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1、第二章第二章 声波测井声波测井Chapter2Acoustic（Sonic）logging11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.1第二章第二章 声波测井声波测井声波测井的主要内容声波测井的主要内容l声波的基本知识声波的基本知识l岩石的弹性特征和岩石力学参数岩石的弹性特征和岩石力学参数l岩石的声波特性岩石的声波特性l孔隙介质的孔隙介质的Biot理论理论l井眼声学井眼声学11/20/2006 Directed by Liu H
2、ongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.2第二章第二章 声波测井声波测井测量井眼声速评价岩性和孔隙度测量井眼声速评价岩性和孔隙度lAcousticlog（AC-DT）lFull-wavetrainlog（LSS）lDigitalarrayacousticlog（DAC）lDipole、quadruploe&multipoleacousticlogtodetectvelocityofPand/orSwave声波测井的主要内容声波测井的主要内容11/20/2006 Directed
3、by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.3第二章第二章 声波测井声波测井固井质量评价测井固井质量评价测井井壁地层及套管技术状况评价测井井壁地层及套管技术状况评价测井lCementBondLogging（CBL）lVariableDensityLogging（VDL）lCementEvaluationTool（CET）lSegmentedBondTooL（SBT）lBoreHoleTeleViewer（BHTV）lUltraSonicImager（USI）lCiru
4、mferentialBoreHoleImagerLogging（CBIL）11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.4第二章第二章 声波测井声波测井最先进的声波测井方法最先进的声波测井方法lLWDcompressionalandshearwavelogloggingwhiledrillinghasbeendevelopedsince70s-80slastcentury,AClogisthemostdifficultmethod
5、oftheseadvancedlogging.Howevertheoreticalanalysisandresearchhasbeendoneforalongtimeago,theeconomictoolsareavailableinthelast10-15y.Now,LWD-ACcanacquiredcompressional,shearwaveandfull-wavedata,whichcanbeusedtounderstandthepropertiesofbolehole,pipeandformation11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyrigh
6、t reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.5第二章第二章 声波测井声波测井参考资料参考资料l唐晓明唐晓明定量测井声学定量测井声学石油工业出版社石油工业出版社l11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.6第二章第二章 声波测井声波测井参考资料参考资料l唐晓明唐晓明定量测井声学定量测井声学石油工业出版社石油工业出版社l11/20/2006 Dir
7、ected by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.7第二章第二章 声波测井声波测井需要掌握的内容需要掌握的内容l岩石的力学参数岩石的力学参数l声速或声幅在岩石中的变化规律声速或声幅在岩石中的变化规律l井眼中声波的发射与接收原理井眼中声波的发射与接收原理l各种声波测井方法的原理、仪器结构、各种声波测井方法的原理、仪器结构、测量过程、曲线和应用测量过程、曲线和应用11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved
8、.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.8第二章第二章 声波测井声波测井学学-教方法教方法l1.通读全书（学生）通读全书（学生）l2.提出问题提出问题（学生）（学生）l3.提问问题（教师）提问问题（教师）l4.演讲问题（学生演讲问题（学生-老师）老师）l5.解答解答-解释问题（老师解释问题（老师-学生）学生）l6.需要进一步研究的课题（老师需要进一步研究的课题（老师-学生）学生）l7.作业和论文（学生）作业和论文（学生）inter-action11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyrigh
9、t reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.9第二章第二章 声波测井声波测井教材内容教材内容-Input-Input掌握内容掌握内容-Output-Output学教方法学教方法-Process-Process IPO IPO思维方法思维方法（如何学（如何学-激励激励-兴趣）兴趣）11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.10第二章第二章 声波测
10、井声波测井测井研究的几个方向：测井研究的几个方向：1.理论研究：电磁场理论，弹性波动力学，理论研究：电磁场理论，弹性波动力学，核物理学，岩石力学等，数学物理方程的核物理学，岩石力学等，数学物理方程的数值解法；数值解法；2.计算机方法：编程开发大型商业化软件，计算机方法：编程开发大型商业化软件，数值模拟；数值模拟；3.仪器的研发；仪器的研发；4.数据处理解释技术，学习各种软件。数据处理解释技术，学习各种软件。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyrigh
