4.测井-声波测井剖析课件

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1、第三章第三章 声波测井声波测井声波测井：声波测井：是通过研究是通过研究声波声波在井下岩层和介质中的传播在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的特性，从而了解岩层的地质特性地质特性和井的和井的技术状况技术状况的一种的一种测井方法。测井方法。本章主要内容：本章主要内容： （1）岩石的声学特性）岩石的声学特性 （2）声速测井）声速测井 （3）声幅测井）声幅测井第一节第一节 岩石的声学性质岩石的声学性质是一种机械波，是介质质点是一种机械波，是介质质点振振动动向四周的传播。向四周的传播。目前声波测井使用的频率为目前声波测井使用的频率为20Hz20Hz2MHz2MHz。声声 波波 20HZ 20HZ

2、频率频率 20KHZ 20KHZ次次声波声波 频率频率 20HZ 20HZ超超声波声波 频率频率 20KHZ20KHZ什么叫声波？什么叫声波？一、岩石的弹性及弹性参数一、岩石的弹性及弹性参数是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。1 1、弹性、弹性2 2、物体的分类、物体的分类弹性体弹性体塑性体塑性体受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。弹性体：弹性体：产生永久形变。产生永久形变。塑性体：塑性体：可变成可变成 在在声声波波测测井井中中，声声源源的的能能量量很很小小，声声波波作作用用

3、在在岩岩石石上上的的时时间间很很短短，因因而而岩岩石石可可以以当当成成弹弹性性体体，在在岩岩石石中中传传播播的声波可以被认为是的声波可以被认为是弹性波弹性波。3 3、描述弹性体的参数、描述弹性体的参数（1 1）杨氏模量）杨氏模量E(E(定义为应力与其应变之比定义为应力与其应变之比) )F F作用外力；作用外力；l l、s s分别为弹性体长度、横截面积；分别为弹性体长度、横截面积；E E弹性体的杨氏模量，弹性体的杨氏模量，kg/cmkg/cm2 2或或dyn/cmdyn/cm2 2F/SF/S为作用于单位面积上的力，称为为作用于单位面积上的力，称为应力应力。 为弹性体在力方向上的相对形变，称为为

4、弹性体在力方向上的相对形变，称为应变应变。物理意义：物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度描述弹性体发生形变的难易程度。HookHook定律：定律：（2 2）泊松比）泊松比（定义为（定义为外力作用下，弹性体外力作用下，弹性体的横向应变与纵向应变之比的横向应变与纵向应变之比） = = 弹性体的横向应变弹性体的横向应变/ /纵向应变纵向应变 = =（d/dd/d）/ /（l/ll/l）物理意义：描述弹性体物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。形状改变的物理量。dlF（3 3） 体积弹性模量体积弹性模量 K K （定义为（定义为应力与弹性体的体应变之比应力与弹性体的体应变之比）K = K = 应力应

5、力/ /体应变体应变 = =（F/SF/S）/ /（V/VV/V） （kg/cmkg/cm2 2）体应变也称膨胀率体应变也称膨胀率（4 4）切变模量）切变模量（ ） 切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。 ：切变角：切变角 tg tg =l/d =l/d当当 很小时，很小时，tg = l/dFt d dll切变波的特点切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。：体积不变，边角关系发生变化。 = = 切应力切应力/ /切应变切应变 = =（Ft/sFt/s）/ / = = （Ft/sFt/s）/ /l/dl/d剪切模量剪切模量 是弹性体在剪切力是弹性

6、体在剪切力FtFt作用下，切应力（作用下，切应力（Ft/sFt/s）与剪）与剪切变切变 之比。之比。二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性1 1、纵波、横波的定义、纵波、横波的定义纵波（压缩波或纵波（压缩波或P P波波）：）：横波（剪切波或横波（剪切波或S S波波）：）：介质质点的振动方向与波的传播发向介质质点的振动方向与波的传播发向一致一致的波。的波。介质质点的振动方向与波传播方向介质质点的振动方向与波传播方向垂直垂直的波。的波。在井下，纵波和横波都能在地层传播，而在井下，纵波和横波都能在地层传播，而泥浆中只能传播纵波。泥浆中只能传播纵波。注意注意横波不能在流体（气、液体）中传

7、播。横波不能在流体（气、液体）中传播。纵波可以在气体、液体和固体中传播。纵波可以在气体、液体和固体中传播。2 2、岩石的声速特性、岩石的声速特性声波在介质中的传播特性主要指声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅声速、声幅和和频率频率特性。特性。纵波速度纵波速度横波速度横波速度E E杨氏模量杨氏模量泊松比泊松比介质密度介质密度常见岩石及某些物质纵波传播速常见岩石及某些物质纵波传播速度（或传播时差）见度（或传播时差）见P78P78表表3-13-1纵横波比纵横波比由于大多数岩石的泊松比等于由于大多数岩石的泊松比等于0.250.25，所以岩石的纵横波速度比，所以岩石的纵横波速度比为为1.731.73。

