聲波測(cè)井重要知識(shí)點(diǎn)

第一章：聲波測(cè)井物理基礎(chǔ)1=11、描述聲波的基本參數(shù)頻率f聲音傳播過程中，介質(zhì)震動(dòng)的頻率即介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)就是聲波的頻率周期T：指介質(zhì)完成一次振動(dòng)所需要的時(shí)間速度c或v：指聲波的傳播速度波長(zhǎng)4:聲音在介質(zhì)中傳播時(shí)，相位相同的兩點(diǎn)在空間上的距離稱為聲波的波長(zhǎng)2、聲速時(shí)差）的影響因素以及如何影響，流體、壓力、巖性、密度等等（一）巖性〈最主要的影響因素，灰質(zhì)含量f聲速f〉（二）孔隙和流體〈孔隙性巖層聲速〈非孔隙性、含氣飽和度f縱波速度/橫波速度f〉（三）壓力〈壓力f波速f極大值后基本保持不變，壓力對(duì)聲速影響可達(dá)35%+>（四）溫度<相對(duì)壓力而言，影響很小可忽略、溫度十縱波速度稍許/〉（五）巖石生成的地質(zhì)條件〈老地層的聲速〉新地層、構(gòu)造頂部的聲速〉構(gòu)造翼部〉（六）埋藏深度〈深度f聲速f〉3、泥漿對(duì)超聲的衰減因素泥漿對(duì)超聲波的衰減包括吸收衰減和固相顆粒散射衰減兩部分（一）泥漿對(duì)超聲波的吸收衰減：主要有泥漿的粘滯、熱傳導(dǎo)以及泥漿的微觀過程引起的弛豫效應(yīng)（二）泥漿固相顆粒對(duì)超聲波的散射衰減：泥漿中含有的固相顆粒引起的散射衰減、泥漿添加劑引起的散射衰減、聲頻散4、聲阻抗的概念及其對(duì)反射波和透射波的影響3_/瓦8禎一ZlCOS&FV'a—(Zgcos^t+Zicos^zp)2聲阻抗：地震波在介質(zhì)中傳播時(shí)，作用于某個(gè)面積上的壓力與單位時(shí)間內(nèi)垂直通過此面積的指點(diǎn)流量之比，其數(shù)值等于介質(zhì)密度p與波速/的乘積，即Z=pv影響：聲波發(fā)生反射和折射的能量分配取決于泥漿和井壁兩種介質(zhì)的聲阻抗值大小、入射角和折射角的關(guān)系。當(dāng)（多二多）”聲波垂直井壁入射時(shí)，q%=0，從右式可以看出，介質(zhì)1和介質(zhì)'十12聲阻抗分別為Z1、Z2P口=4雙一B為反射系數(shù)a為折射系數(shù)，系數(shù)越大，越易進(jìn)行⑵+Z"Z1Z2聲阻抗差越大，聲耦合越差，聲能量傳遞就越差，通過界面?zhèn)鞑サ恼凵洳芰烤托?，若兩介質(zhì)聲阻抗相近，聲耦合率較好，聲波都形成折射波通過界面?zhèn)鞑サ浇橘|(zhì)2,這時(shí)反射波能量就非常小，當(dāng)Z1<<Z2時(shí)，聲阻抗差異明顯，聲耦合差，不利于聲音傳遞。3_/瓦8禎一ZlCOS&FV'a—(Zgcos^t+Zicos^zp)25、裂縫對(duì)聲波慢度和幅度的影響，高角度裂縫和低角度裂縫分別有什么影響聲波慢度影響對(duì)垂直裂縫或接近垂直的裂縫，聲波直接在巖石骨架中傳播，不受裂縫影響，測(cè)出的時(shí)差和沒有裂縫時(shí)的巖石一樣；對(duì)于水平或低角度裂縫，聲波在巖層中傳播要通過該裂縫，時(shí)差就會(huì)增加，裂縫密度越大，聲波時(shí)差增加越多。幅度的影響：聲波通過裂縫的幅度衰減與裂縫傾角和聲波全波中各子波的類型有關(guān)，一般地說，低傾角裂縫橫波幅度衰減大些，高傾角裂縫縱波幅度衰減大些6、滑行波作為首波的條件及優(yōu)點(diǎn)，理解原理并會(huì)推導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)：方便記錄，受泥漿干擾信號(hào)小7、造成井中聲波傳播能量衰減的因素（一）波前擴(kuò)展造成的聲能衰減：由于波陣面的幾何擴(kuò)展而造成的聲強(qiáng)隨傳播距離的增加而減弱的現(xiàn)象稱為幾何衰減（二）聲波在介質(zhì)中的吸收造成的衰減：介質(zhì)中由于聲強(qiáng)（能量）被吸收而造成的衰減（三）井下聲波探頭指向角特性影響造成的衰減：發(fā)射器的等效“球面波''向某一方向發(fā)射的能量是由方向而異的（四）泥漿對(duì)超聲波的衰減<1.