聲波全波列測(cè)井課件

1、第六章第六章 聲波全波列測(cè)井聲波全波列測(cè)井 第一節(jié)第一節(jié) 聲系與記錄方式聲系與記錄方式 長(zhǎng)源距聲波全波列長(zhǎng)源距聲波全波列 測(cè)井儀的聲系由兩測(cè)井儀的聲系由兩 個(gè)發(fā)射探頭個(gè)發(fā)射探頭T1T1、T2T2 及兩個(gè)接收探頭及兩個(gè)接收探頭R1R1、 R2R2組成。組成。 1. 1. 長(zhǎng)源距聲波全波長(zhǎng)源距聲波全波 列測(cè)井儀列測(cè)井儀 T1T1和和T2T2、R1R1和和R2R2之之 間相距間相距2ft2ft，相當(dāng)，相當(dāng) 于于“間距間距”，T1T1與與 R2R2之間相距之間相距8ft8ft， 相當(dāng)于相當(dāng)于“源距源距”。 1. 1. 長(zhǎng)源距聲波全波列長(zhǎng)源距聲波全波列 測(cè)井儀測(cè)井儀 探頭的工作順序、記錄結(jié)果編號(hào)以及所記

2、錄的內(nèi)容如探頭的工作順序、記錄結(jié)果編號(hào)以及所記錄的內(nèi)容如 下邏輯表所示，下邏輯表所示，“0”0”表示不工作表示不工作，“1”1”表示工作表示工作。 探頭 工作狀態(tài) 時(shí)間 發(fā)射接收記錄 結(jié)果 編號(hào) 記錄內(nèi)容 T1T2R1R2 T01010TT1T1-R1間10ft層段的時(shí)間差 T01001TT2T1-R2間8 ft層段的時(shí)間差 T10110TT3T2-R1間12ft層段的時(shí)間差 t10101TT4T2-R2間10ft層段的時(shí)間差 由上表可見(jiàn)：長(zhǎng)源距聲波測(cè)井儀的聲系處于由上表可見(jiàn)：長(zhǎng)源距聲波測(cè)井儀的聲系處于 不同的工作狀態(tài)時(shí)，可以組合成四種單發(fā)單不同的工作狀態(tài)時(shí)，可以組合成四種單發(fā)單 收聲系，記錄

3、四條相應(yīng)的時(shí)間差曲線，其中，收聲系，記錄四條相應(yīng)的時(shí)間差曲線，其中， TT1和和TT4都是都是3.048米米(10英尺英尺)層段上的時(shí)層段上的時(shí) 間差，在實(shí)際測(cè)井圖上往往是重疊的。間差，在實(shí)際測(cè)井圖上往往是重疊的。 雖然記錄的四條時(shí)間差雖然記錄的四條時(shí)間差 曲線由于源距長(zhǎng)，井的曲線由于源距長(zhǎng)，井的 影響相對(duì)減小，但最終影響相對(duì)減小，但最終 并不能消除井的影響，并不能消除井的影響， 因此，記錄某一段地層因此，記錄某一段地層 的時(shí)差值仍需要采取經(jīng)的時(shí)差值仍需要采取經(jīng) 驗(yàn)補(bǔ)償?shù)挠涗浄绞?。?yàn)補(bǔ)償?shù)挠涗浄绞健?當(dāng)當(dāng)R1和和R2正對(duì)目的層時(shí)，正對(duì)目的層時(shí)， T1發(fā)射，發(fā)射，R1和和R2接收，接收， 記錄到

4、記錄到TT1和和TT2兩個(gè)時(shí)兩個(gè)時(shí) 間差數(shù)值；間差數(shù)值； TT1和和TT2的的 差值相當(dāng)于差值相當(dāng)于R1和和R2接收接收 到的到的T1發(fā)射出的聲信號(hào)的發(fā)射出的聲信號(hào)的 時(shí)間差，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)射時(shí)間差，相當(dāng)于一個(gè)發(fā)射 探頭在下方，接收探頭在探頭在下方，接收探頭在 上方的單發(fā)雙收聲系，記上方的單發(fā)雙收聲系，記 作作t下 下 TT1TT2 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)T1和和 T2正對(duì)目的層時(shí)，正對(duì)目的層時(shí)，R2先先 后接收到后接收到T1和和T2發(fā)射出發(fā)射出 的聲信號(hào)，記錄成的聲信號(hào)，記錄成TT2和和 TT4兩個(gè)數(shù)值；兩個(gè)數(shù)值； TT4 TT2是是R2處接收到的處接收到的T1 和和T2發(fā)射聲信號(hào)的

