測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件

1聲波測井講座

中海油田服務股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部資料解釋中心

2010年9月主講人：劉建新1聲波測井講座中海油田服務股份有限公司主講人：劉建地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介質(zhì)中的傳播特性，從而了解巖層的地質(zhì)特性和井的技術(shù)狀況的一種測井方法。目前主要有以下幾種聲波測井方法：聲波時差測井（計算地層孔隙度和力學參數(shù)）水泥膠結(jié)測井CBL（研究固井質(zhì)量）噪聲測井（研究油井串槽和油氣水流動情況）超聲電視BHTV（觀察井壁情況和裂縫）聲速類測井聲幅類測井聲波變密度測井VDL（觀察井壁情況和裂縫）聲波頻率特性類測井聲波測井既可應用于裸眼井，也可應用于套管井測井地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介方位聲波成像測井偶極橫波成像測井井周聲波成像測井超聲波成像測井聲波成像測井方位聲波成像測井聲波成像測井巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。目前聲波測井使用的頻率為20Hz－2MHz。聲波

20HZ〈頻率〈20KHZ次聲波頻率〈20HZ超聲波頻率〉20KHZ什么叫聲波？巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。聲巖石的聲學性質(zhì)一、巖石的彈性及彈性參數(shù)是指物體受有限外力而發(fā)生形變后恢復原來形態(tài)的能力。1、彈性2、物體的分類彈性體塑性體受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢復原狀的能力。彈性體：產(chǎn)生永久形變。塑性體：可變成在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當成彈性體，在巖石中傳播的聲波可以被認為是彈性波。巖石的聲學性質(zhì)一、巖石的彈性及彈性參數(shù)是指物體受有限外力而發(fā)巖石的聲學性質(zhì)3、描述彈性體的參數(shù)（1）楊氏模量E(定義為應力與其應變之比)F—作用外力；l、s—分別為彈性體長度、橫截面積；E—彈性體的楊氏模量，kg/cm2或dyn/cm2F/S—為作用于單位面積上的力，稱為應力。

—為彈性體在力方向上的相對形變，稱為應變。物理意義：描述彈性體發(fā)生形變的難易程度。Hook定律：巖石的聲學性質(zhì)3、描述彈性體的參數(shù)（1）楊氏模量E(定義為應巖石的聲學性質(zhì)（2）泊松比σ（定義為外力作用下，彈性體的橫向應變與縱向應變之比）=彈性體的橫向應變/縱向應變

=（△d/d）/（△l/l）物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量。dlF（3）體積彈性模量K（定義為應力與彈性體的體應變之比）K=應力/體應變=（F/S）/（△V/V）（kg/cm2）體應變也稱膨脹率巖石的聲學性質(zhì)（2）泊松比σ（定義為外力作用下，彈性體的橫向（4）切變模量（）切應變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變化。：切變角

tg=△l/d當很小時，tg=△l/dFtd△l巖石的聲學性質(zhì)切變波的特點：體積不變，邊角關系發(fā)生變化。=切應力/切應變=（Ft/s）/=（Ft/s）/△l/d剪切模量—是彈性體在剪切力Ft作用下，切應力（Ft/s）與剪切變之比。（4）切變模量（）切應變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變巖石的聲學性質(zhì)常見巖石的彈性模量參見P95表2-1巖石的聲學性質(zhì)常見巖石的彈性模量參見P95表2-1巖石的聲學性質(zhì)二、聲波在巖石中的傳播特性1、縱波、橫波的定義縱波（壓縮波或P波）：橫波（剪切波或S波）：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播發(fā)向一致。彈性體的小體積元體積改變，而邊角關系不變。體積模量不等于零的介質(zhì)都可以傳播縱波。介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波傳播方向垂直的波。特點：彈性體的小體積元體積不變，而邊角關系發(fā)生變化，例：切變波。剪切模量不等于零的介質(zhì)才能傳播橫波。巖石的聲學性質(zhì)二、聲波在巖石中的傳播特性1、縱波、橫波的定義巖石的聲學性質(zhì)在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而泥漿中只能傳播縱波。注意橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，因為它的切變模量=0縱波可以在氣體、液體和固體中傳播。巖石的聲學性質(zhì)在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而泥漿中只能巖石的聲學性質(zhì)2、巖石的聲速特性聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指聲速、聲幅和頻率特性。縱波速度橫波速度E—楊氏模量σ—泊松比ρ—介質(zhì)密度巖石的聲學性質(zhì)2、巖石的聲速特性聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指巖石的聲學性質(zhì)常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速度（或傳播時差）見P96表2-2縱橫波比由于大多數(shù)巖石的泊松比等于0.25，所以巖石的縱橫波速度比為1.73?？梢姡瑤r石中傳播的縱波比橫波速度快。一般，巖石的密度越大，傳播速度越快，反之亦然。在聲速測井中，縱波是首波。巖石的聲學性質(zhì)常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速度（或傳播時差）見巖石的聲學性質(zhì)三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性1、聲波在界面上的反射和折射ⅠⅡθβ1β2入射波P反射波折射波P1S1V1V2P2S2θ1折射定律Vp1＜Vp2θ1＝90°θ1*——第一臨界角滑行縱波巖石的聲學性質(zhì)三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性1、聲波在界面上巖石的聲學性質(zhì)Vp1＜Vs2θ2＝90°折射定律θ2*——第二臨界角滑行橫波在產(chǎn)生滑行縱波和滑行橫波以后，其逆過程也成立。巖石的聲學性質(zhì)Vp1＜Vs2折射定律θ2*——第二臨界角滑行巖石的聲學性質(zhì)TⅠⅡ滑行波R輻射能θ1*

或θ2*滑行縱波和橫波沿界面滑行時，將沿臨界角方向向介質(zhì)1中輻射能量。對于井下巖層，一般都滿足vm（泥漿速度）＜vp（地層速度）第一臨界條件，因此井中很容易激發(fā)沿井壁滑行的地層縱波。巖石的聲學性質(zhì)TⅠⅡ滑行波R輻射能θ1*或θ2*滑行縱波和介質(zhì)名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角泥巖180095062o44′不產(chǎn)生滑行橫波砂層（疏松）2630151837o28′不產(chǎn)生滑行橫波砂巖（疏松）3850230024o33′44o05′砂巖（致密）5500320016o55′30o石灰?guī)r（骨架）7000370013o13′25o37′白云巖（骨架）7900440011o41′21o19′鋼管5400310017o41′31o04′常見介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨界角介質(zhì)名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角2、反射和折射系數(shù)（R、T）反射系數(shù)R：1

、2—分別為介質(zhì)Ⅰ、Ⅱ的密度V1

、V2—分別為介質(zhì)Ⅰ、Ⅱ的縱波速度R=WR/W=（2?V2-1?V1）/（2?V2+1?V1）反射波的能量WR與入射波的能量W之比。折射波的能量WT入射波的能量W之比。T=WT/W

=21?V1/（2?V2+1?V1）折射系數(shù)T：巖石的聲學性質(zhì)2、反射和折射系數(shù)（R、T）反射系數(shù)R：1、2—分別為巖石的聲學性質(zhì)3.波阻抗、聲耦合率1）波阻抗Z=波的傳播速度*介質(zhì)的密度=V?2）聲耦合率兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：Z1/Z2Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質(zhì)1到介質(zhì)2中去。Z1/Z2越接近1，聲耦合越好，R小，T大，聲波易從介質(zhì)1到介質(zhì)2中去。各種固井質(zhì)量評價測井正是利用聲波在不同介質(zhì)中傳播時能量的藕合狀況來研究和評價固井狀況的。巖石的聲學性質(zhì)3.波阻抗、聲耦合率1）波阻抗Z=波巖石的聲學性質(zhì)4.井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波A.瑞利波（井壁泥漿的交界面上產(chǎn)生的波，與橫波混在一起不易區(qū)分。）在彈性介質(zhì)的自由表面上，可以形成類似于水波的面波，這種波叫瑞利波(Rayleighwaves)如圖所示，瑞利波具有以下特點：

