地球物理测第二章声波测井

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1、 地地 球球 物物 理理 测测 井井第二章第二章 声波测井声波测井心胸有多大，事业就有多大心胸有多大，事业就有多大包容有多少，拥有就有多少包容有多少，拥有就有多少地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波测井声波测井是通过研究是通过研究声波声波在井下岩层和介质中的传播特性，从在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的而了解岩层的地质特性地质特性和井的和井的技术状况技术状况的一种测井方法。的一种测井方法。目前主要有以下几种声波测井方法：目前主要有以下几种声波测井方法：声波时差测井声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数）（计算地层孔隙度和力学参数）水泥胶

2、结测井水泥胶结测井CBL（研究固井质量）（研究固井质量）噪声测井噪声测井（研究油井串槽和油气水流动情况）（研究油井串槽和油气水流动情况）超声电视超声电视BHTV（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）声速类测井声速类测井声幅类测井声幅类测井声波变密度测井声波变密度测井VDL（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）声波频率特声波频率特性类测井性类测井声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井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地球物理测井声波测井声波测井方位声波成像测井方位声波成像测井偶极横波成像测井偶极横波成像测井井周声波成像测井井周声波成像测井超声波成像测井

3、超声波成像测井声声波波成成像像测测井井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质是一种机械波，是介质质点是一种机械波，是介质质点振振动动向四周的传播。向四周的传播。目前声波测井使用的频率为目前声波测井使用的频率为20Hz20Hz2MHz2MHz。声声 波波 20HZ 20HZ 频率频率 20KHZ 20KHZ次次声波声波 频率频率 20HZ 20HZ超超声波声波 频率频率 20KHZ20KHZ什么叫声波？什么叫声波？地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质一、岩石的弹性及弹性参数一、岩石的弹性及弹性参数是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来

4、形态的能力。是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。1 1、弹性、弹性2 2、物体的分类、物体的分类弹性体弹性体塑性体塑性体受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。弹性体：弹性体：产生永久形变。产生永久形变。塑性体：塑性体：可变成可变成 在在声声波波测测井井中中，声声源源的的能能量量很很小小，声声波波作作用用在在岩岩石石上上的的时时间间很很短短，因因而而岩岩石石可可以以当当成成弹弹性性体体，在在岩岩石石中中传传播播的声波可以被认为是的声波可以被认为是弹性波弹性波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质3

5、 3、描述弹性体的参数、描述弹性体的参数（1 1）杨氏模量）杨氏模量E(E(定义为应力与其应变之比定义为应力与其应变之比)F F作用外力；作用外力；l l、s s分别为弹性体长度、横截面积；分别为弹性体长度、横截面积；E E弹性体的杨氏模量，弹性体的杨氏模量，kg/cmkg/cm2 2或或dyn/cmdyn/cm2 2F/SF/S为作用于单位面积上的力，称为为作用于单位面积上的力，称为应力应力。为弹性体在力方向上的相对形变，称为为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变应变。物理意义：物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度描述弹性体发生形变的难易程度。HookHook定律：定律：地球物理测井地球物

6、理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质（2 2）泊松比）泊松比（定义为（定义为外力作用下，弹性体外力作用下，弹性体的横向应变与纵向应变之比的横向应变与纵向应变之比）=弹性体的横向应变弹性体的横向应变/纵向应变纵向应变 =（d/dd/d）/（l/ll/l）物理意义：描述弹性体物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。形状改变的物理量。dlF（3 3）体积弹性模量体积弹性模量 K K（定义为（定义为应力与弹性体的体应变之比应力与弹性体的体应变之比）K=K=应力应力/体应变体应变 =（F/SF/S）/（V/VV/V）（kg/cmkg/cm2 2）体应变也称膨胀率体应变也称膨胀率地球物理测井地

7、球物理测井声波测井声波测井（4 4）切变模量）切变模量（）切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。：切变角：切变角 tg tg =l/d=l/d当当 很小时，很小时，tg =l/dFt d dll岩石的声学性质岩石的声学性质切变波的特点切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。：体积不变，边角关系发生变化。=切应力切应力/切应变切应变 =（Ft/sFt/s）/=（Ft/sFt/s）/l/dl/d剪切模量剪切模量 是弹性体在剪切力是弹性体在剪切力FtFt作用下，切应力（作用下，切应力（Ft/sFt/s）与剪）与剪切变切变 之比。之比。地球物理测井地球物

8、理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质常见岩石的弹性模量参见常见岩石的弹性模量参见P86P86表表6-16-1地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性1 1、纵波、横波的定义、纵波、横波的定义纵波（压缩波或纵波（压缩波或P P波波）：）：横波（剪切波或横波（剪切波或S S波波）：）：介质质点的振动方向与波的传播发向介质质点的振动方向与波的传播发向一致一致。弹性体的小体。弹性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。积元体积改变，而边角关系不变。体积模量不等于零的介体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。质都可

