声波测井
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三、声波在介质界面上的传播特性
在ρ2v2>ρ1v1时，折射角大于入射角，即β> α 。当α 增大到某一角度i时，折射角达到90°。此时折射波在 第二种介质中以 v2 速度沿两种介质的界面传播。这种 折射波在声波测井中被称为滑行波。入射角i称为临界 角。
αα αα i i ρ1v1 ρ2v2
10:44:48
27
R1
T1 2TA / v1 AB / v2
T2 2TA / v1 AC / v2
T T2 T1 BC / v2 Ld / v2
地层中纵波的时差为：
10:44:48
A
tc 1/ v2 T / Ld
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
第六章 声波测井
5
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
杨氏模量 E/1011N· m-2 0.17~0.45 0.003~0.715 0.15~0.45 0.25~0.801 0.72~0.74 1.15 0.3~0.57
第六章 声波测井
岩石 页岩 砂岩 泥灰岩 石灰岩 硬石膏 玄武岩 花岗岩
10:44:48
2r / v1 cos i ( L 2rtgi ) / v 2
若要求得v2，必须已知临界角、 v1和井径。 但实际测井中，这些参数是未知的或比较难确 定的。
第六章 声波测井
T
A
10:44:48
26
第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
2.单发双收声系 声系由发射探头T和 R1、R2两个接收探头 组成，R1、R2间的距离为Ld间距)。滑行波由T 到R1、R2的传播时间分别为： R2 Ld C B O T
在井下仪器外壳上刻有很多刻槽，称为隔声 体，防止声波经仪器外壳传至接收探头，对测 量信号产生干扰。
10:44:48
第六章 声波测井
19
第二节 声波速度测井
二、井内传播的波
1.直达波
所谓流体直达波，即是由声源出发，经过井内泥浆而直接 到达接收器的波。这种波也是声源的入射波。
2.滑行波
由于泥浆波波速小于地层波速，当泥浆波在井壁以临界角 入射时，在井壁上产生滑行波，以地层速度传播。可分为滑行 横波和滑行纵波。
10:44:48
第六章 声波测井
16
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头）
在无外电场作用时， “电畴”在空间分布上是杂乱无章的，
整个材料在宏观上呈各向同性。 对压电陶瓷加以电场，在电场的作用下， “电畴”取向与 电场方向一致，由于“电畴”边界移动的影响，将产生形变。 对压电陶瓷加以交变电压，则由于电场的变化，电畴将以 外加交变电场的频率发生边界位移，在宏观上表现为形变。
10:44:48 第六章 声波测井
i
A
r
23
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
要使滑行纵波成为首波，必须选择适当的源距。
设选择的源距为 L，则直达波到达接收器所需时间为：
L Td v1
滑行纵波到达接收器所需要的时间为：
2r L 2rtgi Tc v1 cos i v2
10:44:48
第六章 声波测井
17
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头）
现有声波测井仪器的声波换能器一般是圆管状的压电 陶瓷或压电陶瓷片。
发射探头的工作原理是：逆压电效应，即经极化处理 的压电陶瓷，沿一定方向对其施加变化电压时，在电场 的作用下，将发生变形振动，从而在周围介质中激发声 波。
E 1 vs 2(1 )
10:44:48
第六章 声波测井
7
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
1. 岩性 构成不同岩石的矿物的弹性模量大小不同，岩石的声 波速度大小也不相同。
10:44:48
第六章 声波测井
8
第一节 岩石的声学特性
介质 声速/m· s-1 时差/ μs·m -1
v1为井中流体的声波速度；v2为井外地层的纵波速度。
10:44:48 第六章 声波测井 24
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
如果要使滑行纵波最先到达，则要求 Td Tc ，即
L 2r L 2rtgi v1 v1 cos i v2
Lmin
v 2 v1 sin i 2r ( v2 v1 )cos i
2.单发双收声系 如果间距过大，则所求得的纵波时差是长度为一个间距 厚度地层的平均声速，因此不利于薄层分析，而且间距过 大，第二个接收探头由于地层的衰减而记录的滑行纵波幅 度很小，不易辨认，易产生记录误差；另一方面，间距选 择过小，则被测量的声波时差的绝对值变小，则相对误差 增大。因此从提高测量精度的角度来看，间距选择大一些 为好。如果地层的纵波速度比较低时，可以选择较小的间 距，这样可以提高薄层的分层能力。
10:44:48 2
第六章 声波测井
第一节 岩石的声学特性 第二节 声波速度测井 第三节 声波幅度测井 第四节 长源距声波全波列测井
10:44:48
第六章 声波测井
3
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
声波测井中声源发出的声波能量较小，作用在岩石 上的时间很短，所以对声波测井来讲，岩石可以看作弹 性体。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。
描述岩石弹性的几个参数。
1. 杨氏模量E 正应力与正应变之比。 2.泊松比 横向相对压缩与纵向相对拉伸之比。