5、時(shí)間發(fā)射聲信號(hào)的時(shí)間 差，這是一個(gè)雙發(fā)單收差，這是一個(gè)雙發(fā)單收 聲系，其數(shù)值和與之對(duì)聲系，其數(shù)值和與之對(duì) 稱的稱的R2發(fā)射，發(fā)射，T1和和T2接接 收的發(fā)射探頭在上方的收的發(fā)射探頭在上方的 的單發(fā)雙收聲系記錄結(jié)的單發(fā)雙收聲系記錄結(jié) 果完全相同，記作果完全相同，記作t上 上 TT4TT2 儀器自動(dòng)將地層的時(shí)差值按儀器自動(dòng)將地層的時(shí)差值按t1/2(t上 上 t下 下) 1/2(TT4-TT2)+(TT2-TT1)進(jìn)行記錄，其結(jié)果相進(jìn)行記錄，其結(jié)果相 當(dāng)于源距為當(dāng)于源距為2.4384米米(8英尺英尺)、間距為、間距為0.6096米米(2 英尺英尺)的雙發(fā)雙收聲系井眼補(bǔ)償記錄結(jié)果。的雙發(fā)雙收聲系井眼補(bǔ)

6、償記錄結(jié)果。 另外，當(dāng)另外，當(dāng)R1和和R2正對(duì)目的層時(shí)，正對(duì)目的層時(shí)，R1和和R2亦可接亦可接 收收T2發(fā)射的聲信號(hào)：發(fā)射的聲信號(hào)：TT3和和TT4，相當(dāng)于單發(fā)雙收，相當(dāng)于單發(fā)雙收 聲系的源距增加到聲系的源距增加到3.048米米(10英尺英尺)；同理，當(dāng)聲；同理，當(dāng)聲 系提升，系提升，T1和和T2正對(duì)目的層時(shí)，亦可由正對(duì)目的層時(shí)，亦可由R1分別接分別接 收收T1和和T2的發(fā)射信號(hào)：的發(fā)射信號(hào)：TT3和和TT1。目的層時(shí)差。目的層時(shí)差t 1/2(TT3-TT1)+(TT4-TT3)，相當(dāng)于源距增大到相當(dāng)于源距增大到 3.048米米(10英尺英尺)、間距為、間距為0.6096米米(2英尺英尺)的雙

7、發(fā)的雙發(fā) 雙收聲系的井眼補(bǔ)償記錄結(jié)果。雙收聲系的井眼補(bǔ)償記錄結(jié)果。 注意：注意： 當(dāng)當(dāng)T1發(fā)射信號(hào)時(shí)發(fā)射信號(hào)時(shí)，R1和和R2接收到接收到T1發(fā)出的聲信發(fā)出的聲信 號(hào)的時(shí)間不同，所記錄的地層層段、記錄點(diǎn)深度號(hào)的時(shí)間不同，所記錄的地層層段、記錄點(diǎn)深度 也不相同。也不相同。 T1和和T2是交替工作的是交替工作的，T2滯后滯后T1一段時(shí)間工作，一段時(shí)間工作， 此時(shí)的聲系已提升到新的位置。此時(shí)的聲系已提升到新的位置。 R1和和R2接收到接收到T2發(fā)出的聲信號(hào)的時(shí)間、記錄的發(fā)出的聲信號(hào)的時(shí)間、記錄的 地層層段、記錄點(diǎn)深度也不相同。地層層段、記錄點(diǎn)深度也不相同。 因此，測(cè)井圖上的因此，測(cè)井圖上的TT1、TT

