最新钻井地球物理勘探教案——第七章 声波测井
地球物理测#声波测井
不产生滑行横波
不产生滑行横波
泥 岩
砂 砂 砂 层（疏松） 岩（疏松） 岩（致密）
1800
2630 3850 5500 7000 7900 5400
950
1518 2300 3200 3700 4400 3100
62º 44´
37º 28´ 24º 33´ 16º 55´ 13º 13´ 11º 41´ 17º 41´
声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井
地球物理测井—声波测井
方位声波成像测井 偶极横波成像测井 井周声波成像测井 超声波成像测井
声 波 成 像 测 井
地球物理测井—声波测井
岩石的声学性质
是一种机械波，是介质质点振 动向四周的传播。 目前声波测井使用的频率为 20Hz－2MHz。
什么叫声波？
地球物理测井—声波测井
3、描述弹性体的参数
岩石的声学性质
（1）杨氏模量E(定义为应力与其应变之比)
Hook定律：
l F F a l S ES
F S E l l
物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度。
l、s—分别为弹性体长度、横截面积； E—弹性体的杨氏模量，kg/cm2或dyn/cm2 F/S—为作用于单位面积上的力，称为应力。
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。
4、声波测井
A’ T2
B’
优点：1）消除了井眼不规则 的影响。
双发双收声系（井眼补偿声系）
声波测井 声速测井曲线形态及影响因素 曲线形态： （1）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点； （2）岩层界面位于时差曲线半幅点处； （3）在界面上下0.25米不反映岩层的时差（l=0.5米）。
泥岩 砂岩
J1
t
0.3米
182 168 156 143 143 143 164 171 220 620 608 750~985 442
5 5 ..5 5 1 .2 4 7 .5 4 3 .5 4 3 .5 4 3 .5 5 0 .0 5 2 .0 6 7 .0 1 8 9 .0 1 8 5 .0 238 1 3 4 .7
2 .6 5 2 .6 5 2 .7 1 2 .8 7 2 .8 7 2 .8 7 2 .9 8 2 .3 5 2 .0 3 1 .0 0 1 .1 0
~
5MHz
声波测井 岩石声波速度
VP VS
2
E
E
(1 ) (1 )( 1 2 )
1 2 (1 ) V P 1 . 732 V S
0 . 25 ,
在均匀各向同性介质中,纵波、横波速度与密度、弹性系数有 关，对于岩层速度是：1）与岩性有关；2）与岩层的孔隙度、流 体特性及饱和度情况有关；3）与埋藏深度、地质年代、地质构 造等有关。
声波测井
§4.2 声速测井 声速测井—测量声速（时差）—识别岩性/流体性质，计 算孔隙度 时差：速度的导数。物理意义：声波传播单位距离所需的 时间，μs/m或μs/ft，也称慢度。 声系：若干个声探头采用不同的源距和间距组合而成的井 下声波测量系统。 源距与间距：发射探头（T）到接收探头（R）的距离为源 距（L），接收探头（R）到接收探头（R）的距离为间距（l） 。
吉林大学钻井地球物理勘探(测井)教案
课程教案课程编号： 0801223022课程名称：应用地球物理 4 ：钻井地球物理勘探课程英文名称： Applied Geophysics 4: Geophysical Well Logging总学时： 64学分： 3.5开课单位：地球探测科技与技术学院，地球物理系授课对象：地球探测科技与技术学院，勘查技术与工程专业本科生前置课程：普通物理一、教学目的与要求《应用地球物理 4 ：钻井地球物理勘探》是应用地球物理系列课程之一，是勘查技术与工程专业的学科基础课程，本教学大纲适用于勘查技术与工程专业的本科教学。