8、可见，岩石中传播的。可见，岩石中传播的纵波比横波速度快纵波比横波速度快。一般，岩石。一般，岩石的密度越大，传播速度越快，反之亦然。的密度越大，传播速度越快，反之亦然。在声速测井中，纵波是首波。在声速测井中，纵波是首波。三、声波在介质界面上的传播特性三、声波在介质界面上的传播特性1 1、声波在界面上的反射和折射、声波在界面上的反射和折射12入射波入射波P P反射波反射波折射波折射波P1S1V1V2P2S21 1折射定律折射定律Vp1Vp21901 1* *第一临界角第一临界角滑行纵波滑行纵波Vp1Vs2290折射定律折射定律2 2* *第二临界角第二临界角滑行横波滑行横波在产生滑行纵波和滑行横波

9、以后，其逆过程也成立。在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。T滑滑行行波波R辐射能辐射能1 1* * 或或2 2* *滑行纵波和横波沿界面滑行滑行纵波和横波沿界面滑行时，将沿临界角方向向介质时，将沿临界角方向向介质中辐射能量。对于井下岩中辐射能量。对于井下岩层，一般都满足层，一般都满足v vm m （泥浆速（泥浆速度）度）v vp p（地层速度）（地层速度）第一第一临界条件，因此井中很容易临界条件，因此井中很容易激发沿井壁滑行的地层纵波。激发沿井壁滑行的地层纵波。介质名称介质名称VP (m/s)VP (m/s)VS (m/s)VS (m/s)第一临界角第一临界角第二临界角第二临界角泥

10、岩18009506244不产生滑行横波砂 层（疏松）263015183728不产生滑行横波砂 岩（疏松）3850230024334405砂 岩（致密）55003200165530石灰岩（骨架）7000370013132537白云岩（骨架）7900440011412119钢 管5400310017413104常见介质的纵横波速度及第一第二临界角常见介质的纵横波速度及第一第二临界角2 2、反射和折射系数（、反射和折射系数（R R、T T）反射系数反射系数R R： 1 1 、 2 2分别为介质分别为介质、的密度的密度V V1 1 、V V2 2分别为介质分别为介质、的纵波速度的纵波速度R R= W=

11、 WR R/W= /W= （ 2 2V V2 2- - 1 1 V V1 1）/ / （ 2 2V V2 2+ + 1 1 V V1 1）反射波的能量反射波的能量W WR R与入射波的能量与入射波的能量W W之比。之比。折射波的能量折射波的能量WTWT与入射波的能量与入射波的能量W W之比。之比。T = WT = WT T/ W/ W =2=2 1 1 V V1 1/ / （ 2 2V V2 2+ + 1 1 V V1 1）透射系数透射系数T T：3.3.波阻抗、声耦合率波阻抗、声耦合率1 1）波阻抗）波阻抗 Z=Z=波的传播速度波的传播速度* *介质的密度介质的密度 =V=V 2 2）声耦合

12、率）声耦合率两种介质的声阻抗之比：两种介质的声阻抗之比：Z Z1 1/Z/Z2 2Z Z1 1/Z/Z2 2越大或越小，声耦合越差，越大或越小，声耦合越差，R R大，大，T T小，声波不易从介质小，声波不易从介质1 1到介质到介质2 2中去。中去。Z Z1 1/Z/Z2 2越接近越接近1 1，声耦合越好，声耦合越好，R R小，小，T T大，声波易从介质大，声波易从介质1 1到介质到介质2 2中去中去。4.4.井壁固液界面产生的两种波井壁固液界面产生的两种波A. 瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混在一起不与横波混在一起不易区分易区分。）。） 在弹性介

13、质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种波叫瑞利波波叫瑞利波波叫瑞利波波叫瑞利波(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点： (1)(1)(1)(1)产生在弹性介质的自由表面。产生在弹性介质的自由表面。产生在弹性介质的自由表面。

14、产生在弹性介质的自由表面。 (2)(2)(2)(2)质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。 (3)(3)(3)(3)质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横波质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横波质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横波质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横波波速的波速的波速的波速的8080808090909090。瑞利波示意图瑞利波示意图B. 斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）由在泥浆中传播的纵波与在由在泥浆中传播的纵波与在井壁中传播的横波相干产生的相干波。速度很低且可用

15、于计算地井壁中传播的横波相干产生的相干波。速度很低且可用于计算地层渗透率。层渗透率。 斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点： （1 1 1 1）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。 （2 2 2 2）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。 （3 3 3 3）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。）低速，速度小于在钻井液中传播的直达