泥漿對(duì)超聲波的吸收衰減2.泥漿固相顆粒對(duì)超聲波的散射衰減〉8、描述聲場(chǎng)的基本物理量有哪些？聲功率：聲波在某一單位時(shí)間內(nèi)，沿其傳播方向通過波陣面所傳遞的能量稱為聲功率，用w表示，單位為微瓦（uW）聲強(qiáng)：?jiǎn)挝幻娣e上聲功率的大小稱為聲強(qiáng)，聲強(qiáng)通常用J表示，單位為瓦/米2（W/m2）聲壓：由于聲波傳播在介質(zhì)中造成的壓力稱為聲壓，用p表示，單位為微帕ga聲能量密度：聲場(chǎng)中，單位體積內(nèi)的聲能量稱為聲能量密度，用8表示。聲強(qiáng)公式：J=p*v即聲壓乘質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度J二p*v=p2/Z聲強(qiáng)和聲壓的平方成正比，與波阻抗成反比。假定聲速為c,有8=j/C=p2/pc29、斯奈爾定律表達(dá)式斯奈爾定律是描述波在分界面上發(fā)生發(fā)射、折射后波的傳播方向的定律，可解釋為入射波、反射波和折射波沿分界面視速度相等理_煎=IhA；=”式中如卬，理——介質(zhì)中泥漿縱波速度、地層縱波速度、地層橫波速度&&電Aftft、地屋縱波折射角、地觸族折射角t10、聲波換能器常用哪幾種效應(yīng)？通常，換能器是指將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的裝置（―）磁致伸縮效應(yīng)：當(dāng)鐵磁性材料的磁狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，其尺寸也發(fā)生相應(yīng)的改變。（二）壓電效應(yīng)：有些多晶體材料在應(yīng)力作用下發(fā)生形變時(shí)，會(huì)在晶體表面產(chǎn)生電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)，具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料目前常用的是圓管狀的壓電陶瓷，對(duì)于圓管狀的壓電陶瓷換能器來說，發(fā)生形變有三個(gè)方向上的振動(dòng)模式，即向井壁發(fā)射接近于柱面波的切向振動(dòng)模，向井眼軸線方向發(fā)射近似于平面波的軸向振動(dòng)模以及向井壁發(fā)射柱面波的徑向振動(dòng)模，聲波換能器常用的振動(dòng)模式是徑向振動(dòng)和切向振動(dòng)第三章：聲速測(cè)井1、聲波時(shí)差和波速的關(guān)系、不同單位慢度或波速的轉(zhuǎn)換，如us/ft與us/m的轉(zhuǎn)換等聲速測(cè)井測(cè)量的是滑行波穿越地層單位長(zhǎng)度時(shí)所用的時(shí)間，即時(shí)差，單位是W/m或us/ft1ft=0.3048m1in=2.54cm慢度即為時(shí)差2、常見流體如油、氣、水的時(shí)差范圍氣的時(shí)差比油、水的時(shí)差大得多3、會(huì)利用威利時(shí)間平均公式計(jì)算孔隙度及其變形應(yīng)用，如利用公式求骨架值，孔隙度與時(shí)差的關(guān)系威利認(rèn)為聲波在單位體積巖石內(nèi)傳播所用的時(shí)間由兩部分組成：巖石骨架部分1-巾）以速度Vma傳播所經(jīng)過的時(shí)間與充滿流體的孔隙部分巾以速度Vf傳播所經(jīng)過的時(shí)間&=4也：卓（1一的也？/_也一=本純砂巖水層：'純砂巖油層或氣層：&=?[S?！髋?(1—So)]+<1嫉)it=爭(zhēng)[S&M+(1—SQ△知]+(1—敢)ZW?