地球物理测井声速测井

弹性体在外力作用下，纵向上产生伸长的同时，横向缩小。设有一圆柱形弹性体的直径和长度
分别为d和l，在 外= 力弹作性用体下的，横直向径应和变长/纵度向的应变变化分别为Δd和Δl，那么横向相对减缩Δd/d和纵向相对 伸长Δl/l之比称之=为（泊△松d/比d）。/（△l/l）
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量, 只是表示物体几何形变的系数。
换
换
换
能
能
能
器
器
器
R1 R2
T
R1
R2
放大线路 发射探头 接收探头
声速测井仪示意图
三、声波时差曲线的影响因素
声波时差曲线反映岩层的声速，声速高的时差值低，声速低的时差值高，因此时差值受 地层特性的控制，此外还受到井条件及仪器本身的影响。
影响因素
井径变化的影响
地层厚度的影响
“周波跳跃”现象的影响
1.井径的影响 ① R1处在井径扩大井段，R2位于正常或缩小井段时，滑行波到达R1的时间增加，而到达R2的时间不 变，因此时差下降。
探后头的设的任:路意径仪时传器刻播居,这时中些用,子井时波径最的规短包则. 络就是新的波前.
C
E
则
R1
D F
R2
T CD l
v2
v2
t 1 T
v2
l
在扩径井段上部,时差增大 T
R1
R2 在扩径井段下部,时差减小
T 井径扩大井段
R1
R2
T t2 t1
BDBCDFCE
v2
v1
时T差曲线特点: 1)对着厚地层的中部,声波时差不受围岩的影响,时差曲线出现平直段,该段时差值为该厚地层的时 差值; 2)在地层界面处,测量受到两种地层的共同影响,所测时差不能反映地层的实际时差; 3)在薄层情况下,测量要受到围岩的影响,其测量结果同样不能反映地层的实际时差值.
间
O
D
距
F
R2
记录点O
5、输出的测井曲线 输出一条声波时差曲线
时差 s/m
气层－厚层
气水同层
二、单发双收声系井下仪器组成
隔声体
下井仪器
记录仪
电子线路
声系
隔声体
在下发井仪器的外壳上有接很多刻槽，称之为接隔声体，用以防止发射换能器 发射的声射波经仪器外壳传至收接收换能器造成对收地层测量么叫声波？
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。
声波 次声波 超声波
20Hz < 频率 < 20KHz 频率 < 20Hz 频率 > 20KHz
（一）岩石的弹性及弹性参数 1、弹性 是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。 2、物体的分类 弹性体： 受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。
注意 纵波可以在气体、液体和固体中传播。
横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它的切变模量=0
在井下，纵波和横波都能在地层传播，而泥浆中只能传播纵波。
2、岩石的声速特性
声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。声波在弹性介质中的传 播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。
纵波速度 横波速度 E—杨氏模量
②R1位于正常或缩小井段，R2位于井径扩大井段，滑行波到达R1的时间不变，而到达R2的时间增加， 因此时差增加。
当 *
则 ：
v * 滑行波指:
-1 1
= Sin 当v1 <v2、且入射波以临
界角入射时，在两种介质
的界面上产生的以v2速度 传播的折射波。
v2
2
滑行波沿界面滑行时，将沿临界角方向向介 质1中辐射能量。
对于井下岩层，一般都满足vm （泥浆速度） ＜vp（地层速度）第一临界条件，因此井中很容 易激发沿井壁滑行的地层纵波。
E (1 ) V p (1 )(1 2 )
Vs
E 2 (1 )
σ—泊松比
ρ—介质密度
纵横波比
Vp 2(1) Vs (12)
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，所以在岩石中传播，纵波总是早于横波被接 收到。
纵波
介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹性体的小体积元体积改变，而边角关系不 变。
体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。
横波（剪切波或S波）：
SV波
SH波
