地球物理测井声幅测井
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％。
测井解释技术
尺寸与额定值
最高温度：155℃
最大压力：100MPa
最大井眼610mm
外径：φ90mm
最小井眼115mm
长度：5634mm
重量：70kg
测量内容
测量范围 测量误差
0.2～40000Ω.m
±20%，0.2 ～ 1Ω.m时 ±5%，1 ～ 2000Ω.m时 ±10%，2000 ～ 5000Ω.m时 ±20%，5000 ～ 40000Ω.m时
井下声系示意图
井内声波传播示意图
声波速度测井资料的应用
1、确定岩性和孔隙度
声速的高低可确定岩性，有砂岩、泥岩、灰岩、白云岩、盐岩等。 岩层速度 在均匀各向同性介质中,纵波、横波速度为：
VP
2
E (1 ) (1 )(1 2 )
VS
0.25,
原理 给下井仪供电，探测器经不同地层，当伽马射线照射探测
器—探测器输出相应数目的电脉冲—脉冲信号放大，传至地面— 单位时间的脉冲数被转化成相应电位差值—记录仪记录。
得到是一条随深度变化的计数率曲线（脉冲/分），现常用 API单位（是美国石油学会采用的单位）。
（一）自然伽马测井的应用 1、划分岩性和地层对比 2、划分储集层 在砂泥岩剖面中，低自然伽马异常就是砂岩储集层，异常
补中曲线在气层段显示“挖掘效应”
泥质含量计算
（七）自然伽马能谱测井
前述的自然伽马测井测量地层全部放射性核素造成的总自 然伽马放射性，不能区别铀、钍、钾含量。
如果对自然伽马射线进行能谱分析，就不仅可以测量岩石 总的自然伽马放射性，而且能分别测出岩石中铀、钍、钾的含 量。
自然伽马能谱测井的应用 1、寻找高放射性储集层 2、计算泥质含量 △CGR=(CGR-CGRmin)/(CGRmax-CGRmin) Vsh=(2 C×△CGR-1)/(C2-1) 3、研究沉积环境和粘土矿物类型 Th/U﹥7为陆相沉积，氧化环境或风化壳； Th/U﹤7为海
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
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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
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质点振动
波传播方向
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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
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SV垂直振动
水平传播
P水平振动
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快慢横波和横波分离
Propagation Direction
R
S
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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）
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
瑞利波(Rayleigh waves) 斯通利波（Stoneley waves）
地球物理测井.声波测井 瑞利波(Rayleigh waves)
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，如图2－2所示。
瑞利波示意图
F
S
纵向
横向
d
F
L
地球物理测井.声波测井
5 泊松比σ ：
（外力作用下，弹性体的横向应变
与纵向应变之比）
d
= 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
F l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
地球物理测井.声波测井
6 体积模量K：
F/S K V / V
（定义为应力与弹性体的体应变之比）
折射纵波（滑行波）； 折射横波。
地球物理测井.声波测井
声速测井原理
T 产生声波(f = 20kHz) 泥浆(v1) 地层(v2)
v2>v1
在井壁处折射产生滑行波
滑行波到达R ①单发单收声系
完成声波速度测量
地球物理测井.声波测井 ②单发双收声系
T 产生声波(f = 20kHz)
泥浆(v1) 地层(v2)
第二章 声波测井
（Sonic Logging）
资源与环境学院 程 超
一、地层的地球物理特性
7个→声学特性
二、阿尔奇公式
地层因素（F）
电阻率增大倍数（I）
