第六章声波测井
(完整版)第六章声波测井
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
软地层:地层横波速度小于泥浆纵波速度 软地层不能产生滑行横波
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
➢波长（λ)：声波传播过程中，相位相同的 两点间的距离 λ= v/f (v-传播速度）
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质：固相、连续、均匀、各向 同性和完全弹性
三.岩石的弹性力学参数
F L
（1）杨氏模量E：
E / i
AL
i
物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产 生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生 变形的难易程度
ip
arcsin
v1 vp
is
arcsin
v1 vs
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
arcsin
V 1
1
V
2
（2）滑行波能量分布
入射
非均匀波，63%能量集中在1个波长内，在3个 波长内能量占98%, 决定了声速测井的探测深 度(1-3个波长)，一个波长0.2~0.3m左右，相 当于储层的冲洗带
2 2 3
(1 cv
1) cp
消除频率影响的衰减系数:
As
f2
2 2 3
[
4 3
(
1 cv
1) cp
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
第6章声波测井
第六章声波测井声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判别地层特性及井眼工程状况的一类测井方法。
主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。
主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。
第一节岩石的声学性质声波是物质运动的一种形式，它由物质的机械震动而产生，通过质点间的相互作用将震动由近及远的传递而传播。
对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。
一、岩石的弹性弹性体：物体受外力作用发生形变，取消外力能恢复到原来状态的物体，叫弹性体，这种形变叫弹性形变；塑性体：取消外力后不能恢复到原来状态的物体；物体是否为弹性体的决定因素：物体本身的性质、外界条件（压力、温度）、外力的作用方式、作用时间和大小。
对于声波测井来讲，声源发出的声波能量较小，作用在岩石上的时间短，故将岩石看成弹性体，其理论为弹性波在介质中的传播性质。
弹性体的弹性力学性质：扬氏模量E，泊松比σ，体积形变模量K等。
杨式模量(E)--- 弹性体拉长或压缩时应力（F/A）与应变(ΔL/L)之比。
/A）与切应变(Δl/l)切变模量(μ)---弹性体在剪切力作用下,切应力（Ft之比。
泊松比(σ) --- 弹性体在形变时横向形变（相对减缩ΔD/D）和纵向形变（相对伸长ΔL/L）之比。
体积形变弹性模量(K) ---在外力作用下，物质体积相对变化（体积应变）与应力之比。
它的倒数为体积压缩系数。
二、岩石中的声波传播特性声波测井的声波频率：15Khz~30Khz（声波和超声波）。
质点的震动以波动形式在介质内传播，根据质点震动方向与波的传播方向的关系，分为；纵波—质点震动方向与波传播方向一致（压缩波）；横波—质点震动方向与波传播方向相互垂直（剪切波、切变波）；声波在介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。
在均匀介质中，声波速度与杨氏模量E 、泊松比σ、密度ρ的关系为：)21)(1()1(σσσρ-+-⋅=E v p )1(21σρ+⋅=E v s 三、声波在介质界面上的传播特性1、波的反射和折射波阻抗----定义为介质的声速与密度之乘积。
声波测井原理
声波测井原理声波测井是一种利用声波在地层中传播的特性来获取地层信息的技术手段。
声波测井可以提供地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数，对于油气勘探和开发具有重要意义。