(1)產(chǎn)生在彈性介質(zhì)的自由表面。

(2)質(zhì)點運動軌跡為橢圓。

(3)質(zhì)點運動方向相對于波的傳播方向是倒卷的，波速約為橫波波速的80％～90％。瑞利波示意圖巖石的聲學性質(zhì)4.井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波A.瑞利波（井壁B.斯通利波（Stoneleywaves）—由在泥漿中傳播的縱波與在井壁中傳播的橫波相干產(chǎn)生的相干波。速度很低且可用于計算地層滲透率。斯通利波具有以下特點：（1）由井壁地層橫波和鉆井液中縱波相干產(chǎn)生。（2）對地層滲透性變化敏感。（3）低速，速度小于在鉆井液中傳播的直達波。

在聲波測井全波列圖上，斯通利波是傳播速度最低的聲波。B.斯通利波（Stoneleywaves）—由在泥漿中傳巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼井聲波測井接收器收到的全波列示意圖巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼聲速測井（聲時差測井）聲時差測井測量聲波通過井下單位厚度巖層的傳播時間，即時差Δt（μs/m），由于時差的倒數(shù)就是聲速v（m/s），因此又叫聲速測井。一、單發(fā)雙收的測量原理ABCDTR1R2源距間距記錄點OOFEGR：接收探頭聲能轉(zhuǎn)化為電能T：發(fā)射探頭電能轉(zhuǎn)化為聲能聲速測井（聲時差測井）聲時差測井測量聲波通過井下單位厚度巖層聲速測井（聲時差測井）1、產(chǎn)生滑行波的條件

V地層

>V泥漿

產(chǎn)生滑行波的過程是可逆的2、到達接收探頭的波類折射縱波泥漿波（直達波）反射波3、讓滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，V地大于V泥，如果合理選擇源距可以使滑行縱波首先到達接收探頭，而成其為首波。聲速測井（聲時差測井）1、產(chǎn)生滑行波的條件2、到達接收探頭的△t=t2-t1=如果井徑規(guī)則，則AB=DF=CE，上式為：顯然：CD正好是儀器的間距（常數(shù)），時差與聲速成反比。時差的單位：s/m聲速測井（聲時差測井）4、時差的表達式時差：在介質(zhì)中聲波傳播單位距離所用的時間。ABCDTR1R2源距間距記錄點OOFEG△t=t2-t1=如果井徑規(guī)則，則AB=DF=CE，上式為：5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）時差s/m5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）氣層－厚層氣層－厚層氣水同層氣水同層氣層氣層縱波速度橫波速度ρ增加，E增加，Vp增加巖性不同彈性模量不同VP、VS的影響不同VP、VS不同（見P96表2-2）

二、巖石的聲速特性及影響因素1、VP、VS與、、E間的關系聲速測井（聲時差測井）縱波速度橫波速度ρ增加，E增加，Vp增加巖性不同2、孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講，即使巖性相同，其中的流體也不同。孔隙度

傳播速度3、巖層的地質(zhì)時代的影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快。聲速測井（聲時差測井）4、巖層的埋藏深度巖性和地質(zhì)時代相同：埋深增加導致傳播速度增加2、孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講結(jié)論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。聲速測井（聲時差測井）結(jié)論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。聲速測井（聲時差三、聲波時差曲線的影響因素聲波時差曲線反映巖層的聲速，聲速高的時差值低，聲速低的時差值高，因此時差值受地層特性的控制，此外還受到井條件及儀器本身的影響。聲速測井（聲時差測井）三、聲波時差曲線的影響因素聲波時差曲線反映巖層的聲速，聲速高聲速測井（聲時差測井）1.井徑的影響①R1處在井徑擴大井段，R2位于正常或縮小井段時，滑行波到達R1的時間增加，而到達R2的時間不變，因此時差下降。②R1位于正?；蚩s小井段，R2位于井徑擴大井段，滑行波到達R1的時間不變，而到達R2的時間增加，因此時差增加。③當R1和R2都處于井徑擴大或縮小井段時，t1、t2同時增加或下降，時差不變。聲速測井（聲時差測井）1.井徑的影響①R1處在井徑擴大井段2.巖層厚度的影響（1）厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層界面,曲線幅度的峰值為時差。（2）薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差增加，用半幅點確定的層界面（視厚度)＞巖層的真實厚度。間距間距聲速測井（聲時差測井）2.巖層厚度的影響（1）厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層聲速測井（聲時差測井）3、周波跳躍的影響（1）產(chǎn)生的原因由于滑行首波在到達接收探頭的路徑中遇到吸收系數(shù)很大的介質(zhì),首波能觸發(fā)R1但不能觸發(fā)R2,R2被幅度較高的后續(xù)波觸發(fā),因此,時差增大。（2）周波跳躍的特點時差值大大增加且呈周期性的跳躍聲速測井（聲時差測井）3、周波跳躍的影響（1）產(chǎn)生的原因聲速測井（聲時差測井）（3）產(chǎn)生周波跳躍的各種情況含氣的疏松砂巖泥漿氣侵裂縫性地層或破碎帶在現(xiàn)場解釋中周波跳躍往往可以作為氣層或裂縫帶的特征。聲速測井（聲時差測井）（3）產(chǎn)生周波跳躍的各種情況含氣的疏測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件地球物理測井—聲波測井聲速測井（聲時差測井）地球物理測井—聲波測井聲速測井（聲時差測井）地球物理測井—聲波測井地球物理測井—聲波測井四、井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規(guī)則時,有:T1R1R2T2ABEC從圖中所知:CR2<BR1,ER1>CR2聲速測井（聲時差測井）四、井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規(guī)則時,有:T1R1R2聲速測井（聲時差測井）井眼補償聲波時差：消除井徑變化產(chǎn)生的影響井眼補償聲波測井由于源距短，只能在井眼直徑較小的井中測得地層的聲速，并且接收器收到的初至波是沿井壁傳播的折射波。說明聲速測井（聲時差測井）井眼補償聲波時差：消除井徑變化產(chǎn)生的影五、長源距聲波測井(LSS)聲速測井（聲時差測井）發(fā)射器到接收器的距離為8ft、10ft、12ft（1）井徑很大(2）井周圍泥巖發(fā)生蝕變時，一些非固結(jié)和永凍地層中徑向聲速發(fā)生變化。以上兩種情況是BHC無法解決的。1、解決的問題五、長源距聲波測井(LSS)聲速測井（聲時差測井）發(fā)射器到接聲速測井（聲時差測井）2、優(yōu)點時差不受泥漿侵蝕或大井眼影響，如果不考慮散射問題，它測得的速度完全可以與地震記錄的速度對比。P105圖2-13LLS和BHC的對比曲線聲速測井（聲時差測井）2、優(yōu)點時差不受泥漿侵蝕或大井眼聲速測井（聲時差測井）1.問題的提出速度較低的軟地層或泥巖層無法測得橫波的速度，計算巖層的動態(tài)參數(shù)。由于軟地層的橫波速度小于泥漿速度，不能滿足第二臨界角的條件，井壁上無法產(chǎn)生滑行橫波，此時用長短源距補償聲波測井不能測到滑行橫波。六、偶極子橫波成像測井（DSI）聲速測井（聲時差測井）1.問題的提出速度較低的軟地層或泥巖層2、偶極子聲系的優(yōu)點偶極子發(fā)射器或接收器聲系可以不受硬軟地層限制測量地層橫波速度。偶極子聲源在井中激發(fā)的聲波是沿井眼附近地層傳播的一種擾曲波，好象使井眼彎曲傳播的波，不論地層的軟硬都可以激發(fā)，并且偶極接收器能接收到它的信號。聲速測井（聲時差測井）2、偶極子聲系的優(yōu)點偶極子發(fā)射器或接收器聲系可以不受硬軟地層3、偶極子聲系發(fā)射單極發(fā)射交叉偶極發(fā)射接收：8個彼此相距6in的接收測站，每個測站由互成45°的四個接收器組成。聲速測井（聲時差測井）3、偶極子聲系發(fā)射單極發(fā)射交叉偶極發(fā)射接收：8個彼此相距6i4、輸出曲線地層縱波速度地層橫波速度斯通利波速度泊松比曲線全波列記錄P106圖2-15聲速測井（聲時差測井）4、輸出曲線地層縱波速度地層橫波速度斯通利波速度泊松比曲線全聲波時差圖聲波能量圖斯通利波裂縫分析圖

