偶极子声波成像仪(DSI).doc

偶极子声波成像仪（DSI）Dipole Shear Sonic Imager

工作原理：
单极声波测井只能在声波传播速度大于井眼流体传播速度的地层（硬地层）中测取横波，偶极声波则克服了这一缺点，在软地层中象在硬地层中一样测取地层的横波。
DSI具有八个阵列接收器，一个单极发射器和两个偶极发射器。接收器阵列对传播波场进行广泛的空间采样，进行全波列分析。DSI使用了具有方向性的发射器和接收器。偶极发射器使井眼一侧的压力增加，而使另一侧的压力减小，引起井壁出现小的扰动，这样就在地层中直接激发出纵波和横波。这些挠曲波的传播与井眼同轴，而其质子振动方向与井轴垂直，与换能器的发射方向一致。换能器的工作频率很低，通常低于4千赫。DSI的一个新功能是低频发射功能，其发射频率低于一千赫，在这种工作模式下，信噪比最大可提高20分贝，因此在大井眼井段和速度非常慢的地层中，也可得到很好的测量结果。

应用：
1 机械特性分析：
· 井眼稳定性分析——确定合适的泥浆柱压力以保证钻井过程中的井眼保持稳定。
· 射孔稳定性分析或出砂分析——识别在生产过程中可能出砂的层位和临界出砂压降的定量预测。
· 压裂高度预测——准确计算水力压裂高度，确定压裂液的体积和泵压参数。
2 地层评价：
· 气层探测——用υp/υs与 Δt 的交会图来确定。
· 天然裂缝探测和评价——用单极斯通利波测量数据来评价。
· 定量指示渗透率——用斯通利波测量数据来计算渗透率。
3地球物理解释：
· 振幅异常——用纵波和横波速度计算出来的泊松比可帮助地球物理家识别与气有关的幅度异常。
· 合成地震及对地面地震进行刻度—使用横波来合成比用纵波要好得多。
4地层各向异性：
· 横波各向异性测量
· 分别以纵轴为对称轴和以水平方向为对称轴的横向各向同性。
· 各向异性的确定和分布。

质量控制

DSI仪器的工作模式有几种，它们可以任意组合，来采集数字化波形，其纵向分辨率为6英寸，用12字节的动态范围同时对八道信号进行数字化。
· 上偶极和下偶极模式：来自任一个偶极发射器的8列偶极波形，从发射时刻起开始采样，每个样的采集时间为40微秒，每个波形采512个样。
· 交叉偶极模式：对两个交叉偶极发射器来说，总共采集32列标准的波形。
· 斯通利波模式：共采集8列波形，每列波形都是从低频脉冲激发单极换能器的时刻开始采集，每个样的采集时间为40微秒，每列波形采512个样。
· P和S模式：共采集8列波形，每列波形都是从高频脉冲激发单极换能器的时刻开始采集，每个样的采集时间为10微秒，每列波形采512个样。
· 首波检测模式：采集由高频脉冲驱动单极发射器所获得的与阈值交叉的数据，共有8组数据，主要用于提取单极纵波时差值。
在现场可以得到的信息是：

STC实时处理结果：
· 由偶极上行波/下行波得到的横波时差
· 在快地层中从P&S模式中得到的横波时差
· 从P&S模式中得到的纵波时差
· 斯通利波时差
· 纵波速度/横波速度比—Vp/Vs、泊松比
DFMD 实时处理结果：
· 用DFMD得到的纵波时差

波形的质量：
DSI仪器是一种全波仪器，实时监测全波的波形是质量标准控制的一个重要步骤。波形评价需要经验，但对照下列几点看波形将有所帮助。
确保以下几点：
· 背景干扰低，无周期性干扰；
· 首波清晰；
· 无波形平头；
注意：尽量增加信/噪比。

