礦場(chǎng)地球物理課件第六章聲波測(cè)井

1、.第六章 聲波測(cè)井 聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，速度有很大差別，而且聲波幅度（能量）的衰減、頻率的變化等聲學(xué)特性也是不同的。聲波測(cè)井就是利用巖石等介質(zhì)的這些聲學(xué)特性來(lái)研究鉆井地質(zhì)剖面、判斷固井質(zhì)量等問(wèn)題的一種測(cè)井方法。 聲波測(cè)井主要分為兩大類：聲速測(cè)井和聲幅測(cè)井。聲速測(cè)井是測(cè)量聲波在地層中的傳播速度的測(cè)井方法。聲幅測(cè)井是研究聲波在地層或套管傳播過(guò)程中幅度的變化的測(cè)井方法。 聲速測(cè)井可以用來(lái)確定地層的孔隙度，判斷地層巖性，識(shí)別儲(chǔ)集層的流體性質(zhì)。 聲幅測(cè)井可以識(shí)別氣層，裂縫儲(chǔ)集層，評(píng)價(jià)固井水泥膠結(jié)情況。 聲波測(cè)井與地震勘探資料相結(jié)合，在解決地下地質(zhì)構(gòu)造、判斷巖性、識(shí)別壓力異常層位、探測(cè)和評(píng)價(jià)裂縫、判斷

2、儲(chǔ)集層中流體的性質(zhì)方面得到廣泛應(yīng)用。聲波測(cè)井成為結(jié)合測(cè)井和物探的紐帶。 第一節(jié) 巖石的聲學(xué)特性一、巖石的彈性及彈性參數(shù)巖石楊氏模量E/1011N·m-2泊松比切變模量/1011N·m-2頁(yè)巖砂巖泥灰?guī)r石灰?guī)r硬石膏玄武巖花崗巖 0.170.45 0.0030.715 0.150.45 0.250.801 0.720.74 1.15 0.30.57 1 0.20.35 0.30.4 0.220.35 0.295 0.23 0.1980.3 0.2310.265 (0.281) 0.1560.237二、聲波在沉積巖石中的傳播特性 縱橫波速度表達(dá)式：三、聲波在沉積巖石中的傳播的影響

3、因素1. 巖性：構(gòu)成不同巖石的礦物的彈性模量大小不同，巖石的聲波速度大小也不相同。介質(zhì)聲速/m·s-1時(shí)差/ s·m -1空氣甲烷石油水(普通泥漿)泥巖泥質(zhì)砂巖滲透性砂巖致密砂巖致密石灰?guī)r白云巖巖鹽硬石膏 330 442 10701320 15301620 18303962 5638 5943 5500 64007000 7900 46005200 61006250 3000 2260 985757 655620 548252 177 168 182 156143 125 217193 164160 2. 孔隙度 沉積巖孔隙中通常被石油、氣、水等流體介質(zhì)所充填。這些空隙流體

4、的彈性模量和密度不同于巖石骨架的彈性模量和密度，因此，巖石孔隙和孔隙流體對(duì)巖石的聲波速度有明顯影響。 一般孔隙流體相對(duì)于巖石骨架聲波速度較低，所以巖性相同，孔隙流體不同的巖石聲波速度不同。 巖性和孔隙流體相同，孔隙度越大巖石的聲波速度越小。 3. 巖層的地質(zhì)年代 ：一般深度相同，成份相似的巖石，地質(zhì)年代越老，聲波速度越高。 4. 巖石埋藏的深度：在巖性和地質(zhì)年代相同的條件下，聲波速度隨巖層的埋藏深度加深而增加。四、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性 當(dāng)聲波由一種介質(zhì)向另一種波阻抗不同的介質(zhì)傳播時(shí)，在兩種介質(zhì)界面上，將發(fā)生聲波的反射和折射。法線1v12v2入射波反射波折射波法線1v12v2入射波反射波折

