《第六章声波测井》ppt课件

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1、第六章 声波测井 （Acoustic log）,声波测井,研究方法：在井内发射声波，使声波在地层或井内其它介质中传播，测量声波在传播时的速度或幅度变化,研究的对象：井孔周围地层或其它介质的声学性质(速度、能量、频率变化等),应用：确定岩性，计算孔隙度，判断气层，检查固井质量,确定地层弹性参数等,物理及地质基础：不同岩石的弹性力学性质不同,使其声波传播速度、衰减规律不同,二.声波测井将岩石近似为弹性介质,理想的弹性介质是连续、均匀、各向同性和完全弹性的介质,三.岩石的弹性力学参数,（1）杨氏模量E：,物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生变形的难易程度,

2、（2）泊松比 ：,是表示物体发生几何形变的系数,（3）体积密度：单位体积岩石的质量，g/cm3,所有介质泊松比的值都在0-0.5之间,常见岩石的平均值约为0.25,（1）纵波速度Vp与横波速度Vs,四、岩石的声学参数,（2）声波时差 （慢度slowness）,纵波时差 ：,横波时差 ：,单位：s/m 或 s/ft,（3）声阻抗Z（声速与密度的乘积）,（4）声衰减系数,是岩石对声波的衰减（吸收）系数，它与介质的声速、密度及声波的频率有关 。,Z=,气体和液体对声波的粘滞和热传导衰减系数:,消除频率影响的衰减系数:,水的As=2510-15,空气的As=2.010-11,五.井内声波的发射和接收,

3、压电效应：压电陶瓷晶体(锆钛酸铅)在外力作用下产生变形时，会引起晶体内部正、负电荷中心发生位移而极化，导致晶体表面出现电荷累积。,逆压电效应：将晶体置于外电场中，电场的作用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从而导致晶体表面产生变形。,声系,发射探头T:将电能转换为声能,逆压电效应,接收探头R:将声能转换为电能,压电效应,测井现用于发射和接收纵波的压电陶瓷制成有限长的圆管(单极子或对称声源)，其原始极化方向是圆周方向。,声源指向角特性花瓣图,圆柱状声源,声压最大值方向,有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性,偶极子声源振动示意图,p波,s波,漏泄模式,斯通利波,视瑞利波,六、单极子声源在充液

4、裸眼井中的声波全波列,硬地层,反射定理：,折射定理：,当v1,v2一定时，,如果v2v1,当2=900,此时折射波以v2速度沿界面传播，称为滑行波.,1、滑行纵波和滑行横波,临界角：产生滑行波的入射角称为临界角。,产生滑行纵波的入射角称为第一临界角ip,产生滑行横波的入射角称为第二临界角is,（1） 产生条件:,V2V1,以临界角 入射,滑行波非均匀波，63%能量集中在1个波长内，在3个波长内能量占98%,这就决定了声速测井的探测深度，大约是1个波长，0.20.3m左右，相当于储层的冲洗带。,（2）滑行波能量分布,(3)滑行纵波、横波的特点,纵波：,1.首波(测井用源距的情况下),2.幅度小,

5、3.基本无频散,横波：,1.次首波,2.幅度比纵波大,3.无频散,2、视(伪)瑞利波(目前没有利用),井下岩石与井内液体界面上产生，沿岩石 表面传播，并不断向液体内泄漏能量。质 点运动轨迹是椭圆，短轴在井轴方向，长 轴垂直井轴。,截止频率,流体速度,视瑞利波特点：,(1)紧跟在横波后，无明显的波至点，很难 提取，对横波而言是噪声，波速与横波 相近,(2)幅度不大,(3)有频散，相速度 群速度,（4）有截止频率,3、斯通利波(管波),是沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层 滑行横波相互作用产生的。质点运动的轨 迹也是椭圆，长轴在井轴方向。,斯通利波特点：,(1)S波之后,(2)幅度最大,(3)略有

