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1、第二节第二节 声波速度测井声波速度测井声波测井的应用声波测井的应用授授课课内内容容双发双收声系双发双收声系 确定岩层孔隙度确定岩层孔隙度教教学学重重点点声波测井原理声波测井原理声波速度测井原理声波速度测井原理1 1、单发单收声系、单发单收声系 声波速度测井简称声速测井，测声波速度测井简称声速测井，测量量地层滑行波的时差地层滑行波的时差t（地层纵波速（地层纵波速度的倒数，单位是度的倒数，单位是s/m或或s/ft）。这）。这种下井仪器包括三个部分：种下井仪器包括三个部分：声系、电声系、电子线路和隔声体子线路和隔声体。声系由一个发射换。声系由一个发射换能器能器T和一个接收换能器和一个接收换能器R组成
2、，其中，组成，其中，发射器和接收器之间的距离称为发射器和接收器之间的距离称为源距源距，声波测井声系的最小源距为声波测井声系的最小源距为1米。电米。电子线路提供脉冲电信号，触发发射器子线路提供脉冲电信号，触发发射器T发射声波，接收器发射声波，接收器R接收声波信号，接收声波信号，并转换为电信号。并转换为电信号。声波速度测井原理声波速度测井原理1 1、单发单收声系、单发单收声系 测井时井内存在以下几种波测井时井内存在以下几种波反映地层滑行纵波的泥浆折射反映地层滑行纵波的泥浆折射波波；井内泥浆直达波井内泥浆直达波；井内井内一次及多次反射波一次及多次反射波。通过合理的。通过合理的仪器设计，在所有地层中，
3、仪器设计，在所有地层中，确保确保首波就是地层纵波首波就是地层纵波。使声波接收。使声波接收器记录首波到达时间。根据首波器记录首波到达时间。根据首波到达时间，确定首波的传播速度。到达时间，确定首波的传播速度。声波速度测井原理声波速度测井原理1 1、单发单收声系、单发单收声系ACB 由于井径的变化和井剖面岩由于井径的变化和井剖面岩性的变化，使得性的变化，使得A、B、C都不都不是常量，而是随着井径和岩性的是常量，而是随着井径和岩性的变化而变化，所以单发单收声系变化而变化，所以单发单收声系没有实用价值。没有实用价值。声波速度测井原理声波速度测井原理2 2、单发双收声系、单发双收声系TR1：TR2：R2R
4、1： 因此当井眼规则时，因此当井眼规则时， t只与地只与地层速度有关，实现了测量地层速度层速度有关，实现了测量地层速度的目的。的目的。时差单位为时差单位为 t=1 / V（m/s）=106/V（us/m）或用单位或用单位us/ft（1ft=0.3048m)D优点优点: 1) 井眼规则时能直接测井眼规则时能直接测量岩层的声波速度或时差量岩层的声波速度或时差;在在固定固定l间距上仅与岩层速度有间距上仅与岩层速度有关传播时间关传播时间,在整个井眼剖面在整个井眼剖面上得到的岩层速度指在上得到的岩层速度指在l间距间距内平均值。内平均值。 2) 现用间距为现用间距为0.5米米,使使声波测井曲线能划分厚度声
5、波测井曲线能划分厚度0.5米以上岩层。米以上岩层。声波速度测井原理声波速度测井原理2 2、单发双收声系、单发双收声系声波速度测井原理声波速度测井原理2 2、单发双收声系、单发双收声系单发双收主要缺点：单发双收主要缺点： 井眼不规则井眼不规则时如时如井径变化（扩井径变化（扩大）界面处，声波时差出现大）界面处，声波时差出现“假异假异常常”，同时也有，同时也有深度误差深度误差；记录的；记录的时差不仅与地层速度有关，还与泥时差不仅与地层速度有关，还与泥浆速度、井径大小有关。浆速度、井径大小有关。此误差无此误差无法校正法校正。为降低井径变化、仪器记。为降低井径变化、仪器记录点与实际记录点的深度误差对单录
6、点与实际记录点的深度误差对单发双收声系时差曲线的影响，提出发双收声系时差曲线的影响，提出了了井眼补偿声速测井井眼补偿声速测井（双发双收声（双发双收声系）。系）。井径井径扩大大对时差曲差曲线的影响的影响实例例 声波速度测井原理声波速度测井原理3 3、双发双收声系、双发双收声系T1T2R1R2AEF FE A BCDDC O O B 双发双收声系结构示意图双发双收声系结构示意图 该仪器的井下声系包括两个该仪器的井下声系包括两个发射器和两个接收器。它们的排发射器和两个接收器。它们的排列方式如图所示。其中，两个接列方式如图所示。其中，两个接收器之间的距离（间距）为收器之间的距离（间距）为0.5米，米，
7、T1、R1和和R2、T2之间的距离为之间的距离为1米。米。声波速度测井原理声波速度测井原理3 3、双发双收声系、双发双收声系T1T2R1R2AEF FE A BCDDC O O B 双发双收声系结构示意图双发双收声系结构示意图测井时，上、下发射器交替发射声脉测井时，上、下发射器交替发射声脉冲，两个接收器接收冲，两个接收器接收T1、T2交替发射产生交替发射产生的滑行波，得到时间差的滑行波，得到时间差T1、T2，地面，地面仪器的计算电路对仪器的计算电路对T1、T2取平均值，取平均值，T=(T1+T2)/2，记录仪记录出平均值，记录仪记录出平均值对应的时差曲线对应的时差曲线t=T/l。由图可以看出，
