第二章_声波测井
合集下载
地球物理测#(第二章)声波测井
地球物理测井—声波测井 注意
岩石的声学性质
在井下，纵波和横波都能在地层传播，而
横波不能在流体（气、液体）中传播，因为 泥浆中只能传播纵波。 它的切变模量=0
纵波可以在气体、液体和固体中传播。
地球物理测井—声波测井
2、岩石的声速特性
岩石的声学性质
声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。
纵波速度
岩性不同 VP、VS的影响不同 弹性模量不同 VP、VS 不同
Vp增加
地球物理测井—声波测井
2、孔隙度的影响
声速测井（声时差测井）
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。
孔隙度
传播速度
3、岩层的地质时代的影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
横波速度
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) E Vs 2 (1 )
σ—泊松比 ρ—介质密度
E—杨氏模量
地球物理测井—声波测井
纵横波比
岩石的声学性质
Vp
2(1 ) Vs (1 2 )
由于大多数岩石的泊松比等于0.25，所以岩石的纵横波速度比 为1.73。可见，岩石中传播的纵波比横波速度快。一般，岩石 的密度越大，传播速度越快，反之亦然。
A. 瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混在一起 不易区分。） 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(Rayleigh waves)如图所示，瑞利波具有以下特点： (1)产生在弹性介质的自由表面。 (2)质点运动轨迹为椭圆。 (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 波波速的80％～90％。
声波测井原理
到由于岩层应力变化而引起声场分布的变化情况， 为地震预报和震情监测提供资料；判断井下出水 或出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情
况。
声波测井主要优点 不受泥浆性质影响； 不受矿化度影响； 不受泥浆侵入影响。
第一节 岩石的声学特征
一、岩石的弹性
二、声波在岩石中的传播特征
基本概念和相关知识
2 岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
E (1 ) V P (1 )(1 2 )
V
S
E 2 (1 )
当=0.25，VP/VS=1.73,
E
VP(S)
(2) 传播速度与岩性的关系
岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响
不同
中只能传播纵波。
三、声波在介质界面上的传播
2. 波的传播
入射波 入 射 角 反 射 角 反射波
介质1 介质2 折射角 折射波
3. 产生滑行波的条件
S in VP 1 折射定律: S in 1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90°
第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2)
性体，在岩石中传播的声波可以被认为是弹 性波。
2.2 描述弹性体的参数
虎克定律：在弹性限度内，弹性体的弹性形变与 外力成正比，即：f＝-E·
由于应力与外力数值相等，方向相反，故上式可
以改写成为：＝E·
(1)杨氏弹性模量 E
E＝应力/应变＝/
应力：作用在单位面积上的力，F / S。
应变：弹性体在力方向上的相对形变，△L / L。
一 声波在井壁上的折射与滑行波
井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井壁 （井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射；一 部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由于井 壁地层是固相介质，因而，折射进入地层的声波 可能转换成为折射纵波和折射横波。
地球物理测井方法 第二章 声波测井
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0e l
为声衰减系数，它与介质的声速、密度 及声波的频率有关
GaoJ-2-1
17
五、井内声波的发射和接收
换能器(探头)： 压电陶瓷晶体 可以将电磁能转换为声能，又可以将声能 转换为电磁能的器件。
压电效应：晶体在外力作用下产生变形时，会引 起晶体内部正、负电荷中心发生位移而极化，导 致晶体表面出现电荷累积(声-电)。
Wavelength
GaoJ-2-1
质点振动
波传播方向
8
介质振动模式与声波类型
垂直传播
SH水平振动
SV水平振动
P垂直振动
SH水平振动
GaoJ-2-1
SV垂直振动