5、射波 在2v2>1v1時(shí)，折射角大于入射角，即> 。當(dāng)增大到某一角度i時(shí)，折射角達(dá)到90°。此時(shí)折射波在第二種介質(zhì)中以v2速度沿兩種介質(zhì)的界面?zhèn)鞑?。這種折射波在聲波測(cè)井中被稱為滑行波。入射角i稱為臨界角。 第二節(jié) 聲波速度測(cè)井 聲波速度測(cè)井簡(jiǎn)稱聲速測(cè)井，測(cè)量滑行波通過(guò)地層單位長(zhǎng)度時(shí)所用的時(shí)間，即時(shí)差，單位是us/m。一、聲速測(cè)井儀器簡(jiǎn)介 1.測(cè)井儀器的組成部分：聲速測(cè)井的下井儀器包括三部分。聲系（由發(fā)射探頭和接收探頭組成）、電子線路及隔聲體，其中聲系是主體。 聲系由一個(gè)發(fā)射探頭和兩個(gè)接收探頭組成。2. 換能器（發(fā)射探頭、接收探頭） 壓電陶瓷（鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等一類多原子分

6、子晶體）內(nèi)部有某些微小區(qū)域，它們都有一定方向的電極距，這些小區(qū)域稱為“電疇”。在無(wú)外電場(chǎng)作用時(shí)， “電疇”在空間分布上是雜亂無(wú)章的，整個(gè)材料在宏觀上呈各向同性。 壓電陶瓷發(fā)生形變時(shí)，“電疇”分布趨向一致會(huì)在晶體表面產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 現(xiàn)有聲波測(cè)井儀器的聲波換能器一般是圓管狀的壓電陶瓷或壓電陶瓷片。 發(fā)射探頭的工作原理是：逆壓電效應(yīng)，即經(jīng)極化處理的壓電陶瓷，沿一定方向?qū)ζ涫┘幼兓妷簳r(shí)，在電場(chǎng)的作用下，將發(fā)生變形振動(dòng)，從而在周圍介質(zhì)中激發(fā)聲波。 接收探頭的工作原理：壓電效應(yīng)，接收探頭在發(fā)射探頭產(chǎn)生的聲場(chǎng)中產(chǎn)生振動(dòng)變形，從而產(chǎn)生電信號(hào)。3. 工作頻率、隔聲體 實(shí)際測(cè)井中，每隔一定的時(shí)

7、間給發(fā)射換能器供一次強(qiáng)的脈沖電流，在逆壓電效應(yīng)下發(fā)射探頭產(chǎn)生振動(dòng)，目前聲速測(cè)井所用的振動(dòng)頻率為20KHz。 在井下儀器外殼上刻有很多刻槽，稱為隔聲體，防止聲波經(jīng)儀器外殼傳至接收探頭，對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生干擾。二、井內(nèi)傳播的波1.直達(dá)波：所謂流體直達(dá)波，即是由聲源出發(fā)，經(jīng)過(guò)井內(nèi)泥漿而直接到達(dá)接收器的波。這種波也是聲源的入射波。2.滑行波：由于泥漿波波速小于地層波速，當(dāng)泥漿波在井壁以臨界角入射時(shí)，在井壁上產(chǎn)生滑行波，以地層速度傳播?？煞譃榛袡M波和滑行縱波。3.一次和多次反射波：入射波可能會(huì)遇到井壁，會(huì)產(chǎn)生一次和多次反射，這樣產(chǎn)生的波分別稱為一次和多次反射波。三、滑行波作為首波到達(dá)接收器的條件 在井內(nèi)傳

8、播的有直達(dá)波、一次和多次反射波、滑行縱波及滑行橫波。在這些波列中，只有滑行波攜帶井外地層的速度信息。因此，要想測(cè)量到地層的縱波或橫波速度，應(yīng)該記錄到滑行波。 由于在測(cè)井中選擇的頻率不是很高，因此井內(nèi)的波列在傳播過(guò)程中形成干涉、疊加，是綜合效應(yīng)產(chǎn)生的波列。從這一波列中難以區(qū)分滑行波、直達(dá)波和一次及多次反射波，因此根據(jù)滑行波傳播速度快的特點(diǎn)，可以選擇適當(dāng)?shù)慕邮拯c(diǎn)和接收間距，使滑行波能夠盡量提早到達(dá)接收器，以便有利于波形提取和識(shí)別。在井中居中放置一單發(fā)單收聲波測(cè)量裝置，井眼的半徑為r。要想在井壁上產(chǎn)生滑行縱波， T則必須以臨界角i入射，要想在井軸上接收到滑行縱波，接收點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)的最小距離為： 要使滑

