声波变密度测井及资料解释
地球物理测#(第二章)声波测井
地球物理测井—声波测井 注意
岩石的声学性质
在井下，纵波和横波都能在地层传播，而
横波不能在流体（气、液体）中传播，因为 泥浆中只能传播纵波。 它的切变模量=0
纵波可以在气体、液体和固体中传播。
地球物理测井—声波测井
2、岩石的声速特性
岩石的声学性质
声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。
纵波速度
岩性不同 VP、VS的影响不同 弹性模量不同 VP、VS 不同
Vp增加
地球物理测井—声波测井
2、孔隙度的影响
声速测井（声时差测井）
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。
横波速度
E (1 ) Vp (1 )(1 2 ) E Vs 2 (1 )
σ—泊松比 ρ—介质密度
E—杨氏模量
地球物理测井—声波测井
纵横波比
岩石的声学性质
Vp
2(1 ) Vs (1 2 )
由于大多数岩石的泊松比等于0.25，所以岩石的纵横波速度比 为1.73。可见，岩石中传播的纵波比横波速度快。一般，岩石 的密度越大，传播速度越快，反之亦然。
A. 瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混在一起 不易区分。） 在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这 种波叫瑞利波(Rayleigh waves)如图所示，瑞利波具有以下特点： (1)产生在弹性介质的自由表面。 (2)质点运动轨迹为椭圆。 (3)质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的，波速约为横 波波速的80％～90％。
声波测井介绍
声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速 测井、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、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等。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、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，有着良好的发展前景。
在薄层左侧面上，存在作用力
；在其右侧面上，
由于声波在介质中传播了 以后，声压变化为
（为
负值），因而对此体积元右侧面的作用力为：
所以该薄层沿其传播方向运动的作用力为：
即：
根据牛顿第二定律，此力等于薄层的质量和其加速度的 乘积，所以有：
两边化简并对时间积分，有：
（1）
为积分常数，当没有声压作用时（t=0），薄层的运动速度为
等效声中心（声源）传播到距等效声源为r的某处，此时声波的 波阵面是以声源为球心，r为半径的球面。若声源发出的总功率
为W，则由声强的定义有：
从上式可以看出，对球面波来说，随着传播距离的增加， 波阵面上的声强按平方规律衰减。
对于柱面波，若柱状声源长度为 ,圆柱波阵面的半径为 ， 声源声功率为 ，则波阵面上的声强为：
能量称为声功率，用W表示，单位为微瓦（W）。在声波传
播的波阵面上，单位面积上声功率的大小称为声强，声强通
常用J表示，单位为W /m2。
为了说明声压和声强的数学关系，先讨论由于声压引起
声波测井复习资料
声波测井目的应用1、确定孔隙度—时差2、识别岩性—时差、幅度衰减3、油气识别—时差、幅度衰减、Vp/Vs4、裂缝识别（或渗透性）—低频斯通利波、波形、幅度衰减5、固井质量、钻井工程（弹性系数、地层压力、破裂压力）、采油开发（弹性系数、岩石强度、出砂指数）6、地震标定、构造确定、工程物探第一章1、Z=ρc称之为波阻抗或声阻抗2、弹性常数之间的转换关系表3、影响岩石声波速度的因素: 1. 岩性是影响声速的最主要因素2. 孔隙和流体性质对声波速度的影响3. 压力对声波速度的影响4. 温度对声波速度的影响5. 岩石生成的地质条件对声波速度的影响6. 埋藏深度对岩层速度的影响4、射线声学理论或几何声学理论：1．费尔马原理2．惠更斯原理3. 斯奈尔（Snell）定律5、滑行波作为首波接收的条件（见课本）6、声波测井声系源距的选择原则：（1）要保证滑行波作为首波而非泥浆直达波，源距选择不能过小。
（2）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，易发生周波跳跃，因此在一定的发射声功率的条件下，源距选得又不能过长。
（3）波组分。