地球物理测井.声波测井
声波测井（Sonic Logging）
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
课件：声波幅度测井
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(4)泥浆波：沿泥浆传播直接到 达接收探头的波
接收器依次得到：套管波、地层波、水泥环波、泥浆波
3
套管井中的声波模式 套管波
T
钻井液
套水 管泥
环
套管波的幅度主要 地 决定于套管与水泥 层 环胶结的质量。
R
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4
水泥环波
T
水
钻井液
套 管
泥 环
判断岩性：声阻抗大，反射强，否则，反射弱； 确定地层面或裂缝面、划分裂缝带； 确定地层面或裂缝面的产状：倾斜方位和倾角； 检查射孔质量及套管的损坏情况； 检查压裂情况。
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CAST
(1990)
CAST-V CAST-F (FASTCAST)
Circumferential Acoustic Scanning Tool
垂直裂缝：铅垂线
裂缝面：明显的暗色
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井下声波电视
（BHTV：BoreHole TeleViewer )
（1）20世纪60年代由Mobile公司最早研制，以Amoco公司的仪器为代表； （2）声学探头主频为1MHz； （3）探头每秒绕井轴旋转3周，每旋转一周向井壁发射480~512次声脉冲； （4）测井速度90m/h； （5）井下传送模拟信号，处理后可得到二维黑白图像； （6）主要应用：
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8. 主要应用
(1)判断岩性
泥岩：Z小，图像暗 致密岩石：Z大，图像亮
孔隙岩石：介于明暗之间
(2)检查射孔质量
射孔的孔眼呈明显的暗色点，面积为孔眼大小
(3)检查套管破损情况
地球物理测井基本原理
2.常规测井方法
2.1.1普通电法测井-微电极测井
特点：a.电极距小，几乎不受围岩和 泥浆的影响；b. 探测深度浅，纵向分 辨 率 高 ； c. 在 渗 透 层 处 一 般 有 “ 幅 度 差”。
时差△t（地层纵波速度的倒数，单位是μs/m或
μs/ft）。 目前，主要应用二种类型的声系（单发双收
声系、双发双收声系）。
单发单收
单发双收
T
双发双收
BHC
T
接
收
T
R1
消除井筒影响
R1
消除扩径等影响
阵 列
R
R2
R2
通过检测首波来获得声波时差，只能测量到纵波时差T’
发射器
2.常规测井方法
2.2声波测井
2.常规测井方法
2.1.4自然电位曲线的应用
识别岩性； 划分储层
当 RWA>Rmf 正 SP RWA<Rmf 负 SP
2.常规测井方法
2.1.4自然电位曲线的应用
识别油水层： SP曲线幅
度低的为油层 ，高的为水层
2.2声波测井
2.常规测井方法
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。
51
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2.常规测井方法
2.3放射性测井
根据岩石及其孔隙流体的某种核物理性质探测井剖 面的一类测井方法。 •优点是：裸眼井、套管井都能正常测井，不受钻井 液的限制。 •方法多，十余种：
地球物理测井声幅测井
水泥胶结良好
20%
20% < 相对幅度 < 40% 水泥胶结一般
40%
相对幅度 > 40%
水泥胶结差
4、影响水泥胶结测井的因素
1)测井时间 最见好P在6注8图水2泥-16后，2时0--间40过小早时幅进度行偏测高量，,因显为示水未泥胶有结；
个过凝晚固，过声程幅，偏过低早，或胶过结晚良,都好会显造示成。错误解释。
4、滑行波幅度衰减和地层情况间的关系
1）不同角度的裂缝对波的衰减不同
与水平线的夹角50°--80°
垂直裂缝
与水平方向的夹角 < 30°
水平裂缝
垂直裂缝主要衰减纵波
从实验得出:
水平裂缝主要衰减横波
2)裂缝内的物质对声波能量的影响
声波通过裂缝时(两种界面),只有部分能量透过,裂 缝内的物质对声波起衰减作用(岩 >疏),由此声波通过 较大裂缝,其接收到的能量比非裂缝地层低得多。
3、声波变密度测井
1)声系 单发单收 源距为15m
全面评价水泥胶结质量,了解套管与水泥 2)目的 环、水泥环与地层的胶结情况。
3）记录波的定义及顺序 ① 套管波
声波信号是在套管内传播的纵波，速度快， 最先到达。
② 地层波 是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合，
幅度值高。
③泥浆波 通过泥浆直接到达接收探头的波，它到达最