6、频散,(4)无截止频率，能量主要集中在低频段,应用前景：,(1)渗透率,(2)裂缝,4、漏泄模式波,地震上认为是透过很薄的折射层的首波 (P波)，测井上研究很少。,目前认为它是大于第一临界角的入射波 产生的全反射P波与井壁地层相互作用 产生的沿井壁在地层中传播的诱导波,可看成是纵波和横波合成，以纵波为主 的波。,2 声波速度(纵波)测井,声系（发射探头、接收探头）,电子线路（产生脉冲电流、放大接收信号）,二、单发双收声速测量原理,VpVm,发射探头有方向特性,保证各种地层都有以临界角入射的波,2、接收探头能接收到的波（路径）,（1）直达波,（2）反射波,（3）滑行波,3、使滑行波成为首波的条件

7、,(1)滑行波所经历的时间最短的路径,费尔玛时间最小原理：,声波以临界角 入射到两种介质的分 界面上后，沿边界以地层速度滑行，以 临界角方向折回泥浆到达接受器的路径 所用时间最短。,L,A,B,C,D,证明:,T可以看成是 x 的函数，要使T(x)最小，需满足T(x)=0,L,A,B,C,D,滑行波：,直达波：,(2)使滑行波先于直达波到达R 加大源距L（第一条件）,滑行波先于直达波到达接收探头必须满足:,即：,化简：,最低速泥岩V2=1800m/s，泥浆V1=1600m/s 标准井径=0.25m,探头直径=0.05m,临界源距,(3)在仪器外壳上刻槽(第二条件),作用：,使沿外壳传播的波多次

8、反射， 能量衰减,延长传播路径和时间,使不同相位的波相互叠加,(4)全波列测井源距为：,2.438 m 3.65 m,发射探头,接收探头,间距(span),R1，R2的中点，为深度记录点,源距,4、单发双收声系,声波时差：,声波传播单位距离(1m)所用的 时间，记为 t，单位 s/m。,曲线：,仪器匀速移动，记录声波时差随井 深变化曲线。,间距选择：,大小决定了纵向分辨率，减 小 可以提高分辨率，但声波 经过 岩层所需时间变短，测 量相对误差增大。,我国 = 0.5 m,A,B,C,D,E,F,滑行波到达R1、R2的时间差：,当井眼规则时：,5、单发双收声速测井的原理,探测深度：,纵向分辨率：

9、,一个波长(0.2-0.3m),测量的是 范围内的 地层速度的平均值(0.5m),探测特性,三、井眼补偿声速测井,1.井眼扩大对单发双收 的影响,扩径井段上界面,增大,扩径井段下界面,减小,2、双发双收井眼补偿声速测井,最终记录其声波时差为：,T1和T2交替发射声脉冲， 分别测量时差 和 。,优点,T1,T2,R1,R1,消除了扩径的影响,可消除深度误差,缺点,分辨率降低,对低速地层会出现“盲区”,盲区,测量TR1传播时间,测量TR2传播时间,测量TR1传播时间,3、单发双收井眼补偿声速测井,按下式计算补偿后的 声波时差,测量TR2传播时间,四、声速测井资料的应用,1、确定孔隙度,2、 识别气

10、层和裂缝（周波跳跃）,周波跳跃：,地层对声波衰减过大，使仪器（第二个接收探头）未能检测到首波波至，导致声波时差变大，或忽高忽低的变化,门槛检测技术,声波能量(幅度)衰减原因:,介质吸收：吸收系数,反射和折射能量分配( 反射和折射系数),产生周波跳跃的原因：,气层：介质吸收声能，使幅度减小。,裂缝：声波在裂缝间多次反射和折射造成 衰减,3、合成地震记录, 地震子波, 反射系数序列,地震资料与测井资料的主要差别：,纵向分辨率,地震 2030 m,声速测井 0.5 m,3 (长源距)声波全波列测井,一、声系(CSU系列),WF1,WF2,WF3,WF4,2ft,8ft,2ft,间距:,最小源距：,最