16、波。）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。 在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低的声波。低的声波。低的声波。低的声波。纵波纵波横波和横波和瑞利波瑞利波直达波直达波斯通利波斯通利波波波幅幅A A时间时间t t声波测井接收器收到的全波列示意图声波测井接收器收到的全波列示意图第二节第二节 声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）声时差测井声时差测井测量声波通过井下单位厚度岩层的传播时测量声波通过井下单位厚度岩层的传播时间，即时差间，即时差tt（s/ms/m），由

17、于时差的倒数就是声速），由于时差的倒数就是声速v v（m/sm/s），因此又叫声速测井。），因此又叫声速测井。一、单发双收的测量原理一、单发双收的测量原理ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEGR R：接收探头：接收探头声能转化为电能声能转化为电能T T：发射探头：发射探头电能转化为声能电能转化为声能1 1、产生滑行波的条件、产生滑行波的条件 V V地层地层 V V泥浆泥浆 产生滑行波的过程是可逆的产生滑行波的过程是可逆的2 2、到达接收探头的波类、到达接收探头的波类折射纵波折射纵波直达波直达波反射波反射波3 3、让滑行纵波首先到达接收探头、让滑行纵波首先到达接收探头因因反

18、反射射波波、直直达达波波都都只只在在泥泥浆浆中中传传播播，V V地地大大于于V V泥泥，如如果果合合理理选择源距选择源距可以使滑行纵波首先到达接收探头，而成其为首波。可以使滑行纵波首先到达接收探头，而成其为首波。t=t2-t1=t=t2-t1=如果井径规则，则如果井径规则，则AB=DF=CEAB=DF=CE，上式为：，上式为：显显然然：CDCD正正好好是是仪仪器器的的间间距距（常常数），时差与声速成反比。数），时差与声速成反比。时差的单位：时差的单位： s/ms/m4 4、时差的表达式、时差的表达式时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。ABCDTR

19、1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEG5 5、输出的测井曲线、输出的测井曲线输出一条声波时差曲线输出一条声波时差曲线时差时差 s/ms/m纵波速度纵波速度横波速度横波速度密度密度 ，E E增加，增加， VpVp增加增加岩性不同岩性不同 弹性模量不同弹性模量不同 VPVP、VSVS的影响不同的影响不同 VPVP、VS VS 不同不同 二、岩石的声速特性及影响因素二、岩石的声速特性及影响因素1 1、V VP P、V VS S与与 、 、E E间的关系间的关系常见介质和岩石的密度与纵波速度常见介质和岩石的密度与纵波速度 2 2、孔隙度的影响、孔隙度的影响流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架

20、，相对讲，即使岩性相流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。同，其中的流体也不同。孔隙度孔隙度 传播速度传播速度3 3、岩层的地质时代的影响、岩层的地质时代的影响实际资料表明：实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。4 4、岩层的埋藏深度、岩层的埋藏深度岩性和地质时代相同：岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加埋深增加导致传播速度增加结论：结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。隙度。三、声波时差曲线的影响因素三、声波时差曲线的影响因素声波时差曲线反映岩层的声

21、速，声速高的时差值低，声波时差曲线反映岩层的声速，声速高的时差值低，声速低的时差值高，因此时差值受声速低的时差值高，因此时差值受地层特性地层特性的控制，的控制，此外还受到此外还受到井条件井条件及及仪器本身仪器本身的影响。的影响。1 1、井径的影响。扩径段声波时差发生变化，使时差曲线出、井径的影响。扩径段声波时差发生变化，使时差曲线出现假异常。现假异常。(a)(a)上发射下接收上发射下接收下界面处下界面处tt上比无井径上比无井径异常时差偏小异常时差偏小，上界面处上界面处tt上比无井径上比无井径异常时差偏大异常时差偏大，(b)(b)下发射上接收下发射上接收下界面处下界面处tt下比无井径下比无井径异

22、常时差偏大异常时差偏大，上界面处上界面处tt下比无井径下比无井径异常时差偏小异常时差偏小。井径对声速测井曲线影响的实例见图。井径对声速测井曲线影响的实例见图。2.2.岩层厚度的影响岩层厚度的影响（1 1）厚层（厚层（hlhl间距间距),),曲曲线的半幅点为层界面线的半幅点为层界面, ,曲曲线幅度的峰值为时差。线幅度的峰值为时差。（2 2）薄层（）薄层（ h hl l间距）间距）曲线受围岩的影响大，高曲线受围岩的影响大，高速地层的时差增加，用半速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面（幅点确定的层界面（视厚视厚度度) )岩层的真实厚度。岩层的真实厚度。间距间距间距间距3 3 、周波跳跃的影响、周波

