小学教育石油工程测井声波测井基础声速声幅改PPT课件

C
R2
t1
t2
t1
BC V2
CR2 BR1 V1
从图中所知:CR2<BR1, t1 t
T2
t2 t1 t2 EC ER1 CR2 V2 V1
ER1>CR2
t2 t
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声速测井（声时差测井）
井眼补偿声波时差：
t t1 t2 2
尽量消除井径变化产生的影响 说明
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，并且扩径严重时也不能完全消除井径的影响。
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
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！！
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井径正 常
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井径缩 径
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地球物理测井—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 Vp
E(1 ) (1 )(1 2 )
ρ增加，E增加，
Vp增
加
横波速度 Vs
E
2(1 )
岩性不同
弹性模量（杨氏、剪切、体积模量）不同
VP、VS的影响不同
VP、VS 不同
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声速测井（声时差测井）
各种固井质量评价测井正是利用声波在不同介质中 传播时能量的藕合状况来研究和评价固井状况的。
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岩石的声学性质
4.井壁固液界面产生的两种波
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：
岩石的声学性质
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
θ1* 或 θ2*
R
ⅠⅡ
滑 行 波
辐射能
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常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
2、孔隙度的影响
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。
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
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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。
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声速测井（声时差测井）
4、时差的表达式
时差的单位：s/m
时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。
△t=t2-t1= ( AB BD DF ) ( AB BC CE ) v1 v2 v1 v1 v2 v1
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
A
t BD BC CD
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声速测井（声时差测井）
声波时差测井测量声波纵波在单位厚度岩层中传播所需的时间，来识别岩性、 判断流体孔隙性质、计算储集层孔隙度。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。
A
一、单发双收的测量原理
T
G
B
T：发射探头
源
电能转化为声能
距
C E
R1
R：接收探头 声能转化为电能
62º44´
不产生滑行横波
37º28´
不产生滑行横波
24º33´
44º05´
16º55´
30º
13º13´
25º37´
11º41´
21º19´
17º41´
31º04´
岩石的声学性质
2、反射和折射系数（CR、CT）纵波
反射系数CR： 反射波的能量ER与入射波的能量EI之比。 CR= ER/EI = （2•Vp2- 1• Vp1）/ （2•Vp2+ 1• Vp1）
岩石的声学性质
3.波阻抗、声耦合率
1）波阻抗 Z =V• （波的传播速度*介质的密度）
2）声耦合率 两种介质的波阻抗之比：Z1/Z2
Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，反射R大，折射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，反射R小，折射T大，声波易从介质1到介质 2中去。
井径扩大引 起时差增加
现象 最明显
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。
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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。
折射系数CT： 折射波的能量ET与入射波的能量EI之比。 CT= ET/EI =21• V1/ （2•Vp2+ 1• Vp1） 1 、2—分别为介质Ⅰ、Ⅱ的密度 Vp1 、Vp2—分别为介质Ⅰ、Ⅱ的纵波速度
两种介质性质越相近，折射波能量越强； 两种介质性质差异越大，反射波能量越强；
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声速测井（声时差测井）
（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
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声速测井（声时差测井）
3 、周波跳跃的影响
（1） 产生的原因 由于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
岩石的声学性质
一、岩石的弹性及弹性参数
1、弹性
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
弹性体： 受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。
塑性体： 产生永久形变。
可变成
弹性体
塑性体
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。
(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％。
瑞利波示意图
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B. 斯通利波（Stoneley waves）—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。
（3） 体积弹性模量 K （定义为应力与弹性体的体应变之比） K = 应力/体应变 =（F/S）/（△V/V） （kg/cm2） 体应变也称膨胀率
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岩石的声学性质
（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
：切变角 tg =△l/d
△l
当很小时，tg = △l/d
斯通利波具有以下特点： （1）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。 （2）对地层渗透性变化敏感。 （3）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。
在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低的声波。
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岩石的声学性质
波 幅 A
时间t
纵波
横波和 泥浆波 斯通利波 瑞利波
裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图
井径扩 径
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地球物理测井—声波测井 声速测井（声时差测井）
气层
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气层
声速测井（声时差测井）
四、井眼补偿声速测井(BHC)
井眼不规则时,有:
A
T1
t1 T1A AB BR1 B
V1 V2 V1
R1
E
t 2 T1A AC CR2
V1 V2 V1
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岩石的声学性质
2、岩石的声速特性 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 横波速度
Vp
E(1 ) (1 )(1 2 )
Vs
E
2(1 )
E—杨氏模量 σ—泊松比
Hale Waihona Puke ρ—介质密度第9页/共91页
岩石的声学性质
纵横波速度比
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。
间
O
D
距
F
R2
记录点O
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声速测井（声时差测井）
1、产生滑行波的条件
V地层 > 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
反射纵波
滑行纵波 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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声速测井（声时差测井）
三、声波时差曲线的影响因素
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。
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声速测井（声时差测井）
1.井径的影响
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。
折射波
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岩石的声学性质
折射定律
Vp1＜Vs2 θ2＝90°
sin Vp1 sin 2 Vs2
2
arcsinVp1 Vs 2
入射波P
V1 V2
θ2*——第二临界角
滑行横波
反射波 S1
β2
P1
θ β1 Ⅰ
Ⅱ
θ1 θ2 S2 P2
折射波
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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d
切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。 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。
= 切应力/切应变 =（Ft/s）/ = （Ft/s）/△l/d
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岩石的声学性质
二、声波在岩石中的传播特性
1、纵波、横波的定义
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。
介质名称 泥岩
砂层（疏松1） 砂岩（疏松2） 砂岩（致密） 石灰岩（骨架） 白云岩（骨架）
钢管
VP (m/s) 1800 2630 3850 5500 7000 7900 5400
VS (m/s) 950 1518 2300 3200 3700 4400
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第一临界角 第二临界角
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。剪切模量 不等于零的介质才能传播横波。
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岩石的声学性质
注意
纵波可以在气体、液体和固体中传播。 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它的切变模量 =0
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。
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岩石的声学性质
3、描述弹性体的参数
（1）杨氏模量E(定义为应力与其应变之比)
Hook定律： l a F F l S ES
EF S l l
物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
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
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。
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（2）泊松比σ（定义为外力作用下，弹性体 的横向应变与纵向应变之比）
= 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
岩石的声学性质
F
d
d+△d
L
L-△l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
在声速测井中，纵波是首波。
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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
折射定律 sin Vp1 sin1 Vp2
入射波P
β1 θ
P1
Vp1＜Vp2 θ1＝90°
1
arcsin Vp1 Vp2
V1 V2
Ⅰ Ⅱ
θ1
P2
入射角θ1*——第一临界角
滑行纵波
T 源
G
B
v2
v2
距
C
E
显然：CD正好是仪器的间距（常 数），时差与声速成反比。
间 距
R1 OF
R2
D
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记录点O
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
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气层－厚层
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气水同层
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气层
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方位声波成像测井 声
波
偶极横波成像测井
成
像
测
井周声波成像测井
井
超声波成像测井
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什么叫声波？
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。
频率〈 20HZ
20HZ〈 频率〈 20KHZ
频率 〉20KHZ
次声波
声波
超声波
目前声波测井使用的频率为20Hz－2MHz。
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