声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程，下面将对声波测井原理进行详细介绍。
首先，声波测井是利用声波在地层中传播的速度来获取地层信息的。
声波在地层中传播的速度与地层的物性参数有密切的关系，不同类型的地层对声波的传播速度有不同的影响。
通过测量声波在地层中的传播速度，可以推断出地层的孔隙度、渗透率等参数。
其次，声波测井是利用声波在地层中的反射和折射来获取地层信息的。
当声波遇到地层界面时，会发生反射和折射现象，根据反射和折射的规律，可以推断出地层的厚度、岩性等信息。
通过分析反射和折射的特征，可以识别出地层中的油气层、水层等目标层位。
另外，声波测井是利用声波在地层中的衰减来获取地层信息的。
声波在地层中传播时会发生衰减，衰减的程度与地层的渗透率、孔隙度等参数有关。
通过测量声波的衰减情况，可以推断出地层的渗透率、孔隙度等信息。
总的来说，声波测井原理是利用声波在地层中传播的速度、反射和折射、衰减等特性来获取地层信息的。
通过对声波在地层中的传播过程进行分析和解释，可以揭示地层的内部结构、物性参数等重要信息。
声波测井技术在油气勘探和开发中具有重要的应用价值，对于提高勘探开发效率、降低勘探风险具有重要意义。
综上所述，声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程，通过对声波在地层中的传播速度、反射和折射、衰减等特性进行分析，可以获取地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数。
声波测井技术是一种重要的地球物理勘探手段，对于油气勘探和开发具有重要意义。
希望本文能够对声波测井原理有所了解，并对相关领域的研究工作有所帮助。
第6章 声波测井(4课时)
显。
上述分析看出，可根据岩石声速来研究岩层，确定岩层的岩性和孔隙度。
79
17
6.2 岩石的声学特性
三、声波在介质界面上的传播特性
声波通过传播速度不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，并遵循 光的反射定律和折射定律。
声波在介质分界面上的传播 滑行波、临界角概念 当入射角增大到某一角度时，折射角达到90，则入射角叫临界角。此时，折射波 将在第Ⅱ介质中以V2的速度沿界面传播，这种折射波在声波测井中叫滑行波。
声系
电子线路
隔声体
单发射双接收声系 声系 双发射双接收声系 双发射四接收声系
79 20
6.3 声波速度测井
一、单发射双接收声速测井仪器的测量原理
1、下井仪器组成
提供脉冲电信号，触 发T发射声波，R1、 R2接收声波信号，并 转换成电信号。
T以压电效应的逆 效应产生声振动， 发射声波；R以压
电效应的正效应接
各类声波测井用的机械波介于声波和超声波之间。
对测井时发射的声波而言，井下岩石可认为是弹性介质，在声振动作用下产生 切变弹性形变和压缩弹性形变。岩石既能传播横波又能传播纵波，岩石中横波与 纵波速度和岩石的弹性关系密切。
79 6
6.2 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
弹性体概念 塑性体概念
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。一般地说，外力小、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，作用在岩石上的时间也很短，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。
79
第06章 声波测井
如图，在井中居中放置一单发单 收（发射探头T，接收探头R）声波 测量装置，井眼的半径为a。假定T 发射的是平面波，要想在井壁上产生 滑行纵波，则必须使得入射波的入射 角为第一临界角，并且要想在井轴上 接收到滑行纵波，接收点到发射点的 最小距离为：Lmin = 2atgθ c 其中 为第一临界角。
R
2S
= 90
o
θ1 ≥ θ
S
= arcsin
V1 VS
3流体直达波
所谓流体直达波，即是由声源出发，经过井内流体而直接到达接 收器的波。它不受周围不连续区域的影响。事实上，某一点的声 场是由直达波场（或入射波场）与反射波场叠加而成的，这种波 显然符合费马原理。
4 一次和多次反射波
入射波可能会遇到井壁或界面，并 会与之产生一次和多次作用，产生 一次和多次反射波。