DSI聲波處理成果(4137.6--4190.7米)斯通利裂縫分析顯示裂縫特征縱橫波能量衰減明顯斯通利波衰減無衰減PSST縱橫波斯通利波明顯增大聲波時差圖聲波能量圖斯通利波裂縫分析圖DSI聲波處理成果zxc聲波時差圖聲波能量圖斯通利波裂縫分析圖

DSI聲波處理成果（4036.4---4089.7米)斯通利波裂縫分析顯示裂縫特征縱橫波能量衰減.斯通利波能量無衰減PSST縱橫波.斯通利波時差明顯增大STSPzxc聲波時差圖聲波能量圖斯通利波裂縫分析圖DS七、時差曲線的應用1.判斷氣層、確定油氣和氣水界面據(jù)流體密度和聲速有：V水>V油>V氣在高孔隙和侵入不深的條件下能識別氣層,其特征:周波跳躍高時差>30微秒/米氣層聲速測井（聲時差測井）七、時差曲線的應用1.判斷氣層、確定油氣和氣水界面據(jù)流體密度2、劃分地層（確定地層的巖性）由于不同巖性地層具有不同的聲速，因此可以用時差劃分地層。參看P229圖6-6致密巖石的時差<孔隙性巖石的時差巖層的孔隙增加------聲速下降-----時差增加砂巖的時差<泥巖的時差聲速測井（聲時差測井）2、劃分地層（確定地層的巖性）由于不同巖性地層具有不同的白云巖:△tma=143s/m（43.5s/ft）

無水硬石膏:△tma=164s/m

（50s/ft）

巖鹽時差:△tma=220s/m淡水:△tmf=620s/m鹽水:△tmf=608s/m對膏巖剖面有很強的分辯力,由于巖鹽和無水石膏在時差曲線上區(qū)別很大,很容易識別。P101圖2-8砂巖的理論骨架時差:△tma=182s/m(硅質(zhì)膠結(jié))灰?guī)r:△tma=156

s/m（47.5s/ft）

聲速測井（聲時差測井）1m=3.28ft白云巖:△tma=143s/m（43.5s/ft聲速測井（聲時差測井）3、計算孔隙度（1）體積物理模型根據(jù)測井方法的探測特性和巖石的各種物理性質(zhì)上的差異,把巖石體積分成幾個部分,然后研究每一部分對巖石宏觀物理量的貢獻,并視宏觀物理量為各部分貢獻之和。測井參數(shù)*總體積=∑測井參數(shù)*相應體積b=f*+ma（1-）流體骨架純巖石聲速測井（聲時差測井）3、計算孔隙度（1）體積物理模型根據(jù)聲速測井（聲時差測井）（2）用時差求孔隙度的公式t=tf

*+tma（1-）①固結(jié)壓實的純地層聲速測井（聲時差測井）（2）用時差求孔隙度的公式t=t聲速測井（聲時差測井）1）該層的孔隙度2）該層的含水飽和度3）確定該層的流體性質(zhì)代入各參數(shù)：s=30%=0.3解：1)根據(jù)已知條件可得：例題：已知：一淡水泥漿井中，某固結(jié)壓實的砂巖層的時差為：313.4s/m

，電阻率為10m，tma=182s/m

，tf=620s/m，并已知RW=0.1m，求：聲速測井（聲時差測井）1）該層的孔隙度2）該層的含水飽和度3代入?yún)?shù)求出：SW=33.3%3)因為SW>0.3,所以該層的流體性質(zhì)是油氣水同層,SO=1-SW=66.7%聲速測井（聲時差測井）2)根據(jù)阿爾奇公式有：代入?yún)?shù)求出：SW=33.3%3)因為SW>0.3,所以②疏松砂巖類e=

