第3章 声波测井

以可以利用声波时差曲线
来划分膏盐剖面。
3、确定地层孔隙度 1）威利平均时间公式 地层声速和地层孔隙度有 关，大量数据表明，在固结、 压实的纯地层，地层孔隙度和 声波时差存在线性关系，即 Wyllie威利平均时间公式：
砂岩体积模型示意图
3、确定地层孔隙度 1）威利平均时间公式
3、确定地层孔隙度
1）威利平均时间公式
地层厚度的大小是相对于声速测井仪的间距来说的，厚度大于间距的称为厚 层，小于间距的称为薄层。声速测井的输出（时差）代表0.5m厚地层的平均时差。
1）厚层
在地层中部时差曲线出现平直段， 该段时差值为地层时差值。当地层岩 性或孔隙性不均匀时，曲线稍有波动， 取地层中部时差曲线的平均值作为地 层的时差值。时差曲线的半幅点处对 应于地层的上、下界面。
声波时差曲线读值方法
●均匀层中：由上下岩层界面内缩
0.3m，取平均值（图a）
●层内非均质性或划分有效厚度：
将层分两段取值，含泥质夹层由 上下界面内缩 0.3m ，扣除夹层后 取面积平均值（图d）
●非均匀层中读值：采用由上下岩层
界面内缩0.3m取面积平均法（图bc）
3.2.4 声速测井的影响因素
1、地层厚度
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3.2.4 声速测井的影响因素
4、探测范围
一般是指井壁滑行波的影响范围，它和声波的波长λ有关：
在频率为20kHz、岩层中声波速度为1500～7600m/s时， 波长为8～38cm。根据实验，声波测井的探测范围大约等于 三倍波长。在上述条件下，探测深度大约为25～115cm。
3.2.5 声波速度测井资料的应用
③泥质砂岩 由于泥质声波时差较大，按上式计算的孔隙度偏大，必须进行泥质校正， 由下式来进行地层孔隙度：
或者通过自然电位幅度减小系数α来对泥质影响加以校正：
3、确定地层孔隙度 2）威利平均时间公式的应用
3、确定地层孔隙度 3）声波地层因素公式
由法国道达尔（ToTAL）石油公 司的测井分析家提出：
式中：x—岩性指数，砂岩取1.60，石灰岩取1.76，白云岩取2。经试用， 此式的应用效果比Wyllie公式精确，使用范围广，对砂岩、石灰岩、白云岩 都适用，但在地层含泥质和含气时，要引入适当的校正，公式如下：
薄互层的声波时 差测井曲线
小结：间距大于地层厚度时，时差曲线分辨地层的能力变差，甚至无法分 层和正确读取时差值，因此间距尺寸必须小于目的层中最薄地层的厚度。 间距越小，分辨地层的能力越强，但测量的精度也就越差。应该合理选择 间距，目前我国现场采用0.5m的间距。
3.2.4 声速测井的影响因素
2、“周波跳跃”现象
地球物理测井原理及应用
三、声波测井
主讲：谢润成（副教授） 邓虎成（副教授） 陈文玲（讲师） 学时：40(理论)+8(实习)
能源学院
成
理 都
工 大 学
CHENGDU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
声波测井的物理基础������
声速测井������ 长源距声波全波列测井 ������
3.2.2 井径变化对声速曲线的影响
此外，还存在深度误差： 仪器记录点与实际传播路径中点不在同一深度上。 该深度误差无法校正。
O—为仪器记录点R1、R2的中点 O’—实际深度点，为声传播路径的中点 a—接收器与井壁之间的距离（井径） θp—纵波入射角 H—测井深度 对于上发下收，实际深度应为
H h H a tan p
3.2.4 声速测井的影响因素
2、“周波跳跃”现象
下列情况可以引起周期跳跃： （1）裂隙地层或破碎带； （2）含气的未胶结的纯砂层（含油水的纯砂层或含泥质的砂层，一般不引 起周期跳跃）； （3）井壁垮塌（井径扩大很严重的地层），以及泥浆中溶有气体时； （4）声速非常高的岩层：由于岩层的波阻抗和泥浆差别非常大，声波从泥
浆进入地层或由地层折射回泥浆时，能量传递是很小的。
3、源距和间距
首先要考虑使首波先于直达波到达接收器，选择1m的源距就足够了。
间距的大小影响分层能力。
声速测井记录的地层速度与真实速度有某些差别，井壁附近存在声速较低 的过渡带。由于过渡带声速低于地层速度，为了得到从没有遭到破坏的由地
层返回的折射波，要有足够大的源距。过渡带大约在15～125cm范围。
纯岩石声波时差与其 孔隙度的线性关系
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3、确定地层孔隙度 2）威利平均时间公式的应用
