声波测井重要知识点
(完整版)第六章声波测井
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
软地层:地层横波速度小于泥浆纵波速度 软地层不能产生滑行横波
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
➢波长（λ)：声波传播过程中，相位相同的 两点间的距离 λ= v/f (v-传播速度）
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质：固相、连续、均匀、各向 同性和完全弹性
三.岩石的弹性力学参数
F L
（1）杨氏模量E：
E / i
AL
i
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
ip
arcsin
v1 vp
is
arcsin
v1 vs
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
arcsin
V 1
1
V
2
（2）滑行波能量分布
入射
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%, 决定了声速测井的探测深 度(1-3个波长)，一个波长0.2~0.3m左右，相 当于储层的冲洗带
2 2 3
(1 cv
1) cp
消除频率影响的衰减系数:
As
f2
2 2 3
[
4 3
(
1 cv
1) cp
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
声波测井原理
纵波：介质质点旳振动方向与波旳传播发向一致。弹 性体旳小体积元体积变化，而边角关系不变。
横波：介质质点旳振动方向与波传播方向垂直旳波。 特点：弹性体旳小体积元旳体积不变，而边角 关系发生变化，例如,切变波。
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它旳 切变模量=0
2 弹性体旳应力和应变
2.1物体分类
弹性体：当物体受力发生形变，一旦外力取消又能恢 复原状旳物体，称为弹性体。
塑性体：反之，当物体受力发生形变，一旦外力取消 而不能恢复原状旳物体，称为塑性体。
弹性体
可变成
塑性体
在声波测井中，声源旳能量很小，声波作用 在岩石上旳时间很短，因而岩石能够当成弹 性体，在岩石中传播旳声波能够被以为是弹 性波。
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
绪论
声波测井
声波测井
声波
声波旳分类 一般按照频率来分，声波能够分为：
超声波（ultra-sonic wave）>20Байду номын сангаасHz
声波 (sonic wave)
20~20KHz
次声波（infrasonic wave) <20Hz
声波测井
R1R2=0.61m
T1R2=2.44m
第一种测量源距，2.66 米。
在目的层，T1发射，R1，R2接收。 然后仪器上移，当T1，T2到达目的 层的同一位置时，T1，T2同时发射， R1接收。 此时的声系相当于源距2.44米的双 发双收声系。
33
R1R2=0.61m
T1R2=2.44m
分别组成两个单发双收声系（T1R1-R2，T2-R1-R2）和两个双发单收 声系(T1-R1-R2， T1-R1-R2)。
T1发出的信号，由于CD增加，R1被触发的 时刻偏晚，结果使Δt1减少； 同理，T2发出的信号，由于E’F’增加，R1被 触发的时间偏晚，使Δt2增加；
19
2.4 周波跳跃
信号衰减，触发波形的相位发 生变化。使测量声波时差不规 则增大或减小。 主要出现在气层或裂缝段。
20
测井实例
周波跳跃
21
2.6 补偿声波测井的分辨率
40
In these case of well logging, the borehole wall, formation bedding, borehole rugosity, and fractures can all represent significant acoustic discontinuities. Therefore, the phenomena of wave refraction, reflection, and conversion lead to the presence of many acoustic waves in the borehole when a sonic log is being run. It is not surprising, in view of these consideration, that many acoustic energy arrivals are seen by the receivers of a sonic logging tool. The more usual energy arrivals are shown in the acoustic waveform displays of Fig.5-1. These waveforms were recorded with an array of eight receivers located 8 to 11-1/2 ft from the transmitter. The various wave packets have been labeled. Although the wave packets are not totally separated in time at this spacing, the distinct changes corresponding to the onset of the formation compressional and shear arrivals and the Stoneley arrival can be observed.