水平传播
P水平振动
9
快慢横波和横波分离
Propagation Direction
R
S
GaoJ-2-1
10
井眼中的声波类型及特点
纵波（P波）：Compressional Wave
本科生课程 《地球物理测井方法》
第 2 章 声波测井
（Acoustic Logging） 前 言 声波测井基础 第1节 声波速度测井 第2节 声波幅度测井
声波测井
➢研究的对象：井孔周围地层或其它介质的声学 性质(速度、幅度(能量)、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同介质的弹性力学性质不 同,使其声波传播速度、衰减(幅度)规律不同
A V
岩石体变模量定义：岩石受均匀静压力作用时，所加
静压力的变化∆P与体应变 的比值：
K= -∆P/
体变模量的单位为N/m2。
（5）拉梅系数λ和 （Lame Coefficient）
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。
石油工程测井7.8.9_第2章声波测井-2.1基础-2.2声速-2.3声幅(改)
P2
入射角θ1*——第一临界角
滑行纵波
折射波
石油工程测井—声波测井
sin V p1 sin 2 Vs 2
岩石的声学性质
反射波 S1 P1
折射定律 Vp1＜Vs2 θ2＝90°
入射波P
β2
θ β1
θ1 θ2 S2
2 arcsin
V p1 Vs 2
V1 V2
Ⅰ Ⅱ
P2
θ2
*——第二临界角
石油工程测井—声波测井
气层－厚层
石油工程测井—声波测井
气水同层
石油工程测井—声波测井
气层
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
二、岩石的声速特性及影响因素
1、VP、VS与 、 、E间的关系
纵波速度 V p
E (1 ) (1 )(1 2 )
ρ增加，E增加，
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，因此时差值受地层特性的控制， 此外还受到井条件及仪器本身的影响。
石油工程测井—声波测井
1.井径的影响
声速测井（声时差测井）
① R1处在井径扩大井段，R2位于正常或缩小井段时，滑行波到 达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。
3、岩层的地质时代的影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
4、岩层的埋藏深度
埋藏深度和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
三、声波时差曲线的影响因素
入射角θ1*——第一临界角
滑行纵波
折射波
石油工程测井—声波测井
sin V p1 sin 2 Vs 2
岩石的声学性质
反射波 S1 P1
折射定律 Vp1＜Vs2 θ2＝90°
入射波P
β2
θ β1
θ1 θ2 S2
2 arcsin
V p1 Vs 2
V1 V2
Ⅰ Ⅱ
P2
θ2
*——第二临界角
石油工程测井—声波测井
气层－厚层
石油工程测井—声波测井
气水同层
石油工程测井—声波测井
气层
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
二、岩石的声速特性及影响因素
1、VP、VS与 、 、E间的关系
纵波速度 V p
E (1 ) (1 )(1 2 )
ρ增加，E增加，
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，因此时差值受地层特性的控制， 此外还受到井条件及仪器本身的影响。
石油工程测井—声波测井
1.井径的影响
声速测井（声时差测井）
① R1处在井径扩大井段，R2位于正常或缩小井段时，滑行波到 达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。
3、岩层的地质时代的影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
4、岩层的埋藏深度
埋藏深度和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
石油工程测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
三、声波时差曲线的影响因素
声波测井
第二章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。
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。
§2-1 岩石的声学特性声波是机械波，是机械振动在媒质中的传播过程，即通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递，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声波或超声波。