同樣含泥質(zhì)砂巖同樣計(jì)算（了解）4、聲速測(cè)井包括哪些應(yīng)用，并掌握常見應(yīng)用的原理，如何利用聲速測(cè)井資料判斷斷層力學(xué)性質(zhì)（―）劃分地層〈根據(jù)巖層中聲波的傳播速度不同，依據(jù)其曲線劃分不同的巖層〉砂巖時(shí)差較高，膠結(jié)物性質(zhì)和含量對(duì)時(shí)差有影響，孔隙度、氣體含量會(huì)使時(shí)差增大，泥巖一般顯高值，泥巖中含砂、鈣質(zhì)、石膏都會(huì)使時(shí)差下降。砂巖的骨架時(shí)差值一般為56us/ft,泥巖為100|us/ft.致密石灰?guī)r（49|js/m）和白云巖（43|js/ft）時(shí)差最低，含泥質(zhì)時(shí)差會(huì)增大，滲透性砂巖時(shí)差最高。（二）判斷氣層氣層的時(shí)差比油、水層的時(shí)差大得多，在相同條件下，氣層砂巖大于油水層砂巖的時(shí)差，氣層中由于聲波傳播能量衰減較大，故聲波時(shí)差曲線有可能出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象（三）確定孔隙度根據(jù)實(shí)際情況建立關(guān)系式，例如&二A+B巾At=（1-^）Atma+^Atf（四）確定斷層力學(xué)性質(zhì)"

wj-18壓業(yè)斷層胡m斷島壓性斷層：在長(zhǎng)期壓應(yīng)力作用下，在斷層附近，時(shí)差偏移泥巖正常巖石趨勢(shì)線，出現(xiàn)負(fù)異常現(xiàn)象張性斷層：在長(zhǎng)期張應(yīng)力作用下，在斷層附近，時(shí)差偏移泥巖正常巖石趨勢(shì)線，出現(xiàn)正異?，F(xiàn)象（五）地震標(biāo)定和地球化學(xué)指示（六）估算地層壓力孔隙度減小量與壓力增大量及孔隙度本身有關(guān)（線性關(guān)系）5、泥質(zhì)在巖石中的存在形式（一）分散泥質(zhì)：分散泥質(zhì)是分散的填充或粘接在砂巖的孔隙中的，它不受上覆巖層壓力，在泥質(zhì)中含有較多的束縛水（二）層狀泥質(zhì)：層狀泥質(zhì)和結(jié)構(gòu)泥質(zhì)以?shī)A層、顆?；蚪Y(jié)核的形式存在于砂巖中，他們與鄰層泥巖一樣受到上覆巖層的壓實(shí)作用，并具有相同的特征（三）結(jié)構(gòu)泥質(zhì)：同層狀泥質(zhì)6、周波跳躍的概念及應(yīng)用周波跳躍：遇到聲波幅度衰減嚴(yán)重的某些地層時(shí)，第二道首波幅度可能明顯減小，致使第二道首波前沿不能觸發(fā)，而是觸發(fā)記錄首波后沿，其相位將明顯地滯后，造成記錄的時(shí)差比巖層的實(shí)際時(shí)差大。更嚴(yán)重的是，第二道首波被第二周或推延多周后的幅度峰所觸發(fā)，每差一個(gè)峰值，時(shí)差就增加一個(gè)周期，這種現(xiàn)象稱為周波跳躍引起周波跳躍的地層裂縫發(fā)育的地層或?qū)永戆l(fā)育的地層未膠結(jié)的純巖石氣層、高壓氣層井徑擴(kuò)大嚴(yán)重的鹽巖層以及泥漿中含有氣體的地層等*周波跳躍現(xiàn)象可以作為裂縫層段或儲(chǔ)集層中含氣的特征標(biāo)志7、常用聲速測(cè)井聲系有哪幾種，理解工作原理，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，什么情況下適用，比如井徑變化用什么聲系，消除泥漿影響用什么聲系？wj-18壓業(yè)斷層胡m斷島8、掌握體積模型的概念，并會(huì)根據(jù)體積模型推導(dǎo)不同儲(chǔ)層（泥質(zhì)砂巖含水儲(chǔ)層、含油儲(chǔ)層、含氣儲(chǔ)層）利用時(shí)差計(jì)算孔隙度的公式AE=MZf+（1—夕）Atg,?土一蘭二:同本章題3第四章：套管井中的聲波測(cè)井1、自由套管、套管接箍、膠結(jié)良好、中等和較差時(shí)的聲幅測(cè)井響應(yīng)特征（一）自由套管此時(shí)，無水泥膠結(jié)的自由套管，此時(shí)考慮套管波幅度受套管特性影響。