介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性体的小体积元体积不变， 而边角关系发生变化，例：切变波。
切变模量不等于零的介质才能传播横波。
塑性体： 产生永久形变。 在声波测井中，声源的能量很小，声波作用在岩石上的时间很短，因而岩石可以当成弹性体， 在岩石中弹传性播体的声波可以可被变认成为是弹性波。塑性体
3、描述弹性体的参数
在均匀无限的岩石中，声波速度主要取决于岩石的弹性和密度。作为弹性介质的岩石，其弹性可 用几个参数来描述：
岩石弹性参数
对于一切物质，σ都介于0到0.5之间。
（3）切变模量（）
常见岩石的弹性参数参见P54表2-1
矩形六面弹性体，其上表面abfe的面积为A，受到平行于该表面的切力Ft的作用时，在力的方向 切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。
上相对位移一段距离Δl，切应力等于Ft/A，切应变为Δl/l，切应力与切应变之比所定义的弹性模量就
B. 斯通利波（Stoneley waves） 由在泥浆中传播的纵波与在井壁中传播的横波相干产生的相干波。速度很低且可用于计
算地层渗透率。
斯通利波具有以下特点： （1）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。 （2）对地层渗透性变化敏感。 （3）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。 在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低的声波。
和评价固井状况的。
★井壁固液界面产生的两种波
瑞利波示意图
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％。
t2
AB v1
BD v2
DF v1
R1
则声波到达两个接收探头的
时间差:△T=t2-t1 D
R2 F
T t2 t1
BDBCDFCE
v2
v1
A
T t t 称发射探头与接收探头2间的距离1为源距.
B
T
BDBC DFCE l费为尔间马距时,即间两最个小接原收理探:在头所间有的经距两离种 介质界面上滑行并到达接收探头的 v v 路惠径更中斯,原声理波:沿介以质临中界波角动返传回播至到接的2收各点都可以看作是发射子波的波1源,而在其
T α*
ⅠⅡ
滑 行 波
R 辐射能
声速测井（声时差测井）
声时差测井测量声波通过井下单位厚度岩层的传播时间，即时差Δt（μs/m），由于时差的倒数 就是声速v（m/s），因此又叫声速测井。
时差时曲线差 的常用即 表示符速 号: 度的倒数t ：1
AC
v
DT
BHC 时差亦称慢度其单位是:微秒/米或微秒/英尺.
F—作用外力； l、s—分别为弹性物体理长意度义、：横描截述面弹积性；体发生形变的难易程度。
E—弹性体的杨氏模量，N/m2；
F / S—为作用于单位面积上的力，称为应力。 Δl / l—为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。
（2）泊松比σ（定义为外力作用下，弹性体的横向应变与纵向应变之比）
d
F l
水泥胶结测井CBL（研究固井质量）
声波变密度测井VDL（观察井壁情况和裂缝） 超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝）
声波频率特性类测井
噪声测井(研究油井串槽和油气水流动情况)
声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井。
声波 成像 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
波 幅A
时间t
纵波
横波和瑞利 泥浆波 波
斯通利波
裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图
三、声波在介质界面上的传播特性
1、声波在界面上的反射和折射
Ⅰ
ρ1v1
入射线
法线 αα
反射线
Ⅱ
ρ2v2
β 折射线
Sin v1 Sin v2
临界角及滑行波
设： v v 此时的入射角被称为临界角,即: 2
1
当 时 折射角等于900时的入射角
时差的单位：s/m
时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。
△t=t2-t1=
AB BD DFAB BC CE ( )( )
v1 v2 v1 v1 v2 v1
如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：