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。
2声波测井方法与应用
22 p
22
ur 2 r
(2
22 )2 p
2
2
1 r
p r
2 p z 2
2s rz
Trz 2
2
u r 2 z
u z 2 r
2
2
jk
p K1 (
pa)B(k)
(2k
2
（3）积分上下限分析 波数在（-kb，kb）之间 k kb ,
kb sin kb ,
2
入射角在 , 全部 声射线 2 2
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
二、井中入射波和反射波分析
2．反射波特性
反射波在波数k复平面上，被积函数存在若干极点± kb、 ± ks、 ± kp，由割线积分 得到
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
一、波动方程及解
2．边界条件
Q Trr2m 1 ur2m b 2
2
b
1
ak
2 s
1 2
2k 2
k
2 s
2 1
K0 ( pa) u p K1( pa)
2k 2s
b r)e j(tkz) dk
r
C
b K1 b I1
(b (b
a)Q a)Q
K0 (ba) I0 (ba)
I0
(b
r)e
j(t kz) dk
1．入射波分布
03声波测井
声波测井（一）声波测井是一种很重要的测井方法。
它是以岩层传播声波的性质为基础来研究地层的方法。
不同的岩石和不同的地层对声波传播的速度，对声波的反射和折射以及对声波能量的吸收都有一定的规律。
声波测井就是利用这些规律获取地层信息，直接用于地层评价、判断岩性、计算孔隙度、甚至还可利用声速测井资料合成地震记录。
声波测井仪器繁多，分声波速度测井类、声波幅度测井类，还有既测声波速度又测声波幅度的声成像仪器。
在介绍声波仪器和测井方法之前先了解以下几个基本概念：a，声波在传播途中若遇不同速度介质时，比如从泥浆到地层声波传播的方向会发生改变。
特别是若从低速进入高速介质的界面时，会发生反射和折射，而且遵循反射定律和折射定律。
即：入射角等于反射角，入射角的正弦和折射角的正弦之比等于入射介质和折射介质声传播速度之比。
折射角随入射角增加而增加。
当折射角为90o时，折射波沿界面传播称为滑行波，这时的入射角称为临界角。
声波速度测井就是根据这一理论设计仪器的。
b，声波在地层中传播时，声波能量将损失，声波幅度要衰减。
而衰减的大小与传播路径中岩层的岩性及孔隙度有密切关系。
声波幅度测井就是根据这一道理设计的。
c，声波在声速不同的两介质界面上产生反射波和折射波，两种波各具一定的能量，反射波和折射波分别与入射波能量之比称为反射系数和折射系数。
不同岩石的反射系数和折射系数是不相同的。
另外，我们把声波传播介质的密度和声波传播速度相乘之积称为这种介质的声阻抗。
d，依弹性波的传播方向和质点震动方向的相互关系，有纵波、横波两个之分，并且它们的速度不同，可以分别表示为：Vp= √(E/ρ)*(1-σ)/(1+σ)*(1-2σ)Vs=√2(1-σ)/1-2σ式中：Vp、Vs分别代表纵波和横波速度E、σ、ρ分别为岩石的杨氏模量、泊松比、和密度。
由此可见，声波传播速度不随声波频率改变，这就叫做没有频散现象。
（比如女高音和男低音在空气中传播的速度都一样）。
声波测井仪器的原理及应用
第三章 数字声波测井原理及应用
3.5 数字声波仪器小结
1、SL6680针对井下岩性复杂和作业现场环境恶劣等情况,采用阵 列接收探头、高速数字化采集和传输方式的新一代数字声波测井仪器。 采用阵列信号处理技术来校正由于各种原因造成的测量误差,极大地提 高了测井数据的有效性与准确性;直接在井下仪器中对采集到的声波信 号进行数字化,将数字声波信号通过数字遥传系统传送到地面设备,提高 了仪器的可靠性和抗干扰能力。
声波测井仪器的原理及应用
胜利测井四分公司
王玉庆
目录 第一章 前言 第二章 岩石的声学特性 第三章 数字声波测井原理及应用 第四章 正交多极子阵列声波测井
第五章 声波测井流程及注意事项
第一章 前言
声波测井是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测 井、声幅测井发展到后来的声波全波列测井、偶极子和多极子测井、 声波成像测井、井间声波测井及随钻声波测井等 常用的声波测井，如声波测井和声幅测井，是记录滑行纵波首 波的传播时间和第一个波得波幅。 正交多极子阵列声波测井是当今测量地层纵波、横波和斯通利 波的最好方法之一，无论在大井眼井段还是非常慢速的地层中都能 得到较好的测量结果 目前测井四分公司以Eclips5700和SL6000为主要地面系统，常用 到声波测井仪器主要以数字声波和正交多极子阵列声波为主。
4.1 XMACII多极子阵列声波测井原理
单极子声源
单极子声源相当于一个点声源在裸眼井中可激发纵波、横波、伪瑞利
波和斯通利波等波形，通过波形处理技术即可提取接收波形中的纵波、横波 和斯通利波的波速。
缺点：
1、工作频率(15～25 kHz) 太高，声波穿透地层的深度较小、信号的 传播距离较小。
2、在软地层(横波波速比井内流体波速小的地层 ) 不能激发横波，因
声波测井.
