声波速度测井..
声速测井
声波速度测井应用
1 声波测井曲线的形状与读值
（1）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点； （2）岩层界面位于时差曲线半幅点处； （3）当间距小于岩层厚度时，测量时差反映岩层时
差；当间距大于岩层厚度时，测量时差是岩层 和围岩时差的混合值。
泥岩
t
0.3米
0.3米
砂岩
J1 J2
泥岩
平坦值
0.3米
面积平均值
E' C'
变化方向相反，所以，取平均值得到的曲
A'
B'
线恰好补偿掉了井径变化的影响。还可以
T2
补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影响。
同时基本消除深度误差。
双发双收声系结构示意图
3、双发双收声系
（1）可消除井径变化对测量结
果的影响
F1—J1、J2，分别在扩井、未扩
井段 t1 CD DF CE
VP
的滑行波，得到时间差△T1、△T2，地面仪
T1 A
B
器的计算电路对△T1、△T2取平均值，
△T=(△T1+△T2)/2，记录仪记录出平均值对
E
C
应的时差曲线△t=△T/l。由图可以看出，双
R1 F'
O'
D'
发双收声速测井仪的T1发射得到的△T1和
D F
R2
O''
T2发射得到的△T2曲线，在井径变化处的
声波速度测井原理
1、单发单收声系
声波速度测井简称声速测井，测
量地层滑行波的时差△t（地层纵波速
度的倒数，单位是μs/m或μs/ft）。这
种下井仪器包括三个部分：声系、电 子线路和隔声体。声系由一个发射换
声波测井技术及其在井控中的应用
声波测井技术及其在井控中的应用声波测井技术是石油工程领域中一种重要的测量及评估手段，它通过发送和接收声波信号来获取有关地层岩石和井筒情况的信息。
这项技术在油气勘探与开发中发挥着重要的作用，尤其在井控中，声波测井技术的应用更是不可或缺的。
1. 声波测井技术的原理声波测井技术主要基于声波在地层中传播的原理，通过测量声波传播的速度和衰减等参数，可以对地层的性质和井筒的状况进行分析。
声波在地层中的传播速度与地层的密度、弹性模量等物性有关，而声波在井筒内的传播受到井壁的影响，这些信息可以帮助工程师判断地层的含油气性质、井壁稳定状况等，从而进行有效的井控。
2. 声波测井技术在井控中的应用2.1 地层评价通过声波测井技术，可以获取地层的速度、衰减等信息，从而判断地层的岩性、孔隙度与孔隙结构等重要参数。
这些参数对于油气成藏条件的评估以及储层的选择具有重要意义，能够指导油气勘探工程的决策。
2.2 井筒评估声波测井技术可以获取井筒内声波传播速度的信息，从而可以评估井壁的稳定性。
通过对井壁的评价，可以及早发现井壁塌陷、溢流等问题，及时采取措施进行井控，保证井筒的安全。
2.3 水合物识别水合物是海底天然气开发中的重要难题之一。
声波测井技术可以通过对声波信号的分析识别水合物的存在，通过测量声波在水合物中的传播速度和衰减等参数，可以评估水合物的分布范围和储量，为油气开发提供重要的参考依据。
2.4 油气井产能评估通过声波测井技术可以获取油气井孔隙度、渗透率、饱和度等参数，从而对油气井的产能进行评估。
这些信息对井口的调整及后续增产方案的制定具有指导作用，能够优化油田开发计划，提高油气井的产能。
3. 声波测井技术的局限性与发展方向虽然声波测井技术在井控中有着重要的应用，但它也存在一些局限性。
比如，声波测井技术受到岩石孔隙度、孔隙结构和裂缝等地层条件的影响，这些条件会导致数据的不准确性。
此外，测井仪器的精度和分辨率也是影响声波测井技术准确性的重要因素。
声波测井-声速测井
四 波阻抗、声耦合率
(1)波阻抗Z
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。
五 声波时差曲线的应用
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
高声波时差(大30微秒/米以上)
气 层
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
惠更斯原理 介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称 为子波源；可认为每个子波源都可以向各个方向发 出微弱的波，称为子波；这种子波是以所在介质的 声波速度传播的，新的波前就是由这些子波相互叠 加而形成的，这些子波所形成的包络决定了新的波 前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯原理，利用已 知的波前可求得后来时刻的波前。
④ 非均匀孔隙地层
用次生孔隙指数来反映地层的裂缝的发育情况：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
⑤ 声波地层因素公式
t tma (1 )x
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