但是，在实际测井中，由于声波在传播过程中存在着各种 衰减，增大源距，声波衰减严重，从而造成记录的声信号的信 噪比降低，甚至记录不到信号，因此在一定的发射声功率的条 件下，源距选得又不能过长。 在实际声波测井中，由于井下声波测井仪器是用钢质外壳 做成的，为了接收来自岩层的滑行纵波，消除井内沿仪器外壳 传播的直达波，一般在仪器外壳上沿着井轴方向刻有小槽，这 样直达波在遇到这种刻槽时会产生多次反射，从而使直达波的 能量急剧衰减到很低。
杨氏模量E
E即为纵向伸长系数。由胡克定律：相对伸长与单位面积 上的作用力成正比：
F 1 F L =α = L S E S
泊松比σ
弹性物体在外力作用下，产生的纵向伸长同时有横向压缩，其 比例系数为泊松比。
d σ= d
L L
由于大多数岩石的泊松比为0.25。。
二、岩石的声波速度
传播方向和质点振动方向相互一致的声波为纵波，而传播 方向与质点振动方向相互垂直的为横波。纵波和横波的传播速 度vp、vs与弹性参数有如下关系：
第六章声波测井
源距
间距(span)
l 0.5m
R2
R1，R2的中点，为深度记录点（规定的）
5.单发双收声速测井的原理 滑行纵波到达R1、R2的时间差：
A B
t ' t2 t1
T
L 1m
E
DF CD BC AB ( ? ) v1 v2 v2 v1
CE BC AB ( ) v1 v2 v1
滑行波先到达——首波
从时间上将滑行波与直达波和反射波区分开
3.使滑行波成为首波的条件 (1)滑行波所经历的时间最短的路径 费尔玛时间最小原理： 声波以临界角 * 入射到两种介质的分 界面上后，沿边界以地层速度滑行，以 临界角方向折回泥浆到达接收探头的路径 所用时间最短。
证明(自学）
B
A
T
T t AB t BC tCD
t AB AB l v1 v1 cos *
*
L
C
χ
D
t BC
R
BC L ltg * ltgx v2 v2
v2 v1
tCD
CD l v1 v1 cos x
l L ltg * ltgx l T * v1 cos v2 v1 cos x
T可以看成是 x 的函数，要使T(x)最小， 需满足T’(x)=0
量相对误差增大。
我国常规:
l = 0.5 m ;高分辨率: l =0.15m
声波时差： 声波传播单位距离(1m或1ft) 所用的时间，记为 t，单位 s/m或s/ft 曲线： 仪器匀速移动，记录声波时差随井 深变化曲线。
三.井眼补偿声速测井 1.井眼扩大对单发双收 声系时差的影响
声波测井的基本原理
声波测井的基本原理引言：声波测井是一种常用的地球物理测井技术，通过发送声波信号并接收其反射信号来获取地下岩石的物理特性信息。
本文将介绍声波测井的基本原理，并探讨其在油气勘探和地质研究中的应用。
一、声波传播原理声波是一种机械波，是由分子间的振动传递能量而产生的。
在地下岩石中，声波通过分子间的碰撞和相互作用传播。
声波传播的速度取决于岩石的密度和弹性模量。
岩石越密度大、弹性模量高，声波传播速度越快。
二、声波测井仪器声波测井通常使用声波测井仪器进行，它包括发射器和接收器两部分。
发射器会向井孔中发射声波信号，而接收器则接收并记录反射回来的声波信号。
三、测井参数解释声波测井中常用的参数有声波传播速度（Vp）、剪切波传播速度（Vs）和声波衰减系数（Attenuation）。
声波传播速度是指声波在岩石中传播的速度，剪切波传播速度是指岩石中剪切波的传播速度，而声波衰减系数则表示声波在岩石中传播时的衰减程度。
四、应用领域1. 油气勘探：声波测井可以提供地下岩石的物理特性信息，如孔隙度、饱和度、岩石密度等，这些信息对于油气勘探具有重要意义。
通过测量声波传播速度和剪切波传播速度，可以帮助确定油气储层的性质和分布。
2. 地质研究：声波测井可以提供岩石的弹性参数，如岩石的压缩模量和剪切模量。
这些参数对于研究地下构造和岩石力学性质具有重要意义。
通过测量声波传播速度和剪切波传播速度的变化，可以揭示地下构造的变化和岩石的变形状态。
3. 水文地质研究：声波测井可以帮助确定地下水的分布和流动状况。
通过测量声波传播速度和声波衰减系数的变化，可以推断地下水的饱和度和渗透能力等参数，从而为水文地质研究提供重要参考。
五、声波测井的优势声波测井具有以下几个优势：1. 非侵入性：声波测井是一种非侵入性的测井技术，不需要取样，不会对地下环境产生破坏。
2. 高分辨率：声波测井可以提供高分辨率的地下岩石信息，可以检测到细小的地质构造和岩石特征。
