4.測井-聲波測井剖析

1、第三章第三章 聲波測井聲波測井聲波測井：聲波測井：是通過研究是通過研究聲波聲波在井下巖層和介質(zhì)中的傳播在井下巖層和介質(zhì)中的傳播特性，從而了解巖層的特性，從而了解巖層的地質(zhì)特性地質(zhì)特性和井的和井的技術(shù)狀況技術(shù)狀況的一種的一種測井方法。測井方法。本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容： （1）巖石的聲學(xué)特性）巖石的聲學(xué)特性 （2）聲速測井）聲速測井 （3）聲幅測井）聲幅測井第一節(jié)第一節(jié) 巖石的聲學(xué)性質(zhì)巖石的聲學(xué)性質(zhì)是一種機(jī)械波，是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)是一種機(jī)械波，是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振振動動向四周的傳播。向四周的傳播。目前聲波測井使用的頻率為目前聲波測井使用的頻率為20Hz20Hz2MHz2MHz。聲聲 波波 20HZ 20HZ

2、頻率頻率 20KHZ 20KHZ次次聲波聲波 頻率頻率 20HZ 20HZ超超聲波聲波 頻率頻率 20KHZ20KHZ什么叫聲波？什么叫聲波？一、巖石的彈性及彈性參數(shù)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(fù)原來形態(tài)的能力。是指物體受有限外力而發(fā)生形變后恢復(fù)原來形態(tài)的能力。1 1、彈性、彈性2 2、物體的分類、物體的分類彈性體彈性體塑性體塑性體受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢復(fù)原狀的能力。受力發(fā)生形變，一旦外力取消又能恢復(fù)原狀的能力。彈性體：彈性體：產(chǎn)生永久形變。產(chǎn)生永久形變。塑性體：塑性體：可變成可變成 在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上在聲波測井中，聲源的能量很

3、小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當(dāng)成彈性體，在巖石中傳播的時間很短，因而巖石可以當(dāng)成彈性體，在巖石中傳播的聲波可以被認(rèn)為是的聲波可以被認(rèn)為是彈性波彈性波。3 3、描述彈性體的參數(shù)、描述彈性體的參數(shù)（1 1）楊氏模量）楊氏模量E(E(定義為應(yīng)力與其應(yīng)變之比定義為應(yīng)力與其應(yīng)變之比) )ESFSFallllSFEF F作用外力；作用外力；l l、s s分別為彈性體長度、橫截面積；分別為彈性體長度、橫截面積；E E彈性體的楊氏模量，彈性體的楊氏模量，kg/cmkg/cm2 2或或dyn/cmdyn/cm2 2F/SF/S為作用于單位面積上的力，稱為為作用于單位面積上的力，稱為應(yīng)力應(yīng)力。 為

4、彈性體在力方向上的相對形變，稱為為彈性體在力方向上的相對形變，稱為應(yīng)變應(yīng)變。ll /物理意義：物理意義：描述彈性體發(fā)生形變的難易程度描述彈性體發(fā)生形變的難易程度。HookHook定律：定律：（2 2）泊松比）泊松比（定義為（定義為外力作用下，彈性體外力作用下，彈性體的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比） = = 彈性體的橫向應(yīng)變彈性體的橫向應(yīng)變/ /縱向應(yīng)變縱向應(yīng)變 = =（d/dd/d）/ /（l/ll/l）物理意義：描述彈性體物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量。形狀改變的物理量。dlF（3 3） 體積彈性模量體積彈性模量 K K （定義為（定義為應(yīng)力與彈性體的體應(yīng)變之比應(yīng)力與

5、彈性體的體應(yīng)變之比）K = K = 應(yīng)力應(yīng)力/ /體應(yīng)變體應(yīng)變 = =（F/SF/S）/ /（V/VV/V） （kg/cmkg/cm2 2）體應(yīng)變也稱膨脹率體應(yīng)變也稱膨脹率（4 4）切變模量）切變模量（ ） 切應(yīng)變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變化。切應(yīng)變：彈性體的形狀改變而體積未發(fā)生變化。 ：切變角：切變角 tgtg = =l/dl/d當(dāng)當(dāng) 很小時，很小時，tg = l/dFt d dl l切變波的特點(diǎn)切變波的特點(diǎn)：體積不變，邊角關(guān)系發(fā)生變化。：體積不變，邊角關(guān)系發(fā)生變化。 = = 切應(yīng)力切應(yīng)力/ /切應(yīng)變切應(yīng)變 = =（Ft/sFt/s）/ / = = （Ft/sFt/s）/ /l/dl/