s/cpcp:壓實校正系數(shù)（固結(jié)壓實地層cp=1,否則cp>1）cp的求法:A:深度法B:時差對比法Cp=tsh/

tshptshp—是固結(jié)壓實泥巖的時差tsh—目的層附近的泥巖時差聲速測井（聲時差測井）Cp與深度成反比,深度越深,地層越壓實,勝利油田的經(jīng)驗公式:cp=1.68-0.0002*H②疏松砂巖類e=s/cpcp:壓實校正系數(shù)③固結(jié)壓實泥質(zhì)地層根據(jù)體積物理模型有:t=tsh*Vsh+tf*+tma*(1-Vsh-)④非均勻孔隙地層用次生孔隙指數(shù)來反映地層的裂縫發(fā)育情況:次生孔隙指數(shù)=N-S原生孔隙<S<總孔隙度通常情況下:用S表示原生孔隙度（聲波測井反映原生孔隙度）聲速測井（聲時差測井）③固結(jié)壓實泥質(zhì)地層根據(jù)體積物理模型有:t=tsh*Vs⑤聲波地層因素公式砂巖:X=1.6灰?guī)rX=1.76白云巖X=2.00優(yōu)點:該公式不作壓實校正聲速測井（聲時差測井）⑤聲波地層因素公式砂巖:X=1.6灰?guī)rX=1.76聲速測井（聲時差測井）本節(jié)重點：1、了解聲波時差測井的基本原理2、熟悉常見巖石骨架聲波時差值及大小關系3、掌握聲波時差曲線的應用（識別氣層、計算地層孔隙度等）聲速測井（聲時差測井）本節(jié)重點：1、了解聲波時差測井的基本原聲幅測井裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井本節(jié)主要介紹：聲幅測井裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井本節(jié)主要介聲幅測井一、裸眼井的聲幅測井1、目的：劃分硬地層的裂縫帶2、聲系及測量（1）單發(fā)單收：測量地層滑行縱波的首波幅度。（2）雙發(fā)雙收聲系：測量兩接收探頭的滑行縱波的幅度差。3、聲波能量變化的兩種方式（1）地層吸收聲波能量而使幅度衰減（2）存在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)界面上，折射、反射使聲波的能量發(fā)生變化。兩種變化同時存在，以哪種情況為主，視具體情況而論聲幅測井一、裸眼井的聲幅測井1、目的：劃分硬地層的裂縫帶2、聲幅測井在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是地層的吸收聲波能量所致。套管井中波幅的變化主要和套管與地層介質(zhì)之間的界面引起的聲波能量分布有關。由此，在裸眼井中用聲幅測井可劃分裂縫帶和疏松巖石的地層，套管井中的聲幅測井主要用來評價固井質(zhì)量。聲幅測井在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是地層的吸聲幅測井4、滑行波幅度衰減和地層情況間的關系1）不同角度的裂縫對波的衰減不同與水平線的夾角50°--80°垂直裂縫與水平方向的夾角<30°水平裂縫垂直裂縫主要衰減縱波水平裂縫主要衰減橫波從實驗得出:聲幅測井4、滑行波幅度衰減和地層情況間的關系1）不同角度的裂聲幅測井2)裂縫內(nèi)的物質(zhì)對聲波能量的影響聲波通過裂縫時(兩種界面),只有部分能量透過,裂縫內(nèi)的物質(zhì)對聲波起衰減作用(巖>疏),由此聲波通過較大裂縫,其接收到的能量比非裂縫地層低得多。聲波通過裂縫,能量衰減與裂縫的張開度、發(fā)育程度有關，對于縱波，張開度大和裂縫發(fā)育，則聲幅衰減增加，測得的聲幅低。第一聲學界面：套管與水泥環(huán)的交界面第二聲學界面：水泥環(huán)與井壁地層的交界面聲幅測井2)裂縫內(nèi)的物質(zhì)對聲波能量的影響聲波通過裂縫時(兩種聲幅測井3）溶洞性地層對于溶洞性地層，波繞溶洞傳播：（1）增加了波的傳播路徑（2）溶洞引起波的散射，造成聲波能量較大幅度的衰減，所以聲波在溶洞性地層傳播，地層波幅很小，溶洞對波的衰減相當大。尋找裂縫和溶洞地層的特征：聲幅曲線上，幅度值低。在時差曲線上，時差值高，可能出現(xiàn)周波跳躍。聲幅測井3）溶洞性地層對于溶洞性地層，波繞溶洞傳播：（1）增二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井CBL）1、聲系：單發(fā)單收，源距為1米TR水泥套管泥漿20%40%mv聲幅測井二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井CBL）1、聲系：單發(fā)單收聲幅測井2、接收到的信號沿套管傳播的滑行縱波（套管波）3、管波幅度與管外介質(zhì)性質(zhì)的關系和分布有關套管波幅度受套管和管內(nèi)介質(zhì)的影響是一個定值，收到的信號幅度就取決與套管外介質(zhì)的性質(zhì)和分布。4、評價水泥膠結(jié)質(zhì)量由于套管與水泥接觸，且Z套與Z水泥很接近，聲耦合好，大部分能量都被折射到水泥環(huán)中，而少部分能量折回到井中被記錄，聲幅值低。反之，水泥膠結(jié)不好，則聲幅高。聲幅測井2、接收到的信號沿套管傳播的滑行縱波（套管波）3、管聲幅測井對固井質(zhì)量的判斷應用相對幅度的概念：相對幅度=目的層段曲線幅度/自由套管曲線幅度*100%相對幅度<20%水泥膠結(jié)良好20%<相對幅度<40%水泥膠結(jié)一般相對幅度>40%水泥膠結(jié)差自由套管—管外為泥漿的井段聲幅測井對固井質(zhì)量的判斷應用相對幅度的概念：相對幅度=目聲幅測井5、影響水泥膠結(jié)測井的因素1)測井時間最好在注水泥后20--40小時進行測量,因為水泥有個凝固過程，過早或過晚,都會造成錯誤解釋。2)水泥環(huán)的厚度水泥環(huán)的厚度>2cm，對套管波的衰減是個定值,水泥環(huán)的厚度<2cm,水泥環(huán)越薄,對套管波的衰減越小,測得的聲幅值高。3)儀器偏心和竄槽不同方向到達的管波相位不同,相互抵消,測得的聲幅值低。聲幅測井5、影響水泥膠結(jié)測井的因素1)測井時間最好在注水泥后聲幅測井4)氣侵泥漿氣侵泥漿的吸收系數(shù)大,使聲波的衰減很大,此時測得的聲幅低，造成誤解。5)套管厚度套管對聲波的吸收是固定的,但套管厚度越小,對聲波的衰減越大,測得的聲幅值低。6)微環(huán)固井時,因熱效應和壓力的影響,套管膨脹,注完水泥后,又可能收縮,在套管和水泥環(huán)間有一環(huán)形空間,間隙<0.1mm,它使聲耦合率變差,使測得的聲幅值增加。聲幅測井4)氣侵泥漿氣侵泥漿的吸收系數(shù)大,使聲波的衰減很大,聲幅測井三、聲波變密度測井(VDL)1、套管井中波傳播的路徑(1)沿套管(2)井內(nèi)泥漿(3)通過地層因為水泥的聲速<鋼的聲速,不滿足產(chǎn)生滑行波的條件,所以沒有通過水泥環(huán)的波。2、接收波的先后順序:套管波地層波泥漿波聲幅測井三、聲波變密度測井(VDL)1、套管井中波傳播的路徑聲幅測井3、聲波變密度測井1)聲系2)目的全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)量,了解套管與水泥環(huán)、水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況。3）記錄波的定義及順序①套管波聲波信號是在套管內(nèi)傳播的縱波，速度快，最先到達。是在地層內(nèi)傳播的縱波、橫波、視瑞利波的組合，幅度值高。②地層波單發(fā)單收源距為1.5m③泥漿波通過泥漿直接到達接收探頭的波，它到達最晚、幅度穩(wěn)定且幅度變化不大、頻率低。聲幅測井3、聲波變密度測井1)聲系2)目的全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)聲幅測井4）變密度記錄方式調(diào)輝記錄調(diào)寬記錄A、調(diào)輝記錄負半周的信號放大寬度一致的矩形波，幅度與原信號幅度成正比示波管，矩形波幅度作為灰度控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ㄝ斎霃墓懿ǖ侥酀{波、矩形波的幅度不同熒光屏上出現(xiàn)亮暗相間的掃描線，亮度與矩形波的幅度成正比.對一波列信號，掃描線在同一水平線上被攝相儀感光在相紙上，儀器提升，相紙走動，就連續(xù)地把不同深度的掃描線拍攝成了變密度測井圖聲幅測井4）變密度記錄方式調(diào)輝記錄調(diào)寬記錄A、調(diào)輝記錄負半周聲幅測井套管波地層波泥漿波聲幅測井套管波地層波泥漿波聲幅測井B、調(diào)寬記錄調(diào)寬記錄與調(diào)輝記錄的區(qū)別：矩形波的幅度相同，而寬度不同變密度圖的條帶顏色深淺一致，只是條帶的寬度不同而已，而調(diào)輝記錄正好相反。目前以調(diào)輝記錄較為常見聲幅測井B、調(diào)寬記錄調(diào)寬記錄與調(diào)輝記錄的區(qū)別：矩形波的幅度相聲幅測井5）變密度圖的解釋A、自由套管管外無水泥、形成套管--泥漿界面，Z套/Z泥大，耦合率差，R大T小，管波強、地層波弱或全消失，在變密度圖上出現(xiàn)平直的條紋，越靠近左邊，越明顯，在套管接頭的地方有人字紋。套管接頭的人字紋自由套管的變密度圖聲幅測井5）變密度圖的解釋A、自由套管管外無水泥、形成套管-聲幅測井B、第一、二交界面膠結(jié)好聲耦合率好：套管波弱、地層波很強（很大部分能量透射到地層中去了）變密度圖：左邊條紋模糊或消失，右邊的條紋色深，反差大。見書：P120圖2-31C、第一界面交界面差，第二界面膠結(jié)好一界面的聲耦合率差，管波強，二界面聲耦合率好地層波中等。變密度圖：左邊條紋明顯，右邊也有顯示見書：P121圖2-33聲幅測井B、第一、二交界面膠結(jié)好聲耦合率好：套管波弱、地層波聲幅測井D、第一界面膠結(jié)好、第二界面膠結(jié)差一界面的聲耦合率好、管波弱，二界面的聲耦合率差、地層波弱或消失。變密度圖上：左右條紋模糊見書：P121圖2-32E、第一、第二界面膠結(jié)差一界面聲耦合率差、套管波強，二界面膠結(jié)差、地層波弱以至于消失。變密度圖上：右邊的條紋模糊或消失，左邊的條紋色深，反差大。聲幅測井D、第一界面膠結(jié)好、第二界面膠結(jié)差一界面的聲耦合率聲波電視測井利用反射波的能量與反射界面的聲阻抗有關的原理，通過測量反射波的能量的強度來了解井壁巖石和套管狀況。一、測量原理1、換能器井下用一個換能器既作發(fā)射又作接收，在兩次發(fā)射的中間作接收。BHTV聲波電視測井利用反射波的能量與反射界面的聲阻抗有關的原理，通聲波電視測井2、換能器工作方式以恒速在井中繞儀器軸旋轉(zhuǎn)并發(fā)射和接收聲波聲波電視測井2、換能器工作方式以恒速在井中繞儀器軸旋轉(zhuǎn)并發(fā)射聲波電視測井3、圖象的記錄換能器轉(zhuǎn)一周，同時垂直向井壁發(fā)射2MHZ左右的超生脈沖，在儀器上升測量中，換能器向井壁作螺旋狀連續(xù)聲波掃描。由于井內(nèi)泥漿性質(zhì)固定，反射波的能量只與井壁狀況有關。聲阻抗大的井壁將反射波的信號放大后，送入示波管作為示波器的輝度控制信號，反射波的強弱變?yōu)閽呙杈€的亮暗，用照相機同步照相記錄，P132圖２－５０R大，反射波強反之亦然聲波電視測井3、圖象的記錄換能器轉(zhuǎn)一周，同時垂直向井壁發(fā)射2聲波測井基本的聲波儀器由一個發(fā)射聲波脈沖的發(fā)射探頭和一個檢測脈沖的接收探頭所組成。聲波測井記錄發(fā)射的脈沖波傳過一個單位體積巖石，所需要的時間，即聲波時差(Slowness)。時差是聲波速度的倒數(shù)，一定地層的時差取決于其巖性和孔隙度。井眼補償(BHC)系統(tǒng)使用兩對聲波接收探頭和上下各一個的發(fā)射探頭。這一類型的儀器減小了井眼尺寸變化和儀器碰撞所造成的不良影響，當其中一個發(fā)射探頭發(fā)射脈沖波時，在兩個相應接收探頭上可測得首波的時間差。BHC儀器的兩個發(fā)射探頭交互地發(fā)射脈沖波，在兩個接收探頭上讀取時差。接收到的兩套時差自動地平均進行井眼補償。目前，聲波測井除了測量地層的時差以外，還可以記錄聲波全波列資料，通過對波列的分析，可以獲得多種聲學和力學信息，廣泛應用于地層評價、工程作業(yè)指導等方面。聲波測井基本的聲波儀器由一個發(fā)射聲波脈沖的發(fā)射探頭和一個檢測地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介質(zhì)中的傳播特性，從而了解巖層的地質(zhì)特性和井的技術(shù)狀況的一種測井方法。目前主要有以下幾種聲波測井方法：聲波時差測井（計算地層孔隙度和力學參數(shù)）水泥膠結(jié)測井CBL（研究固井質(zhì)量）噪聲測井（研究油井串槽和油氣水流動情況）超聲電視BHTV（觀察井壁情況和裂縫）聲速類測井聲幅類測井聲波變密度測井VDL（觀察井壁情況和裂縫）聲波頻率特性類測井聲波測井既可應用于裸眼井，也可應用于套管井測井地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介方位聲波成像測井偶極橫波成像測井井周聲波成像測井超聲波成像測井聲波成像測井方位聲波成像測井聲波成像測井巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。目前聲波測井使用的頻率為20Hz－2MHz。聲波

