聲波測(cè)井-聲速測(cè)井ppt課件

1、第四章第四章 聲波速度測(cè)井聲波速度測(cè)井u聲波速度測(cè)井是丈量井下巖石地層的聲波傳播聲波速度測(cè)井是丈量井下巖石地層的聲波傳播速度或時(shí)差，以判別井剖面地層的巖性，速度或時(shí)差，以判別井剖面地層的巖性，估算儲(chǔ)集層孔隙度的測(cè)井方法。估算儲(chǔ)集層孔隙度的測(cè)井方法。u聲波速度測(cè)井是巖性孔隙度測(cè)井系列中的主聲波速度測(cè)井是巖性孔隙度測(cè)井系列中的主要測(cè)井方法之一。要測(cè)井方法之一。u聲波速度測(cè)井所記錄的地層聲速普通是指地層聲波速度測(cè)井所記錄的地層聲速普通是指地層縱波的速度或時(shí)差。縱波的速度或時(shí)差。第一節(jié)第一節(jié) 聲波在井壁上的折射與滑行波聲波在井壁上的折射與滑行波井下聲波發(fā)射探頭發(fā)射出的聲波，一部分在井井下聲波發(fā)射探頭發(fā)

2、射出的聲波，一部分在井壁井內(nèi)泥漿與井壁巖層分界面上發(fā)生反射；壁井內(nèi)泥漿與井壁巖層分界面上發(fā)生反射；一部分在井壁上發(fā)生折射，進(jìn)入井壁地層。由一部分在井壁上發(fā)生折射，進(jìn)入井壁地層。由于井壁地層是固相介質(zhì)，因此，折射進(jìn)入地層于井壁地層是固相介質(zhì)，因此，折射進(jìn)入地層的聲波能夠轉(zhuǎn)換成為折射縱波和折射橫波。的聲波能夠轉(zhuǎn)換成為折射縱波和折射橫波。井內(nèi)泥漿聲速井內(nèi)泥漿聲速C1 VP1VP2 VP1時(shí)時(shí), ,折射角折射角 = 90 = 90時(shí)產(chǎn)生滑行縱波時(shí)產(chǎn)生滑行縱波折射定律折射定律: :VPVPinin211SS第一臨界角第一臨界角: :1 1* *=arcsin(VP1/VP2)=arcsin(VP1/VP

3、2)第二臨界角第二臨界角: :2 2* * = arcsin(VP1/VS2) = arcsin(VP1/VS2)同理可得出同理可得出: :當(dāng)折射產(chǎn)生橫波時(shí)有當(dāng)折射產(chǎn)生橫波時(shí)有212VSVPSinSin介質(zhì)名稱介質(zhì)名稱VP (m/s)VP (m/s)VS (m/s)VS (m/s)第一臨界角第一臨界角第二臨界角第二臨界角泥 產(chǎn)生滑行橫波砂 層（疏松）263015183728不產(chǎn)生滑行橫波砂 巖（疏松）3850230024334405砂 巖（致密）55003200165530石灰?guī)r（骨架）7000370013132537白云巖（骨架）7900440011412119鋼

4、管5400310017413104常見(jiàn)介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨界角常見(jiàn)介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨界角三三 反射系數(shù)、折射系數(shù)反射系數(shù)、折射系數(shù)R R、T T反射系數(shù)反射系數(shù)R R：R=WR/W=R=WR/W=反射波的能量反射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =( =(2 2V2-V2-1 1V1)/(V1)/(2 2V2+V2+1 1V1)V1)折射系數(shù)折射系數(shù)T T：T=WT/W=T=WT/W=折射波的能量折射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =2 =21 1V1/(V1/(2 2V2+V2+1 1V1)V1)入射角入射角=0=0，T+R=1T+R=1四四 波阻抗、聲耦合率

5、波阻抗、聲耦合率(1)(1)波阻抗波阻抗Z Z Z= Z=波的傳播速度波的傳播速度介質(zhì)的密度介質(zhì)的密度=V=V (2)(2)聲耦合率聲耦合率 兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：Z1/Z2Z1/Z2Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，越大或越小，聲耦合越差，R大，大，T小，小，聲波不易從介質(zhì)聲波不易從介質(zhì)1到介質(zhì)到介質(zhì)2中去。中去。Z1/Z2越接近越接近1，聲耦合越好，聲耦合越好，R小，小，T大，聲大，聲波易從介質(zhì)波易從介質(zhì)1到介質(zhì)到介質(zhì)2中去。中去。費(fèi)爾馬原理費(fèi)爾馬原理普通聲波在均勻各向同性、完全彈性的無(wú)限普通聲波在均勻各向同性、完全彈性的無(wú)限大介質(zhì)中傳播時(shí)，它經(jīng)過(guò)空間恣意兩點(diǎn)時(shí)，大介