不同的测井目的，需要更多组分的波，在声功率允许下增大源距，以保证波组群能在时间域内有效分开。
7、声波在传播过程中能量衰减：波前扩展造成的声能衰减—几何扩散；声波在介质中的吸收造成的衰减；井下声波的衰减；泥浆对超声的衰减1）泥浆对超声的吸收衰减2）泥浆固相颗粒对超声的散射衰减8、声波测井换能器：声波的两种物理效应——磁致伸缩效应和压电效应当铁磁性材料的磁状态改变时，其尺寸也发生相应的改变，这种现象称为磁致伸缩效应。
有些多原子分子晶体材料在应力作用下发生形变时，会在晶体表面产生电荷，这种现象称为压电效应。
第二章、声波测井-声波传播特征1、斯通利波：不符合Snell反射折射定律，不是一般意义上反射波、折射波，其传播速度总是低于井中泥浆波速度，是沿井壁界面传播的一种面波（或诱导波）。
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。
声波变密度测井及资料解释
三、声波变密度测井的原理
发射器到第一个接收器的源距为3ft (0.91 m )，测得的曲线为CBL (水泥胶结测井)曲线， CBL测量的是套管波的幅度。由于传播的路径和 穿过的介质基本固定，因此波的衰减与介质的吸 收及不同介质界面上的反射系数有关。如果水泥 环与套管外壁胶结好，由于水泥环的声阻抗与套 管的差别小，声波传入水泥环，套管波的首波幅 度低。如果水泥环与套管胶结不好，其中残留有 泥浆，致使两者的声阻抗差别大，反射系数大， 大部分声波能量沿套管传播，套管波的首波幅度 大。如果套管外只有泥浆或空气时，套管波首波 幅度与胶结好的首波相比，其幅度可增加4~5倍， 因此可根据CBL测得的声波幅度曲线来判断水泥 固井质量的好坏。
四、声波变密度测井的施工要求
• 1、根据套管尺寸，选择通径为Ф116 mm或Ф150mm通井规通至目的井段以 下30m，确保井筒通畅，测量井段井液 为清水或泥浆（不含气泡）； • 2、热清水洗井，将管内的脏物和死油洗 出； • 3、井场清洁、平整、无杂物堆放，有足 够空间摆放车辆。
五、声波变密度测井的资料分析
三 英 尺
三、声波变密度测井的原理
CBL曲线的应用：判断第一界面的固井质量
量。 声波相对幅度=A目的/A泥浆*100% A目的：目的井段的声波幅度； A泥浆：套管外全是泥浆，即自由套管井 段的声波幅度。 通常，相对幅度小，固井质量越好；反 之，相对幅度越大，固井质量越差。 一般将固井质量划分为三个等级： ①胶结质量良好，相对幅度<16%; ②胶结质量中等，相对幅度:16% ~40%； ③胶结质量不好，相对幅度>40%。 使用声波相对幅度的大小来判断固井质
磁定位曲线
接 箍 胶结不好
第二界面解释：胶结好
谢 谢！
声波变密度测井技术及其应用
声波变密度测井技术及其应用目前油田固井质量检查的主要方法是声波幅度测井和声波变密度测井。
声波变密度测井是由声幅测井发展而来的，其原理是利用水泥和泥浆（或水）声阻抗的较大差异对沿套管轴向传播的声波的衰减影响，来反映水泥与套管间、套管与地层的胶结质量。
井下仪器主要包括声系和电子线路两部分。
声系的功能是为了进行声波测井，它包括发射探头和接收探头，仪器的源距有两种，3ft和5ft，3ft的用于声幅测量，5ft的用于变密度测量。
电子线路可以挂接连续测斜仪、高分辨率声波、双侧向和双感应等探头，实现多探头组合测井。
一、声波变密度下井仪测井仪的声系由两个压电晶体组成，一个发射，一个接收。
声源的工作频率为20KHz，重复频率15-20Hz。
测井时，声源发出的声脉冲在井内各个方向传播，当传播到两种介质的交界面时，会发生声波的反射和折射。
井下仪电路主要由4个单元电路组成，即逻辑单元、接收单元、低压电源及信号衰减单元、发射控制及换档脉冲检测单元。
逻辑信号首先进入半峰值再生电路，检测出的逻辑信号进入逻辑形成电路，产生发射、接收直流逻辑方波，并形成同步脉冲。
同步脉冲与发射逻辑共同进入逻辑控制电路，产生各种控制信号，触发脉冲送发射电路，经换能器转换成声波信号，经地层传播，被接收换能器转换成电信号而送入预放级，经隔离选择，控制晶体发射、接收，然后接收信号经增益控制、发射干扰抑制等处理，最后与发射标志脉冲经电缆传输到地面。
二、声波变密度测井能够解决的问题1、全波列分析全波列测井包含声波的速度、幅度、频率等信息，我们主要对前12-14个波的幅度及到达时间进行分析。
一般情况下，前3个波与套管波有关，反映套管与水泥环的胶结状况；第4-6条相线与水泥环中传播的声波信号有关，它反映水泥环与地层的胶结状况。
2、声波变密度测井检查固井质量（1）套管外无水泥。
这种情况下，套管波反射能力很强，地层波较弱或没有，变密度的相线差别不大，基本均匀分布，套管接箍明显，固井声幅为高幅值。
声幅-变密度测井(比较好)
CBL曲线幅度很低相 对幅度＜２０％.