10:44:48 第六章 声波测井 4
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
描述岩石弹性的几个参数。
3. 切变模量μ
切应力与切应变之比。 4.体积形变弹性模量K 正应力与体变形之比。
10:44:48
10:44:48
第六章 声波测井
14
第二节 声波速度测井
10:44:48
第六章 声波测井
15
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头） 有些多原子分子晶体发生形变时，会在晶体表面产生 电荷，这种现象称为压电效应；反之，在变化电场的作 用下，这些晶体的几何尺寸会发生变化，这种现象称为 逆压电效应。压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅等一类多原 子分子晶体）内部有某些微小区域，它们都有一定方向 的电极距，这些小区域称为“电畴”。
3000 2260 985~757 655~620 548~252 177 168 182 156~143 125 217~193 164~160
9
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
2. 孔隙度 沉积岩孔隙中通常被石油、气、水等流体介质所充 填。这些空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，因此，岩石孔隙和孔隙流体对岩石的 声波速度有明显影响。 一般孔隙流体相对于岩石骨架声波速度较低，所以 岩性相同，孔隙流体不同的岩石声波速度不同。
第六章 声波测井
声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且 声波幅度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是 不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性 来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井 方法。 声波测井主要分为两大类：声速测井和声幅测井。 声速测井是测量声波在地层中的传播速度的测井方法。 声幅测井是研究声波在地层或套管传播过程中幅度的变 化的测井方法。
滑行波折射波 ββ β
13
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层单 位长度时所用的时间，即时差，单位是us/m。
一、声速测井仪器简介
1.测井仪器的组成部分 声速测井的下井仪器包括三部分。声系（由发射探头 和接收探头组成）、电子线路及隔声体，其中声系是主体。 声系由一个发射探头和两个接收探头组成。
在井内传播的有直达波、一次和多次反射波、滑行纵波 及滑行横波。在这些波列中，只有滑行波携带井外地层的速 度信息。因此，要想测量到地层的纵波或横波速度，应该记 录到滑行波。由于在测井中选择的频率不是很高，因此井内 的波列是在传播过程中形成干涉、叠加，是综合效应产生的 波列。从这一波列中难以区分滑行波、直达波和一次及多次 反射波，因此根据滑行波传播速度快的特点，可以选择适当 的接收点和接收间距，使滑行波能够尽量提早到达接收器， 以便有利于波形提取和识别。
v1 sin i v2
v2 v1 Lmin 2r v2 v1
为了使各种波能在时域内相互“拉开”尽量减少相互叠加， 一般选择更长的源距。由于声波在传播过程衰减，增大源距， 声波衰减严重，从而造成记录的声信号的信噪比降低，因此 源距选得又不能过长。
10:44:48 第六章 声波测井 25
空气 甲烷 石油 水(普通泥浆) 泥岩 泥质砂岩 渗透性砂岩 致密砂岩 致密石灰岩 白云岩 岩盐 硬石膏
10:44:48
330 442 1070~1320 1530~1620 1830~3962 5638 5943 5500 6400~7000 7Baidu Nhomakorabea00 4600~5200 6100~6250
第六章 声波测井
10:44:48
第六章 声波测井
11
第一节 岩石的声学特性
三、声波在介质界面上的传播特性 当声波由一种介质向另一种波阻抗不同的介质传播 时，在两种介质界面上，将发生声波的反射和折射。
入射波 法线 α α
反射波
ρ1 v 1
ρ2 v2 β 折射波
10:44:48 第六章 声波测井 12
第一节 岩石的声学特性
10:44:48 28
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
五、影响声波时差曲线的主要因素
1.井眼和井径的变化影响
10:44:48 1
第六章 声波测井
声速测井可以确定地层的孔隙度，判断地层岩性，识 别储集层的流体性质。 声幅测井可以识别气层，裂缝储集层，评价固井水泥 胶结情况。 声波测井与地震勘探资料相结合，在解决地下地质构 造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、判 断储集层中流体的性质方面得到广泛应用。声波测井成为 结合测井和物探的纽带。
第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
1.单发单收声系
对于单发单收声系，由 T 和 R 组成发射和接 收探头，源距为L，假设井内流体中纵波速度为 v1 ，井外地层的纵波速度为 v2 ，则第一临界角 的正弦为 v1 /v2，滑行波到达接收探头所用时间 为： R B
T 2TA / v1 AB / v 2
接收探头的工作原理：压电效应，接收探头在发射探 头产生的声场中产生振动变形，从而产生电信号。
10:44:48 第六章 声波测井 18
