第6章声波测井

三、声波全波测井
1．定义：声波全波测井是以记录整个声波列显示， 来研究水泥胶结质量的方法，它常与记录首波幅度 的固井声幅测井配合，用来检查声幅测井，估计水 泥胶结质量可靠性和解决一些特殊的水泥胶结问题。
2．仪器：声波全波测井井下仪器也是由一个发射器 和一个接收器构成。为了记录整个声波波列在套管 中传播时衰减情况，目前采用了三种记录方式：全 波调辉变密度测量、全波调宽变密度测量和全波扫 描照像测量。通常将前两种记录方式的全波测井又 叫声波变密度测井。声波全波测井还配有地面测量 面板、示波器和摄相仪。
1．测井仪的简单结构
由具有一定形状，有压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体制成，供脉冲电流，使 晶体受到激发以产生振动，其振动频率由晶体的体积和形状所决定
2．时差概念与地层速度的关系
两个接收器先后产生的电信号第一波峰之间时间差称为声波时差。 两接收器之间井径没有明显变化仪器居中时 时差单位 微秒/米
l为两个接收器之间距离，称为间距，若l=1，则 Δt=l/v2
声波全波(长源距声波仪)信息采集和处理
声波全波是指发射探头同一次发射后，引起井壁的滑行波和沿井壁--钻井 液界面传播的界面波的全体。这些波依据到达接收探头的先后分别为：
滑行纵波(P波)
伪瑞利波
斯通莱波
滑行横波(S波)
伪瑞利波
纵波
横波
斯通莱波(ST)
3．声波变密度测井也是一种测量套管外水泥胶结情 况、检查固井质量的一种声测井方法。该方法不仅 能反映套管与水泥环之间胶结情况还能反映出水泥 环与地层之间胶结情况。
一、固井声波幅度测井：
固井声幅测井一般采用源距为1米的单发单接收测量装置。以发射探头发 出的声波，最先到达接收器的是沿套管传播的滑行波所产生的折射波， 这种在套管中传播的波叫套管波。套管波的强弱（即幅度的大小）与 套管及其周围介质之间的声耦合情况有密切关系。
在下套管有水泥的井中，当套管外无 水泥或水泥与套管胶结不好的情况 下，套管与水泥环之间的声耦合较 差，接收探头接收到的首波的幅度 就强。反之，在胶结良好的情况下， 套管与水泥环的声耦合较好，大部 分能量进入水泥环而只有小部分能 量仍在套管中传播，这时接收探头 接收到的首波的幅度明显下降，直 至消失。因此，测量的首波的幅度 变化就能反映套管外水泥的胶结情 况。当然，除去这一主要因素外， 首波的幅度还与套管的尺寸和厚度、 水泥环的强度以及仪器偏心程度等 因素有关。因此解释时综合考虑， 以得出准确的解释
泥岩在时差曲线上显示为高值，当其致密程度增加时，时 差降低。
由于在各类岩石中声波不同，因此使声波时差曲线具有一 定的对比性。当一定类型的岩层，且孔隙度和岩性在横 向上大体稳定时，时差曲线即可以用来作地层对比。它 的优点是不受井眼大小和井内泥浆矿化度的影响。因此， 如果不能从其它测井方法获得良好的对比标致层时，可 试用时差曲线进行地层对比，有可能获得成功。
在下套管注水泥的井中进行声幅测井时，测量的是套 管波首波的幅度，另外还有通过水泥环、地层以及 泥浆传播的水泥环波，地层波以及泥浆波，它们到 达接收器的时间有早有晚，最先到达的是套管波， 其次是地层波，最晚到达的是泥浆波（直达波）。 因为声波难于沿水泥环传播，所以水泥环波很弱可 以忽略不计。声波变密度测井就是按时间的先后次 序将这四种波全部记录下来的一种声测方法。
将一个受控声波振源放入井中，声源发出的声波引起周围 质点的振动，在地层中产生体波，即纵波和横波，在井壁--钻井 液界面上产生诱导的界面波即伪瑞利波和斯通莱波。这些波作 为地层信息的载体，被井下接收器接收，送至地面的记录下来， 即为声波测井。
根据声系(接收器、声源的统称）排列及尺寸的不同，声波 测井仪可分为补偿声波测井仪（BHC）、 长源距声波测井仪（LSS） 阵列声波测井仪。

2．井眼补偿声速测井原理
两个发射器，两个接收器——“双发双收” 此种仪器在井径扩径，仪器不 正的地方，均可以平衡而使得所测的时差Δt保持不变，从而达到了补偿
井眼以及消除仪器倾斜影响的作用 Δt=l/v2
四、影响声波测井曲线的因素及曲 线特征
1、影响因素
1）井眼补偿测井基本上克服了井径 变化和仪器倾斜对声波时差曲线的 影响；
膏盐剖面：其中的岩盐和石膏层，用电测无能 为力，用声速可获得良好效果。岩盐时差为 高值217—193，无水石膏时差显示为低值 164—193
碳酸盐岩剖面：灰岩 156—144、白云岩 125时差最低，泥 灰岩和泥岩时差较 高。当石灰岩和白 云岩为孔隙性或裂 溶性时，声波时差 就明显地增大。在 纯石灰岩或白云岩 井段，可以利用时 差曲线划分出储集 层（孔隙性或裂缝 性层段）
一、声波速度测井的物理基础
1．岩石的弹性性质 纵波：质点振动方向平行波
前进方向 通常：大，大；小，小。 横波：质点振动方向垂直波
前进方向 同一介质中 大多数沉积岩σ=0.25，因此 2．声波通过两种介质分界面
的传播 反射（波阻抗界面）、透射