声波测井重要知识点
声波测井重要知识点声波测井是地球物理勘探中常用的一种测井方法，其原理是利用声波在地层中的传播特性来获取有关地层结构和岩石属性的信息。
声波测井包括测量地震波在地层中传播时间和振幅的测井方法，以及通过分析地震反射和折射来确定地层性质的地震测井方法。
本文将介绍声波测井的基本原理以及几个重要的知识点。
声波测井原理：声波在地层传播时会受到地层的吸收、散射和反射等因素的影响，从而传播的速度、振幅和频率会发生变化。
通过测量声波的传播特性，可以获得有关地层的信息。
声波测井的主要知识点如下：1.声速：声速是声波在介质中传播的速度，它受到地层岩石的密度和流体饱和度等因素的影响。
常见的声速测井方法有全波传播时差测井、全波传播振幅测井和多道测井等。
2.声频率：频率是声波的振动次数，它对地层信息的分辨能力有很大影响。
高频率的声波能够提供更高的地层分辨率，但传播距离较短，低频率的声波可以传播更远，但分辨率较低。
合理选择声波的频率可以获得更准确的地层信息。
3.反射：地震波在地层中传播时，会遇到不同介质之间的反射界面，从而产生反射波。
反射波的振幅和到达时间可以提供地层的界面信息，如岩石层位、裂缝、气水界面等。
4.折射：地震波在地层中传播时，会由于介质的变化而发生弯折，这种现象称为折射。
折射波的振幅和到达时间可以提供地层的速度、倾角和入射角等信息。
5.衰减：声波在地层中传播时会由于介质的吸收和散射而衰减。
衰减会导致声波传播距离的减小和振幅的减弱。
对于薄层和含有流体的岩石，衰减影响更为显著。
6.岩石弹性参数：声波测井可以通过测量声波传播速度和密度等参数来确定地层岩石的弹性参数，如岩石的弹性模量、泊松比、剪切模量等。
这些参数对于岩石力学性质和岩性解释非常重要。
7.流体饱和度：声波测井可以通过测量声波速度的变化来估算地层中的流体饱和度。
由于流体的密度和声速与岩石不同，当地层中存在流体时，声速会有明显的变化。
声波测井可以提供丰富的地层信息，对于确定含油气层、划分地层、解释岩性和评价油气储层等都具有重要意义。
声波测井主讲
2.声波参数 质点振动的频率 声波传播的速度（由介质的性质决定） 声波的波长
通常我们人的耳朵只能听到频率在20～20000Hz之间的声音，称为可听声; 频率低于20HZ的声音就叫做次声，次声发生时所产生的波动叫次声波; 频率高于2万赫兹的声波叫超声波，声波测井中用的频率一般在2000～20000Hz之间，而超声 成像测井频率在0.5MHz～1.5MHz之间。
处理，转化成图象。
噪声测井
2-3 主要Biblioteka 用二 声波测井1、确定孔隙度—声速测井（时差）
2、识别岩性—时差、幅度衰减
3、识别裂缝（或渗透性）—低频斯通利波、波形、幅 度衰减
4、识别油气—时差、幅度衰减、Vp/Vs
5、评价固井质量—声幅测井（CBL）、声波变密度测 井（VDL）、扇区胶结测井（SBT）等
理 周声波成像方法的完善。
论 ★ 1956年，Wyllei时间平均公式提出； ★ 1952年Biot孔隙介质理论提出；
发 展
★声波测井理论20世纪70年代末发展起来。
★模拟信号—数字—成像，数字化—信息化—成像化—系列化；
特 ★仪器的研制略超过方法理论的完善，即大致在理论方法指导下研制成功仪器，
点 在测井资料前提下使方法完善；
2-2 基本方法
二 声波测井
声波全波列测井（acoustic full waveform logging）
对常规的对滑行 纵波首波的记录（到 达时间及幅度）扩展 到对沿井壁传播的滑 行纵波、滑行横波及 井内流体中的致导波 等整个波列的记录， 包括各种类型波的速 度、幅度及衰减、频 率等极为丰富的与井 壁岩层性质和特征有 关的信息。
第六章声波测井
源距
间距(span)
l 0.5m
R2
R1，R2的中点，为深度记录点（规定的）
5.单发双收声速测井的原理 滑行纵波到达R1、R2的时间差：
A B
t ' t2 t1
T
L 1m
E
DF CD BC AB ( ? ) v1 v2 v2 v1
CE BC AB ( ) v1 v2 v1
滑行波先到达——首波
从时间上将滑行波与直达波和反射波区分开
3.使滑行波成为首波的条件 (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收探头的路径 所用时间最短。
证明(自学）
B
A
T
T t AB t BC tCD
t AB AB l v1 v1 cos *
*
L
C
χ
D
t BC
R
BC L ltg * ltgx v2 v2
v2 v1
tCD
CD l v1 v1 cos x
l L ltg * ltgx l T * v1 cos v2 v1 cos x
T可以看成是 x 的函数，要使T(x)最小， 需满足T’(x)=0
量相对误差增大。
我国常规:
l = 0.5 m ;高分辨率: l =0.15m