9、以传播纵波。介质质点的振动方向与波传播方向介质质点的振动方向与波传播方向垂直垂直的波。特点：弹性的波。特点：弹性体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化，例：切变体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化，例：切变波。波。剪切模量不等于零的介质才能传播横波。剪切模量不等于零的介质才能传播横波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质在井下，纵波和横波都能在地层传播，而在井下，纵波和横波都能在地层传播，而泥浆中只能传播纵波。泥浆中只能传播纵波。注意注意横波不能在流体（气、液体）中传播，横波不能在流体（气、液体）中传播，因为因为它的切变模量它的切变模量=0=0纵波可以在气

10、体、液体和固体中传播。纵波可以在气体、液体和固体中传播。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质2 2、岩石的声速特性、岩石的声速特性声波在介质中的传播特性主要指声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅声速、声幅和和频率频率特性。特性。纵波速度纵波速度横波速度横波速度E E杨氏模量杨氏模量泊松比泊松比介质密度介质密度地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质常见岩石及某些物质纵波传播速常见岩石及某些物质纵波传播速度（或传播时差）见度（或传播时差）见P87P87表表6-26-2纵横波比纵横波比由于大多数岩石的泊松比等于，所以岩石的纵横波速度比为

11、。由于大多数岩石的泊松比等于，所以岩石的纵横波速度比为。可见，岩石中传播的可见，岩石中传播的纵波比横波速度快纵波比横波速度快。一般，岩石的密度越。一般，岩石的密度越大，传播速度越快，反之亦然。大，传播速度越快，反之亦然。在声速测井中，纵波是首波。在声速测井中，纵波是首波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质三、声波在介质界面上的传播特性三、声波在介质界面上的传播特性1 1、声波在界面上的反射和折射、声波在界面上的反射和折射12入射波入射波P P反射波反射波折射波折射波P1S1V1V2P2S21 1折射定律折射定律Vp1Vp21901 1*第一临界角第一临界角滑行

12、纵波滑行纵波地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质Vp1Vs2290折射定律折射定律2 2*第二临界角第二临界角滑行横波滑行横波在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质T滑滑行行波波R辐射能辐射能1 1*或或2 2*滑行纵波和横波沿界面滑行滑行纵波和横波沿界面滑行时，将沿临界角方向向介质时，将沿临界角方向向介质中辐射能量。对于井下岩中辐射能量。对于井下岩层，一般都满足层，一般都满足v vm m（泥浆速（泥浆速度）度）v vp p（地层速度）（地层

13、速度）第一第一临界条件，因此井中很容易临界条件，因此井中很容易激发沿井壁滑行的地层纵波。激发沿井壁滑行的地层纵波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井介质名称介质名称VP(m/s)VP(m/s)VS(m/s)VS(m/s)第一临界角第一临界角第二临界角第二临界角泥 岩18009506244不产生滑行横波砂 层（疏松）263015183728不产生滑行横波砂 岩（疏松）3850230024334405砂 岩（致密）55003200165530石灰岩（骨架）7000370013132537白云岩（骨架）7900440011412119钢 管5400310017413104常见介质的纵横波速度及

14、第一第二临界角常见介质的纵横波速度及第一第二临界角地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井2 2、反射和折射系数（、反射和折射系数（R R、T T）反射系数反射系数R R：1 1 、2 2分别为介质分别为介质、的密度的密度V V1 1 、V V2 2分别为介质分别为介质、的纵波速度的纵波速度R R=W=WR R/W=/W=（2 2V V2 2-1 1 V V1 1）/（2 2V V2 2+1 1 V V1 1）反射波的能量反射波的能量W WR R与入射波的能量与入射波的能量W W之比。之比。折射波的能量折射波的能量WTWT入射波的能量入射波的能量W W之比。之比。T=WT=WT T/W/W=2

15、=2 1 1 V V1 1/（2 2V V2 2+1 1 V V1 1）折射系数折射系数T T：岩石的声学性质岩石的声学性质地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质3.3.波阻抗、声耦合率波阻抗、声耦合率1 1）波阻抗）波阻抗 Z=Z=波的传播速度波的传播速度*介质的密度介质的密度 =V=V 2 2）声耦合率）声耦合率两种介质的声阻抗之比：两种介质的声阻抗之比：Z Z1 1/Z/Z2 2Z Z1 1/Z/Z2 2越大或越小，声耦合越差，越大或越小，声耦合越差，R R大，大，T T小，声波不易从介质小，声波不易从介质1 1到介质到介质2 2中去。中去。Z Z1 1/Z