20HZ〈頻率〈20KHZ次聲波頻率〈20HZ超聲波頻率〉20KHZ什么叫聲波？巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。聲XMACII是一種新型交叉多極陣列聲波測井儀器，由兩個單極子發(fā)射器、兩個偶極子發(fā)射器和八個陣列單極子接收器、八個陣列偶極子接收器組成，不僅可以采集到全波單極子波列、偶極子波列，還可以采集到交叉偶極子波列。從軟底層、未固化的砂巖地層到低孔隙度、裂縫碳酸鹽巖地層都能得到縱波、快橫波、慢橫波。它不僅可以確定巖石力學參數(shù)、裂縫走向和出砂分析，還可以與井斜方位儀器一起測量還可以確定微裂縫和地應力方向，提供方位各向異性分析。XMACII是一種新型交叉多極陣列聲波測井儀器，由兩個單極子其中：K－－體積模量

G－－剪切模量

ρ－－密度

Vc－－縱波速度

Vs－－橫波速度井下巖石可認為是彈性介質(zhì)，在外力作用下能產(chǎn)生切變彈性形變和壓縮彈性形變，所以它既能傳播縱波又能傳播橫波；而在氣體和液體中，只能產(chǎn)生壓縮彈性形變，不能產(chǎn)生切變彈性形變，因此只能傳播縱波，不能傳播橫波。縱波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致橫波：質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直公式分別為：其中：K－－體積模量井下巖石可認為是彈性介質(zhì)，在外力作用下能SourceReceiverPPStoneleyWave

斯通利波又稱管波，它是在井內(nèi)流體與井壁地層之間傳播的一種流體導波，在全波列中具有頻率低、幅度大等特點，其速度比縱波和橫波低，且略低于井內(nèi)流體聲波速度，其衰減不僅與地層的固有衰減有關，還與井壁地層的滲透性有密切關系。SourceReceiverPPStoneley(92)快速地層單極子能接收到的波CompressionalShearStoneleyHeadwavesVs

>Vf在井眼中可接收到縱波、橫波、斯通利波(92)快速地層單極子能接收到的波Compressional包括：縱波、橫波、斯通利波單極子聲源在快速地層中記錄的典型波形包括：縱波、橫波、斯通利波單極子聲源在快速地層中記錄的典型波CompressionalShearStoneleyHeadwaveVs

<Vf慢速地層單極子能接收到的波在井眼中只可接收到縱波、斯通利波，無法接收到橫波。CompressionalShearStoneleyHead巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼井聲波測井接收器收到的全波列示意圖巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼單極子聲源在慢速地層中記錄的典型波形包括縱波、斯通利波，無臨界折射橫波。單極子聲源在慢速地層中記錄的典型波形包括縱波、斯通利波，無臨5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）時差s/m5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）氣層－厚層氣層－厚層氣水同層氣水同層時差曲線的應用1.判斷氣層、確定油氣和氣水界面據(jù)流體密度和聲速有：V水>V油>V氣在高孔隙和侵入不深的條件下能識別氣層,其特征:周波跳躍高時差>30微秒/米氣層聲速測井（聲時差測井）時差曲線的應用1.判斷氣層、確定油氣和氣水界面據(jù)流體密度和聲2、劃分地層（確定地層的巖性）由于不同巖性地層具有不同的聲速，因此可以用時差劃分地層。參看P229圖6-6致密巖石的時差<孔隙性巖石的時差巖層的孔隙增加------聲速下降-----時差增加砂巖的時差<泥巖的時差聲速測井（聲時差測井）2、劃分地層（確定地層的巖性）由于不同巖性地層具有不同的白云巖:△tma=143s/m（43.5s/ft）

無水硬石膏:△tma=164s/m

（50s/ft）

巖鹽時差:△tma=220s/m淡水:△tmf=620s/m鹽水:△tmf=608s/m對膏巖剖面有很強的分辯力,由于巖鹽和無水石膏在時差曲線上區(qū)別很大,很容易識別。P101圖2-8砂巖的理論骨架時差:△tma=182s/m(硅質(zhì)膠結(jié))灰?guī)r:△tma=156

s/m（47.5s/ft）

聲速測井（聲時差測井）1m=3.28ft白云巖:△tma=143s/m（43.5s/ft聲速測井（聲時差測井）3、計算孔隙度（1）體積物理模型根據(jù)測井方法的探測特性和巖石的各種物理性質(zhì)上的差異,把巖石體積分成幾個部分,然后研究每一部分對巖石宏觀物理量的貢獻,并視宏觀物理量為各部分貢獻之和。測井參數(shù)*總體積=∑測井參數(shù)*相應體積b=f*+ma（1-）流體骨架純巖石聲速測井（聲時差測井）3、計算孔隙度（1）體積物理模型根據(jù)聲速測井（聲時差測井）（2）用時差求孔隙度的公式t=tf