9、行縱波成為首波，必須選擇適當(dāng)?shù)脑淳啵?設(shè)選擇的源距為L(zhǎng) 。 直達(dá)波到達(dá)接收器所需時(shí)間為：滑行縱波到達(dá)接收器所需要的時(shí)間為： v1為井中流體的聲波速度；v2為井外地層的縱波速度。 如果要使滑行縱波最先到達(dá)，則要求Td>Tc，即 為了使各種波能在時(shí)域內(nèi)相互“拉開(kāi)”盡量減少相互疊加，一般選擇更長(zhǎng)的源距。由于聲波在傳播過(guò)程衰減，增大源距，聲波衰減嚴(yán)重，從而造成記錄的聲信號(hào)的信噪比降低，因此源距選得又不能過(guò)長(zhǎng)。四、單發(fā)單收聲系及單發(fā)雙收聲系1.單發(fā)單收聲系 假設(shè)井內(nèi)流體中縱波速度為v1，井外地層的縱波速度為v2，則第一臨界角的正弦為v1 /v2，滑行波到達(dá)接收探頭所用時(shí)間為： 若要求得v2，必須已

10、知臨界角、 v1和井徑。但實(shí)際測(cè)井中，這些參數(shù)是未知的或比較難確定的。 2.單發(fā)雙收聲系 聲系由發(fā)射探頭T和 R1、R2兩個(gè)接收探頭組成，R1、R2間的距離為L(zhǎng)d間距)?；胁ㄓ蒚到R1、R2的傳播時(shí)間分別為：地層中縱波的時(shí)差為： 如果間距Ld過(guò)大，則所求得的縱波時(shí)差是長(zhǎng)度為一個(gè)間距厚度地層的平均聲速，因此不利于薄層分析；而且間距過(guò)大，第二個(gè)接收探頭由于地層的衰減而記錄的滑行縱波幅度很小，不易辨認(rèn)，易產(chǎn)生記錄誤差； 間距選擇過(guò)小，被測(cè)量的聲波時(shí)差的絕對(duì)值變小，則相對(duì)誤差增大。從提高測(cè)量精度的角度來(lái)看，間距選擇大一些為好。如果地層的縱波速度比較低時(shí)，可以選擇較小的間距，這樣可以提高薄層的分層能力

11、。五、影響聲波時(shí)差曲線的主要因素1.井眼和井徑的變化影響 井眼不規(guī)則，測(cè)量結(jié)果會(huì)受井內(nèi)泥漿聲速的影響，且誤差較大。 單發(fā)雙收聲系時(shí)差曲線在擴(kuò)徑井段的上、下界面處發(fā)生變化，出現(xiàn)假異常。在上界面增大的尖峰，在下界面減小。 在縮徑井段（砂巖層）的頂部出現(xiàn)出現(xiàn)聲波時(shí)差減小的尖峰，在底界面出現(xiàn)增大的尖峰。所以在聲波時(shí)差讀值時(shí)，應(yīng)參考井徑測(cè)井曲線，避免假異常。2. 深度誤差 單發(fā)雙收聲系的記錄點(diǎn)為兩接收探頭的中點(diǎn)。 記錄的聲波時(shí)差是在該記錄點(diǎn)附近厚度為L(zhǎng)的巖層的平均聲波時(shí)差。 但聲波在兩個(gè)接收探頭之間傳播的距離和它們所對(duì)應(yīng)的地層不完全重合。 這一深度誤差在地層速度較高，井徑較小時(shí)并不大，可忽略。3. 地層