16、/Z2 2越接近越接近1 1，声耦合越好，声耦合越好，R R小，小，T T大，声波易从介质大，声波易从介质1 1到介质到介质2 2中去中去。各种固井质量评价测井正是利用声波在不同介质中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和评价固井状况的。传播时能量的藕合状况来研究和评价固井状况的。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质4.4.井壁固液界面产生的两种波井壁固液界面产生的两种波A.瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混在一起不与横波混在一起不易区分易区分。）。）在弹性介质的自由表面上，可以形成

17、类似于水波的面波，这种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，这种波叫瑞利波波叫瑞利波波叫瑞利波波叫瑞利波(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点：如图所示，瑞利波具有以下特点：(1)(1)(1)(1)产生在弹性介质的自由表面。产生在弹性介质的自由表面。产生在弹性介质的自由表面。产生在弹性介质的自由表面。

18、(2)(2)(2)(2)质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。质点运动轨迹为椭圆。(3)(3)(3)(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波速的波速的波速的8080808090909090。瑞利波示意图瑞利波示意图地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井B.斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）由在泥浆中传播的纵波与在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

19、低且可用于计算地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。层渗透率。斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：（1 1 1 1）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。）由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生。（2 2 2 2）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。）对地层渗透性变化敏感。（3 3 3 3）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。）低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。）低速，速度小于在钻井液中传播的直达

20、波。）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在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低的声波。低的声波。低的声波。低的声波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井岩石的声学性质岩石的声学性质纵波纵波横波和横波和瑞利波瑞利波泥浆波泥浆波斯通利波斯通利波波波幅幅A A时间时间t t裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）声时差测井声时差测井测量声波通过

21、井下单位厚度岩层的传播时测量声波通过井下单位厚度岩层的传播时间，即时差间，即时差tt（s/ms/m），由于时差的倒数就是声速），由于时差的倒数就是声速v v（m/sm/s），因此又叫声速测井。），因此又叫声速测井。一、单发双收的测量原理一、单发双收的测量原理ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEGR R：接收探头：接收探头声能转化为电能声能转化为电能T T：发射探头：发射探头电能转化为声能电能转化为声能地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）1 1、产生滑行波的条件、产生滑行波的条件 V V地层地层 V V泥浆泥浆 产生滑行波的过

22、程是可逆的产生滑行波的过程是可逆的2 2、到达接收探头的波类、到达接收探头的波类折射纵波折射纵波泥浆波（直达波）泥浆波（直达波）反射波反射波3 3、让滑行纵波首先到达接收探头、让滑行纵波首先到达接收探头因因反反射射波波、泥泥浆浆波波都都只只在在泥泥浆浆中中传传播播，V V地地大大于于V V泥泥，如如果果合合理理选择源距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。可以使滑行纵波首先到达接收探头，而成其为首波。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井t=t2-t1=t=t2-t1=如果井径规则，则如果井径规则，则AB=DF=CEAB=DF=CE，上式为：，上式为：显显然然：CDCD正正好

23、好是是仪仪器器的的间间距距（常常数），时差与声速成反比。数），时差与声速成反比。时差的单位：时差的单位：s/ms/m声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）4 4、时差的表达式、时差的表达式时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEG地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井5 5、输出的测井曲线、输出的测井曲线输出一条声波时差曲线输出一条声波时差曲线声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）时差时差 s/ms/m地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井气层气层气层气层厚层厚层厚层厚层地球物

24、理测井地球物理测井声波测井声波测井气水同层气水同层气水同层气水同层地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井气层气层气层气层地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井纵波速度纵波速度横波速度横波速度 ，E E增加，增加，VpVp增加增加岩性不同岩性不同 弹性模量不同弹性模量不同 VPVP、VSVS的影响不同的影响不同 VPVP、VS VS 不同不同 二、岩石的声速特性及影响因素二、岩石的声速特性及影响因素1 1、V VP P、V VS S与与 、E E间的关系间的关系声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井2 2、孔隙度的影响、孔隙度的影响流体的弹性模量

25、和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。同，其中的流体也不同。孔隙度孔隙度 传播速度传播速度3 3、岩层的地质时代的影响、岩层的地质时代的影响实际资料表明：实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）4 4、岩层的埋藏深度、岩层的埋藏深度岩性和地质时代相同：岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加埋深增加导致传播速度增加地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井结论：结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔可用传播速度来

26、研究岩层的岩性和孔隙度。隙度。声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井三、声波时差曲线的影响因素三、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，因此时差值受声速低的时差值高，因此时差值受地层特性地层特性的控制，的控制，此外还受到此外还受到井条件井条件及及仪器本身仪器本身的影响。的影响。声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）1.1.井径的影响井径的影响 R1 R1处在井径扩大井