声波时差： 声波传播单位距离(1m或1ft) 所用的时间，记为 t，单位 s/m或s/ft 曲线： 仪器匀速移动，记录声波时差随井 深变化曲线。
三.井眼补偿声速测井 1.井眼扩大对单发双收 声系时差的影响
声波测井
声波测井声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判别地层特性及井眼工程状况的一类测井方法。
主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。
主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。
第一节岩石的声学性质声波是物质运动的一种形式，它由物质的机械震动而产生，通过质点间的相互作用将震动由近及远的传递而传播。
对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。
一、岩石的弹性弹性体：物体受外力作用发生形变，取消外力能恢复到原来状态的物体，叫弹性体，这种形变叫弹性形变；塑性体：取消外力后不能恢复到原来状态的物体；物体是否为弹性体的决定因素：物体本身的性质、外界条件（压力、温度）、外力的作用方式、作用时间和大小。
对于声波测井来讲，声源发出的声波能量较小，作用在岩石上的时间短，故将岩石看成弹性体，其理论为弹性波在介质中的传播性质。
弹性体的弹性力学性质：扬氏模量E，泊松比σ，体积形变模量K等。
杨氏模量(E)--- 弹性体拉长或压缩时应力（F/A）与应变(ΔL/L)之比。
切变模量(μ)---弹性体在剪切力作用下,切应力（F t/A）与切应变(Δl/l)之比。
泊松比(σ) --- 弹性体在形变时横向形变（相对减缩ΔD/D）和纵向形变（相对伸长ΔL/L）之比。
体积形变弹性模量(K) ---在外力作用下，物质体积相对变化（体积应变）与应力之比。
它的倒数为体积压缩系数。
二、岩石中的声波传播特性声波测井的声波频率：15Khz~30Khz（声波和超声波）。
质点的震动以波动形式在介质内传播，根据质点震动方向与波的传播方向的关系，分为；纵波—质点震动方向与波传播方向一致（压缩波）；横波—质点震动方向与波传播方向相互垂直（剪切波、切变波）；声波在介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。
在均匀介质中，声波速度与杨氏模量E 、泊松比σ、密度ρ的关系为：)21)(1()1(σσσρ-+-⋅=E v p )1(21σρ+⋅=E v s 三、声波在介质界面上的传播特性1、波的反射和折射波阻抗----定义为介质的声速与密度之乘积。
第3章-1 声波测井基础
第1节 声波测井基础
一、声学基础知识 1.弹性介质
对物体施加作用力， 物体的体积和形状会发生变化，当作用力 取消后能恢复原来状态的介质称为弹性介质。
弹性介质:空气、水(流体)、固体
声波测井将岩石近似为弹性介质。
声波(弹性波、机械波)：机械振动在弹性介质中的传播。真空中没有声波。
GaoJ-3-1 10
mode that travels along the borehole wall
The borehole flexes in the horizontal plane and is known as
the flexural mode
At low frequencies (< 2 kHz) it travels at formation Vs This flexural mode produces an asymmetric compressional
GaoJ-3-1 28
P
Gao J & Fu JW
GaoJ-3-1 5
声波测井发展简史（续）
5) 20世纪 60年代末研制出了偶极子源，能直接激发横波信号，可以解决软地层中横 波勘探的问题， 70年代初提出了可能的横波速度测井仪， 80年代初研制出电磁驱 动的偶极子横波测井仪，并发展到现在的偶极子及多极子横波成像测井仪； 6) 20世纪 70年代末，出现长源距声波测井仪器，突破了以往声波测井方法只记录滑 行纵波的局限性，可以记录到除滑行纵波以外的滑行横波、伪瑞利波和斯通利波； 7) 20世纪 80年代早期，出现商用的阵列声波测井仪器，将常规井眼补偿声系与长源 距声系以及井径等测量综合，实现了对声波全波列的数字记录，并对斯通利波的记 录予以重视，横波和斯通利波的探测得到了显著改进； 8) 20世纪 90年代末偶极子及多极子横波测井出现；井下声幅电视出现及井周声波成 像方法的完善。
第6章_声波测井
•
还可以利用水泥胶结指数（BI）曲线来指示水泥固 井质量，定义：
α1 目的井段声幅衰减率(dB / ft ) BI（胶结指数） = = 完全胶结井段声幅衰减率(dB / ft ) α 2
• 不足之处：只能判断套管和水泥（第一界面）的胶结 情况，由于没有测量从地层来的信号，所以难于判断 水泥和地层的胶结情况。