11、t reserved.11第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波声或声波是什么呢？同学们了解多少？声或声波是什么呢？同学们了解多少？在物理上如何描述一个声波呢？在物理上如何描述一个声波呢？有关声波的一些知识有关声波的一些知识11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.12第二章第二章 声波测井声波测井11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006
12、 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.13第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波声波的分类声波的分类一般按照频率来分，声波可以分为：一般按照频率来分，声波可以分为：超声波（超声波（ultra-sonicwave）20KHz声波声波(sonicwave)2020KHz次声波（次声波（infrasonicwave)20Hz11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.14第二章第二章
13、 声波测井声波测井Ultra-sonic waveUltra-sonic wavea）方向性好，几乎沿直线传播；）方向性好，几乎沿直线传播；b）穿透能力强，能穿透许多电磁波不能穿透的物质；）穿透能力强，能穿透许多电磁波不能穿透的物质；易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗）质产生效应。（治疗）c）在媒质中传播时能产生巨大的作用力，可以用来）在媒质中传播时能产生巨大的作用力，可以用来为硬质材料做切割、凿孔等，也可以用来清洗和消毒为硬质材料做切割、凿孔等，也可以用来清洗和消毒等。等。我们比较熟悉的就是医院中常用的我们比较熟悉的
14、就是医院中常用的B超，它是超，它是把超声波射入人体，根据人体组织对超声波的传导和把超声波射入人体，根据人体组织对超声波的传导和反射能力的变化来判断有无异常，如对人体脏器做病反射能力的变化来判断有无异常，如对人体脏器做病变检查、结石检查等，它具有对人体无损伤、简便迅变检查、结石检查等，它具有对人体无损伤、简便迅速的优点速的优点11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.15第二章第二章 声波测井声波测井超声波超声波超声治疗学是超声
15、医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。（一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等（一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等（二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等（二）生
16、物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等（三）诊断学方面的应用：（三）诊断学方面的应用：A型、型、B型、型、M型、型、D型、双功及彩超型、双功及彩超等等（四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科（四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等等11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.16第二章第二章 声波测井声波测井又称亚声，是频率在又称亚声，是频率在20Hz20Hz以下的低频率波次声波的特点
17、以下的低频率波次声波的特点是：是：来来源源广广、传传播播远远、穿穿透透力力强强科科学学家家们们利利用用它它来来预预测测台台风风、研研究究大大气气结结构构等等在在军军事事上上可可以以利利用用次次声声来来侦侦察察大大气气中中的核爆炸、跟踪导弹等等的核爆炸、跟踪导弹等等许许多多自自然然灾灾害害如如地地震震、火火山山爆爆发发、龙龙卷卷风风等等在在发发生生前前都都会会发发出出次次声声波波次次声声波波对对人人体体能能够够造造成成危危害害，引引起起头头痛痛、呕吐、呼吸困难等症状呕吐、呼吸困难等症状Inferiorsonicwave11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyr
18、ight reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.17第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次次声声波波：频频率率低低于于1赫赫的的次次声声波波，可可以以传传到到几几千千以至上万公里以外的地方以至上万公里以外的地方1960年年，南南美美的的智智利利发发生生大大地地震震，地地震震时时产产生生的的次声波传遍了全世界的每一个角落！次声波传遍了全世界的每一个角落！1961年年，苏苏联联在在北北极极圈圈内内进进行行了了一一次次核核爆爆炸炸，产产生的次声波竟绕地球转了生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！圈之后才消失！
19、11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.18第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次次声声波波具具有有极极强强的的穿穿透透力力，不不仅仅可可以以穿穿透透大大气气、海海水水、土土壤壤，而而且且还还能能穿穿透透坚坚固固的的钢钢筋筋水水泥泥构构成成的的建建筑筑物物，甚甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下次次声声穿穿透透人人体体时时，不不仅仅能能使使人人产产生生头头晕晕、烦烦燥燥、耳耳鸣鸣、
