長江大學 聲波測井 課后習題

1、第一章1、寫出縱波速度和橫波速度的表達式（用彈性系數(shù)表示），并推到一般地層中縱波速度和橫波速度的關系。聲波速度 泊松比的取植范圍為00.5，r顯然總是大于1，可見縱波速度總是大于橫波速度。對自然界中常見的巖石來說，s=0.25，這樣可以得到: r=1.73。理想流體中不存在切應變，即，所以理想流體中無橫波存在，只有縱波。2、推導滑行縱波作為首波接收的幾何聲學條件，并討論聲波測井中源距的選擇原則。直達波：滑行縱波：滑行縱波作為首波幾何聲學條件:當L0.825m時,在整個地層剖面,接收的首波總是來自沿井壁巖層傳播的滑行縱波。聲波測井中源距的選擇原則：a.首波特性：要保證首波為滑行波而不為泥漿直達波

2、，源距不能選擇太小。 b.衰減問題（周波跳躍）:為保證接收器有效接收信號，必須考慮滑行波的衰減問題，源距大會使衰減增強，容易發(fā)生周波跳躍，因此源距不能選擇太大。c.波組分（縱波、橫波、全反射波）：根據(jù)測井解釋的不同目的，需要獲得更多組分的波。這是需要在發(fā)射聲功率允許下適當增加源距，以保證各種波群能夠在時間域內(nèi)有效的分離開。3、在硬地層（地層橫波速度大于泥漿速度）中，滑行橫波能否作為次首波接收？討論并推導滑行橫波作為次首波接收的條件。能。有題意知：只需滑行橫波的時間僅次于滑行縱波即可，即：t。當時滑行縱波為首波，此時，,。同上題理，只需，即可滿足 Z1同相位2、Z230%時偏高;(2)骨架時差選

3、擇擇存在問題,砂巖骨架用182us/m(或18000ft/s,55.5us/ft),實際上砂巖骨架時差是在168182us/m變化 (或51.255.5us/ft),石灰?guī)r是143156us/m(或43.647.5us/ft)變化,白云巖在126143us/m(或38.443.6us/ft)變化。存在選擇合適骨架時差問題（3）對欠壓實地層需要壓實校正及確定巖石系數(shù)優(yōu)點：與時間平均公式比較:(1）在低中孔隙度地層雷尹麥公式合適(平均公式改用Vma=19500ft/s);(2)2530%,兩者一致;(3)35%,平均公式欠壓實,雷尹麥公式考慮了壓實校正因素;(4)雷尹麥公式中骨架時差采用單一值,平

4、均公式為1800019500ft/s變化.用體積公式計算孔隙度的缺點把地層結構簡單化了，把地層的測井參數(shù)簡化成各結構成分的測井參數(shù)的體積權衡值，抹殺了各巖層之間的結構差別9.簡述聲速測井的應用。1、地層對比劃分地層根據(jù)不同巖層的聲速不同進行巖層的劃分。2.判斷氣層3.確定巖層孔隙度時差曲線能有效地區(qū)分滲透性砂巖和致密砂巖。能有效地確定砂巖地層的孔隙度。但要進行油氣、泥質、鈣質校正及壓實校正。4.確定斷層力學性質 斷層按力學性質可以分為壓性斷層和張性斷層5.地震標定和地球化學指示6.估算地層壓力10.敘述利用聲速測井資料估算地層異常壓力的原理，并畫圖說明。估計地層異常壓力估算地層壓力的方法隨覆蓋

5、地層的加厚，巖層受壓力增大，孔隙度減小，厄賽（Athy，1930）提出孔隙度與深度有關。異常點B垂直地應力與正常點A地應力相同， B點的孔隙流體壓力 A點正常地應力原理:對于高壓異常井段，地層孔隙內(nèi)液體壓力大于地層靜水柱壓力，他承擔了一部分上部覆蓋地層的壓力，使巖石骨架承受的壓力減小，反映在孔隙度和聲波時差上出現(xiàn)了異常段第四章1、套管井中聲波類型有哪些？簡單敘述各自的特征。1）、套管波：首波傳播服從費馬原理。最先到達的是套管滑行縱波。套管波到達接收器時間只與源距，套管、儀器尺寸有關，所以其到達時間在全井段是不變的，可以采用單發(fā)單收聲系。因此套管波幅度的大小可確定第一界面水泥膠結質量。2）、水泥