6、d剪切模量剪切模量 是彈性體在剪切力是彈性體在剪切力FtFt作用下，切應(yīng)力（作用下，切應(yīng)力（Ft/sFt/s）與剪）與剪切變切變 之比。之比。二、聲波在巖石中的傳播特性二、聲波在巖石中的傳播特性1 1、縱波、橫波的定義、縱波、橫波的定義縱波（壓縮波或縱波（壓縮波或P P波波）：）：橫波（剪切波或橫波（剪切波或S S波波）：）：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播發(fā)向介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波的傳播發(fā)向一致一致的波。的波。介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波傳播方向介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動方向與波傳播方向垂直垂直的波。的波。在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而在井下，縱波和橫波都能在地層傳播，而泥漿中只能傳播縱波。泥漿中只能傳播縱

7、波。注意注意橫波不能在流體（氣、液體）中傳播。橫波不能在流體（氣、液體）中傳播?？v波可以在氣體、液體和固體中傳播?？v波可以在氣體、液體和固體中傳播。2 2、巖石的聲速特性、巖石的聲速特性聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指聲波在介質(zhì)中的傳播特性主要指聲速、聲幅聲速、聲幅和和頻率頻率特性。特性。縱波速度縱波速度橫波速度橫波速度E E楊氏模量楊氏模量泊松比泊松比介質(zhì)密度介質(zhì)密度)1 (2)21)(1 ()1 (EVEVsp常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速常見巖石及某些物質(zhì)縱波傳播速度（或傳播時差）見度（或傳播時差）見P78P78表表3-13-1)21 ()1 (2spVV縱橫波比縱橫波比由于大多數(shù)巖石的泊松比

8、等于由于大多數(shù)巖石的泊松比等于0.250.25，所以巖石的縱橫波速度比，所以巖石的縱橫波速度比為為1.731.73?？梢姡瑤r石中傳播的。可見，巖石中傳播的縱波比橫波速度快縱波比橫波速度快。一般，巖石。一般，巖石的密度越大，傳播速度越快，反之亦然。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。在聲速測井中，縱波是首波。三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性三、聲波在介質(zhì)界面上的傳播特性1 1、聲波在界面上的反射和折射、聲波在界面上的反射和折射12入射波入射波P P反射波反射波折射波折射波P1S1V1V2P2S21 121121arcsin1sinsinppppVVVV折射定律折射定律Vp

9、1Vp21901 1* *第一臨界角第一臨界角滑行縱波滑行縱波Vp1Vs2290212212arcsinsinsinspspVVVV折射定律折射定律2 2* *第二臨界角第二臨界角滑行橫波滑行橫波在產(chǎn)生滑行縱波和滑行橫波以后，其逆過程也成立。在產(chǎn)生滑行縱波和滑行橫波以后，其逆過程也成立。T滑滑行行波波R輻射能輻射能1 1* * 或或2 2* *滑行縱波和橫波沿界面滑行滑行縱波和橫波沿界面滑行時，將沿臨界角方向向介質(zhì)時，將沿臨界角方向向介質(zhì)中輻射能量。對于井下巖中輻射能量。對于井下巖層，一般都滿足層，一般都滿足v vm m （泥漿速（泥漿速度）度）v vp p（地層速度）（地層速度）第一第一臨界

10、條件，因此井中很容易臨界條件，因此井中很容易激發(fā)沿井壁滑行的地層縱波。激發(fā)沿井壁滑行的地層縱波。介質(zhì)名稱介質(zhì)名稱VP (VP (m/sm/s) )VS (VS (m/sm/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 管5400310017413104常見介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨界角常見介質(zhì)的縱橫波速度及第一第二臨

11、界角2 2、反射和折射系數(shù)（、反射和折射系數(shù)（R R、T T）反射系數(shù)反射系數(shù)R R： 1 1 、 2 2分別為介質(zhì)分別為介質(zhì)、的密度的密度V V1 1 、V V2 2分別為介質(zhì)分別為介質(zhì)、的縱波速度的縱波速度R R= W= WR R/W= /W= （ 2 2V V2 2- - 1 1 V V1 1）/ / （ 2 2V V2 2+ + 1 1 V V1 1）反射波的能量反射波的能量W WR R與入射波的能量與入射波的能量W W之比。之比。折射波的能量折射波的能量WTWT與入射波的能量與入射波的能量W W之比。之比。T = WT = WT T/ W/ W =2=2 1 1 V V1 1/ /

12、（ 2 2V V2 2+ + 1 1 V V1 1）透射系數(shù)透射系數(shù)T T：3.3.波阻抗、聲耦合率波阻抗、聲耦合率1 1）波阻抗）波阻抗 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：Z Z1 1/Z/Z2 2Z Z1 1/Z/Z2 2越大或越小，聲耦合越差，越大或越小，聲耦合越差，R R大，大，T T小，聲波不易從介質(zhì)小，聲波不易從介質(zhì)1 1到介質(zhì)到介質(zhì)2 2中去。中去。Z Z1 1/Z/Z2 2越接近越接近1 1，聲耦合越好，聲耦合越好，R R小，小，T T大，聲波易從介質(zhì)大，聲波易從介質(zhì)1 1

