第三章声波测井分析
声波测井仪器的原理及应用
声波测井仪器的原理及应用单位：胜利测井四分公司姓名：王玉庆日期：2011年7月摘要声波测井是石油勘探中专业性很强的一个领域。
它是一门多学科的应用技术，已经成为油田勘探、储量评估、油气开采等方面不可缺少的工具。
声波速度测井简称声速测井是利用声波在岩石中传播的速度来研究钻井剖面的一类物探方法，其方法是测量滑行波通过地层传播的时差 t（声速的倒数，单位us/ft）。
目前主要用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等方面，是主要测井方法之一。
数字声波测井仪，其中包括66667声波数字化通用短节和6680声波探头2部分。
能完成声波时差测井和水泥胶结测井，能与SL6000型地面系统和进口的5700型地面系统相配接。
正交多极子阵列声波测井(XMACII)将新一代的偶极技术与最新发展的单极技术结合在一起，提供了当今测量地层纵波、横波和斯通利波的最好方法。
当偶极子声源振动时，使井壁产生扰动，形成轻微的跷曲，在地层中直接激发出横波和纵波，根据正交多极子阵列声波资料得出的纵横、波速度比可识别与含气有关的幅度异常。
关键词：数字化；声波时差；声波变密度；阵列声波；声波全波列；目录第1章前言 (1)第2章岩石的声学特性 (2)第3章数字声波测井原理及应用 (3)3.1 数字声波测井原理 (3)3.2仪器的工作模式 (5)3.3时差计算 (5)3.4 数字声波测井仪器的性能 (6)3.5 SL6680测井仪器的不足 (7)3.6数字声波仪器小结 (7)第4章正交多极子阵列声波测井 (8)4.1 XMACII多极子阵列声波测井原理 (8)4.2 XMACII多极子阵列声波仪器组成 (9)4.3 XMACII多极子阵列声波的使用及注意事项 (10)4.4 应用效果及结论 (14)第5章声波测井流程及注意事项 (15)5.1 声波测井流程 (15)5.2 注意事项 (16)参考文献 (17)第1章前言第1章前言声波测井是近年来发展较快的一种测井方法。
3声波测井
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Ⅰ和Ⅱ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。
图6-2(a)是声波的反射和折射的示意图。
折射定律的数学表达式是 21s i n s i n v v =βα式中α—入射角；β—折射角；V1、v2—分别为介质Ⅰ和介质Ⅱ的声速。
因为V1、v2对一定的介质是个固定值，所以随着入射角α的增大折射角β也增大，如在v2>v1的情况下，则β>α。
当入射角增大到某一角度i 时，折射角达到90°，见图6-2(b)。
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。
入射角i 叫临界角。
2声波速度测井声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层传播的时差△t （声速的倒数，单位是μS/m)。
是目前用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等的主要测井方法之一。
它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系以及电子线路组成。
声系主要有三种类型，单发射双接收声系和双发射双接收及双发射四接收声系。
一、单发射双接收声速测井仪的测量原理1．单发射双接收声速测并仪的简单介绍这种下井仪器包括三个部分：声系、电子线路和隔声体，声系由一个发射换能器（发射探头）T 和两个接收换能器（接收探头）R1、R2组成。
如图6-3所示。
电子线路用来提供脉冲电信号，触发发射换能器T 发射声波，接收换能器R1、R2接收声波信号，并转换成电信号。
发射与接收换能器是由具有压电效应物理性质的锆钛酸铅陶瓷晶体制成。
在脉冲电信号的作用下以其压电效应的逆效应产生声振动，发射声波；在声波信号的作用下，R 以其压电效应的正效应接收声波，形成电信号．待放大后经电缆送至地面仪器记录。
实际测井时，电子线路每隔一定的时间给发射换能器一次强的脉冲电流，使换能器晶体受到激发而产生振动，其振动频率由晶体的体积和形状所决定。
目前，声速测井所用的晶体的固有振动频率为20 kHz 。
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。
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
第三章声波测井
骨架及流体 砂岩
灰岩 白云岩 硬石膏 淡水泥浆 盐水泥浆
时差值( μm/s) 182 168 156 143 164 620 608
1 (1 )m' t tma t f
2. 识别气层和裂缝（周波跳跃） 周波跳跃：
R1
地层对声波衰减过大， 使仪器（第二个接收
探头）未能检测到首 R2 波波至，导致声波时
Fractures裂缝
Open Fractures Reflection反射
- Attenuation衰减
permeable formation 渗透层
Stoneley wave
Rx Attenuated衰减
Reflected反射
slowed down &
attenuated 速度变低
衰减
Tx
3声波测井 3.2声速测井及长源距全波列测井