6、環(huán)波：在第一界面上不會出現(xiàn)滑行波，有一次或多次反射（sinq2/sinq3=V2/V3,V2V3),由于水泥環(huán)中存在微裂隙水泥膠結不致密,一般水泥環(huán)的能量很弱,常被其它波列所掩蓋,忽略不計.3）、地層波：水泥地層(第二界面)膠結好時（V4V3), 一般出現(xiàn)地層波(滑行縱橫波),地層波的出現(xiàn)說明二界面膠結良好，進而可以利用地層波信息（幅度、能量）反映二界面膠結情況。4）、泥漿導波：接收器接收到的泥漿波時間不變，T=189*5=945us2.套管波的影響因素有哪些？1）套管的直徑的影響套管直徑實際上對套管波的衰減無影響。它是反映泥漿對聲波衰減的影響，也即對套管波原始振幅有影響。2) 套管厚度的影響

7、自由套管的厚度對衰減系數(shù)影響不明顯,當套管外有水泥固結時,衰減系數(shù)與套管厚度有關。在水泥抗壓強度一定時，隨著套管厚度增大，衰減系數(shù)減小，即聲幅度增加 。3)水泥環(huán)對套管波幅度的影響a.水泥抗壓強度的影響水泥會使套管波能量減少，實驗研究表明，水泥對套管波衰減系數(shù)與水泥的抗壓強度有關，抗壓強度增大，衰減系數(shù)也跟著增大b水泥環(huán)密度的影響水泥環(huán)的密度越大，水泥環(huán)的聲阻抗更接近鋼質套管的聲阻抗值，聲波在套管水泥界面上反射波幅度越小，也即套管中聲波幅度衰減越大。 c.水泥環(huán)的厚度的影響水泥環(huán)的厚度增加，也將使套管波的幅度減小。實驗表明水泥厚度小于3/4英寸（1.905cm）時，隨著水泥環(huán)厚度增大，套管波的

8、衰減系數(shù)也增大。當水泥環(huán)厚度大于3/4英寸時，衰減系數(shù)保持不變。d.水泥竄槽的影響固井質量要求套管與地層之間的環(huán)行空間全部水泥占有，如有一部分沒有水泥或水泥沒有膠結，給油水運動形成通道，稱為竄槽。水泥竄槽會給油井生產(chǎn)帶來不良后果，水層中的水會竄到油層中，影響油層的產(chǎn)油量。 4）地層特性對套管波幅度的影響地層特性對套管波沒有明顯的影響.5) 測量時間對套管波幅度的影響水泥灌入套管外的環(huán)形空間，將逐漸凝固，一般水泥侯凝時間越長，固結越好。因此測量時間對套管波幅度的影響，實際上是水泥固結侯凝時間對套管波幅度的影響。 3對比分析水泥膠結測井（CBL）、聲波變密度測井（VDL）、以及分區(qū)水泥膠結測井（S

9、BT）的工作原理（聲源頻率，聲系，源距，記錄波形，評價對象）及其在評價固井質量方面的優(yōu)缺點。水泥膠結測井（CBL）聲波變密度測井（VDL）分區(qū)水泥膠結測井（SBT）聲源頻率壓電陶瓷晶體，20kHz100kHz聲系單發(fā)單收聲系單發(fā)單收聲系雙發(fā)雙收補償聲衰系源距3ft或1m 5ft6in記錄波形首波幅度全波幅度首波幅度評價對象第一界面膠結情況第一、二界面膠結情況第一界面膠結情況優(yōu)點1、結構簡單不復雜。2、評價第一界面的膠結情況的技術成熟。1、快速直觀、處理簡單。2、可以對第二界面進行評價。1、360全方位，高分辨率。2、對儀器居中要求不高3、對微環(huán)不敏感，受泥漿影響小4受快速地層影響小缺點1、 受