*+tma（1-）①固結(jié)壓實的純地層聲速測井（聲時差測井）（2）用時差求孔隙度的公式t=t②疏松砂巖類e=

s/cpcp:壓實校正系數(shù)（固結(jié)壓實地層cp=1,否則cp>1）cp的求法:A:深度法B:時差對比法Cp=tsh/

tshptshp—是固結(jié)壓實泥巖的時差tsh—目的層附近的泥巖時差聲速測井（聲時差測井）Cp與深度成反比,深度越深,地層越壓實,勝利油田的經(jīng)驗公式:cp=1.68-0.0002*H②疏松砂巖類e=s/cpcp:壓實校正系數(shù)③固結(jié)壓實泥質(zhì)地層根據(jù)體積物理模型有:t=tsh*Vsh+tf*+tma*(1-Vsh-)④非均勻孔隙地層用次生孔隙指數(shù)來反映地層的裂縫發(fā)育情況:次生孔隙指數(shù)=N-S原生孔隙<S<總孔隙度通常情況下:用S表示原生孔隙度（聲波測井反映原生孔隙度）聲速測井（聲時差測井）③固結(jié)壓實泥質(zhì)地層根據(jù)體積物理模型有:t=tsh*Vs聲波測井資料主要用途：孔隙度分析，巖性識別；提供速度數(shù)據(jù)，為地震作標定；判斷氣層；估計地層異常壓力；地層對比；確定巖石的機械特性，如破裂壓力分析、出砂分析。氣層識別聲波測井資料主要用途：氣層識別地層縱波、橫波、斯通利波時差和巖石力學特性參數(shù)地層縱波、橫波、斯通利波時差和巖石力學特性參數(shù)指示超壓層指示超壓層1367-1380.5米層段，其實際測試生產(chǎn)壓差為5.77Mpa，遠大于計算的生產(chǎn)壓差上限值3.67Mpa，故地層大量出砂,防砂管幾乎被堵死。1367-1380.5米層段，其實際測試生產(chǎn)壓差為5.77M斯通利波滲透率與核磁共振滲透率對比圖斯通利波滲透率與核磁共振滲透率對比圖聲幅測井裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井聲幅測井裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井聲幅測井一、裸眼井的聲幅測井1、目的：劃分硬地層的裂縫帶2、聲系及測量（1）單發(fā)單收：測量地層滑行縱波的首波幅度。（2）雙發(fā)雙收聲系：測量兩接收探頭的滑行縱波的幅度差。3、聲波能量變化的兩種方式（1）地層吸收聲波能量而使幅度衰減（2）存在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)界面上，折射、反射使聲波的能量發(fā)生變化。兩種變化同時存在，以哪種情況為主，視具體情況而論聲幅測井一、裸眼井的聲幅測井1、目的：劃分硬地層的裂縫帶2、聲幅測井在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是地層的吸收聲波能量所致。套管井中波幅的變化主要和套管與地層介質(zhì)之間的界面引起的聲波能量分布有關。由此，在裸眼井中用聲幅測井可劃分裂縫帶和疏松巖石的地層，套管井中的聲幅測井主要用來評價固井質(zhì)量。聲幅測井在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是地層的吸二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井CBL）1、聲系：單發(fā)單收，源距為1米TR水泥套管泥漿20%40%mv聲幅測井二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井CBL）1、聲系：單發(fā)單收聲幅測井2、接收到的信號沿套管傳播的滑行縱波（套管波）3、管波幅度與管外介質(zhì)性質(zhì)的關系和分布有關套管波幅度受套管和管內(nèi)介質(zhì)的影響是一個定值，收到的信號幅度就取決與套管外介質(zhì)的性質(zhì)和分布。4、評價水泥膠結(jié)質(zhì)量由于套管與水泥接觸，且Z套與Z水泥很接近，聲耦合好，大部分能量都被折射到水泥環(huán)中，而少部分能量折回到井中被記錄，聲幅值低。反之，水泥膠結(jié)不好，則聲幅高。聲幅測井2、接收到的信號沿套管傳播的滑行縱波（套管波）3、管聲幅測井對固井質(zhì)量的判斷應用相對幅度的概念：相對幅度=目的層段曲線幅度/自由套管曲線幅度*100%相對幅度<20%水泥膠結(jié)良好20%<相對幅度<40%水泥膠結(jié)一般相對幅度>40%水泥膠結(jié)差自由套管—管外為泥漿的井段聲幅測井對固井質(zhì)量的判斷應用相對幅度的概念：相對幅度=目聲幅測井5、影響水泥膠結(jié)測井的因素1)測井時間最好在注水泥后20--40小時進行測量,因為水泥有個凝固過程，過早或過晚,都會造成錯誤解釋。2)水泥環(huán)的厚度水泥環(huán)的厚度>2cm，對套管波的衰減是個定值,水泥環(huán)的厚度<2cm,水泥環(huán)越薄,對套管波的衰減越小,測得的聲幅值高。3)儀器偏心和竄槽不同方向到達的管波相位不同,相互抵消,測得的聲幅值低。聲幅測井5、影響水泥膠結(jié)測井的因素1)測井時間最好在注水泥后聲幅測井4)氣侵泥漿氣侵泥漿的吸收系數(shù)大,使聲波的衰減很大,此時測得的聲幅低，造成誤解。5)套管厚度套管對聲波的吸收是固定的,但套管厚度越小,對聲波的衰減越大,測得的聲幅值低。6)微環(huán)固井時,因熱效應和壓力的影響,套管膨脹,注完水泥后,又可能收縮,在套管和水泥環(huán)間有一環(huán)形空間,間隙<0.1mm,它使聲耦合率變差,使測得的聲幅值增加。聲幅測井4)氣侵泥漿氣侵泥漿的吸收系數(shù)大,使聲波的衰減很大,聲幅測井三、聲波變密度測井(VDL)1、套管井中波傳播的路徑(1)沿套管(2)井內(nèi)泥漿(3)通過地層因為水泥的聲速<鋼的聲速,不滿足產(chǎn)生滑行波的條件,所以沒有通過水泥環(huán)的波。2、接收波的先后順序:套管波地層波泥漿波聲幅測井三、聲波變密度測井(VDL)1、套管井中波傳播的路徑聲幅測井3、聲波變密度測井1)聲系2)目的全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)量,了解套管與水泥環(huán)、水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況。3）記錄波的定義及順序①套管波聲波信號是在套管內(nèi)傳播的縱波，速度快，最先到達。是在地層內(nèi)傳播的縱波、橫波、視瑞利波的組合，幅度值高。②地層波單發(fā)單收源距為1.5m③泥漿波通過泥漿直接到達接收探頭的波，它到達最晚、幅度穩(wěn)定且幅度變化不大、頻率低。聲幅測井3、聲波變密度測井1)聲系2)目的全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)聲幅測井4）變密度記錄方式調(diào)輝記錄調(diào)寬記錄A、調(diào)輝記錄負半周的信號放大寬度一致的矩形波，幅度與原信號幅度成正比示波管，矩形波幅度作為灰度控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ㄝ斎霃墓懿ǖ侥酀{波、矩形波的幅度不同熒光屏上出現(xiàn)亮暗相間的掃描線，亮度與矩形波的幅度成正比.對一波列信號，掃描線在同一水平線上被攝相儀感光在相紙上，儀器提升，相紙走動，就連續(xù)地把不同深度的掃描線拍攝成了變密度測井圖聲幅測井4）變密度記錄方式調(diào)輝記錄調(diào)寬記錄A、調(diào)輝記錄負半周聲幅測井套管波地層波泥漿波聲幅測井套管波地層波泥漿波聲幅測井B、第一、二交界面膠結(jié)好聲耦合率好：套管波弱、地層波很強（很大部分能量透射到地層中去了）變密度圖：左邊條紋模糊或消失，右邊的條紋色深，反差大。見書：P120圖2-31C、第一界面交界面差，第二界面膠結(jié)好一界面的聲耦合率差，管波強，二界面聲耦合率好地層波中等。變密度圖：左邊條紋明顯，右邊也有顯示見書：P121圖2-33聲幅測井B、第一、二交界面膠結(jié)好聲耦合率好：套管波弱、地層波聲幅測井D、第一界面膠結(jié)好、第二界面膠結(jié)差一界面的聲耦合率好、管波弱，二界面的聲耦合率差、地層波弱或消失。變密度圖上：左右條紋模糊見書：P121圖2-32E、第一、第二界面膠結(jié)差一界面聲耦合率差、套管波強，二界面膠結(jié)差、地層波弱以至于消失。變密度圖上：右邊的條紋模糊或消失，左邊的條紋色深，反差大。聲幅測井D、第一界面膠結(jié)好、第二界面膠結(jié)差一界面的聲耦合率總結(jié)：掌握影響波傳播的速度因素、在介質(zhì)界面上的傳播、產(chǎn)生滑行波的條件、聲速測井的原理和應用、聲幅、變密度、水泥膠結(jié)測井和聲波電視測井的應用。總結(jié)：掌握影響波傳播的速度因素、在介質(zhì)界面上的傳播、產(chǎn)生滑行測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件128聲波測井講座

