声波测井

时差的单位：s/m
显然：CD正好是仪器的间距（常数），时差与 声速成反比。
地球物理测井—声波测井
5、输出的测井曲线
输出一条声波时差曲线
声速测井（声时差测井）
时差
s/m
地球物理测井—声波测井
二、岩石的声速特性及影响因素
声速测井（声时差测井）
1、VP、VS与 、 、E间的关系 纵波速度 横波速度
斯通利波波
地球物理测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
声时差测井测量声波通过井下单位厚度岩层的传播 时间，即时差Δt（μs/m），由于时差的倒数就是 声速v（m/s），因此又叫声速测井。 一、单发双收的测量原理 源 R：接收探头
T A G B C E
声能转化为电能
T：发射探头 电能转化为声能
距
R1
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声速测井（声时差测井）
六、偶极子横波成像测井（DSI） 1.问题的提出 速度较低的软地层或泥岩层无法测得横波的速度， 计算岩层的动态参数。由于软地层的横波速度小 于泥浆速度，不能满足第二临界角的条件，井壁 上无法产生滑行横波，此时用长短源距补偿声波 测井不能测到滑行横波。
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1 、2—分别为介质Ⅰ、Ⅱ的密度 V1 、V2—分别为介质Ⅰ、Ⅱ的纵波速度
地球物理测井—声波测井
岩石的声学性质
3.波阻抗、声耦合率 1）波阻抗 Z=波的传播速度*介质的密度
=V•
2）声耦合率 两种介质的声阻抗之比：Z1/Z2 Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，R大，T小，声波不易 从介质1到介质2中去。 Z1/Z2越接近1，声耦合越好，R小，T大，声波易从介 质1到介质2中去。
间 距 O R2 记录点O
F
D
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声速测井（声时差测井）
1、产生滑行波的条件 （V地 >V泥浆)
产生滑行波的过程是可逆的
2、到达接收探头的波类 折射纵波 反射波 泥浆波（直达波）
3、让滑行纵波首先到达接收探头 因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V 地 大于V 泥 ， 如果合理选择源距可以使滑行纵波首先到达接收探头， 而成其为首波。
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岩石的声学性质
F/S—为作用于单位面积上的力，称为应力。
l / l —为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。
E为应力与其应变之比 物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。 （2） 泊松比σ =弹性体的的横向应变 / 纵向应变 F l d
=（ △ d/d）/（ △ l/l）
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声波：
岩石的声学性质
是一种机械波，是介质质点振动向四周的传播。
目前声波测井使用的频率为20Hz－2MHz。 声波 次声波 超声波 20HZ〈频率〈20KHZ 频率〈20HZ 频率〉20KHZ
地球物理测井—声波测井
一、岩石的弹性及弹性参数
1、弹性
岩石的声学性质
是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。 2、物体的分类 受力发生形变，一旦外力取消又能恢复 弹性体： 原状的能力。 塑性体： 产生永久形变。 弹性体 可变成 塑性体
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。
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4、岩层的埋藏深度
声速测井（声时差测井）
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。
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三、声波时差曲线的影响因素
声速测井（声时差测井）
地球物理测井—声波测井
4、时差的表达式
声速测井（声时差测井）
时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间
AB BD DF AB BC CE )( ) △t=t2-t1= ( v1 v2 v1 v1 v2 v1
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
BD BC CD t v2 v2
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。
地球物理测井—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。 ②R1位于正常或缩小井段，R2位于井径扩大井段，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。 ③当R1和R2都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时 增加或下降，时差不变。
滑行纵波
折射波
地球物理测井—声波测井
折射定律 Vp1＜Vs2
岩石的声学性质
sin V p1 sin 2 Vs 2
θ2＝90°
2 arcsin