VDL曲线缺少套管波, 出现明显的地层波, 显示为黑白相间的 起伏条带.
检查固井质量 局部胶结
指套管、水泥、地层之间只 有部分胶结，部分没有胶结的 情况，在实际井中出现的机会 较多，如图所示２２３５－２ ２4２米井段是局部胶结的情 况，曲线特征： （１）TT与自由套管基本一致 （２）ＣＢＬ比自由套管的低， 且不稳定。 （３）ＶＤＬ显示的套管波比 自由套管的弱，套管波的右边 出现明显的地层波。
套管外径与自由套管声幅理论值
套管外径 (mm) 101.6 127 139.7 177.8 193.7 244.5 273.1 (in.) 4 5 51/2 7 75/8 95/8 103/4 自由套管声幅值
（mV）
89 76 69-72 62 59 51 48
第三部分
固井声幅测井资料定性评价
将套管波声幅曲线标准化，转化为相对声幅。 例如，对于以“毫伏”（mV）为单位的声幅曲线， 应转换成以自由段套管为100%的相对声幅曲线： U=A/Afp*100% 式中：
泥岩 空气
1800 330
555.5 3000
源距的选择ห้องสมุดไป่ตู้
CBL采用３英 尺的源距是为了 尽可能提高声波 幅度曲线对水泥 胶结变化的敏感 性。
声 波 幅 度 ， 毫 伏
源距
VDL源距５英 尺地层波更明显， 易于评价水泥环 第二界面的交接 情况
声波衰减率dB/ft
CBL刻度
CBL/VDL测井仪器需要在与目的层同尺 寸的自由套管井段进行刻度。若声幅曲线的 单位为百分数（%），则自由套管的声幅值 应当为95～100%。若声幅曲线的单位为毫伏 （mV），则不同外径的套管的自由套管声 幅值必须符合该仪器规定的理论值。
测井技术方法及资料解释教程
3、用长电极梯度曲线（如4米梯度）定性分析储层含油性。
4、短电极的电位曲线用于跟踪井壁取心。
§1.2
•微电极测井 ML
普通电阻率测井
1、贴井壁测量，同时测量微梯度和微电位两条曲线。前者主要反映泥 饼附近的电阻率，后者反映冲洗带电阻率。 2、探测范围小（4cm和10cm），不受围岩和邻层的影响。 3、适用条件：井径10-40cm范围。 4、质量要求 1）泥岩低值、重合； 2）渗透性砂岩数值中等，正幅度差(盐水泥浆除外）； 3）致密地层曲线数值高，没有幅度差 或正、负不定的幅度差。 4)除井眼垮塌和钻头直径超过微电极极板张开 最大幅度的井段外，不得出现大段平直现象。 测量示意图 冲洗带 泥饼
§1.2
•微电极测井应用
普通电阻率测井
1、详细划分地层剖面； 2、判断岩性，划分渗透层； 3、精确划分储层有效厚度； 4、确定冲洗带电阻率。 5、分析储层非均质性
§1.3
•基本原理
侧向（聚焦）测井
盐水泥浆、高阻薄层条件下， 普通电阻率测井失真，· · · · · · · ·
屏蔽电极
增加屏蔽电极，
记录初至波到达记录初至波到达两个接收器的时间差两个接收器的时间差仪器居中井壁规则仪器居中井壁规则t1tttt补偿声波测井补偿声波测井11井眼变化的补偿井眼变化的补偿22仪器倾斜影响的补偿仪器倾斜影响的补偿33深度误差的消除深度误差的消除21声速测井声波时差曲线的影响因素声波时差曲线的影响因素裂缝或层理发育的地层裂缝或层理发育的地层未胶结的纯砂岩气层高压气层未胶结的纯砂岩气层高压气层井眼扩径严重的盐岩层井眼扩径严重的盐岩层泥浆中含有天然气泥浆中含有天然气周波跳跃周波跳跃21声速测井??质量要求质量要求11渗透层不得出现无关的跳动出现周波跳跃测速应降至渗透层不得出现无关的跳动出现周波跳跃测速应降至1000m1000mhh以下重复测量
9章-声波
第三节
声波变密度测井(VDL)
泥浆波
声波变密度测井记录 套管波、地层波、泥浆波