声幅曲线为低幅值。
全波列波形中套管波幅度弱， 地层波也非常弱或没有。
c.部分胶结 一部分能量在套管中传
播，也有相当大能量透射到 地层中。
变密度曲线左端套管波 为灰白间隔直线条；右端地 层波为灰白间隔的曲线条。
声幅曲线为中等幅值。
全波列波形中套管波幅度中 等，地层波也呈中等。
测井资料综合解释
较均匀。
（2）裂缝性储集层 因裂缝较发育而具有储集性。 裂缝发育程度有限、孔隙度很 低（5-7%），较高者10%左右, 裂缝性储集层，对测井技术的 要求较高。
4、岩性评价
（1）岩石类别 测井类别。一般为：砂岩、石灰岩、 白云岩、硬石膏、石膏、盐岩、花 岗岩、灰质砂岩、灰质白云岩等。 （2）泥质含量和矿物含量 泥质含量是岩石中颗粒很细的细粉 砂（小于0.1mm）和湿粘土的体积 占岩石体积的百分数。
10、测井系列 1、裸眼井地层评价测井系列：未下套管的 裸眼井中，一套测井方法。 2、 套管井地层评价测井系列：已下套管的 井中一套综合测井方法。 3、生产动态测井系列：地层产出或吸入流 体的情况下，一套综合测井方法， 4、工程测井系列：裸眼井或套管井中，确 定井斜状态、固井质量、酸化或压裂效果、 射孔质量等测井方法
8
9
地层倾角
双感应—八侧向（上古）
表2 油探井测井系列
1：500测井项目 （全井 ） 双感应 声波时差 自然电位 自然伽马 井径 井斜 1：200测井项目 （目的层段） 双感应—八侧向 声波时差 补偿中子 补偿密度 自然伽马 自然电位 微电极 4米 井径 选测项目 地层倾角 自然伽马能 谱
1 2 3 4 5 6
环空测井仪、生 产测井组合仪
DDL生产组合测 井仪
3
4 5 6 7
气井产气剖面测井
注水井吸水剖面测 井 注水井吸水剖面测 井 注气井吸水剖面测 井 注气井吸水剖面测 井
流体密度/持水率、流量、自然 DDL生产组合测 伽马、磁定位、井温、压力 井仪
自然伽马、磁定位 井温 流体密度/持水率、流量、自然 伽马、磁定位、井温、压力 流体密度/持水率、流量、自然 伽马、磁定位、井温、压力 125自然伽马磁定 位 井温、噪声井温 仪 DDL生产组合测 井仪 DDL生产组合测 井仪
地球物理测井[曲线解释]
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地球物理测井第一节：概述地球物理测井的分类：分为电法测井和非电法测井两种。
1、电法测井：a：视电阻率、b：微电极、c：自然电位、d：微球型聚焦、e：感应测井。
2、非电法测井：a：声速测井、b：自然伽玛测井、c：中子测井、d：密度测井，e：井径、f：井斜、g：井温、h：地层倾角(HDT)、I：地层压力(RFT)、j：垂直地震测井（VSP）第二节：电法测井一、视电阻率曲线：测井时将电极系放入井下，在上提过程中测量记录一条△Vmn(电位差)随井深变化的曲线，称为视电阻率曲线。
梯度电极系：成对电极间的距离小于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系。
电位电极系：成对电极间的距离大于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系。
底部梯度电极系在高阻层测井曲线的形状特点如下：（1）对着高阻层视电阻率升高，但曲线不对称于地层中点，高阻层顶界面、底界面分别在极小值、极大值的1/2mn处。
（2）对于厚层、地层中部附近曲线出现平直或变化平缓，随地层减薄平直段缩短直至消失，该处视电阻率值接近地层真电阻率。
（3）对于薄层，在高阻层底界面以下一个电极处，在视电阻率曲线上出现一个“假极大”，极小也比原层上移。
视电阻率曲线的应用：1、划分岩层界面：利用底部梯度电极系视电阻率曲线划分岩层界面的原理是高阻层顶界面(底界面)位于视电阻率曲线极小值(极大值以下1/2MN处。
2、判断岩性：在砂泥岩剖面中，当地层水含盐浓度不是很大时，砂岩电阻率大于泥岩的电阻率，粉砂岩泥质砂岩、砂质泥岩介于它们之间。
但视电阻率曲线无法区分灰岩和拉拉扯扯云岩，它们的电阻都非常大。
3、地层对比和定性判断油水层：对于同一储层，如果0.45m底部梯度幅度高于4m底部梯度梯度测井曲线幅度该层可能为水层，反之则为水层。
二：微电极测井微电极测井：利用特制的短电极系帖附井壁，测量井壁附近的岩层电阻率的一种测井方法叫微电极测井。
微电极测井曲线的应用：1、详细划分地层：地层界面一般在曲线的转折点或半幅点2、划分渗透层，判断岩性：微电极曲线在渗层上显示正幅度差，数值中等，地层渗透率越好，二者的幅度差越大，因此可以根据微电极曲线的幅度差判断地层的渗透性好坏。
测井知识介绍
随钻测井
四、测井方法介绍
测井方法按物理性质分为四大类：
电磁测井（双侧向/微球、双感应/八侧向、自然电位、
介电测井、地层倾角、阵列感应、电成像等）； 测井、CAST_V）；
声波测井（声速、全波列、声幅/声幅变密度、偶极横波