8、2、TT3和和TT4四條時(shí)四條時(shí) 差曲線，雖然形態(tài)相似，但時(shí)間差的數(shù)值不同，對(duì)應(yīng)差曲線，雖然形態(tài)相似，但時(shí)間差的數(shù)值不同，對(duì)應(yīng) 的深度也有所差異。的深度也有所差異。 但是，由于四條時(shí)差曲線的源距都較長(zhǎng)但是，由于四條時(shí)差曲線的源距都較長(zhǎng)(比通常聲比通常聲 波測(cè)井源距波測(cè)井源距1米左右大得多米左右大得多)，所以，雖然是用單發(fā)單，所以，雖然是用單發(fā)單 收聲系進(jìn)行測(cè)井，但井對(duì)時(shí)差記錄的影響相對(duì)要小得收聲系進(jìn)行測(cè)井，但井對(duì)時(shí)差記錄的影響相對(duì)要小得 多。按井眼補(bǔ)償方式在井下記錄到的滑行縱波時(shí)差值多。按井眼補(bǔ)償方式在井下記錄到的滑行縱波時(shí)差值 在測(cè)井圖上標(biāo)記為在測(cè)井圖上標(biāo)記為DTC，滑行橫波時(shí)差，滑行橫波時(shí)

9、差DTS。 采用長(zhǎng)源距聲系的主要優(yōu)點(diǎn)：有利于采用長(zhǎng)源距聲系的主要優(yōu)點(diǎn)：有利于 。這樣，除了能較準(zhǔn)確地記錄巖層的這樣，除了能較準(zhǔn)確地記錄巖層的 橫波及其它類型波的時(shí)差外，還可以橫波及其它類型波的時(shí)差外，還可以 以以 便于從各組波群的便于從各組波群的速度、幅度、頻率速度、幅度、頻率的變化上獲的變化上獲 得有關(guān)地層性質(zhì)的信息。得有關(guān)地層性質(zhì)的信息。 長(zhǎng)源距聲波全波列測(cè)井記錄中的關(guān)鍵問(wèn)題是長(zhǎng)源距聲波全波列測(cè)井記錄中的關(guān)鍵問(wèn)題是 在全波列中區(qū)分縱波、橫波及其它類型的波，在全波列中區(qū)分縱波、橫波及其它類型的波， 而最主要的是區(qū)分而最主要的是區(qū)分縱波和橫波縱波和橫波?，F(xiàn)有的記錄。現(xiàn)有的記錄 方式是從縱波和橫

10、波的方式是從縱波和橫波的到達(dá)時(shí)間到達(dá)時(shí)間、相位相位和和幅幅 度度上加以區(qū)分和識(shí)別的。上加以區(qū)分和識(shí)別的。 縱波與橫波的區(qū)分：縱波與橫波的區(qū)分： 到達(dá)時(shí)間：到達(dá)時(shí)間：CpCstp p或或Cp/Cs1.75 儲(chǔ)集層為裂縫孔隙；儲(chǔ)集層為裂縫孔隙； s p或或Cp/Cs1.75 儲(chǔ)集層為粒間孔隙；儲(chǔ)集層為粒間孔隙； 2 Pickett提出利用橫波時(shí)差估算孔隙度提出利用橫波時(shí)差估算孔隙度： Cmas巖石骨架的橫波速度；巖石骨架的橫波速度； M經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，當(dāng)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，當(dāng)37%時(shí)，時(shí)，m=2。 1980年，年，Raymer公式公式 （對(duì)比）（對(duì)比） CC tt t fmas m ps s )1 ( / fma

11、 m p CCC)1 ( 在根據(jù)在根據(jù)ts計(jì)算孔隙度的計(jì)算孔隙度的圖版中：圖版中： 白云巖：白云巖：ts/tp1.8； 石灰?guī)r：石灰?guī)r：ts/tp1.9； 砂砂 巖巖：ts/tp1.581.78； 含氣砂巖含氣砂巖：ts/tp1.6； 該方法的優(yōu)點(diǎn)在于考慮了巖性對(duì)孔隙度的影響。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于考慮了巖性對(duì)孔隙度的影響。 如果考慮巖石的泊松比和巖如果考慮巖石的泊松比和巖 石的密度，可以繪出右圖所石的密度，可以繪出右圖所 示的縱波橫波速度和孔隙度示的縱波橫波速度和孔隙度 的關(guān)系。從圖中可以看出：的關(guān)系。從圖中可以看出： 隨著孔隙度的增大縱橫波速隨著孔隙度的增大縱橫波速 度都下降，縱波降低的更明度都