对所有的模式：
1.一定要显示井径曲线和GR曲线
2.一定要显示WCIn(n=1，2，3，4，5，X)曲线以保证没有结构重复发生，确保WCIn曲线没有台阶。有台阶说明处理使用了重复波形并写入数据文件。
3.图头包括所有采集参数。
4.一定要每十英尺用红色显示VDL图与实际的波形相对比，在下井和测量时观察波形数据的相关性并确保背景干扰低，检查所有八个接收器的信号质量。
5.一定要以相同的比例尺显示所计算的所有时差和组合图。组合图应有纵波速度/横波速度比（Vp/Vs）；泊松比。并检查其相应的数值。
6.测井图的备注栏：
测井图的备注栏必须有：
· 列出所有所测的模式以及原因(如模式3为了含气砂岩的纵波时差；P&S为了纵波和横波等等)
· 如果是现场决定的测量何种模式，要在备注栏里详细说明。
· 测量上行偶极/下行偶极的源的类型(标准的或是低频的)
· STC处理模式(接收器，发射器或是长源距)
· 在任何模式下对STC使用的滤波器(SFMn)
· 居中还是偏心的以及具体的居中和偏心的方法
· 列出使用的扶正器和扶正器之间的间距（包括仪器示意图）
· 说明井眼条件和仪器是否有遇阻遇卡
· 描述所有图上显示的曲线（如DT4P是模式4中井眼补偿的纵波时差）
· 测井中任何异常的响应
· 列出对所有可疑层段计算的时差(如慢速地层，难以区分纵波的首波还是泥浆的首波)
· 刻度：DSI仪器不需要刻度。
参数确定：
SPM4/LPM4=DDBHC(设定P&S模式(模式4)使用井眼补偿)
SPM1/LPM1=接收器(设定下行偶极模式(模式1)不使用井眼补偿)
SPM2/LPM2=接收器(设定下行偶极模式(模式2)不使用井眼补偿)
SPM3/LPM3=接收器(设定斯通利波模式(模式3)不使用井眼补偿)
标准偶极（上行或下行）模式
从上行或下行偶极波形的采集和处理来产生偶极横波时差
(声波采集模式=SAM1下行偶极=SAM2上行偶极)
输出：
-PWF1,2—八组波形每组512个采样点
-PWN1,2—八组波形标准化系数
BCR（各向异性）模式
在激发偶极声源时采集同轴和交叉轴上接收器信号
以每组512个采样点采集八组波形中的四组
设定：SAMX=BCR(双交叉接收器)
输出：
-PWFX—32组波形每组512个采样点
-PWNX—32组波形标准化系数
P&S模式
从高频单极波形的采集和处理来产生单极纵波时差和横波时差
(声波采集模式=SAM4P&S模式)
输出：
-PWF4—八组波形每组512个采样点
-PWN4—八组波形标准化系数
斯通利波模式
从低频单极斯通利波波形的采集和处理来产生斯通利波时差
输出：
-PWF3—八组波形每组512个采样点
-PWN3—八组波形标准化系数
DFMD模式
从高频单极门坎交叉波形的采集和处理来产生与STC得到的纵波时差近似相同的分辨率的纵波时差
输出：
-PTX5—八组门坎交叉时间
-PTT5—八组传播时间
-PTC5—八组门坎交叉计数率
DSI性能
测量
时差
井眼尺寸
平均重复性
最差重复性
DFMD纵波
＜170μs/ft
17.5 in
2%
6%
单极(P&S)纵波
＜170μs/ft
17.5 in
2%
6%
单极(P&S)横波
＜150μs/ft
17.5 in
3%
10%
偶极横波
＜500μs/ft
17.5 in
5%
15%
斯通利波
＜700μs/ft
17.5 in
3%
10%
纵波/横波比Vp/Vs
1.5 to 4.0
17.5 in
4%
15%

气的影响：
在高孔隙度地层,岩石的孔隙空间里存在的气与相同的岩石饱含油或水相比将增加声波的传播时间。气是可压缩的，当它取代了孔隙中的流体时，降低了它的密度，更大大降低了岩石的钢性并降低了声速。在深井和低孔隙度地层，其孔隙体积小，上覆压力高，存在的气较少，孔隙流体对岩石的钢性和声速的降低贡献很少。

波形处理：
· 慢度—时间相关对比
· 是一种全波列分析处理技术，采用STC处理技术，主要用于在复合波形中计算出横波、纵波和斯通利波的时差。
· 偶极波形处理：在处理偶极波形时，在相关系数高峰中总有一个峰对应频散的挠曲波，而这个峰的时差总是大于真实的横波时差。在快速地层中，使用低频带通滤波器得到的相关系数高峰非常接近于真实的横波时差；在慢速地层中，必须从挠曲波数据中提取地层的横波时差。在快地层中校正量很小，在慢速地层中平均大约为5%。
· 井眼补偿：通过对接收器阵列波形和视发射器阵列波形处理的结果进行平均来完成井眼补偿功能。采用称为MSTC的新技术。
· 数字首波检测处理（DFMD）：DFMD是将每个接收波形与其阈值幅度交叉时的时间数据输入到首波识别和首波示踪的算法模型中。用最小二乘法对这些传播时间数据进行拟合的最好拟合线的斜率就是首波时差。其纵向分辨率近似为3.5英尺。
· 6英寸Δtc：使用DFMD技术和各个不同的接收器对的组合，就可以得到纵向分辨率为6英寸的纵波首波时差。

b. 仪器性能：
名称
英制
公制
仪器外径
3-5/8英寸
92毫米
仪器长度
51英尺
15.5米
仪器重量
864磅
1904公斤
最大温度
350
175℃
最大压力
20,000 psi
138兆帕
最小井眼尺寸
5-1/2英寸
139毫米
最大井眼尺寸
21英寸
533毫米
数字化精度
12 bits

数字化采样间距
10～32,700微秒

数字化波形持续时间限制
最大为15,000采样（所有波形）

测井速度（最大速度）
单一模式
3,600英尺/小时

三模式同测(不加6英寸Δt)
1,000英尺/小时

三模式同测(加测6英寸Δt)
900英尺/小时

偶极和斯通利波带宽
80～5,000赫兹

高频单极带宽
8～30,000赫兹