通过本课程教学，使学生掌握电测井、声测井、核测井及研究油井的其它测井方法的基本原理，了解与测井资料解释与处理与测井数据采集有关的基础知识和基本概念，为进一步学习《测井资料解释与数据处理》、《测井数据采集原理与技术》课程打下基础。
通过对本课程的学习，学生应掌握各种主要测井方法的工作原理，了解如何根据地质与工程问题选择测井系列的能力。
二、教学内容应用地球物理Ⅳ——钻井地球物理勘探第一章绪论一、定义钻井地球物理勘探——在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称。
又称为：地球物理测井、矿场地球物理、油矿地球物理。
简称为“测井”。
1 ．石油勘探与开发过程的几个阶段（测井在其中的位置）；1 ）地质调查—查明含油气盆地、提出含油气远景区；2 ）物探—帮助查明盆地状况，通过详查找出有利储油的构造；3 ）钻探—了解地质分层，寻找出油气层；4 ）测井—划分渗透性地层，判别渗透层含油气情况；5 ）试油与采油—为了解油井动态变化及研究井的技术状况，还须进行测井。
测井是贯穿在整个石油勘探与开发过程中的一个不可缺少的环节。
2 ．有关“井”的几个概念1 ）钻井—又称钻孔，井孔，井眼2 ）泥浆—用于将钻井过程中产生的岩屑排出地面；保持对地层产生适当压力，防止发生井喷。
3 ）裸眼井与套管井3 ．常用石油测井方法1 ）以岩石导电性为基础的一组方法；普通电极系电阻率法测井；微电极系测井；侧向测井及微侧向测井；感应测井、阵列感应测井、介电测井；微电阻率扫描成像测井。
声波测井主讲
2.声波参数 质点振动的频率 声波传播的速度（由介质的性质决定） 声波的波长
通常我们人的耳朵只能听到频率在20～20000Hz之间的声音，称为可听声; 频率低于20HZ的声音就叫做次声，次声发生时所产生的波动叫次声波; 频率高于2万赫兹的声波叫超声波，声波测井中用的频率一般在2000～20000Hz之间，而超声 成像测井频率在0.5MHz～1.5MHz之间。
处理，转化成图象。
噪声测井
2-3 主要Biblioteka 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
理 周声波成像方法的完善。
论 ★ 1956年，Wyllei时间平均公式提出； ★ 1952年Biot孔隙介质理论提出；
发 展
★声波测井理论20世纪70年代末发展起来。
★模拟信号—数字—成像，数字化—信息化—成像化—系列化；
特 ★仪器的研制略超过方法理论的完善，即大致在理论方法指导下研制成功仪器，
点 在测井资料前提下使方法完善；
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。
《声波测井》PPT课件
1.76
易吸收，穿透能力小
γ：光子 ，不带电，
质量小，穿透能力强。
放射性测井
3. 射线与物质的相互作用 能在衰变时发射光子的元素称为伽马辐射体。
地层中能发射伽马光子的核素主要是U、Th及其衰变 产物和钾的放射性同位素K-40。伽马光子与物质发
生相互作用的过程中，能量逐渐降低。如果射线的能 量<30Mev, 伽马光子与接触物质间将可能逐级产生
lectron effect occurs, which is first explicitl y explained by Albert Einstein
eγ
放射性测井
3.3 光电效应 : photoelectric effect if energy of γ ray less than 0.51Mev,photoe
Mev
e+
放射性测井
3.1 Electron Pair Effect
e-
Eγ≥1.022Mev
e+
放射性测井
3.2 康普顿效应:Compton effect
With the attenuation of γ energy, the impac tion capability of γ is decayed, when its energy is between 0.51Mev to 1.022Mev, the Computon effec t occurs.
