声波全波列测井_新

快地层单极发射器的典型波形
第二节 声波全波列测井原理
一、长源距声波测井
p 源距1m s p 源距3m s
时间(s) 300 800 1300
增大源距，在时间轴上区分纵波和横波
1、CSU长源距声系(Schlumberger)
T1、T2交替发射脉冲信号。T1发射，R1、R2接 收，在这两个接收道上各记录一个声波全波列波 形。以后T2发射，R1、R2又各自记录一个声波全波 列波形，按次序将T1R1、T1R2、T2R1、T2R2的波形称为 波形1、波形2、波形3、波形4。
第一节 裸眼井中的声波全波列
3 2 1 幅 度 0 -1 -2 -3 低频RL ST 高频RL P S
0
500
1000
1500 时间(s)
2000
2500
井中声波发射器发射的声脉冲经过泥浆、地层传播到接收器，能接 收到主要组分波有滑行地层纵波（P）、横波（S）、低频和高频伪瑞利 波（RL）及斯通利波（ST）。第一个波列:从P波开始到后续震荡基础结 束,除了P波都称为漏泄模式波(leaky mode).第二个波列从S波开始,直 至后续波振荡结束,包括滑行横波、视瑞利波、斯通利波。
在井筒和地层界面传播的斯通利波
1.2 相速度 归 一 1.0 化 速 度 a 0.7 0
25 20 1.碳酸盐岩 幅 15 度 10 1 5 0 0 2 3 3 6 9 频率(kHz) 12 15 b 2.砂岩 3.泥岩
群速度
10
20 频率 (kHz)
30
40
斯通利波频散曲线和幅度曲线（速度以井内泥浆速度归一化）
因此探测范围在一个s左右。
3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,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。直达波 A1/Z滑行横波A 1/Z2 。不像纵波滑行横波始终比泥浆直达波衰减
一、滑行纵波
1）滑行纵波是一种体波(c)，沿井壁附近滑行传播，速 度为Vp，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PPP波。 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数 规律衰减，能量集中在3p（即Vp/f）范围内，在Z= p内
集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个p左右。
3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射 能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当， 滑行纵波在全波中为首波，幅度小，传播速度快。
7.01….;对于一般砂岩频率为10、20kHz。
二、滑行横波
1）滑行横波是一种体波(S) ，沿井壁附近滑行传播，速度为Vs，轻
微频散（在测井频率段可忽略），是PSP波。 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减， 能量集中在3s（即Vs/f）范围内，在Z= s内集中了滑行波能量63%，
快。
5）存在共振频率， f
2a ai 1 1 2 V1 Vs2
a为井径；i 为贝塞尔函数J0( i)的零点，为2.4、5.52….;对于一般砂 岩频率为8、18kHz。 6）当Vs<Vf时,井中接收不到滑行横波。
三、伪瑞利波
伪瑞利波是表面波。表面波是瑞利勋爵于1885年首次提出的。他研 究了弹性材料接触真空后在平面的响应，发现一种波沿表面传播，并且 质点运动的幅度随距表面的距离减小。瑞利的发现预测了沿地球表面传 播的波的存在，这种波引起地震时毁灭性的震动。 1)是界面波,当入射角 s 时产生,沿井壁界面传播.其相速度介 于泥浆波速度和地层横波速度之间. 2)是复合模式波,存在多种模式,是无几何衰减的高频散波,存在截止 频率.
波形识别法
2、慢度-时间相关法
STC（Slowness-Time Coherence）法是一种时域内的多道信号相关分析 技术，通过在一组全波波列中开设时窗，以一定的慢度（时差）移动时窗来寻 找纵波、横波、斯通利波，通过计算一系列相关系数，由此计算出各成分波的 时差。 第一道波形上的位臵为 微秒，其相关系数为：
司的多极子阵列声波测井（MAC、
XMAC）为代表，推动了声波测井 的发展。
一、问题的提出
压力脉冲源，声波的辐射 能量一般均匀分布的（至少在
横截面内），声学上称这种源
为单极子源（Monopole），但 在慢速软地层（横波速度小于 泥浆速度）时，得不到井壁临 界折射横波信息。 右图为单极子声源示意图。 单极子源一般是圆管型的换能 器以轴对称方式沿径向振动 （膨胀或缩小）。
3)随着频率增加,其相速度和群速度都逐渐减小. 4)当频率趋于无穷大时,相速度等于井内流体纵波速度,而此时群速 度存在极小值(比泥浆速度还小),此时伪瑞利波幅度达到最大,称为艾里 相,即伪瑞利波能量主要集中在艾里相处.