27、段，处在井径扩大井段，R2R2位于正常或缩小井段时，滑行波到位于正常或缩小井段时，滑行波到达达R1R1的时间增加，而到达的时间增加，而到达R2R2的时间不变，因此时差下降。的时间不变，因此时差下降。R1R1位于正常或缩小井段，位于正常或缩小井段，R2R2位于井径扩大井段，滑行波到达位于井径扩大井段，滑行波到达R1R1的时间不变，而到达的时间不变，而到达R2R2的时间增加，因此时差增加。的时间增加，因此时差增加。当当R1R1和和R2R2都处于井径扩大或缩小井段时，都处于井径扩大或缩小井段时，t1t1、t2t2同时增加或同时增加或下降，时差不变。下降，时差不变。地球物理测井地球物理测井声波测井声波

28、测井2.2.岩层厚度的影响岩层厚度的影响（1 1）厚层（厚层（hlhl间距间距),),曲曲线的半幅点为层界面线的半幅点为层界面,曲曲线幅度的峰值为时差。线幅度的峰值为时差。（2 2）薄层（）薄层（h hl l间距）间距）曲线受围岩的影响大，高曲线受围岩的影响大，高速地层的时差增加，用半速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面（幅点确定的层界面（视厚视厚度度)岩层的真实厚度。岩层的真实厚度。间距间距间距间距声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）3 3、周波跳跃的影响、周波跳跃的影响（1 1）产生的原因产生的原

29、因由于滑行首波在到达接收探头的路径中遇由于滑行首波在到达接收探头的路径中遇到吸收系数很大的到吸收系数很大的介质介质,首波能触发首波能触发R1R1但不能触发但不能触发R2R2,R2,R2被幅度较高的后续波触被幅度较高的后续波触发发,因此因此,时差增大时差增大。（2 2）周波跳跃的特点）周波跳跃的特点时差值大大增加时差值大大增加且呈周期性的跳跃且呈周期性的跳跃地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）（3 3）产生周波跳跃的各种情况产生周波跳跃的各种情况含气的疏松砂岩含气的疏松砂岩泥浆气侵泥浆气侵裂缝性地层或破碎带裂缝性地层或破碎带在现场解释中周波跳跃往往

30、可以作在现场解释中周波跳跃往往可以作为气层或裂缝带的特征。为气层或裂缝带的特征。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井四、井眼补偿声速测井四、井眼补偿声速测井(BHC)(BHC)井眼不规则时井眼不规则时,有有:T1R1R2T2ABEC从图中所知从图中所知:CR2BR1,:CR2CR2ER1CR2声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）井眼补偿声波时差：井眼补偿声波时差：消除井径变化产

31、生的影响消除井径变化产生的影响井眼补偿声波测井由于源距短，只能在井眼直径较小的井井眼补偿声波测井由于源距短，只能在井眼直径较小的井中测得地层的声速，并且接收器收到的初至波是沿井壁传中测得地层的声速，并且接收器收到的初至波是沿井壁传播的折射波。播的折射波。说明说明地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井五、长源距声波测井五、长源距声波测井(LSS)(LSS)声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）发射器到接收器的距离为发射器到接收器的距离为8ft8ft、10ft10ft、12ft12ft（1 1）井径很大）井径很大(2(2）井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和永冻地层）井周围泥岩发生蚀变时，一

32、些非固结和永冻地层中径向声速发生变化。中径向声速发生变化。以上两种情况是以上两种情况是BHCBHC无法解决的。无法解决的。1 1、解决的问题、解决的问题地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）2 2、优点、优点 时时差差不不受受泥泥浆浆侵侵蚀蚀或或大大井井眼眼影影响响，如如果果不不考考虑虑散散射射问问题题，它它测测得得的的速速度度完完全全可可以以与与地地震震记记录录的速度对比的速度对比。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井七、时差曲线的应用七、时差曲线的应用1.1.判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面据流体密度和声速有：据流体

33、密度和声速有：V V水水 V V油油 V V气气在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征其特征:周波跳跃周波跳跃高时差高时差 30 30微秒微秒/米米气气层层声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井2 2、划分地层、划分地层 （确定地层的岩性确定地层的岩性）由于不同岩性地层具有不同的声速，因此由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时可以用时差划分地层差划分地层。参看参看P95P95图图6-18 6-18 致密岩石的时差致密岩石的时差 孔隙性岩石的时差孔隙性岩石的时差岩层的孔隙增加岩层的孔隙增加-声速下降声速