23、跳跃的影响（1 1） 产生的原因产生的原因 声波在具有裂缝和溶洞的地层中传播时，会因产生多次反射而声波在具有裂缝和溶洞的地层中传播时，会因产生多次反射而使能量明显衰减，特别是裂缝发育层段，滑行纵波的幅度急剧衰减，使能量明显衰减，特别是裂缝发育层段，滑行纵波的幅度急剧衰减，以致第二道接收波列的首波不能触发记录，而往往是后续波以后的以致第二道接收波列的首波不能触发记录，而往往是后续波以后的第二、第三或者第四各续至波触发记录。这在声速时差曲线上表现第二、第三或者第四各续至波触发记录。这在声速时差曲线上表现为时差急剧增大，增大的数值有一定的规律，那就是以声波中心频为时差急剧增大，增大的数值有一定的规律

24、，那就是以声波中心频率周期的倍数增大，这种现象称为率周期的倍数增大，这种现象称为“周波跳跃周波跳跃”。（2 2）周波跳跃的特点）周波跳跃的特点时差值大大增加时差值大大增加且呈周期性的跳跃且呈周期性的跳跃（3 3） 产生周波跳跃的各种情况产生周波跳跃的各种情况含气的疏松砂岩含气的疏松砂岩泥浆气侵泥浆气侵裂缝性地层或破碎带裂缝性地层或破碎带在现场解释中周波跳跃往往可以作在现场解释中周波跳跃往往可以作为气层或裂缝带的特征。为气层或裂缝带的特征。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）四、四、 双发双收声系双发双收声系补偿声波时差补偿声波时差 为了消除深度误

25、差及井径不规则所引起的误差。人们一般为了消除深度误差及井径不规则所引起的误差。人们一般利用双发双收声系。它由两个发射探头利用双发双收声系。它由两个发射探头T1T1、T2T2、R1R1、R2R2组成，组成，R1R1、R2R2位于中间，位于中间，T1T1和和T2T2交替发射声波脉冲，由交替发射声波脉冲，由R1R1、R2R2各记录各记录一次，然后将两次记录的时差求平均值，作为当前一次，然后将两次记录的时差求平均值，作为当前R1R1、R2R2对应对应的地层的声波时差。下面来分析双发双收声系是怎样减小或消的地层的声波时差。下面来分析双发双收声系是怎样减小或消除深度误差和井眼不规则的影响的。除深度误差和井

26、眼不规则的影响的。1.1.消除深度误差消除深度误差 双发双收声系的记录点双发双收声系的记录点O O位于位于R1R1、R2R2的中点。当的中点。当T1T1工作时，工作时，反映的是反映的是B1C1B1C1段（中点为段（中点为O1O1）地层的时差平均值。当）地层的时差平均值。当T2T2工作时，工作时，反映的是反映的是B2C2B2C2段（中点为段（中点为O2O2）地层的时差平均值。）地层的时差平均值。 单发双收单发双收 双发双收双发双收 双发四收双发四收 当当R1R1、R2R2附近的地层岩性没有发生变化时，由于附近的地层岩性没有发生变化时，由于 ， 因此取两次测量结果的平均值反映的是因此取两次测量结果

27、的平均值反映的是O O点处的时差平均值。实际点处的时差平均值。实际记录点为记录点为O O点，此时实际记录点和仪器记录点重合，不再发生深度点，此时实际记录点和仪器记录点重合，不再发生深度误差。误差。2.2.井眼补偿井眼补偿 ， 同一界面处同一界面处tt上因井径变化引起的增上因井径变化引起的增大（减小）量与大（减小）量与tt下因井径变化引起下因井径变化引起的减小（增大）相等，平均后消除井的减小（增大）相等，平均后消除井径影响。径影响。3 3、盲区补偿、盲区补偿 双发双收声系的缺点是薄层分辨能力差，不如单发双收声系。双发双收声系的缺点是薄层分辨能力差，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波必须是入射波在

28、传播过程中以一定的倾斜角入这是由于滑行纵波必须是入射波在传播过程中以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射，使射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射，使得两次时差记录的井段不能完全重合。特别是低速地层和大井径得两次时差记录的井段不能完全重合。特别是低速地层和大井径的井眼，这一问题更为明显，而且有时会出现的井眼，这一问题更为明显，而且有时会出现“盲区盲区”现象。现象。 主要是滑行波在传播时必须是以一定的倾斜角入射到井壁上主要是滑行波在传播时必须是以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，特别是低速地层和大井径的井眼，由于临界角大，时才能产生，特别是低速地层和