當(dāng)源距L=5ft時(shí)，在3203左右出現(xiàn)套管波，自由套管的套管波幅度最大，在固井聲幅測(cè)井中，以它為標(biāo)準(zhǔn)來刻度其他水泥膠結(jié)情況的套管波幅度?？梢愿鶕?jù)波形的周期計(jì)算套管波的中心或傳播中心主頻，記錄的波形顯示出套管波有單一波形頻率整個(gè)波的包絡(luò)線有高的振幅和能量，波形有長(zhǎng)的持續(xù)性，即持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。無地層波，約在945口s處出現(xiàn)泥漿導(dǎo)波（二）套管接箍一界面膠結(jié)好，即套管與水泥膠結(jié)良好、水泥與地層無膠結(jié)，考慮水泥環(huán)參數(shù)對(duì)套管波幅度的影響。當(dāng)源距L=5ft時(shí)，在3203左右出現(xiàn)套管波。由于套管與水泥膠結(jié)良好，部分聲能量透射到水泥中，因而套管波幅度大大減小。在套管波后有小的波動(dòng)起伏，一般認(rèn)為是水泥波

由于水泥與地層未膠結(jié)，在他們中間有個(gè)環(huán)形流體層耦合很差，只有少量聲能進(jìn)入環(huán)形流體層，再進(jìn)入地層的聲能就更少了。因此波形曲線中無地層波。最后出現(xiàn)的是泥漿導(dǎo)波（三）膠結(jié)良好、中等和較差2、CBL、VDL、SBT的原理，源距特征、各有什么區(qū)別、各自的應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)，特別是CBL和VDL的應(yīng)用名稱CBL水泥膠結(jié)測(cè)井VDL聲波變密度測(cè)井SBT扇區(qū)水泥膠結(jié)測(cè)井原理源距特征3ft3ft/5ft應(yīng)用范圍判斷固井質(zhì)量?jī)?yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)3、變密度測(cè)井資料的應(yīng)用（—）檢查固井質(zhì)量：自由套管段：全波列波形中套管波幅度很大，地層波很弱或完全沒有。變密度測(cè)井左端套管波為黑白反差明顯呈整齊的直線條；右端地層波為灰白模糊不清的曲線條或缺失，表示地層波很弱僅套管與水泥膠結(jié)：全波列波形中套管波幅度弱，地層波也非常弱或沒有。變密度測(cè)井左端套管波為黑白模糊不清的直線條；右端地層波為灰白模糊不清的曲線條；固井聲幅曲線為低幅值部分膠結(jié)：全波列波形套管波幅度中等，地層波也呈中等強(qiáng)度。變密度曲線左端套管波為灰白間隔直線條；右端地層為灰白間隔的曲線條；固井聲幅曲線為低-中幅值套管與水泥、水泥與地層都膠結(jié)良好：全波列波形中套管波幅度很弱，地層波很強(qiáng)。變密度曲線左端套管波為灰白模糊不清直線條或缺失；右端地層波為黑白反差明顯的曲線條；固井聲幅曲線為低幅值。（二）檢查竄槽（三）檢查壓裂效果：壓裂前地層致密，地層波幅度大，變密度黑白反差明顯；壓裂后裂縫發(fā)育，地層波幅度小，變密度灰白模糊顯示，彎曲率也大。4、聲幅測(cè)井的應(yīng)用5、如何評(píng)價(jià)固井質(zhì)量，如何分別利用CBL資料和VDL資料評(píng)價(jià)固井質(zhì)量，掌握評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)分析實(shí)際資料同上，了解并學(xué)會(huì)看書上實(shí)際曲線圖6、套管井測(cè)井時(shí)井中有哪些類型的模式波（波型）？（一）套管波：套管波的聲強(qiáng)（或幅度）大小與水泥膠結(jié)好壞有關(guān)，套管波的幅度可以確定第一界面水泥膠結(jié)質(zhì)量（二）水泥環(huán)波：水泥環(huán)中一般存在微裂隙，導(dǎo)致水泥環(huán)能量很弱，波形常被掩蓋，故很難觀察到（三）地層波：當(dāng)套管-水泥（第一界面）和水泥-地面（第二界面）膠結(jié)良好時(shí)，一般出現(xiàn)地層波（滑行縱波和橫波），因此出現(xiàn)地層波時(shí)說明第二膠結(jié)面良好，就可以用地層波幅度的大小來反應(yīng)第二界面的膠結(jié)情況。