作业
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。
钻井地球物理勘探教案——声波测井
第七章声波测井岩石中声速的差异与岩石致密程度，构造和孔隙充填物等有关。
声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中争论岩层特点的一类方法。
声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。
第一节声波测井的物理根底一、声波物理性质简述对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来争论声波在岩石中的传播过程。
1〕描述固体弹性的几个参数①杨氏模量 E 〔纵向伸长系数〕；②体积弹性模量 K ；③切变模量μ；④泊松比σ。
2〕声波在岩石中的传播特性①纵波与横波〔压缩波与剪切波〕②波的能量与振幅的平方或正比③声波幅度随传播距离按指数规律衰减④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。
首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。
二、钻孔内的声波其次节声波速度测井一、单放射双接收声波速度测井原理测量沿井壁传播的滑行波的速度。
二、井眼补偿式声波速度测井原理目的在于抑制井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。
三、长源距声波测井目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，抑制井壁四周低速带的影响。
源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。
全波测井源距较长，以提高各种波的区分力量。
四、阵列声波测井及分波速度提取五、偶极横波测井1．单极源及偶极源。
2．挠曲涉及其与横波的关系。
软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可依据挠曲波的速度来求取横波速度。
第三节声波速度测井的解释与应用一、影响声波速度测井曲线外形的因素1 〕周期跳动引起声皮跳动的岩性因素：①裂缝层，裂开带；②含气水胶结纯砂岩；③高速层〔波阻抗大，能量不易传递〕；④井径扩大或泥浆中溶有气体。
2 〕源距与间距的影响源距—要保证抑制盲区的影响，使折射波首先到达接收器〔1m 即可，长源距可达 2.5m 〕。
声波测井原理
纵波：介质质点旳振动方向与波旳传播发向一致。弹 性体旳小体积元体积变化，而边角关系不变。
横波：介质质点旳振动方向与波传播方向垂直旳波。 特点：弹性体旳小体积元旳体积不变，而边角 关系发生变化，例如,切变波。
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它旳 切变模量=0
2 弹性体旳应力和应变
2.1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 复原状旳物体，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 而不能恢复原状旳物体，称为塑性体。
弹性体
可变成
塑性体
在声波测井中，声源旳能量很小，声波作用 在岩石上旳时间很短，因而岩石能够当成弹 性体，在岩石中传播旳声波能够被以为是弹 性波。
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
绪论
声波测井
声波测井
声波
声波旳分类 一般按照频率来分，声波能够分为：
超声波（ultra-sonic wave）>20Байду номын сангаасHz
声波 (sonic wave)
20~20KHz
次声波（infrasonic wave) <20Hz
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）
声波测井方法主要特点对比表
（4）储层厚度较小，声速曲线在储层内没有变化平缓的曲线段，而有明显的拐点，则取拐点的数值，如上图上层。如果没有拐点，曲线呈尖峰状，应凭经验判断，认为尖峰极值能代表地层读数，则取尖峰，若认为尖峰值失去代表性，则本层无法读数。
四、井径的影响
扩径段声波时差发生变化，使时差曲线出现假异常。
声波曲线的特点：
①当目的层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。
（1）储集层厚度较大，声速曲线呈平缓起伏变化者，读曲线平均值。此时曲线起伏范围一般在2—3mm以内。如图3-1.。
（2）如果储层内声速曲线有明显的时差减小的小尖峰，且尖峰位置与微电极等曲线电阻率增大的小尖峰一致，则这些尖峰是致密夹层的显示，其值不代表储层性质，应当扣除这些尖峰以后取曲线段的平均值，如图3-2.
