第六章声波测井
声波测井重要知识点
第一章：声波测井物理基础1、描述声波的基本参数频率f :声音传播过程中，介质震动的频率即介质质点每秒钟振动的次数就是声波的频率周期T ：指介质完成一次振动所需要的时间速度c或v：指声波的传播速度波长λ：声音在介质中传播时，相位相同的两点在空间上的距离称为声波的波长2、声速(时差)的影响因素以及如何影响，流体、压力、岩性、密度等等（一）岩性<最主要的影响因素，灰质含量↑声速↑>（二）孔隙和流体<孔隙性岩层声速<非孔隙性、含气饱和度↑纵波速度↓横波速度↑> （三）压力<压力↑波速↑极大值后基本保持不变，压力对声速影响可达35%+>（四）温度<相对压力而言，影响很小可忽略、温度↑纵波速度稍许↓>（五）岩石生成的地质条件<老地层的声速>新地层、构造顶部的声速>构造翼部>（六）埋藏深度<深度↑声速↑>3、泥浆对超声的衰减因素泥浆对超声波的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分（一）泥浆对超声波的吸收衰减：主要有泥浆的粘滞、热传导以及泥浆的微观过程引起的弛豫效应（二）泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减：泥浆中含有的固相颗粒引起的散射衰减、泥浆添加剂引起的散射衰减、声频散4、声阻抗的概念及其对反射波和透射波的影响声阻抗：地震波在介质中传播时，作用于某个面积上的压力与单位时间内垂直通过此面积的指点流量之比，其数值等于介质密度ρ与波速v的乘积，即Z=ρ.v。
影响：声波发生反射和折射的能量分配取决于泥浆和井壁两种介质的声阻抗值大小、入射角和折射角的关系。
当声波垂直井壁入射时，θ1θ2p=0，从右式可以看出，介质1和介质2声阻抗分别为Z1、Z2Β为反射系数α为折射系数，系数越大，越易进行Z1Z2声阻抗差越大，声耦合越差，声能量传递就越差，通过界面传播的折射波能量就小，若两介质声阻抗相近，声耦合率较好，声波都形成折射波通过界面传播到介质2，这时反射波能量就非常小，当Z1<<Z2时，声阻抗差异明显，声耦合差，不利于声音传递。
(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
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。
测井资料解释(煤田测井解释)
随着煤化程度增高，碳元素含量增大，呈对数曲线特征； 随着煤化程度增高，氢含量缓慢降低； 随着煤化程度增高，氧含量降低；挥发分也随着煤化程度增高含量降低。
1. 具有很高的含氢指数 煤分子式中相应x的数值为358～849
I H 9x /(12 x)b
名称
分子式
电阻率 Ω·m
密度 g/cm
3
Pe b/e
灰分因其主要成分与泥质相近，可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此，煤层的电 阻率测井也可写出阿尔奇公式
Rt F R
F
为煤层的地层因素；
R
为灰分与水分的混合导体的等效电阻率。
Va Vw
R Ra Rw θ为煤层中灰分和水分的总体积含量
Va Vw
(2) 声波测井
与泥质岩石模型类似，可以建立声波测井的响应方程
残余气量指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱气，再 粉碎、加热真空脱气，测定其解吸总量。
2. 煤层镜质体反射率
镜质体反射率（R0）是煤（镜质组）光片表面的反射光强与入射光强的百分比 值，是确定煤级的最佳标准。煤级是影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重 要因素。
镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示，煤层的镜质体反射率在很大程 度上决定煤层的电性、物性、煤层含气量等。
扩散煤组：的分煤煤，层层作甲气为烷含评解量价吸、煤之镜层后质气，体勘在反探煤射、基率工质、业与水分割分析理、、之灰经间分济的、效浓挥果度发的不分依一等据致参。。数由是浓研度究差煤异层引 起甲烷气体扩散，气体从基质进入割理。
流动：由于气体的解吸、扩散，割理与井眼之间的压力梯度发生了变化，引起 气体由割理向井眼流动。
ma w w
参数N的定义为密度-中子交会图上岩性直线的斜率
声波测井原理
到由于岩层应力变化而引起声场分布的变化情况， 为地震预报和震情监测提供资料；判断井下出水 或出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情
况。
声波测井主要优点 不受泥浆性质影响； 不受矿化度影响； 不受泥浆侵入影响。
第一节 岩石的声学特征
一、岩石的弹性
二、声波在岩石中的传播特征
基本概念和相关知识
2 岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
E (1 ) V P (1 )(1 2 )
V
S
E 2 (1 )
当=0.25，VP/VS=1.73,
E
VP(S)
(2) 传播速度与岩性的关系
岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响
不同
中只能传播纵波。
三、声波在介质界面上的传播
2. 波的传播
入射波 入 射 角 反 射 角 反射波
介质1 介质2 折射角 折射波
3. 产生滑行波的条件
S in VP 1 折射定律: S in 1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90°
第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2)
性体，在岩石中传播的声波可以被认为是弹 性波。
2.2 描述弹性体的参数
虎克定律：在弹性限度内，弹性体的弹性形变与 外力成正比，即：f＝-E·
由于应力与外力数值相等，方向相反，故上式可
以改写成为：＝E·
(1)杨氏弹性模量 E
E＝应力/应变＝/
应力：作用在单位面积上的力，F / S。
应变：弹性体在力方向上的相对形变，△L / L。
一 声波在井壁上的折射与滑行波
井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井壁 （井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射；一 部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由于井 壁地层是固相介质，因而，折射进入地层的声波 可能转换成为折射纵波和折射横波。
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
声波测井文档
声波测井介绍声波测井是一种地球物理测井技术，通过发送声波信号，并根据信号的传播特性来获取地下地层的物理特征和构造信息。
声波测井的主要应用领域包括石油勘探、地质工程和地下水资源评价等。
在石油勘探领域，声波测井被广泛用于获取地下岩石的弹性属性，从而识别含油气层和评估油气储量。
声波测井的原理是利用声波在地层中传播的速度和振幅变化，分析得到地层的波速、密度等信息，进而推断地层的岩性和孔隙度等。
声波测井原理声波测井使用的是通过固体或流体介质中传播的声波信号。
在声波测井过程中，仪器向井中发送声波信号，然后接收并分析回波信号。
通过分析回波信号的传播时间、振幅和频率等属性，可以获得地层的物理特性。
声波在地层中的传播速度取决于地层的密度和弹性模量。
当声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。
这些反射和折射的现象可以用来推断地层的变化，如岩性、孔隙度和饱和度等。
声波测井主要使用两种传播模式：纵波和横波。
纵波是沿着传播方向的压缩波，而横波是垂直于传播方向的波动。
纵波的传播速度比横波大，因此在实际测井中，主要使用纵波进行测量和分析。
声波测井仪器声波测井仪器通常由发射器、接收器和数据记录系统组成。
发射器用于产生声波信号，而接收器则用于接收回波信号。
数据记录系统用于存储和分析测量数据。
声波测井仪器的功能包括：1.发射声波信号，产生刺激并激发地层回波。
2.接收回波信号并转换为电信号。
3.对接收到的信号进行放大和处理。
4.记录和存储测量数据，并进行实时分析和解释。
现代的声波测井仪器通常可以进行多频段的测量，以获取更详细和准确的地层信息。
同时，一些高级仪器还具备图像处理功能，可以生成地层的可视化图像。
声波测井应用1.石油勘探：声波测井在石油勘探中起着重要的作用。
通过分析地层的声波传播特性，可以确定油气层的位置和性质，为油井的钻探和开发提供依据。
2.地质工程：声波测井用于地质工程中的岩石力学和岩层稳定性评估。
通过测量地层的声速和密度等特性，可以判断地层的强度和稳定性，为工程建设提供指导。
《声波测井》PPT课件
1.76
易吸收，穿透能力小
γ：光子 ，不带电，
质量小，穿透能力强。
放射性测井
3. 射线与物质的相互作用 能在衰变时发射光子的元素称为伽马辐射体。
地层中能发射伽马光子的核素主要是U、Th及其衰变 产物和钾的放射性同位素K-40。伽马光子与物质发
生相互作用的过程中，能量逐渐降低。如果射线的能 量<30Mev, 伽马光子与接触物质间将可能逐级产生
lectron effect occurs, which is first explicitl y explained by Albert Einstein
eγ
放射性测井
3.3 光电效应 : photoelectric effect if energy of γ ray less than 0.51Mev,photoe
Mev
e+
放射性测井
3.1 Electron Pair Effect
e-
Eγ≥1.022Mev
e+
放射性测井
3.2 康普顿效应:Compton effect
With the attenuation of γ energy, the impac tion capability of γ is decayed, when its energy is between 0.51Mev to 1.022Mev, the Computon effec t occurs.