（折射）
滑行波产生的条件是： ① ② i——临界角
二、单发双收声速测井仪的测量原理
2.判断气层
在天然气中和在油水中声波速度差别大，一般气比油水中大30— 50us/m，所以当岩层孔隙中含气时，时差将显著增大。此外由 于声波在气层中能量衰减显著，有可能出现周波跳跃现象。
3.确定地层的孔隙度Φ(取值原则）
实验中对于固结的纯岩石，声波时差与孔隙度Φ及液体性质之 间关系。
即：砂岩（182μs/m） 灰岩（156μs/m） 白云岩（142μs/m） 硬石膏(164μs/m） 石膏（171μs/m） 岩盐（220μs/m） 淡水（620μs/m） 盐水（608μs/m） 油（757—985μs/m） 甲烷（442μs/m）
3．记录时差的原理
将接收器产生的电信号之间的时间差转换为电位 差进行记录。 两首波（第一个负峰）两端电 压ΔU与记录波数目和带电量有关，若数目、幅 度一定，便与它宽度（即时差）成比例。电位 差记录仪记录，并把刻度成时差时差曲线
三、单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井
1．井径变化，仪器倾斜对单发双收影响
二、裸眼井中进行声幅测井
可以用来在碳酸盐地层和硬的砂岩中寻找裂缝带。 固井声幅测井测的是套管波，反映的是套管与水 泥之间的胶结情况，无法测量来自地层的续至波。 因此，难以判断水泥与地层的胶结情况。留待的 问题由全波测井解决。
单发单收——测地层波幅度 单发双收——测两探头接收到地层波幅度差（裂缝
内无含物、溶洞性地层统一干扰）+声波测井→ 判断裂缝
井径变化时，仪器不居中，测量结果有影响。 扩径、缩径处使得时差值有变化，上发射下接收仪器，井径扩
大处的下部界面，出现时差减小异常，上部时差增大异常， 其原因是当仪器处在井径扩大部分的底部时，Ｒ１则已进入 井径扩大部位，而R2仍在下部井径未扩大部分，由于，于是 Δt减小；同理，当仪器位于扩径的顶部时，R1进入井径未扩 大部分，而R2仍在大井径处，，所以Δt增大。对于下发射上 接收情况可以作同理解释。 仪器不居中，两个接收器同井壁间距离不相等，使测量结果受 影响，为了克服以上缺点，应用井眼补偿声速测井。
第六章 声波测井(Acoustic logging ）
声波测井：在各种岩性的岩层中，声波的传播 速度及其它声学特性（如幅度的衰减、频率 的变化等）是不同的，利用岩石的这种物理 性质研究井剖面的测井方法称声波测井。
声波测井是五十年代发展起来的一种重要方法。最初，在井中 测量声波速度，是为了适应地震勘探的需要 ，以便更准确 地确定地震波的传播速度。后来发现，在岩石中声波的传 播速度同岩石的孔隙度有密切关系，肯定了声波测井是一 种有价值的测井方法。现在应用声波测井作地对比，计算 岩层孔隙度，与电阻率法及其它测井方法配合来划分油、 气、水层，在碳酸岩层寻找裂缝带，检查固井质量等。
4）探测范围：声波测井探测范围指井壁滑行波的影响范围。它和
声波的波长有关：其探测范围一般大约等于三倍波长。
2．曲线特征
1）均匀，上下声速相同，曲线中心关于地层中心对称，岩层界面 位于曲线急剧变化处。
2）界面附近，井径影响，不反映真值。 3）岩层不均匀或夹层时，对着岩层部分的时差曲线出现对应变化。 4）声波的“周波跳跃”：疏松的含气砂岩层，裂缝带或破碎带，
选择源距时，首先要考虑使折射波最先到达接收器
源距Ｌ的选择，应满足以下要求：
源距Ｌ应足够大，使泥浆中的直达波滞后到达接收器；当时，不产生滑行波（少 见），时， Ｓ——发射器与井壁间距离，
滑行波在岩层中穿行距离要足够大；到达接收器声波幅度足够大，便于记录。
实际中测声速与地震中不一样，当L→大时，测v→大。选择L多大合适，尚无理 论证明。l选择，间距l大小决定并影响分层能力，l小分层能力强，l大分层能 力差。高速地层位于低速地层之间，当l＜h时，高速地层有明显的时差异常 显示，当l＞h时，高速地层与围岩时差减小，不论l大或小，时差曲线宽度均 为l+h。
一般认为声波测井确定的孔隙度Φ是原生孔隙（均匀粒间孔）， 不包括次生孔隙，常用Φs表示。
对于固结不好或未固结岩石，Δt要比固结岩石大,那么计算出孔 隙度Φ高,需作校正。
校正系数： 固结不好CP＞1，CP=1固结良好，如含泥质，需作泥质校正
α—泥质含量校正系数 4．为地震勘探提供声速资料：作速度普分析，人工合成地震
以及井眼严重垮塌等地段，出现时差明显增大且有时变化无规律 的现象，造成声波的“周波跳跃”。根据周波跳跃可以发现气层 或碳酸岩地层中的裂缝发育带。
五、应用
350 250
1.划分岩性，作地层对比
由于各类岩石声波速度不 同，所以根据声速曲线 可以划分不同岩性的岩 石。
砂泥岩剖面：一般情况是 砂岩显示为低时差（高 声速）400—180 （2500—5500），泥岩 显示为高时差（低声速） 548—252（1810— 3960），页岩介于砂岩 与泥岩之间，砾岩一般 具有低时差（高声速）， 且愈致密时差愈低。