V p1 Vs 2
滑行横波
θ2*——第二临界角
在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。
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滑行纵波和横波沿界面滑 行时，将沿临界角方向向 介质1中辐射能量。对于 井下岩层，一般都满足vm （泥浆速度）＜vp（地层 速度）第一临界条件，因 此井中很容易激发沿井壁 滑行的地层纵波。 T
A B E C
T1
R1 R2
T 1 A AC CR2 t2 V1 V2 V1
t1 t 2 t1 BC CR2 BR1 V1 V2
从图中所知:CR2<BR1, t1 t
t 2 t1 t 2 EC ER1 CR2 V2 V1
T2
ER1>CR2
1、纵波、横波的定义
岩石的声学性质
纵波（压缩波或P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。体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。
横波（剪切波或S波）：介质质点的振动方向与波传播 方向垂直的波。特点：弹性体的小体积元体积不变， 而边角关系发生变化，例：切变波。体积模量不等于零的
声速测井（声时差测井）
在现场解释中周波跳跃往往可以作为气层或裂缝带 的特征。
地球物理测井—声波测井
声速测井（声时差测井）
地球物理测井—声波测井
地球物理测井—声波测井
四、井眼补偿声速测井(BHC) 井眼不规则时,有:
t1 T 1 A AB BR1 V1 V2 V1
声速测井（声时差测井）
介质才能传播横波。
注意：横波不能在流体（气、液体）中传播， 因为它的切变模量=0
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岩石的声学性质
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。
为什么？
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。 E (1 ) 纵波速度 V p (1 )(1 2 ) 横波速度 E—杨氏模量
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
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（3） 体积弹性模量 K （也称膨胀率） K=应力/体应变 （4） 切变模量
岩石的声学性质
=（F/S）/ （△V/V） （kg/cm2） （）
切应变：弹性体的形状改变 而体积未发生变化。 ：切变角 tg =△l/d 当很小时， = △l/d tg
Vs E 2 (1 )
σ—泊松比
ρ—介质密度
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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。 常见岩石及某些物质纵波传播速度 （或传播时差）见P9、10ft、12ft
1、解决的问题
（1）井径很大 (2）井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和永冻地 层中径向声速发生变化。 以上两种情况是BHC无法解决的。
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2、优点
声速测井（声时差测井）
时差不受泥浆侵蚀或大井眼影响，如果不考 虑散射问题，它测得的速度完全可以与地震记录 的速度对比。 P105 图2-13 LLS和BHC的对比曲线
地 球 物 理 测 井
第二章 声波测井
资源与环境学院 桑 琴 2007年7月
地球物理测井—声波测井
声波测井—是通过研究声波在井下岩层和介质中的
传播特性，从而了解岩层的地质特性和井的技术状 况的一种测井方法。 目前主要有以下几种声波测井方法： 声波时差测井—计算地层孔隙度和力学参数 水泥胶结测井—研究固井质量 噪声测井—研究油井串槽和油气水流动情况 超声电视—观察井壁情况和裂缝
地球物理测井—声波测井
岩石的声学性质
三、声波在介质界面上的传播特性
1、声波在界面上的反射和折射 反射波
S1
sin V p1 折射定律 sin 1 V p 2
Vp1＜Vp2
入射波P
V1 V2
β2
θ β1
θ1
P1
θ1＝90°
θ1
1 arcsin
V p1 Vp2
Ⅰ Ⅱ
S2 P2
*——第一临界角
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) Vs E 2 (1 )
岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响不同 VP、VS 不同（见 P96表2-2 ）
ρ增加，E增加，
Vρ增加
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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
Ft
△l
d

地球物理测井—声波测井
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 剪切模量—是弹性体在剪切力Ft作用下，切应 力（Ft/s）与剪切变之比。 常见岩石的弹性模量参见P95表2-1
地球物理测井—声波测井 二、声波在岩石中的传播特性
t 2 t
地球物理测井—声波测井
井眼补偿声波时差：
声速测井（声时差测井）
t1 t 2 t 2
消除井径变化产生的影响
井眼补偿声波测井由于源距短，只能在井眼直径 较小的井中测得地层的声速，并且接收器收到的 初至波是沿井壁传播的折射波。
地球物理测井—声波测井
五、长源距声波测井(LSS)
θ1* 或θ2*
岩石的声学性质 ⅠⅡ
滑 行 波 R
辐射能
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2、反射和折射系数（R、T） 反射系数：反射波的能量WR与入射波的能量W之比 R= WR/W= （2•V2- 1• V1）/ （2•V2+ 1• V1） 折射系数：=折射波的能量WT入射波的能量W之比
T = WT / W =21• V1/ （2•V2+ 1• V1）
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2.岩层厚度的影响 （1）厚层（h>l间 距),曲线的半幅点 为层界面,曲线幅度 的峰值为时差。 （2）薄层（ h＜l间 距）曲线受围岩的影 响大，高速地层的时 差增加，用半幅点确 定的层界面（视厚度) ＞岩层的真实厚度。
声速测井（声时差测井）
间距
间距
地球物理测井—声波测井
地球物理测井—声波测井
4.井壁固液界面产生的两种波
岩石的声学性质
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。 斯通利波—由在泥浆中传播的纵波与在井壁中传 播的横波相干产生的相干波。速度很低且可用于 计算地层渗透率。
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波 幅 A
岩石的声学性质
时间t
纵波
横波和 泥浆波 瑞利波
3 、周波跳跃的影响
声速测井（声时差测井）
（1） 产生的原因 由于在滑行首波在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。 （2）周波跳跃的特点:
时差值大大增加
且呈周期性的跳跃
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（3） 产生周波跳跃的各种情况 裂缝性地层或破碎带 含气的疏松砂岩 泥浆气侵
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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、描述弹性体的参数 （1） 杨氏模量E
l F F a l S ES
F S E l l
F—作用外力；l、s—分别为弹性体长度、横截面积； E—弹性体的杨氏模量，kg/cm2或dyn/cm2
2、偶极子声系的优点
声速测井（声时差测井）
偶极子发射器或接收器声系可以不受硬软地层限 制测量地层横波速度。偶极子声源在井中激发的 声波是沿井眼附近地层传播的一种扰曲波，好象 使井眼弯曲传播的波，不论地层的软硬都可以激 发，并且偶极接收器能接收到它的信号。