20、恶恶心心、心心悸悸、视视物物模模糊糊，吞吞咽咽困困难难、胃胃痛痛、肝肝功功能能失失调调、四四肢肢麻麻木木，而而且且还还可可能能破破坏坏大大脑脑神神经经系系统统，造造成成大大脑脑组组织的重大损伤织的重大损伤次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.19第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次声武器次声武器次声炸弹的研制尽管尚处于研制阶段，但次声炸
21、弹的研制尽管尚处于研制阶段，但科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免能幸免次声武器能够穿透次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板人即使厘米的混凝土和坦克钢板人即使躲到防空洞或钻进坦克的躲到防空洞或钻进坦克的“肚子肚子”里，也还是一样地难里，也还是一样地难逃残废的厄运逃残废的厄运次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多但两者相比，次声弹的杀伤
22、力远比中子弹强得多11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.20第二章第二章 声波测井声波测井声声 波波人们感觉到最恐怖的声音之一就人们感觉到最恐怖的声音之一就是婴儿的哭啼声。五角大楼正在研制是婴儿的哭啼声。五角大楼正在研制的这种武器就是利用了人的这一弱点。的这种武器就是利用了人的这一弱点。该武器将采用特超声声学系统模拟出该武器将采用特超声声学系统模拟出婴儿的哭啼声，并使用该系统所发出婴儿的哭啼声，并使用该系统所发出的超声信号
23、来击溃敌军。的超声信号来击溃敌军。据从事此武器研究的五角大楼专家据从事此武器研究的五角大楼专家们表示，武器研制成功后其操作使用们表示，武器研制成功后其操作使用者并不受任何伤害。这种新型武器所者并不受任何伤害。这种新型武器所产生的声音可达产生的声音可达140分贝，其声音响分贝，其声音响度相当于一架喷气式客机在人头顶上度相当于一架喷气式客机在人头顶上飞过时所产生的声音效果。飞过时所产生的声音效果。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reser
24、ved.21第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次次声声波波亡亡人人的的事事件件：1980年年，一一艘艘名名叫叫“马马尔尔波波罗罗”的的帆帆船船在在由由新新西西兰兰驶驶往往英英国国的的途途中中突突然然神神秘秘地地失失踪踪；20年年后后，却却在在火火地地岛岛附附近近被被人人发发现现。船船上上的的一一切切都都原原封封不不动动、完完好好如如初初。就就连连已已死死多多年年的的船船员员也也都都各各就就各各位位，保保持持着着工工作作状状态态。科科学学家家对对他他们们的的神神秘秘死死亡亡引引起起了了极极大大的的关关注注，经经过过长长期期研研究究，终终于于发发现现，原原来来他他们们正正是是死死于于海海上
25、上风风暴暴产生的次声产生的次声11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.22第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波1992年年11月月24日日，桂桂林林上上空空发发生生了了一一起起空空难难，141人人死死亡亡，成成为为中中国国民民航航史史上上最最惨惨烈烈的的飞飞机机失失事事事事件件。当当事事件件的的原原因因经经多多方方解解释释而而未未肯肯定定之之时时，中中国国声声学学研研究究所所的的专专家家，提提出出了了存存在在着着因因“
26、次次声声波波”的作用而致使飞机坠毁的可能性。的作用而致使飞机坠毁的可能性。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.23第二章第二章 声波测井声波测井地震学专家和动物学专家认为，一些动物的视觉、听地震学专家和动物学专家认为，一些动物的视觉、听觉、触觉、振动觉、平衡觉器官功能比人类强大。伴随地觉、触觉、振动觉、平衡觉器官功能比人类强大。伴随地震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁
27、、气象、水氡含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺激而发生异常反应。激而发生异常反应。地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒20次以上的次以上的声波才能感觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动声波才能感
28、觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。5.12汶川大地震汶川大地震11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.24第二章第二章 声波测井声波测井声波测井声波测井 声声波波测测井井是是测测量量和和记记录录井井剖剖面面上上岩岩层层的的声声学学
29、性性质质（岩岩石石的的声声速速、声声幅幅）的的一一种种测测井井方法。方法。 11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.25第二章第二章 声波测井声波测井1 1 声波速度测井声波速度测井声声波波速速度度测测井井，又又叫叫声声波波时时差差测测井井，它它是是测测量量井井剖剖面面声声波波纵纵波波速速度度C Cp p的的倒倒数数，即即声声波波纵纵波波在在1 1米米地地层层中中传传播播所所需需的的时时间间，在在测测井井中中叫叫做做时时差差
30、，记记作作 t t， t t1/C1/Cp p，单位：微秒，单位：微秒/ /米或微秒米或微秒/ /英尺。英尺。声声波波速速度度测测井井是是声声波波测测井井中中应应用用最最广广泛泛的的声声波波测测井井方方法法，主主要要利利用用声声波波速速度度测测井井资资料料来来研研究究井井剖剖面面的的岩性，估算储集层孔隙度等。岩性，估算储集层孔隙度等。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.26第二章第二章 声波测井声波测井2 2 声波幅度测