中海油田服務股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部資料解釋中心

2010年9月主講人：劉建新1聲波測井講座中海油田服務股份有限公司主講人：劉建地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介質(zhì)中的傳播特性，從而了解巖層的地質(zhì)特性和井的技術(shù)狀況的一種測井方法。目前主要有以下幾種聲波測井方法：聲波時差測井（計算地層孔隙度和力學參數(shù)）水泥膠結(jié)測井CBL（研究固井質(zhì)量）噪聲測井（研究油井串槽和油氣水流動情況）超聲電視BHTV（觀察井壁情況和裂縫）聲速類測井聲幅類測井聲波變密度測井VDL（觀察井壁情況和裂縫）聲波頻率特性類測井聲波測井既可應用于裸眼井，也可應用于套管井測井地球物理測井—聲波測井聲波測井—是通過研究聲波在井下巖層和介方位聲波成像測井偶極橫波成像測井井周聲波成像測井超聲波成像測井聲波成像測井方位聲波成像測井聲波成像測井巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。目前聲波測井使用的頻率為20Hz－2MHz。聲波

20HZ〈頻率〈20KHZ次聲波頻率〈20HZ超聲波頻率〉20KHZ什么叫聲波？巖石的聲學性質(zhì)是一種機械波，是介質(zhì)質(zhì)點振動向四周的傳播。聲巖石的聲學性質(zhì)一、巖石的彈性及彈性參數(shù)是指物體受有限外力而發(fā)生形變后恢復原來形態(tài)的能力。1、彈性2、物體的分類彈性體塑性體受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢復原狀的能力。彈性體：產(chǎn)生永久形變。塑性體：可變成在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當成彈性體，在巖石中傳播的聲波可以被認為是彈性波。巖石的聲學性質(zhì)一、巖石的彈性及彈性參數(shù)是指物體受有限外力而發(fā)巖石的聲學性質(zhì)3、描述彈性體的參數(shù)（1）楊氏模量E(定義為應力與其應變之比)F—作用外力；l、s—分別為彈性體長度、橫截面積；E—彈性體的楊氏模量，kg/cm2或dyn/cm2F/S—為作用于單位面積上的力，稱為應力。

—為彈性體在力方向上的相對形變，稱為應變。物理意義：描述彈性體發(fā)生形變的難易程度。Hook定律：巖石的聲學性質(zhì)3、描述彈性體的參數(shù)（1）楊氏模量E(定義為應巖石的聲學性質(zhì)（2）泊松比σ（定義為外力作用下，彈性體的橫向應變與縱向應變之比）=彈性體的橫向應變/縱向應變

=（△d/d）/（△l/l）物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量。dlF（3）體積彈性模量K（定義為應力與彈性體的體應變之比）K=應力/體應變=（F/S）/（△V/V）（kg/cm2）體應變也稱膨脹率巖石的聲學性質(zhì)（2）泊松比σ（定義為外力作用下，彈性體的橫向（4）切變模量（）切應變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變化。：切變角

tg=△l/d當很小時，tg=△l/dFtd△l巖石的聲學性質(zhì)切變波的特點：體積不變，邊角關系發(fā)生變化。=切應力/切應變=（Ft/s）/=（Ft/s）/△l/d剪切模量—是彈性體在剪切力Ft作用下，切應力（Ft/s）與剪切變之比。（4）切變模量（）切應變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變巖石的聲學性質(zhì)常見巖石的彈性模量參見P95表2-1巖石的聲學性質(zhì)常見巖石的彈性模量參見P95表2-1巖石的聲學性質(zhì)二、聲波在巖石中的傳播特性1、縱波、橫波的定義縱波（壓縮波或P波）：橫波（剪切波或S波）：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播發(fā)向一致。彈性體的小體積元體積改變，而邊角關系不變。體積模量不等于零的介質(zhì)都可以傳播縱波。介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波傳播方向垂直的波。特點：彈性體的小體積元體積不變，而邊角關系發(fā)生變化，例：切變波。剪切模量不等于零的介質(zhì)才能傳播橫波。巖石的聲學性質(zhì)二、聲波在巖石中的傳播特性1、縱波、橫波的定義巖石的聲學性質(zhì)在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而泥漿中只能傳播縱波。注意橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，因為它的切變模量=0縱波可以在氣體、液體和固體中傳播。巖石的聲學性質(zhì)在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而泥漿中只能巖石的聲學性質(zhì)2、巖石的聲速特性聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指聲速、聲幅和頻率特性?？v波速度橫波速度E—楊氏模量σ—泊松比ρ—介質(zhì)密度巖石的聲學性質(zhì)2、巖石的聲速特性聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指巖石的聲學性質(zhì)常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速度（或傳播時差）見P96表2-2縱橫波比由于大多數(shù)巖石的泊松比等于0.25，所以巖石的縱橫波速度比為1.73?？梢?，巖石中傳播的縱波比橫波速度快。一般，巖石的密度越大，傳播速度越快，反之亦然。在聲速測井中，縱波是首波。巖石的聲學性質(zhì)常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速度（或傳播時差）見巖石的聲學性質(zhì)三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性1、聲波在界面上的反射和折射ⅠⅡθβ1β2入射波P反射波折射波P1S1V1V2P2S2θ1折射定律Vp1＜Vp2θ1＝90°θ1*——第一臨界角滑行縱波巖石的聲學性質(zhì)三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性1、聲波在界面上巖石的聲學性質(zhì)Vp1＜Vs2θ2＝90°折射定律θ2*——第二臨界角滑行橫波在產(chǎn)生滑行縱波和滑行橫波以后，其逆過程也成立。巖石的聲學性質(zhì)Vp1＜Vs2折射定律θ2*——第二臨界角滑行巖石的聲學性質(zhì)TⅠⅡ滑行波R輻射能θ1*

或θ2*滑行縱波和橫波沿界面滑行時，將沿臨界角方向向介質(zhì)1中輻射能量。對于井下巖層，一般都滿足vm（泥漿速度）＜vp（地層速度）第一臨界條件，因此井中很容易激發(fā)沿井壁滑行的地層縱波。巖石的聲學性質(zhì)TⅠⅡ滑行波R輻射能θ1*或θ2*滑行縱波和介質(zhì)名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角泥巖180095062o44′不產(chǎn)生滑行橫波砂層（疏松）2630151837o28′不產(chǎn)生滑行橫波砂巖（疏松）3850230024o33′44o05′砂巖（致密）5500320016o55′30o石灰?guī)r（骨架）7000370013o13′25o37′白云巖（骨架）7900440011o41′21o19′鋼管5400310017o41′31o04′常見介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨界角介質(zhì)名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角2、反射和折射系數(shù)（R、T）反射系數(shù)R：1

、2—分別為介質(zhì)Ⅰ、Ⅱ的密度V1

、V2—分別為介質(zhì)Ⅰ、Ⅱ的縱波速度R=WR/W=（2?V2-1?V1）/（2?V2+1?V1）反射波的能量WR與入射波的能量W之比。折射波的能量WT入射波的能量W之比。T=WT/W