（2）
其中： 为声波振动的角频率， 为声压幅度， 为介质中的声速 （不同于质点的振动速度 ）， 表示在距声源 处，振 动过程要比声源滞后 。
上式的物理意义是：在理想介质中（声波在其中传播不 损失能量），在时刻 ，距离声源 处的某点的声压，是重复 声源处 时刻的声压值。
对（2）式求导得：
将上式代入（1）式中可得： 或者 上式的物理意义可以作电学类比， 相当于“电压”，质点振 动速度 相当于“电流强度”， 相当于“电阻抗”，因此 称之为波阻抗或声阻抗。 得到介质质点振动速度表达式后，考虑作用 在薄 层移动距离 时所做的功 ，单位时间内所做的功即为声功 率，而单位面积上的声功率即为声强。所以：
分别为流体介质的粘滞性系数、密度及声速， 声波的角频率，对于声波测井常用的声信号，
为
。
从上式可以看出，吸收系数与介质的密度成反比，与介质 中声波传播速度的三次方成反比，即在低速介质中声波的吸收 比在高速介质中的吸收要显著。介质对声波的吸收和声波的频 率（或角频率）的平方成正比，即高频声波信号在介质中传播 时衰减得更快。吸收系数与介质的粘滞性系数成正比，但只有 当声波的频率不很高时， 才可以作为常数处理，在声波信号的 频率极高时， 将随频率的增加而发生改变。 以上关于流体介质对声波的吸收的讨论，只考虑到介质对 声波的吸收是由于内摩擦或介质的粘滞性所引起的，介质对声 波的吸收还与介质的导热性有关。由于热传导，在介质中由于 声波传播造成的压缩部分和稀薄部分之间产生热交换，也会引 起声波能量减小，但此吸收是很小的，以致在考虑流体对声波 能量的吸收时，可以将其忽略不计。
为了说明声压和声强的数学关系，先讨论由于声压引起 的介质质点振动速度。设在和声波传播方向r 垂直的方向上 有一密度为 的介质薄层，其厚度为 ，面积为 ，如P268图 8-1所示。 在薄层左侧面上，存在作用力 ；在其右侧面上， 由于声波在介质中传播了 以后，声压变化为 （ 为 负值），因而对此体积元右侧面的作用力为：
声波测井课_套管井声波测井
2000
R2 = 0.9949
1500
1000
500
0
10
20
30
40
50
60
水泥环厚度,mm
完全胶结时地层波幅度与水泥环厚度关系：厚度越厚，地层波幅度越小
三、 影响地层波幅度的各种因素 (2) 地层特性
地层密度越高，地层波幅度越大
地层波相对幅度
砂岩地层地层波幅度与泥质和孔隙度关系
2
23
Z3 Z3
Z2 Z2
套管波幅度的与水泥胶结质量关系? 套管波随一界面窜槽角度变化波形图
1.00
0.80
归一化套管波幅度
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
微环隙宽度(cm) 流体环隙宽度(cm)
套管波幅度与一界面流体环隙宽度的关系
水泥密度,g/cm3
5
10
15
20
流体环隙宽度（mm）
低密度、高密度水泥固井 和自由套管时套管波比较
不同水泥密度固井的套管波幅度与一 界面流体环隙宽度的关系
二、 影响套管波幅度的各种因素
3)水泥环对套管波幅度的影响 c.水泥环的厚度的影响 水泥环的厚度增加，也将使套管波的幅度减小。实验表明水泥厚度小于3/4英 寸（1.905cm）时，随着水泥环厚度增大，套管波的衰减系数也增大。当水泥 环厚度大于3/4英寸时，衰减系数保持不变。
自由套管的厚度对衰减系数影响不明显,当套管外有水泥固结时,衰减系数与套 管厚度有关。在水泥抗压强度一定时，随着套管厚度增大，衰减系数减小，即 声幅度增加 。
1.1
声波测井原理
井壁地层及套管技术状况评价测井
BoreHole TeleViewer（BHTV） Ultra Sonic Imager（USI）
Cirumferential BoreHole Imager Logging（CBIL）
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.