13、到介質(zhì)到介質(zhì)2 2中去中去。4.4.井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波井壁固液界面產(chǎn)生的兩種波A. 瑞利波（井壁泥漿的交界面上產(chǎn)生的波，瑞利波（井壁泥漿的交界面上產(chǎn)生的波，與橫波混在一起與橫波混在一起不易區(qū)分不易區(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，這種波叫瑞利波種波叫瑞利波(Rayleigh waves)(Rayleigh waves)如圖所示，瑞利波具有以下特點(diǎn)：如圖所示，瑞利波具有以下特點(diǎn)： (1)(1)產(chǎn)生在彈性介質(zhì)的自由表面。產(chǎn)生在彈性介質(zhì)的自由表面。 (2)(2)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為橢圓。質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為橢圓。 (3)(3

14、)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向相對于波的傳播方向是倒卷的，波速約為橫質(zhì)點(diǎn)運(yùn)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波波速的80809090。瑞利波示意圖瑞利波示意圖B. 斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）由在泥漿中傳播的縱波與在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。層滲透率。 斯通利波具有以下特點(diǎn)：斯通利波具有以下特點(diǎn)： （1 1）由井壁地層橫波和鉆井液中縱波相干產(chǎn)生。）由井壁地層橫波和鉆井液中縱波相干產(chǎn)生。 （2 2）對地層滲透性變化敏感。）對地層滲透性變化敏感。 （3 3

15、）低速，速度小于在鉆井液中傳播的直達(dá)波。）低速，速度小于在鉆井液中傳播的直達(dá)波。 在聲波測井全波列圖上，斯通利波是傳播速度最在聲波測井全波列圖上，斯通利波是傳播速度最低的聲波。低的聲波?？v波縱波橫波和橫波和瑞利波瑞利波直達(dá)波直達(dá)波斯通利波斯通利波波波幅幅A A時間時間t t聲波測井接收器收到的全波列示意圖聲波測井接收器收到的全波列示意圖第二節(jié)第二節(jié) 聲速測井（聲時差測井）聲速測井（聲時差測井）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測量聲波通過井下單位厚度巖層的傳播時間，即時差間，即時差tt（s/ms/m），由于時差的倒數(shù)就是聲速），由于時差的倒數(shù)就是聲速v v（m/sm/s）

16、，因此又叫聲速測井。），因此又叫聲速測井。一、單發(fā)雙收的測量原理一、單發(fā)雙收的測量原理ABCDTR1R2源源距距間間距距記錄點(diǎn)記錄點(diǎn)O OOFEGR R：接收探頭：接收探頭聲能轉(zhuǎn)化為電能聲能轉(zhuǎn)化為電能T T：發(fā)射探頭：發(fā)射探頭電能轉(zhuǎn)化為聲能電能轉(zhuǎn)化為聲能1 1、產(chǎn)生滑行波的條件、產(chǎn)生滑行波的條件 V V地層地層 V V泥漿泥漿 產(chǎn)生滑行波的過程是可逆的產(chǎn)生滑行波的過程是可逆的2 2、到達(dá)接收探頭的波類、到達(dá)接收探頭的波類折射縱波折射縱波直達(dá)波直達(dá)波反射波反射波3 3、讓滑行縱波首先到達(dá)接收探頭、讓滑行縱波首先到達(dá)接收探頭因因反射波反射波、直達(dá)波直達(dá)波都只在都只在泥漿中泥漿中傳播，傳播，V V地

17、地大于大于V V泥泥，如果，如果合理合理選擇源距選擇源距可以使滑行縱波首先到達(dá)接收探頭，而成其為首波。可以使滑行縱波首先到達(dá)接收探頭，而成其為首波。t=t2-t1=t=t2-t1=如果井徑規(guī)則，則如果井徑規(guī)則，則AB=DF=CEAB=DF=CE，上式為：，上式為：顯然：顯然：CDCD正好是儀器的間距（常正好是儀器的間距（常數(shù)），時差與聲速成反比。數(shù)），時差與聲速成反比。時差的單位：時差的單位： s/ms/m)121()121(vCEvBCvABvDFvBDvAB22vCDvBCBDt4 4、時差的表達(dá)式、時差的表達(dá)式時差：在介質(zhì)中聲波傳播單位距離所用的時間。時差：在介質(zhì)中聲波傳播單位距離所用的