3. 广泛适用：声波测井适用于各种类型的地质环境，包括陆地和海洋等。
第6章_声波测井
•
还可以利用水泥胶结指数（BI）曲线来指示水泥固 井质量，定义：
α1 目的井段声幅衰减率(dB / ft ) BI（胶结指数） = = 完全胶结井段声幅衰减率(dB / ft ) α 2
• 不足之处：只能判断套管和水泥（第一界面）的胶结 情况，由于没有测量从地层来的信号，所以难于判断 水泥和地层的胶结情况。
3、检查补给水泥效果 4、判断气层 高压气层气侵入井内时，气层部位为气体充填 。可能完全没有水泥或很少，水泥胶结测井幅度 很高，接近自由套管或超过自由套管的声幅。 5、判断套管断裂位置 在无水泥井段，套管断裂显示与套管接箍显示 相同，断裂处有负尖峰。
四、影响水泥胶结测井曲线的因素 1、测井时间 最好在注水泥后20--40小时进行测量,因为水泥 有个凝固过程，过早或过晚,都会造成错误解释。 2、水泥环的厚度 水泥环的厚度>2cm ，对套管波的衰减是个定值 ,水泥环的厚度<2cm,水泥环越薄,对套管波的衰减 越小,测得的声幅值高。 3、仪器偏心和窜槽 不同方向到达的管波相位不同,相互抵消,测得 的声幅值低。
3、过程：
发射换能器 声波
临界角
记录 幅度值
界面(泥浆和套管)
接收Байду номын сангаас能器 套管
临界角
滑行波 井内泥浆
折射
（1）声系：单发单收，源距为1米。 （2）接收到的信号：沿套管传播的滑行纵波（套管 波） （3）管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关。 套管波幅度受套管和管内介质的影响是一个定值 ，收到的信号幅度就取决与套管外介质的性质和 分布。 （4）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 。
六声波测井
周波跳跃
Cycle skip
由于某种原因 , 造成声波能量严重衰 减,使得时差曲线出现来回跳动忽大忽小 的现象.
23
声波速度测井
T
t0
R1 t1 R1
R2
t2
⊿t
⊿t
R2
⊿t
24
声波速度测井
可能出现“周波跳跃”的几种情 况 气层 疏松砂岩 裂缝性地层或破碎带 泥浆气侵 声速特别高的地层
声波速度测井
影响时差曲线的主要因素
井径变化的影响 地层厚度的影响 “周波跳跃”的影响
20
声波速度测井
T R1 R2 T
在扩径井段上 部,时差增大
在扩径井段下 井径扩大井段 部,时差减小
T t2 t1 BD BC DF CE v2 v1
R1 R2
21
声波速度测井
T
31
声波速度测井
A
v
vma
tmaLma tf LФ vf
t L
V=Vma+VФ V=LA AL/ v=ALma /vL +AL /vL ma Ф= f t=tma +t t= /v t f ma ma/vma tf=LФ/vf V/ vma =V /vma +VФ/vf L/v=Lma /v +L ma Ф/v f 1/v=(1-Ф)/vma+Ф/vf
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声波幅度测井
固井质量评价方法
水泥胶结测井(CBL)
(Cement Bond Log) 基本原理 ★探头结构 ★声波幅度与水泥胶结质量的关系
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声波幅度测井
到达接收器首波的幅度
测量对象 套管波传播路径 套管波幅度与水泥胶结质量的关系
《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。
第六章声波测井133页PPT
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
《声波全波列测井》PPT课件
从上图可以看出： 1. 孔隙度一定时，α降低，Cp,Cs,Cp/Cs都降低；
这说明，在裂缝状孔隙的地层，声波的传播速度要小于同 孔隙度的孔隙型地层。
2. 孔隙度较小时， α对Cp,Cs,Cp/Cs的影响更加明显； 3. 孔隙度的变化对Cp/Cs影响不明显；而α对Cp/Cs影响
明显
除了根据速度计算孔隙度的大小，还可以根 据纵横波的幅度信息判断储集层的孔隙类型。 统计资料表明： 裂缝性储集层中纵波和横波的幅度都有减小， 而横波幅度的减小尤其显著。
三 判断岩性
对不同岩性的地层，其泊松比具有不同数