第二章
声波测井
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，
核物理学，岩石力学等，数学物理方程的 数值解法； 2. 计算机方法：编程开发大型商业化软件， 数值模拟； 3. 仪器的研发； 4. 数据处理解释技术，学习各种软件。
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.
第二章
声波测井 声波测井的主要内容
测量井眼声速评价岩性和孔隙度
Acoustic log （AC-DT）
Full-wave train log（LSS）
Digital array acoustic log（DAC）
Dipole 、quadruploe & multipole acoustic log
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.
5
第二章
参考资料
声波测井
唐晓明 定量测井声学 石油工业出版社 2004
…………
11/20/2006
Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.
A A0 sin(t 0 )
11/20/2006 Directed by Liu Hongqi Copyright reserved.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
-d-
施加力
l
第一节 岩石的声学性质
(3)体积弹性模量K(也称膨胀率)
K=应力/体应变=(F/S)/(△V/V) （kg/cm2）
(4)切变模量()
切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。
Ft
d
△l
切变角，tg=△l/d，当很小时，tg=△l/d
AB BD DF AB BC CE t t 2 t1 ( )( ) v1 v2 v1 v1 v 2 v1
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
BD BC CD t v2 v2
显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速 成反比。时差的单位：s/m。
第二节 声波速度测井
一、单发双收的测量原理
1.声系
R：接收探头－声能转化为电能； T：发射探头－电能转化为声能。
声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特性。
声波测量原理示意图
井筒 T 源 距
井壁 B C
记录点O
A
间 距
R1 O R2
D
2.岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
反射波
介质1 介质2 折射角 折射波
第一节 岩石的声学性质
2.产生滑行波的条件
折射定律:
S in VP1 S in 1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90° 第一临界角:1*=arcsin(vp1/vp2)
第一节 岩石的声学性质
同理可得出:当折射产生横波时有
Sin VP1 Sin 2 VS 2
2.划分地层(确定地层的岩性)
砂岩的理论骨架时差:△tma=182s/m(硅质胶结)
灰
岩: △tma=156s/m
白云岩: △tma=143 s/m 无水硬石膏: △tma=164 s/m 岩盐时差: △tma=220 s/m 淡水: △tmf=620 s/m
盐水: △tmf=608 s/m
第一节 岩石的声学性质
切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。
= 切应力/切应变 =(Ft/s)/
= (Ft/s)/△l/d
第一节 岩石的声学性质
三、声波在岩石中的传播特性
纵波、横波的定义
纵波：介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹 性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。
横波：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。
4.实例分析
实例：一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层的时差 为313.4s/m,电阻率为10m，tma=182s/m, tf=620s/m，并已知RW=0.1m，求： (1)该层的孔隙度； (2)该层的含水饱和度； (3)确定该层的流体性质。
4.实例分析
解：根据已知条件可得：
t t ma (1): s t f t ma
间距
2.岩层厚度的影响
(3)薄互层(交互层中小层的厚度)，此时，曲线不能 反映地层的真正时差值，由于各层间的相互影响，曲线 呈锯齿壮。
时差
间距
三、影响时差的因素 3.周波跳跃的影响 (1)产生的原因
由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇到吸 收系数很大的介质,首波能触发 R1但不能触发R2,R2 被幅度较高的后续波触发,因此,时差增大。
3.计算孔隙度
孔隙(流体)
纯岩石
骨架
b=f×+ma(1-) t=tf×+tma(1-) N=Nf×+Nma(1-)
3.计算孔隙度
(2)用时差求孔隙度的公式
①固结压实的纯地层 t=tf×+tma(1-)
t t ma s t f t ma
小
结
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、声速测井的原理
和应用，了解其它的测井原理。
西安科技大学资源勘查2008级
第二章 声波测井