1. 波的传播
入射波
声波测井新技术
入
反
射
射
角
角
反射波
折射角
介质1
介质2 折射波
声波测井新技术
2. 产生滑行波的条件
折射定律: Sin VP1 Sin1 VP2
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：
中国石油大学(华东)声波测井
声波测井声波测井是通过测量井壁声学性质来判断地层的地质特性与井眼状况的一类测井方法，包括声速测井、声幅测井、声波全波列测井等多种测井方法。
第一节井内声波的发射、传播和接收声波是机械波，是机械振动在媒介中的传播过程。
声波测井首先要在井内建立一个人工声场，这就需要一个声波发射器T，它向井内发射有一定声功率、有一定方向和频率特性的声脉冲。
其次，声波在井内的传播与井内流体和井壁附近地层的性质有关。
最后，在离声波发射器足够远的地方放置声波接收器R。
井内泥浆是一种液体，由于它只能发生体积形变，不能发生剪切形变，所以它只能传播纵波，不能传播横波。
则置于井内泥浆中的声波测井换能器发射的或接收的都是纵波。
当岩石受到声源激发时，它不但能发生体积形变，而且能发生剪切形变，故可同时产生纵波和横波。
1、声时差：声波在介质中传播单位距离所用的时间。
2、声速：声波在介质中单位时间传播的距离。
3、声压：声波在介质中传播过程的某一瞬间，声波在介质中产生的瞬时压强。
4、声强：在声波传播的波阵面上，单位面积上的声功率大小。
5、声衰减：声波在传播过程中为克服介质质点之间的摩擦或粘滞作用以与介质中有声波传播时的热传导与弛豫现象等，使在介质中传播的声波发生能量或幅度衰减，声能转化成热能的不可逆过程。
6、声阻抗：介质密度与声速的乘积。
7、水泥胶结测井：通过测量套管波第一正峰幅度来检查固井质量的一种测井方法。
8、什么是斯通利波？有什么特点？答：斯通利波是在井内流体中传播的一种诱导波，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，相当于几何声学的泥浆直达波。
特点是：有轻微频散，无截止频率：相速度略低于群速度；能量集中在低频段，在井轴方向无衰减，井壁向地层按指数减小；井径变小，幅度增加。
9、什么是声速测井的周波跳跃？它可能造成多大的时间测量误差？答：声速测井仪正常记录时，两个接收探头被同一首波触发，但在含气疏松地层或钻井液混有气体时，声波能量严重衰减，首波只能触发第一个接收探头而没有能力触发第二个接收探头，第二个接收探头只能被后续波触发，t 曲线显示为不稳定的特别大的时差。
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
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。
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 。
声波测井的原理和应用
声波测井的原理和应用1. 声波测井的原理声波测井是一种测量地下岩石物性参数的方法，通过向地下发送声波信号并接收返回的信号来推断地下岩石的特征。
声波测井的原理基于声波在不同岩石介质中传播速度的差异，利用声波的反射、透射和散射等现象来获取地层的信息。
1.1 声波的传播特性声波在岩石中传播的速度取决于岩石的密度、弹性模量和泊松比等物性参数。
不同类型的岩石具有不同的声波传播速度，因此声波测井可以通过测量声波传播速度来推断地层的岩石类型和物性参数。
1.2 声波的反射与透射当声波遇到介质边界时，会发生反射和透射现象。
反射是指声波从介质边界上反射回来，而透射是指声波穿过介质边界继续传播。
通过分析反射和透射信号的特性，可以确定地下岩石的界面位置和性质，从而推断地层的地质结构和岩性。
2. 声波测井的应用声波测井在石油勘探和生产中具有广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景。
2.1 岩性识别和地层划分通过测量声波传播速度和反射信号特性，可以对地下岩石的岩性进行识别和划分。
不同类型的岩石具有不同的声波传播速度和反射特征，利用声波测井可以确定地层的岩性变化和岩石界面位置，为地层解释和油气储层评价提供重要依据。
2.2 孔隙度和渗透率评价声波测井可以通过测量声波传播速度和衰减特性来间接评价地下岩石的孔隙度和渗透率。
孔隙度是岩石中的空隙比例，渗透率是岩石中流体流动的能力。
声波测井利用声波在孔隙和岩石中的传播差异，可以对孔隙度和渗透率进行定量解释，为油气储层评价和开发方案的确定提供参考。
2.3 地震勘探辅助声波测井是地震勘探的重要辅助手段。
地震勘探通过地表或井口发送地震波来获取地下的岩石结构和性质，而声波测井则可以提供与地震数据对应的地下岩石参数。
两者相互补充，可以提高对地下岩石的解释和预测能力，为油气勘探和生产决策提供更可靠的依据。
2.4 井间连通性评价声波测井可以用于评价油田中不同井之间的连通性。
通过测量声波在井中的传播时间和信号强度的变化，可以推断不同井之间的流体交流情况。
《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。