10、儀器偏心影響大。2、 不能評價第二界面。3、 受微環(huán)隙影響大4、不能評價水泥膠結的周向差異狀況5、沒有周向分辨能力1、 無方位分辨率2、 儀器居中要求高3、 縱向分辨率低4、 受微環(huán)隙影響大5、不能評價水泥膠結的周向差異狀況1、無法評價第二界面4敘述如何利用VDL測井資料評價固井質量（工作原理、分四種情況評價）。工作原理：以調輝方式記錄整個波形（模擬信號），通過對波形按幅度大小以灰度等級來顯示的（數(shù)字信號）。顯示只保留波形正半周（或負半周），幅度大以黑色顯示，幅度小以灰色顯示，去掉的半周以白色顯示，這樣以黑白間互線條組成了變密度測井。1）自由套管大部分能量通過套管傳播回到接收器，很少有能量進入

11、地層中。全波列波形中套管波幅度很大，地層波非常弱或沒有。變密度曲線左端套管波為黑白反差明顯呈整齊直線條；右端地層波為灰白模糊不清的曲線條或缺失，沒有地層波為套管波后續(xù)波，右端呈灰白間隔的直線條。聲幅曲線為高幅值2）僅一界面膠結好大部分能量通過套管透射到水泥環(huán)中，很少進入地層中。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；右端地層波為灰白模糊不清的曲線條或缺失，泥漿波呈灰白間隔的直線條。聲幅曲線為低幅值3）部分膠結一部分能量在套管中傳播，也有相當大能量透射到地層中。全波列波形中套管波幅度中等，地層波也呈中等強度變密度曲線左端套管波為灰白間隔直線

12、條；右端地層波為灰白間隔的曲線條。聲幅曲線為中等幅值4）兩個界面都膠結好套管、水泥和地層連成一體，大部分能量通過套管透射水泥，再透射到地層中。全波列波形中套管波幅度很弱，地層波很強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。聲幅曲線為低幅值5. 簡述聲幅測井CBL的影響因素。1、儀器偏心影響： (1)套管波幅度減小;(2)到達時間提前;(3)后續(xù)波失真;在井剖面上套管波到達時間不是固定的.采用扶正器來實現(xiàn)。2、記錄套管波的局限(頭半周): 僅評價一界面,不能評價二界面情況,竄槽有可能水泥地層膠結不好引起的。利用地層波來解決。3、水泥環(huán)間隙影響：間隙一般0.

13、1mm,不足以引起流體竄流,但對聲耦合有影響,造成套管波幅度與部分膠結相同。解決辦法： (1)加壓再測量依次(可能造成壓裂套管、水泥環(huán)) , (2)采用反射脈沖反射法測井。6.簡述超聲成像測井（USI）的工作原理及應用。工作原理：超聲脈沖反射法測井測量采用門記錄方式，在門電路中用第一個門記錄（旅行時間）套管-水泥界面（第二界面）的反射波，用第二個門記錄水泥-地層界面（第三界面）的反射波。由于套管、水泥、地層的聲阻抗不同，更主要的是水泥膠結好壞大大影響水泥聲阻抗，使得超聲波在第二、第三界面反射回的聲能是不同的，根據(jù)接收器接收的各界面反射聲能就可以判斷水泥膠結的好壞。應用：水泥膠結質量評價、360

14、方位的套管質量檢查。第五章1.敘述偶極子和多極子聲源測井的基本原理。1、脈動球源 右圖表示一個中心位于原點的球狀穩(wěn)態(tài)聲源，球表面做球對稱的周期膨脹和收縮運動，表面徑向速度為 ，球源的體積變化速度的幅度為 ，這里 。球源的作用相當于向空間注入介質，注入的體積速度是 ， 常作為聲源強度的度量。脈動球源輻射的聲場是當 ，則得到點源輻射的聲場2、偶極子聲源 右圖表示兩個相位相反的點聲源，聲源的坐標是 ， 是點源的距離，其中點源到聲場的距離為 。根據(jù)前面建立的點聲源聲場的公式，得理想偶極子是 2.敘述偶極子波、四極子波的特點。a) 隨頻率降低，彎曲波和旋轉波的速度都變大，并在某個特定的頻率（即截至頻率）