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
3. 工作频率、隔声体
实际测井中，每隔一定的时间给发射换能器 供一次强的脉冲电流，在逆压电效应下发射探 头产生振动，目前声速测井所用的振动频率为 20KHz，
岩性和孔隙流体相同，孔隙度越大岩石的声波速度 越小。
10:44:48 第六章 声波测井 10
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
3. 岩层的地质年代 一般深度相同，成份相似的岩石，地质年代越老，声 波速度越高。 4. 岩石埋藏的深度
在岩性和地质年代相同的条件下，声波速度随岩层的 埋藏深度加深而增加。
泊松比σ 1 0.2~0.35 0.3~0.4 0.22~0.35 0.295 0.23 0.198~0.3
切变模量 μ/1011N· m-2
0.231~0.265 (0.281) 0.156~0.237
6
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
纵横波速度表达式：
2 E 1 vp (1 )( 1 2 )
10:44:48
第六章 声波测井
22
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器 的条件
在井中居中放置一单发单收声波测 量装置，井眼的半径为 r。要想在井壁 上产生滑行纵波， T则必须以临界角 i 入射，要想在井轴上接收到滑行纵波， 接收点到发射点的最小距离为：
R
L
Lmin
T
Lmin 2rtgi
3.一次和多次反射波
入射波可能会遇到井壁，会产生一次和多次反射，这样 产生的波分别称为一次和多次反射波。
10:44:48 第六章 声波测井 20
第二节 声波速度测井
T
多 次 反 射 波
直 达 波
反 射 波
滑 行 波
R
第六章 声波测井 21
10:44:48
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
在ρ2v2>ρ1v1时，折射角大于入射角，即β> α 。当α 增大到某一角度i时，折射角达到90°。此时折射波在 第二种介质中以 v2 速度沿两种介质的界面传播。这种 折射波在声波测井中被称为滑行波。入射角i称为临界 角。
αα αα i i ρ1v1 ρ2v2
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R1
T1 2TA / v1 AB / v2
T2 2TA / v1 AC / v2
T T2 T1 BC / v2 Ld / v2
地层中纵波的时差为：
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A
tc 1/ v2 T / Ld
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
第六章 声波测井
5
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
杨氏模量 E/1011N· m-2 0.17~0.45 0.003~0.715 0.15~0.45 0.25~0.801 0.72~0.74 1.15 0.3~0.57
第六章 声波测井
岩石 页岩 砂岩 泥灰岩 石灰岩 硬石膏 玄武岩 花岗岩
10:44:48
2r / v1 cos i ( L 2rtgi ) / v 2
若要求得v2，必须已知临界角、 v1和井径。 但实际测井中，这些参数是未知的或比较难确 定的。
第六章 声波测井
T
A
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第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
2.单发双收声系 声系由发射探头T和 R1、R2两个接收探头 组成，R1、R2间的距离为Ld间距)。滑行波由T 到R1、R2的传播时间分别为： R2 Ld C B O T
在井下仪器外壳上刻有很多刻槽，称为隔声 体，防止声波经仪器外壳传至接收探头，对测 量信号产生干扰。
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第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
二、井内传播的波
1.直达波
所谓流体直达波，即是由声源出发，经过井内泥浆而直接 到达接收器的波。这种波也是声源的入射波。
2.滑行波
由于泥浆波波速小于地层波速，当泥浆波在井壁以临界角 入射时，在井壁上产生滑行波，以地层速度传播。可分为滑行 横波和滑行纵波。
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第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头）
在无外电场作用时， “电畴”在空间分布上是杂乱无章的，
整个材料在宏观上呈各向同性。 对压电陶瓷加以电场，在电场的作用下， “电畴”取向与 电场方向一致，由于“电畴”边界移动的影响，将产生形变。 对压电陶瓷加以交变电压，则由于电场的变化，电畴将以 外加交变电场的频率发生边界位移，在宏观上表现为形变。
10:44:48 第六章 声波测井
i
A
r
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第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
要使滑行纵波成为首波，必须选择适当的源距。
设选择的源距为 L，则直达波到达接收器所需时间为：
L Td v1
