第六章声波测井
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(完整版)第六章声波测井
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
(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-声速测井幻灯片PPT
(5)输出的测井曲线 (一条声波时差曲线)
时差 s/m
二 影响时差的因素
1 井径的影响
① R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行 波到达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时 差下降。
② R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，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。
R2
V 2 V 1
EC E1 R C2R
t2 t1 t2
V 2 V 1
T2
从图中所知:CR2<BR1,t1<t，ER1>CR2，
t(t1t2) 2
平均后的补偿声速时差值不变。 同理：在井径扩大的顶界面也如此,对仪器的倾斜也有
补偿作用.
四 长源距声波测井
发射器到接收器的距离为8ft、10ft、12ft
对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时差 曲线上区别很大,很容易识别.
3 计算孔隙度
(1) 体积物理模型 根据测井方法的探测特性和岩石的各种物理性质上的 差异,把岩石体积分成几个部分,然后研究每一部分对 岩石宏观物理量的贡献,并视宏观物理量为各部分贡献 之和。即：
测井参数×总体积=∑测井参数×相应体积
费尔马原理：声波在一般介质中传播时，所经过的 任意两点的传播路径满足所用时间最小的传播条件， 这就是费尔马时间最小原理，这一原理是从光波动 学中借鉴而来的。在介质的声学性质已知的情况下， 可以根据费尔马原理来确定声波在经过介质的任意 两点时所走的路径，还可以确定声波的走时，即声 波经过这两点时所用的时间。
(4)时差的表达式 时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间
t t2 t1 (A v 1 B v B 2 D v D 1 ) (A v F 1 B v B 2 C v C 1 ) E
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
R1
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
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 。
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。
声波测井原理
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量，无量纲； 任何材料， =0～0.5。
-D-
施加力
L
(3)体积弹性模量 K (也称膨胀率)
体积弹性模量：在外力作用下，物体体积发生相对 变化V/V，即，体积应变，则，体积弹性模量为 应力与体应变之比。
K=应力/体应变=(F/S)/(△V/V) (N/m2或kg/cm2)
177
硬石膏
6100～6250 164～160
第2节 声波速度测井
声波速度测井是测量井下岩石地层的声波传播 速度（或时差），以判断井剖面地层的岩性， 估算储集层孔隙度的测井方法。
声波速度测井是岩性－孔隙度测井系列中的主 要测井方法之一。
声波速度测井所记录的地层声速一般是指地层 纵波的速度（或时差）。
4 声波井下电视和体积扫描测井
利用声波反射原理来得到井壁直观图象的测井方法。 井内流体(泥浆)对可见光是不透明，因此，在井下 不采用通常的光学电视系统，而是采用声波探测成 像技术。 体积扫描测井不仅可以得到井壁表面的直观图象， 还可以探测井壁以外一定径向深度范围内的介质分 布情况。
5 噪声测井
噪声测井记录井下自然声场(噪声)分布情况，得到 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
1. 弹性力学 2. 弹性的定义 3. 弹性体和塑性体 4. 描述弹性体的参数：
• 杨氏弹性模量 E • 泊松比 • 体积弹性模量 K • 剪切模量
-D-
施加力
L
(3)体积弹性模量 K (也称膨胀率)
体积弹性模量：在外力作用下，物体体积发生相对 变化V/V，即，体积应变，则，体积弹性模量为 应力与体应变之比。
K=应力/体应变=(F/S)/(△V/V) (N/m2或kg/cm2)
177
硬石膏
6100～6250 164～160
第2节 声波速度测井
声波速度测井是测量井下岩石地层的声波传播 速度（或时差），以判断井剖面地层的岩性， 估算储集层孔隙度的测井方法。
声波速度测井是岩性－孔隙度测井系列中的主 要测井方法之一。
声波速度测井所记录的地层声速一般是指地层 纵波的速度（或时差）。
4 声波井下电视和体积扫描测井
利用声波反射原理来得到井壁直观图象的测井方法。 井内流体(泥浆)对可见光是不透明，因此，在井下 不采用通常的光学电视系统，而是采用声波探测成 像技术。 体积扫描测井不仅可以得到井壁表面的直观图象， 还可以探测井壁以外一定径向深度范围内的介质分 布情况。
5 噪声测井
噪声测井记录井下自然声场(噪声)分布情况，得到 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
1. 弹性力学 2. 弹性的定义 3. 弹性体和塑性体 4. 描述弹性体的参数：
• 杨氏弹性模量 E • 泊松比 • 体积弹性模量 K • 剪切模量
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
46
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
47
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
第六章声波测井133页PPT
第六章声波测井
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
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
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v2
临 界
化简： L2l v1v2 2l v1v2
v22v12
v2v1
源 距
L*
最低速泥岩V2=1800m/s，泥浆V1=1600m/s 标准井径=0.25m,探头直径=0.05m
L*0.85m 声速测井 L=1m
(3)在仪器外壳上刻槽(第二条件)
作用：
使沿外壳传播的波多次反射， 能量衰减
延长传播路径和时间 使不同相位的波相互叠加
T可以看成是 x 的函数，要使T(x)最小， 需满足T’(x)=0
T'(x)l (tg)x ' l ( 1 )'
v2
v1 coxs
vl2se2xcvl1(c1 o2xs) (sixn )
v2clo2sxv1lcsion2xsx
令 T'(x)0 则v2clo2sxv1lcsion2xsx
sin x v1 v2
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）
A T
TtABtBCtCD
B
*
L
Cχ
tAB Av1Bv1clos*
tBCBv2CLltgv2*ltgx
v2 v1 D R
tCDCv1D
v1
l cosx
Tv1clo*sLltvg 2 *ltg v x 1clo xs
(2)幅度大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波)
➢面波，井内液体与井壁地层界面上 ➢在井内沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，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
斯通利波特点： (1)S波之后
软地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
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：
sin v1 sin 2 v2
当v1,v2一定时，
2
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).