18、時間。ABCDTR1R2源源距距間間距距記錄點(diǎn)記錄點(diǎn)O OOFEG5 5、輸出的測井曲線、輸出的測井曲線輸出一條聲波時差曲線輸出一條聲波時差曲線時差時差 s/ms/m縱波速度縱波速度橫波速度橫波速度)1 (2)21)(1 ()1 (EVEVsp密度密度 ，E E增加，增加， VpVp增加增加巖性不同巖性不同 彈性模量不同彈性模量不同 VPVP、VSVS的影響不同的影響不同 VPVP、VS VS 不同不同 二、巖石的聲速特性及影響因素二、巖石的聲速特性及影響因素1 1、V VP P、V VS S與與 、 、E E間的關(guān)系間的關(guān)系常見介質(zhì)和巖石的密度與縱波速度常見介質(zhì)和巖石的密度與縱波速度 2 2

19、、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，相對講，即使巖性相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。同，其中的流體也不同?？紫抖瓤紫抖?傳播速度傳播速度3 3、巖層的地質(zhì)時代的影響、巖層的地質(zhì)時代的影響實(shí)際資料表明：實(shí)際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快。4 4、巖層的埋藏深度、巖層的埋藏深度巖性和地質(zhì)時代相同：巖性和地質(zhì)時代相同：埋深增加導(dǎo)致傳播速度增加埋深增加導(dǎo)致傳播速度增加結(jié)論：結(jié)論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。隙度。三、聲波時差

20、曲線的影響因素三、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，因此時差值受聲速低的時差值高，因此時差值受地層特性地層特性的控制，的控制，此外還受到此外還受到井條件井條件及及儀器本身儀器本身的影響。的影響。1 1、井徑的影響。擴(kuò)徑段聲波時差發(fā)生變化，使時差曲線出、井徑的影響。擴(kuò)徑段聲波時差發(fā)生變化，使時差曲線出現(xiàn)假異?！，F(xiàn)假異常。(a)(a)上發(fā)射下接收上發(fā)射下接收下界面處下界面處tt上比無井徑上比無井徑異常時差偏小異常時差偏小，上界面處上界面處tt上比無井徑上比無井徑異常時差偏大異常時差偏大，(b)(b)下

21、發(fā)射上接收下發(fā)射上接收下界面處下界面處tt下比無井徑下比無井徑異常時差偏大異常時差偏大，上界面處上界面處tt下比無井徑下比無井徑異常時差偏小異常時差偏小。井徑對聲速測井曲線影響的實(shí)例見圖。井徑對聲速測井曲線影響的實(shí)例見圖。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),),曲曲線的半幅點(diǎn)為層界面線的半幅點(diǎn)為層界面, ,曲曲線幅度的峰值為時差。線幅度的峰值為時差。（2 2）薄層（）薄層（ h hl l間距）間距）曲線受圍巖的影響大，高曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差增加，用半速地層的時差增加，用半幅點(diǎn)確定的層界面（幅點(diǎn)確定的層界面（視厚視厚度度) )巖層的真實(shí)厚度

22、。巖層的真實(shí)厚度。間距間距間距間距3 3 、周波跳躍的影響、周波跳躍的影響（1 1） 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因 聲波在具有裂縫和溶洞的地層中傳播時，會因產(chǎn)生多次反射而聲波在具有裂縫和溶洞的地層中傳播時，會因產(chǎn)生多次反射而使能量明顯衰減，特別是裂縫發(fā)育層段，滑行縱波的幅度急劇衰減，使能量明顯衰減，特別是裂縫發(fā)育層段，滑行縱波的幅度急劇衰減，以致第二道接收波列的首波不能觸發(fā)記錄，而往往是后續(xù)波以后的以致第二道接收波列的首波不能觸發(fā)記錄，而往往是后續(xù)波以后的第二、第三或者第四各續(xù)至波觸發(fā)記錄。這在聲速時差曲線上表現(xiàn)第二、第三或者第四各續(xù)至波觸發(fā)記錄。這在聲速時差曲線上表現(xiàn)為時差急劇增大，增大的數(shù)值有一定

23、的規(guī)律，那就是以聲波中心頻為時差急劇增大，增大的數(shù)值有一定的規(guī)律，那就是以聲波中心頻率周期的倍數(shù)增大，這種現(xiàn)象稱為率周期的倍數(shù)增大，這種現(xiàn)象稱為“周波跳躍周波跳躍”。（2 2）周波跳躍的特點(diǎn)）周波跳躍的特點(diǎn)時差值大大增加時差值大大增加且呈周期性的跳躍且呈周期性的跳躍（3 3） 產(chǎn)生周波跳躍的各種情況產(chǎn)生周波跳躍的各種情況含氣的疏松砂巖含氣的疏松砂巖泥漿氣侵泥漿氣侵裂縫性地層或破碎帶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。為氣層或裂縫帶的特征。地球物理測井地球物理測井聲波測井聲波測井聲速測井（聲時差測井）聲速測井（聲時差測井）四、四、