11、大源距：,二、记录内容,：T1R1传播时间,：T1R2传播时间,：T2R1传播时间,：T2R2传播时间,：源距为8ft 的井眼补偿时差,：源距为10ft 的井眼补偿时差,全波列波形记录,源距为8ft的纵波时差,：T1R1传播时间,：T1R2传播时间,：T1R2传播时间,：T2R2传播时间,1、纵波时差,源距为10ft的纵波时差,：T2R1传播时间,：T2R2传播时间,：T1R1传播时间,：T2R1传播时间,2、横波时差,横波时差的计算方法与纵波相同，关键 是确定横波首波。,(1)确定横波首波初始点出现的时间范围,纵波初始点到达时间为 ，则横波初始点 出现时间的范围是 。,(2)确定纵波初始点至

12、横波初始点之间波峰的个 数,纵波延续59个波峰后会出现横波初始点,59个波峰,(3)用类比法确定横波初始点,P,S,a=(a1, a2, a3 an),b=(b1, b2, b3 bn),(4)相似相关法,在近源距波列上设置取值时窗(n个点)， 得到近波波列数据: a=(a1, a2, a3 an)。,在远源距波列上设置搜索时窗（即搜索范 围）、起始点及长度，提取远波波列数据： b=(b1, b2, b3 bn)。,计算相关系数，两个相似信号的相关系数：,相关函数的极大值所对应的序号，即为 b(m)相对a(m)延迟的点数。,3纵横波时差比DTR,4泊松比,5纵波平均能量（幅度）EP,同一深度的

13、四个波形的纵波首波幅度的 平均值,6横波平均能量（幅度）ES,横波首波幅度平均值（ES EP）,7横波时差品质因素QS,QS = ES / EP,12 DTS 可靠,10.25 DTS 可以用,0.250 DTS 无效,四、全波资料的应用,1岩性分析（大量实验测量结果）,DTR (不随 变化),砂岩： DTR = 1.61.8,白云岩：DTR = 1.8,石灰岩：DTR = 1.9,声波全波列的形态也与岩性有密切关系,2岩石力学性质计算,(1)计算岩石弹性参数,4 声波幅度测井,一、套管井固井后井孔附近介质分布,厚7.5211.51mm Vp=54005700m/s,厚2060mm Vp=27

14、404880m/s,第一界面：套管与水泥环界面 第二界面：水泥环与地层界面,二、套管井中声波全波列,1. 套管波：套管中的滑行纵波,2.水泥环波：在水泥环中传播的波。由于胶结好有微裂缝，胶结不好不够致密，水泥环波能量（幅度）很小,3.地层波：可粗略的看成是透过很薄的套管和水泥环发生临界折射形成的,4.泥浆波：是沿泥浆传播，直接到达接收器的波,三.影响套管波幅度的因素,四.幅度与第一界面胶结情况的关系,a.泥浆吸收 b.界面吸收 c.反射和折射能量分配 d.在套管中传播时能量的衰减,（1）胶结好，套管波幅度小,（2）胶结不好，套管波幅度大,五、固井声幅测井（CBL-cement bond log

15、),1）声系： 采用单发单收声系, 源距为1m,1、测量原理,2）按套管波第一正峰到达时间（固定门声幅） 对其幅度进行采样,3）再将它们展宽放大，经积分电路平滑后输出 直流电压,4）记录电压随深度变化曲线,5)在固井后24-40小时测量,相对幅度40%，胶结质量差；,2、应用,检查第一界面的固井质量,相对幅度=目的层声幅/自由套管处声幅,1.变密度测井记录方式,(1)记录前12-14个波的幅度和到达时间 (2)R将声信号转化成和幅度成正比的电信号 (3)放大后送地面检波，保留前12-14个波的正半周 (4)用正半周的幅度（电压）调节示波器上12-14个光点的辉度 (5)波到达时间以x轴的位移量表示 (6)在胶片上记录光点的辉度,六、声波变密度测井（VDL),(1)波列顺序 ： 前3个波为套管波（直线） 4-6个为水泥环波（弱） 7个以后为地层波（曲线）,2.变密度测井图分析固井质量,(2)固井质量,第二界面胶结好：地层波颜色深（幅度大）,第一界面胶结好：套管波颜色浅（幅度小）,a.自由套管（套管外无水泥）和第一、第二界面均未胶结：,VDL图上：左端（