34、下降-时差增加时差增加砂岩的时差砂岩的时差 0.3,0.3,所以该层的流体性质是所以该层的流体性质是油气水同层油气水同层,S SO O=1-S=1-SW W=66.7%=66.7%声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）2)2)根据阿尔奇公式有：根据阿尔奇公式有：地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井疏松砂岩类疏松砂岩类 e e=s s/cp cp:/cp cp:压实校正系数压实校正系数（固结压实地层（固结压实地层cp=1,cp=1,否则否则cp1cp1）cpcp的求法的求法:A:A:深度法深度法B:B:时差对比法时差对比法Cp=Cp=t tsh sh/t tshp shp t tshp

35、shp是固结压实泥岩的时差是固结压实泥岩的时差 tshtsh目的层附近的泥岩时差目的层附近的泥岩时差声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）CpCp与深度成反比与深度成反比,深度越深深度越深,地层越压实地层越压实,胜利油田胜利油田的经验公式的经验公式:cp=1.68-0.0002*Hcp=1.68-0.0002*H地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井固结压实泥质地层固结压实泥质地层根据根据体积物理模型体积物理模型有有:t=t=t tshsh*Vsh+*Vsh+t tf f*+t tma ma*(1-Vsh-*(1-Vsh-)非均匀孔隙地层非均匀孔隙地层用用次生孔隙指数次生孔隙指数来反映

36、地层的裂缝发育情况来反映地层的裂缝发育情况:次生孔隙指数次生孔隙指数=N N -S S原生孔隙原生孔隙 S S 总孔隙度总孔隙度通常情况下通常情况下:用用 S S表示原表示原生孔隙度（生孔隙度（声波测井反声波测井反映原生孔隙度映原生孔隙度）声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波地层因素公式声波地层因素公式砂岩砂岩:X=1.6 :X=1.6 灰岩灰岩X=1.76 X=1.76 白云岩白云岩优点优点:该公式不作压实校正该公式不作压实校正声速测井（声时差测井）声速测井（声时差测井）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声速测井（声时差测井）声速测井

37、（声时差测井）本节重点：本节重点：1 1、了解声波时差测井的基本原理、了解声波时差测井的基本原理2 2、熟悉、熟悉常见岩石骨架声波时差值常见岩石骨架声波时差值及大小关系及大小关系3 3、掌握声波时差曲线的应用（、掌握声波时差曲线的应用（识别气层、计识别气层、计算地层孔隙度等算地层孔隙度等）地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井裸眼井的声幅测井裸眼井的声幅测井套管井的声幅测井套管井的声幅测井变密度测井变密度测井本节主要介绍：本节主要介绍：地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井一、裸眼井的声幅测井一、裸眼井的声幅测井1 1、目的：、目的：划分硬地层的裂缝带划分硬

38、地层的裂缝带2 2、声系及测量、声系及测量（1 1）单发单收：）单发单收：测量地层滑行纵波的首波幅度测量地层滑行纵波的首波幅度。（2 2）双发双收声系：）双发双收声系：测量两接收探头的滑行纵波的幅度差测量两接收探头的滑行纵波的幅度差。3 3、声波能量变化的两种方式、声波能量变化的两种方式（1 1）地层吸收声波能量而使幅度衰减）地层吸收声波能量而使幅度衰减（2 2）存在声阻抗不同的两种介质界面上，）存在声阻抗不同的两种介质界面上，折射、反射使声波的能量发生变化。折射、反射使声波的能量发生变化。两两种种变变化化同同时时存存在在，以以哪哪种种情情况况为为主主，视视具具体体情况而论情况而论地球物理测井

39、地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井在裂缝发育及疏松岩石的井段，声幅的衰减主要是在裂缝发育及疏松岩石的井段，声幅的衰减主要是地层的吸地层的吸收收声波能量所致。声波能量所致。套管井中波幅的变化主要和套管与地层介质之间的界面引起的套管井中波幅的变化主要和套管与地层介质之间的界面引起的声波能量分布有关。由此，声波能量分布有关。由此，在裸眼井中用声幅测井可划分裂缝在裸眼井中用声幅测井可划分裂缝带和疏松岩石的地层，带和疏松岩石的地层，套管井中的声幅测井主要用来评价固井套管井中的声幅测井主要用来评价固井质量。质量。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井4 4、滑行波幅度衰减和地层

40、情况间的关系、滑行波幅度衰减和地层情况间的关系1 1）不同角度的裂缝对波的衰减不同）不同角度的裂缝对波的衰减不同与水平线的夹角与水平线的夹角50-8050-80垂直裂缝垂直裂缝与水平方向的夹角与水平方向的夹角 30 疏疏),),由此声波通过较大裂缝由此声波通过较大裂缝,其其接收到的能量比非裂缝地层低得多。接收到的能量比非裂缝地层低得多。声波通过裂缝声波通过裂缝,能量衰减与裂缝的张开度、发育程能量衰减与裂缝的张开度、发育程度有关，对于纵波，张开度大和裂缝发育，则声幅度有关，对于纵波，张开度大和裂缝发育，则声幅衰减增加，测得的声幅低。衰减增加，测得的声幅低。第一声学界面：第一声学界面：套管与水泥环