31、井声波幅度测井声声波波幅幅度度测测井井( (声声幅幅测测井井) )主主要要用用于于检检查查固固井井质质量量。水水泥泥胶胶结结良良好好时时，声声波波幅幅度度较较小小；水水泥泥胶胶结结不不好好时时，声波幅度较大。声波幅度较大。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.27第二章第二章 声波测井声波测井3 3 噪声测井噪声测井噪噪声声测测井井记记录录井井下下自自然然声声场场( (噪噪声声) )分分布布情情况况，得得到到由由于于岩岩层
32、层应应力力变变化化而而引引起起声声场场分分布布的的变变化化情情况况，为为地地震震预预报报和和震震情情监监测测提提供供资资料料；判判断断井井下下出出水水或或出出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情况。气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情况。11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.28第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -主要弹性参数主要弹性参数1.杨氏模量杨氏模量2.剪切模量剪切模量3.泊松比泊松比4
33、.体积模量体积模量5.密度密度11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.29第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -声场参数声场参数1.纵波速度纵波速度2.横波速度横波速度3.声波频率和周期声波频率和周期4.声波波长声波波长5.声强声强11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi
34、Copyright reserved.30第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -声波传播规律声波传播规律1.反射与折射反射与折射2.Snelllaw3.第一临界角第一临界角4.第二临界角第二临界角11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.31第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -岩石声速影响岩石声速影响1.主要矿物的声速主要矿物的声速2.岩石对声速的影响规律（注意纵横波的区别）岩石对
35、声速的影响规律（注意纵横波的区别）3.M.R.Wyllietimeaverageequation4.POR随声速、深度的变化规律随声速、深度的变化规律5.纵横波速度比的变化规律纵横波速度比的变化规律6.Static&dynamicmechanicalparameters7.Velocityattenuationlaw11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.32第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -Bio
36、tBiot theory theory1.基本假设基本假设2.基本结论基本结论3.常见矿物和岩石的力学、声学参数常见矿物和岩石的力学、声学参数11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.33第二章第二章 声波测井声波测井第二节第二节 声波测井的几何声学问题声波测井的几何声学问题1.Sliderwave2.Fermatminimumtimeprinciple3.Selectionofsoundresource4.Soundsyst
37、emandrecordofsonicwave5.DTcalculationformula11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.34第二章第二章 声波测井声波测井第三节第三节 井眼声场数学物理方法井眼声场数学物理方法1.Petrophysicalmodelandwaveequation2.P-wave物理意义物理意义3.S-wave物理意义物理意义4.Rayleighwave物理意义物理意义5.Stonelywave物理意义
38、物理意义11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.35第二章第二章 声波测井声波测井第三节第三节 井眼声场数学物理方法井眼声场数学物理方法1.Phasevelocityandgroupvelocity2.Frequencydispersionpropertiesforeachwave11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed
39、by Liu Hongqi Copyright reserved.36第二章第二章 声波测井声波测井第四节第四节 LSS & DACLSS & DAC1.LSSprinciple、records（curve）andapplication2.DACprinciple、records3.DACinformationanalysismethod（1，2，3，4，5，6）11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.37第二章第二章 声波
40、测井声波测井第五节第五节 Mono- and Multi-pole Mono- and Multi-pole shear wave loggingshear wave logging1.LSSprinciple、records（curve）andapplication2.DACprinciple、records3.DACinformationanalysismethod（1，2，3，4，5，6）11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.38
