Page 34 - 应用声学2019年第2期

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表 1 三维声波仪器技术指标
0 引言
Table 1 Technical index of three-
煤储层具有致密、低压、非均质性强等特征，因 dimensional acoustic logging
此压裂增产成为了有效开发煤层气的关键环节。压
指标名称 指标
裂检测效果评价对于优化压裂至关重要。然而，现
隔声指标 声衰减 > 60 dB
有煤层气压裂检测主要采用微地震监测，手段相对
耐温 175 C
◦
单一且检测精度低，造成煤层压裂认识不清，所以，
研究新型煤层压裂检测技术有着重要的意义。 耐压 137 MPa
近年来，声速径向剖面层析成像技术有了重要 单极 T01:3.6576 m；T02：2.4384 m
进展。Hornby [1] 较早使用高频单极子对井壁附近的 源距 偶极：3.048∼3.3528 m
纵波速度剖面进行层析成像。其成像理论是采用射 远单极：3.81 m
线追踪方法。在建模过程中，他假设井壁附近地层
最大测速 10 m/min
的声波慢度在轴向和径向都有变化，基于射线追踪
垂直分辨率 152.4 mm
方法计算声波走时，然后再使计算和实测的走时进
测量精度 纵波：±2 µs/ft，横波：±5 µs/ft
行拟合，当拟合残差最小时认为得到与数据符合最
测量模式 单极时差 + 远单极全波＋交叉偶极全波
好的慢度分布模型。
与单极子采用走时方法进行近井壁成像不同，
偶极子主要采用频散特性的变化来对近井壁的横 1 径向速度变化地层正演模拟
波慢度剖面进行成像。反演地层径向横波速度剖
为简化计算，假定地层在径向上的变化用阶梯
面的方法主要有两种。一种是 Sinha 等 [2−3] 提出
状同心圆柱层来近似，由此，数值模拟时可用传播矩
用 B-G 理论由偶极弯曲模式波频散曲线无约束反
阵方法进行解析求解。表 2 为径向速度台阶变化模
演径向速度剖面，该方法一般只能提供一个平均模
型的参数，由表 2 可以看出：径向模型设置了浅部、
型，且反演结果奇异性较大；另一种是赵龙 [4] 、Tang
中部和深部三种不同地层弹性性质的变化带，距离
等 [5] 的约束反演方法，该方法通过高频约束以提高
井筒最远处为原状地层。考虑到压裂导致近井壁岩
反演的稳定性和精度。
石破坏时，除纵波速度降低外，横波速度和密度也要
无论是钻井诱导的裂缝还是压裂形成的裂缝，
相应降低，但后两种的变化不会影响纵波走时，因
一般在近井壁处岩石会产生破裂，而离井壁较远处
此，在模拟参数设定时尽量保持最快的横波速度小
岩石保持原状或破裂较小，从而在井壁附近形成一
于最慢的纵波速度以保证横波都在纵波之后到达。
个径向速度变化剖面，离井壁近的地层速度偏低，而
图1为不同源距声波传播路径示意图。
离井壁较远的地层速度偏高，速度变化一方面可以
体现出岩石的脆性，同时，对比压裂前后速度径向剖
表 2 径向剖面的参数
面的变化，可以指示压裂的效果 [6] 。
Table 2 Parameters of elastic profile
原有偶极子阵列声波测井仪通常具备 2个单极
发射器和 2 个偶极发射器，其轴向布置 8 个接收器，
纵波速度/ 横波速度/ 密度/ 外径/
具备井眼周围地层声速的轴向、径向探测能力。近 (m·s −1 ) (m·s −1 ) (g·cm −3 ) m
年来发展的三维声波测井仪在其接收器环向间隔
井眼流体 1500 — 1.00 0.20
45 分布 8 个换能器，具有 13个轴向接收器站，增加
◦
浅部 2400 1200 1.80 0.40
了井眼周向探测能力，如表 1 所示。本文以三维声
中部 2700 1400 2.00 0.80
波测井仪数据为基础，通过纵波速度径向层析成像
技术求取井周不同方位的纵波波速变化，进而反映 深部 3000 1800 2.20 1.60
岩石轴向及周向的压裂破损情况。 外部 3500 2100 2.40 ∞