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发 生极化，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。
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(称为单极子或对称声源)，其原始极 化方向是圆周方向。
3声波测井 （Acoustic log ）
3声波测井 3.1声波测井简介
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、衰减规律不同
地质基础： 岩性、孔隙度不同，声波传播速 度不同；孔隙流体性质不同，能量的衰减不同 裂缝的存在，使能量衰减
5. 1964年，双发双收（井眼补偿）声系，消除 井眼尺寸变化，仪器倾斜和偏心的影响
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
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。
杨氏模量(E)--- 弹性体拉长或压缩时应力（F/A）与应变(ΔL/L)之比。
切变模量(μ)---弹性体在剪切力作用下,切应力（F t/A）与切应变(Δl/l)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。
第3章-1 声波测井基础
第1节 声波测井基础
一、声学基础知识 1.弹性介质
对物体施加作用力， 物体的体积和形状会发生变化，当作用力 取消后能恢复原来状态的介质称为弹性介质。
弹性介质:空气、水(流体)、固体
声波测井将岩石近似为弹性介质。
声波(弹性波、机械波)：机械振动在弹性介质中的传播。真空中没有声波。
GaoJ-3-1 10
mode that travels along the borehole wall
The borehole flexes in the horizontal plane and is known as
the flexural mode
At low frequencies (< 2 kHz) it travels at formation Vs This flexural mode produces an asymmetric compressional
GaoJ-3-1 28
P
Gao J & Fu JW
GaoJ-3-1 5
声波测井发展简史（续）
5) 20世纪 60年代末研制出了偶极子源，能直接激发横波信号，可以解决软地层中横 波勘探的问题， 70年代初提出了可能的横波速度测井仪， 80年代初研制出电磁驱 动的偶极子横波测井仪，并发展到现在的偶极子及多极子横波成像测井仪； 6) 20世纪 70年代末，出现长源距声波测井仪器，突破了以往声波测井方法只记录滑 行纵波的局限性，可以记录到除滑行纵波以外的滑行横波、伪瑞利波和斯通利波； 7) 20世纪 80年代早期，出现商用的阵列声波测井仪器，将常规井眼补偿声系与长源 距声系以及井径等测量综合，实现了对声波全波列的数字记录，并对斯通利波的记 录予以重视，横波和斯通利波的探测得到了显著改进； 8) 20世纪 90年代末偶极子及多极子横波测井出现；井下声幅电视出现及井周声波成 像方法的完善。
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。
4测井声波测井剖析
同
VP、VS 不同
VP、VS的影响不
常见介质和岩石的密度与纵波速度
2、孔隙度的影响
流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。
孔隙度
传播速度
3、岩层的地质时代的影响 实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。
4、岩层的埋藏深度 岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加
t t上 t下 /2
3、盲区补偿 双发双收声系的缺点是薄层分辨能力差，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波必须是入射波在传播过程中
以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射，使得两次时差记录的井段不能 完全重合。特别是低速地层和大井径的井眼，这一问题更为明显，而且有时会出现“盲区”现象。
向介质Ⅰ中辐射能量。对于井下岩层，一般都满 足vm （泥浆速度）＜vp（地层速度）第一临界条 件，因此井中很容易激发沿井壁滑行的地层纵波。
T θ1* 或θ2*
ⅠⅡ
滑 行 波
R 辐射能
常见介质的纵横波速度及第一第二临界角
介质名称 泥岩
砂 层（疏松） 砂 岩（疏松） 砂 岩（致密） 石灰岩（骨架） 白云岩（骨架）
T1
T1
R1
R2
R2
R3
R4
R4
T2
T2
五、声波测井曲线的特点 声波测井曲线是声速测井仪测量到的声波时差随深度变化的关系曲线，对于比较理想的地层，如厚的泥岩
夹有砂岩薄层的情况。
声波曲线的特点： ①当目的层上下围岩声波时差一致时，曲线对称于地层中点。 ②岩层界面位于时差曲线半幅点 ③在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层时差的加权平均效应，既不能反映目的层时差，也不能 反映围岩时差。 ④当目的层足够厚且大于间距时，测量时差的曲线对应地层中心处一小段的平均读值是目的层时差。