核测井（伽马、能谱、中子、岩性密度、核磁共振）； 工程测井（井径、井温、井斜/方位、固井质量检查、套
三、测井工艺
1 电 缆 测 井
测井工艺
2 钻 具 输 送 湿 接 头 测 井
当仪器到达目的层顶部后，
井口电缆侧向滑轮
电缆通过一个湿接头锁紧装 套管 套管 置与仪器串相连。由于这个 电缆（在钻杆外） 连接一直是在钻井液中完成 PCL测井旁通 套管鞋 套管鞋 的，因而通常称为“湿连 接”。 电缆（在钻杆处）
西南测井公司将在年内引进该测井工艺，为复杂井 测井施工提供XX的测井手段。
特殊测井工艺特点比较
测井方式 优势 缺点
使用常规测井仪器和电缆； 仪器连接在钻具下部，到测 钻具不能转动，钻具遇卡后处 湿接头钻具 量井段顶部后电缆从钻具中 理困难 下放，在泥浆中实现对接； 输送测井 可用于大斜度井、水平井测 井；费用相对较低 仪器装在钻具内下井，到井 有上提遇卡的可能；声波资料 底后泵出仪器，可转动钻具，受井眼质量影响较大；地面不 泵出式测井 测井数据存储，可以测双侧 能监控仪器的工作情况 向（0.2～40000Ω.m） 测井仪器与钻具为一个整体，设备价格高；只能测电磁波电 抗拉、抗扭、循环泥浆等与 阻率（0.2-2000 Ω.m）；泥浆 钻具相同，安全性、时效高 脉冲传输主要数据（井下存储 全部数据）
xxx井能谱测井曲线图
河嘉203井嘉五～四段TH/K交会图
嘉五～四地层 TH-K在0-3.5之 间，表明：嘉陵 江组五～四段粘 土类型以云母、 海绿石、长石及 钾蒸发岩为主， 含少量伊利石。
《地球物理测井》-课后思考题
思考题第一课自然电位测井SP？*1.分析自然电位的成因，写出扩散电动势、扩散吸附电动势、总电动势表达式。
答：自然电场的产生(原理)扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势1.扩散电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——电化学过程——电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——离子扩散——离子迁移率不同——两边分别富集正、负离子 (延缓离子迁移速度)——产生电动势(直到正负离子达到动态平衡为止 ) 公式：2.扩散吸附电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同——产生阳离子交换——产生电动势——自然电场产生过程：溶液浓度不同——带电离子扩散——阳离子交换——孔隙内溶液阳离子增多——浓度小的一方富集正电荷，浓度大的一方富集负电荷产生电动势（扩散吸附）公式：3.过滤电动势产生原因：泥浆柱与地层之间的压差造成离子的扩散。
一般在近平衡钻井情况下不考虑。
总电动势公式：*2.不同Cw、Cmf情况下自然电位测井曲线有哪些特征？1.当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）2.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）3.当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效*4.自然电位测井曲线在油田勘探开发中应用于哪些方面？1.划分渗透层（半幅点法，砂泥岩剖面较常用）2.估算泥质含量3.地层对比依据： 1)相同沉积环境下沉积的地层岩性特征相似; 2)同一段地层有相同或相似的沉积韵律组合; 3)由1)和2)决定同层、同沉积（相）的SP曲线特征一致。
4.确定、划分沉积相5.确定油水层及油水界面（△USP油小于△USP水）6.识别水淹层(依据 Cw <或> Cwz) 渗透层水淹后SP基线偏移，偏移量与Cw/Cwz(注入)有关7.确定地层水电阻率Rw3.影响自然电位测井的因素有哪些？1.Cw/Cmf影响（地层水矿化度/泥浆滤液矿化度）当Cw>Cmf：（Rmf>Rw,E<0）负异常（淡水泥浆）.当Cw<Cmf：（Rmf<Rw,E>0）正异常（咸水泥浆）当Cw=Cmf：（Rmf=Rw, E=0）无异常，自然电位测井失效2 .岩性影响砂泥岩剖面泥岩(纯泥岩)——基线纯砂岩——SSP(h>4d)当储层Vsh 增大，自然电位幅度△USP（变小）<SSP 靠近泥岩基线3..温度影响温度对离子运动，离子扩散速率有影响不同深度地层温度不同4.地层水、泥浆滤液中含盐性质影响（溶液中离子类型不同，迁移速率不同，直接影响Kd、Kda）5.地层电阻率影响（当地层电阻率较大时，其影响不容忽视。
地球物理测井
地球物理测井第一节：概述地球物理测井的分类：分为电法测井和非电法测井两种。
1、电法测井：a：视电阻率、b：微电极、c：自然电位、d：微球型聚焦、e：感应测井。
2、非电法测井：a：声速测井、b：自然伽玛测井、c：中子测井、d：密度测井，e：井径、f：井斜、g：井温、h：地层倾角(HDT)、I：地层压力(RFT)、j：垂直地震测井（VSP）第二节：电法测井一、视电阻率曲线：测井时将电极系放入井下，在上提过程中测量记录一条△Vmn(电位差)随井深变化的曲线，称为视电阻率曲线。