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
A
发射脉冲
T
R1 R2 R3 R4
图 1.2.2 DDL-V 阵 列 声 波 测 井 声 系 结 构 及 记 录 的 四 道 全 波 列 波
作业题形 :上图声系如何得到补偿时差,可以得到 几个分辨率的时差
四. 声波时差曲线的应用
1.确定孔隙度
威利公式(Willie equation)
t tf tm a(1 )
气体比液体的声衰减系数大3个数量级
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)
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)。
➢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
（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
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
发射探头有方向特性,保证 有以临界角入射的波
2.接收探头能接收到的不同路径的波
（1）直达波 （2）反射波 （3）滑行波 （惠更斯原理）
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
t t f
tma tma
Δt：纯岩石声波时差 Δtma ：岩石骨架声波时差 Δt f：孔隙流体声波时差
t tma 1 tf tma cp
cp：压实校正系数
说明： (1)确定孔隙度需已知岩性和孔隙流体（泥浆滤液）
骨架及流体 砂岩
灰岩 白云岩 硬石膏 淡水 盐水
时差值( μm/s) 182 168 156 143 164 620 608
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
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
(2)反映岩石粒间孔隙度
2. 识别气层和裂缝（周波跳跃）
周波跳跃：
地层对声波衰减过大， R1 使接收探头（第二个）
未能检测到首波波至， R2 而触发信号是续至波，
导致声波时差变大， 或忽高忽低的变化
门槛(阈值)检测技术
滑行波幅度(能量)衰减原因:
反射和折射能量分配( 反射和折射系数)
物理衰减：衰减系数
－＋
－
＋－ ＋
＋－ ＋
－ －＋
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
偶极子 (dipole) 声源 （弯曲波、偶极子波）
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
滑行纵波 滑行横波
硬地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
(4)全波列测井源距为：
2.438 m ～ 3.65 m
4.单发双收声系
测量滑行纵波到达R1R2的时间差
发射探头
T
L1m 源距
接收探头
R1
l0.5m
间距(span)
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
t't2t1
T
B
? (DFCDBCAB)
L1m
v1
v2
v2
v1
C
D
E
R1
l0.5m
? (CEBC AB) v1 v2 v1
R2
当井眼规则时：DFCE
F
t' CD l v2 v2
声波时差Δt: t t 1 l v2
探测深度：1-3倍波长（滑行波的能
探测特性
量范围）
纵向分辨率：间距
测量的是 l范围内的
地层速度的平均值
间距选择： l 大小决定纵向分辨率，减 小 l 可以提高分辨率，但声波 经过 l 岩层所需时间变短，测
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)。
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
R2
o o
区
o o o 2
缺点
T2
➢分辨率降低
➢对低速地层会出现“盲区”
3.单发双收实现井眼补偿的方法（时间延迟）
位置A:测量TR1传播时间 tA
A
位置B:测量TR2传播时间 tB
1m
位置C:测量TR1传播时间 tC
E
0.5m
F
T
TR2传播时间 tD
计算补偿声波时差
R1
R2
B
C
ttBtA2 ltDtC
t 增大
扩径井段下界面
T
t 减小
R1
R2
2.双发双收井眼补偿声速测井
t增大 T1
R1 R2 T2
扩 径
T1和T2交替发射声脉冲，
井 段
分别测量时差 t1和t 2。
t1 最终记录的声波时差为：
t 2
未
t t1 t2
扩 径
2
井
段
优点
T1
➢（基本）消除了扩径的影响
➢可消除（减小）深度误差
R1
o 盲 实际传播路径中点：
xarcsivn1 *
v2
(2)使滑行波先于直达波到达R ——源距L选择（第一条件）
A T
B
*
L
C
*
v2 v1 D R
滑行波：
AB BC CD
t1
v1
v2
v1
v1c2ols*
L2ltg*
v2
直达波：
t2
L v1
滑行波先于直达波到达接收探头必须满足:
t2 t1
即：
vL1 v1c2o ls*
L2ltg*
临 界
化简： L2l v1v2 2l v1v2
v22v12
v2v1
源 距
L*
最低速泥岩V2=1800m/s，泥浆V1=1600m/s 标准井径=0.25m,探头直径=0.05m
L*0.85m 声速测井 L=1m
(3)在仪器外壳上刻槽(第二条件)
作用：
使沿外壳传播的波多次反射， 能量衰减
延长传播路径和时间 使不同相位的波相互叠加
T可以看成是 x 的函数，要使T(x)最小， 需满足T’(x)=0
T'(x)l (tg)x ' l ( 1 )'
v2
v1 coxs
vl2se2xcvl1(c1 o2xs) (sixn )
v2clo2sxv1lcsion2xsx
令 T'(x)0 则v2clo2sxv1lcsion2xsx
sin x v1 v2
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）
A T
TtABtBCtCD
B
*
L
Cχ
tAB Av1Bv1clos*
tBCBv2CLltgv2*ltgx
v2 v1 D R
tCDCv1D
v1
l cosx
Tv1clo*sLltvg 2 *ltg v x 1clo xs
(2)幅度大
(3)有频散，相速度 > 群速度
（4）有截止频率
3、斯通利波(管波)
➢面波，井内液体与井壁地层界面上 ➢在井内沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，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
斯通利波特点： (1)S波之后
软地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
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：
sin v1 sin 2 v2
当v1,v2一定时，
2
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).