29、大井径的井眼，由于临界角大，这些现象更明显。当这些现象更明显。当T1T1发射声信号时，发射声信号时，R1R1和和R2R2记录到的时差反映记录到的时差反映的是的是A1B1A1B1井段上的值；当井段上的值；当T2T2发射时，发射时，R1R1和和R2R2记录到的时差反映的记录到的时差反映的是是A2B2A2B2井段上的值，因此，双发双收井眼补偿声波测井值并不能井段上的值，因此，双发双收井眼补偿声波测井值并不能反映两个接收探头反映两个接收探头R1R1和和R2R2所对应地层的声速时差，也就是说，整所对应地层的声速时差，也就是说，整个接收探头所对应的地层好像探测不到一样。把这种由于双发双个接收探头所对应的地

30、层好像探测不到一样。把这种由于双发双收声系测量引起的探测不到的地层层段称为盲区。收声系测量引起的探测不到的地层层段称为盲区。T T1 1R R1 1R R4 4T T2 2R R2 2R R3 3T T1 1R R4 4T T2 2R R2 2五、声波测井曲线的特点五、声波测井曲线的特点 声波测井曲线是声速测井仪测量到的声波时差随深度变化声波测井曲线是声速测井仪测量到的声波时差随深度变化的关系曲线，对于比较理想的地层，如厚的泥岩夹有砂岩薄层的关系曲线，对于比较理想的地层，如厚的泥岩夹有砂岩薄层的情况。的情况。声波曲线的特点：声波曲线的特点： 当目的层上下围岩声波时差一致时，曲线当目的层上下围岩

31、声波时差一致时，曲线对称对称于地层中点。于地层中点。岩层界面位于时差曲线岩层界面位于时差曲线半幅点半幅点在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层时差的在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层时差的加加权平均权平均效应，既不能反映目的层时差，也不能反映围岩时差。效应，既不能反映目的层时差，也不能反映围岩时差。 当目的层足够厚且大于间距时，测量时差的曲线对应地层中当目的层足够厚且大于间距时，测量时差的曲线对应地层中心处一小段的心处一小段的平均读值是目的层时差平均读值是目的层时差。 六、时差曲线的应用六、时差曲线的应用1.1.判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面据流体密度

32、和声速有：据流体密度和声速有：V V水水 V V油油 V V气气在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层, ,其特征其特征: :周波跳跃周波跳跃高时差高时差 30 30微秒微秒/ /米米气气层层2 2、划分地层、划分地层 （确定地层的岩性确定地层的岩性）由于不同岩性地层具有不同的声速，因此由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时可以用时差划分地层差划分地层。致密岩石的时差致密岩石的时差 孔隙性岩石的时差孔隙性岩石的时差岩层的孔隙增加岩层的孔隙增加-声速下降声速下降-时差增加时差增加砂岩的时差砂岩的时差 泥岩的时差泥岩的时差白云岩白云岩: : ttmama=1

33、43 =143 s/m s/m （43.5 s/ft） 无水硬石膏无水硬石膏: : ttmama=164 =164 s/ms/m （50 s/ft） 岩盐时差岩盐时差: t: tmama=220 =220 s/m s/m 淡水淡水: t: tmfmf=620 =620 s/m s/m 盐水盐水:t:tmfmf=608 =608 s/m s/m 对膏岩剖面有很强的分辨力对膏岩剖面有很强的分辨力, ,由于岩盐和无水石膏在时差曲线上由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大区别很大, ,很容易识别。很容易识别。砂岩的理论骨架时差砂岩的理论骨架时差:t:tmama=182 =182 s/ms/m ( (硅

34、质胶结硅质胶结) )灰岩灰岩: : ttmama=156=156 s/m s/m （47.5 47.5 s/ft） 1m=3.28ft3 3、计算孔隙度、计算孔隙度（1 1） 体积物理模型体积物理模型根根据据测测井井方方法法的的探探测测特特性性和和岩岩石石的的各各种种物物理理性性质质上上的的差差异异, ,把把岩岩石石体体积积分分成成几几个个部部分分, ,然然后后研研究究每每一一部部分分对对岩岩石石宏宏观观物物理量的贡献理量的贡献, ,并视宏观物理量为各部分贡献之和。并视宏观物理量为各部分贡献之和。测井参数测井参数* *总体积总体积=测井参数测井参数* *相应体积相应体积 b b= = f*f*

35、 + + mama（1- 1- ）流体流体骨架骨架纯岩石纯岩石（2 2）用时差求孔隙度的公式）用时差求孔隙度的公式 t= t= t tf f * * + + t tmama（1- 1- ）固结压实的纯地层固结压实的纯地层代入各参数：代入各参数： s s=30%=0.3=30%=0.3解：解： 根据已知条件可得：根据已知条件可得：例题：已知：一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层的时差为：例题：已知：一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层的时差为：313.4 313.4 s/ms/m ， t tmama=182 =182 s/ms/m ， t tf f =620 =620 s/ms/m，求：求：该层的该