6、質(zhì)中傳播時(shí)，它經(jīng)過(guò)空間恣意兩點(diǎn)時(shí)，是沿著這兩點(diǎn)所決議的直線傳播的。然而，是沿著這兩點(diǎn)所決議的直線傳播的。然而，實(shí)際和實(shí)驗(yàn)證明，在不均勻介質(zhì)中，假設(shè)各實(shí)際和實(shí)驗(yàn)證明，在不均勻介質(zhì)中，假設(shè)各向異性介質(zhì)，聲波并不沿直線傳播，這時(shí)聲向異性介質(zhì)，聲波并不沿直線傳播，這時(shí)聲波在傳播時(shí)遵照何種規(guī)律呢？波在傳播時(shí)遵照何種規(guī)律呢？費(fèi)爾馬原理：聲波在普通介質(zhì)中傳播時(shí)，所經(jīng)過(guò)費(fèi)爾馬原理：聲波在普通介質(zhì)中傳播時(shí)，所經(jīng)過(guò)的恣意兩點(diǎn)的傳播途徑滿足所用時(shí)間最小的傳播的恣意兩點(diǎn)的傳播途徑滿足所用時(shí)間最小的傳播條件，這就是費(fèi)爾馬時(shí)間最小原理，這一原理是條件，這就是費(fèi)爾馬時(shí)間最小原理，這一原理是從光動(dòng)搖學(xué)中自創(chuàng)而來(lái)的。在介質(zhì)的聲

7、學(xué)性質(zhì)知從光動(dòng)搖學(xué)中自創(chuàng)而來(lái)的。在介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)知的情況下，可以根據(jù)費(fèi)爾馬原理來(lái)確定聲波在經(jīng)的情況下，可以根據(jù)費(fèi)爾馬原理來(lái)確定聲波在經(jīng)過(guò)介質(zhì)的恣意兩點(diǎn)時(shí)所走的途徑，還可以確定聲過(guò)介質(zhì)的恣意兩點(diǎn)時(shí)所走的途徑，還可以確定聲波的走時(shí)，即聲波經(jīng)過(guò)這兩點(diǎn)時(shí)所用的時(shí)間。波的走時(shí)，即聲波經(jīng)過(guò)這兩點(diǎn)時(shí)所用的時(shí)間?；莞乖砘莞乖斫橘|(zhì)中波所傳播到的各點(diǎn)都可以看成新的波源，介質(zhì)中波所傳播到的各點(diǎn)都可以看成新的波源，稱為子波源；可以為每個(gè)子波源都可以向各個(gè)方稱為子波源；可以為每個(gè)子波源都可以向各個(gè)方向發(fā)出微弱的波，稱為子波；這種子波是以所在向發(fā)出微弱的波，稱為子波；這種子波是以所在介質(zhì)的聲波速度傳播的，新的波前

8、就是由這些子介質(zhì)的聲波速度傳播的，新的波前就是由這些子波相互疊加而構(gòu)成的，這些子波所構(gòu)成的包絡(luò)決波相互疊加而構(gòu)成的，這些子波所構(gòu)成的包絡(luò)決議了新的波前。這就是惠更斯原理。根據(jù)惠更斯議了新的波前。這就是惠更斯原理。根據(jù)惠更斯原理，利用知的波前可求得后來(lái)時(shí)辰的波前。原理，利用知的波前可求得后來(lái)時(shí)辰的波前。第二節(jié)第二節(jié) 聲波速度測(cè)井聲波速度測(cè)井一一 單發(fā)雙收的丈量原理單發(fā)雙收的丈量原理1 1 聲系聲系T T：發(fā)射探頭電能轉(zhuǎn)化為聲能。：發(fā)射探頭電能轉(zhuǎn)化為聲能。R R：接納探頭聲能轉(zhuǎn)化為電能；：接納探頭聲能轉(zhuǎn)化為電能；聲波在介質(zhì)中的傳播主要指聲速、聲幅和頻率特性聲波在介質(zhì)中的傳播主要指聲速、聲幅和頻率特