3、检查补给水泥效果 4、判断气层 高压气层气侵入井内时，气层部位为气体充填 。可能完全没有水泥或很少，水泥胶结测井幅度 很高，接近自由套管或超过自由套管的声幅。 5、判断套管断裂位置 在无水泥井段，套管断裂显示与套管接箍显示 相同，断裂处有负尖峰。
四、影响水泥胶结测井曲线的因素 1、测井时间 最好在注水泥后20--40小时进行测量,因为水泥 有个凝固过程，过早或过晚,都会造成错误解释。 2、水泥环的厚度 水泥环的厚度>2cm ，对套管波的衰减是个定值 ,水泥环的厚度<2cm,水泥环越薄,对套管波的衰减 越小,测得的声幅值高。 3、仪器偏心和窜槽 不同方向到达的管波相位不同,相互抵消,测得 的声幅值低。
3、过程：
发射换能器 声波
临界角
记录 幅度值
界面(泥浆和套管)
接收Байду номын сангаас能器 套管
临界角
滑行波 井内泥浆
折射
（1）声系：单发单收，源距为1米。 （2）接收到的信号：沿套管传播的滑行纵波（套管 波） （3）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 ，收到的信号幅度就取决与套管外介质的性质和 分布。 （4）评价水泥胶结质量：由于套管与水泥接触，且 Z套与Z水泥很接近，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，声幅值低。反之，水泥胶结不好，则声幅高 。
声波测井方法原理-复习
一、名词解释杨氏模量:按广义胡克定律，在弹性限度内，被当做弹性体处理的岩石在发生伸长或压缩形变时，拉伸或压缩应力与同方向上的相对伸长或压缩，即外加应力方向上的线应变成正比，其比例系数即为杨氏模量E。
泊松比：物体在弹性限度内，在受拉伸应力时，受力方向上发生伸长，其形变用纵向线应变（x轴方向）表示，而在于受力方向垂直的方向上发生缩短，其形变用横向线应变和（y轴和z轴方向）表示，其横向线应变（缩短）与纵向线应变（伸长）的比值即为泊松比。
滑行纵波：折射纵波的折射角为90°，产生的折射纵波沿界面传播称为滑行纵波孔隙度：岩石所有空隙体积占岩石总体积的百分比声波时差：在物理声学中，声速的倒数1/v称为慢度，在声波测井中称为声波时差（声波信号在1m 厚的岩层中传播所用时间）周波跳跃：声波时差测井曲线上出现声波时差值抖动性增加滑行横波：折射横波的折射角为90°，产生的折射横波沿界面传播称为滑行横波全波列：指滑行纵波、滑行横波、瑞利波、管波、斯通波的总和瑞利波：在固体的自由表面上，传播方向沿表面的波瑞利角：θr=arcsinV*/Vr,并认为在井内声波以瑞利角入射时，在井壁地层的表面产生瑞利波斯通滤波（管波）：井内流体中传播的波自由套管：套管内外都是空气或水（或低密度钻井液）的套管弯曲波：在井壁地层中传播时，井壁上地层中的质点在与井轴垂直方向上的位移与扭转波德位移不在一个平面内，而是沿井的半径方向，即与井壁表面垂直传播时，井壁产生弯曲形变扭转波：在井壁地层中传播时，井壁上质点存在沿水平方向上的位移，而且在井壁相对表面位移相反方向传播时，井壁地层产生扭转形变各向异性（TI）：介质中有一个对称平面（如垂直于地面的井轴）在沿该轴方向上和与该轴垂直方向上介质的声波速度、弹性力学性质有差异，而与该轴垂直的水平面上，各个方向介质的声波速度和弹性力学性质可以认为是相同的横向各向异性（HTI）：与井轴垂直的水平面上，在各个不同的方位上呈现出的各向异性第一、第二临界角：①产生滑行纵波时，入射波的入射角θ1*=arcsin(VP1/VP2)②产生滑行横波是，入射波的入射角θ2* = arcsin(VP1/VS2)二、简述题1.声波在两种介质的分界面处是如何传播的，请画图说明？2.什么是滑行纵波，如何产生滑行纵波？在井壁上沿井轴方向以纵波模式传播，即介质中质点的振动方向与波的传播方向一致的波叫滑行纵波。
声波测井的基本原理
声波测井的基本原理声波测井是一种常用的地球物理勘探方法，它利用声波在地下介质中传播的特性来获取地下岩石的物理参数。
声波测井的基本原理可以总结为以下几点。
1. 声波传播原理声波是一种机械波，它可以在固体、液体和气体等介质中传播。
在地下岩石中，声波的传播速度与岩石的密度、模量以及岩石中的孔隙度有关。
当声波传播到不同介质之间的界面时，会发生反射和折射现象，通过测量声波的传播时间和传播速度，可以获得地下岩石的结构和性质信息。
2. 声波发射与接收声波测井通常通过在井中放置声源和接收器来实现。
声源会产生一系列的声波脉冲，这些声波脉冲沿着井筒向地下传播。
当声波脉冲遇到地层界面时，一部分能量会被反射回来，一部分能量会继续向下传播。
接收器可以接收到反射回来的声波信号，并将其转化为电信号。
3. 声波传播时间与距离声波传播的速度与介质的物理性质有关。
在地下岩石中，声波的传播速度通常比较稳定，因此可以利用声波传播时间与声波传播距离的关系来计算声波的传播速度。
通过测量声波的传播时间，可以推算出声波在地层中的传播距离，从而得到地下岩石的深度信息。