41、套管与水泥环的交界面的交界面第二声学界面：第二声学界面：水泥环与井壁地层水泥环与井壁地层的交界面的交界面地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井3 3）溶洞性地层）溶洞性地层对于溶洞性地层，波绕溶洞传播：对于溶洞性地层，波绕溶洞传播：（1 1）增加了波的传播路径）增加了波的传播路径（2 2）溶溶洞洞引引起起波波的的散散射射，造造成成声声波波能能量量较较大大幅幅度度的的衰衰减减，所所以以声声波波在在溶溶洞洞性性地地层层传传播播，地地层层波波幅幅很很小小，溶溶洞洞对对波波的的衰衰减减相相当大当大。寻找裂缝和溶洞地层的特征：寻找裂缝和溶洞地层的特征：声幅曲线上，幅度值低。声幅曲线上，

42、幅度值低。在时差曲线上，时差值高，可能出现周波跳跃。在时差曲线上，时差值高，可能出现周波跳跃。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井二、套管井的声幅测井（水泥胶结测井二、套管井的声幅测井（水泥胶结测井CBLCBL）1 1、声系：单发单收，源距为、声系：单发单收，源距为1 1米米TR水水泥泥套套管管泥浆泥浆20%40%mv声幅测井声幅测井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井2 2、接收到的信号、接收到的信号沿套管传播的滑行纵波（套管波）沿套管传播的滑行纵波（套管波）3 3、管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关、管波幅度与管外介质性质的关系和分布有关套管波幅度受套管和管内介

43、质的影响是一个定值，收到的信号套管波幅度受套管和管内介质的影响是一个定值，收到的信号幅度就取决与套管外介质的性质和分布。幅度就取决与套管外介质的性质和分布。4 4、评价水泥胶结质量、评价水泥胶结质量由于套管与水泥接触，且由于套管与水泥接触，且Z Z套套与与Z Z水泥水泥很接近，声耦合好，大部分很接近，声耦合好，大部分能量都被折射到水泥环中，而少部分能量折回到井中被记录，能量都被折射到水泥环中，而少部分能量折回到井中被记录，声幅值低。反之，水泥胶结不好，则声幅高。声幅值低。反之，水泥胶结不好，则声幅高。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井对固井质量的判断应用对固井质量的判断应

44、用相对幅度相对幅度的概念：的概念：相对幅度相对幅度 =目的层段曲线幅度目的层段曲线幅度/自由套管曲线幅度自由套管曲线幅度*100%100%相对幅度相对幅度 20%20%水泥胶结良好水泥胶结良好20%20%相对幅度相对幅度 40%40%40%水泥胶结差水泥胶结差自由套管自由套管管外为泥浆的井段管外为泥浆的井段地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井5 5、影响水泥胶结测井的因素、影响水泥胶结测井的因素1)1)测井时间测井时间最好在注水泥后最好在注水泥后20-4020-40小时进行测量小时进行测量,因为因为水泥有个凝固过程水泥有个凝固过程，过早或过晚过早或过晚,都会造成错误解释。都

45、会造成错误解释。2)2)水泥环的厚度水泥环的厚度水水泥泥环环的的厚厚度度2cm 2cm，对对套套管管波波的的衰衰减减是是个个定定值值,水水泥泥环环的的厚厚度度2cm,2cm,水泥环越薄水泥环越薄,对套管波的衰减越小对套管波的衰减越小,测得的声幅值高。测得的声幅值高。3)3)仪器偏心和窜槽仪器偏心和窜槽不同方向到达的管波相位不同不同方向到达的管波相位不同,相互抵消相互抵消,测得的声幅值低。测得的声幅值低。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井4)4)气侵泥浆气侵泥浆气侵泥浆的吸收系数大气侵泥浆的吸收系数大,使声波的衰减很大使声波的衰减很大,此时测得的声幅低，此时测得的声幅低，造

46、成误解。造成误解。5)5)套管厚度套管厚度套管对声波的吸收是固定的套管对声波的吸收是固定的,但套管厚度越小但套管厚度越小,对声波的衰减对声波的衰减越大越大,测得的声幅值低。测得的声幅值低。6)6)微环微环固固井井时时,因因热热效效应应和和压压力力的的影影响响,套套管管膨膨胀胀,注注完完水水泥泥后后,又又可可能能收收缩缩,在在套套管管和和水水泥泥环环间间有有一一环环形形空空间间,间间隙隙0.1mm,0.1mm,它它使使声耦合率变差声耦合率变差,使测得的声幅值增加。使测得的声幅值增加。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井三、声波变密度测井三、声波变密度测井(VDL)(VDL)1