24、雙發(fā)雙收聲系雙發(fā)雙收聲系補(bǔ)償聲波時差補(bǔ)償聲波時差 為了消除深度誤差及井徑不規(guī)則所引起的誤差。人們一般為了消除深度誤差及井徑不規(guī)則所引起的誤差。人們一般利用雙發(fā)雙收聲系。它由兩個發(fā)射探頭利用雙發(fā)雙收聲系。它由兩個發(fā)射探頭T1T1、T2T2、R1R1、R2R2組成，組成，R1R1、R2R2位于中間，位于中間，T1T1和和T2T2交替發(fā)射聲波脈沖，由交替發(fā)射聲波脈沖，由R1R1、R2R2各記錄各記錄一次，然后將兩次記錄的時差求平均值，作為當(dāng)前一次，然后將兩次記錄的時差求平均值，作為當(dāng)前R1R1、R2R2對應(yīng)對應(yīng)的地層的聲波時差。下面來分析雙發(fā)雙收聲系是怎樣減小或消的地層的聲波時差。下面來分析雙發(fā)雙收

25、聲系是怎樣減小或消除深度誤差和井眼不規(guī)則的影響的。除深度誤差和井眼不規(guī)則的影響的。1.1.消除深度誤差消除深度誤差 雙發(fā)雙收聲系的記錄點(diǎn)雙發(fā)雙收聲系的記錄點(diǎn)O O位于位于R1R1、R2R2的中點(diǎn)。當(dāng)?shù)闹悬c(diǎn)。當(dāng)T1T1工作時，工作時，反映的是反映的是B1C1B1C1段（中點(diǎn)為段（中點(diǎn)為O1O1）地層的時差平均值。當(dāng)?shù)貙拥臅r差平均值。當(dāng)T2T2工作時，工作時，反映的是反映的是B2C2B2C2段（中點(diǎn)為段（中點(diǎn)為O2O2）地層的時差平均值。地層的時差平均值。 單發(fā)雙收單發(fā)雙收 雙發(fā)雙收雙發(fā)雙收 雙發(fā)四收雙發(fā)四收 當(dāng)當(dāng)R1R1、R2R2附近的地層巖性沒有發(fā)生變化時，由于附近的地層巖性沒有發(fā)生變化時，由

26、于 ， 因此取兩次測量結(jié)果的平均值反映的是因此取兩次測量結(jié)果的平均值反映的是O O點(diǎn)處的時差平均值。實(shí)際點(diǎn)處的時差平均值。實(shí)際記錄點(diǎn)為記錄點(diǎn)為O O點(diǎn)，此時實(shí)際記錄點(diǎn)和儀器記錄點(diǎn)重合，不再發(fā)生深度點(diǎn)，此時實(shí)際記錄點(diǎn)和儀器記錄點(diǎn)重合，不再發(fā)生深度誤差。誤差。2.2.井眼補(bǔ)償井眼補(bǔ)償 21ii 21， 同一界面處同一界面處tt上因井徑變化引起的增上因井徑變化引起的增大（減?。┝颗c大（減?。┝颗ctt下因井徑變化引起下因井徑變化引起的減?。ㄔ龃螅┫嗟?，平均后消除井的減?。ㄔ龃螅┫嗟龋骄笙畯接绊?。徑影響。/2下上ttt3 3、盲區(qū)補(bǔ)償、盲區(qū)補(bǔ)償 雙發(fā)雙收聲系的缺點(diǎn)是薄層分辨能力差，不如單發(fā)雙收聲

27、系。雙發(fā)雙收聲系的缺點(diǎn)是薄層分辨能力差，不如單發(fā)雙收聲系。這是由于滑行縱波必須是入射波在傳播過程中以一定的傾斜角這是由于滑行縱波必須是入射波在傳播過程中以一定的傾斜角入射到井壁上時才能產(chǎn)生，而雙發(fā)雙收聲系采取上下兩端發(fā)射，入射到井壁上時才能產(chǎn)生，而雙發(fā)雙收聲系采取上下兩端發(fā)射，使得兩次時差記錄的井段不能完全重合。特別是低速地層和大使得兩次時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，這一問題更為明顯，而且有時會出現(xiàn)井徑的井眼，這一問題更為明顯，而且有時會出現(xiàn)“盲區(qū)盲區(qū)”現(xiàn)現(xiàn)象。象。 主要是滑行波在傳播時必須是以一定的傾斜角入射到井壁上主要是滑行波在傳播時必須是以一定的傾斜角入射到井