15、上速度趨近于井壁地層的橫波速度；b)相速度都比群速度快；c)有愛瑞相d）軟地層中，頻率變化都與快地層相似。但截至頻率低，且在截至頻率附近速度隨頻率變化（即頻散效應）明顯。3敘述裸眼井中聲波全波列及其類型（硬地層、軟地層分別考慮）。一、滑行縱波1）滑行縱波是一種體波( qc)，沿井壁附近滑行傳播，速度為Vp，輕微頻散（在測井頻率段可忽略），是PPP波。2）一種非均勻波，在地層中，離井壁距離增加按負指數(shù)規(guī)律衰減，能量集中在3lp（即Vp/f）范圍內(nèi)，在Z= lp內(nèi)集中了滑行波能量63%，因此探測范圍在一個lp左右。3)在井中傳播方式:滑行波在傳播過程中不斷向井中輻射能量,在井壁上傳播其波陣面是圓錐

16、面；若源距選擇適當，滑行縱波在全波中為首波，幅度小，傳播速度快。4）對于井內(nèi)接收點，滑行波的振幅隨源離L增加是衰減的.直達波A1/Z 滑行縱波A 1/Z (lnZ)2。對于Ze=2.72m,滑行波衰減快，對于Ze=2.72m,直達波衰減快。5）存在共振頻率，a為井徑；bi 為貝塞爾函數(shù)J(bi)的零點，為3.83、7.01.;對于一般砂巖頻率為10、20kHz左右。二、滑行橫波1）滑行橫波是一種體波( qS) ，沿井壁附近滑行傳播，速度為Vs，輕微頻散（在測井頻率段可忽略），是PSP波。2）一種非均勻波，在地層中，離井壁距離增加按負指數(shù)規(guī)律衰減，能量集中在3ls（即Vs/f）范圍內(nèi)，在Z= l

17、s內(nèi)集中了滑行波能量63%，因此探測范圍在一個ls左右。3)在井中傳播方式:滑行波在傳播過程中不斷向井中輻射能量,在井壁上傳播其波陣面是圓錐面；若源距選擇適當，滑行橫波在全波中為次首波，幅度較縱波幅度大。原因:橫波波長較縱波短,因此靠近井壁附近滑行橫波幅度較滑行縱波幅度有更多能量。 橫波反射系數(shù)遠小于縱波，即有更多能量進入地層，在相同的情況下有更多的能量轉換為滑行橫波。4）對于井內(nèi)接收點，滑行波的振幅隨源離L增加是衰減的。直達波A1/Z滑行橫波A 1/Z2 。不像縱波滑行橫波始終比泥漿直達波衰減快。5）存在共振頻率，a為井徑；ai 為貝塞爾函數(shù)J0(a i)的零點，為2.4、5.52.;對于一

18、般砂巖頻率為8、18kHz。6）當Vs0，存在一系列位置，z=dn聲壓幅值為零。超聲成像測井聲源反射距離必須大于近場長度D,否則測量信號幅度受近場衍射影響太大，得不到井壁聲學圖像。聚焦轉換器4、簡述超聲成像測井影響成像質量的主要因素。聲衰減的影響泥漿對聲波衰減主要是摩擦吸收衰減和固相顆粒散射引起的衰減。摩擦吸收衰減與頻率平方成正比，而顆粒散射衰減與頻率四次方成正比，因此當頻率較高時，泥漿性能對超聲測量影響是不能忽略的。井眼形狀和儀器偏心的影響由于井徑的不規(guī)則性或儀器的偏心使得聲信號在泥漿中傳播時間因方位而異，即使井壁介質均勻，也會在成像測井圖上呈現(xiàn)差別。更有甚者，可能造成部分或全部反射聲束不能被換能器所接收，回波幅度嚴重下降，以至于在成像測井圖上形成顯著的黑色垂直條帶。5、敘述超聲成像測井的應用與解釋。1判斷地層的巖性、確定層面產(chǎn)狀超聲成像測井主要是根據(jù)巖層的聲阻抗差異（反射波的幅度）得到不同明暗程度（不同灰度）的聲學圖像。泥巖和煤層聲阻抗比其它巖層小得多，發(fā)射系數(shù)小