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技术，它利用声波在岩石中传播的特性，测量地下岩石的物理性质，如密度、声速、泊松比等，从而推断出地下岩石的结构和性质。
声波测井的基本原理是利用声波在岩石中传播的速度和衰减特性，来推断地下岩石的物理性质。
声波测井的原理可以简单地描述为：在井中发射一束声波，当声波穿过地层时，会受到地层中各种物理性质的影响，如密度、声速、泊松比等，从而导致声波的传播速度和衰减特性发生变化。
通过测量声波在地层中的传播速度和衰减特性，可以推断出地层的物理性质，如密度、声速、泊松比等。
声波测井的基本原理可以用以下公式表示：V = d / t其中，V表示声波在岩石中的传播速度，d表示声波在岩石中传播的距离，t表示声波传播的时间。
根据这个公式，可以通过测量声波传播的时间和距离，来计算声波在岩石中的传播速度。
声波测井的测量方法通常有两种：一种是通过测量声波在岩石中的传播时间和距离，来计算声波在岩石中的传播速度；另一种是通过测量声波在岩石中的衰减特性，来推断岩石的物理性质。
声波测井的应用范围非常广泛，可以用于石油勘探、矿产勘探、地质调查、地下水资源勘探等领域。
在石油勘探中，声波测井可以用于确定油层的厚度、孔隙度、渗透率等参数，从而帮助石油勘探人员确定油田的储量和开发方案。
在矿产勘探中，声波测井可以用于确定矿体的形态、大小、深度等参数，从而帮助矿产勘探人员确定矿体的储量和开采方案。
在地质调查和地下水资源勘探中，声波测井可以用于确定地下岩石的物理性质，从而帮助地质学家和水文学家了解地下岩石的结构和性质，为地质调查和地下水资源勘探提供重要的参考数据。
总之，声波测井是一种非常重要的地球物理勘探技术，它利用声波在岩石中传播的特性，测量地下岩石的物理性质，从而推断出地下岩石的结构和性质。
声波测井的基本原理是利用声波在岩石中传播的速度和衰减特性，来推断地下岩石的物理性质。
声波测井的应用范围非常广泛，可以用于石油勘探、矿产勘探、地质调查、地下水资源勘探等领域。
声波测井
入射波可能会遇到井壁，会产生一次和多次反射，这样 产生的波分别称为一次和多次反射波。
10:44:48 第六章 声波测井 20
第二节 声波速度测井
T
多 次 反 射 波
直 达 波
反 射 波
滑 行 波
R
第六章 声波测井 21
10:44:48
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
v1 sin i v2
v2 v1 Lmin 2r v2 v1
为了使各种波能在时域内相互“拉开”尽量减少相互叠加， 一般选择更长的源距。由于声波在传播过程衰减，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，因此 源距选得又不能过长。
10:44:48 第六章 声波测井 25
10:44:48
第六章 声波测井
14
第二节 声波速度测井
10:44:48
第六章 声波测井
15
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头） 有些多原子分子晶体发生形变时，会在晶体表面产生 电荷，这种现象称为压电效应；反之，在变化电场的作 用下，这些晶体的几何尺寸会发生变化，这种现象称为 逆压电效应。压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅等一类多原 子分子晶体）内部有某些微小区域，它们都有一定方向 的电极距，这些小区域称为“电畴”。
E 1 vs 2(1 )
10:44:48
第六章 声波测井
7
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
1. 岩性 构成不同岩石的矿物的弹性模量大小不同，岩石的声 波速度大小也不相同。
10:44:48
第六章 声波测井
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
滑行纵波： 1.首波(测井用源距的情况下) 2.幅度小 3.基本无频散(速度与频率有关）
滑行横波： 1.次首波 2.幅度比纵波大 3.基本无频散
第六章声波测井
2. 视瑞利波(测井目前没有利用) ➢面波，井壁地层与井内液体界面上 ➢在地层中沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，短轴在井轴方向 视瑞利波特点：
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′
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
第六章声波测井
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
ip
arcsin
v1 vp
is
arcsin
v1 vs
第六章声波测井
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