12、下降，縱波降低的更明 顯；顯； POR40%，Cp，Cs， Cp/Cs與與POR近似為線性關(guān)近似為線性關(guān) 系；系； POR=020%，Cp/Cs沒(méi)有變沒(méi)有變 化；化； 1.Cs 隨隨POR的變化不明顯，的變化不明顯， 不能用來(lái)計(jì)算孔隙度不能用來(lái)計(jì)算孔隙度 二二 判斷孔隙形狀及儲(chǔ)集層孔隙類型判斷孔隙形狀及儲(chǔ)集層孔隙類型 國(guó)內(nèi)外研究表明：國(guó)內(nèi)外研究表明：孔隙形狀及大小是影響彈孔隙形狀及大小是影響彈 性波的因素之一。性波的因素之一。 將孔隙形狀看成長(zhǎng)軸及短軸不同的橢球體，將孔隙形狀看成長(zhǎng)軸及短軸不同的橢球體， 縱剖面上的短軸長(zhǎng)度縱剖面上的短軸長(zhǎng)度a與長(zhǎng)軸長(zhǎng)度與長(zhǎng)軸長(zhǎng)度b的比值，的比值， 即即 a/b

13、作為孔隙形狀的特征值，作為孔隙形狀的特征值， 定義為定義為 “縱橫比縱橫比”。球形孔隙，。球形孔隙， =1， 數(shù)值越小，數(shù)值越小， 則孔隙越接近于裂縫。因此，則孔隙越接近于裂縫。因此， 與與 對(duì)彈性波對(duì)彈性波 都有影響。都有影響。 從上圖可以看出：從上圖可以看出： 孔隙度一定時(shí)，孔隙度一定時(shí)，降低，降低，Cp,Cs,Cp/Cs都降低；都降低； 這說(shuō)明，在裂縫狀孔隙的地層，聲波的傳播速度要小于同這說(shuō)明，在裂縫狀孔隙的地層，聲波的傳播速度要小于同 孔隙度的孔隙型地層?？紫抖鹊目紫缎偷貙?。 孔隙度較小時(shí)，孔隙度較小時(shí)， 對(duì)對(duì)Cp,Cs,Cp/Cs的影響更加明顯；的影響更加明顯； 1. 孔隙度的變化對(duì)

14、孔隙度的變化對(duì)Cp/Cs影響不明顯；而影響不明顯；而對(duì)對(duì)Cp/Cs影響影響 明顯明顯 除了根據(jù)速度計(jì)算孔隙度的大小，還可以根除了根據(jù)速度計(jì)算孔隙度的大小，還可以根 據(jù)據(jù)縱橫波的幅度信息判斷儲(chǔ)集層的孔隙類型縱橫波的幅度信息判斷儲(chǔ)集層的孔隙類型。 統(tǒng)計(jì)資料表明：統(tǒng)計(jì)資料表明： 裂縫性儲(chǔ)集層中縱波和橫波的幅度都有減小，裂縫性儲(chǔ)集層中縱波和橫波的幅度都有減小， 而橫波幅度的減小尤其顯著。而橫波幅度的減小尤其顯著。 聲波的衰減是由于溶洞或孔洞對(duì)聲波的散射所引起的，巖聲波的衰減是由于溶洞或孔洞對(duì)聲波的散射所引起的，巖 石對(duì)聲波散射衰減的大小與聲波信號(hào)頻率的三次方成正石對(duì)聲波散射衰減的大小與聲波信號(hào)頻率的三

