫波波速比。因此根據(jù)交叉偶極橫波資料得出的縱橫、波速度比可幫助地球物理學(xué)家識別與含氣有關(guān)的幅度異常。（七） 正交多極子陣列聲波測井（XMAC-II）在儲層評價中的應(yīng)用7.1 巖性特征分析人們一直用縱橫波速度的比值Vp/Vs作為一個巖性指示參數(shù)。理論上，利用該比值可以大致確定地層的巖性，一般情況下，砂巖的縱、橫波波速比在1.58-1.8之間，而含水砂巖卻表現(xiàn)為該比值隨孔隙度、泥質(zhì)含量的增大和有效應(yīng)力的降低而增加；對白云巖和灰?guī)r來說該比值幾乎是一個常數(shù)，分別為1.8和1.9。以川東北地區(qū)為例，巖性主要是砂泥巖、碳酸鹽巖，統(tǒng)計表明(圖1)砂巖儲層縱、橫波速度比主要在1.51.8之間；灰?guī)r儲層縱、橫

30、波速度比主要在1.8-2.0之間；白云巖儲層縱、橫波速度主要在1.7-2.0之間。因受井況、泥質(zhì)含量、孔隙度等影響提取時差均與理論值有所偏差,同時相互比較也可以看出砂泥巖地層和碳酸鹽巖地層時差特征有明顯的不同。砂巖灰?guī)r白云巖 圖1 縱橫波速度比統(tǒng)計直方圖 7.2 氣層的識別由于縱波為壓縮波，在氣體中能夠傳播，當(dāng)儲層含氣時會使縱波能量得到有效地衰減，使得傳播速度下降，時差增大；而橫波為剪切波，在氣體不能傳播，因此橫波受氣體的影響不大，由此就導(dǎo)致了在儲層含氣的情況下縱橫波速度比下降，且隨含氣飽和度的增加縱橫波速度比下降越明顯，而水層和油層的縱波速度基本不受影響，其縱橫波速度比接近于巖性背景值。以*

31、井為例，從該井上古生界砂巖儲層提取的結(jié)果可知該組段砂巖縱、橫波時差較穩(wěn)定，縱波慢度為60-70s/ft；橫波慢度為110s/ft左右；縱、橫波速度比為1.6-1.75之間。圖2是孤北古1井多極子陣列聲波測井圖，41264137米段，縱、橫波速度比明顯下降，在1.5左右，縱波幅度降低，波形及能量有較大衰減，為典型氣層響應(yīng)。該井段中途測試曾獲日產(chǎn)氣56202方，這也驗證了利用多極子陣列聲波測井判斷氣層的有效性。 氣層圖2 多極子陣列聲波測井資料在氣層中的顯示特征7.3 定性判斷裂縫發(fā)育井段不同裂縫類型在波形幅度及衰減上具有不同的測井響應(yīng)特征。當(dāng)井眼與地層垂直時，地層層理及低角度裂縫對儀器測量的縱波

32、能量即縱波幅度衰減明顯增大，這是由于縱波是一種典型的縱向波，按“壓縮模式”傳播，波的傳播方向與質(zhì)點位移方向平行，在測量過程中縱波的傳播方向及質(zhì)點位移方向與井軸平行，而層理和低角度裂縫能引起地層縱向上波阻抗的變化，從而導(dǎo)致縱波能量幅度的衰減，其衰減程度隨著層理和低角度裂縫發(fā)育程度的增加而增大。橫波是一種典型的橫向波，按“剪切模式”傳播，即波的傳播方向垂直于質(zhì)點的位移方向。在橫波測量過程中質(zhì)點的位移方向與井軸垂直，而中、高角度裂縫能夠引起地層徑向上波阻抗的變化，因此能夠引起橫波能量幅度的衰減，衰減程度亦隨著裂縫發(fā)育程度的增加而增加，另外其衰減程度與裂縫的充填物質(zhì)有關(guān)，當(dāng)裂縫為有效裂縫，其內(nèi)充填物為

33、流體，此時會導(dǎo)致地層徑向波阻抗數(shù)值發(fā)生嚴(yán)重衰減，相反當(dāng)裂縫被固體物質(zhì)所充填，則對地層波阻抗的數(shù)值影響不大，相應(yīng)的衰減幅度也較小，由此可以判斷儲層裂縫發(fā)育的有效性。如圖3所示，47774790米段，聲波能量幅度較高，波形衰減不明顯，成像圖顯示比較致密，僅發(fā)育少量誘導(dǎo)縫；47904804米段 ，聲波能量幅度明顯變低，波形衰減明顯，成像圖顯示裂縫非常發(fā)育。而井徑曲線顯示該井段井眼狀況非常好，故聲波的衰減主要是由裂縫發(fā)育所致。圖3 多極子陣列聲波測井資料在裂縫發(fā)育段的顯示特征7.4 各向異性分析在構(gòu)造應(yīng)力不均衡或裂縫性地層中，橫波在傳播過程中通常分離成快橫波、慢橫波，且快、慢橫波速度通常顯示出方位各向

34、異性，質(zhì)點平行于裂縫走向振動、方向沿井軸向上傳播速度比質(zhì)點垂直于裂縫走向振動、方向沿井軸向上傳播的橫波速度要快，這稱之為地層橫波速度的各向異性。百分比各向異性就定義為快慢橫波能量或速度之差與快慢橫波能量或速度之和的比值，它也反映地層的各向異性的大小。各向異性的方向與大小往往與地應(yīng)力及裂縫系統(tǒng)有關(guān)。通過對聲波曲線進(jìn)行橫波分離得到快、慢橫波速度及方位，進(jìn)而用快橫波方位來確定裂縫及地應(yīng)力引起的各向異性，并且結(jié)合井眼成象資料判斷地層各向異性的影響因素。實例表明，砂泥巖地層中各向異性方向往往可以代表地層最大水平主應(yīng)力，圖4所示各向異性方位與成像誘導(dǎo)縫確定的地應(yīng)力方向有很好的一致性；而灰?guī)r地層各向異性方向

35、往往代表了裂縫的發(fā)育方向，圖5所示各向異性方向與裂縫發(fā)育方向有很好的一致性。圖4 各向異性方位反映地應(yīng)力圖圖4 各向異性方位代表了裂縫發(fā)育方向（八） 正交多極子陣列聲波測井資料在工程中的應(yīng)用利用測井資料中的縱波時差、橫波時差、體積密度、自然伽馬等曲線以及地層評價成果，建立解釋模型來計算泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量等巖石力學(xué)參數(shù),在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步可以計算破裂壓力、初始剪切強度、有效切向、徑向應(yīng)力等巖石機械特性參數(shù)。這些基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確確定對井壁穩(wěn)定性研究以及壓裂高度預(yù)測具有重大的意義。8.1 井眼穩(wěn)定性分析井漏和井塌是鉆井中經(jīng)常遇到的井壁不穩(wěn)定問題，它嚴(yán)重影響了鉆井的速度、質(zhì)量及油田開發(fā)的綜合經(jīng)濟效益。因此研究井壁穩(wěn)定具有重要意義。測井響應(yīng)是在一定的鉆井背景下測量的，每個時刻得到的測井響應(yīng)值都必須隱含了井周地層在鉆井過程中所經(jīng)受的各種應(yīng)力變化和強度變化，對應(yīng)了