引
一、声波测井概念
言
声波测井是通过研究声波在井下岩层或介质 中的传播特性，从而对岩层的地质特性和井的技
术状况的一种测井方法。
引
二、声波测井分类
声波速度测井 声波幅度测井 声波电视测井 噪 声 测 井
言
求孔隙度和力学参数 研究固井质量 观察井壁情况、裂缝 了解井下流体的流动
流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，
速度就降低。
2.岩石的声速特性及影响因素
(4)岩层的地质时代影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播 速度越快。
(5)岩层的埋藏深度影响
岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。 结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
3.岩层的声幅特性
第二临界角:2* = arcsin(vp1/vs2)
第一节 岩石的声学性质
3.反射、折射系数（R、T）
反射系数R：
R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量
=(2•V2-1•V1)/(2•V2+1•V1)
折射系数T： T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量 =21•V1/(2•V2+1•V1) 入射角=0°，T+R=1
二、单发双收的测量原理
(5)输出的测井曲线(一条声波时差曲线)
时差 s/m
三、影响时差的因素
1.井径的影响
① R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波到达R1 的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。 ② R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波到达R1
的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差增加。
压实系数cp的求法:
A 深度法：Cp与深度成反比,深度越深,地层越压实, 胜利油田的经验公式: Cp=1.68-0.0002×H B 时差对比法：Cp=tsh/tshp；tshp:是固结压实泥 岩的时差。
4.实例分析 ②固结压实泥质地层
t=tshVsh+tf+tma(1-Vsh-)
第一节 岩石的声学性质
一、声波简介
1、声波定义
声波是一种机械波，是介质质点振动向四周的传播。
2、声波的分类
声 波 20Hz〈频率〈20KHZ
次声波
频率〈 20Hz 频率 〉20KHz
超声波
第一节 岩石的声学性质
二、岩石的弹性及弹性参数 1.弹性的定义
弹性是指物体受有限外力而
1.判断气层、确定油气和气水界面
据流体密度和声速有：V水>V油>V气
在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征:
周波跳跃 高时差>30微秒/米 气 层
六、时差曲线的应用 2.划分地层(确定地层的岩性)
由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此
可以用时差划分地层。
致密岩石的时差<孔隙性岩石的时差 岩层的孔隙增加－声速下降－时差增加 砂岩的时差<泥岩的时差
平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的
能量与其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声
波能量的高低。 J= J0e-2l J：声波经过L距离后的声强 J0：初始声强
：介质的吸收系数
下降 V下降 增加 频率增加 增加
二、单发双收的测量原理
(1)产生滑行波的条件(V地>V泥浆)产生滑行波的过程是可
特点：弹性体的小体积元的体积不变，而边角
关系发生变化，例如,切变波。
第一节 岩石的声学性质
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它
的切变模量=0。 (2) 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。
第一节 岩石的声学性质
四、声波在介质界面上的传播
1.波的传播
入射波 入 射 角 反 射 角
3.周波跳跃的影响
(2) 周波跳跃的特点
时差值大大增加 且呈周期性的跳跃
(3) 产生周波跳跃的各种情况
含气的疏松砂岩 裂缝性地层或破碎带 泥浆气侵
四、井眼补偿声速测井(BHC)
井眼不规则时，有：
T 1 A AB BR1 t1 V1 V2 V1
T1
A
B R1 E C
T 1 A AC CR 2 t2 V1 V2 V1 BC CR 2 BR1 t 1 t 2 t 1 V1 V2
第一节 岩石的声学性质
3.描述弹性体的参数
(1)杨氏模量E
E=应力/应变
应力：作用在单位面积上的力，F / S。
应变：弹性体在力方向上的相对形变，△L / L。 E物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
第一节 岩石的声学性质
(2)泊松比 =弹性体的的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
2.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的 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 复原状的物体，称为塑性体。 可变成 弹性体 塑性体
第一节 岩石的声学性质