值，而可由岩石的纵波与横波速度Cp和Cs
计算得出。
2
1 C p 1
2 Cs C p 2 1
Cs
岩石或矿物 石英 方解石 白云石 粘土 石英岩 砂岩 石灰岩 白云岩
常见岩石及矿物的Cp/Cs值
Cp/Cs 1.487
长源距声波全波列测井记录中的关键问题是 在全波列中区分纵波、横波及其它类型的波， 而最主要的是区分纵波和横波。现有的记录 方式是从纵波和横波的到达时间、相位和幅 度上加以区分和识别的。
纵波与横波的区分： ①到达时间：Cp>Cs→Δtp<Δts； ②声波幅度：横波大于纵波； ③声波相位：纵波与横波首波相位相反，即
e B e e A
sr0 Pr0
r
s
p0
A：纵波幅度比；B：横波幅度比；r1：T1与R1之间间距；r2：T1与R2之间间 距；r0：r1－r2；G：声波在发射和接收探头间几何扩展的衰减因子，P：纵波 衰减系数； s：横波衰减系数；
这些资料如何应用？ 长源距声波全波列测井资料提供了井壁附近岩层
第六章声波测井(Acoustic logging )
• 二、裸眼井中进行声幅测井
• 可以用来在碳酸盐地层和硬的砂岩中寻找裂缝带。固井声幅测井测的 是套管波，反映的是套管与水泥之间的胶结情况，无法测量来自地层 的续至波。因此，难以判断水泥与地层的胶结情况。留待的问题由全 波测井解决。 • 单发单收——测地层波幅度 • 单发双收——测两探头接收到地层波幅度差（裂缝内无含物、溶洞性 地层统一干扰）+声波测井→判断裂缝
• 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。 • 在下套管注水泥的井中进行声幅测井时，测量的是套管波首波的幅 度，另外还有通过水泥环、地层以及泥浆传播的水泥环波，地层波 以及泥浆波，它们到达接收器的时间有早有晚，最先到达的是套管 波，其次是地层波，最晚到达的是泥浆波（直达波）。因为声波难 于沿水泥环传播，所以水泥环波很弱可以忽略不计。声波变密度测 井就是按时间的先后次序将这四种波全部记录下来的一种声测方法。 • 声波变密度测井采用源距为1.5米的单发射单接收测量装置。下井仪 将接收探头接收到的信号放大后，通到电缆送到地面放大器，经一 系列的处理转换成一列方波信号一调辉方波。这一列调辉方波中， 每一个方波的幅度与相应声波信号的正半周幅度成比例，然后将这 一列调辉方波连同声测井仪上的同步信号同时送到阴极射线示波仪 上，用调辉方波控制示波仪的辉度（即示波仪光点的亮度），用同 步信号控制示波仪按声波发射的重复频率进行扫描。
• 3．记录时差的原理（P66杜） • 将接收器产生的电信号之间的时间差转换为电 位差进行记录。 两首波（第一个负峰）两端 电压ΔU与记录波数目和带电量有关，若数目、 幅度一定，便与它宽度（即时差）成比例。电 位差记录仪记录，并把刻度成时差时差曲线
超声成像测井
果图像上显示条状阴影，
则表示射孔作业后套管 发生破裂情况。
套管腐蚀及破损检测超声成像测井图 （MUST）
岩性 致密石灰岩 ρ ，(g/cm3) 2.71 V2.（m/s） 6500
0.7225
致密白云岩
砂岩 泥岩 裂缝中饱和水
2.87
2.65 2.45 1.0
7000
2600-3850 1850-3900 1500
0.855
0.4184-0.5529 0.2525-0.5307 0.0
裂缝充填泥
套管 孔洞＼裂缝中充满水
第一节 超声成像测井基本原理
超声成像测井由声系、信号采集、信号传输和地面处理与
显示四部分组成。声系部分由一个能旋转的超声探头（或换能
器）构成，该探头兼作发射探头和接收探头。将测量的反射波 幅度和传播时间按井眼内3600方位以图像显示，可以分析井壁 岩性及表面特征（包括裂缝、孔洞和冲蚀带），也可用来观察 套管内壁的变化。
发射器
发射逻辑
接收器
焦距控制器
陶瓷环阵列
聚焦逻辑
聚焦接收信号
换能器-3dB束宽度理论值（in）
二、影响成像质量因素 声衰减的影响 泥浆对声波衰减主要是摩擦吸收衰减和固相颗粒散射引起的衰减。摩擦
吸收衰减与频率平方成正比，而颗粒散射衰减与频率四次方成正比，因此当
频率较高时，泥浆性能对超声测量影响是不能忽略的。 井眼形状和仪器偏心的影响
2、直观显示裂缝
水平裂缝 垂直裂缝 倾斜裂缝
3. 井眼稳定性和地应力分析
有井眼垮塌井段中UBI成像图和井眼横截面图
有键槽井眼中UBI成像图和井眼横截面图
4．确定井下套管情况
声波测井的基本原理