第三章声波测井
β=
1 K
第一节
二、岩石的声速
岩 石 的 声 学 特 性
1、纵波：声波在介质中传播，传播方向和质点振动方向相互一 纵波：声波在介质中传播， 致的称为纵波。 致的称为纵波。 2、横波：传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波。纵波 横波：传播方向与质点振动方向相互垂直的称为横波。 和横波的传播速度与弹性参数有如下关系： 和横波的传播速度与弹性参数有如下关系：
矿场地球物理测井
第三章 声波测井
第三章
声
波
测
井
声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且声波幅 声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且声波幅 有很大差别 能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的 的变化等声学特性也是不同的。 度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。声波 测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面 研究钻井地质剖面、 测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、 判断固井质量等问题的一种测井方法 问题的一种测井方法。 判断固井质量等问题的一种测井方法。 声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测 声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速测 声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、 发展到后来的长源距声波测井 井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、井 下声波电视(BHTV) 噪声测井到现在的多极子阵列声波测井、 (BHTV)、 到现在的多极子阵列声波测井 下声波电视(BHTV)、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井、 井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像等 特别是声波 ）、超声波井眼成像 井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像等。特别是声波 测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下地质构造、 测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下地质构造、 起来 判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、 判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、判断储集层 中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带， 中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带， 有着良好的发展前景。 有着良好的发展前景。
3声波测井课_声速测井
> θ
泥浆
地层
2S
2、垂直入射
幅度反射、 幅度反射、 折射系数
Z2 −Z1 RPP = , Z1 = ρ1V1, Z2 = ρ2VP Z2 + Z1 TPP = 2Z1 λ +2µ µ ,VP = ,VS = Z2 + Z1 ρ ρ
2
V1
Vp，Vs ，
能量反射、 能量反射、 折射系数
Z2 −Z1 4Z2Z1 RPP = Z + Z ,TPP = (Z + Z )2 2 1 2 1
砂岩 1 砂岩 2 石灰岩 白云岩 钢 管 无水石膏
声波测井仪器中,声波发射探头和接收探头按 声波测井仪器中 声波发射探头和接收探头按 一定要求形成的组合称为声波测井仪器的声系. 一定要求形成的组合称为声波测井仪器的声系 单发单收声系:一个发射探头 一个接收探头 单发单收声系 一个发射探头+一个接收探头 一个发射探头 源距(space):声波发射器中点至声波接收器中 声波发射器中点至声波接收器中 源距 点的距离 间距(span):两个接收器中点的距离 两个接收器中点的距离 间距
T
(３)存在的问题： Ａ: 井眼不规则影响；当 AB≠CE≠DF时
R1
CD ∆t = VP
+
DF
− CE V1
R2
F
记录的时差不仅与地层速度 有关，还与泥浆速度(V1)、 井径(CE,DF)大小有关。
5、正常 、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4、DF>CE 、 正异常 3、正常 、 2、DF<CE 、 负异常
1、正常 、
CD ∆t = + VP
T—R2： R2：
第3章-2 声波速度测井
伪瑞利波：大于第二临界角的入射波形成的全反射波在井 壁与仪器外壳间多次作用的结果。
GaoJGaoJ -3-2 31