在声波测井中，声源的能量很小，声波作用 在岩石上的时间很短，因而岩石可以当成弹性
体，在岩石中传播的声波可以被认为是弹性波。
③非均匀孔隙地层
次生孔隙指数 =N-S ；原生孔隙 <S< 总孔隙度；通 常情况下，用S表示原生孔隙度。
用次生孔隙指数来反映地层的裂缝的发育情况：
4.实例分析 ④声波地层因素公式
t ma t x (1 )
砂岩:X=1.6
灰岩:X=1.76
白云岩:X=2.00
优点:该公式不作压实校正
对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏 在时差曲线上区别很大,很容易识别。
3.计算孔隙度
(1)体积物理模型 根据测井方法的探测特性和岩石的各种物理性
-d-
施加力
l
第一节 岩石的声学性质
(3)体积弹性模量K(也称膨胀率)
K=应力/体应变=(F/S)/(△V/V) （kg/cm2）
(4)切变模量()
切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。
Ft
d
△l
切变角，tg=△l/d，当很小时，tg=△l/d
AB BD DF AB BC CE t t 2 t1 ( )( ) v1 v2 v1 v1 v 2 v1
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
BD BC CD t v2 v2
显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速 成反比。时差的单位：s/m。
第二节 声波速度测井
一、单发双收的测量原理
1.声系
R：接收探头－声能转化为电能； T：发射探头－电能转化为声能。
声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特性。
声波测量原理示意图
井筒 T 源 距
井壁 B C
记录点O
A
间 距
R1 O R2
D
2.岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
反射波
介质1 介质2 折射角 折射波
第一节 岩石的声学性质
2.产生滑行波的条件
折射定律:
S in VP1 S in 1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90° 第一临界角:1*=arcsin(vp1/vp2)
第一节 岩石的声学性质
同理可得出:当折射产生横波时有
Sin VP1 Sin 2 VS 2
2.划分地层(确定地层的岩性)
砂岩的理论骨架时差:△tma=182s/m(硅质胶结)
灰
岩: △tma=156s/m
白云岩: △tma=143 s/m 无水硬石膏: △tma=164 s/m 岩盐时差: △tma=220 s/m 淡水: △tmf=620 s/m
盐水: △tmf=608 s/m
第一节 岩石的声学性质
切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。
= 切应力/切应变 =(Ft/s)/
= (Ft/s)/△l/d
第一节 岩石的声学性质
三、声波在岩石中的传播特性
纵波、横波的定义
纵波：介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹 性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。
横波：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。
4.实例分析
实例：一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层的时差 为313.4s/m,电阻率为10m，tma=182s/m, tf=620s/m，并已知RW=0.1m，求： (1)该层的孔隙度； (2)该层的含水饱和度； (3)确定该层的流体性质。
4.实例分析
解：根据已知条件可得：
t t ma (1): s t f t ma
间距
2.岩层厚度的影响
(3)薄互层(交互层中小层的厚度)，此时，曲线不能 反映地层的真正时差值，由于各层间的相互影响，曲线 呈锯齿壮。
时差
间距
三、影响时差的因素 3.周波跳跃的影响 (1)产生的原因
由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇到吸 收系数很大的介质,首波能触发 R1但不能触发R2,R2 被幅度较高的后续波触发,因此,时差增大。
3.计算孔隙度
孔隙(流体)
纯岩石
骨架
b=f×+ma(1-) t=tf×+tma(1-) N=Nf×+Nma(1-)
3.计算孔隙度
(2)用时差求孔隙度的公式
①固结压实的纯地层 t=tf×+tma(1-)
t t ma s t f t ma
小
结
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、声速测井的原理
和应用，了解其它的测井原理。
西安科技大学资源勘查2008级
第二章 声波测井
引
一、声波测井概念
言
声波测井是通过研究声波在井下岩层或介质 中的传播特性，从而对岩层的地质特性和井的技
术状况的一种测井方法。
引
二、声波测井分类
声波速度测井 声波幅度测井 声波电视测井 噪 声 测 井
言
求孔隙度和力学参数 研究固井质量 观察井壁情况、裂缝 了解井下流体的流动
流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，
速度就降低。
2.岩石的声速特性及影响因素
(4)岩层的地质时代影响
实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播 速度越快。
(5)岩层的埋藏深度影响
岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。 结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。
3.岩层的声幅特性
第二临界角:2* = arcsin(vp1/vs2)
第一节 岩石的声学性质
3.反射、折射系数（R、T）
反射系数R：
R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量
=(2•V2-1•V1)/(2•V2+1•V1)
折射系数T： T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量 =21•V1/(2•V2+1•V1) 入射角=0°，T+R=1
二、单发双收的测量原理
(5)输出的测井曲线(一条声波时差曲线)
时差 s/m
三、影响时差的因素
1.井径的影响
① R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波到达R1 的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。 ② R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波到达R1
的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差增加。
压实系数cp的求法:
A 深度法：Cp与深度成反比,深度越深,地层越压实, 胜利油田的经验公式: Cp=1.68-0.0002×H B 时差对比法：Cp=tsh/tshp；tshp:是固结压实泥 岩的时差。
4.实例分析 ②固结压实泥质地层
t=tshVsh+tf+tma(1-Vsh-)
第一节 岩石的声学性质
一、声波简介
1、声波定义
声波是一种机械波，是介质质点振动向四周的传播。
2、声波的分类
声 波 20Hz〈频率〈20KHZ
次声波
频率〈 20Hz 频率 〉20KHz
超声波
第一节 岩石的声学性质
二、岩石的弹性及弹性参数 1.弹性的定义
弹性是指物体受有限外力而
1.判断气层、确定油气和气水界面
据流体密度和声速有：V水>V油>V气
在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征:
周波跳跃 高时差>30微秒/米 气 层
六、时差曲线的应用 2.划分地层(确定地层的岩性)
由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此
可以用时差划分地层。
致密岩石的时差<孔隙性岩石的时差 岩层的孔隙增加－声速下降－时差增加 砂岩的时差<泥岩的时差
平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的
能量与其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声
波能量的高低。 J= J0e-2l J：声波经过L距离后的声强 J0：初始声强
：介质的吸收系数
下降 V下降 增加 频率增加 增加
二、单发双收的测量原理
(1)产生滑行波的条件(V地>V泥浆)产生滑行波的过程是可
特点：弹性体的小体积元的体积不变，而边角
关系发生变化，例如,切变波。
第一节 岩石的声学性质
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它
的切变模量=0。 (2) 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。
第一节 岩石的声学性质
四、声波在介质界面上的传播
1.波的传播
入射波 入 射 角 反 射 角
3.周波跳跃的影响
(2) 周波跳跃的特点
时差值大大增加 且呈周期性的跳跃
(3) 产生周波跳跃的各种情况
含气的疏松砂岩 裂缝性地层或破碎带 泥浆气侵
四、井眼补偿声速测井(BHC)
井眼不规则时，有：
T 1 A AB BR1 t1 V1 V2 V1
T1
A
B R1 E C
T 1 A AC CR 2 t2 V1 V2 V1 BC CR 2 BR1 t 1 t 2 t 1 V1 V2
第一节 岩石的声学性质
3.描述弹性体的参数
(1)杨氏模量E
E=应力/应变
应力：作用在单位面积上的力，F / S。
应变：弹性体在力方向上的相对形变，△L / L。 E物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
第一节 岩石的声学性质
(2)泊松比 =弹性体的的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
2.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的 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 复原状的物体，称为塑性体。 可变成 弹性体 塑性体
第一节 岩石的声学性质
在声波测井中，声源的能量很小，声波作用 在岩石上的时间很短，因而岩石可以当成弹性
体，在岩石中传播的声波可以被认为是弹性波。
③非均匀孔隙地层
次生孔隙指数 =N-S ；原生孔隙 <S< 总孔隙度；通 常情况下，用S表示原生孔隙度。
用次生孔隙指数来反映地层的裂缝的发育情况：
4.实例分析 ④声波地层因素公式
t ma t x (1 )
砂岩:X=1.6
灰岩:X=1.76
白云岩:X=2.00
优点:该公式不作压实校正
对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏 在时差曲线上区别很大,很容易识别。
3.计算孔隙度
(1)体积物理模型 根据测井方法的探测特性和岩石的各种物理性