2、岩石强度分析
岩石强度指岩石承受各种压力的特性。根据声波、地层密度测井资料，可以连续计算自然条件下岩石的各种弹性模量，以对岩石强度进行全面分析。用测井资料计算的岩石弹性模量为动态弹性模量，与实验室采用静压应变测量的弹性模量（静态弹性模量）不同。
3、裂缝检测
声波全波列测井资料能够指示地层裂缝。由于声波通过裂缝时，其幅度都会减小，表现在波形图上就是声波幅度减小。声波幅度衰减程度取决于波的性质（类型、频率）、裂缝倾角（水平裂缝、低角度裂缝、高角度裂缝）、裂缝张开度等因素。水平缝对横波幅度影响大；高角度裂缝对纵波幅度影响大。垂直传播的纵波和横波其衰减量与裂缝倾角的函数关系。
声波测井
第二节声波测井1.普通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。
声波测井分为声速测井和声幅测井。
声速测井（也称声波时差测井）测量地层声波速度。
地层声波速度与地层的岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。
因此，根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质。
1.1岩石的声学特性声波是一种机械波，它是由物质的机械振动而产生的，通过介质质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的，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可闻声波或超声波。
1.1.1岩石的弹性1.1.1.1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完全线弹性体，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。
第三章声波测井
骨架及流体 砂岩
灰岩 白云岩 硬石膏 淡水泥浆 盐水泥浆
时差值( μm/s) 182 168 156 143 164 620 608
1 (1 )m' t tma t f
2. 识别气层和裂缝（周波跳跃） 周波跳跃：
R1
地层对声波衰减过大， 使仪器（第二个接收
探头）未能检测到首 R2 波波至，导致声波时
Fractures裂缝
Open Fractures Reflection反射
- Attenuation衰减
permeable formation 渗透层
Stoneley wave
Rx Attenuated衰减
Reflected反射
slowed down &
attenuated 速度变低
衰减
Tx
3声波测井 3.2声速测井及长源距全波列测井
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发 生极化，导致晶体表面出现电荷累积。
逆压电效应：将晶体置于外电场中，电场的 作用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从 而导致晶体表面产生变形。
测井现用于发射和接收纵波的压电陶瓷制成有 限长的圆管(称为单极子或对称声源)，其原始极 化方向是圆周方向。
3声波测井 （Acoustic log ）
3声波测井 3.1声波测井简介
研究的对象：井孔周围地层或其它介质的声学 性质（速度、能量、频率变化等）
物理基础：不同介质的弹性力学性质不同,使 其声波传播速度、衰减规律不同
地质基础： 岩性、孔隙度不同，声波传播速 度不同；孔隙流体性质不同，能量的衰减不同 裂缝的存在，使能量衰减
5. 1964年，双发双收（井眼补偿）声系，消除 井眼尺寸变化，仪器倾斜和偏心的影响
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
声波在岩石中的传播特性
拉夫波定义
拉夫波是由拉夫从数学上给以证明的，该类型的波被称为拉夫波(LoVe WaVe)。Gwave 一种长周期（40—300秒）的拉夫波。通常只限于海上传播。
斯通利波定义
斯通利波是一种沿井壁传播的声波，当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就 会产生斯通利波。对地层渗透性变化敏感。
瑞利波：波速约为横波的0.8-0.9倍。
斯通利波：低速，速度小于泥浆直达波。
声波在岩石中的传播特性
声幅