12、厚度的影響 聲速測(cè)井儀對(duì)小于間距的薄地層分辨能力較差。 減小間距可以提高對(duì)于薄層的分辨能力，但是記錄精度就受影響了。 地層厚度小于間距的薄互層，聲波時(shí)差曲線不能反映地層的真正聲波時(shí)差，甚至還可能出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。4. “周波跳躍” 含氣的疏松砂巖、裂縫發(fā)育的地層以及泥漿氣侵的井段，因產(chǎn)生多次反射或聲波能量衰減而使能量明顯衰減，滑行縱波的幅度急劇衰減，造成同首波只能觸發(fā)第一接收器，第二接收器接收的波列的首波是后續(xù)波。這在聲速時(shí)差曲線上表現(xiàn)為時(shí)差急劇增大，出現(xiàn)忽大忽小的現(xiàn)象這種現(xiàn)象稱為“周波跳躍”。 周波跳躍是疏松砂巖氣層和裂縫發(fā)育地層的一個(gè)特征，可被利用來(lái)尋找氣層或裂縫帶。5、儀器傾斜的影響使聲波

13、時(shí)差值增大。六、井眼補(bǔ)償測(cè)井 它由兩個(gè)發(fā)射探頭T1、T2和兩個(gè)接收探頭R1、R2組成。記錄點(diǎn)位于R1、R2中點(diǎn) T1和T2交替發(fā)射聲波脈沖，由R1、R2各記錄一次。 將兩次記錄的時(shí)差求平均值，作為當(dāng)前R1、R2對(duì)應(yīng)的地層的聲波時(shí)差。 雙發(fā)雙收聲系可以減小或消除深度誤差和井眼不規(guī)則的影響的。 當(dāng)T1工作時(shí)，反映的是B1C1段（中點(diǎn)為O1）地層的時(shí)差平均值。 當(dāng)T2工作時(shí)，反映的是B2C2段（中點(diǎn)為O2） 地層的時(shí)差平均值。 取兩次測(cè)量結(jié)果的平均值反映的是O1和O2中點(diǎn)O處的時(shí)差平均值。 此時(shí)實(shí)際記錄點(diǎn)和儀器記錄點(diǎn)重合，不再發(fā)生深度誤差。 可近似認(rèn)為R1B1=R1C2，R2B2=R2C1?？朔袅?/p>

14、井徑不規(guī)則引起的影響。 雙發(fā)雙收聲系還可克服儀器傾斜的影響。 由于B2R2=C1R2、B1R1=C2R1井眼補(bǔ)償測(cè)井的缺點(diǎn)是薄層分辨能力差。 由于滑行縱波必須是入射波在傳播過(guò)程中以一定的傾斜角入射到井壁上時(shí)才能產(chǎn)生，而雙發(fā)雙收聲系采取上下兩端發(fā)射，使得兩次時(shí)差記錄的井段不能完全重合。 特別是低速地層和大井徑的井眼，這一問(wèn)題更為明顯，而且有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“盲區(qū)”現(xiàn)象七、聲波速度測(cè)井資料的應(yīng)用1. 判斷氣層 氣層的時(shí)差值比含油含水層的要高得多，另外，在含氣層段，聲波時(shí)差往往會(huì)產(chǎn)生周波跳躍，在巖性一定的情況下，可用這一現(xiàn)象來(lái)指示氣層。2. 劃分地層 不同巖性的地層時(shí)差值不一樣，據(jù)此可劃分地層。 在砂泥巖剖

15、面，砂巖顯示出較低的時(shí)差，而泥巖顯示出較高的時(shí)差。 砂巖中膠結(jié)物的性質(zhì)對(duì)聲波時(shí)差有較大的影響，一般鈣質(zhì)膠結(jié)比泥質(zhì)膠結(jié)的時(shí)差要低。 在砂巖中，隨著泥質(zhì)含量的增加，聲波時(shí)差增大。 頁(yè)巖的時(shí)差介于泥巖時(shí)差和砂巖時(shí)差之間，礫巖時(shí)差一般較低，且越致密時(shí)差越低。 在碳酸鹽巖剖面，致密石灰?guī)r和白云巖時(shí)差最低，如果含泥質(zhì)，聲波的時(shí)差稍微有增高。 孔隙性和裂縫性石灰?guī)r和白云巖聲波時(shí)差明顯增大，裂縫發(fā)育會(huì)出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。 在膏鹽剖面，滲透性砂巖時(shí)差最高，泥巖由于含鈣、含膏，時(shí)差與致密砂巖相近。無(wú)水石膏的時(shí)差很低，鹽巖由于擴(kuò)徑嚴(yán)重，聲波時(shí)差曲線顯示周波跳躍現(xiàn)象。 聲波時(shí)差的高低在一定程度上反映巖石的致密程度，特別