使用条件：孔隙均匀分布、压实的纯地层，因此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固结压实的纯地层，分两种情况 A、粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度为18～25%）可直接利用 平均时间公式计算出孔隙度，不必进行任何校正。 B、孔隙度为25～35%的砂岩，其声波孔隙度需要引入流体校正系数。气 层：流体校正系数0.7；油层：流体校正系数0.8～0.9。
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：
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。
3、确定地层孔隙度
2）威利平均时间公式的应用
②固结而压实不够的砂岩 对于此类地层，要引入压实校正。压实
校正的大小用压实校正系数Cp表示，Cp与
地层埋藏深度、年代及地区有关。压实校正 后的孔隙度为：
3、确定地层孔隙度 2）威利平均时间公式的应用
②固结而压实不够的砂岩 B、中子孔隙度、密度孔隙度与地层岩石压实与否无关。 可把声波孔隙度与中子或密度孔隙度对比来确定Cp： C、把解释地层岩石附近泥岩的时差与已知压实好的泥岩时差进行对比：
2）薄层
目的层时差受相邻地层时差影响较 大。若相邻地层时差高于目的层的时差，则目的层时差增加；反之，目的层时差
减小。厚度越薄，围岩影响越大，时差与地层实际时差值差异越大，半幅点间的
距离越大于目的层真实厚度。不能应用曲线半幅点确定地层界面。
3）薄互层
能出现反向。
3.2.4 声速测井的影响因素
间距大于互层的地层厚度时，测井值不能反映地层的真实速度，甚至还可
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、判断固井质量的一种测井方法。声波测井目前有 以下几种方法：声波速度测井、声波幅度测井、声波变密度测井、 噪声测井、超声波电视测井及声波成像测井等。所有这些方法都 是以研究岩石介质的声学性质为基础来识别岩层。
2、井眼 补偿原理
3.2.3 井眼补偿声速测井（BHC）
1）时差
的确定
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2、井眼补偿原理 2）井眼补偿原理
由右图可看到，双发双 收声速测井仪的T1发射得到 的△t1和T2发射得到的△t2曲 线，在井径变化处的变化方 向相反，所以，取二者的平 均值得到的曲线恰好补偿掉 了井径变化对测量结果的影 响，同时也补偿了仪器倾斜 对时差造成的影响。
对于下发上收，实际深度应为
记录点深度误差图
H h H a tan p
3.2.3 井眼补偿声速测井（BHC）
1、声系结构
该仪器的井下声系包括两个发射
器和两个接收器。它们的排列方式如
右图。其中，两个接收器之间的距离 （间距L）为0.5m，T1、R1和T2、R构示意图
1、判断气层
气和油水的声速及声衰减差别很大。因此，在高孔隙度和泥浆侵入不深 的条件下，声波测井可以较好的确定含气疏松砂岩。气层在声波时差曲线上 显示的特点：
1）产生周波跳跃
常见于特别疏松的砂岩气层中。这是由于含气疏松砂岩具有较高的孔隙 度，且孔隙内含声吸收强的天然气，致使声波能量衰减大，产生周波跳跃。
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。
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。
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，再按下式记录△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。仪器的深度记录点即是两 个接收探头的中点。
3.2.2 井径变化对声速曲线的影响
3、确定地层孔隙度
4） 计算缝洞孔隙度 声速测井测量沿传播时间最短的路径传播的纵 波首波的速度，一般认为声波时差不受洞穴和高角 度裂缝的影响，只受骨架和粒间孔隙影响，声波孔
时差则介于砂岩和泥岩之间，
砾岩时差较低。
3.2.5 声波速度测井资料的应用
2）碳酸盐岩剖面 在碳酸盐岩剖面中，
致密石灰岩和白云岩的
时差最低，若含泥质， 时差稍有增高；当有孔 隙或裂缝时，时差明显 增大，甚至还可能出现
周波跳跃现象。
3.2.5 声波速度测井资料的应用
3）膏盐剖面
在膏岩剖面中，无水 石膏和岩盐的声波时差有 明显的差异，并且在岩盐 层部分因井径扩大，时差 曲线有明显的假异常，所
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
声波测井仪器声系 部分的外形
当增加源距便可首先接收到
滑行波。一般采用1m的源 距可以实现这一要求。 井下仪器的偏心：造成 时差增大，使用扶正器使井 下仪器居中。