09-声波测井1

测量时，T1和T2交替发 射声波脉冲，由R1、R2各 记录一次，然后将两次记 录的时差求平均值，作为 当前R1、R2对应地层的声 波时差。(见动画)
优点：可以克服井径扩大的影响， 还可克服因仪器倾斜、或井斜（声波到达R1、 R2探头在井中经过泥浆的传播距离不等）造成的影响 可消除深度记录误差
斜中井测量 同样可以获 得比较好的 补偿效果
由于要求探头发出的声波通过井内泥浆后，在井壁 上各种速度不同的岩层中，都能以产生滑行波的临界角入射， 因此井下声波发射探头发出的声波应在与井壁法线方向成 130～630的范围内都有足够的声波能量。探头的指向特性由 探头的振动模式、几何形状及几何尺寸所决定。 由于声波在井内传播时会发生衰减，特别是高频信 号，所以对接收探头提出的要求是： （1）接收探头的固有频率不应大于发射探头的固有频率，甚 至可以使接收探头的固有频率稍低于发射探头的固有频率。 因此在组装仪器的声学系统时，应对探头的频率特性进行测 定，选择固有频率合适的接收探头。
R2
L间 距
井 壁
R1
C
井 壁 源 距
B
O
a
v2 v1
A
T
钻井液
单发双收声系
单发双收声速测井原理图
T0
T1
T2 T
TA AB BC CR2 TA AB BR1 )( ) v1 v 2 v 2 v1 v1 v 2 v1 BC CR2 BR1 R2 v2 v1 v1 T T2 T1 (
声波速度测井仪 主要由下井仪器和地面记录 仪器组成。 下井仪器：主要包括三部 分，即声系(发射探头+接收 探头）、电子线路及隔声体 声系是主体：其发射探头为 电声换能器，接收探头为声 电换能器，均由压电陶瓷晶 体制成。 井下电子线路：提供电信号 触发发射探头记录延迟时间 和放大作用。 隔声体：防止发射探头发出 的声波直接耦合到接收探头 源距：发射器和接收器之间 的距离
理 论 声 波 时 差 曲 线
实 测 声 波 时 差 曲 线
实 测 声 波 时 差 曲 线
影响声速测井的因素 <1>井径影响
规则井径，测量结果不受 井内泥浆的影响
井眼不规则，如井径扩大 时，在扩径井段上下界面处， 时差曲线会出现与地层无关 的异常变化，井径越大，误 差较大
设发射探头在上，仪器由下向 上移动 下界面处，T减小，声波时差 出现低于真时差的异常 上界面处， T增大，声波时差 出现高于真时差的异常
A
T
单发双收声系
如何选择两接收探头间的间距L呢？
1 T t v2 L
从前面公式可见，所求得的纵波时差t实际上反映厚度为L的 地层声速的平均效应（或平均速度的倒数）
L过大，不利于薄层分析，且远接收探头R2会因声 波衰减记录的滑行纵波幅度很小，不易辨认，易产 生记录误差；从提高分辨率考虑，L应小一些 L过小，被测量的声波时差T的绝对值变小，当地 面仪器精度一定时，则相对误差增大。从提高测量 精度考虑，L应大一些 当地层的纵波速度比较低时，可适当选择较小的 L值，这样可以提高薄层的分层能力。
如，从电能声能 机械能声能 或反之
发射换能器或发射探头：发射声能，产生声波，激发 人工声场 接收换能器或接收探头：接收声波，转换为电信号 要求： >发射探头应有足够的声功率 >发射频率应满足划分地层分辨率的要求，且不能有 大的衰减， 即工作频率不能过低（分辨率不足）或过高 （衰减快） > 换能器必须具有一定的方向性，以便于产生和接收 滑行波（一般的地层，第一临界角在13～63°） > 耐高温和高压（井下温度可达 150° 以上，压力可能 会超过100MPa ） >换能器应有足够的机械强度、结构简单、体积小、 性能稳定，成本较低
泥岩
井 径 扩 大
泥岩
泥 岩 基 线
井径 扩大
砂 泥 剖 面 2
实例2：膏盐剖面 无水石膏井径小， 盐岩井径大
无水石膏层 顶界面处t偏低 底界面处t偏高