声波测井的基本原理声波测井是一种常用的地球物理勘探方法，通过发送声波信号进入地下，然后接收和分析返回的信号，可以获取有关地下岩石性质和地层构造的信息。
声波测井的基本原理是利用声波在不同岩石中的传播速度差异来推断地层的性质。
声波测井利用的声波信号是由测井仪器通过声源产生的。
这些声源通常是以一定频率振动的麦克氏震荡器，通过控制震荡器的频率和振幅，可以产生不同类型的声波信号。
在测井过程中，这些声波信号通过井中的探头向地下传播。
当声波信号遇到地下岩石时，会发生反射、折射和散射等现象。
这些现象会导致声波信号的传播速度和振幅发生变化。
通过测量返回的声波信号的传播时间和振幅，可以推断地下岩石的物理性质。
在声波测井中，最常用的参数是声波的传播速度。
传播速度是声波信号在岩石中传播的速度。
不同类型的岩石对声波的传播速度有不同的影响。
例如，固体岩石的传播速度较高，而含有流体的岩石的传播速度较低。
通过测量声波信号的传播时间，可以计算出不同深度处的传播速度，并进一步推断出地下岩石的类型和含有的流体性质。
除了传播速度，声波测井还可以提供其他有关地下岩石的信息。
例如，通过分析声波信号的振幅，可以推断地下岩石的密度和孔隙度。
密度是岩石单位体积的质量，而孔隙度是岩石中孔隙空间的比例。
这些参数对于研究地下岩石的物理性质和储层特征非常重要。
声波测井不仅可以应用于石油勘探和开发领域，还可以用于地质研究、水文地质调查等领域。
通过声波测井可以获取的地下岩石信息非常丰富，可以帮助地质学家和工程师更好地了解地下结构和性质，指导相关工程的设计和施工。
声波测井是一种基于声波传播原理的地球物理勘探方法。
通过测量声波信号的传播时间、振幅等参数，可以推断地下岩石的性质和构造。
声波测井在石油勘探和开发、地质研究等领域有着广泛的应用，为相关工程的设计和施工提供了重要的信息基础。
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§2 声波速度(纵波)测井
一、井下仪器
声系（发射探头、接收探头）
电子线路（产生脉冲电流、放 大接收信号）
二、单发双收声速测量原理
1、滑行波的产生
Vp>Vm
发射探头有方向特性,保证各 种地层都有以临界角入射的波
2、接收探头能接收到的波（路径）
（1）直达波 （2）反射波 （3）滑行波
（2）泊松比 ：
2
3
1
1
是表示物体发生几何形变的系数
所有介质泊松比的值都在0-0.5之间
常见岩石的平均值约为0.25
（3）体积密度：单位体积岩石的质量，g/cm3
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
E(1)
V
P (1)(12)
Vs
E
2(1 )
2(1)
V /Vs
P
12
（2）声波时差 （慢度slowness）
消除频率影响的衰减系数:
A sf2 22 3 [4 3(c 1 vc1p)
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
五.井内声波的发射和接收
压电效应：压电陶瓷晶体(锆钛酸铅)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。 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。
滑行波
临界角：产生滑行波的入射角称为临界角。 产生滑行纵波的入射角称为第一临界角ip 产生滑行横波的入射角称为第二临界角is
ip
arcsin v1 vp
is
arcsinv1 vs
岩层
泥岩 砂层(疏松) 砂岩(疏松) 砂岩(致密) 石灰岩(骨架) 白云岩(骨架)
钢管
纵波速VP (m/s)
1800 2630 3850 5500 7000 7900 5400
横波：1.次首波 2.幅度比纵波大 3.无频散
2、视(伪)瑞利波(目前没有利用)
井下岩石与井内液体界面上产生，沿岩石 表面传播，并不断向液体内泄漏能量。质 点运动轨迹是椭圆，短轴在井轴方向，长 轴垂直井轴。
/
1.7
1.6
速 1.5 度 1.4 流 1.3
1.2
体 1.1 速 1.0 度 0.9
0.8
偶极子声源振动示意图
井壁
T
S
S
波
波
R
六、单极子声源在充液裸眼井中的声波全波列 视瑞利波
斯通利波 漏泄模式
p波 s波
硬地层
1、滑行纵波和滑行横波
反射定理： 1
折射定理：
sin v
1
sin v
2
2
当v1,v2一定时，
2
如果v2>v1,当2=900,此时折射波以v2速度沿界 面传播，称为滑行波.