在套管井中，从发射器到接 收器的声波信号有四个传播途 径：沿套管、沿水泥环、通过 地层、直接通过泥浆到达接收 器（直达波）。声波不易沿水 泥环传播，所以通过水泥环返 回接收器的声波信号很弱或可 忽略。介质声速不同，它们到 达接收器的时间不同。最早到 是套管波，其次是地层波，最 后是泥浆波。
透射线
测井时，井壁就是两种介质的分界面，声波在井壁两侧将 产生反射波、滑行波和折射波。
第一节 声速测井
•基本原理 T—发射探头 R—接收探头
声系分类：单发单收，单发双 收，双发双收。
声波经三种路径到达接收探头：经 泥浆、经井壁反射、经井壁滑行。 三种波：直达波、反射波、滑行波 源距L：T到R的距离。 适当选择源距，使滑行波最先到达 接收探头。 滑行波从T到R所用的时间: t= υ m
声波全波列测井示意图
第三节 声波变密度测井
测井原理
发射探头T发射声波，接收 探头R接收全波列的幅度和时 间，去掉负半周，保留正半周， 把幅度变成灰度。
黑色条带表示正半周，颜色 越深（黑），幅度越大 ；白 色条带表示负半周或没信号。
声波变密度测井信号变换示意图
第三节 声波变密度测井
声波变密度测井检查固井质量
422
1070-1320 1530-1620
0.72
0.73-0.94 1.0
1830-2440
3720 6130 7000-7940 4790
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。
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。
分析声波变密度测井技术的应用
裂缝 性 储层 ， 而发 现 的该 油被高 度认 可 并使 用在 高产 工业 中。
这次 测井 的应用 取得很 好的 成果 ， 因此 在之后 的应 用多被 多次
外， 使 用该 技 术还能 够促 进 施工 效率 的提 升 ， 将 原本较 长 的施
分析声波 变密度测井技术的应用
李 相锌 （ 大 庆 钻探 工程 公 司测 井 公 司吉林 事业 部 ， 吉林 松原 １ ３ ８ ０ ０ ０ ）
摘 要： 声波 变密度测 井技 术是 声波测 井技 术 中的其 中一种 ，
３声波变密度测井的应用
所采 用 的原 理是根 据 水 泥 、 泥 浆之 间 ， 对 声音 的 阻碍存 在 的较 ３ ． １ 检 查 固井质 量 大 差 异 来 对 所 传播 出来 的 声 波 不 同 来表 现 出不 同的 胶 结 质 ３ ． １ ． １ 套管外 无水泥 的情 况。套管处 于这种 情况 的时候 ， 对 量 。而本 文从 声波 变密度测 井技 术 的原理 、 应 用等 方面 来阐述 声波 的 反射能 力特 别 的好 ， 而 且 由于地 波 比较 弱甚至 是 没有 ， 其存在 的重要价值 ， 无论在 对 固井质量 的评价 上还是施 工质 量 所 以带来 的影 响很 少 ， 变 密度 的相 线 基本 上没有 什 么差 别 ， 分 与效 率上都有 重大作 用 ， 特 别是 在对油 田的开发上作 用显著 。 布很平 均 ， 而得 出的数 据 中固井声幅是 高幅 值且套 管的接 箍显
测井 方 法所 无法 相提 并论 的。远 探测 声波 反射 成 像测 井技 术 研 发 声波 变密 度测 井技 术从 根 本上讲 的 目标 就是 希 望能 在 我 国首 次被 使 用是 在 ２ ０ ０ ９ 年， 是 对 塔里 木 中 的油 田进行 检 够提 高经济 效益 。而该技 术所富 含的技 术水平 十分高 ， 对各种 测， 利用 该技 术发现 井壁储 层在没 有发 育的情 况下形 成 了井 旁 出 现 的问 题能 够 有效 解决 ， 所 以解 决 问题 的 能 力十 分 高 。 另
声波测井课_套管井声波测井
2000
R2 = 0.9949
1500
1000
500
0
10
20
30
40
50
60
水泥环厚度,mm
完全胶结时地层波幅度与水泥环厚度关系：厚度越厚，地层波幅度越小
