地球物理测井9(声波测井)

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1、9 声波测井 9 声波测井利用岩石的声学特性（声 波速度、声幅）来研究岩石 的一类方法。 9.1 岩石的声学特性 声波的成分及速度：声波是由物质的机械振动产生的。通过质 点间的相互作用将振动由近及远地传递， 根据质点运动特征的不同，声波可分为：纵波（或压缩波或P波）：质点的振动方向与波的传播方向一致 。纵波主要产生体积变化，所以也称压 缩波。 9.1 岩石的声学特性在介质中的速度：Vp介质中纵波的速度（ ）（m/s） 介质的体积密度（g/cm3） 9.1 岩石的声学特性在介质中的速度：E介质的杨氏模量（纵向伸长系数）：单位截面上受的力与单位长度的形变之比。 9.1 岩石的声学特性在介质中的速度

2、：泊松比（横向压缩系数）横向相对压缩与纵向相对 伸长之比 9.1 岩石的声学特性横波（或剪切波或S波）质点的振动方向与波的传播方向垂直 。横波主要引起形状变化（切变），也 称之为剪切波。在介质中的速度： 9.1 岩石的声学特性面波：在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传 播的波。包括：瑞利波：其速度约等于0.9VsVs拉夫波：其速度约等于0.9VsVs偶 波：它是最快的面波：速度=0.9Vs Vs 斯通利波：是在液固体界面上由液体 中的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其 速度小于固体中的Vs和液体中的Vp。9.1 岩石的声学特性可以看出：（1）介质中的声波速度与介质的 弹性系数及体积密度（岩性、

3、 )有关。9.1 岩石的声学特性（2）同一介质中的不同波的速度不同；对于大多数沉积岩：Vp1.73Vs即一般纵波速度Vp大于横波速度Vs， 横波速度大于面波速度。 9.1 岩石的声学特性 波的折射与反射；声波在经过不同的两种介质的分界面 时，会发生反射和折射，且遵循光的 反射定律和折射定律。9.1 岩石的声学特性对于纵波： 9.1 岩石的声学特性对于横波： 9.1 岩石的声学特性当=90o时,折射波沿界 面传播滑行波这时的i全反射角（临 界入射角） 9.1 岩石的声学特性 反射系数和折射系数： 9.1 岩石的声学特性1V1与2V2的差别越大 ，反 射系数越大，折射系数越小。 9.1 岩石的声学

4、特性 波的干涉：当相同频率的几个波到达同一点 时发生波的干涉，即振动加强（相 位相同）或减弱（相位相反）。 9.1 岩石的声学特性 引起声波幅度衰减的其他原因：地层吸收能量而使幅度衰减（即质点的振动 要克服相互间的摩擦力）。不同的介质对波幅 的衰减程度不同，它主要取决于：（1）波的频率（波长）及波的类型（纵波、 横波等）（2）地层的密度(一般密度越小，声幅的衰减 越严重)（3）岩石的结构（颗粒大小、接触情况等） （4）介质中的声波速度 。 9.2 声波速度测井（AC）声波速度测井简称声速测井， 它主要是通过测量波的速度来研究 地层。 9.2 声波速度测井（AC） 单发双收声速测 井仪测量过程中

5、发射 探头发射声脉冲 ，接收探头接收 声脉冲。 9.2 声波速度测井（AC）（1）泥浆直达波：9.2 声波速度测井（AC）（2）一次反射波：9.2 声波速度测井（AC）多次反射波：9.2 声波速度测井（AC）（3）滑行波9.2 声波速度测井（AC） 声波的传播：（1）泥浆直达波：（2）一次反射波：多次反射波：（3）滑行波显然，泥浆直达波、 反射波都是在泥浆中 传播的，其传播速度 与地层无关，只有滑 行波的传播与地层有 关。9.2 声波速度测井（AC） 滑行波作为首波到 达接收器R的条件：因为 所以 9.2 声波速度测井（AC） 滑行波作为首波到 达接收器R的条件：9.2 声波速度测井（AC）

