利用正交偶极声波频散特性识别地层各向异性类型

利用正交偶极声波频散特性识别地层各向异性类型

胡勇刚

中石化经纬有限公司中原测控公司，河南 濮阳 457001

摘要：地层的各向异性是构造应力不均衡或岩石物理性质空间差异性的一种表征。偶极声波测井可以进行地层各向异性分析，利用低频横波的频散特征的差异，可以有效区分地应力引起的各向异性和岩石固有各向异性。

关键词：偶极声波；各向异性；频散特性

1 原理介绍

新一代偶极声波测井仪器(WaveSonic)主要由发射器、接收器、隔声体和仪器程序控制等4部分组成。发射器包括1个全方位的单极发射器和2个同深度偶极发射器（X-X，Y-Y）。

偶极声源是由分布在同一深度上的4个正交排列的弯曲棒组成。弯曲棒振动时在X-X和Y-Y方向上产生定向的挠曲波。地层剪切挠曲波的振动方向与井轴垂直，传播方向与井轴平行。在高频时传播速度低于横波的速度；而在低频时（1.0kHz）传播速度趋近于横波。偶极声波成像测井实际上是通过对挠曲波的测量来计算地层横波的速度。不同地层其谐振频率不同，为激励地层以最好的挠曲波振动模式谐动，地面系统可选择最佳的工作频率以适应于更广泛的地层范围。仪器的偶极发射频率范围在0.75-3KHz，为确保软地层横波速度的测量精度，尽量降低偶极声源的发射频率，WaveSonic此时发射工作频率低于1kHz。

2 偶极声波的应用

横波在传播过程中受地层各向异性影响，产生快慢横波分离，能够反映地层各向异性的大小，快横波方位为地层各向异性的方向。因此可以利用偶极声波的横波测井资料分析地层的各向异性。

各向异性可由应力、裂缝、层理或泥岩引起，为了使用交叉偶极声波资料自身来区分不同类型的各向异性，我们需要研究挠曲波传播的频散曲线（见图1）在地层裂缝不发育，但有明显椭圆井眼的井段，地层速度各向异性是由地应力的不均衡所引起，此时快慢横波的频散曲线具有类似它们的特征曲线特征的交叉特征。在裂缝发育的地层或泥岩地层引起的固有各向异性，快慢横波的频散曲线不发生交叉，因而上述频散交叉或平行现象用来区分应力引起的各向异性。

图1a所示的交叉偶极频散曲线图显示各向同性。频散曲线的低频（长波长）极限接近地层横波时差。图1b所示固有各向异性的一个重要特征是频散曲线不交叉。图1c所示应力引起的各向异性的频散曲线有交叉现象。

(a)

(b) (c) 图1 三种情况下对应的频散曲线：（a）各向同性地层 ;（b）固有各向异性；（c）应力引起的各向异性

3 实例分析

我们分析河北地区一口井X-1井，利用偶极声波计算出在4030-4039m井段各向异性较强，平均为10%左右，通过横波的频散分析，快慢横波没有交叉现象，分析认为各向异性由裂缝引起，同时该段电成像图上见2条明显的高导缝。（见图2）

图2 各向异性强主要为裂缝引起（3096-3103m）

4 结论

正交偶极声波测井成功地测量到地层横波各向异性。本文介绍的偶极横波各向异性是由应力和固有特征引起（裂缝和层理），两种挠曲波频散曲线由应力引起的各向异性有交叉特征，由固有特征引起的各向异性有平行特征，借此可以有效区分地层各向异性的类型，在实际生产中能得到较好的应用。

参考文献

[1]胡学红. 使用偶极声波频散分析进行机械损伤探测和各向异性评价. 测井技术信息，2003.