地層波的幅度同時(shí)也受巖性影響，地層橫波晚于地層縱波到達(dá)。（四）泥漿導(dǎo)波：對(duì)應(yīng)的套管與泥漿界面誘導(dǎo)的界面波，泥漿導(dǎo)波與第一、第二界面的水泥膠結(jié)好壞有關(guān)。第五章：全波測(cè)井1、橫波分裂的概念及說明情況會(huì)出現(xiàn)橫波分裂橫波分裂：在各向異性地層中，橫波速度也通常顯示出方位的各向異性，即當(dāng)一束橫波信號(hào)入射到各向異性地層（如裂縫形地層）時(shí)，入射橫波可分裂成質(zhì)點(diǎn)平行和垂直于裂縫走向的振動(dòng)，在傳播方向上橫波以不同速度傳播。出現(xiàn)橫波分裂的情況：復(fù)雜的地層：例如傾斜層、裂縫性層狀地層及具多細(xì)裂縫的巖石2、滑行波（特別是滑行橫波）產(chǎn)生的條件3、第一第二臨界角的概念在折射區(qū)中，折射波以該區(qū)域的聲波速度沿界面向前滑行傳播，這種波稱為滑行波，所對(duì)應(yīng)的入射角稱為臨界角，如果這時(shí)傳播的波是縱波，則該滑行波為滑行縱波，相應(yīng)的入射角稱為第一臨界角，記為2；如果這時(shí)傳播的波是橫波，則形成滑行橫波，相應(yīng)的入射角稱為第二臨界角，記為0so4、偶極橫波測(cè)井的應(yīng)用及偶極子波的特點(diǎn)理想的偶極子聲源是由兩個(gè)振幅相等、相位相反、無限接近的單極子聲源組合而成的應(yīng)用：不管在快速還是在慢速地層中都能得到地層橫波速度。其他應(yīng)用見全波列測(cè)井應(yīng)用特點(diǎn)：偶極子波是頻散很強(qiáng)的頻散波，相速度隨頻率的增加而減小，其最大值為vs，其最小值為0.8vs,在頻率較低的情況下非常接近地層的橫波速度，偶極子波有截止頻率，記為f2c，井徑越大，截止頻率越低，只有在截止頻率附近多極子波的波速才能等于地層橫波的速度；多極子源激發(fā)的聲場(chǎng)可大大壓抑滑行縱波，使多極子波成為主波；多極子波具有明顯的偏振特性，可用于評(píng)價(jià)地層的各向異性5、軟地層或慢速地層的概念軟地層/慢速地層：地層橫波速度小于泥漿波速度vs<v16、硬地層和軟地層單極全波波形包含的模式波（或波型）類型和特征軟地層中：滑行縱波、斯通利波硬地層中：滑行縱波、滑行橫波、偽瑞利波、斯通利波特點(diǎn)簡(jiǎn)述，詳見P109-111

滑行縱波：體波，源距適當(dāng)時(shí)在全波中為首波，幅度小，傳播速度快，以地層縱波速度沿井壁附近滑行傳播，是一種非均勻波，在地層中隨離井壁距離增加按負(fù)指數(shù)衰減滑行橫波：體波，源距適當(dāng)時(shí)作為次首波，速度比縱波速度小，幅度較縱波速度大，以地層橫波速度沿井壁附近滑行傳播，非均勻波，與縱波不同，輻射到井中的波遇到井壁時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射，即不再向地層中輻射聲能。偽瑞利波：界面波，相速度介于泥漿波速度和地層橫波速度之間，是無幾何衰減的高頻散波，能量主要集中在艾里相處，受井眼條件影響大。斯通利波：界面波，以類似于活塞運(yùn)動(dòng)的方式向前傳播，總是小于井內(nèi)泥漿波速度傳播的無幾何衰減的微頻散波，在硬地層中無截止頻率。在孔隙地層中，低頻斯通利波與地層滲透性有密切關(guān)系，可用于估算地層的滲透率7、全波信息提取方法有哪些？（一）波形識(shí)別法（二）時(shí)差-時(shí)間相關(guān)法了解即可，詳見聲波測(cè)井原理與應(yīng)用P115-1178、全波列測(cè)井資料的應(yīng)用（一）確定地層巖性（二）確定地層孔隙度（三）井眼巖