1. 波的传播
入射波
声波测井新技术
入
反
射
射
角
角
反射波
折射角
介质1
介质2 折射波
声波测井新技术
2. 产生滑行波的条件
折射定律: Sin VP1 Sin1 VP2
地球物理测井测井课程设计
地球物理测井测井课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解地球物理测井的基本原理，掌握测井曲线的解读方法；2. 学习并掌握不同岩性的地球物理特征，能够分析地层岩性及物性参数；3. 了解测井资料在油气勘探与开发中的应用，掌握基本的数据处理与分析技巧。
技能目标：1. 能够操作测井设备，进行简单的现场数据采集；2. 能够运用专业软件处理测井数据，绘制并解读测井曲线；3. 能够运用测井资料进行地层对比、油气层识别及储量计算。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对地球物理测井的兴趣，激发探索地球深部奥秘的欲望；2. 增强学生的团队合作意识，培养在实践操作中解决问题的能力；3. 提高学生的环保意识，认识到地球资源的重要性，培养学生的社会责任感。
课程性质：本课程为高中地理学科选修课程，旨在帮助学生了解地球物理测井的基本知识，培养学生的实践操作能力。
学生特点：高中生具有较强的逻辑思维能力和动手操作欲望，对地球科学有一定的好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
通过课程学习，使学生在掌握测井基本知识的基础上，能够独立完成测井数据的采集、处理与分析。
同时，注重培养学生的情感态度价值观，激发学生对地球科学的研究兴趣。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 地球物理测井基本原理- 测井方法与设备- 地球物理参数的测量原理- 测井曲线的生成与解读2. 地层岩性与地球物理特征- 岩石的物理性质与测井响应- 不同岩性的地球物理特征分析- 地层对比与岩性识别3. 测井资料的应用- 油气层识别与评价- 储量计算与资源评估- 测井资料在勘探开发中的应用案例4. 测井数据采集与处理- 测井设备的使用与操作- 测井数据的质量控制与处理- 测井曲线的绘制与分析5. 实践教学环节- 实地测井操作体验- 测井数据处理与分析实践- 测井成果综合应用教学内容依据课程目标，结合教材相关章节，确保科学性和系统性。
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。
7-声波测井PPT课件
.
21
2. 声波速度测井 Acoustic velocity logging
1）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井仪简介
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 20kHz。
.
R1 R2
23
2. 声波速度测井 Acoustic velocity logging
（2）单发射双接收声速测井仪的测量原理 需要指出的是，接收器接收到的声波，除了滑行波外，还有从声源经仪
器外壳和井内泥浆直接到达的直达波，以及由井壁反射而进入接收器的反射 波等，这些波共同构成一个延续的声波波列。为了保证接收器首先接收到滑 行波，就必须消除后面几种波的干扰，即不让这些波在滑行波之前到达。
对于完全线弹性体，正应力只与线应变有关，切应力只与切应变有关。
.
8
1.岩石的声学特性
1）岩石的弹性
（3）弹性力学常用参数
A、杨氏模量E
弹性体发生单位线应变时弹性体产生应力大小,亦即应力与应变之比。
杨氏模量的单位是 N/m2。
B、泊松比
E F A L L
弹性体在单轴外力作用下，当受力方向产生伸长时，自由方向缩小。
声波测井课程
第一章 声速测井
第一节 井内测量声速信息方法
1.1 声波在井壁上折射与滑行波
某些地层纵横波速度和临界角 Vf=1600m/s，=1.2g/cm3
地层 泥岩 砂岩 1 砂岩 2 砂岩 3 石灰岩 白云岩 钢管
Vp（m/s） 1800 2630 3850 5500 7000 7900 5400
Vs（m/s） 950 1518 2300 3200 3700 4400 3100
它们的波长之比为：s/ p=Vs/Vp•fp/fs=0.578 •20/18
=0.65 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。另外，横波反射系数远小于纵波反射系数，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。