地层吸收声波能量而使幅度衰减，与声波频率和地层的密度等因素有关。对同一地层来说，声波频率越高，其能量越 容易被吸收；对于一定频率来说，地层越疏松（密度小、声速低），声波能量被吸收越严重，声波幅度衰减越大。
Ft S
Δl d
Ft △l
d
声波在岩石中的传播特性
纵波（压缩波或P波）定义
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。
声波在岩石中的传播特性
横波（剪切波或S波）定义
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。剪切模量不等于零的介质才能传播横波。横波不能在流体中传播，其剪切模量为零。
井眼补偿声波时差： t t1 t2 2
△t2 △t1
T1 R1 R2 T2
时差曲线应用
判定气层、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情况下，可根据周波跳跃判断气层。 划分地层：不同地层具有不同的声波速度，所以根据声波时ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ曲线可
以划分不同岩性的地层。
声 波 测 井
•
单发双收声系的缺陷 如前所述，当两个接收器对应井段的井眼 比较规则时，单发双收声系所记录的时间 差才只与地层速度有关，反之，将随井眼 几何尺寸的变化而变化，在变化层段，时 差曲线出现异常。如左图所示。 在砂泥 岩分界面处，常常发生井径变化，砂岩一 般缩径而泥岩扩径。因此在砂岩层顶部 （井眼扩大段的下界面）出现时差减小的 尖峰，在砂岩底界面（井眼扩大段的上界 面）出现时差增大的尖峰。上图是砂泥岩 剖面井径变化对时差曲线影响的实例。因 此， 在时差曲线上取值时，要参考井径曲 线，以避开井径变化引起的时差曲线的假 异常。
所以∆T的大小反映了地层声速 的高低。声速测井实际上记录的 地层时差（声波在地层中传播 1m所用的时间）。测量时由地 面仪器通过把时间差∆T转变成与 其成比例的电位差的方式来记录 时差∆t。仪器记录点在两个接收 器的中点，下图 井径变化对声波 时差的影响 井仪器在井内自下而 上移动测量，便记录出一条随深 度变化的时差曲线，图给出了时 差曲线实例。声波时差的单位是 μs/m或μs/ft。
声波测井的输出代表厚度为一个间 距的地层的平均速度，即仪器记录点 上下0.25米厚地层的平均速度。分析 测量及记录过程，不难发现，仪器记 录点与声波在两个接收器对应地层中 的实际传播路径的中点不重合，即存 在一定的深度误差，声波在地层中实 际传播路径的中点偏向发射器一方， 二者偏移的距离为： ∆h=a×tanθ 其中：a 为接收器到井壁的距离；θ 为第一临界角。 实际测井中，第 一临界角θ随地层速度的变化而变化， 距离a与井径、仪器倾斜程度有关。 因此，深度偏移是一个随机量，无法 校正。为降低井径变化、仪器记录点 与实际记录点的深度误差对单发双收 声系时差曲线的影响，提出了井眼补 偿声速测井（双发双收声系）
单发射双接收声速测井仪的测量 原理 如果发射器在某一时刻t0发射 声波，其传播路径如图所示，即 沿ABCE路径传播到接收换能器 R1，经ABCDF路径传播到接收 换能器R2，到达Rl和R2的时刻 分别为t1和t2，那么到达两个接 收换能器的时间差△T为：
第6章声波测井
三、声波全波测井
1．定义：声波全波测井是以记录整个声波列显示， 来研究水泥胶结质量的方法，它常与记录首波幅度 的固井声幅测井配合，用来检查声幅测井，估计水 泥胶结质量可靠性和解决一些特殊的水泥胶结问题。
2．仪器：声波全波测井井下仪器也是由一个发射器 和一个接收器构成。为了记录整个声波波列在套管 中传播时衰减情况，目前采用了三种记录方式：全 波调辉变密度测量、全波调宽变密度测量和全波扫 描照像测量。通常将前两种记录方式的全波测井又 叫声波变密度测井。声波全波测井还配有地面测量 面板、示波器和摄相仪。
1．测井仪的简单结构
由具有一定形状，有压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体制成，供脉冲电流，使 晶体受到激发以产生振动，其振动频率由晶体的体积和形状所决定
2．时差概念与地层速度的关系
两个接收器先后产生的电信号第一波峰之间时间差称为声波时差。 两接收器之间井径没有明显变化仪器居中时 时差单位 微秒/米
l为两个接收器之间距离，称为间距，若l=1，则 Δt=l/v2
声波全波(长源距声波仪)信息采集和处理