截止频率
相速度 群速度
流体速度
0.7 0 10 20 30 40 50 60 70 80 9 100
频率(kHz) 0
20.0 18.0 16.0 14.0
幅 12.0 度 10.0
8.0 6.0 4.0 2.0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
频率(kHz)
视瑞利波特点： (1)紧跟在横波后，无明显的波至点，很难
斯通利波特点： (1)S波之后
(2)幅度最大
(3)略有频散 (4)无截止频率，能量主要集中在低频段 应用前景：
(1)渗透率
(2)裂的首波 (P波)，测井上研究很少。
目前认为它是大于第一临界角的入射波 产生的全反射P波与井壁地层相互作用 产生的沿井壁在地层中传播的诱导波
提取，对横波而言是噪声，波速与横波 相近 (2)幅度不大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波) 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 迹也是椭圆，长轴在井轴方向。
1
Vt Vf[1( f b)V (f VS)]2
Vt Vf[12(1)K ( E) ]1 2
以临界角
*
V arcs in 1
入射
1
V
2
（2）滑行波能量分布
滑行波非均匀波，63%能量集中在1个波长内， 在3个波长内能量占98%,这就决定了声速测井 的探测深度，大约是1个波长，0.2~0.3m左右， 相当于储层的冲洗带。
(3)滑行纵波、横波的特点
纵波：1.首波(测井用源距的情况下) 2.幅度小 3.基本无频散
横波速度VS (m/s)
950 1518 2300 3200 3700 4400 3100
第一临界角
62°42′ 37°28′ 24°33′ 16°55′ 13°13′ 11°41′ 17°14′
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
（1） 产生条件: V2>V1
3、使滑行波成为首波的条件
(1)滑行波所经历的时间最短的路径
费尔玛时间最小原理：
声波以临界角 * 入射到两种介质的分
第六章 声波测井 （Acoustic log）
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、能量、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同岩石的弹性力学性质 不同,使其声波传播速度、衰减规律不同
➢研究方法：在井内发射声波，使声波在地层
或井内其它介质中传播，测量声波在传播时的 速度或幅度变化
纵波时差
： tP
1 VP
横波时差
：
tS
1
VS
单位：μs/m 或 μs/ft
（3）声阻抗Z（声速与密度的乘积） Z=
（4）声衰减系数
p p0el
是岩石对声波的衰减（吸收）系数，它 与介质的声速、密度及声波的频率有关 。
气体和液体对声波的粘滞和热传导衰减系数:
22
3
3
2 23
(1 cv
1 cp
)
发射探头T:将电能转换为声能,逆压电效应 声系
接收探头R:将声能转换为电能,压电效应
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(单极子或对称声源)，其原始极化方 向是圆周方向。
有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性
圆
波束角
柱
(70%)
状
D 3dB
x
声
声压最大值方向
源
声源指向角特性花瓣图
➢应用：确定岩性，计算孔隙度，判断气层，
检查固井质量,确定地层弹性参数等
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质是连续、均匀、各向 同性和完全弹性的介质
三.岩石的弹性力学参数
（1）杨氏模量E：
F L
E / i
AL
i
物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产 生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生 变形的难易程度