梯度电极系：成对电极间的距离小于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系。
电位电极系：成对电极间的距离大于不成对电极到靠近它的一个成对电极间的距离的电极系称为梯度电极系。
底部梯度电极系在高阻层测井曲线的形状特点如下：（1）对着高阻层视电阻率升高，但曲线不对称于地层中点，高阻层顶界面、底界面分别在极小值、极大值的1/2mn处。
（2）对于厚层、地层中部附近曲线出现平直或变化平缓，随地层减薄平直段缩短直至消失，该处视电阻率值接近地层真电阻率。
（3）对于薄层，在高阻层底界面以下一个电极处，在视电阻率曲线上出现一个“假极大”，极小也比原层上移。
视电阻率曲线的应用：1、划分岩层界面：利用底部梯度电极系视电阻率曲线划分岩层界面的原理是高阻层顶界面(底界面)位于视电阻率曲线极小值(极大值以下1/2MN处。
2、判断岩性：在砂泥岩剖面中，当地层水含盐浓度不是很大时，砂岩电阻率大于泥岩的电阻率，粉砂岩泥质砂岩、砂质泥岩介于它们之间。
但视电阻率曲线无法区分灰岩和拉拉扯扯云岩，它们的电阻都非常大。
3、地层对比和定性判断油水层：对于同一储层，如果0.45m底部梯度幅度高于4m底部梯度梯度测井曲线幅度该层可能为水层，反之则为水层。
二：微电极测井微电极测井：利用特制的短电极系帖附井壁，测量井壁附近的岩层电阻率的一种测井方法叫微电极测井。
微电极测井曲线的应用：1、详细划分地层：地层界面一般在曲线的转折点或半幅点2、划分渗透层，判断岩性：微电极曲线在渗层上显示正幅度差，数值中等，地层渗透率越好，二者的幅度差越大，因此可以根据微电极曲线的幅度差判断地层的渗透性好坏。
地球物理测井-声速测井
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。
显然，岩层孔隙度和孔隙流体的弹性模量和密度对 岩层的声速有明显的影响。
孔隙流体相对岩石骨架是低速介质，所以岩性相同
孔隙流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越小。
3、岩石地质时代
深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也 不同。 老地层比新地层具有更高的声速。
4、岩石埋藏深度 上述分析看出，可根据岩石声速来
折射角等当于 900时*的
入射角
则 滑当 界 的*： 角界v行1=2入面<波vS射上2指i、n时产且: ，生-1入v在的v射12两以波种v以2速介临度质
传播的折射波。
滑行波沿界面滑行时， 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。
一、岩石的声学性质
什么叫声波？
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
（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。
v2
v1
T
时差曲线特点:
1)对着厚地层的中部,声波时差不受围岩的影
石油工程教材测井部分
第二章测井测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、测井）之一。
石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。
这种测井习惯上称为裸眼测井。
而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。
其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。
测井能够测量的一些性质有：1）岩石的电子密度（岩石重量的函数）；2）岩石的声波传播时间（岩石的压缩技术的函数）；3）井眼不同距离处岩石的电阻率（岩石含水量的函数）；4）中子吸收率（岩石含氢量的函数）；5）岩石或井液界面的自然电位（在岩石或井眼中水的函数）；6）在岩石中钻的井眼大小；7）井眼中流体流量与密度；8）与岩石或井眼环境有关的其它性质。
第一节测井基本原理一、测井工作原理测井就是对井下地层及井的技术状况进行测量，其工作原理就是利用不同的下井仪器沿井身连续测量地质剖面上各种岩石的地球物理参数，如电阻率、声波传播速度、原子核特性等，以电信号的形式通过电缆传送到地面仪器并按照相应的深度进行记录。
下图为简单的测井现场作业示意图。
二、测井所用的设备井场测井作业需用如下设备：（1）地面仪器：以计算机为核心，凭借着所加载的各种程序的控制，完成各种不同的测井作业。
如对测量信号的处理、记录、显示、质量控制以及对现场测井资料的井场快速处理和解释。
（2）下井仪器：用来测量地层的各种物理参数。
（3）电缆：测井过程中起传输及信道作用。
