声 波 测 井
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
地球物理测井.声波测井
地球物理测井.声波测井
4.井壁固液界面产生的两种波
瑞利波(Rayleigh waves) 斯通利波（Stoneley waves）
地球物理测井.声波测井 瑞利波(Rayleigh waves)
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，如图2－2所示。
瑞利波示意图
F
S
纵向
横向
d
F
L
地球物理测井.声波测井
5 泊松比σ ：
（外力作用下，弹性体的横向应变
与纵向应变之比）
d
= 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
F l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
地球物理测井.声波测井
6 体积模量K：
F/S K V / V
（定义为应力与弹性体的体应变之比）
折射纵波（滑行波）； 折射横波。
地球物理测井.声波测井
声速测井原理
T 产生声波(f = 20kHz) 泥浆(v1) 地层(v2)
v2>v1
在井壁处折射产生滑行波
滑行波到达R ①单发单收声系
完成声波速度测量
地球物理测井.声波测井 ②单发双收声系
T 产生声波(f = 20kHz)
泥浆(v1) 地层(v2)
第二章 声波测井
（Sonic Logging）
资源与环境学院 程 超
一、地层的地球物理特性
7个→声学特性
二、阿尔奇公式
地层因素（F）
电阻率增大倍数（I）
地球物理测井.声波测井
声波测井（Sonic Logging）
声波测井—是通过研究声波在井下岩层和介质中
的传播特性，从而了解岩层的地质特性和井的技
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
R1R2=0.61m
T1R2=2.44m
第一种测量源距，2.66 米。
在目的层，T1发射，R1，R2接收。 然后仪器上移，当T1，T2到达目的 层的同一位置时，T1，T2同时发射， R1接收。 此时的声系相当于源距2.44米的双 发双收声系。
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R1R2=0.61m
T1R2=2.44m
分别组成两个单发双收声系（T1R1-R2，T2-R1-R2）和两个双发单收 声系(T1-R1-R2， T1-R1-R2)。
T1发出的信号，由于CD增加，R1被触发的 时刻偏晚，结果使Δt1减少； 同理，T2发出的信号，由于E’F’增加，R1被 触发的时间偏晚，使Δt2增加；
19
2.4 周波跳跃
信号衰减，触发波形的相位发 生变化。使测量声波时差不规 则增大或减小。 主要出现在气层或裂缝段。
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测井实例
周波跳跃
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2.6 补偿声波测井的分辨率
40
In these case of well logging, the borehole wall, formation bedding, borehole rugosity, and fractures can all represent significant acoustic discontinuities. Therefore, the phenomena of wave refraction, reflection, and conversion lead to the presence of many acoustic waves in the borehole when a sonic log is being run. It is not surprising, in view of these consideration, that many acoustic energy arrivals are seen by the receivers of a sonic logging tool. The more usual energy arrivals are shown in the acoustic waveform displays of Fig.5-1. These waveforms were recorded with an array of eight receivers located 8 to 11-1/2 ft from the transmitter. The various wave packets have been labeled. Although the wave packets are not totally separated in time at this spacing, the distinct changes corresponding to the onset of the formation compressional and shear arrivals and the Stoneley arrival can be observed.
声波测井
第二节声波测井1.普通声波测井声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。
声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面、评价固井质量等问题的测井方法。
声波测井分为声速测井和声幅测井。
声速测井（也称声波时差测井）测量地层声波速度。
地层声波速度与地层的岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。
因此，根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质。