三、 影响地层波幅度的各种因素 (2) 地层特性
地层密度越高，地层波幅度越大
地层波相对幅度
砂岩地层地层波幅度与泥质和孔隙度关系
2
23
Z3 Z3
Z2 Z2
套管波幅度的与水泥胶结质量关系? 套管波随一界面窜槽角度变化波形图
1.00
0.80
归一化套管波幅度
0.60
0.40
0.20
0.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
微环隙宽度(cm) 流体环隙宽度(cm)
套管波幅度与一界面流体环隙宽度的关系
水泥密度,g/cm3
5
10
15
20
流体环隙宽度（mm）
低密度、高密度水泥固井 和自由套管时套管波比较
不同水泥密度固井的套管波幅度与一 界面流体环隙宽度的关系
二、 影响套管波幅度的各种因素
3)水泥环对套管波幅度的影响 c.水泥环的厚度的影响 水泥环的厚度增加，也将使套管波的幅度减小。实验表明水泥厚度小于3/4英 寸（1.905cm）时，随着水泥环厚度增大，套管波的衰减系数也增大。当水泥 环厚度大于3/4英寸时，衰减系数保持不变。
自由套管的厚度对衰减系数影响不明显,当套管外有水泥固结时,衰减系数与套 管厚度有关。在水泥抗压强度一定时，随着套管厚度增大，衰减系数减小，即 声幅度增加 。
1.1
声波变密度测井
我们对滨南采油厂各区块的 声波传播规律了解的不多，因此 在选井时，希望能选一些水泥返 高不在井口的井进行测量，以获 取各区块的刻度标准。
⑴、冲砂至人工井底，清水洗井、保证井内无死油。
⑵ 、用Ф116—Ф118mm通井规通至人工井底。 ⑶ 、起出通井管柱，井筒无严重变形及错断。 ⑷、井内灌满清水，(保证管柱起出后水泥返高以上是清 水,漏失严重的井在地面需有充足的水源) 盖好井口，防止 落物。
甚至是通过地层传播的声波信号,将这些波接收记录下 来,经过数据处理后,就得到了声波变密度曲线(VDL),它能
反映出第二界面的胶结情况,以及与地层性质有关的
资料。
发射探头
三 英 尺
油层
接收探头 接收探头
五 英 尺
变密度仪器采用 一个发射晶体和两 个不同源距的接收 晶体来组成声系。 相距三英尺的晶体 用来接收第一界面 的声波幅度,相距五 英尺的晶体用来接 收第二界面的声波 幅度。
人工判断的第二界面的胶结 情况
套管外 无水泥由于套 管外无水泥， 界面波阻抗差 别大，所以套 管波反射很强， 地层波较弱或 没有，因而变 密度相线的差 别不大，基本 是均匀分布， 套管接箍也能 反映出来，呈 人字纹显示。 固井声幅为高 幅值。
水泥 与套管和地 层胶结都良 好由于套管 和固结水泥 的差别较小， 所以声波大 量进入地层， 因而套管波 很弱，图中 已看不见。 但地层波很 强。固井声 幅为低幅值。
⑸、声幅变密度测井仪Ф70mm，测试第二介面水泥固井 情况及串槽情况时间较长约4小时，故作业队现场不能离人。
油层
油层
套管与水泥 的界面 是 第一界面
油层
用此种方法可以 准确判断第一界面 的胶结质量,检查套 管外串通情况,判断 套管与水泥面的微 环空(热至微环空, 工程至微环空),在 某些条件下可判断 管外出气层的位置。
声波变密度测井
首波时间 曲线
CBL 曲线
变密度二维图
计算机带参数计算后得 到旳第一界面胶结情况
人工判断旳第二界面旳胶结 情况
套管外
无水泥因为套 管外无水泥， 界面波阻抗差 别大，所以套 管波反射很强， 地层波较弱或 没有，因而变 密度相线旳差 别不大，基本 是均匀分布， 套管接箍也能 反应出来，呈 人字纹显示。 固井声幅为高 幅值。
声波变密度测井是由声幅测井发 展而来旳,声幅测井(CBL)又称水泥 胶结测井。是测量声波在井内传播 时，遇到不同界面后反射回来旳声 波幅度旳大小，来判断界面胶结程 度旳一种仪器
发射探头
测井仪旳声系由两 个压电晶体构成，一种
接受探头 发射，一种接受。