28、壁上時才能產(chǎn)生，特別是低速地層和大井徑的井眼，由于臨界角大，時才能產(chǎn)生，特別是低速地層和大井徑的井眼，由于臨界角大，這些現(xiàn)象更明顯。當(dāng)這些現(xiàn)象更明顯。當(dāng)T1T1發(fā)射聲信號時，發(fā)射聲信號時，R1R1和和R2R2記錄到的時差反記錄到的時差反映的是映的是A1B1A1B1井段上的值；當(dāng)井段上的值；當(dāng)T2T2發(fā)射時，發(fā)射時，R1R1和和R2R2記錄到的時差反記錄到的時差反映的是映的是A2B2A2B2井段上的值，因此，雙發(fā)雙收井眼補(bǔ)償聲波測井值井段上的值，因此，雙發(fā)雙收井眼補(bǔ)償聲波測井值并不能反映兩個接收探頭并不能反映兩個接收探頭R1R1和和R2R2所對應(yīng)地層的聲速時差，也就所對應(yīng)地層的聲速時差，也就是說

29、，整個接收探頭所對應(yīng)的地層好像探測不到一樣。把這種是說，整個接收探頭所對應(yīng)的地層好像探測不到一樣。把這種由于雙發(fā)雙收聲系測量引起的探測不到的地層層段稱為盲區(qū)。由于雙發(fā)雙收聲系測量引起的探測不到的地層層段稱為盲區(qū)。T T1 1R R1 1R R4 4T T2 2R R2 2R R3 3T T1 1R R4 4T T2 2R R2 2五、聲波測井曲線的特點(diǎn)五、聲波測井曲線的特點(diǎn) 聲波測井曲線是聲速測井儀測量到的聲波時差隨深度變化聲波測井曲線是聲速測井儀測量到的聲波時差隨深度變化的關(guān)系曲線，對于比較理想的地層，如厚的泥巖夾有砂巖薄層的關(guān)系曲線，對于比較理想的地層，如厚的泥巖夾有砂巖薄層的情況。的情況

30、。聲波曲線的特點(diǎn)：聲波曲線的特點(diǎn)： 當(dāng)目的層上下圍巖聲波時差一致時，曲線當(dāng)目的層上下圍巖聲波時差一致時，曲線對稱對稱于地層中點(diǎn)。于地層中點(diǎn)。巖層界面位于時差曲線巖層界面位于時差曲線半幅點(diǎn)半幅點(diǎn)在界面上下一段距離上，測量時差是圍巖和目的層時差的在界面上下一段距離上，測量時差是圍巖和目的層時差的加加權(quán)平均權(quán)平均效應(yīng)，既不能反映目的層時差，也不能反映圍巖時差。效應(yīng)，既不能反映目的層時差，也不能反映圍巖時差。 當(dāng)目的層足夠厚且大于間距時，測量時差的曲線對應(yīng)地層中當(dāng)目的層足夠厚且大于間距時，測量時差的曲線對應(yīng)地層中心處一小段的心處一小段的平均讀值是目的層時差平均讀值是目的層時差。 六、時差曲線的應(yīng)用六、

31、時差曲線的應(yīng)用1.1.判斷氣層、確定油氣和氣水界面判斷氣層、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 V V油油 V V氣氣在高孔隙和侵入不深的條件下能識別氣層在高孔隙和侵入不深的條件下能識別氣層, ,其特征其特征: :周波跳躍周波跳躍高時差高時差 30 30微秒微秒/ /米米氣氣層層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速，因此由于不同巖性地層具有不同的聲速，因此可以用時可以用時差劃分地層差劃分地層。致密巖石的時差致密巖石的時差 孔隙性巖石的時差孔隙性巖石的時差巖層的孔隙增加巖層的孔隙增加-聲速下降聲速下降-時差增

32、加時差增加砂巖的時差砂巖的時差 泥巖的時差泥巖的時差白云巖白云巖: : t tmama=143 =143 s/ms/m （43.5 s/ft） 無水硬石膏無水硬石膏: : t tmama=164 =164 s/ms/m （50 s/ft） 巖鹽時差巖鹽時差: : t tmama=220 =220 s/ms/m 淡水淡水: : t tmfmf=620 =620 s/ms/m 鹽水鹽水: :t tmfmf=608 =608 s/ms/m 對膏巖剖面有很強(qiáng)的分辨力對膏巖剖面有很強(qiáng)的分辨力, ,由于巖鹽和無水石膏在時差曲線上由于巖鹽和無水石膏在時差曲線上區(qū)別很大區(qū)別很大, ,很容易識別。很容易識別。砂