A
tBDBCCD 源 T
v2
v2
距
G
B
C
显然：CD正好是仪器的间距，时差与声速成反比。
E R1
一般，岩石的密度越大，传播速度越快，反之亦然。
在声速测井中，纵波是首波。
★声波速度的影响因素★
对于沉积岩来讲，声波速度除了与上述基本因素有关外，还和下列地质因素有关: 岩性
地质因素
孔隙度 岩石地质时代 岩石埋藏深度
1、岩性
由于不同矿物的弹性模量大小不同，介质弹性模量的大小又是影响介质声速的主要因素，所以由不同 矿物构成的岩石，其声速大小也不同。常见的介质和岩石的纵波速度如下：
杨氏模量 泊松比
切变模量 体积形变弹性模量
体积压缩系数 拉梅系数
（1）杨氏模量 E
l F F F S Ho外ok力定F律作：用在长度为l、横截面积为S的均匀弹性体的两端(弹性体被压缩或拉伸)时，弹性体的长度发 l a S ES E l l 生Δl的变化，并且弹性体内部产生恢复其原状的弹性力。
地球物理测井声速测井
1
声波测井
❖ 岩石的声学性质 ❖ 声波速度 ❖ 声波幅度测井 ❖ 声波全波测井
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术状况 的一种测井方法。
目前主要有以下几种声波测井方法：
声速类测井
声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数）
声幅类测井
在平面波的情况下，介质密度和介质中声波传播速度的乘积叫做波阻抗。
Z V Z1/Z2也称声耦合率。
Z1/Z两2越种大介或质越的小声，阻声抗耦相合差越越差大，，声声波波不能易量从就介越质难1从到介介质质Ⅰ2中中去透。射到介质Ⅱ中去。
Z1/Z2越接近1，声耦合越好，声波易从介质1到介质2中去。 各种固井质量评价测井正是利用声波在不同介质中传播时能量的藕合状况来研究
4、岩石埋藏深度 上述分析看出，可根据岩石声速来研究岩层，确定岩层的岩性和孔隙度。
在岩性和地质时代相同的条件下，声速随岩层埋藏深度加深而增大。这种变化是受上覆地层压力增大 使岩石的杨氏弹性模量增大。
岩层埋藏较浅的地层，埋藏深度增加时，其声速变化剧烈；深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化 不明显。
其它概念：
R1
R2
T t0
R1 t1
R2 R1
t2 ⊿t ⊿t
R2
1、产生滑行波的条件 V地层 > V泥浆
2、到达接收探头的波类
折射纵波
反射波
泥浆波（直达波）
3、让滑行纵波首先到达接收探头
因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V地大于V泥，如果合理选择源距可以使滑行纵波首先到 达接收探头，而成其为首波。
4、时差的表达式
2岩、层孔孔隙隙度中通常被油、气、水等流体介质所充填，这些孔隙流体的弹性模量和密度不同于岩石骨架 的弹性模量和密度。
显然，岩层孔隙度和孔隙流体的弹性模量和密度对岩层的声速有明显的影响。
孔隙流体相对岩石骨架是低速介质，所以岩性相同孔隙流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越 小。
3、岩石地质时代 深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也不同。 老地层比新地层具有更高的声速。
是切变模量切，应用变μ的表特示点: ：体积不变，边角关系发生变化。
：切变角
tg =△l/l
当很小时，tg = △l/l
e l
f
f'
Ft A Ft A a l l
e' A
a'
b
b'
Ft
l
g
d
c
(4) 体积形变弹性模量 体积形变弹性模量K的定义为：在外力作用下，物体体积相对变化ΔV/V，即应力与体积应
s/m或s/ f t
一、单发双收的测量原理
R：接收探头 声能转化为电能
T：发射探头 电能转化为声能
A T
B G
源距
C E
R1
间距
O
D
F
R2
记录点O
T
R1 R2
声波沿路径ABCE传播所需时间为t1
声波沿路径ABDF传播所需时间为t2
A
泥浆声速
B
地层声速
t1
AB v1
BCCE
v2
v1
V2
V1
C E
变之比，用K表示:
K = 应力/体应变 =（F/S）/（△V/V）
体积应变也称膨胀率。
（5）体积压缩系数 体积形变弹性模量的倒数叫体积压缩系数，以β表示：
β 1 K
（6）拉梅系数（把岩石的应力和应变联系起来的常数）
(1E )1(2)2 3K
二、声波在岩石中的传播特性
1、纵波、横波的定义 纵波（压缩波或P波）：