声源旳工作频率为
套管与水泥 20KHZ,反复频率15-
旳声波幅度,相距五
英尺旳晶体用来接
受第二界面旳声波
幅度。
在水泥返高以上旳这一段， 称为自由套管。测井时，该段旳 声波幅度最大，依此作为CBL旳评 估原则，当首波幅度低于自由段 旳16%时胶结好，在16％-40％之 间时胶结很好，40％以上为胶结 较差， 所以能够做到半定量解 释。
资料分析
磁定位 曲线
甚至是经过地层传播旳声波信号,将这些波接受统计下来,
经过数据处理后,就得到了声波变密度曲线(VDL),它能反 应出第二界面旳胶结情况,以及与地层性质有关旳资料。
三
五英 英尺 尺
发射探头
Байду номын сангаас
变密度仪器采用
一种发射晶体和两
接受探头 个不同源距旳接受
晶体来构成声系。
油层
接受探头
相距三英尺旳晶体 用来接受第一界面
低异常。
实际测井曲线
声幅变密度测井原理及解释方法
图七所示：第一胶结面差，第二胶结面无法评价 。 曲线特征：声幅曲线幅度高，变密度记录的套管波明显， 而不出现地层波。
图八所示：双层套管 曲线特征：声幅曲线的幅度值有所抬高； 变密度记
录的套管波较明显（第一道波往往缺失）后续波较难辩 认。
图九所示：微环胶结 曲线特征：声幅曲线幅度偏高（相当于胶结中等）；变
定量解释
确定水泥返高 “水泥返高”即管外无水泥，确定时应 选在声幅曲线由最高幅度向低幅度变化 的半幅点深度处。
声幅曲线的解释是以其相对幅度的大小 来判断，设自由套管处即套管外无水泥 处声幅值为A，目的层井段声幅值为X。
相对幅度=X/A×100%
相对幅度越大，说明固井质量越差，相对 幅度越小，说明固井质量越好，水泥胶结 分为良好、中等、差三个质量段。
3000两种仪器为主。
声幅-变密度测井由磁定位（CCL）、自 然伽玛仪（GR）和声幅-变密度仪 （CBL-VDL）组成，能够实现一次下井， 测出CCL、GR、CBL-VDL等多条组合 曲线。 声幅-变密度(CBL一VDL)井下仪,采用 单发双收，发射探头发射20KHz的声波 信号，源距为3英尺和 5英尺。3英尺探 头分别接收沿套管滑行波和地层反射波 的全波列。反映套管和水泥，水泥和地 层的胶结情况，3英尺接收器接收的套 管波首波，用曲线的高低来确定固井质 量的好坏。对于5英尺源距的接收器，
地球物理测井9(声波测井)
Vs
E
2(1 )
9.1 岩石的声学特性
③面波： 在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传 播的波。包括： 瑞利波：其速度约等于0.9Vs～Vs 拉夫波：其速度约等于0.9Vs～Vs 偶 波：它是最快的面波：速度=0.9Vs～Vs 斯通利波：是在液—固体界面上由液体中 的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其 速度小于固体中的Vs和液体中的Vp。
9 声波测井
9 声波测井
利用岩石的声学特性（声 波速度、声幅）来研究岩石的 一类方法。
9.1 岩石的声学特性
• 声波的成分及速度： 声波是由物质的机械振动产生的。通过质 点间的相互作用将振动由近及远地传递， 根据质点运动特征的不同，声波可分为： ①纵波（或压缩波或P波）： 质点的振动方向与波的传播方向一致。 纵波主要产生体积变化，所以也称压缩 波。
幅度基本相同。
9.3.2套管井中的声幅测井
2．套管波： (1)滑行波：到达R的时间及能量不变。 (2) 一次反射波： 到达R的时间与滑行波 到达接收器的时差相差微小可认为是同时 到达,但其能量的大小取决于套管与水泥的 胶结程度。 (3) 多次反射波:能量很弱可忽略。
即：套管波的幅度反映了套管与水泥的胶 结程度 。
9.2 声波速度测井（AC）
声波速度测井简称声速测井， 它主要是通过测量波的速度来研究地 层。