斯通利波：是在井内流体中传播的一种诱导波，它是 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，质点运动的轨迹呈椭圆形，长轴在井轴 方向，传播速度低于井内流体纵波速度。它的产生与 井筒有关，又称管波。
t t ma 380 168 32.5% t f t ma 820 168
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Gao J & Fu JW
12
《油气地球物理测井工程》
时间平均公式的使用条件是孔隙均匀分布，固结且压实的纯地 层。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）对于固结压实的石灰岩及砂岩 （a）粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度18~25%） 可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行任何校正。 （b）孔隙度为25~35%的固结而压实的砂岩 这类砂岩泥浆侵入较浅，冲洗带中不全是泥浆滤液，还有残余 油气，按公式计算的孔隙度偏大，必须乘以流体校正系数。 气层：流体校正系数为0.7
R1 R2
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3
一、单发双收声速测井仪的测量原理
• 仪器简介：测井声波 f = 20kHz 声—电转换完成
隔声体——在仪器外壳上增加刻槽，防止发射的声波经仪器 外壳最先传至接收器，影响地层信号的正确测 量。 • 测量原理：T 产生声波，向泥浆（V1）和地层(V2)传播 —— 由于V2>V1，声波在井壁处折射产生滑行波 —— 滑行波先后到达R1和R2，完成声波速度测量。
GaoJGaoJ -3-2 2
Gao J & Fu JW
声波测井课-全波142
——相关函数，范围为0～1；
——信号的道数或者接收探头的数目；
——所选择信号的窗长或宽度；
t —— 内的采样点数；
——第m道信号在t时刻的幅度值；
L ——第一道信号开窗的起始值 ；
——接收器的间距；
对于两道信号的相关对比，则M=2，记
，
则相关函数变为：
对于离散数据，应有：
其中：L —信号 的开窗起始值； —时窗内的采样点数； —远信号； —两个相邻采样点之间的时间差值。
在井壁上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当，滑行横波
在全波中为次首波，幅度较纵波幅度大。
原因:横波波长较纵波短,因此靠近井壁附近滑行横波幅度较
滑行纵波幅度有更多能量。 横波反射系数远小于纵波，即有
更多能量进入地层，在相同的情况下有更多的能量转换为滑行
横波。
4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减的。直
T1、T2—R2：TC2 ' 、TC4 ' —t1 （3）井眼补偿
t= （t1 +t2）/(2*2 ') 问题:源距10ft如何实现?
2. 阵列声波测井
纵横波方式 单极子,高频声源激发,测量全波信息 计算孔隙度、识别岩性、识别气层、计算弹性力学参数
斯通利波方式 单极子,低频声源激发,测量斯通利波信息 识别裂缝、计算渗透率
能量。与纵波首波不同，辐射到井中的波遇到井壁时
会产生全反射，即不再向地层中辐射声能，但横波首
波具有几何扩展特性，因此横波首波在传播过程中具
有几何衰减特性。横波的表述和波形的分离问题并没
有得到很好的解决，一般认为，横波并不能精确地与
伪瑞利波分离开。
伪瑞利波
③当
时，此时入射的声波会形成全反射波，产生
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课时教学实施方案
教案
第三章声波测井
声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判断井壁地层的地质特性及井眼工程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。
声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。
第一节井内声波的发射、传播和接收
一、井内声波的发射和接收
声波是机械波，是机械振动在媒质中的传播过程。
人耳能听到的声波频率20Hz－20KHz，频率〈20HZ为次声波，频率〉20KHZ 为超声波，声波测井使用的频率为15-30KHz，所以又称为超声波测井。
声波测井首先要在井内产生人工声场，所以需要声波发射器，要接收声波就需要声波接收器，接收器接收到得为声波的波形。
二、滑行纵波和滑行横波
1.基本概念和性质
纵波（压缩波或P波）：介质质点的振动方向与波的传播方向一致。
弹性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。
横波（剪切波或S波）：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。
特点：弹性体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化。
由于泥浆只能发生体积形变，不能发生剪切形变，它只能传播纵波不能传播横波，所以置于井内泥浆中的声波测井换能器发射或接收的声波都是纵波。
井眼穿过的各种岩石，虽然大多数有一定孔隙，孔隙内有流体，但其主体是互相紧密相连的固体颗粒，整体为固体介质。
它们不但能发生体积形变还能发生剪切形变，所以既能传播纵波又能传播横波。