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
A
发射脉冲
T
R1 R2 R3 R4
图 1.2.2 DDL-V 阵 列 声 波 测 井 声 系 结 构 及 记 录 的 四 道 全 波 列 波
作业题形 :上图声系如何得到补偿时差,可以得到 几个分辨率的时差
四. 声波时差曲线的应用
1.确定孔隙度
威利公式(Willie equation)
t tf tm a(1 )
气体比液体的声衰减系数大3个数量级
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)
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)。
➢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
（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
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
发射探头有方向特性,保证 有以临界角入射的波
2.接收探头能接收到的不同路径的波
（1）直达波 （2）反射波 （3）滑行波 （惠更斯原理）
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
t t f
tma tma
Δt：纯岩石声波时差 Δtma ：岩石骨架声波时差 Δt f：孔隙流体声波时差
t tma 1 tf tma cp
cp：压实校正系数
说明： (1)确定孔隙度需已知岩性和孔隙流体（泥浆滤液）
骨架及流体 砂岩
灰岩 白云岩 硬石膏 淡水 盐水
时差值( μm/s) 182 168 156 143 164 620 608
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
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
(2)反映岩石粒间孔隙度
2. 识别气层和裂缝（周波跳跃）
周波跳跃：
地层对声波衰减过大， R1 使接收探头（第二个）
未能检测到首波波至， R2 而触发信号是续至波，
导致声波时差变大， 或忽高忽低的变化
门槛(阈值)检测技术
滑行波幅度(能量)衰减原因:
反射和折射能量分配( 反射和折射系数)
物理衰减：衰减系数
－＋
－
＋－ ＋
＋－ ＋
－ －＋
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
偶极子 (dipole) 声源 （弯曲波、偶极子波）
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
滑行纵波 滑行横波
硬地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
(4)全波列测井源距为：
2.438 m ～ 3.65 m
4.单发双收声系
测量滑行纵波到达R1R2的时间差
发射探头
T
L1m 源距
接收探头
R1
l0.5m
间距(span)
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
t't2t1
T
B
? (DFCDBCAB)
L1m
v1
v2
v2
v1
C
D
E
R1
l0.5m
? (CEBC AB) v1 v2 v1
R2
当井眼规则时：DFCE
F
t' CD l v2 v2
声波时差Δt: t t 1 l v2
探测深度：1-3倍波长（滑行波的能
探测特性
量范围）
纵向分辨率：间距
测量的是 l范围内的
地层速度的平均值
间距选择： l 大小决定纵向分辨率，减 小 l 可以提高分辨率，但声波 经过 l 岩层所需时间变短，测
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)。
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
R2
o o
区
o o o 2
缺点
T2
➢分辨率降低
➢对低速地层会出现“盲区”
3.单发双收实现井眼补偿的方法（时间延迟）
位置A:测量TR1传播时间 tA
A
位置B:测量TR2传播时间 tB
1m
位置C:测量TR1传播时间 tC
E
0.5m
F
T
TR2传播时间 tD
计算补偿声波时差
R1
R2
B
C
ttBtA2 ltDtC
t 增大
扩径井段下界面
T
t 减小
R1
R2
2.双发双收井眼补偿声速测井
t增大 T1
R1 R2 T2
扩 径
T1和T2交替发射声脉冲，
井 段
分别测量时差 t1和t 2。
t1 最终记录的声波时差为：
t 2
未
t t1 t2
扩 径
2
井
段
优点
T1
➢（基本）消除了扩径的影响
➢可消除（减小）深度误差
R1
o 盲 实际传播路径中点：
xarcsivn1 *
v2
(2)使滑行波先于直达波到达R ——源距L选择（第一条件）
A T
B
*
L
C
*
v2 v1 D R
滑行波：
AB BC CD
t1
v1
v2
v1
v1c2ols*
L2ltg*
v2
直达波：
t2
L v1
滑行波先于直达波到达接收探头必须满足:
t2 t1
即：
vL1 v1c2o ls*
L2ltg*