4. 声波速度与地层参数地下岩石的物理参数可以通过声波的传播速度来推算。
例如，声波在固体中的传播速度与固体的弹性模量和密度有关，声波在液体中的传播速度与液体的密度有关。
通过测量声波的传播速度，可以反推出地下岩石的弹性模量、密度等物理参数，从而了解岩石的性质和结构。
5. 声波测井的应用声波测井广泛应用于油气勘探、地质工程和水文地质等领域。
在油气勘探中，声波测井可以帮助确定油气藏的储集层和非储集层，评估油气储量和产能。
在地质工程中，声波测井可以评估地下岩石的稳定性和工程建设的可行性。
在水文地质中，声波测井可以帮助研究地下水的分布和流动规律。
声波测井的基本原理是利用声波在地下介质中传播的特性来获取地下岩石的物理参数。
通过测量声波的传播时间和传播速度，可以推算出地下岩石的深度、结构和性质信息。
声波测井
声波测井1.普通声波测井声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。
声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面、评价固井质量等问题的测井方法。
声波测井分为声速测井和声幅测井。
声速测井（也称声波时差测井）测量地层声波速度。
地层声波速度与地层的岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。
因此，根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质。
1.1岩石的声学特性声波是一种机械波，它是由物质的机械振动而产生的，通过介质质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的，所以，声波不能在真空中传播。
根据声波的频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于20Hz）；可闻声波（20Hz至20kHz）；超声波（频率大于20kHz）。
各类声波测井用的机械波是可闻声波或超声波。
1.1.1岩石的弹性1.1.1.1弹性力学的基本假设：1）物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；2）物体是均匀，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；3）物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；4）物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。
应力与应变存在线性关系，并服从广义的胡克定律。
满足以上基本假设条件的物体称为理想的完全线弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。
当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。
一个物体是弹性体还是塑性体，除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关，一般情况下，外力小且作用时间短，物体表现为弹性体。
声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。
因此，可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。
声波测井1
2.水泥胶结测井 水泥胶结测井仪CBL的仪器结构示意图如图所示，采用单发单收声系，源距为1m。 由于声波纵波在井液中的传播速度低于在套管中的速度，即V井液<V套管，满足产 生滑行波的条件，因此，发射探头发射的以一定角度入射到套管的声波，将折射 进入套管，并沿着套管传播，形成滑行波，被接收探头R接收。套管和水泥环的 胶结好，声耦合高，进入水泥环的声波能量就大，因此，接收器R接收到的信号 就低；随着胶结变差，声耦合降低，进入水泥环的声波能量就减少，R接收到的 信号就变强。
但是由于CBL的幅度测量结果为测量深度段的平均幅度，因此，仅靠CBL 作为固井质量评价依据具有较大的局限性。
七．噪声测井 噪声测井：在油井中通过测量噪声信号的幅度来检测管外窜槽的位置和流量等 油井生产问题的一类测井方法。 噪声测井的基本原理 井下液流或气流通过阻流位置时，也就是流体在进入狭窄的孔道时，会产生湍流噪声 测定噪声的频率和幅度，可以确定管外流体的流动位置、流量及类型等。 如图所示，流体从砂岩B经管外窜槽流入砂岩A时，在流入和流出外及窜槽的狭 颈位置存在压力降，发生噪声。其噪声幅度大于上、下井段的噪声幅度。因此对应着 三个位置出的噪声曲线出现尖峰，而对应窜槽噪声幅度也普遍增高。