第一章 声速测井 第一节 井内测量声速信息方法
AC tV1, AB tVP , sin C
V1 VP
AC AB
说明C与B点波阵面相位相同—侧面波，F点发射源看作点 源，向四面入射，以C点固定CB面转一周成圆锥面。
第一章 声速测井
第一节 井内测量声速信息方法
1.1 声波在井壁上折射与滑行波
二、滑行纵波
4）对于井内接收点，滑行波的振幅随距离Z增加是
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
绪论
二 声波测井
1、20世纪30年代和40年代，为了地震解释的需要最早进行了一 些声速测井实验。
2、1954年开始使用单发双收声速测井仪。
发
3、1956年Wyllei (1956) 时间平均公式提出。
本科生专业课教学多媒体
声波测井原理
地球物理测井：第07章 测井资料综合解释方法
2020/12/12
3
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测井图的一 般认识：
曲线名 曲线单位
曲线道 线型 线宽/粗 刻度类型
左右刻度 第二比例 深度道 深度比例 解释结论 岩性 井壁取心
4
2. 测井解释的要求和层次
基本要求
➢ 选择合适的测井系列，并保证测井资料的真实性、准确性； ➢ 收集尽可能多的第一性资料； ➢ 选择合适的解释模型； ➢ 综合地质、试油及邻井资料，综合分析，给出综合解释结论。
2020/12/12
2
多井解释
➢ 地层对比 ➢ 复查解释结论 ➢ 二次解释和多次解释 ➢ 沉积相研究 ➢ 油藏描述
（3）常用解释结论
➢ 储层的测井解释结论一般包括 油层、水层、气层、油水同层 （含油水层、含水油层）、干 层、疑难层等；
➢ 如果是水淹层测井解释，则需 要解释油层水淹级别（多个水 淹级别）。
【参见课本P170表11-1】
（3）电阻率系列
用途：准确反映原状地层电阻率、计算饱和度、区分油水等 测井方法选择：两大类，即侧向测井和感应测井（最常用感应）
➢ 侵入较浅：深感应或深侧向皆可 ➢ 侵入较深：若Rxo<Rt(盐水泥浆、低侵)用侧向，反之用感应 ➢ 一般Rmf>3Rw时用感应，Rmf接近或小于Rw时用侧向； ➢ 常用组合测井确定Rxo、di、Rt：双感应-微聚焦，双侧向-微球等。
实际选择方法
要根据工作目标、结合地区特点及钻井泥浆性质等进行综合考虑 （参看课本 P174 表11-4 所列实例）
裸眼井基本系列（九条线）：
三孔隙度(声波、密度、中子)、三电阻率(深、中、浅)、SP、GR、CAL
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11
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第一课物探第七章地球物理测井
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
地球物理测井的发展历史和趋势
1927年，法国人Henri Doll在阿尔萨斯省的Pechelborn油田的 一口井中测量的第一条电阻率测井曲线。
MV
N M
H
A
电阻率测井原理图
1、供电部分 其中B极为无穷远极，供电电流从A极流出，经过泥浆、地层， 反回地面流向B极，构成电流回路，供电后保持电流强度不变。 2、测量部分 电流在岩石中产生的电场，随岩石或地层电阻率的不同而不同， 测量岩石或地层中电场的分布就能了解岩石或地层电阻率的情 况。
通过测得M、N之间的电位差（Vmn），该电位差通过电缆送
ECIT
EAST CHINA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
地球物理测井的基本流程
①测井施工设计：测量井段、测井系列（拟增加的测井方法） ②测井施工： ③资料记录和传输 ④资料处理和解释 测井资料具有深度准确、剖面连续等特点；测井时，岩石的 埋藏条件基本没有改变；测井费用低廉、施工方便等。 地球物理资料的多解性也同样存在于测井资料中，改善测井 信号分析技术，尽量多的提取有用信息，提高解释精度与符合 率是测井工作始终要努力的方向。
• ②通过自控装置，使其保持在A0、A1、A2上的电位相等； • ③ I0、I1、I2相互排斥，致使I0几乎不能沿井身流动，被挤压
成扁盘状垂直井轴方向流入岩层；
• ④大大减小井液及围岩的影响，克服了井液电阻率过低或岩
层电阻率过高的影响；
• ⑤记录仪记录A0表面的电位，即相对无穷远极B0的电位差。