声波全波是指发射探头同一次发射后，引起井壁的滑行波和沿井壁--钻井 液界面传播的界面波的全体。这些波依据到达接收探头的先后分别为：
滑行纵波(P波)
伪瑞利波
斯通莱波
滑行横波(S波)
伪瑞利波
纵波
横波
斯通莱波(ST)
3．声波变密度测井也是一种测量套管外水泥胶结情 况、检查固井质量的一种声测井方法。该方法不仅 能反映套管与水泥环之间胶结情况还能反映出水泥 环与地层之间胶结情况。
一、固井声波幅度测井：
固井声幅测井一般采用源距为1米的单发单接收测量装置。以发射探头发 出的声波，最先到达接收器的是沿套管传播的滑行波所产生的折射波， 这种在套管中传播的波叫套管波。套管波的强弱（即幅度的大小）与 套管及其周围介质之间的声耦合情况有密切关系。
声波速度测井PPT课件
井眼因素
井眼大小与形状
井眼的大小和形状对声波速度测井结果有直接影响。井眼过大会使声波在传播 过程中散射，导致速度降低。此外，井眼的形状也会影响声波的传播路径和速 度。
井眼内流体性质
井眼中的流体，如泥浆、水和油气等，对声波速度也有影响。流体的密度和声 波速度有关，密度越大，声波速度越高。
仪器因素
仪器分辨率
应用领域的拓展
随着技术的不断进步和应用需求的增加，声波速度测井技术的应用领域将进一步拓 展。
除了传统的石油和天然气勘探领域，声波速度测井技术还将应用于环境监测、矿产 资源勘探、地质灾害预警等领域。
随着技术的成熟，声波速度测井技术将逐渐成为地质勘查和工程勘察的重要手段之 一。
行业标准的制定与完善
为了规范声波速度测井技术的使用和 推广，相关行业标准和规范将不断完 善。
声波速度测井数据处理
数据预处理
对采集的原始数据进行滤波、 去噪和校准等处理，以提高数
据质量。
声波速度计算
根据测量得到的传播时间和距 离计算声波速度。
地层岩性识别
根据声波速度与地层岩性的关 系，对地层岩性进行识别和分 类。
结果解释与报告编写
将数据处理结果进行解释，编 写测井报告，为地质勘探和油
气开发提供依据。
复杂地质问题中的重要作用和应用前景。
05
声波速度测井的未来发展
技术创新与改进
声波速度测井技术将不断进行技 术创新和改进，以提高测量精度
和可靠性。
新型声波速度测井仪器将采用更 先进的信号处理技术和算法，以
增强对复杂地层的适应性。
未来声波速度测井技术将更加注 重智能化和自动化，减少人为干
预和操作难度。
子和双极子探头等。
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
第3章-2 声波速度测井
伪瑞利波：大于第二临界角的入射波形成的全反射波在井 壁与仪器外壳间多次作用的结果。
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斯通利波：是在井内流体中传播的一种诱导波，它是 沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层滑行横波相互 作用产生的，质点运动的轨迹呈椭圆形，长轴在井轴 方向，传播速度低于井内流体纵波速度。它的产生与 井筒有关，又称管波。
t t ma 380 168 32.5% t f t ma 820 168
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24
Gao J & Fu JW
12
《油气地球物理测井工程》
时间平均公式的使用条件是孔隙均匀分布，固结且压实的纯地 层。由该公式求出的声波孔隙度，对于不同的地层情况要分别 处理： 1）对于固结压实的石灰岩及砂岩 （a）粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度18~25%） 可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行任何校正。 （b）孔隙度为25~35%的固结而压实的砂岩 这类砂岩泥浆侵入较浅，冲洗带中不全是泥浆滤液，还有残余 油气，按公式计算的孔隙度偏大，必须乘以流体校正系数。 气层：流体校正系数为0.7
R1 R2
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3
一、单发双收声速测井仪的测量原理
• 仪器简介：测井声波 f = 20kHz 声—电转换完成