2.声波的幅度和频率特性 声波的能量与其幅度的平方成正比。声波在介质中传播是，由于内摩擦的原因， 介质要吸收声能，使声幅衰减，其规律为：
式中 J0—初始声强； J—声波经l距离的声强； a—介质的吸收系数。
介质的吸收系数a随介质的密度和声速减小而增大，随声波频率的增加而增加。 因此，岩石的密度越小，对声能的吸收越强，单位距离的声幅衰减越大； 声波的幅度特性是井下超声电视、水泥胶结测井等声幅累测井方法的基础。 声波的频率特性是噪声测井的基础。
地球物理测井9(声波测井)
Vs
E
2(1 )
9.1 岩石的声学特性
③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0.9Vs～Vs 拉夫波：其速度约等于0.9Vs～Vs 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 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： ①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。
幅度基本相同。
9.3.2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 。
9.2 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：
T1
AE Vm
9.2 声波速度测井（AC）
AB BC CE
TR1 Vm Vt
Vm
9.2 声波速度测井（AC）
3声波测井
三、声波在介质界面上的传播特性声波通过传播速度不同的两种介质Ⅰ和Ⅱ的分界面时，会发生反射和折射，并遵循光的反射定律和折射定律。
图6-2(a)是声波的反射和折射的示意图。
折射定律的数学表达式是 21s i n s i n v v =βα式中α—入射角；β—折射角；V1、v2—分别为介质Ⅰ和介质Ⅱ的声速。
因为V1、v2对一定的介质是个固定值，所以随着入射角α的增大折射角β也增大，如在v2>v1的情况下，则β>α。
当入射角增大到某一角度i 时，折射角达到90°，见图6-2(b)。
此时，折射波将在第Ⅱ介质中以v2的速度沿界面传播，这种折射波在声波测井中叫滑行波。
入射角i 叫临界角。
2声波速度测井声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层传播的时差△t （声速的倒数，单位是μS/m)。
是目前用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等的主要测井方法之一。
它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系以及电子线路组成。
声系主要有三种类型，单发射双接收声系和双发射双接收及双发射四接收声系。
一、单发射双接收声速测井仪的测量原理1．单发射双接收声速测并仪的简单介绍这种下井仪器包括三个部分：声系、电子线路和隔声体，声系由一个发射换能器（发射探头）T 和两个接收换能器（接收探头）R1、R2组成。
如图6-3所示。
电子线路用来提供脉冲电信号，触发发射换能器T 发射声波，接收换能器R1、R2接收声波信号，并转换成电信号。
发射与接收换能器是由具有压电效应物理性质的锆钛酸铅陶瓷晶体制成。
在脉冲电信号的作用下以其压电效应的逆效应产生声振动，发射声波；在声波信号的作用下，R 以其压电效应的正效应接收声波，形成电信号．待放大后经电缆送至地面仪器记录。
实际测井时，电子线路每隔一定的时间给发射换能器一次强的脉冲电流，使换能器晶体受到激发而产生振动，其振动频率由晶体的体积和形状所决定。
目前，声速测井所用的晶体的固有振动频率为20 kHz 。
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第一章：声波测井物理基础1、描述声波的基本参数频率f :声音传播过程中，介质震动的频率即介质质点每秒钟振动的次数就是声波的频率周期T ：指介质完成一次振动所需要的时间速度c或v：指声波的传播速度波长λ：声音在介质中传播时，相位相同的两点在空间上的距离称为声波的波长2、声速(时差)的影响因素以及如何影响，流体、压力、岩性、密度等等（一）岩性<最主要的影响因素，灰质含量↑声速↑>（二）孔隙和流体<孔隙性岩层声速<非孔隙性、含气饱和度↑纵波速度↓横波速度↑> （三）压力<压力↑波速↑极大值后基本保持不变，压力对声速影响可达35%+>（四）温度<相对压力而言，影响很小可忽略、温度↑纵波速度稍许↓>（五）岩石生成的地质条件<老地层的声速>新地层、构造顶部的声速>构造翼部>（六）埋藏深度<深度↑声速↑>3、泥浆对超声的衰减因素泥浆对超声波的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分（一）泥浆对超声波的吸收衰减：主要有泥浆的粘滞、热传导以及泥浆的微观过程引起的弛豫效应（二）泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减：泥浆中含有的固相颗粒引起的散射衰减、泥浆添加剂引起的散射衰减、声频散4、声阻抗的概念及其对反射波和透射波的影响声阻抗：地震波在介质中传播时，作用于某个面积上的压力与单位时间内垂直通过此面积的指点流量之比，其数值等于介质密度ρ与波速v的乘积，即Z=ρ.v。