（4）动力系统：为输送下井仪器提供动力,目前测井动力系统通常为液压绞车。
（5）深度系统：有深度传送和深度信号处理等部分组成，以提供井下测量信号的准确深度。
（6）供电系统：为地面系统和井下仪器提供电源，目前常用的测井供电系统有车载发电机及井场外引电源。
地球物理测井
1、测井系列：根据井的地质和地球条件及测井设备情况结合对测井资料定性定量解释需要，为完成预定的地质任务而选择的一套适用的综合测井方法。
2、含水孔隙度：代表地层含水孔隙体积占岩石体积的百分数，称为含水孔隙度。
由于含水孔隙度使用深探测电阻率计算，有时也称为电阻率孔隙度。
4、有效渗透率：当有两种或两种以上的流体通过岩石时，对其中的一种流体测得的渗透率。
5、标准测井：在一个地区，，选择几种有效的测井方法进行地层对比，对全井段进行该套测井项目的测井，深度比例为1：500，横向比例与综合测井相同。
6、冲洗带：泥浆滤液侵入后，井壁附近地层中的流体（水或油气）被驱走，即靠近井壁的环状地层中的孔隙被泥浆滤液“冲洗”，这部分地层中孔隙流体主要是泥浆滤液，还有残余水和残余油气，这一部分地层叫冲洗带。
7、视电阻率：实际测井中，地层介质是非均匀的，且有井的存在，井内有泥浆，地层有侵入带，并且地层厚度有限，因此普通电极系测得的电阻率除了主要反映原状地层电阻率外，还受上述各种因素的影响，测得的电阻率是反映地层电阻率相对大小的电阻率叫视电阻率。
9、滑行波：当声波以临界角入射到泥浆和地层界面时，产生沿界面在地层一侧传播的折射波。
10、吸水指数:小层单位注水压差下的吸水量。
11．声波时差：滑行波在地层中传播一米的时间。
12．高侵剖面：由于泥浆滤液侵入地层，当侵入带电阻率大于原状地层电阻率时，形成了高侵剖面。
13．光电效应：伽马射线穿过物质时，与构成物质的原子中的电子相碰撞，伽马量子将其能量交给电子，使电子脱离原子而运动，伽马量子本身则整个被吸收。
所释放出来的电子称为光电子，这种效应则叫光电效应。
14．弹性散射：弹性散射是指中子和原子核发生碰撞前后中子和被碰撞的原子核系统总动能是守恒的，中子所损失的能量形成被碰撞的原子核的动能，而中子动能减少，速度降低并发生散射。
所以弹性散射的过程是中子减小能量降低速度的过程。
15．视地层水电阻率：地层电阻率和地层因素的比值。
地球科学物理(测井工程)知识点整理。
1 地球物理测井概论 1.1 测井学科特点⏹ 观测学科: 应用物理学方法原理，采用电子仪器， 测量钻井内信息的技术学科。
⏹ 交叉学科： 物理学\电子学\信息学\石油地质\石油工程 1.2 测井技术特点⏹ 信息技术：Logging 的由来 信息采集、处理、解释 ⏹ 高新技术：知识含量高 技术运用新 测井技术的更新换代第一代：半自动测井（20～40年代） 第二代：全自动测井（40～60年代） 第三代：数字测井 （60～70年代） 第四代：数控测井 （70～80年代） 第五代：成像测井 （90年代以来） 1.3 测井应用特点： 石油勘探开发的“眼睛”⏹ 裸眼测井： 发现和评价 油气层的储集性质及生产能力⏹ 生产测井： 监视和分析 油气层的开发动态及生产状况 1.4 测井研究特点测井基础：了解探测对象的物理性质及变化规律 测量方法：探索探测空间物理场特征及测量方法 测井仪器：开发适用于井下条件的电子测量仪器 测量工艺：提高测井仪器设备的应用技巧及效果 资料处理：求取被测量媒质的物理性质参数 测井解释：提取勘探开发直接有用的参数和信息 1.5 测井数据采集 2 电测井方法 第一章 自然电位测井物理基础：钻井过程电化学作用产生自然电场 数据采集：测量钻井剖面地层层面的自然电位资料应用：划分渗透层、估计泥质含量、确定地层水电阻率、判断水淹层 一、自然电场的产生自然电动势：扩散电动势、扩散吸附电动势、过滤电动势 （1）扩散电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同 产生电化学过程 产生电动势 自然电场产生过程：溶液浓度不同 带电离子扩散 带电离子的迁移率不同两边富集正、负带电离子 （延缓离子迁移速度） 产生电动势（直到正负离子达到动态平衡为止） 对Nacl 溶液（适用于矿化度中等以下的溶液中）：CmCwv u v u F T R E dlg3.2+-⋅⋅=溶液矿化度转化为溶液电阻率后(井中)：RwR v u vu F T R E mf dlg3.2+-⋅⋅=扩散电动势系数RwR K E mf d d lg⋅=（2）扩散吸附电动势产生原因：泥浆和地层水矿化度不同 产生阳离子交换 产生电动势 自然电场产生过程：溶液浓度不同→带电离子扩散→（泥岩）阳离子交换→孔隙内溶液阳离子增多→浓度小方富集正电荷，浓度大方富集负电荷→产生电动势（扩散吸附） 扩散吸附电动势：CmCwK E da da lg⋅=溶液矿化度转化为溶液电阻率后：RwRmf K E da da lg⋅=扩散吸附电动势系数：Kda ——与阳离子交换能力有关 若储层中泥值的阳离子交换量较高，则会导致低电阻率油层。
测井原理及解释技术(以气井为例)