1.1岩石的声学特性声波是一种机械波，它是由物质的机械振动而产生的，通过介质质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的，所以，声波不能在真空中传播。
根据声波的频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于20Hz）；可闻声波（20Hz至20kHz）；超声波（频率大于20kHz）。
各类声波测井用的机械波是可闻声波或超声波。
1.1.1岩石的弹性1.1.1.1弹性力学的基本假设：1）物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；2）物体是均匀，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；3）物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；4）物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。
应力与应变存在线性关系，并服从广义的胡克定律。
满足以上基本假设条件的物体称为理想的完全线弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。
当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。
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，一般情况下，外力小且作用时间短，物体表现为弹性体。
声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，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。
声波测井重要知识点
声波测井重要知识点声波测井是地球物理勘探中常用的一种测井方法，其原理是利用声波在地层中的传播特性来获取有关地层结构和岩石属性的信息。
声波测井包括测量地震波在地层中传播时间和振幅的测井方法，以及通过分析地震反射和折射来确定地层性质的地震测井方法。
本文将介绍声波测井的基本原理以及几个重要的知识点。
声波测井原理：声波在地层传播时会受到地层的吸收、散射和反射等因素的影响，从而传播的速度、振幅和频率会发生变化。
通过测量声波的传播特性，可以获得有关地层的信息。
声波测井的主要知识点如下：1.声速：声速是声波在介质中传播的速度，它受到地层岩石的密度和流体饱和度等因素的影响。
常见的声速测井方法有全波传播时差测井、全波传播振幅测井和多道测井等。
2.声频率：频率是声波的振动次数，它对地层信息的分辨能力有很大影响。
高频率的声波能够提供更高的地层分辨率，但传播距离较短，低频率的声波可以传播更远，但分辨率较低。
合理选择声波的频率可以获得更准确的地层信息。
3.反射：地震波在地层中传播时，会遇到不同介质之间的反射界面，从而产生反射波。
反射波的振幅和到达时间可以提供地层的界面信息，如岩石层位、裂缝、气水界面等。
4.折射：地震波在地层中传播时，会由于介质的变化而发生弯折，这种现象称为折射。
折射波的振幅和到达时间可以提供地层的速度、倾角和入射角等信息。
5.衰减：声波在地层中传播时会由于介质的吸收和散射而衰减。
衰减会导致声波传播距离的减小和振幅的减弱。
对于薄层和含有流体的岩石，衰减影响更为显著。
6.岩石弹性参数：声波测井可以通过测量声波传播速度和密度等参数来确定地层岩石的弹性参数，如岩石的弹性模量、泊松比、剪切模量等。
这些参数对于岩石力学性质和岩性解释非常重要。
7.流体饱和度：声波测井可以通过测量声波速度的变化来估算地层中的流体饱和度。
由于流体的密度和声速与岩石不同，当地层中存在流体时，声速会有明显的变化。
声波测井可以提供丰富的地层信息，对于确定含油气层、划分地层、解释岩性和评价油气储层等都具有重要意义。
声波测井技术与方法浅论
声波测井技术与方法浅论声波测井技术是油气勘探中常用的一种地球物理测井方法。
它利用地震波在地下介质中传播的特性，通过测量地下介质中的声波速度和衰减等参数来识别和评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数。
本文将对声波测井技术与方法进行浅论。
声波测井技术主要分为两类，即测井正问题和测井反问题。
测井正问题是指通过已知的地震波源和地震接收器阵列，测量地震波在地下传播的特性，如传播速度、振幅、频谱等，然后根据测量数据推断地下岩性、构造等信息。
而测井反问题则是根据地下介质的物理特性，如岩性、孔隙度、渗透率等，来预测地震波在地下传播的特性，从而反推出地震波传播的速度、振幅、频谱等信息。
声波测井主要应用了地震学原理和弹性波理论。
地震学原理是研究地震波在地下传播的学科。
通过分析地震波的传播特征，可以推断地下岩性、裂缝、韧性层等信息。
而弹性波理论则是研究介质中弹性波传播特性的理论基础。
通过研究声波在弹性介质中的传播特性，可以推断介质的弹性模量和密度等参数。
声波测井技术主要有两种方法，即测井法和地面震源测井法。
测井法是通过在井中放置声波源和接收器，测量地震波在地下传播的速度和振幅等参数。
地面震源测井法则是通过在地面放置震源，通过监测地下接收器记录的地震波数据，推断地下岩性和构造等信息。
声波测井技术的应用非常广泛。
在油气勘探中，通过声波测井技术可以评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数，从而指导钻井和生产。
此外，声波测井技术也可以用于地下水资源的勘探和开发，以及地质灾害的预测和评价等领域。
总之，声波测井技术是一种常用的地球物理测井方法，在油气勘探和地下水资源开发等领域有着重要的应用价值。
随着测井设备和技术的不断发展，声波测井技术将会越来越精确和高效，为油气勘探和地下资源开发提供更好的技术支持。