<2>层厚的影响 岩层厚度的大小是相对声波仪器的间距而言的。 厚层:岩层厚度H>间距L 薄层:岩层厚度H<间距L 厚层与薄层的曲线特点不同 声速测井本质上是测量两个接收探头R1和R2之间地层的平 均时差。 对于厚层，可以用半幅点分层，曲线峰值即为地层时差 对于薄层，不能用半幅点分层（偏大），峰值数值不能 准确反映真实地层时差，层越薄，误差越大 薄的交互层，曲线无法反映真实的声波速度，甚至反向 不能用t曲线分层，峰值数值也不代表真实地层时差 可见，声速测井仪对小于间距的薄地层分辨能力较差。 减小间距可提高对于薄层的分辨能力，但是记录精度 会降低，特别是探测深度也会随之变浅。
周波跳跃实例
周波跳跃实例
双发射—双接收测井仪 单发射-双接收测井仪的不足： <>受井径扩大影响大 <>存在深度记录误差。一般规定单发双收声系的记录 点为两接收探头的中点。它记录的应该是在该记录点附 近厚度为间距L的岩层的声速平均值， 实际情况是:声波在两个接收探头之间传播的距离 并不和它们所对应的地层完全重合。这一深度误差在地 层速度较高，井径较小时并不大，可忽略；但当地层速 度不大，且井径增大时，如在疏松的泥岩段，井壁坍塌， 发生井径扩大，且第一临界角比较大，这一误差可达 0.5m，因此，深度误差必须考虑。（阵列声波测井仪器 源距和间距可有多种选择）
隔声体
声波速度测井示意图
单发双收声速测井原理
在充满钻井液的井中，假设 钻井液纵波速度为v1，地层 的纵波速度为v2，且v2>v1
声波发射探头发出声波，在井内沿 各个方向传播,其中必然有以临界角 方向入射到井壁进入地层的波，并 井壁附近形成滑行波。滑行波传播 的快慢取决于地层速度，滑行波传 播又会产生介质扰动形成新的子波 源，向四周传播，进而被接收探头 R1最先接收到（称为初至波），第 二个探头也被同一首波触发，记录 下两个探头的时间差T。 接收探头在初至波触发下工作，把 声波变为电信号，进行记录。
层厚影响实例1
薄层 半幅点 m/s 厚层
半幅点
m/s
m/s 时差比 厚层高 时差 极小
层厚影响实例2
薄互层 曲 线 出 现 相 反 情 形 间距
厚层
层厚 均为 0.5m
分辨率 无限大
层厚影响实例3——不同厚度地层声波速度曲线
厚层 假异常可识别 地层中部曲线平均值 能较好反映地层性质 需参考井径曲线
上 界 面
下 界 面
高速 地层
低速 钻井液
高速 地层
低速 钻井液
上界面 D D 增加 路径 下界面 增加 路径
T减小
T增大
实例1：砂泥剖面
泥岩
井扩大
砂泥岩分界处，因 机械强度较弱的泥 岩层段，经常出现 井径扩大的现象， 因井径的突变， 声波时差曲线出现 假异常变化。 砂岩的 顶界面处t偏低 底界面处t偏高
如果两个接收探头之间对应井段的井径没有变 化，且仪器居中，则可以认为CR2=BR1，有 L为两个接收探头间的距 BC L 离，称为间距；T为实际 T v 2 v 2 记录的远近接收探头接收 到的滑行波的到达时间差
L
记 录 点
井 壁
O R1
C
B
a
v2
地层中单位长度纵波的时差t为 1 T 表明：所接收T的大小反映地 t 层声波速度的高低，即声速测 v2 L 井实际上是观测两个接收探头 之间的时差，其等于接收探头间距所对应地层中传 播速度的倒数。深度记录点为R1R2中点； 测量时，地面仪把时差成比例转换为电位差记录 测井仪在井中移动得到一条随深度变化的声波时差 曲线，单位us/m
双发双收声系对井眼影响的补偿 可见，同一井 段，采用发射 探头在上面和 下面两个仪器， 测量，然后对 两个仪器测量 的声波时差取 平均值，就可 以正好消除井 径的影响造成 的假异常 双发-双收正是 基于这一原理 设计的
t 增大
t 减小
t 减小
t 增大
双发射-双接收测井仪结构 在原单发射-双接收仪器 的基础上，增加一个发射 探头，形成T1-R1-R2-T2上 下对称的声系
声 波 测 井
云美厚
河南理工大学资源与环境学院
什么是声波、声波测井？
声波：是一种弹性波。其同样有纵横波之分，弹性波的一 切特性和传播规律声波均适用。 分为：可听见声波(频率为20~30kHz，即通常意义下的声音)
超声波（频率>30KHz）