隔声体——在仪器外壳上增加刻槽，防止发射的声波经仪器 外壳最先传至接收器，影响地层信号的正确测 量。 • 测量原理：T 产生声波，向泥浆（V1）和地层(V2)传播 —— 由于V2>V1，声波在井壁处折射产生滑行波 —— 滑行波先后到达R1和R2，完成声波速度测量。
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Gao J & Fu JW
地球物理测井9(声波测井)
Vs
E
2(1 )
9.1 岩石的声学特性
③面波： 在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传 播的波。包括： 瑞利波：其速度约等于0.9Vs～Vs 拉夫波：其速度约等于0.9Vs～Vs 偶 波：它是最快的面波：速度=0.9Vs～Vs 斯通利波：是在液—固体界面上由液体中 的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其 速度小于固体中的Vs和液体中的Vp。
9 声波测井
9 声波测井
利用岩石的声学特性（声 波速度、声幅）来研究岩石的 一类方法。
9.1 岩石的声学特性
• 声波的成分及速度： 声波是由物质的机械振动产生的。通过质 点间的相互作用将振动由近及远地传递， 根据质点运动特征的不同，声波可分为： ①纵波（或压缩波或P波）： 质点的振动方向与波的传播方向一致。 纵波主要产生体积变化，所以也称压缩 波。
幅度基本相同。
9.3.2套管井中的声幅测井
2．套管波： (1)滑行波：到达R的时间及能量不变。 (2) 一次反射波： 到达R的时间与滑行波 到达接收器的时差相差微小可认为是同时 到达,但其能量的大小取决于套管与水泥的 胶结程度。 (3) 多次反射波:能量很弱可忽略。
即：套管波的幅度反映了套管与水泥的胶 结程度 。
9.2 声波速度测井（AC）
声波速度测井简称声速测井， 它主要是通过测量波的速度来研究地 层。
9.2 声波速度测井（AC）
• 单发双收声速测 井仪 测量过程中发射 探头发射声脉冲， 接收探头接收声 脉冲。
9.2 声波速度测井（AC）
（1）泥浆直达波：
T1
AE Vm
9.2 声波速度测井（AC）
AB BC CE
TR1 Vm Vt
Vm
9.2 声波速度测井（AC）
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2）、孔隙度
●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）、岩层的地质年代：老地层比新地层具有较高的声速 4）、岩层埋藏的深度：在岩性和地质时代相同下，声速随埋藏深度加深而增大
●纵向分辨率：为有效划分薄层，间距选择要小
●相对误差：当仪器测量系统误差（精度）一定时，间距减小会使相对 误差增大；
●声功率：在声功率一定时，间距过小时，会使接收探头之间的相互干 扰增大；间距过大时，第2个接收探头的信号衰减过大导致周波跳跃
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3.1.2 声波在介质界面上的传播特性
声波通过波阻抗不同的两种介质的分界面，会发生反射和折射，并遵循斯奈尔 (Snell)反射及折射定律，入射波、反射波、折射波在同一平面内沿不同方向传播
入射纵波
对于折射纵波
sin v p1 sin 1 v p 2
第一临界角： 1*
vs 2
arcsin
R1
R2
t1
t2
v2
单发射双接收声系原理图
9
（1） 仪器工作原理
发射声脉冲后立刻记录滑行纵波先后到达两个探测器的时间 t1和t2，再按上式 记录△t，由地面仪器将两个接收先后产生的电信号的时间差△t转换成与其 成比例的电位差进行记录，仪器在井中移动，就得到一条随深度变化的反映 地层声波传播速度的声波时差曲线。 （2）深度记录点：两个接收探头的中点。 （3）单发双收声系的优点 ①、能够直接测量岩层的声波速度或时差。在l固定的情况下，在整个井眼剖 面上得到的岩层速度是指在l间距内的平均值。 ②、为了提高对薄层的分辨率，可减小间距，最小间距为l=0.1524m ③、选择间距需要考虑的因素有
v p1 vp2
1*
sin sin 2 v p1 vs 2
* 2
v p1 v p 2 产生滑行纵波条件：
声波在界面上的反射和传播
对于折射横波
首波示意图
vs 2 v p1 vs 2 产生滑行纵波，条件：
第二临界角： arcsin
v p1
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3.2 声波速度测井