36、层的孔隙度孔隙度裸眼井的声幅测井裸眼井的声幅测井套管井的声幅测井套管井的声幅测井变密度测井变密度测井本节主要介绍：本节主要介绍：第三节第三节 声幅测井声幅测井声波幅度测井声波幅度测井：是通过测量声波在地层或套管内传播过程中幅度的衰减变化来认识地层性质和固井水泥胶结情况的一种声波测井方法。一、裸眼井的声幅测井一、裸眼井的声幅测井1 1、目的：、目的：划分硬地层的裂缝带划分硬地层的裂缝带2 2、声系及测量、声系及测量（1 1）单发单收：）单发单收：测量地层滑行纵波的首波幅度测量地层滑行纵波的首波幅度。（2 2）双发双收声系：）双发双收声系：测量两接收探头的滑行纵波的幅度差测量两接收探头的滑行纵波的

37、幅度差。3 3、声波能量变化的两种方式、声波能量变化的两种方式（1 1）地层吸收声波能量而使幅度衰减）地层吸收声波能量而使幅度衰减（2 2）存在声阻抗不同的两种介质界面上，）存在声阻抗不同的两种介质界面上，折射、反射使声波的能量发生变化。折射、反射使声波的能量发生变化。两两种种变变化化同同时时存存在在，以以哪哪种种情情况况为为主主，视视具具体体情况而论情况而论在裂缝发育及疏松岩石的井段，声幅的衰减主要是在裂缝发育及疏松岩石的井段，声幅的衰减主要是地层的吸地层的吸收收声波能量所致。声波能量所致。套管井中波幅的变化主要和套管与地层介质之间的界面引起的套管井中波幅的变化主要和套管与地层介质之间的界面

38、引起的声波能量分布有关。由此，声波能量分布有关。由此，在裸眼井中用声幅测井可划分裂缝在裸眼井中用声幅测井可划分裂缝带和疏松岩石的地层，带和疏松岩石的地层，套管井中的声幅测井主要用来评价固井套管井中的声幅测井主要用来评价固井质量。质量。4 4、滑行波幅度衰减和地层情况间的关系、滑行波幅度衰减和地层情况间的关系1 1）不同角度的裂缝对波的衰减不同）不同角度的裂缝对波的衰减不同与水平线的夹角与水平线的夹角50- 8050- 80垂直裂缝垂直裂缝与水平方向的夹角与水平方向的夹角 30 疏疏),),由此声波通过较大裂缝由此声波通过较大裂缝, ,其其接收到的能量比非裂缝地层低得多。接收到的能量比非裂缝地层

39、低得多。声波通过裂缝声波通过裂缝, ,能量衰减与裂缝的张开度、发育程能量衰减与裂缝的张开度、发育程度有关，对于纵波，张开度大和裂缝发育，则声幅度有关，对于纵波，张开度大和裂缝发育，则声幅衰减增加，测得的声幅低。衰减增加，测得的声幅低。第一声学界面：第一声学界面：套管与水泥环套管与水泥环的交界面的交界面第二声学界面：第二声学界面：水泥环与井壁地层水泥环与井壁地层的交界面的交界面3 3）溶洞性地层）溶洞性地层对于溶洞性地层，波绕溶洞传播：对于溶洞性地层，波绕溶洞传播：（1 1）增加了波的传播路径）增加了波的传播路径（2 2）溶溶洞洞引引起起波波的的散散射射，造造成成声声波波能能量量较较大大幅幅度度

40、的的衰衰减减，所所以以声声波波在在溶溶洞洞性性地地层层传传播播，地地层层波波幅幅很很小小，溶溶洞洞对对波波的的衰衰减减相相当大当大。寻找裂缝和溶洞地层的特征：寻找裂缝和溶洞地层的特征：声幅曲线上，幅度值低。声幅曲线上，幅度值低。在时差曲线上，时差值高，可能出现周波跳跃。在时差曲线上，时差值高，可能出现周波跳跃。二、套管井的声幅测井（水泥胶结测井二、套管井的声幅测井（水泥胶结测井CBLCBL）1 1、声系：单发单收，源距为、声系：单发单收，源距为1 1米米TR水水泥泥套套管管泥浆泥浆20%40%mv2 2、接收到的信号、接收到的信号沿套管传播的滑行纵波（套管波）沿套管传播的滑行纵波（套管波）3

41、3、管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关、管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关套管波幅度受套管和管内介质的影响是一个定值，收到的信号套管波幅度受套管和管内介质的影响是一个定值，收到的信号幅度就取决与套管外介质的性质和分布。幅度就取决与套管外介质的性质和分布。4 4、评价水泥胶结质量、评价水泥胶结质量由于套管与水泥接触，且由于套管与水泥接触，且Z Z套套与与Z Z水泥水泥很接近，声耦合好，大部分很接近，声耦合好，大部分能量都被折射到水泥环中，而少部分能量折回到井中被记录，能量都被折射到水泥环中，而少部分能量折回到井中被记录，声幅值低。反之，水泥胶结不好，则声幅高。声幅值低。反之，水泥胶结不好