影响：声波发生反射和折射的能量分配取决于泥浆和井壁两种介质的声阻抗值大小、入射角和折射角的关系。
当声波垂直井壁入射时，θ1θ2p=0，从右式可以看出，介质1和介质2声阻抗分别为Z1、Z2Β为反射系数α为折射系数，系数越大，越易进行Z1Z2声阻抗差越大，声耦合越差，声能量传递就越差，通过界面传播的折射波能量就小，若两介质声阻抗相近，声耦合率较好，声波都形成折射波通过界面传播到介质2，这时反射波能量就非常小，当Z1<<Z2时，声阻抗差异明显，声耦合差，不利于声音传递。
5、裂缝对声波慢度和幅度的影响，高角度裂缝和低角度裂缝分别有什么影响声波慢度影响：对垂直裂缝或接近垂直的裂缝，声波直接在岩石骨架中传播，不受裂缝影响，测出的时差和没有裂缝时的岩石一样；对于水平或低角度裂缝，声波在岩层中传播要通过该裂缝，时差就会增加，裂缝密度越大，声波时差增加越多。
幅度的影响：声波通过裂缝的幅度衰减与裂缝倾角和声波全波中各子波的类型有关，一般地说，低倾角裂缝横波幅度衰减大些，高倾角裂缝纵波幅度衰减大些6、滑行波作为首波的条件及优点，理解原理并会推导优点：方便记录，受泥浆干扰信号小7、造成井中声波传播能量衰减的因素（一）波前扩展造成的声能衰减：由于波阵面的几何扩展而造成的声强随传播距离的增加而减弱的现象称为几何衰减（二）声波在介质中的吸收造成的衰减：介质中由于声强(能量)被吸收而造成的衰减（三）井下声波探头指向角特性影响造成的衰减：发射器的等效“球面波”向某一方向发射的能量是由方向而异的（四）泥浆对超声波的衰减<1.泥浆对超声波的吸收衰减2.泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减>8、描述声场的基本物理量有哪些？声功率：声波在某一单位时间内，沿其传播方向通过波阵面所传递的能量称为声功率，用W 表示，单位为微瓦(μW)声强：单位面积上声功率的大小称为声强，声强通常用J表示，单位为瓦/米2（W/m2）声压：由于声波传播在介质中造成的压力称为声压，用p表示，单位为微帕μPa声能量密度：声场中，单位体积内的声能量称为声能量密度，用ε表示。
声强公式：J= p*v 即声压乘质点运动速度J= p*v=p2/Z 声强和声压的平方成正比，与波阻抗成反比。
假定声速为c，有ε=j/C=p2/ρc29、斯奈尔定律表达式斯奈尔定律是描述波在分界面上发生发射、折射后波的传播方向的定律，可解释为入射波、反射波和折射波沿分界面视速度相等10、声波换能器常用哪几种效应？通常，换能器是指将能量从一种形式转换为另一种形式的装置（一）磁致伸缩效应：当铁磁性材料的磁状态发生改变时，其尺寸也发生相应的改变。
（二）压电效应：有些多晶体材料在应力作用下发生形变时，会在晶体表面产生电荷，这种现象称为压电效应，具有压电效应的材料称为压电材料目前常用的是圆管状的压电陶瓷，对于圆管状的压电陶瓷换能器来说，发生形变有三个方向上的振动模式，即向井壁发射接近于柱面波的切向振动模，向井眼轴线方向发射近似于平面波的轴向振动模以及向井壁发射柱面波的径向振动模，声波换能器常用的振动模式是径向振动和切向振动第三章：声速测井1、声波时差和波速的关系、不同单位慢度或波速的转换，如us/ft与us/m的转换等声速测井测量的是滑行波穿越地层单位长度时所用的时间，即时差，单位是μs/m或μs/ft 1ft=0.3048m 1in=2.54cm 慢度即为时差2、常见流体如油、气、水的时差范围气的时差比油、水的时差大得多3、会利用威利时间平均公式计算孔隙度及其变形应用，如利用公式求骨架值，孔隙度与时差的关系威利认为声波在单位体积岩石内传播所用的时间由两部分组成：岩石骨架部分（1-ф）以速度Vma传播所经过的时间与充满流体的孔隙部分ф以速度Vf传播所经过的时间纯砂岩水层：纯砂岩油层或气层：同样含泥质砂岩同样计算（了解）4、声速测井包括哪些应用，并掌握常见应用的原理，如何利用声速测井资料判断断层力学性质（一）划分地层<根据岩层中声波的传播速度不同，依据其曲线划分不同的岩层> 砂岩时差较高，胶结物性质和含量对时差有影响，孔隙度、气体含量会使时差增大，泥岩一般显高值，泥岩中含砂、钙质、石膏都会使时差下降。
砂岩的骨架时差值一般为56μs/ft，泥岩为100μs/ft.致密石灰岩(49μs/m)和白云岩(43μs/ft)时差最低,含泥质时差会增大，渗透性砂岩时差最高。