1.7 相速度 1.5 归 1.3 一 化 速 度 1.0 群速度
a 0.7 0 20 40 60 频率(kHz) 80 100
三种阵列声波仪的比较
仪器项目 斯伦贝谢 阵列仪 阿特拉斯 阵列仪 （DAC） Computalog 阵列仪 （DAT400）
仪器长度(m)
接收器阵列数 发射器中心频率(kHz) 发射器频带宽度(kHz) 数字化精度(A/D)
11.6
8 12 5~18 8
12.3
12 9 1~15 1~20(接收器) 12
三、阵列声波的井眼补偿原理
通过对接收阵列中各个波列的差值计 算，可以消除传统触发电平法的相位误差 和“周波跳跃”等现象，而且提高了提取 波形信息的精度。
接收阵列
假发射阵列
测量层段
STC信息提取的阵列声波测井结果
第三节 多极子阵列声波测井方法
多极子阵列声波测井是上世纪
90年代和本世纪初出现的，以斯 伦贝谢公司的偶极横波成像仪 （DSI）、Sonic Scanner多极阵 列扫描声波测井仪和阿特拉斯公
P
S
ST
CSU 全波列波形特征图
2、3700长源距声系(Atlas)
3700仪器声系采用双发双收结构，其组合方式为：T1发射R2接收，波
形WF1，源距9ft； T1发射R1接收，波形WF2，源距7ft；T2发射R1接收，波
形WF3，源距为9ft；T2发射R2接收，波形为WF4，源距为源自ft。ST8.63
8 1~12 11
二、波形信息提取方法
声波全波列测井资料包含的信息非常丰富，各种组分波的 传播速度、幅度衰减、频率主值以及波形包络等参数都与储层
及性质有密切关系。这些参数可广泛用于非均质复杂储层的油
气评价和钻采工程参数选择。 声波全波列测井资料的一般处理流程是：首先识别和提取
各道波形中纵波、横波、斯通利波等组分波的波至点；接着计
对于软地层（流体声 速大于地层横波速度）, 不能激发出滑行横波和伪
瑞利波，全波列中只出现
滑行纵波和斯通利波，见 教材图5-3。
虽然在一些记录中，
可以清楚地看到P波、S波 和斯通利波的波至时间 (见右图); 。但是，在更 多情况下，由于噪音高、 井筒条件差或其它影响因 素会使这些波至不清晰或
相互混淆。
第五章 声波全波列测井
声速测井和声幅测井，只记录滑行纵波首波的传播时间和第一个 波的波幅，利用井孔中声波的信息非常少。随着声波在裸眼井中传播 理论的研究，知道发射探头在井孔中激发出的波列携带了很多地层的 信息，如果把声波全波列都记录下来，通过数字信号处理，可获得纵 波、横波和斯通利波等波形信息，由此开展地层弹性特性、破裂压力、 地层渗透性、裂缝及油气识别等方面研究，有利于扩大声波测井在石 油勘探中的应用。上世纪七十年代，随着计算机和数据采集技术的迅 速发展，国外开始出现的长远距声波全波列测井，也只是局限于纵波、 横波的信息利用；到了上世纪九十年代出现了交叉偶极子阵列声波测 井，大大拓宽了声波全波列测井的应用。 本章主要介绍长源距声波测井、阵列声波测井、交叉偶极子阵列 声波测井的测量原理、波形信息提取及应用解释等内容。
声系结构及记录的四道全波列波形
3、阵列声波测井
也称数字阵列声波测井（Digital Array Log，阿特拉斯公司简称DAC），分
别在20世纪80年代末和90年代初推出。这种声波测井仪源距长、间距小（一般为 6in）、接收探头个数多，一般接收探头8~12个。就物理原理而言，阵列声波测井 仪器与长源距声波测井没有本质的差别，发射和接收探头仍使用对称振动模式，即 单极子振动模式，只是各种性能得到了进一步改善，提高了信噪比，降低了发射探 头的频率，有利于斯通利波记录和信息的提取。
设时窗长度为Tw 微秒，时窗移动的慢度（时差）为 微秒/英尺，时窗在
s
( s, )
2
1 M

M
Tw
0
M rm t sm 1z dt m1
Tw
2
rm t s(m 1)z 2 dt 0 m 1
当窗口内波形上的信号 对比关系最好时，相干性
就最大。这一深度的STC
图（左下）在慢度- 时间 平面内用颜色显示相干性，
最大的相干性用红色表示。
相干性值投影到沿慢度轴 的垂直条上，然后以薄水
平带的形式显示在STC投影
曲线的对应深度（右）。 将所有深度的相干性最大
值连起来，就得到每种波
的慢度曲线。
在STC法处理得到纵波、横波、斯通利波时差值之后，可估算出各成 分波在全波波形上的初至时间。在各成分波初至时间后开一时窗，计算 出窗口内信号的能量。一般用ENC、ENS、ENST表示纵波、横波、斯通利 波的能量。
(Tc1 Tc 2 ) (Tc 4 ' Tc 2 ') t c 2l (T T ) (Tc 3 ' Tc1 ') t c c 3 c 4 2l （l =8 '） （l =10 '）