9.2 声波速度测井（AC）
• 单发双收声速测 井仪 测量过程中发射 探头发射声脉冲， 接收探头接收声 脉冲。
9.2 声波速度测井（AC）
（1）泥浆直达波：
T1
AE Vm
9.2 声波速度测井（AC）
AB BC CE
TR1 Vm Vt
Vm
9.2 声波速度测井（AC）
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介质1 介质2
α β
三、声波变密度测井的原理
滑行波的概念
当介质1中的声波速度v1小于介质2 中的声波速度v2时，即在v2>v1的条件 下，当大到某一角度时，为直角，此时 折射波将沿着界面在介质2中传播，这 样的折射波在声波测井中叫滑行波，或 称首波或头波，此时的入射角叫临界角。 并且，介质中波所传播到的各点都 可以看成新的波源，称为子波源；可以 认为每个子波源都可以向各个方向发出 微弱的波，称为子波；这种子波是以所 在介质的声波速度传播的。
三、声波变密度测井的原理
VDL曲线的应用：判断第二界面的固井质量
CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度 的大小取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此 只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面） 的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间 是否胶结良好，即第二界面的问题时无法解决的。 第二个接收器源距为5ft（1.52m），接收的 是变密度测井(VDL)测井曲线，可以接收套管波、 水泥环波及地层波，可以检查套管井第一、第二 界面的胶结程度。测量时将声波幅度的大小转变 为光辉度的强弱，黑色的深浅表示信号幅度的大 小，因为测量时只保留信号幅度的正半周，将负 半周去掉，所以资料显示为黑、白相间的条纹。
2、水泥与套管和地层胶结都良好
在水泥与地层胶结都好 的井段，因为套管和固结水 泥的差别较小，套管与水泥 的阻抗很接近，大部分声波 能量穿过套管及水泥环进入 地层传播。因此，在变密度 图上套管波信号很弱或不存 在，图中已看不见，而地层 波信号很强。甚至某些快速 地层的地层波会出现在套管 的位置上。CBL声幅为低幅 值。
磁定位曲线
接 箍 胶结不好
第二界面解释：胶结好
谢 谢！
四、声波变密度测井的施工要求
• 1、根据套管尺寸，选择通径为Ф116 mm或Ф150mm通井规通至目的井段以 下30m，确保井筒通畅，测量井段井液 为清水或泥浆（不含气泡）； • 2、热清水洗井，将管内的脏物和死油洗 出； • 3、井场清洁、平整、无杂物堆放，有足 够空间摆放车辆。
五、声波变密度测井的资料分析
介质1 介质2
α β
三、声波变密度测井的原理
发射器发射出声波后，一 部分声波在套管中以滑行波的 方式沿套管传播，形成套管波， 另一部分会产生折射传到水泥 环中传播，还有一部分穿过水 泥环传入地层，分别形成水泥 环波、地层波。 声波在介质中传播，其幅 度会逐渐衰减，声波幅度的衰 减在声波频率一定的情况下， 是和介质密度、弹性等因素有 关的。通过测量声波幅度的衰 减变化来认识地层特点以及水 泥胶结情况等。
三、声波变密度测井的原理
发射器到第一个接收器的源距为3ft (0.91 m )，测得的曲线为CBL (水泥胶结测井)曲线， CBL测量的是套管波的幅度。由于传播的路径和 穿过的介质基本固定，因此波的衰减与介质的吸 收及不同介质界面上的反射系数有关。如果水泥 环与套管外壁胶结好，由于水泥环的声阻抗与套 管的差别小，声波传入水泥环，套管波的首波幅 度低。如果水泥环与套管胶结不好，其中残留有 泥浆，致使两者的声阻抗差别大，反射系数大， 大部分声波能量沿套管传播，套管波的首波幅度 大。如果套管外只有泥浆或空气时，套管波首波 幅度与胶结好的首波相比，其幅度可增加4~5倍， 因此可根据CBL测得的声波幅度曲线来判断水泥 固井质量的好坏。