（二）判断气层气层的时差比油、水层的时差大得多，在相同条件下，气层砂岩大于油水层砂岩的时差，气层中由于声波传播能量衰减较大，故声波时差曲线有可能出现周波跳跃现象（三）确定孔隙度根据实际情况建立关系式，例如Δt=A+Bф Δt=(1-ф)Δt ma+фΔt f（四）确定断层力学性质1.压性断层：在长期压应力作用下，在断层附近，时差偏移泥岩正常岩石趋势线，出现负异常现象2.张性断层：在长期张应力作用下，在断层附近，时差偏移泥岩正常岩石趋势线，出现正异常现象（五）地震标定和地球化学指示（六）估算地层压力孔隙度减小量与压力增大量及孔隙度本身有关（线性关系）5、泥质在岩石中的存在形式（一）分散泥质：分散泥质是分散的填充或粘接在砂岩的孔隙中的，它不受上覆岩层压力，在泥质中含有较多的束缚水（二）层状泥质：层状泥质和结构泥质以夹层、颗粒或结核的形式存在于砂岩中，他们与邻层泥岩一样受到上覆岩层的压实作用，并具有相同的特征（三）结构泥质：同层状泥质6、周波跳跃的概念及应用周波跳跃：遇到声波幅度衰减严重的某些地层时，第二道首波幅度可能明显减小，致使第二道首波前沿不能触发，而是触发记录首波后沿，其相位将明显地滞后，造成记录的时差比岩层的实际时差大。
更严重的是，第二道首波被第二周或推延多周后的幅度峰所触发，每差一个峰值，时差就增加一个周期，这种现象称为周波跳跃引起周波跳跃的地层1.裂缝发育的地层或层理发育的地层2.未胶结的纯岩石气层、高压气层3.井径扩大严重的盐岩层以及泥浆中含有气体的地层等*周波跳跃现象可以作为裂缝层段或储集层中含气的特征标志7、常用声速测井声系有哪几种，理解工作原理，各有什么优缺点，什么情况下适用，比如井径变化用什么声系，消除泥浆影响用什么声系？8、掌握体积模型的概念，并会根据体积模型推导不同储层(泥质砂岩含水储层、含油储层、含气储层)利用时差计算孔隙度的公式同本章题3第四章：套管井中的声波测井1、自由套管、套管接箍、胶结良好、中等和较差时的声幅测井响应特征（一）自由套管此时，无水泥胶结的自由套管，此时考虑套管波幅度受套管特性影响。
当源距L=5ft时，在320μs左右出现套管波，自由套管的套管波幅度最大，在固井声幅测井中，以它为标准来刻度其他水泥胶结情况的套管波幅度。
可以根据波形的周期计算套管波的中心或传播中心主频，记录的波形显示出套管波有单一波形频率整个波的包络线有高的振幅和能量，波形有长的持续性，即持续相当长的时间。
无地层波，约在945μs处出现泥浆导波（二）套管接箍一界面胶结好，即套管与水泥胶结良好、水泥与地层无胶结，考虑水泥环参数对套管波幅度的影响。
当源距L=5ft时，在320μs左右出现套管波。
由于套管与水泥胶结良好，部分声能量透射到水泥中，因而套管波幅度大大减小。
在套管波后有小的波动起伏，一般认为是水泥波由于水泥与地层未胶结，在他们中间有个环形流体层耦合很差，只有少量声能进入环形流体层，再进入地层的声能就更少了。
因此波形曲线中无地层波。
最后出现的是泥浆导波（三）胶结良好、中等和较差2、CBL、VDL、SBT的原理，源距特征、各有什么区别、各自的应用范围及优缺点，特别是CBL和VDL的应用3、变密度测井资料的应用（一）检查固井质量：1. 自由套管段：全波列波形中套管波幅度很大，地层波很弱或完全没有。
变密度测井左端套管波为黑白反差明显呈整齐的直线条；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失，表示地层波很弱2. 仅套管与水泥胶结：全波列波形中套管波幅度弱，地层波也非常弱或没有。
变密度测井左端套管波为黑白模糊不清的直线条；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条；固井声幅曲线为低幅值3. 部分胶结：全波列波形套管波幅度中等，地层波也呈中等强度。
变密度曲线左端套管波为灰白间隔直线条；右端地层为灰白间隔的曲线条；固井声幅曲线为低-中幅值4. 套管与水泥、水泥与地层都胶结良好：全波列波形中套管波幅度很弱，地层波很强。
变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波为黑白反差明显的曲线条；固井声幅曲线为低幅值。
（二）检查窜槽（三）检查压裂效果：压裂前地层致密，地层波幅度大，变密度黑白反差明显；压裂后裂缝发育，地层波幅度小，变密度灰白模糊显示，弯曲率也大。
4、声幅测井的应用5、如何评价固井质量，如何分别利用CBL资料和VDL资料评价固井质量，掌握评价标准，会分析实际资料同上，了解并学会看书上实际曲线图6、套管井测井时井中有哪些类型的模式波(波型)？（一）套管波：套管波的声强（或幅度）大小与水泥胶结好坏有关，套管波的幅度可以确定第一界面水泥胶结质量（二）水泥环波：水泥环中一般存在微裂隙，导致水泥环能量很弱，波形常被掩盖，故很难观察到（三）地层波：当套管-水泥（第一界面）和水泥-地面（第二界面）胶结良好时，一般出现地层波（滑行纵波和横波），因此出现地层波时说明第二胶结面良好，就可以用地层波幅度的大小来反应第二界面的胶结情况。