15、次方成正 比。比。 P與與 S分別為縱橫波的衰減系數(shù)。分別為縱橫波的衰減系數(shù)。 P與與 S都隨孔隙度的增加而增大；都隨孔隙度的增加而增大； 孔隙度不變時(shí)，孔洞半徑增大，孔隙度不變時(shí)，孔洞半徑增大， P與與 S增加；增加； 1.孔隙度不變時(shí)，孔洞半徑較小時(shí)，孔隙度不變時(shí)，孔洞半徑較小時(shí)， P與與 S 的變化更明顯；的變化更明顯； 三三 判斷巖性判斷巖性 對(duì)不同巖性的地層，其泊松比對(duì)不同巖性的地層，其泊松比 具有不同數(shù)具有不同數(shù) 值，而值，而 可由巖石的縱波與橫波速度可由巖石的縱波與橫波速度Cp和和Cs 計(jì)算得出。計(jì)算得出。 1 1 2 1 2 2 C C C C s p s p 巖石或巖石或 礦

16、物礦物 C Cp p/C/Cs s 巖石或巖石或 礦物礦物 C Cp p/C/Cs s 石石 英英1.487泥灰?guī)r泥灰?guī)r 1.87- 2.45 方解石方解石1.931石石 膏膏2.49 白云石白云石1.800硬石膏硬石膏1.85 粘粘 土土1.936花崗巖花崗巖 1.63- 1.87 石英巖石英巖 1.67- 1.78 玄武巖玄武巖1.69 砂砂 巖巖 1.58- 2.05 輝長(zhǎng)巖輝長(zhǎng)巖 1.51- 1.67 常見(jiàn)巖石及礦物的常見(jiàn)巖石及礦物的Cp/Cs值值 對(duì)于常見(jiàn)的儲(chǔ)集層巖性，對(duì)于常見(jiàn)的儲(chǔ)集層巖性，Cp/Cs的常見(jiàn)值為的常見(jiàn)值為1.58 1.78(砂巖砂巖)，1.8(石灰?guī)r石灰?guī)r)，及，及1

17、.9(白云巖白云巖)。砂巖、石灰?guī)r、。砂巖、石灰?guī)r、 白云巖的縱波及橫波時(shí)差白云巖的縱波及橫波時(shí)差 tp、 ts的分布如下圖所示。的分布如下圖所示。 從圖中可以看出：從圖中可以看出： 在碳酸鹽剖面上，白云巖化程度升高，在碳酸鹽剖面上，白云巖化程度升高，Cp/Cs比值增大；比值增大； 在砂泥巖剖面上，泥質(zhì)含量增加，在砂泥巖剖面上，泥質(zhì)含量增加， Cp/Cs比值增大；比值增大； 曲線符號(hào)為曲線符號(hào)為Cp/Cs的數(shù)值的數(shù)值 四四 判斷巖石孔隙中流體的性質(zhì)判斷巖石孔隙中流體的性質(zhì) 地層中的流體性質(zhì)不同，則縱波與橫波速度地層中的流體性質(zhì)不同，則縱波與橫波速度 比比Cp/Cs是不相同的，例如，含水砂巖的是

18、不相同的，例如，含水砂巖的 Cp/Cs大于含氣砂巖的大于含氣砂巖的Cp/Cs 。 五五 計(jì)算巖石的彈性力學(xué)參數(shù)計(jì)算巖石的彈性力學(xué)參數(shù) )21)(1 ( 1 E CP )1 (2 1 E C S 若把地層看成是各向同性的彈性介質(zhì)，則下面的關(guān)系成立：若把地層看成是各向同性的彈性介質(zhì)，則下面的關(guān)系成立： 1 1 2 1 2 2 C C C C s p s p 1 )21)(1(2 C P E )1(2 E )21 (3 E K 則可以根據(jù)縱波橫波速度計(jì)算彈性力學(xué)參數(shù)：則可以根據(jù)縱波橫波速度計(jì)算彈性力學(xué)參數(shù)： 1 12.178.0 Cs C R 實(shí)際的計(jì)算表明，由上面計(jì)算的泊松比比實(shí)際的要大，實(shí)際長(zhǎng)源實(shí)際的計(jì)算表明，由上面計(jì)算的泊松比比實(shí)際的要大，實(shí)際長(zhǎng)源 距聲波測(cè)井記錄的橫波為假距聲波測(cè)井記錄的橫波為假Raylreigh波，其速度與波，其速度與Cs的關(guān)系為：的關(guān)系為： 我們目前對(duì)全波