1 按研究的物理性质分类 ① 电法测井 电阻率测井、自然电位测井等； ② 声波测井 声速测井、声幅测井、声波全波列测井等； ③ 放射性测井 自然伽马测井、自然伽马能谱测井、补偿密度测井、 岩性密度测井、补偿中子测井、中子寿命测井等； ④ 其它测井 井温测井、地层测试、井径测井、气测井等。
自然电位曲线的特点：
1 泥岩基线：均质、巨厚的泥岩地层对应的自然电位曲线。 2 最大静自然电位SSP：均质、巨厚的完全含水的纯砂岩层的自然
电位读数与泥岩基线读数的差值。 3 异常：指相对泥岩基线而言，渗透性地层的SP曲线的位置。
A、负异常：当 Rmf﹥Rw时，自然电位为负异常； B、正异常：当 Rmf﹤Rw 时，自然电位为正异常。
整个测井学科涉及知识范围广，需要用到地质学、物理学、数学、 机械设计等相关领域内的知识。
测井公司一般有三个主要业务：测井设备的制造和研发、测井数据 采集、测井资料解释分析。
测井专用车
地面系统
➢ 地面系统作为综合化测井地面系统， 能完成裸眼井、套管井、生产井的 测井作业，以及射孔、取心作业和 工程作业
2 按技术服务项目分类 ① 裸眼井地层评价测井系列 ② 套管井地层评价测井系列 ③ 生产动态测井系列 ④ 工程测井系列
测井系列选择的原则： 针对所需要解决的问题和地层、井况等各种条件，选择能最大
程度为所测物理性质提供直接应用价值的各种测井方法，使测井项 目减至最少，但又能较准确的解决问题，尽可能达到事半功倍的目 的。 基本要求：
(1) 能准确地确定地层界面深度，并能详细地划分薄地层。 (2) 能判断地层的岩性和渗透性。 (3) 能计算储集层的储集性和含油气性参数。 (4) 能划分和评价油气层和水层。
1 电阻率测井系列 提供地层真电阻率和侵入带电阻率，确定储层的含水饱和度。
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③泥浆波 通过泥浆直接到达接收探头的波,它到达最晚、
幅度稳定且幅度变化不大、频率低。
地层波与套管波的区别表现为:
套套管管波波
地层波
地层波
泥浆波 泥浆波
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3、声波变密度测井
1)声系 单发单收 源距为15m 全面评价水泥胶结质量,了解套管与水泥
2)目的 环、水泥环与地层的胶结情况。
3）记录波的定义及顺序
① 套管波 声波信号是在套管内传播的纵波,速度快，
最先到达。
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② 地层波 是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合,
1)测井时间
最见好P在6注8图水2泥-16后,时20间--过40早小幅时度进偏行高测，量显,因示为未水胶泥结有;过 个晚凝，固声过幅程偏,过低早，或胶过结晚良,都好会显造示成。错误解释。
2)水泥环的厚度
实验证明,水泥环厚度>2厘米，其对测井曲线的影
响基本固定;<2厘米，随水泥环厚度的减小，测井值升
高（失真），因此，在对资料进行解释时，应参考井径
寻找裂缝和溶洞地层的特征:
声幅曲线上,幅度值低。
在时差曲线上,时差值高，可能出现周波跳跃。
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二、套管井的声幅测井(水泥胶结测井CBL)
目前用于检查固井质量的声幅测井有水 泥胶结测井、变密度测井等测井方法。
几个名词
套管波:沿井轴方向在套管内传播的声波。
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一界面:套管和水泥环间的界面。 二界面：水泥环和地层间的界面。 自由套管：套管外为流体介质。 水泥面 ：套管外固体水泥与泥浆之间的界面。 串 槽：固井后,由隔层相隔的两个或多个渗 透性地层流体通过一界面或二界面相通的现象。
两种变化同时 存在,以哪种情况为
（2）存在声阻抗不同的两种介质界面 主，视具体情况而
上,折射、反射使声波的能量发生变化。 论
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在裂缝发育及疏松岩石的井段,声幅的衰减主 要是地层的吸收声波能量所致。
套管井中波幅的变化主要和套管与地层介质之 间的界面引起的声波能量分布有关。由此,在裸眼井 中用声幅测井可划分裂缝带和疏松岩石的地层，套 管井中的声幅测井主要用来评价固井质量。
曲线。
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3)气侵泥浆
气侵泥浆的吸收系数大,使声波的衰减很大,此时测 得的声幅低,造成误解。
4）仪器偏心 与井内泥浆气侵一样,仪器偏心也造成声幅的降低，
造成胶结良好的假象。
5) 微环 固井时,因热效应和压力的影响,套管膨胀,注完水
