第六章声波测井

（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）
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
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
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。
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.
➢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
可看成是纵波和横波合成，以纵波为主 的波。
§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
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
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
)
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
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)裂缝
4、漏泄模式波
地震上认为是透过很薄的折射层Fra Baidu bibliotek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
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
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
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
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