3、水泥与套管胶结好，与地层胶结差
在这种情况下，因 为套管和固结水泥的差 别较小，大部分声波能 量不在套管界面上反射 而是穿过套管与水泥环 的界面进入水泥环，由 于声波能量在水泥环中 被很大地衰减损耗，传 到地层中的声波能量很 小。所以变密度套管波 很弱，地层波也很弱。
一个声波变密度测井实例
声 波 变 密 度 测 井 成 果 图 第一界面解释：胶结好 CBL曲线 胶结中等 VDL 曲线
在水泥返高以上的这一段套管，称为自 由套管。测井时，该段的声波幅度最大，依 此作为CBL的评定标准，因此能够做到半定 量解释。
下面介绍几种用声波变密度测井判断水 泥胶结状态的典型事例。
1、 自
由
套 管
在自由套管井段，由于套管 外无水泥，界面波阻抗差别大， 所以套管波反射很强，大部分声 波能量沿套管传播，传到地层中 的声波能量很小，地层波较弱或 没有。因此在变密度图上出现强 套管波信号，声波在套管壁上反 复震荡形成前6至8个波全是套管 波。变密度相线的差别不大，基 本是均匀分布，在套管接箍位置 传播时间稍有增加，套管波幅度 变小，变密度曲线在接箍处有人 字纹显示。CBL声幅为高幅值。
声波变密度测井及资料解释
刘鑫
目
录
• 进行固井评价测井的目的 • 声波变密度测井的作用 • 声波变密度测井的原理 • 声波变密度测井的施工要求 • 声波变密度测井的资料分析
一、进行固井评价测井的目的
当完钻并下套管后，需要把套管和井壁间的环形空间
用水泥封固，以防井眼垮塌及渗透层之间的相互串通。由于
固井的效果受井深、温度、井眼尺寸、添加剂、水泥类型等 诸多因素的影响，对于某些井段即使用最佳方案进行固井作 业，也可能出现窜槽。固井失败的主要后果是会导致渗透层 之间流体的渗流。因此，固井质量评价是工程测井中重要的 一个作业，发现问题应及时修补。固井评价测井的主要方法 有“声幅测井”、“声波变密度测井”等。
二、声波变密度测井的作用
1、检查水泥与套管之间的胶3、找出套管外窜槽部位； 4、判断水泥返高位置。
三、声波变密度测井的原理
声波在介质中的传播
声波由一种介质向另一种介质传播， 在两种介质形成的界面上，将发生声波 的反射和折射。反射波的幅度取决于两 种介质的声阻抗。所谓声阻抗(Z)就是介 质密度和声波在该介质中传播速度的乘 积(Z=ρ .v)。两种介质的声阻抗差越大， 声能量就不易从介质1传导介质2中去。 通过界面在介质2中传播的折射波的能量 就越小。如果两介质声阻抗相近，声波 几乎都形成折射波通过界面在介质2中传 播，这时反射波的能量就非常小。
五 英 尺
声波变密度测井评价固井质量的依据
VDL显示为黑白相间的条带状记录 （辉度记录）。条带的宽度和亮度取 决于声幅的大小及声信号的频率，条 带的相对位置取决于地层性质。声波 幅度越大，黑色条带越黑，通过黑白 条带的亮暗就可以知道套管波、地层 波的幅度，这两个幅度分别反映了第 一、第二界面的胶结情况。 在前十几个波中，前四个波与套 管波有关，第五个至第八个波与地层 波有关。
三 英 尺
三、声波变密度测井的原理
CBL曲线的应用：判断第一界面的固井质量
量。 声波相对幅度=A目的/A泥浆*100% A目的：目的井段的声波幅度； A泥浆：套管外全是泥浆，即自由套管井 段的声波幅度。 通常，相对幅度小，固井质量越好；反 之，相对幅度越大，固井质量越差。 一般将固井质量划分为三个等级： ①胶结质量良好，相对幅度<16%; ②胶结质量中等，相对幅度:16% ~40%； ③胶结质量不好，相对幅度>40%。 使用声波相对幅度的大小来判断固井质