滑行纵波到达接收器所需要的时间为：
2r L 2rtgi Tc v1 cos i v2
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第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头）
现有声波测井仪器的声波换能器一般是圆管状的压电 陶瓷或压电陶瓷片。
发射探头的工作原理是：逆压电效应，即经极化处理 的压电陶瓷，沿一定方向对其施加变化电压时，在电场 的作用下，将发生变形振动，从而在周围介质中激发声 波。
E 1 vs 2(1 )
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第六章 声波测井
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第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
1. 岩性 构成不同岩石的矿物的弹性模量大小不同，岩石的声 波速度大小也不相同。
10:44:48
第六章 声波测井
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第一节 岩石的声学特性
介质 声速/m· s-1 时差/ μs·m -1
v1为井中流体的声波速度；v2为井外地层的纵波速度。
10:44:48 第六章 声波测井 24
第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件
如果要使滑行纵波最先到达，则要求 Td Tc ，即
L 2r L 2rtgi v1 v1 cos i v2
Lmin
v 2 v1 sin i 2r ( v2 v1 )cos i
2.单发双收声系 如果间距过大，则所求得的纵波时差是长度为一个间距 厚度地层的平均声速，因此不利于薄层分析，而且间距过 大，第二个接收探头由于地层的衰减而记录的滑行纵波幅 度很小，不易辨认，易产生记录误差；另一方面，间距选 择过小，则被测量的声波时差的绝对值变小，则相对误差 增大。因此从提高测量精度的角度来看，间距选择大一些 为好。如果地层的纵波速度比较低时，可以选择较小的间 距，这样可以提高薄层的分层能力。
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第六章 声波测井
第一节 岩石的声学特性 第二节 声波速度测井 第三节 声波幅度测井 第四节 长源距声波全波列测井
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第六章 声波测井
3
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
声波测井中声源发出的声波能量较小，作用在岩石 上的时间很短，所以对声波测井来讲，岩石可以看作弹 性体。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。
描述岩石弹性的几个参数。
1. 杨氏模量E 正应力与正应变之比。 2.泊松比 横向相对压缩与纵向相对拉伸之比。
10:44:48 第六章 声波测井 4
第一节 岩石的声学特性
一、岩石的弹性
描述岩石弹性的几个参数。
3. 切变模量μ
切应力与切应变之比。 4.体积形变弹性模量K 正应力与体变形之比。
10:44:48
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第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
10:44:48
第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
2. 换能器（发射探头、接收探头） 有些多原子分子晶体发生形变时，会在晶体表面产生 电荷，这种现象称为压电效应；反之，在变化电场的作 用下，这些晶体的几何尺寸会发生变化，这种现象称为 逆压电效应。压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅等一类多原 子分子晶体）内部有某些微小区域，它们都有一定方向 的电极距，这些小区域称为“电畴”。
3000 2260 985~757 655~620 548~252 177 168 182 156~143 125 217~193 164~160
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第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
2. 孔隙度 沉积岩孔隙中通常被石油、气、水等流体介质所充 填。这些空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，因此，岩石孔隙和孔隙流体对岩石的 声波速度有明显影响。 一般孔隙流体相对于岩石骨架声波速度较低，所以 岩性相同，孔隙流体不同的岩石声波速度不同。
第六章 声波测井
声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且 声波幅度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是 不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性 来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井 方法。 声波测井主要分为两大类：声速测井和声幅测井。 声速测井是测量声波在地层中的传播速度的测井方法。 声幅测井是研究声波在地层或套管传播过程中幅度的变 化的测井方法。