16、是它常用來(lái)區(qū)分滲透性砂巖和致密砂巖。 煤層的聲速較低，在時(shí)差曲線上常顯示為高值。 在時(shí)差曲線上，煤層可能與泥巖相混，分不清煤層與炭質(zhì)頁(yè)巖的分界面。 聲波速度測(cè)井與地層密度測(cè)井配合，可以直接得到巖層強(qiáng)度特性參數(shù)，從而為確定煤層頂?shù)装鍙?qiáng)度特性及合理制定礦井開(kāi)采方案提供重要的資料。3. 確定地層的孔隙度 懷利對(duì)孔隙性地層進(jìn)行總結(jié)實(shí)驗(yàn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，提出了時(shí)間平均方程。 聲波在單位體積巖石中的傳播時(shí)間可分為兩部分：一是巖石骨架部分，其體積1- ；另一部分為巖石孔隙流體部分，其體積為 ，巖石等效體積模型。 上式即為懷利時(shí)間平均公式，給出了巖石聲速與孔隙度為線性關(guān)系的計(jì)算模型。 懷利時(shí)間平均公式的物理意義是

17、：聲波在單位厚度巖層中傳播所用的時(shí)間，等于其在孔隙中以流體聲速傳播經(jīng)過(guò)等效的孔隙厚度所用的時(shí)間，以及在巖石骨架部分以巖石骨架聲速傳播經(jīng)過(guò)等效骨架厚度所用的時(shí)間之和。 當(dāng)巖石骨架時(shí)差 tma 和孔隙流體時(shí)差tf已知時(shí)，利用時(shí)差曲線的讀數(shù)t可求出地層孔隙度 。 即時(shí)波時(shí)差和孔隙度呈線性關(guān)系。 平均時(shí)間公式的應(yīng)用條件：孔隙均勻分布，固結(jié)且壓實(shí)的純地層。 固結(jié)壓實(shí)的純地層，其粒間孔隙的石灰?guī)r和較為致密的砂巖（孔隙度在18%25%）可直接利用公式，不必校正。 孔隙度在25%35%的固結(jié)壓實(shí)砂巖，利用公式求出的聲波孔隙度需要進(jìn)行流體校正，氣層的校正系數(shù)為0.7，油層的校正系數(shù)為0.80.9。 若臨近泥巖的

18、聲波時(shí)差大于328s/m，則認(rèn)為砂巖未壓實(shí)，利用公式求出的聲波孔隙度需要進(jìn)行壓實(shí)校正。壓實(shí)校正系數(shù)可以由試驗(yàn)求得，也可以從圖板上讀取。 對(duì)于含泥質(zhì)的非純地層要進(jìn)行泥質(zhì)校正，可以通過(guò)自然電位幅度減小系數(shù)a對(duì)泥質(zhì)影響加以校正。對(duì)于次生孔隙較（溶洞和裂縫）發(fā)育的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層，其次生孔隙分布不均，孔徑較大，聲波時(shí)差在其中傳播的機(jī)理和在純砂巖中傳播的機(jī)理不同，聲波在溶洞和裂縫中會(huì)發(fā)生折射、繞射、多次反射，利用時(shí)間平均公式求得的孔隙度偏低，不能應(yīng)用時(shí)間平均公式。 第三節(jié) 聲波幅度測(cè)井 聲波幅度測(cè)井測(cè)量的是聲波信號(hào)的幅度。聲波在介質(zhì)中傳播，其幅度會(huì)逐漸衰減，聲波幅度的衰減在聲波頻率一定的情況下，是和介質(zhì)的