泥后,又可能收缩,在套管和水泥环间有一环形空间,间 隙<0.1mm,它使声耦合率变差,使测得的声幅值增加。
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CBL测井曲线
CBL 套管波幅度低 一界面胶结好
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CBL测井曲线
CBL 套管波幅度高 一界面胶结差
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相对幅度越大,表明固井质量越差，一般分 为三个等级:
相对幅度小于20%，胶结良好; 相对幅度介于20—40%，胶结中等； 相对幅度大于40%，胶结不好（串槽）。
声幅测井
❖裸井眼的声幅测井 ❖套管井的声幅测井 ❖声波变密度测井
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一、裸眼井的声幅测井
1、目的:划分硬地层的裂缝带
2、声系及测量
（1）单发单收:测量地层滑行纵波的首波幅度。
（2）双发双收声系:测量两接收探头的滑行纵波的幅度差。
3、声波能量变化的两种方式
（1）地层吸收声波能量而使幅度衰减
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地层 水泥环
套管 套管波
套管井的井身结构图
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2、接收到的信号
沿套管传播的滑行纵波（套管波）
a、套管波的产生:声波以临界角入射到套管内壁,在套管
内激发套管波;
b、套管波沿套管传播时，在井内产生临界折射波，此波
被井内接收器接收并记录其首波幅度；
c、套管波幅度与一界面的胶结程度有关，一界面胶结良
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5、水泥胶结测井的应用 水泥胶结测井曲线分两部分:
自由套管部分和管外有固体水泥部分。
根据套管波幅度与一界面的胶结程度的关 系,一般认为，一界面胶结良好，套管波幅度 低;一界面胶结差，套管波幅度高。
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自由套管 管外有固结的水泥
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CBL测井曲线
自由套管
套管接箍
一界面胶结差 一界面胶结中等
1、套管井中波传播的路径
(1) 沿套管 (2)井内泥浆 (3) 通过地层
因为V水泥<V钢的声速,不满足产生滑行波的条件, 所以没有通过水泥环的波。
2、接收波的先后顺序:
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4、滑行波幅度衰减和地层情况间的关系
1）不同角度的裂缝对波的衰减不同
与水平线的夹角50°--80°
垂直裂缝
与水平方向的夹角 < 30°
水平裂缝
垂直裂缝主要衰减纵波
从实验得出:
水平裂缝主要衰减横波
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2)裂缝内的物质对声波能量的影响
声波通过裂缝时(两种界面),只有部分能量透过,裂 缝内的物质对声波起衰减作用(岩 >疏),由此声波通过 较大裂缝,其接收到的能量比非裂缝地层低得多。
好，套管波幅度低；一界面胶结差，套管波幅度高。这样，
就得到了一条随深度变化的套管波幅度曲线，以反映一界
面胶结情况。
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3、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。
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对固井质量的判断应用相对幅度的概念:
相对对幅目 泥浆 的浆 井井 段 线段 曲 的曲井 1线 0% 0幅
mv
相对幅度 < 20%
水泥胶结良好
20%
20% < 相对幅度 < 40% 水泥胶结一般
40%
相对幅度 > 40%
水泥胶结差
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4、影响水泥胶结测井的因素
声波通过裂缝,能量衰减与裂缝的张开度、发育程度 有关,对于纵波，张开度大和裂缝发育，则声幅衰减增加， 测得的声幅低。
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3）溶洞性地层
对于溶洞性地层,波绕溶洞传播: a.增加了波的传播路径
b.溶洞引起波的散射,造成声波能量较大幅度的衰减，所 以声波在溶洞性地层传播，地层波幅很小，溶洞对波的 衰减相当大。