V arcs in 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
➢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
第六章声波测井
§1 基础知识 一.声波的周期、频率、波长 ➢周期（T)：声波波动一次所用的时间，它相当 于同一方向两个相邻波峰或谷之间的测量时间。
➢频率（f)：单位时间（每秒）声波波动的次 数，是周期的倒数
1Hz=1周/秒 声波测井使用的波频率:几百Hz—几百KHz
第六章声波测井
泥浆 Vp=1600m/s
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
横波速度VS (m/s)
950 1518 2300 3200 3700 4400 3100
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0el
为声衰减系数，它与介质的声速、密度及 声波的频率有关
第六章声波测井
气体和液体对声波的粘滞和热传导衰减系数:
2 2
3
3
2 23
(1 cv
1) cp
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
气体比液体的声衰减系数大3个数量级
第六章声波测井
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。 压电陶瓷晶体(锆钛酸铅)特性:
1.机械:弹性体 2.电学:电介质(有极分子)
第六章声波测井
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 极化，导致晶体表面出现电荷累积(声-电)。
第六章 声波测井 （Acoustic log）
第六章声波测井
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
➢研究方法：井内发射声波，使声波在井周围
的地层或其它介质中传播，井内测量声波在传 播时的速度或幅度变化
E(1)
V
P (1)(12)
Vs
E
2(1 )
2(1)
V /Vs
P
12
第六章声波测井
（2）声波时差 （慢度slowness）
纵波时差
： t P
1 VP
横波时差
：
tS
1 VS
单位：μs/m 或 μs/ft
第六章声波测井
（3）声阻抗Z（声速与密度的乘积） Z=
（4）声压P:声波传播而产生的压强 单位： ( pound per square inch) psi=1lb/in2
波
R
第六章声波测井
第六章声波测井
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
滑行纵波 滑行横波
硬地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
第六章声波测井
软地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
第六章声波测井
1.滑行纵波和滑行横波(几何声学解释)
反射定理： 1
折射定理：
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(电-声)。
第六章声波测井
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
单极子或对称声源(用于发射和接收纵波) :
➢有限长的圆管,其原始极化方向是圆周方向
➢发射的波周向对称, 没有周向分辨能力
第六章声波测井
－＋
－
＋－ ＋
＋－ ＋
－ －＋
第六章声波测井
有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性
圆 柱 状
D 3dB
波束角
(70%)
x
声
声压最大值方向
源
声源指向角特性花瓣图
第六章声波测井
偶极子 (dipole) 声源 （弯曲波、偶极子波）
井壁 T
S
S
波
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）切变模量
：
j j
切应力与切应变的比值,表示剪切变形的难易程度
流体=0，横波速度为零
（4）体积密度：单位体积岩石的质量，g/cm3
第六章声波测井
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
➢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）
第六章声波测井
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
sin v1 sin 2 v2
当v1,v2一定时，
如果v2>v1,当2=900时,折射波以v2速度沿界面 传播，称为滑行波(界面转换波).
第六章声波测井
第六章声波测井
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