介质的波阻抗是声速与密度的乘积，泥浆与地层岩石的波阻抗相差较大，形成明显分界面，声波在井壁上要发生反射和折射。
因为泥浆不能传播横波，所以井内没有反射横波
2.声波的反射和折射定理
2
2
1
1
sin
sin
sin
v
v
v
θ
θ
θ
=
=
当v1，v2一定时，↑
↑→
2
θ
θ，如果v2>v1，当θ2=90o，此时折射波以v2速度沿界面传播，称为滑行波。
滑行波：声波测井将在井壁地层内沿井壁滑行的折射波称为滑行波。
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。
只有岩层纵波速度大于泥浆纵波速度时，才能产生滑行纵波；只有岩层横波速度大于泥浆纵波速度时，才能产生滑行横波。
滑行波
3．漏泄模式波
地震上认为是透过很薄的折射层的首波(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。
其质点运动的轨迹也是椭圆形，长轴在传播方向上，可看成是纵波与横波合成和以纵波为主要成分的波。
漏泄模式波的幅度对岩石泊松比有一定依赖性，随泊松比增加而增加
第二节 声波速度(纵波)测井
声波速度测井是测量滑行纵波在井壁地层中传播速度的测井方法，简称声速测井。
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。
一、滑行纵波为首波的条件
接收探头能接收到的波（传播路径见右图）： （1）直达波 （2）反射波
（3）折射波（滑行纵波） 直达波TR ：1/1V L t =
反射波TBR: 12
2222V L a t ⎪
⎭
⎫
⎝⎛+=
滑行波TACR:
P
C P
C C AC TA V V V a L V a t t t 11sin tan 2cos 22=
⋅-+
=+=θθθ
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受器的路径所用时间最短。
声速测井是接收地层纵波—滑行纵波，来反映地层的特性。
就要把滑行波与直达波、反射波区分开来。
根据费尔玛最小原理，滑行波最先到达R 处所满足的条件：
1t t <，即1
1tan 2cos 2V L V a L V a
t P C C <⋅-+=
θθ
所以，C P V a V V L θcos 21111
>⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-，11
2sin 1cos 2V V V V a a L P P C C -+=->θθ
1
1
2V V V V a
P P -+称为声波测井的临界源距。
根据以上条件，可以得到使滑行波先于直达波到达接收器的方法： （1）加大源距
取泥岩(最低)：Vp=1800，V1=1600，a=0.1 L#=0.825m 取白云岩(最高)：Vp=7900，V1=1600，a=0.1 L#=0.25m (2)在仪器外壳上刻槽
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。
(3)全波列测井
因为地层横波速度小于纵波，要使管波出现在横波之后，则应进一步加大源距。
且可以使纵横波到达时间有明显差别，记录较完整波形，即声波全波列。
长源距声波测井源距：2.438 m ～ 3.65 m 二、 单发双收声速测井 1.声系
滑行波作为首波的优点:
1) 方便容易记录(通过门槛拾取）； 2)受地层干扰少。
单发单收声系的缺点：
（1）只能测量声波在泥浆和地层中总的传播时间，不能单独确定地层速度； （2）影响因素太多，泥浆性质、井眼大小等都影响总的传播时间； （3）当源距为一米时，滑行纵波在地层中的传播距离为0.6118-0.9531米，分辨率太低，使每次测量的地层不只包含有效储集层
总之，单发单收声系不能满足声速测井的要求，所以要利用单发双收声系，如图：
2.单发双收声速测井的原理
滑行波到达R1、R2的时间差：
12't t t -=∆)(
f p p f v AB v BC v CD v DF +++=)(f
p f v AB
v BC v CE ++- 当井眼规则时：DF=CE
p
p v l
v CD t =
=
∆' 声波时差：声波传播单位距离(1m)所用的时间，记为 ∆t ，单位 μs/m 。
当间距为l ，滑行纵波在地层内传播1米用的时间（声波时差）为△t ，它与声波到达两个接收器的时间之差的关系：
l t l t t t //)('12∆=-=∆
l 大小决定了纵向分辨率，减小l 可以提高分辨率,但声波经过l 岩层所需时间变短，测量相对误差增大
探测深度：一个波长(0.2-0.3m)
记录点：地层CD 段中点，与接收器中点的位置稍有差别
曲线：仪器匀速移动，记录声波时差随井深变化曲线。
纵向分辨率：测量的是l 范围内的地层速度的平均值(0.5m)
三、井眼补偿声速测井
1.单发双收声速测井存在的问题
（1）井眼扩大时：扩径井段上界面△t 增大；扩径井段下界面△t 减小 （2）仪器不居中时：CE ≠DF ，声波传播的距离不等于CD ，无法计算真实的声波时差仪器有扶正器使仪器居中所以，仪器偏心的影响不大 2. 双发双收井眼补偿声速测井
T1和T2交替发射声脉冲，分别测量时差△t1 和△t2，最终记录其声波时差为：
2
2
1t t t ∆+∆=
∆ 探测特性:
优点
消除了扩径的影响
可消除深度误差
缺点
分辨率降低
对低速地层会出现“盲区”
仪器太长，声系复杂
3. 单发双收井眼补偿声速测井。