声速测井：是测量井下岩层的首波（初至波）速度，进而 判别井外岩层的岩性、估计储集层孔隙度的一种测井方法。 通过测量从发射探头经地层传播到接收探头的时间差。
井下仪器的偏心 会使测量的时差增大，使用扶正器使井下仪器居中
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2、单发双收声速测井仪的测量原理
如果发射器在某一时刻 t0发射声波，声波经过泥浆、地层、泥浆传播到 接收器
CD l 0.5m t v2 v2 v2
t就是声波时差
v1 v2
t0
单位：s / m或s / ft
其中，l是两个接收器之间的距 源 离，称为“间距”。这样时差 的大小就反映地层声速的高低。距 所以 声波速度测井就是测量声 波在两个接收探头之间的时间 间 差，它等于间距所对应的地层 距 中传播速度的倒数 声速测井原理动画
初至波
续至波
到达接收换能器的波形图 井内声波传播示意图
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井下声波传播的最 短路径
声波测井仪器声系 部分的外形
直达波的处理 为了消除经仪器外完直接传来的直达波，可在发射器与接收器之间加入隔声体或 者在仪器外壳上刻槽，使声波沿着曲折的路径传播而拉长其传播距离 多次反射波的处理
为了消除经泥浆传来的直达波以及反射波的干扰，则需适当增长发射器至第一接 收器的距离(称为源距)使直达波与滑行波所通过的路径大体相等，便可首先接收 到滑行波。根据一般的低速度岩石计算，采用1米的源距，可以实现这一要求。
单发双收声速 测井仪示意图
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1、井内声场分析
发射器在井内产生声波，声波接收器记录首波（首先到达接收器的声波）到达时 间。根据首波到达时间，确定首波的传播速度。测井时，要确保首波是地层纵波 测井时间。井内存在以下几种波：(1)、反映地层滑行纵波的泥浆折射波；（2）、 反映地层滑行横波的泥浆折射波；（3）、井内泥浆直达波；（4）、井内一次及 多次发射波；（5）、井内流体制导波（管波或斯通利波）
VP 2(1 ) VS (1 2 )
若 0.25
VP 3 VS
纵波和横波同时在岩石中传播时，纵波的传播速度大于横波。由于研究最先到 达接收器的声波比较方便，声波速度测井主要是研究纵波在岩石中的传播速度。 纵波和横波传播动画
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2、声速的地质影响因素
1）、岩性 不同矿物的弹性模量不同，由不同矿物组成的岩石的弹性系数和密度不同，声 速大小也不同，决定这一传播速度的主要因素是岩石的密度，而沉积岩岩石的 密度主要取决于岩性、岩石的结构(胶结状况和孔隙发育程度 )，以及岩石的地 质时代和埋藏深度等。
3.2.1 单发双收声速测井仪的测井原理
sin P sin S v1 ，第一临界角 vP v1 ，第二临界角 vS
源 距
刻槽隔声体
间 距
声波换能器都是由压电晶体制成 （ 反效应发生声波，正效应接收 声波 ），其固有振荡频率为 20 千 周/秒，激发频率常采用 20次/秒。 声波测井声系的最小源距为 1米， 间距为0.5米。
3.1 声波测井的物理基础
3.1.1 声波在岩石中的传播特性
1、纵波和横波
声波在弹性介质中的传播速度定义为单位时间内声波传播的距离，与介质的弹性 和密度有关。在均匀各向同性介质中，纵波速度、横波速度的表达式为：
VP VS
E E
1 (1 )(1 2 )
1 2(1 )
石油地球物理测井原理
主讲：杨 斌
成都理工大学能源学院
2013年10月
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第3章 声波测井
声波测井的物理基础 声波速度测井 长源距声波测井 阵列声波测井 全波列声波测井应用
声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特 性也不相同。声波测井就是利用岩石的这些声学性质来研究钻 井的地质剖面、识别油气层和裂缝层段、判断固井质量的一种 测井方法。 声波测井包括：普通声波测井、全波列声波测井、声波变密度 测井、阵列声波、超声电视测井及声波成像、噪声声波技术等。 2 它们都是以研究岩石介质的声学性质为基础来识别岩层。