9、性井筒井筒井壁井壁ABCDTR1R2源源距距間間距距記錄點(diǎn)記錄點(diǎn)O OO2 2 巖石的聲速特性及影響要素巖石的聲速特性及影響要素(1)VP(1)VP、VSVS與與 、 、E E間的關(guān)系間的關(guān)系)21)(1 ()1 (EVP)1 (2EVS當(dāng)當(dāng) =0.25=0.25，VP/VS=1.73,VP/VS=1.73, E VP(S) E VP(S)(2) (2) 傳播速度與巖性的關(guān)系傳播速度與巖性的關(guān)系巖性不同巖性不同 彈性模量不同彈性模量不同 VP VP、VSVS的影響的影響不同不同 VP VP、VSVS不同不同 (3) (3) 孔隙度的影響孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對(duì)流體

10、的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對(duì)講，即使巖性一樣，其中的流體也不同。孔隙度講，即使巖性一樣，其中的流體也不同?？紫抖仍龃螅瑐鞑ニ俣染徒档?。增大，傳播速度就降低。(4)(4)巖層的地質(zhì)時(shí)代影響巖層的地質(zhì)時(shí)代影響實(shí)踐資料闡明：厚度、巖性一樣，巖層越老，那么傳實(shí)踐資料闡明：厚度、巖性一樣，巖層越老，那么傳播速度越快。播速度越快。(5) (5) 巖層的埋藏深度影響巖層的埋藏深度影響巖性和地質(zhì)時(shí)代一樣：埋深添加導(dǎo)致傳播速度添加。巖性和地質(zhì)時(shí)代一樣：埋深添加導(dǎo)致傳播速度添加。結(jié)論：可用傳播速度來(lái)研討巖層的巖性和孔隙度。結(jié)論：可用傳播速度來(lái)研討巖層的巖性和孔隙度。3 3 巖層的聲幅特性巖層的聲幅特性平

11、面波的衰減僅由介質(zhì)的吸收引起的，聲波的能量與平面波的衰減僅由介質(zhì)的吸收引起的，聲波的能量與其幅度的平方成反比，聲幅的大小反映了聲波能量的其幅度的平方成反比，聲幅的大小反映了聲波能量的高低。高低。 J= J0e-2L J= J0e-2L J J： 聲波經(jīng)過(guò)聲波經(jīng)過(guò)L L間隔后的聲間隔后的聲強(qiáng)強(qiáng) J0 J0： 初始聲強(qiáng)初始聲強(qiáng) ：介質(zhì)的吸收系數(shù)：介質(zhì)的吸收系數(shù) 下降下降 V V下降下降 添加添加 頻率添加頻率添加 添加添加2 2 單發(fā)雙收的丈量原理單發(fā)雙收的丈量原理(1) (1) 產(chǎn)生滑行波的條件產(chǎn)生滑行波的條件(V(V地地VV泥漿泥漿) ) 產(chǎn)生滑行波的產(chǎn)生滑行波的過(guò)程是可逆的過(guò)程是可逆的(2)

12、 (2) 到達(dá)接納探頭的波類到達(dá)接納探頭的波類折射縱波折射縱波反射波反射波泥漿波泥漿波( (直達(dá)波直達(dá)波) )(3)(3)滑行縱波首先到達(dá)接納探頭滑行縱波首先到達(dá)接納探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，V地大于地大于V泥，泥，假設(shè)合理選擇源距可以使縱波首先到達(dá)接納探頭，而假設(shè)合理選擇源距可以使縱波首先到達(dá)接納探頭，而成其為首波。成其為首波。(4)(4)時(shí)差的表達(dá)式時(shí)差的表達(dá)式時(shí)差：在介質(zhì)中聲波傳播單位間隔所用的時(shí)間時(shí)差：在介質(zhì)中聲波傳播單位間隔所用的時(shí)間)121()121(12vCEvBCvABvDFvBDvABttt假設(shè)井徑規(guī)那么，那么假設(shè)井徑規(guī)那么，那么