19、密度、彈性等因素有關(guān)的。 聲幅測(cè)井目前主要用于檢查固井后水泥和套管的膠結(jié)情況。它是通過(guò)測(cè)量聲波幅度的衰減變化來(lái)認(rèn)識(shí)地層特點(diǎn)以及水泥膠結(jié)情況的一種測(cè)井方法。一、巖石中的聲波幅度衰減（1）介質(zhì)粘滯吸收聲波能量 聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)要克服摩擦力，使聲波能量轉(zhuǎn)化成熱能而衰減。 對(duì)于同一地層聲波頻率越高，其能量越容易被吸收。頻率一定，地層越疏松，聲波能量被吸收越大。所以測(cè)量聲波幅度可以了解巖石的特性。（2）介質(zhì)界面反射聲波能量 聲波在不同介質(zhì)的界面產(chǎn)生反射與折射，透射波的能量取決于兩種介質(zhì)聲阻抗之比。 聲阻抗z= v 聲耦合率= z1 / z2 z1與z2差異大，聲耦合越差，聲波透射率低，

20、透射能量??；反射率高，反射能量強(qiáng)。 z1與z2差異小，聲耦合越好，聲波透射率高，透射能量大；反射率低，反射能量低。二、聲波幅度測(cè)井1.裸眼井聲幅測(cè)井 測(cè)井目的：探測(cè)裂縫帶和研究巖性 兩種儀器類型：?jiǎn)伟l(fā)單收聲幅測(cè)井，記錄首波第一個(gè)半周期的峰值幅度。單發(fā)雙收聲幅測(cè)井儀，記錄兩個(gè)接收器首波的第一個(gè)半周期峰值幅度之差和之比。 實(shí)驗(yàn)證實(shí)對(duì)于裂縫性地層，垂直裂縫主要衰減縱波，水平裂縫主要衰減橫波。裂縫對(duì)聲波的衰減與裂縫的傾角、開(kāi)口及發(fā)育程度有關(guān)。 聲波在溶洞性、裂縫性地層衰減較大，地層波幅度很小，可以在碳酸鹽及堅(jiān)硬砂巖地層剖面劃分溶洞和裂縫性地層。2.水泥膠結(jié)測(cè)井 測(cè)井原理：發(fā)射探頭以臨界角發(fā)射，在泥漿和

21、套管界面上產(chǎn)生滑行波。接收探頭接收滑行波的第一個(gè)負(fù)峰的幅度值，即水泥膠結(jié)測(cè)井曲線幅度。 若套管與水泥膠結(jié)良好，測(cè)井幅度值較低。反之則測(cè)井幅度值較大。以此評(píng)價(jià)固井質(zhì)量。測(cè)井曲線影響因素測(cè)井時(shí)間的影響，一般固井后2448小時(shí)內(nèi)測(cè)井。水泥環(huán)厚度的影響。厚度大于2cm對(duì)膠結(jié)測(cè)井影響不變，厚度小于2cm水泥環(huán)越薄，膠結(jié)測(cè)井幅度越高。井筒內(nèi)泥漿氣侵的影響。聲波能量容易在井內(nèi)衰減造成膠結(jié)測(cè)井曲線低幅度。水泥膠結(jié)測(cè)井曲線的應(yīng)用水泥面以上幅度大，接箍幅度小。確定水泥面上返高度。膠結(jié)良好井段幅度最低。水泥膠結(jié)測(cè)井解釋方法相對(duì)幅度法 相對(duì)幅度=（目的段曲線幅度/ 泥漿段曲線幅度）100% 定量解釋標(biāo)準(zhǔn)： 相對(duì)幅度&

22、lt;20%：膠結(jié)良好 相對(duì)幅度20%40%：膠結(jié)中等 相對(duì)幅度>40%：膠結(jié)不好（串槽）水泥膠結(jié)指數(shù)BI法 BI（膠結(jié)指數(shù)）=（目的井段聲幅衰減率（dB/ft）/完全膠結(jié)井段（聲幅衰減率（dB/ft）=a1/a2 聲波幅度衰減率a：套管波在套管中傳播單位距離衰減的分貝數(shù)。 完全膠結(jié)時(shí)衰減率最大，膠結(jié)指數(shù)值最大為1。膠結(jié)指數(shù)越小于1 ，水泥膠結(jié)越差。3.聲波變密度測(cè)井（VDL） 聲波變密度測(cè)井也是一種測(cè)量水泥膠結(jié)情況，評(píng)價(jià)固井質(zhì)量的聲幅測(cè)井方法。能反映水泥環(huán)第一界面和第二界面的膠結(jié)情況。 變密度測(cè)井采用單發(fā)單收聲系，源距1.5m，從發(fā)射探頭到接收探頭聲波有四個(gè)傳播路徑：沿套管傳播的套管波