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一 地球物理测井
世界测井技术的发展的现状
一、测井技术发展回顾 1、斯仑贝谢兄弟发现电测井 （1927年） 2、阿尔奇建立了阿尔奇公式，1941年 3、勘探技术和开发技术 4、岩石中电、声、核、力、机械、磁信息是建立找油找气的物理基础 5、五代测井仪器的更新换代反映测井技术的进步
（第二代）
2、数控测井阶段
70年代3600数字测井仪 （第三代）
80年代CLS-3700、CSU、DDL-III数控测井仪 （第四代）
3、数控与成像测井并存阶段
90年代ECLIP-5700、MAXIS-500成像测井仪 （第五代）
二、三个层次的测井解释技术形成 1、单井完井解释 2、单井精细测井评价 3、多井测井评价
二、三大测井公司 1、斯仑贝谢公司----Schlumberger 2、阿特拉斯公司----Baker Atlas 3、哈里伯顿公司----Halliburton
一 地球物理测井
中国测井技术的发展的现状
一、测井设备的发展
1、模拟记录阶段
半自动测井仪
（第一代）
50年代引进51型电测仪
JD—581多线电测仪
石油钻井时，在钻到设计井深深度后,在裸眼井或套管井孔中使用 测量电、声、热、放射性等物理性质的仪器，以获得各种石油地质、流 体性质、以及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料，是勘探 和开发油气田的重要手段。
使用环境:井孔----固体地球物理学 研究对象:地层----地球科学 利用技术:地球物理方法----数学、物理 利用工具:电子仪器-----电子电路、计算机科学
处理，转化成图象。
噪声测井
2-3 主要应用
二 声波测井
1、确定孔隙度—声速测井（时差）
2、识别岩性—时差、幅度衰减
3、识别裂缝（或渗透性）—低频斯通利波、波形、幅 度衰减
4、识别油气—时差、幅度衰减、Vp/Vs
5、评价固井质量—声幅测井（CBL）、声波变密度测 井（VDL）、扇区胶结测井（SBT）等
测井过程动画
一 地球物理测井
测井过程中， 被测地层物理参数 由仪器获取后，经 缆芯传送到地面的 记录仪器进行记录， 将采集的相应物理 参数，按一定的深 度比例和横向比例 记录在记录纸上， 并将得到一条或几 条连续变化的曲线， 这就是测井曲线。
所有的测井曲 线（或测井数据） 与井场数据统称为 测井资料。
Well-log curve/data
一 地球物理测井
1-3 地球物理测井在石油勘探开发中的地位
地质研究指路
（寻找生油区域）
物探先行
（寻找可能储油空间）
钻井验证
测试评价
（探测评价储油层）
一 地球物理测井
1-4 测井的发展历程
测井技术起源于20世纪20年代， 在油井第一次测量地层电阻率获得 成功。其发展大体经历了模拟测井、 数字测井、数控测井、成像测井四 个阶段。
一 地球物理测井
1-6 测井可解决的油气勘探开发问题
岩性 储集性 含油性 物理性
测井解释的“四性” 储层参数
2-2 基本方法
二 声波测井
声波速度测井
声速测井是利用不同的
岩石和流体对声波传播速度
不同的特性进行的一种测井
泥岩
t
方法。通过在井中放置发射
探头和接收探头，记录声波
砂岩
从发射探头经地层传播到接
三、测井理论的发展 1、储层评价 2、测井资料的地质应用 3、非线性、非均质理论
一 地球物理测井
1-5 测井的基本方法（按研究的物理性质分类）
电法测井
(electrical logging)
声波测井
(acoustic logging)
放射性测井 (radioactive logging)
按技 裸眼井地层评价测井系列 术服 套管井地层评价测井系列 务项 目分 生产动态测井系列 类: 工程测井系列
一 地球物理测井
地球物理测井有两个基本环节组成： 第一个环节 ---井场测量，即测井资料的获取； 第二个环节---测量结果的分析，即测井资料解释。
测井学包括以下三个方面: 测井方法与理论基础 测井仪器与数据采集 测井数据处理与综合解释
一 地球物理测井
1-2 井场测量过程
测井装置及测井过程示意图： 测井仪器由专用测井电缆送 到井下，测井时绞车滚筒牵引电 缆将仪器匀速上提，在上提过程 中，测井仪器不间断地向地层发 射各种物理信号并接收。
声波测井
绪论
一 地球物理测井
二 声波测井
三 声波测井课程的主要学习内容 及要求
1-1 基本概念
一 地球物理测井
地球物理测井，简称测井。
英文：well logging; well-log.
指利用各种专门的仪器设备，沿井身测量岩层的各种地球物理参数， 并以此来研究地层的地质问题及工程问题的一种方法。
2-2 基本方法
二 声波测井
ห้องสมุดไป่ตู้阵列声波成像测井
在井下放置围绕井轴以固 定频率旋转的声波换能器，并 用同一声波换能器接受从井壁 上反射回来的回波。被井壁反 射回来的回声波信号的时间和 幅度大小取决于井壁（套管） 表面的情况，井壁表面的任何 不规则（光滑度、软硬度、竖 直度等）都会改变反射信号的
幅度。在地面进行数字编码等
收探头的时间差值，所以声
J1
速测井也叫时差测井。用时
J2
差测井曲线可以求出储集层
泥岩
的孔隙度，相应地辨别岩性，
特别是易于识别含气的储集
层。
2-2 基本方法
二 声波测井
声幅测井
声幅测井是测量 井下声波信号幅度 （通常测量接收探头 接收到的首波，主要 用于检查固井后水泥 和套管的胶结情况。 也称水泥胶结测井 （cement bongdding ogging）。
6、其它应用：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）、 地震标定、构造确定、工程物探
2-2 基本方法
二 声波测井
声波全波列测井（acoustic full waveform logging）
对常规的对滑行 纵波首波的记录（到 达时间及幅度）扩展 到对沿井壁传播的滑 行纵波、滑行横波及 井内流体中的致导波 等整个波列的记录， 包括各种类型波的速 度、幅度及衰减、频 率等极为丰富的与井 壁岩层性质和特征有 关的信息。