13、AB=DF=CEAB=DF=CE，上式為：，上式為：22vCDvBCBDt 顯然，顯然，CDCD正好是儀器的間距正好是儀器的間距( (常數(shù)常數(shù)) )，時(shí)差與聲速成反，時(shí)差與聲速成反比。時(shí)差的單位：比。時(shí)差的單位：s/ms/m。時(shí)差時(shí)差 s/ms/m(5)(5)輸出的測(cè)井曲線輸出的測(cè)井曲線 ( (一條聲波時(shí)差曲線一條聲波時(shí)差曲線) )二二 影響時(shí)差的要素影響時(shí)差的要素1 1 井徑的影響井徑的影響 R1( R1(處在處在D D添加添加) )，R2(R2(位于正?；驕p少位于正常或減少) )井段時(shí)，滑行波井段時(shí)，滑行波到達(dá)到達(dá)R1R1的時(shí)間添加，而到達(dá)的時(shí)間添加，而到達(dá)R2R2的時(shí)間不變，因此時(shí)差的時(shí)

14、間不變，因此時(shí)差下降。下降。 R1 R1位于正常位于正常( (或減少井段或減少井段) )，R2R2位于井徑擴(kuò)展，滑行波位于井徑擴(kuò)展，滑行波到達(dá)到達(dá)R1R1的時(shí)間不變，而到達(dá)的時(shí)間不變，而到達(dá)R2R2的時(shí)間添加，因此時(shí)差的時(shí)間添加，因此時(shí)差添加。添加。 當(dāng)當(dāng)R1R1和和R2R2都處于井徑擴(kuò)展或減少井段時(shí)，都處于井徑擴(kuò)展或減少井段時(shí)，t1t1、t2t2同時(shí)同時(shí)添加或下降，或不變。添加或下降，或不變。2 2 巖層厚度的影響巖層厚度的影響(1) (1) 厚層厚層hlhl間距間距),),曲線的半幅點(diǎn)為層界面曲線的半幅點(diǎn)為層界面, ,曲線幅曲線幅度的峰值為時(shí)差。度的峰值為時(shí)差。間距間距(2) (2) 薄層

15、薄層h hl l間距曲線受圍巖的影響大，高速地間距曲線受圍巖的影響大，高速地層的時(shí)差添加，用半幅點(diǎn)確定的層界面視厚度巖層的時(shí)差添加，用半幅點(diǎn)確定的層界面視厚度巖層的真實(shí)厚度層的真實(shí)厚度間距間距(3) (3) 薄互層薄互層( (交互層中小層的厚度交互層中小層的厚度) )，此時(shí)，曲線不能，此時(shí)，曲線不能反映地層的真正時(shí)差值，由于各層間的相互影響，反映地層的真正時(shí)差值，由于各層間的相互影響，曲線呈鋸齒壯。曲線呈鋸齒壯。 間距間距時(shí)差時(shí)差3 3 周波騰躍的影響周波騰躍的影響(1) (1) 產(chǎn)生的緣由產(chǎn)生的緣由由于在滑行首波到達(dá)接納探頭的途徑中遇到由于在滑行首波到達(dá)接納探頭的途徑中遇到吸收系數(shù)很大的介質(zhì)

16、吸收系數(shù)很大的介質(zhì), ,首波能觸發(fā)首波能觸發(fā)R1R1但不能觸但不能觸發(fā)發(fā)R2,R2R2,R2被幅度較高的后續(xù)波觸發(fā)被幅度較高的后續(xù)波觸發(fā), ,因此因此, ,時(shí)差時(shí)差增大增大. .(2) (2) 周波騰躍的特點(diǎn)周波騰躍的特點(diǎn)時(shí)差值大大添加時(shí)差值大大添加且呈周期性的騰躍且呈周期性的騰躍(3) (3) 產(chǎn)生周波騰躍的各種情況產(chǎn)生周波騰躍的各種情況含氣的疏松砂巖含氣的疏松砂巖裂痕性地層或破碎帶裂痕性地層或破碎帶泥漿氣侵泥漿氣侵三三 井眼補(bǔ)償聲速測(cè)井井眼補(bǔ)償聲速測(cè)井(BHC)(BHC)井眼不規(guī)那么時(shí)，有：井眼不規(guī)那么時(shí)，有：T1T1R1R1R2R2T2T2A AB BE EC C112111VBRVAB