23、；沿水泥環(huán)傳播的水泥環(huán)波；在地層中傳播的地層波； 通過(guò)泥漿直接傳播的泥漿波。 到達(dá)接受探頭的聲波信號(hào)次序?yàn)椋鹤钤绲竭_(dá)接收器的是套管波，其次是水泥環(huán)波及地層波，最晚的是泥漿波。 聲波變密度測(cè)井按時(shí)間的先后次序，將四種波全部記錄下來(lái)，記錄的是全波列，所以又叫全波列測(cè)井。套管波與地層波的幅度與固井質(zhì)量的關(guān)系： 自由套管：套管外無(wú)水泥環(huán)只有泥漿時(shí)，此時(shí)第一界面和第二界面均未膠結(jié)，致使大部分聲能量沿套管傳播，極小部分傳到地層，甚至傳不到地層，這時(shí)套管波的幅度很大，而地層波的幅度很小，甚至看不到地層波。 完全膠結(jié)：當(dāng)水泥環(huán)與套管及地層膠結(jié)良好時(shí)，聲耦合好，聲波能量基本上傳到地層，此時(shí)套管波幅度小，而地層波

24、的幅度較大。 當(dāng)?shù)谝唤缑婺z結(jié)良好，而第二界面膠結(jié)不好時(shí)：聲波大部分能量傳到水泥環(huán)中，由于水泥環(huán)吸收強(qiáng)，致使聲波幅度明顯衰減，此時(shí)所有波的幅度都很低。 當(dāng)套管偏斜時(shí)，一側(cè)與水泥膠結(jié)良好，而另一部分與沒(méi)有水泥，地層稱為竄槽，聲波能量一部分沿套管傳播，另一部分傳入地層，此時(shí)既有地層波，也有套管波的顯示。聲波變密度測(cè)井聲波信號(hào)的記錄： 在測(cè)量時(shí)把信號(hào)幅度的正半周保留，將負(fù)半周去掉，正半周的信號(hào)幅度的大小用灰度表示，顏色的深淺表示信號(hào)幅度的大??；負(fù)半周用白色表示，在記錄儀上顯示為隨深度變化的黑、白相間的條紋。 套管波特征：聲波通過(guò)套管的速度不變，其速度大于地層速度，所以套管波的相線顯示為一組明暗相間的直

25、線，而且在左側(cè)。 地層波特征：由于不同的巖層，速度不同，所以地層信號(hào)到達(dá)接收器的時(shí)間是變化的。因此，代表地層波的相線位置隨深度變化，反映巖層中的傳播時(shí)間。 根據(jù)這種特征可區(qū)分套管波和地層波。在強(qiáng)的套管波相限上，可看出套管接箍信息“人字形”的顯示。其原因是管壁增厚，其信號(hào)的時(shí)間推移，能量成小的緣故。 自由套管，在變密度測(cè)井圖象上套管波信號(hào)強(qiáng)，在變密度相線上顯示出明暗相間的直線，還可見(jiàn)到“人字形”，地層信號(hào)很弱。 兩個(gè)界面都膠結(jié)良好，聲波大部能量傳到水泥進(jìn)入地層，因此，套管波信號(hào)弱而地層波信號(hào)強(qiáng)。 水泥與地層沒(méi)有膠結(jié)，而套管與水泥膠結(jié)良好：地層信號(hào)和套管信號(hào)均弱，且套管波的衰減程度與水泥環(huán)的膠結(jié)厚