6、滑行波作为首波到达 接收器R的条件：9.2 声波速度测井（AC） 声波时差与地层 速度的关系：滑行波到达R1 的时间TR1 ：9.2 声波速度测井（AC） 声波时差与地层 速度的关系：滑行波到达R2 的时间TR2 ：9.2 声波速度测井（AC） 声波时差与地层速度的关系：滑行波到达R1、R2的时间差 ：其中：l仪器的间距，对于某一仪器 l=常数。所以，T反映了地层声速的变化。但 T 的大小还与l有关，即某地层用不 同的仪器测量时，随l的不同所测得的 T也会不同，给解释带来不便。9.2 声波速度测井（AC） 测井所记录的声波时差：同一地层Vt不变，用不同的仪器 测量时 t相同。而不同地层，Vt

7、不同。即用t 可以分析地层的Vt 解决相应的地质问题：t的单位：s/m 或s/ft；记录点：是R1与R2的中点。9.2 声波速度测井（AC） 其他声速测井仪的测量原理（从略 ） 它们与单发双收有一定的差别， 每一种测井仪器的诞生都是对已有 测井仪器工作性能的改进。 如： 双发双收声波测井仪的研制就是为 了克服井眼的影响。9.2 声波速度测井（AC） 对于单发双收测 井仪在井眼扩大 井段的上下界面 处，时差曲线出 现假异常。 9.2 声波速度测井（AC）双发双收测井仪可克 服井眼的影响。由T1 R1 R2测得t1由T2 R2 T1测得t2其测量结果受井眼的影 响较小。9.2 声波速度测井（AC）

8、总之，我们 通过各种声速 测井仪器可获 得与地层声速 成倒数关系的 声波时差。 9.2 声波速度测井（AC） 影响因素：井眼大小的影响9.2 声波速度测井（AC） 影响因素：层厚的影响：对于薄层（ht实际或tt实际，即在某 层为不定值(忽大忽小)。这种现象就是 “周波跳跃”。 9.2 声波速度测井（AC）“周波跳跃”在曲线上的特征 9.2 声波速度测井（AC） 声波时差曲线的特点： 对应于地层中部其测井值最接近于地 层的真实的声波时差。（受围岩的影 响小） 对于厚层(hl)曲线的半幅点对应于 层界面。 9.2 声波速度测井（AC） 声波时差测井曲线的应用 划分地层 不同的岩层具有不同的t对于厚

9、层(hl)曲线的半幅点对 应于界面 。 9.2 声波速度测井（AC） 识别气层气与油和水相比有两个重要特点： 气的声速比油和水的要小的多 。气对声幅的衰减比油和水严重 的多。9.2 声波速度测井（AC） 识别气层气层的声波时差明显大于油层和水层;气层 容易引起周波跳跃注意：用声波时差识别气层一定要排除假象： 泥浆中的气浸 严重扩径碳酸盐岩中的裂缝带 。 9.2 声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度方法一 用岩芯刻度测井；方法二 用体积模型法推导： 其中：tma骨架的声波时差tf孔隙流体的声波时差(通常 为泥浆滤液的声波时差)。 9.2 声波速度测井（AC）9.2 声波速度测井（AC）9.2 声

10、波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度注意：用t求时一定要注意其应 用条件。当某些条件有差异时,就 要进行相应的校正 。 9.2 声波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度若地层孔隙中并非完全是泥浆滤 液时就要进行油气校正： 9.2 声波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度压实校正 ： 9.2 声波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度cp的确定方法方法:用邻层泥岩的声波时差与标准 泥岩的声波时差进行确定 的单位为 ： 的单位为 ：为泥岩的声波时差9.2 声波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度将s与实验分析的比较岩石的真孔隙度 9.2 声波速度测井（AC） 确定地层的孔隙度泥质校正 :9.3 声幅测井 井

11、分为裸眼和套管井两种 ,声波在这两种井中的传播是有 一定的差别的,所以声幅测井的 原理及应用就不尽相同。 9.3.1裸眼井中的声幅测井仪器结构记录的信 息:滑行纵波首 波的幅度9.3.1裸眼井中的声幅测井主要用途:判别气层:气对声幅的衰减较油和气 都要大(条件是冲洗带中有气存在)识别裂缝及溶洞带:裂缝的反射使声幅减弱洞处的散射、干涉、反射使声幅减 弱 。 9.3.2套管井中的声幅测井 套管井中声波的传播及特点:1泥浆波:(1)直达波:到达R的时间及能量不变(2)一次反射波：到达R的时间及能量不 变(3)多次反射波：到达R的时间及能量不 变即在泥浆不变的井中,任意深度处的纵波 幅度基本相同。 9