岩石物理基础：声波在不同介质中传播时，声波速度、幅 度（能量）、频率等声学特性随介质弹性特性的不同而变 化。 概念：利用岩石声学特性差异研究钻井地质剖面、判断固 井质量的一种测井方法。 特点： <>发展迅速，新方法层出不群(见下页) <> 与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下地质 构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、 判断储集层中流体的性质方面，成为结合测井和物探的纽 带，呈显出良好的发展前景
（2）对于声波测井的两个接收探头，其固有频率应挑选得尽 量接近，否则将会对同一滑行首波造成幅度和相位的失真， 引起记录的明显偏差。
井内声波的传播
声波传播遵循费马原理和惠更斯原理 声波传播通过两种不同弹性介质分界面时将发生反 射、折射等，遵循Snell定律 流体直达波——即声源的入射波
由声源出发，经过井内流体直接到达接收器的波。 特点：不受周围不连续区域的影响。 井内任一观测点的声场是由直达波场（或入射波场） 与反射波场叠加而成的。
声 波 测 井
出 声速测井（声波速度（时差）测井） 现 最 声幅测井（声波幅度测井） 早 长源距声波全波列测井 声波变密度测井 井下声波电视(BHTV)
噪声测井
多极子阵列声波测井 井周声波成像测井（CBIL） 超声波井眼成像仪 新 技 术
声波测井换能器——声波发射探头和声波接收探头 换能器：将能量从一种形式转换成另一种形式的装置
入射线
反射线


折射线
见视频动画-09-1 反射原理
直达波
反射波
折射波
0临界角
介质1 滑行波 V2>V1 不发生透射
介质2
声波速度测井
是目前三大孔隙度测井方法之一，也是声波测井主要方法 利用声波测井仪器，通过测量井下岩层的声波速度，研究井 外地层的岩性、物性，估算地层孔隙度的测井方法。 具体讲，其主要测量滑行波在地层中传播单位长度所需时间， 即时差（速度倒数），用us/m表示 为什么要测量滑行波？ 在井内传播的波有直达波、一次和多次反射波、滑行纵 波及滑行横波等。在这些波列中，只有滑行波携带井孔外地 层的速度信息（即滑行波速度）。
声波测井曲线特点 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，声波曲线的特点： ①当目的层上下围岩声波时差一致时，曲线对称于目 的层中点(见下页图)。 ②岩层界面位于时差曲线半幅点 ③在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层 时差的加权平均效应，既不能反映目的层时差，也不 能反映围岩时差。 ④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平均读值是目的层时差。
单发-双收
双发-双收
因双发-双收测井仪是利用一种测量方式的误差来补 偿另一种测量方式的造成的误差影响，为此，也被称 为补偿声波测井仪
较薄的层 两假异常中间有一个 明显的拐点可以读出 地层的声波时差
极薄的层 两假异常相距很近 薄层处时差曲线是一 条斜线，无法读出地 层的声波时差 不能用来判定岩性 确定孔隙度
<3>周波跳跃的影响 声速测井仪正常记录时，两个接收探头被同一首 波所触发。 在未胶结的纯砂岩气层（含气的疏松砂岩地层）、 高压气层、裂缝或层理发育的地层以及泥浆气侵（泥 浆中含有天然气）的井段时，因声波能量严重衰减， 首波只能触发第一个接收探头而没有能力触发第二个 接收探头，第二个接收探头只能被后续波触发，从而 使得声波时差曲线表现为极不稳定的特别大的时差， 这种现象称为周波跳跃。这时的曲线和数值均不能反 映地层的性质。 周波跳跃是疏松砂岩气层和裂缝发育地层的一个 特征，可被利用来寻找气层或裂缝带。
滑行纵波和滑行横波
当声波由介质1向介质2传播，且 V2>V1时，如果入射角达到 临界角，则折射角=90°，折射波将以速度V2在介质2中沿界面 向前滑行传播，称为滑行波（滑行纵波或滑行横波）
一次和多次反射波
入射波与界面或者井壁在第一次作用时产生的波称为一次反 射波，由多次作用所产生的波称为多次反射波