偶極橫波成像測井

偶極橫波成像測井是指採用了偶極聲波源，偶極聲波源很像一個活塞，它能使井壁的一側壓力增加，而另一側壓力減小，故使井壁產生擾動，形成輕微的撓曲，在地層中直接激發出縱波與橫波的一種適用於在疏軟地層的測井方法。

基本介紹

• 中文名：偶極橫波成像測井
• 外文名：DSI logging
• 學科：測井
• 適用地層：疏軟地層
• 原理：井壁一側壓力增加另一側減小
• 套用：鑑別岩性和劃分氣層、劃分裂縫等

原理

普通聲波測井使用單極聲波發射器，可向井周圍發射聲波，使井壁周圍產生輕微的膨脹作用，因此在地層中產生了縱波和橫波。在硬地層條件下，可以得到縱波和橫波，由此得出縱波和橫波時差，如在陣列聲波測井中所述，但是在疏軟地層中，由於地層橫波首波與井中鑽井液波一起傳播，因此單極聲波測井無法獲取橫波首波。為了解決這個問題，研製了偶極橫波成像測井(DSI)。

它採用了偶極聲波源，偶極聲波源很像一個活塞，它能使井壁的一側壓力增加，而另一側壓力減小，故使井壁產生擾動，形成輕微的撓曲，在地層中直接激發出縱波與橫波。這種撓曲波的振動方向與井軸垂直，但傳播方向與井軸平行，通常這種聲波發射器的工作頻率，一般低於4kHz。另外這種發射器：有低頻發射功能，其工作頻率，可低於1kHz，在大井眼和速度很慢的地層中可得出很好的測量結果，同時也增大了探測深度。

除沿地層傳播的縱波與橫波外，沿井眼向上還存在有剪下撓曲波的傳播，這種由井眼撓曲運動形成的剪下撓曲波具有頻散特性，不同頻率其波的傳播速度不同，在高頻時其傳播速度低於橫波的速度;低頻時其傳播速度與橫波相同。右圖是慢速地層中偶極聲波源的縱波、橫波和撓曲波的傳播示意圖，圖的下部是記錄的慢速地層中偶極聲波的波列圖，由此可見，用偶極聲波測井可以由剪下、撓曲波提取軟地層的橫波時差。

儀器組成

偶極橫波成像測井儀如圖所示，該儀器分為發射器、接收器和數據採集電子線路部分。

發射器由三個發射器單元組成：下偶極發射器和上偶極發射器，兩個偶極發射器的方向互相垂直;一個單極全方位陶瓷發射器。用低頻脈衝激勵單極換能器產生斯通利波，用高頻脈衝激勵該換能器產生縱波和橫波。用低頻脈衝激勵偶極換能器產生縱波和橫波。用低於1KHz 的脈衝激勵偶極換能器，能在大井眼和非常低速地層中提取橫波。聲波隔離短節實際是一種機械衰減器，其作用是阻止由發射器部分來的信號沿儀器直接上傳。

接收器部分包括8 個接收器位置，相鄰兩個接收器位置的間距為6in (15.2cm)，第一個接收收器位置與第八個接收器位置之間的距離為42in (1.07m)。每個接收器位置上有兩對接收器。一對同上偶極發射器方向一致，另一對同下偶極發射器方向一致。對於偶極方式，每對接收器是分開傳輸的;對於單極方式，二者是合在一起傳輸的。最低接收器位置與單極發射器的距離為9ft(2.7m)，與上偶極發射器的距離為11ft(3.4m)，與下偶極發射器的距離為11.5ft(3.5m)。

並行數據採集電路包括有同時數位化的8 個獨立波形，能把幾次發射產生的波形疊加起來、進行自動增益控制，並把信號傳輸到地面的相關電路。還包括記錄每條波形的幅度門坎交叉時間所用的門坎探測器，門坎探測器用於檢測縱波首波，得出時差值。

儀器的工作方式

偶極橫波成像測井有多種工作方式，它們可以進行任意組合。

1)下偶極方式

採集和處理下偶極發射器發射時，相應接收器接收到的偶極波形數據及撓曲波的慢度，從而獲取有關橫波數據。

2）上偶極方式

採集和處理上偶極發射器發射時，相應接收器接收到的偶極波形數據及撓曲波的慢度，從而獲取有關橫波數據。

3)斯通利波方式

當用低頻脈衝激勵單極發射器發射時，採集和處理相應接收器接收到的單極波形數據，從而得出斯通利波的時差。

4)縱波和橫波方式

用高頻脈衝激勵單極發射器發射時，採集和處理相應接收器接收到的單極波形數據，從而得出縱波和橫波時差。

5)首波檢測方式

用高頻脈衝激勵單極發射器發射時，採集和處理相應接收器接收到的單極波與閥值的交叉數據，從而測得縱波的時差。偶極橫波成像測井儀可與大部分測井儀進行組合測量。

偶極橫波成像測井的套用

偶極橫波成像測井除一般縱波的套用外，主要還有下列幾方面的套用：

1）鑑別岩性和劃分氣層

實驗室和現場實際經驗表明，利用縱波速度與橫波速度比（v_p/v_s）可以鑑別岩性，在v_p/v_s與縱波時差Δt_c的交會圖(如圖)中，白雲岩的 v_p/v_s=1.8，石灰岩的v_p/v_s=1.86 二者幾乎是一條與橫軸平行的直線，同樣對於純砂岩或含氣砂岩v_p/v_s=1.58，而且v_p/v_s 與Δt_c的關係也近似於一條直線。利用這些特點即可由v_p/v_s與Δt_c交會圖中鑑別岩性。但對於含水砂岩來說，隨著孔隙度的增大和壓實程度的降低，v_p/v_s增大，如圖中的實線所示，呈一斜線狀。

2)劃分裂縫帶

當斯通利波遭遇張開裂縫時，由於裂縫處聲阻抗大，故使斯通利波的能量被反射，通過對斯通利波波形的處理，可提取反射係數(反射能量與人射能量之比)，從而判別裂縫帶。右圖是一硬地層的實例，圖中顯示出第一個接收器記錄的斯通利波的變密度圖(第三道)和計算的反射係數(第二道)，在605ft、781ft、784ft、807ft、811ft 和840ft 的深度處有明顯的反射波，同時相應的反射係數也增大，地層微電阻率掃描測井證實在605ft、807ft、811ft 和840h處存在有裂縫，而在781ft 和784ft 深度處的裂縫難以確定，由於裂縫處的反射係數大，表明這些裂縫是張開的，但該圖無法評價裂縫的張開度。

3)岩石機械特性分析

根據測得的縱、橫波時差及地層密度，可以計算地層岩石的機械特性，如泊松比(σ)、楊氏彈性模量(E)、切變模量(μ )、體積模量(k)及拉梅常數(λ )等。利用這些岩石的機械特性，可以評價井眼穩定性，以及預測水力壓裂效果等。

偶極橫波成像測井是一種新的測井技術，在其解釋方法和套用方面尚需進一步研究開發。