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第七章声波测井
岩石中声速的差别与岩石致密程度，结构和孔隙充填物等有关。
声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中研究岩层特点的一类方法。
声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。
第一节声波测井的物理基础
一、声波物理性质简述
对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来研究声波在岩石中的传播过程。
1 ）描述固体弹性的几个参数
①杨氏模量 E （纵向伸长系数）；
②体积弹性模量 K ；
③切变模量μ；
④泊松比σ。
2 ）声波在岩石中的传播特性
①纵波与横波（压缩波与剪切波）
②波的能量与振幅的平方或正比
③声波幅度随传播距离按指数规律衰减
④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。
首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。
二、钻孔内的声波
第二节声波速度测井
一、单发射双接收声波速度测井原理
测量沿井壁传播的滑行波的速度。
二、井眼补偿式声波速度测井原理
目的在于克服井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。
三、长源距声波测井
目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，克服井壁附近低速带的影响。
源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。
全波测井源距较长，以提高各种波的分辨能力。
四、阵列声波测井及分波速度提取
五、偶极横波测井
1 ．单极源及偶极源。
2 ．挠曲波及其与横波的关系。
软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可根据挠曲波的速度来求取横波速度。
第三节声波速度测井的解释与应用
一、影响声波速度测井曲线形状的因素
1 ）周期跳跃
引起声皮跳跃的岩性因素：
①裂缝层，破碎带；
②含气水胶结纯砂岩；
③高速层（波阻抗大，能量不易传递）；
④井径扩大或泥浆中溶有气体。
2 ）源距与间距的影响
源距—要保证克服盲区的影响，使折射波首先到达接收器（ 1m 即可，长源距可达 2.5m ）。
间距—影响分层能力。
3 ）探测深度
约为三倍波长，即 25 ～ 115cm 左右。
二、声波速度测井在储层研究中的应用
1 ）确定岩层孔隙度
利用体积模型，得出：
固结不良地层需对Φ值进行压实校正。
含分散泥质需利用自然电位求出的校正系数进行校正。
2 ）划分岩性和地层对比
声波测井曲线不受井眼大小和泥浆矿化度的影响。
3 ）判断气层
三、确定地层弹性参数
利用一组弹性模量来确定地层的机械强度。
弹性模量可表示出弹性体在失去弹性或破碎之前所能承受的应用的大小。
作这种计算时，需用到横波速度。
四、声波速度测井在地震勘探中的应用
地震勘探课程中，对这部分内容已有叙述，此处不再提高。
第四节固井声波幅度测井
采用单发单收型仪器、测量初至波第一个波峰的振幅，据此判断套管一水泥环之间胶结好坏。
1 ．全波记录方式
1 ）调解变密度记录
2 ）调宽变密度记录
3 ）全波扫描照像记录
2 ．声波全波测井的应用
1 ）检查水泥胶结质量
可判断第一界面和第二界面的胶结情况
第五节声波井壁成像测井
利用声波来扫描井壁，在泥浆中，观测井壁，形成井壁的声波图像。
用途：
1 ．确定井壁裂缝位置及方法。
横切井眼的裂缝，在记录上呈正弦曲线形状。
2 ．鉴别岩性及产状。
3 ．套管技术状况检查。
内容重点：
1 ．单发双收声波速度测井原理
2 ．井眼外偿声波测井，长源距声波测井各自的特点是什么？
3 ．利用声波速度测井求取地层孔隙度中的原理是什么？
4 ．利用声幅测井检查固井质量的原理。
5 ．声波电视测井原理及判断层面产状的方法。
基本概念：
纵波横波斯通利波挠曲波周期跳跃固井第一界面固井第二界面
思考问题：
1 ．各种声波速度测井方法的原理，以及发展这些方法的目的都是什么？
2 ．测量地层中横波速度的重要性是什么？比较现有的几种确定横波速度的优缺点是什么？最佳的方法是哪一种？
3 ．什么是周期跳跃？怎样看待周期跳跃？
4 ．试用体积模型说明利用声速测井确定孔隙度的原理？
5 ．声波电视测井观察到的井壁图像能够反映什么问题？。