8、。由图可以看出，双发双收声速测井仪的双发双收声速测井仪的T1发射得到的发射得到的T1和和T2发射得到的发射得到的T2曲线，在井径变化处曲线，在井径变化处的变化方向相反的变化方向相反，所以，取平均值得到的，所以，取平均值得到的曲线恰好曲线恰好补偿掉了井径变化补偿掉了井径变化的影响。还可的影响。还可以以补偿仪器在井中倾斜补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影时对时差造成的影响。同时响。同时基本消除深度误差基本消除深度误差。 （1）可消除井径变化对测量结）可消除井径变化对测量结果的影响果的影响F1J1、J2，分别在扩井、未扩分别在扩井、未扩井段井段F2J2、J1，分别在扩井、未扩分别在扩井、未扩井段井段
9、在扩井井段在扩井井段CE=DF，在未扩段在未扩段CE=DF，则则F1F2J1J2AEFFEABCDDCOOB3 3、双发双收声系、双发双收声系 （2）可消除深度误差）可消除深度误差F1J1、J2，实际深度点实际深度点O h=-a tg c，实际深度实际深度H- a tg cF2J2、J1，实际深度点实际深度点O h=a tg c，实际深度实际深度H+a tg c实际实际OO的中点就是仪器记录的中点就是仪器记录点点O，两者一致。即时差平均两者一致。即时差平均值的中点（岩层值的中点（岩层CC的中点）的中点）（注意：对于薄互层，速度变（注意：对于薄互层，速度变化大，可能有误差）化大，可能有误差）3
10、3、双发双收声系、双发双收声系声波速度测井应用声波速度测井应用1 1 声波测井曲线的形状与读值声波测井曲线的形状与读值（1 1）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点；）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点；（2 2）岩层界面位于时差曲线半幅点处；）岩层界面位于时差曲线半幅点处；（3 3）当间距小于岩层厚度时，测量时差反映岩层时）当间距小于岩层厚度时，测量时差反映岩层时 差；当间距大于岩层厚度时，测量时差是岩层差；当间距大于岩层厚度时，测量时差是岩层 和围岩时差的混合值。和围岩时差的混合值。泥岩泥岩砂岩砂岩泥岩泥岩 tJ1J20.3米米平坦值平坦值0.3米米面积平均值面积平均值0.3米米0.
11、3米米声波速度测井应用声波速度测井应用2 2 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 据流体密度和声速有：据流体密度和声速有：V水水V油油V气，气，在高在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层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声波时差高声波时差( (大大3030微秒微秒/ /米以上米以上) )气气层层声波速度测井应用声波速度测井应用2 2 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 (1) (1) 周波跳跃产生的原因周波跳跃产生的原因 由由于于在在滑滑行行首首波波到到达达接接收收探探头头的的路路径径中中遇遇到到吸吸收收系系数数很很大大
12、的的介介质质, ,首首波波能能触触发发R1R1但但不不能能触触发发R2R2,R2,R2被被幅幅度度较较高的后续波触发高的后续波触发, ,因此因此, ,时差增大时差增大. .(2) (2) 周波跳跃的特点周波跳跃的特点声波速度测井应用声波速度测井应用2 2 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(3) (3) 产生周波跳跃的各种情况产生周波跳跃的各种情况3 划分地层划分地层 (确定地层的岩性确定地层的岩性) 由由于于不不同同岩岩性性地地层层具具有有不不同同的的声声波波速速度度，因此可以用时差划分地层。因此可以用时差划分地层。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
13、石的时差岩层的孔隙增加声速下降时差增加岩层的孔隙增加声速下降时差增加砂岩的时差砂岩的时差 泥岩的时差泥岩的时差砂岩的理论骨架时差砂岩的理论骨架时差:tma=182 s/m (硅质胶结硅质胶结)55.5灰灰 岩岩: tma=156 s/m 47.5 白云岩白云岩: tma=143 s/m 43.5无水硬石膏无水硬石膏: tma=164 s/m 50岩盐时差岩盐时差: tma=220 s/m 67淡水淡水: tmf=620 s/m 189盐水盐水: tmf=608 s/m 185 对膏岩剖面有很强的分辩力对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大差曲线上