42、，则声幅高。对固井质量的判断应用对固井质量的判断应用相对幅度相对幅度的概念：的概念：相对幅度相对幅度 = = 目的层段曲线幅度目的层段曲线幅度/ /自由套管曲线幅度自由套管曲线幅度* *100%100%相对幅度相对幅度 20% 20% 水泥胶结良好水泥胶结良好20% 20% 相对幅度相对幅度 40% 40% 40% 水泥胶结差水泥胶结差自由套管自由套管管外为泥浆的井段管外为泥浆的井段5 5、影响水泥胶结测井的因素、影响水泥胶结测井的因素1)1)测井时间测井时间最好在注水泥后最好在注水泥后20-4020-40小时进行测量小时进行测量, ,因为因为水泥有个凝固过程水泥有个凝固过程，过早或过晚过早或

43、过晚, ,都会造成错误解释。都会造成错误解释。2)2)水泥环的厚度水泥环的厚度水水泥泥环环的的厚厚度度2cm 2cm ，对对套套管管波波的的衰衰减减是是个个定定值值, ,水水泥泥环环的的厚厚度度2cm,2cm,水泥环越薄水泥环越薄, ,对套管波的衰减越小对套管波的衰减越小, ,测得的声幅值高。测得的声幅值高。 3)3)仪器偏心和窜槽仪器偏心和窜槽不同方向到达的管波相位不同不同方向到达的管波相位不同, ,相互抵消相互抵消, ,测得的声幅值低。测得的声幅值低。4)4)气侵泥浆气侵泥浆气侵泥浆的吸收系数大气侵泥浆的吸收系数大, ,使声波的衰减很大使声波的衰减很大, ,此时测得的声幅低，此时测得的声幅

44、低，造成误解。造成误解。5) 5) 套管厚度套管厚度套管对声波的吸收是固定的套管对声波的吸收是固定的, ,但套管厚度越小但套管厚度越小, ,对声波的衰减对声波的衰减越大越大, ,测得的声幅值低。测得的声幅值低。6) 6) 微环微环固固井井时时, ,因因热热效效应应和和压压力力的的影影响响, ,套套管管膨膨胀胀, ,注注完完水水泥泥后后, ,又又可可能能收收缩缩, ,在在套套管管和和水水泥泥环环间间有有一一环环形形空空间间, ,间间隙隙0.1mm,0.1mm,它它使使声耦合率变差声耦合率变差, ,使测得的声幅值增加。使测得的声幅值增加。三、声波变密度测井三、声波变密度测井(VDL)(VDL)1

45、1、套管井中波传播的路径、套管井中波传播的路径(1) (1) 沿套管沿套管 (2)(2)井内泥浆井内泥浆(3) (3) 通过地层通过地层因为水泥的声速因为水泥的声速 钢的声速钢的声速, ,不满足产生滑行波的条件不满足产生滑行波的条件, ,所以没有所以没有通过水泥环的波。通过水泥环的波。2 2、接收波的先后顺序、接收波的先后顺序: :套管波套管波地层波地层波泥浆波泥浆波3 3、声波变密度测井、声波变密度测井1)1)声系声系2)2)目的目的全面评价水泥胶结质量全面评价水泥胶结质量, ,了解套管与水泥环、水泥了解套管与水泥环、水泥环与地层的胶结情况。环与地层的胶结情况。3 3）记录波的定义及顺序记录

46、波的定义及顺序 套管波套管波声波信号是在套管内传播的纵波，速度快，最先到达。声波信号是在套管内传播的纵波，速度快，最先到达。是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合，幅度值高。是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合，幅度值高。 地层波地层波单发单收单发单收 源距为源距为1.5m1.5m泥浆波泥浆波通过泥浆直接到达接收探头的波，它到达最晚、幅度稳定且幅通过泥浆直接到达接收探头的波，它到达最晚、幅度稳定且幅度变化不大、频率低。度变化不大、频率低。4 4）变密度记录方式变密度记录方式调辉记录调辉记录调宽记录调宽记录A A、调辉记录、调辉记录负半周的信号放大负半周的信号放大宽度一致的矩形波，幅宽