17、VATt 122112VCRVACVATt 1122121VBRCRVBCttt 從圖中所知從圖中所知:CR2BR1,:CR2BR1, t1t1CR2ER1CR2， t2t2 t t1212212VCRERVECttt 221)tt(t 平均后的補(bǔ)償聲速時(shí)差值不變。平均后的補(bǔ)償聲速時(shí)差值不變。同理：在井徑擴(kuò)展的頂界面也如此同理：在井徑擴(kuò)展的頂界面也如此, ,對(duì)儀器的傾斜也對(duì)儀器的傾斜也有補(bǔ)償作用有補(bǔ)償作用. .四四 長(zhǎng)源距聲波測(cè)井長(zhǎng)源距聲波測(cè)井發(fā)射器到接納器的間隔為發(fā)射器到接納器的間隔為8ft8ft、10ft10ft、12ft12ft1 1 處理的問(wèn)題處理的問(wèn)題井徑很大井徑很大井周圍泥巖發(fā)生蝕

18、變時(shí)，一些非固結(jié)和永凍地層井周圍泥巖發(fā)生蝕變時(shí)，一些非固結(jié)和永凍地層中徑向聲速發(fā)生變化。中徑向聲速發(fā)生變化。以上兩種情況是以上兩種情況是BHCBHC無(wú)法處理的。無(wú)法處理的。2 2 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)時(shí)差不受泥漿侵蝕或大井眼的影響，假設(shè)不思索散射時(shí)差不受泥漿侵蝕或大井眼的影響，假設(shè)不思索散射問(wèn)題，它所測(cè)得的速度完全可以與地震記錄的速度對(duì)問(wèn)題，它所測(cè)得的速度完全可以與地震記錄的速度對(duì)比。比。五五 聲波時(shí)差曲線的運(yùn)用聲波時(shí)差曲線的運(yùn)用1 1 判別氣層、確定油氣和氣水界面判別氣層、確定油氣和氣水界面據(jù)流體密度和聲速有：據(jù)流體密度和聲速有：V V水水VV油油VV氣氣在高孔隙和侵入不深的條件下能識(shí)別氣層在高孔隙和侵

19、入不深的條件下能識(shí)別氣層, ,其特征其特征: :氣氣層層周波騰躍周波騰躍高聲波時(shí)差高聲波時(shí)差( (大大3030微秒微秒/ /米米以上以上) )2 2 劃分地層劃分地層 ( (確定地層的巖性確定地層的巖性) )由于不同巖性地層具有不同的聲波速度，因此可以用由于不同巖性地層具有不同的聲波速度，因此可以用時(shí)差劃分地層。時(shí)差劃分地層。致密巖石的時(shí)差致密巖石的時(shí)差 孔隙性巖石的時(shí)差孔隙性巖石的時(shí)差巖層的孔隙添加聲速下降時(shí)差添加巖層的孔隙添加聲速下降時(shí)差添加砂巖的時(shí)差砂巖的時(shí)差 0.3,SW 0.3,所以該層的流體性質(zhì)是油氣水所以該層的流體性質(zhì)是油氣水同層，同層，SO =1-SW = 67.7%SO =1

20、-SW = 67.7%(2) (2) 根據(jù)阿爾奇公式有：根據(jù)阿爾奇公式有： 疏松砂巖類疏松砂巖類 e= e= s/cp cp:s/cp cp:壓實(shí)系數(shù)，固結(jié)壓實(shí)地層壓實(shí)系數(shù)，固結(jié)壓實(shí)地層cp=1,cp=1,否那么否那么cp1cp1壓實(shí)系數(shù)壓實(shí)系數(shù)cpcp的求法的求法: :A A 深度法：深度法：CpCp與深度成反比與深度成反比, ,深度越深深度越深, ,地層越壓實(shí)地層越壓實(shí), ,某某油田的閱歷公式油田的閱歷公式: Cp=1.68-0.0002: Cp=1.68-0.0002H HB B 時(shí)差對(duì)比法：時(shí)差對(duì)比法：Cp=Cp= tsh/tsh/ tshptshp； tshp:tshp:是固結(jié)壓實(shí)是固結(jié)壓實(shí)泥巖的時(shí)差。泥巖的時(shí)差。 固結(jié)壓實(shí)泥質(zhì)地層固結(jié)壓實(shí)泥質(zhì)地層 t= t= tshVsh+tshVsh+ tftf + + tma(1-Vsh-tma(1-Vsh- ) ) 非均勻孔隙地層非均勻孔隙地層用次生孔隙指數(shù)來(lái)反映地層的裂痕的發(fā)育情況：