33、巖的理論骨架時差砂巖的理論骨架時差: :t tmama=182 =182 s/ms/m ( (硅質(zhì)膠結(jié)硅質(zhì)膠結(jié)) )灰?guī)r灰?guī)r: : t tmama=156=156 s/ms/m （47.5 47.5 s/ft） 1m=3.28ft3 3、計算孔隙度、計算孔隙度（1 1） 體積物理模型體積物理模型根據(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然后研究每一部分對巖石宏觀物理量的貢獻(xiàn)理量的貢獻(xiàn), ,并視宏觀物理量為各部分貢獻(xiàn)之和。并視宏觀物理量為各部分貢獻(xiàn)之和。測

34、井參數(shù)測井參數(shù)* *總體積總體積=測井參數(shù)測井參數(shù)* *相應(yīng)體積相應(yīng)體積 b b= = f f* * + + mama（1- 1- ）流體流體骨架骨架純巖石純巖石（2 2）用時差求孔隙度的公式）用時差求孔隙度的公式 t= t= t tf f * * + + t tmama（1- 1- ）mafmastttt 固結(jié)壓實(shí)的純地層固結(jié)壓實(shí)的純地層mafmastttt 代入各參數(shù)：代入各參數(shù)： s s=30%=0.3=30%=0.3解：解： 根據(jù)已知條件可得：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(shí)的砂巖層的時差為：例題：已知：一淡水泥漿井中，某固結(jié)壓實(shí)的砂巖層的時差為：313.4 3

35、13.4 s/ms/m ， t tmama=182 =182 s/ms/m ， t tf f =620 =620 s/ms/m，求：求：該層的該層的孔隙度孔隙度裸眼井的聲幅測井裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井變密度測井本節(jié)主要介紹：本節(jié)主要介紹：第三節(jié)第三節(jié) 聲幅測井聲幅測井聲波幅度測井聲波幅度測井：是通過測量聲波在地層或套管內(nèi)傳播過程中幅度的衰減變化來認(rèn)識地層性質(zhì)和固井水泥膠結(jié)情況的一種聲波測井方法。一、裸眼井的聲幅測井一、裸眼井的聲幅測井1 1、目的：、目的：劃分硬地層的裂縫帶劃分硬地層的裂縫帶2 2、聲系及測量、聲系及測量（1 1）單發(fā)單收：）單發(fā)單收：測量地層

36、滑行縱波的首波幅度測量地層滑行縱波的首波幅度。（2 2）雙發(fā)雙收聲系：）雙發(fā)雙收聲系：測量兩接收探頭的滑行縱波的幅度差測量兩接收探頭的滑行縱波的幅度差。3 3、聲波能量變化的兩種方式、聲波能量變化的兩種方式（1 1）地層吸收聲波能量而使幅度衰減）地層吸收聲波能量而使幅度衰減（2 2）存在聲阻抗不同的兩種介質(zhì)界面上，）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。折射、反射使聲波的能量發(fā)生變化。兩種變化同時存在，兩種變化同時存在，以哪種情況為主，視以哪種情況為主，視具體情況而論具體情況而論在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是在裂縫發(fā)育及疏松巖石的井段，聲幅的衰減主要是地

37、層的吸地層的吸收收聲波能量所致。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(guān)。由此，的聲波能量分布有關(guān)。由此，在裸眼井中用聲幅測井可劃分在裸眼井中用聲幅測井可劃分裂縫帶和疏松巖石的地層，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套管井中的聲幅測井主要用來評價固井質(zhì)量。價固井質(zhì)量。4 4、滑行波幅度衰減和地層情況間的關(guān)系、滑行波幅度衰減和地層情況間的關(guān)系1 1）不同角度的裂縫對波的衰減不同）不同角度的裂縫對波的衰減不同與水平線的夾角與水平線的夾角5050- 80- 80垂直裂縫垂直裂縫與水平方向

38、的夾角與水平方向的夾角 30 疏疏),),由此聲波通過較大裂縫由此聲波通過較大裂縫, ,其其接收到的能量比非裂縫地層低得多。接收到的能量比非裂縫地層低得多。聲波通過裂縫聲波通過裂縫, ,能量衰減與裂縫的張開度、發(fā)育程能量衰減與裂縫的張開度、發(fā)育程度有關(guān)，對于縱波，張開度大和裂縫發(fā)育，則聲幅度有關(guān)，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。衰減增加，測得的聲幅低。第一聲學(xué)界面：第一聲學(xué)界面：套管與水泥環(huán)套管與水泥環(huán)的交界面的交界面第二聲學(xué)界面：第二聲學(xué)界面：水泥環(huán)與井壁地層水泥環(huán)與井壁地層的交界面的交界面3 3）溶洞性地層）溶洞性地層對于溶洞性地層，波繞溶洞傳播：對于溶洞性地層