47、 1、套管井中波传播的路径、套管井中波传播的路径(1)(1)沿套管沿套管 (2)(2)井内泥浆井内泥浆(3)(3)通过地层通过地层因为水泥的声速因为水泥的声速 钢的声速钢的声速,不满足产生滑行波的条件不满足产生滑行波的条件,所以没有所以没有通过水泥环的波。通过水泥环的波。2 2、接收波的先后顺序、接收波的先后顺序:套管波套管波地层波地层波泥浆波泥浆波地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井3 3、声波变密度测井、声波变密度测井1)1)声系声系2)2)目的目的全面评价水泥胶结质量全面评价水泥胶结质量,了解套管与水泥环、水泥了解套管与水泥环、水泥环与地层的胶结情况。环与地层的胶结情

48、况。3 3）记录波的定义及顺序记录波的定义及顺序 套管波套管波声波信号是在套管内传播的纵波，速度快，最先到达。声波信号是在套管内传播的纵波，速度快，最先到达。是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合，幅度值高。是在地层内传播的纵波、横波、视瑞利波的组合，幅度值高。地层波地层波单发单收单发单收 源距为源距为泥浆波泥浆波通过泥浆直接到达接收探头的波，它到达最晚、幅度稳定且幅通过泥浆直接到达接收探头的波，它到达最晚、幅度稳定且幅度变化不大、频率低。度变化不大、频率低。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井4 4）变密度记录方式变密度记录方式调辉记录调辉记录调宽记录调宽记录A A、

49、调辉记录、调辉记录负半周的信号放大负半周的信号放大宽度一致的矩形波，幅宽度一致的矩形波，幅度与原信号幅度成正比度与原信号幅度成正比示波管，矩形波幅度作示波管，矩形波幅度作为灰度控制信号为灰度控制信号转变为转变为矩形波输入矩形波输入从管波到泥浆波、矩从管波到泥浆波、矩形波的幅度不同形波的幅度不同荧荧光光屏屏上上出出现现亮亮暗暗相相间间的的扫扫描描线线，亮亮度度与与矩矩形形波波的的幅幅 度度 成成 正正 比比.对对一一波波列列信信号号，扫扫描描线线在在同同一一水水平平线线上上被被摄摄相相仪仪感感光光在在相相纸纸上上，仪仪器器提提升升，相相纸纸走走动动，就就连连续续地地把把不不同同深深度度的的扫扫描

50、描线线拍摄成了变密度测井图拍摄成了变密度测井图地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井套管波套管波地层波地层波泥浆波泥浆波地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井B B、调宽记录、调宽记录调宽记录与调辉记录的区别：调宽记录与调辉记录的区别：矩形波的幅度相同，而宽度不同矩形波的幅度相同，而宽度不同变密度图的条带颜色深浅一致，只是条带的宽度不同而变密度图的条带颜色深浅一致，只是条带的宽度不同而已，而调辉记录正好相反。已，而调辉记录正好相反。目前以调辉记录较为常见目前以调辉记录较为常见地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井5 5）变密度图的解释变密度

51、图的解释A A、自由套管、自由套管管外无水泥、形成套管管外无水泥、形成套管-泥泥浆界面，浆界面，Z Z套套/Z/Z泥泥大，耦合率差，大，耦合率差，R R大大T T小，管波强、地层波弱小，管波强、地层波弱或全消失，在变密度图上出或全消失，在变密度图上出现平直的条纹，越靠近左边，现平直的条纹，越靠近左边，越明显，在套管接头的地方越明显，在套管接头的地方有人字纹。有人字纹。套管接头套管接头的人字纹的人字纹自由套管的自由套管的变密度图变密度图地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井B B、第一、二交界面胶结好、第一、二交界面胶结好声耦合率好：套管波弱、地层波很强（很大部分能量透射到地声

52、耦合率好：套管波弱、地层波很强（很大部分能量透射到地层中去了）层中去了）变密度图：左边条纹模糊或消失，变密度图：左边条纹模糊或消失，右边的条纹色深，反差大。右边的条纹色深，反差大。见书：见书：P102P102图图6-286-28C C、第一界面交界面差，第二界面胶结好、第一界面交界面差，第二界面胶结好 一界面的声耦合率差，管波强，二界面声耦合率好地层波中等。一界面的声耦合率差，管波强，二界面声耦合率好地层波中等。变密度图：左边条纹明显，右边变密度图：左边条纹明显，右边也有显示也有显示地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声幅测井声幅测井D D、第一界面胶结好、第二界面胶结差、第一界面胶结好、