26、度有關(guān)(當(dāng)水泥厚度小于2厘米時(shí))，若水泥環(huán)厚度大于2厘米，則不會(huì)使套管波信號(hào)有明顯地衰減。 水泥串槽：套管信號(hào)增加，但也仍有地層信號(hào)。固井情況波列特征VDL圖形特點(diǎn)第一、二界面均膠結(jié)良好套管波弱，地層波強(qiáng)左淺右深第一界面膠結(jié)良好，第二界面未膠結(jié)套管波弱，地層波弱左淺右淺第一界面未膠結(jié)或套管外為泥漿套管波強(qiáng)，地層波弱左深右淺4. 超聲波電視測(cè)井 是一種直接觀察井下套管波和地層情況的聲波幅度測(cè)井方法。利用反射波的能量和反射界面聲阻抗差的關(guān)系原理。通過(guò)測(cè)量超聲波的反射波的強(qiáng)度來(lái)了解套管射孔與裂縫以及地層裂縫狀況。 可用來(lái)判斷巖層特性，確定地層界面，識(shí) 別裂縫，監(jiān)測(cè)套管損傷和射孔情況。 發(fā)射探頭垂直向

27、井壁或套管壁發(fā)射超聲波，經(jīng)井壁或套管反射后，發(fā)射探頭又作為接受探頭接受發(fā)射信號(hào)。將接收到的反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為灰度顯示。探頭在井中工作時(shí)繞井軸旋轉(zhuǎn)發(fā)射和接收一周（360度）。 在套管井中可以測(cè)量射孔井段深度，判斷套管的變形和腐蝕情況。 在裸眼井中可以識(shí)別高速地層和低速地層，識(shí)別裂縫帶或溶洞，并可確定裂縫面和層理面的傾角。dl其中：d井徑；lS形最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的垂直距離。5. 噪聲測(cè)井 井下液流或氣流通過(guò)阻流位置時(shí)，也就是流體在進(jìn)入狹窄的孔道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生湍流噪聲。通過(guò)確定噪聲的頻率和幅度，來(lái)確定套管外流體的流動(dòng)位置、流量及其類型等。 在油井中通過(guò)測(cè)量噪聲信號(hào)的幅度來(lái)檢測(cè)套管外竄槽位置和流量等油井生產(chǎn)問(wèn)題

28、?？捎脕?lái)確定竄槽位置，流體類型，壓力大小，在注水井中測(cè)量注水量等。 第四節(jié) 長(zhǎng)源距聲波全波列測(cè)井 聲波速度測(cè)井和聲波幅度測(cè)井是從幾何聲學(xué)的角度研究滑行波、反射波（縱波和橫波），但聲源在井內(nèi)引起的波動(dòng)現(xiàn)象是很復(fù)雜的。在井內(nèi)波動(dòng)模式很多，并不是每一種波動(dòng)模式都能用幾何聲學(xué)來(lái)解釋。 離聲源足夠遠(yuǎn)的接收器在足夠長(zhǎng)的接收時(shí)間內(nèi)按照到達(dá)接受器的時(shí)間順序依次接收到的各種聲波波型稱為聲波全波列波型圖。該圖中除了滑行縱波和滑行橫波還有偽瑞利波和斯通利波。 這些波都是聲源在井中引起的波動(dòng)及其傳播，每一種波型都是波動(dòng)方程在特定情況下的解。一、裸眼井中聲波全波列成分 當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射聲波時(shí)，由于聲波探頭的指向特性不單一，使得入射波會(huì)以不同的入射角入射到井壁上，不同的入射角會(huì)產(chǎn)生不同的波型成分。 當(dāng)入射角等于第一臨界角時(shí)，在井壁上產(chǎn)生滑行縱波。它是在靠近井壁的井外地層中以地層中的縱波速度沿井壁滑行的波。 當(dāng)入射角等于第二臨界角時(shí)，在井壁上產(chǎn)生滑行橫波。是在靠近井壁的井外地層中以地層中的橫波速度沿井壁滑行的波，由于第二臨界角大于第一臨界角，滑行橫波發(fā)射系數(shù)較小，所以滑行橫波幅度大于滑行縱波幅度。 當(dāng)入射角大于第二臨界角時(shí)，此時(shí)入射的聲波會(huì)形成全反射波，在井內(nèi)流體和井壁巖石界面上產(chǎn)生面