12、.3.2套管井中的声幅测井2套管波：(1)滑行波：到达R的时间及能量不变。(2) 一次反射波： 到达R的时间与滑行波 到达接收器的时差相差微小可认为是同时 到达,但其能量的大小取决于套管与水泥的 胶结程度。(3) 多次反射波:能量很弱可忽略。即：套管波的幅度反映了套管与水泥的 胶结程度 。 9.3.2套管井中的声幅测井3水泥环波：(1)滑行波(2) 一次反射波(3) 多次反射波由于水泥环中存在许多的微裂缝( 液体不可液动),对声波幅度的衰减 严重,所以以上各种波到达R时能量 很弱(可忽略)。 9.3.2套管井中的声幅测井4地层波:只有滑行波。(1)到达R的时间随地层而变化(2)能量的大小一方面

13、与地层有 关,另一方面与两个界面的胶结情 况有关 。 9.3.2套管井中的声幅测井所以可以利用套管波及地层波评 价固井质量。套管井中各种波到达接收器的先 后顺序：套管波、水泥环波、地层波、泥浆波 9.3.2套管井中的声幅测井 固井声幅测井( 水泥胶结测井 ,CBL)仪器结构 记录的信息:套 管波的第一个波 峰的幅度 。 9.3.2套管井中的声幅测井 固井声幅测井 曲线 。 9.3.2套管井中的声幅测井 应用：检查固井质量：相对幅度0.4时, 水泥与套管胶差。9.3.2套管井中的声幅测井 声波变密度测井(VDL) 记录的信息:套管中所有纵波（套管波、水泥 环波、地层波、泥浆波 ）的幅度9.3.2

14、套管井中的声幅测井 声波变密度测井 (VDL) 显示方式：波形方式：优点：直观缺点：不连续 9.3.2套管井中的声幅测井调辉方式：用正半周波幅的大小 控制荧光屏上象点的辉 度一信号(波幅)大, 辉 度(亮度)强,在胶片上 影像黑,由胶片晒出的 测井图与胶片上的图像 一致。测井图由黑白相间的 条带构成,条带越黑,声 幅越强9.3.2套管井中的声幅测井 声波变密度测井 (VDL) 声波变密度测井的 应用：检查固井质量 9.4 长源距声波全波列测井9.4.1 全波列 波列的成分 纵波 横波 假瑞利波 斯通利 波 各种波由T到达R的先后顺序 滑行纵波 滑行横波 假瑞利波 斯通利波 9.4.2全波列测井

15、记录的信息 所有波的速度和幅度 滑行纵波 滑行横波 假瑞利波 斯通利波 9.4.2全波列测井显示方式 波形图（WF） 9.4.2全波列测井显示方式 变密度（VDL） 9.4.2全波列测井9.4.2全波列测井 全波列测井资料的应用 用纵波时差（ ）和横 波时差（ ）判别岩性 ： 岩性 石英 1.487 砂岩 1.581.78 白云石 1.8 白云岩 1.772.15 方解石 1.9 石灰岩 1.672.159.4.2全波列测井全波列测井资料的应 用 确定岩层的孔隙度用纵波时差确定孔隙 度方法与声速测井同用横波时差确定孔隙 度方法与纵波同 9.4.2全波列测井全波列测井资料的应用 识别孔隙中流体的类型油层：相对于水层： ，气层：相对于油层： ，9.4.2全波列测井全波列测井资料的应用 识别裂缝的类型（水平、垂直、斜 交、网状） 低角度裂缝对纵、横波幅度都有衰 减，横波的衰减相对于纵波要大。 高角度裂缝对纵波衰减不明显，对 横波及后续波造成严重的干涉，使 波形畸变。9.4.2全波列测井全波列测井资料的应用 确定岩层的机械特性： 弹性模