滑行波折射波 ββ β
13
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层单 位长度时所用的时间，即时差，单位是us/m。
一、声速测井仪器简介
1.测井仪器的组成部分 声速测井的下井仪器包括三部分。声系（由发射探头 和接收探头组成）、电子线路及隔声体，其中声系是主体。 声系由一个发射探头和两个接收探头组成。
在井内传播的有直达波、一次和多次反射波、滑行纵波 及滑行横波。在这些波列中，只有滑行波携带井外地层的速 度信息。因此，要想测量到地层的纵波或横波速度，应该记 录到滑行波。由于在测井中选择的频率不是很高，因此井内 的波列是在传播过程中形成干涉、叠加，是综合效应产生的 波列。从这一波列中难以区分滑行波、直达波和一次及多次 反射波，因此根据滑行波传播速度快的特点，可以选择适当 的接收点和接收间距，使滑行波能够尽量提早到达接收器， 以便有利于波形提取和识别。
v1 sin i v2
v2 v1 Lmin 2r v2 v1
为了使各种波能在时域内相互“拉开”尽量减少相互叠加， 一般选择更长的源距。由于声波在传播过程衰减，增大源距， 声波衰减严重，从而造成记录的声信号的信噪比降低，因此 源距选得又不能过长。
10:44:48 第六章 声波测井 25
空气 甲烷 石油 水(普通泥浆) 泥岩 泥质砂岩 渗透性砂岩 致密砂岩 致密石灰岩 白云岩 岩盐 硬石膏
10:44:48
330 442 1070~1320 1530~1620 1830~3962 5638 5943 5500 6400~7000 7Baidu Nhomakorabea00 4600~5200 6100~6250
第六章 声波测井
10:44:48
第六章 声波测井
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第一节 岩石的声学特性
三、声波在介质界面上的传播特性 当声波由一种介质向另一种波阻抗不同的介质传播 时，在两种介质界面上，将发生声波的反射和折射。
入射波 法线 α α
反射波
ρ1 v 1
ρ2 v2 β 折射波
10:44:48 第六章 声波测井 12
第一节 岩石的声学特性
10:44:48 28
第六章 声波测井
第二节 声波速度测井
五、影响声波时差曲线的主要因素
1.井眼和井径的变化影响
10:44:48 1
第六章 声波测井
声速测井可以确定地层的孔隙度，判断地层岩性，识 别储集层的流体性质。 声幅测井可以识别气层，裂缝储集层，评价固井水泥 胶结情况。 声波测井与地震勘探资料相结合，在解决地下地质构 造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、判 断储集层中流体的性质方面得到广泛应用。声波测井成为 结合测井和物探的纽带。
第二节 声波速度测井
四、单发单收声系及单发双收声系
1.单发单收声系
对于单发单收声系，由 T 和 R 组成发射和接 收探头，源距为L，假设井内流体中纵波速度为 v1 ，井外地层的纵波速度为 v2 ，则第一临界角 的正弦为 v1 /v2，滑行波到达接收探头所用时间 为： R B
T 2TA / v1 AB / v 2
接收探头的工作原理：压电效应，接收探头在发射探 头产生的声场中产生振动变形，从而产生电信号。
10:44:48 第六章 声波测井 18
第二节 声波速度测井
一、声速测井仪器简介
3. 工作频率、隔声体
实际测井中，每隔一定的时间给发射换能器 供一次强的脉冲电流，在逆压电效应下发射探 头产生振动，目前声速测井所用的振动频率为 20KHz，
岩性和孔隙流体相同，孔隙度越大岩石的声波速度 越小。
10:44:48 第六章 声波测井 10
第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
3. 岩层的地质年代 一般深度相同，成份相似的岩石，地质年代越老，声 波速度越高。 4. 岩石埋藏的深度
在岩性和地质年代相同的条件下，声波速度随岩层的 埋藏深度加深而增加。
泊松比σ 1 0.2~0.35 0.3~0.4 0.22~0.35 0.295 0.23 0.198~0.3
切变模量 μ/1011N· m-2
0.231~0.265 (0.281) 0.156~0.237
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第一节 岩石的声学特性
二、声波在沉积岩石中的传播特性
纵横波速度表达式：
2 E 1 vp (1 )( 1 2 )
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第六章 声波测井
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第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器 的条件
在井中居中放置一单发单收声波测 量装置，井眼的半径为 r。要想在井壁 上产生滑行纵波， T则必须以临界角 i 入射，要想在井轴上接收到滑行纵波， 接收点到发射点的最小距离为：
R
L
Lmin
T
Lmin 2rtgi
3.一次和多次反射波
入射波可能会遇到井壁，会产生一次和多次反射，这样 产生的波分别称为一次和多次反射波。
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第二节 声波速度测井
T
多 次 反 射 波
直 达 波
反 射 波
滑 行 波
R
第六章 声波测井 21
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第二节 声波速度测井
三、滑行波作为首波到达接收器的条件