47、度一致的矩形波，幅度与原信号幅度成正比度与原信号幅度成正比示波管，矩形波幅度作示波管，矩形波幅度作为灰度控制信号为灰度控制信号转变为转变为矩形波输入矩形波输入从管波到泥浆波、矩从管波到泥浆波、矩形波的幅度不同形波的幅度不同荧荧光光屏屏上上出出现现亮亮暗暗相相间间的的扫扫描描线线，亮亮度度与与矩矩形形波波的的幅幅 度度 成成 正正 比比. .对对一一波波列列信信号号，扫扫描描线线在在同同一一水水平平线线上上被被摄摄相相仪仪感感光光在在相相纸纸上上，仪仪器器提提升升，相相纸纸走走动动，就就连连续续地地把把不不同同深深度度的的扫扫描描线线拍摄成了变密度测井图拍摄成了变密度测井图套管波套管波地层波地层

48、波泥浆波泥浆波B B、调宽记录、调宽记录调宽记录与调辉记录的区别：调宽记录与调辉记录的区别：矩形波的幅度相同，而宽度不同矩形波的幅度相同，而宽度不同变密度图的条带颜色深浅一致，只是条带的宽度不同而变密度图的条带颜色深浅一致，只是条带的宽度不同而已，而调辉记录正好相反。已，而调辉记录正好相反。目前以调辉记录较为常见目前以调辉记录较为常见声波电视测井：声波电视测井：利利用用反反射射波波的的能能量量与与反反射射界界面面的的声声阻阻抗抗有有关关的的原原理理，通通过过测测量量反反射射波波的的能能量量的的强强度度来来了了解解井井壁壁岩岩石石和和套套管管状况。状况。一、测量原理一、测量原理1 1、换能器、换

49、能器井下用一个换能器既作发射又作接收，在两次发射的中间作接井下用一个换能器既作发射又作接收，在两次发射的中间作接收。收。BHTVBHTV2 2、换能器工作方式、换能器工作方式以恒速在井中绕仪器轴旋转并发射和接收声波以恒速在井中绕仪器轴旋转并发射和接收声波3 3、图象的记录、图象的记录换能器转一周，同时垂直向井壁发射换能器转一周，同时垂直向井壁发射2MHZ2MHZ左右的超生脉冲，在左右的超生脉冲，在仪器上升测量中，换能器向井壁作螺旋状连续声波扫描。仪器上升测量中，换能器向井壁作螺旋状连续声波扫描。由于井内泥浆性质固定，反射波的能量只与井壁状况有关。由于井内泥浆性质固定，反射波的能量只与井壁状况有

50、关。声阻抗大的井壁声阻抗大的井壁将将反反射射波波的的信信号号放放大大后后，送送入入示示波波管管作作为为示示波波器器的的辉辉度度控控制制信信号，反射波的强弱变为扫描线的亮暗，用照相机同步照相记录号，反射波的强弱变为扫描线的亮暗，用照相机同步照相记录R R大，反射波强大，反射波强反之亦然反之亦然二、不同岩性和裂缝在二、不同岩性和裂缝在BHTVBHTV图上的显示图上的显示1 1、不同岩性的显示、不同岩性的显示裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、反射波的能量取决于岩层的密度裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、反射波的能量取决于岩层的密度和速度。和速度。高速地层或高密度地层高速地层或高密度地层 BHTVBHTV图上亮区图上

51、亮区低速地层或低密度地层低速地层或低密度地层 BHTVBHTV图上暗区图上暗区砂泥岩剖面：砂岩亮区砂泥岩剖面：砂岩亮区 泥岩暗区泥岩暗区2 2、裂缝在、裂缝在BHTVBHTV上的显示上的显示井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波的能量井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波的能量与入射角有关。与入射角有关。 增加，增加，R R减小，反射波的能量低，在减小，反射波的能量低，在BHTVBHTV图上为暗区或黑色的条带。图上为暗区或黑色的条带。孔洞孔洞孔洞孔洞三、三、BHTVBHTV的应用的应用1 1、划分高速、低速地层、划分高速、低速地层裸眼井中：亮区，高速地层；暗区，低速地层裸眼井中：亮区，高速

52、地层；暗区，低速地层2 2、确定灰岩剖面的裂缝、溶洞、确定灰岩剖面的裂缝、溶洞裂缝或溶洞为暗色的条带裂缝或溶洞为暗色的条带如果裂缝与井眼相交，则可确定裂缝的倾角：如果裂缝与井眼相交，则可确定裂缝的倾角：h h：黑色条带最高点至最低点的垂直距离。：黑色条带最高点至最低点的垂直距离。 d d：井的直径：井的直径3 3、检查套管、检查套管完好的套管为白色，孔洞为黑色，断裂为黑色的条带完好的套管为白色，孔洞为黑色，断裂为黑色的条带总结：总结：掌握影响波传播的速度因素、在介质界面上的掌握影响波传播的速度因素、在介质界面上的传播、产生滑行波的条件、传播、产生滑行波的条件、声速测井的原理和声速测井的原理和应用应用、声幅、变密度、水泥胶结测井和声波电、声幅、变密度、水泥胶结测井和声波电视测井的应用。视测井的应用。