=21?V1/（2?V2+1?V1）折射系數(shù)T：巖石的聲學性質(zhì)2、反射和折射系數(shù)（R、T）反射系數(shù)R：1、2—分別為巖石的聲學性質(zhì)3.波阻抗、聲耦合率1）波阻抗Z=波的傳播速度*介質(zhì)的密度=V?2）聲耦合率兩種介質(zhì)的聲阻抗之比：Z1/Z2Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質(zhì)1到介質(zhì)2中去。Z1/Z2越接近1，聲耦合越好，R小，T大，聲波易從介質(zhì)1到介質(zhì)2中去。各種固井質(zhì)量評價測井正是利用聲波在不同介質(zhì)中傳播時能量的藕合狀況來研究和評價固井狀況的。巖石的聲學性質(zhì)3.波阻抗、聲耦合率1）波阻抗Z=波巖石的聲學性質(zhì)4.井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波A.瑞利波（井壁泥漿的交界面上產(chǎn)生的波，與橫波混在一起不易區(qū)分。）在彈性介質(zhì)的自由表面上，可以形成類似于水波的面波，這種波叫瑞利波(Rayleighwaves)如圖所示，瑞利波具有以下特點：

(1)產(chǎn)生在彈性介質(zhì)的自由表面。

(2)質(zhì)點運動軌跡為橢圓。

(3)質(zhì)點運動方向相對于波的傳播方向是倒卷的，波速約為橫波波速的80％～90％。瑞利波示意圖巖石的聲學性質(zhì)4.井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波A.瑞利波（井壁B.斯通利波（Stoneleywaves）—由在泥漿中傳播的縱波與在井壁中傳播的橫波相干產(chǎn)生的相干波。速度很低且可用于計算地層滲透率。斯通利波具有以下特點：（1）由井壁地層橫波和鉆井液中縱波相干產(chǎn)生。（2）對地層滲透性變化敏感。（3）低速，速度小于在鉆井液中傳播的直達波。

在聲波測井全波列圖上，斯通利波是傳播速度最低的聲波。B.斯通利波（Stoneleywaves）—由在泥漿中傳巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼井聲波測井接收器收到的全波列示意圖巖石的聲學性質(zhì)縱波橫波和瑞利波泥漿波斯通利波波幅A時間t裸眼聲速測井（聲時差測井）聲時差測井測量聲波通過井下單位厚度巖層的傳播時間，即時差Δt（μs/m），由于時差的倒數(shù)就是聲速v（m/s），因此又叫聲速測井。一、單發(fā)雙收的測量原理ABCDTR1R2源距間距記錄點OOFEGR：接收探頭聲能轉(zhuǎn)化為電能T：發(fā)射探頭電能轉(zhuǎn)化為聲能聲速測井（聲時差測井）聲時差測井測量聲波通過井下單位厚度巖層聲速測井（聲時差測井）1、產(chǎn)生滑行波的條件

V地層

>V泥漿

產(chǎn)生滑行波的過程是可逆的2、到達接收探頭的波類折射縱波泥漿波（直達波）反射波3、讓滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，V地大于V泥，如果合理選擇源距可以使滑行縱波首先到達接收探頭，而成其為首波。聲速測井（聲時差測井）1、產(chǎn)生滑行波的條件2、到達接收探頭的△t=t2-t1=如果井徑規(guī)則，則AB=DF=CE，上式為：顯然：CD正好是儀器的間距（常數(shù)），時差與聲速成反比。時差的單位：s/m聲速測井（聲時差測井）4、時差的表達式時差：在介質(zhì)中聲波傳播單位距離所用的時間。ABCDTR1R2源距間距記錄點OOFEG△t=t2-t1=如果井徑規(guī)則，則AB=DF=CE，上式為：5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）時差s/m5、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線聲速測井（聲時差測井）氣層－厚層氣層－厚層氣水同層氣水同層氣層氣層縱波速度橫波速度ρ增加，E增加，Vp增加巖性不同彈性模量不同VP、VS的影響不同VP、VS不同（見P96表2-2）

二、巖石的聲速特性及影響因素1、VP、VS與、、E間的關系聲速測井（聲時差測井）縱波速度橫波速度ρ增加，E增加，Vp增加巖性不同2、孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講，即使巖性相同，其中的流體也不同。孔隙度

傳播速度3、巖層的地質(zhì)時代的影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快。聲速測井（聲時差測井）4、巖層的埋藏深度巖性和地質(zhì)時代相同：埋深增加導致傳播速度增加2、孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講結(jié)論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。聲速測井（聲時差測井）結(jié)論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。聲速測井（聲時差三、聲波時差曲線的影響因素聲波時差曲線反映巖層的聲速，聲速高的時差值低，聲速低的時差值高，因此時差值受地層特性的控制，此外還受到井條件及儀器本身的影響。聲速測井（聲時差測井）三、聲波時差曲線的影響因素聲波時差曲線反映巖層的聲速，聲速高聲速測井（聲時差測井）1.井徑的影響①R1處在井徑擴大井段，R2位于正常或縮小井段時，滑行波到達R1的時間增加，而到達R2的時間不變，因此時差下降。②R1位于正?；蚩s小井段，R2位于井徑擴大井段，滑行波到達R1的時間不變，而到達R2的時間增加，因此時差增加。③當R1和R2都處于井徑擴大或縮小井段時，t1、t2同時增加或下降，時差不變。聲速測井（聲時差測井）1.井徑的影響①R1處在井徑擴大井段2.巖層厚度的影響（1）厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層界面,曲線幅度的峰值為時差。（2）薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差增加，用半幅點確定的層界面（視厚度)＞巖層的真實厚度。間距間距聲速測井（聲時差測井）2.巖層厚度的影響（1）厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層聲速測井（聲時差測井）3、周波跳躍的影響（1）產(chǎn)生的原因由于滑行首波在到達接收探頭的路徑中遇到吸收系數(shù)很大的介質(zhì),首波能觸發(fā)R1但不能觸發(fā)R2,R2被幅度較高的后續(xù)波觸發(fā),因此,時差增大。（2）周波跳躍的特點時差值大大增加且呈周期性的跳躍聲速測井（聲時差測井）3、周波跳躍的影響（1）產(chǎn)生的原因聲速測井（聲時差測井）（3）產(chǎn)生周波跳躍的各種情況含氣的疏松砂巖泥漿氣侵裂縫性地層或破碎帶在現(xiàn)場解釋中周波跳躍往往可以作為氣層或裂縫帶的特征。聲速測井（聲時差測井）（3）產(chǎn)生周波跳躍的各種情況含氣的疏測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件測井方法原理-聲波測井(測井解釋培訓教材-COSL)課件地球物理測井—聲波測井聲速測井（聲時差測井）地球物理測井—聲波測井聲速測井（聲時差測井）地球物理測井—聲波測井地球物理測井—聲波測井四、井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規(guī)則時,有:T1R1R2T2ABEC從圖中所知:CR2<BR1,ER1>CR2聲速測井（聲時差測井）四、井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規(guī)則時,有:T1R1R2聲速測井（聲時差測井）井眼補償聲波時差：消除井徑變化產(chǎn)生的影響井眼補償聲波測井由于源距短，只能在井眼直徑較小的井中測得地層的聲速，并且接收器收到的初至波是沿井壁傳播的折射波。說明聲速測井（聲時差測井）井眼補償聲波時差：消除井徑變化產(chǎn)生的影五、長源距聲波測井(LSS)聲速測井（聲時差測井）發(fā)射器到接收器的距離為8ft、10ft、12ft（1）井徑很大(2）井周圍泥巖發(fā)生蝕變時，一些非固結(jié)和永凍地層中徑向聲速發(fā)生變化。以上兩種情況是BHC無法解決的。1、解決的問題五、長源距聲波測井(LSS)聲速測井（聲時差測井）發(fā)射器到接聲速測井（聲時差測井）2、優(yōu)點時差不受泥漿侵蝕或大井眼影響，如果不考慮散射問題，它測得的速度完全可以與地震記錄的速度對比。P105圖2-13LLS和BHC的對比曲線聲速測井