53、第二界面胶结差 一界面的声耦合率好、管波弱，二界面的声耦合率差、地一界面的声耦合率好、管波弱，二界面的声耦合率差、地层波弱或消失。层波弱或消失。变密度图上：左右条纹模糊变密度图上：左右条纹模糊E E、第一、第二界面胶结差、第一、第二界面胶结差一界面声耦合率差、套管波强，二界面胶结差、地层波弱以一界面声耦合率差、套管波强，二界面胶结差、地层波弱以至于消失。至于消失。变密度图上：右边的条纹模糊或消失，左边的变密度图上：右边的条纹模糊或消失，左边的条纹色深，反差大。条纹色深，反差大。地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波电视测井声波电视测井利利用用反反射射波波的的能能量量与与反反射射界界面面的

54、的声声阻阻抗抗有有关关的的原原理理，通通过过测测量量反反射射波波的的能能量量的的强强度度来来了了解解井井壁壁岩岩石石和和套套管管状况。状况。一、测量原理一、测量原理1 1、换能器、换能器井下用一个换能器既作发射又作接收，在两次发射的中间作接井下用一个换能器既作发射又作接收，在两次发射的中间作接收。收。BHTVBHTV地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波电视测井声波电视测井2 2、换能器工作方式、换能器工作方式以恒速在井中绕仪器轴旋转并发射和接收声波以恒速在井中绕仪器轴旋转并发射和接收声波地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波电视测井声波电视测井3 3、图象的记录、图象的记录换能器

55、转一周，同时垂直向井壁发射换能器转一周，同时垂直向井壁发射2MHZ2MHZ左右的超生脉冲，在左右的超生脉冲，在仪器上升测量中，换能器向井壁作螺旋状连续声波扫描。仪器上升测量中，换能器向井壁作螺旋状连续声波扫描。由于井内泥浆性质固定，反射波的能量只与井壁状况有关。由于井内泥浆性质固定，反射波的能量只与井壁状况有关。声阻抗大的井壁声阻抗大的井壁将将反反射射波波的的信信号号放放大大后后，送送入入示示波波管管作作为为示示波波器器的的辉辉度度控控制制信信号，反射波的强弱变为扫描线的亮暗，用照相机同步照相记录号，反射波的强弱变为扫描线的亮暗，用照相机同步照相记录R R大，反射波强大，反射波强反之亦然反之亦

56、然地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井二、不同岩性和裂缝在二、不同岩性和裂缝在BHTVBHTV图上的显示图上的显示1 1、不同岩性的显示、不同岩性的显示裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、反射波的能量取决于岩层的密度裸眼、井壁平滑、泥浆恒定、反射波的能量取决于岩层的密度和速度。和速度。高速地层或高密度地层高速地层或高密度地层 BHTVBHTV图上亮区图上亮区低速地层或低密度地层低速地层或低密度地层 BHTVBHTV图上暗区图上暗区砂泥岩剖面：砂岩亮区砂泥岩剖面：砂岩亮区 泥岩暗区泥岩暗区声波电视测井声波电视测井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井2 2、裂缝在、裂缝在BHTVBHTV上的显示上的

57、显示井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波的能量井壁不平、发射的声波不能垂直入射，反射波的能量与入射角有关。与入射角有关。增加，增加，R R减小，反射波的能量低，在减小，反射波的能量低，在BHTVBHTV图上为暗区或黑色的条带。图上为暗区或黑色的条带。声波电视测井声波电视测井地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井孔洞孔洞孔洞孔洞地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波电视测井声波电视测井三、三、BHTVBHTV的应用的应用1 1、划分高速、低速地层、划分高速、低速地层裸眼井中：亮区，高速地层；暗区，低速地层裸眼井中：亮区，高速地层；暗区，低速地层2 2、确定灰岩剖面的裂缝、溶洞、确定灰

58、岩剖面的裂缝、溶洞裂缝或溶洞为暗色的条带裂缝或溶洞为暗色的条带如果裂缝与井眼相交，则可确定裂缝的倾角：如果裂缝与井眼相交，则可确定裂缝的倾角：h h：黑色条带最高点至最低点的垂直距离。：黑色条带最高点至最低点的垂直距离。d d：井的直径：井的直径地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井声波电视测井声波电视测井3 3、检查套管、检查套管完好的套管为白色，孔洞为黑色，断裂为黑色的条带完好的套管为白色，孔洞为黑色，断裂为黑色的条带地球物理测井地球物理测井声波测井声波测井总结：总结：掌握影响波传播的速度因素、在介质界面上的掌握影响波传播的速度因素、在介质界面上的传播、产生滑行波的条件、传播、产生滑行波的条件、声速测井的原理和声速测井的原理和应用应用、声幅、变密度、水泥胶结测井和声波电、声幅、变密度、水泥胶结测井和声波电视测井的应用。视测井的应用。