14、区别很大,很容易识别很容易识别.2 划分地层划分地层 (确定地层的岩性确定地层的岩性)2 划分地层划分地层 (确定地层的岩性确定地层的岩性)煤：煤：90us/ft90us/ft砂岩：砂岩：55.5us/ft55.5us/ft灰岩：灰岩：47.5us/ft47.5us/ft白云岩：白云岩：43.5us/ft43.5us/ft硬石膏：硬石膏：50us/ft50us/ft3 3、求取孔隙度、求取孔隙度3.13.1、WyllieWyllie时间平均公式及体积模型时间平均公式及体积模型 1956 1956年年WyllieWyllie在在实验基础上，提出时间平均公实验基础上，提出时间平均公式，认为声波在单
15、位体积岩石内传播所用的时间等式，认为声波在单位体积岩石内传播所用的时间等于岩石骨架部分（于岩石骨架部分（1-1- ）所）所经过时间与孔隙部分经过时间与孔隙部分 所所经过时间的总和。即经过时间的总和。即Vma3 3、求取孔隙度、求取孔隙度3.13.1、WyllieWyllie时间平均公式及体积模型时间平均公式及体积模型 Vma 公式适用于：固结压实纯地层公式适用于：固结压实纯地层, ,粒间孔隙的石灰粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度为岩及较致密的砂岩（孔隙度为18182525）可直接利用）可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行校正。对于不同平均时间公式计算孔隙度，不必进行校正。对于不同的
16、地层情况要分别处理。的地层情况要分别处理。3 3、求取孔隙度、求取孔隙度3.13.1、WyllieWyllie时间平均公式及体积模型时间平均公式及体积模型 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理量量的的贡贡献献, ,并并视视宏观物理量为宏观物理量为各部分贡献之和。即：各部分贡献之和。即：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3 3、求取孔隙度、求取孔隙度3.2、泥质砂岩泥质砂岩 由于泥质声波时差
17、较大，按公式计算的泥质砂由于泥质声波时差较大，按公式计算的泥质砂岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由下式计算岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由下式计算地层孔隙度。地层孔隙度。3 3、求取孔隙度、求取孔隙度3.2、固结而压实不够的砂岩固结而压实不够的砂岩 对于此类地层，要引入压实校正。地质年代较新对于此类地层，要引入压实校正。地质年代较新的疏松砂岩，其埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实，的疏松砂岩，其埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩声波时差可根据邻近的泥岩声波时差tsh的大小来辨别，若邻的大小来辨别，若邻近泥岩的声波时差大于近泥岩的声波时差大于328s/m，则认为砂岩未压实，则认为
18、砂岩未压实，且且tsh越大，表明压实程度越差。压实校正的大小用越大，表明压实程度越差。压实校正的大小用压实校正系数压实校正系数Cp表示，表示，Cp与地层埋藏深度、年代及地与地层埋藏深度、年代及地区有关（区有关（1.21.4）。压实校正后的孔隙度为：）。压实校正后的孔隙度为：4、异常地层压力预测异常地层压力预测沉积岩层的正常地层流体压沉积岩层的正常地层流体压力等于其静水压力，并对应力等于其静水压力，并对应一个正常压力梯度。在一些一个正常压力梯度。在一些地区遇到了地层压力高于或地区遇到了地层压力高于或低于正常压力梯度计算的数低于正常压力梯度计算的数值，即地层压力出现异常。值，即地层压力出现异常。我
19、们把我们把地层压力高于正常值地层压力高于正常值的地层称为异常高压地层的地层称为异常高压地层；地层压力低于正常值的地层地层压力低于正常值的地层称为异常低压地层称为异常低压地层。在钻井。在钻井程序设计中，预先知道地层程序设计中，预先知道地层压力是非常重要的。压力是非常重要的。 某某油油田田的的一一口口淡淡水水泥泥浆浆井井中中，某某一一固固结结压压实实纯纯砂砂岩岩地地层层的的声声波波时时差差 t为为291.5 s/m，电电阻阻率率Rt为为68 m，假假定定 tma=182 s/m， tf=620 s/m，RW=0.08 m。 (1) 计算该储集层孔隙度计算该储集层孔隙度 ； (2) 计算该储集层含水饱和度；计算该储集层含水饱和度； (3) 确定该储集层流体性质。确定该储集层流体性质。作作 业业