39、，波繞溶洞傳播：（1 1）增加了波的傳播路徑）增加了波的傳播路徑（2 2）溶洞引起波的散射，造成聲波能量較大幅度的衰減，所）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，以聲波在溶洞性地層傳播，地層波幅很小，溶洞對波的衰減相地層波幅很小，溶洞對波的衰減相當(dāng)大當(dāng)大。尋找裂縫和溶洞地層的特征：尋找裂縫和溶洞地層的特征：聲幅曲線上，幅度值低。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。在時差曲線上，時差值高，可能出現(xiàn)周波跳躍。二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井二、套管井的聲幅測井（水泥膠結(jié)測井CBLCBL）1 1、聲系：單發(fā)單收，源距為、聲系：單發(fā)單收，

40、源距為1 1米米TR水水泥泥套套管管泥漿泥漿20%40%mv2 2、接收到的信號、接收到的信號沿套管傳播的滑行縱波（套管波）沿套管傳播的滑行縱波（套管波）3 3、管波幅度與管外介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系和分布有關(guān)、管波幅度與管外介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系和分布有關(guān)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。號幅度就取決與套管外介質(zhì)的性質(zhì)和分布。4 4、評價水泥膠結(jié)質(zhì)量、評價水泥膠結(jié)質(zhì)量由于套管與水泥接觸，且由于套管與水泥接觸，且Z Z套套與與Z Z水泥水泥很接近，聲耦合好，大部很接近，聲耦合好，大部分能量都被折射到水泥環(huán)

41、中，而少部分能量折回到井中被記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。錄，聲幅值低。反之，水泥膠結(jié)不好，則聲幅高。對固井質(zhì)量的判斷應(yīng)用對固井質(zhì)量的判斷應(yīng)用相對幅度相對幅度的概念：的概念：相對幅度相對幅度 = = 目的層段曲線幅度目的層段曲線幅度/ /自由套管曲線幅度自由套管曲線幅度* *100%100%相對幅度相對幅度 20% 20% 水泥膠結(jié)良好水泥膠結(jié)良好20% 20% 相對幅度相對幅度 40% 40% 40% 水泥膠結(jié)差水泥膠結(jié)差自由套管自由套管管外為泥漿的井段管外為泥漿的井段5 5、影響水泥膠結(jié)測井的因素、影響水泥膠結(jié)測井的因素1

42、)1)測井時間測井時間最好在注水泥后最好在注水泥后20-4020-40小時進(jìn)行測量小時進(jìn)行測量, ,因?yàn)橐驗(yàn)樗嘤袀€凝固過程水泥有個凝固過程，過早或過晚過早或過晚, ,都會造成錯誤解釋。都會造成錯誤解釋。2)2)水泥環(huán)的厚度水泥環(huán)的厚度水泥環(huán)的厚度水泥環(huán)的厚度2cm 2cm ，對套管波的衰減是個定值，對套管波的衰減是個定值, ,水泥環(huán)的厚水泥環(huán)的厚度度2cm,2cm,水泥環(huán)越薄水泥環(huán)越薄, ,對套管波的衰減越小對套管波的衰減越小, ,測得的聲幅值高。測得的聲幅值高。 3)3)儀器偏心和竄槽儀器偏心和竄槽不同方向到達(dá)的管波相位不同不同方向到達(dá)的管波相位不同, ,相互抵消相互抵消, ,測得的聲幅值

43、低。測得的聲幅值低。4)4)氣侵泥漿氣侵泥漿氣侵泥漿的吸收系數(shù)大氣侵泥漿的吸收系數(shù)大, ,使聲波的衰減很大使聲波的衰減很大, ,此時測得的聲幅低，此時測得的聲幅低，造成誤解。造成誤解。5) 5) 套管厚度套管厚度套管對聲波的吸收是固定的套管對聲波的吸收是固定的, ,但套管厚度越小但套管厚度越小, ,對聲波的衰減對聲波的衰減越大越大, ,測得的聲幅值低。測得的聲幅值低。6) 6) 微環(huán)微環(huán)固井時固井時, ,因熱效應(yīng)和壓力的影響因熱效應(yīng)和壓力的影響, ,套管膨脹套管膨脹, ,注完水泥后注完水泥后, ,又可又可能收縮能收縮, ,在套管和水泥環(huán)間有一環(huán)形空間在套管和水泥環(huán)間有一環(huán)形空間, ,間隙間隙0

44、.1mm,0.1mm,它使它使聲耦合率變差聲耦合率變差, ,使測得的聲幅值增加。使測得的聲幅值增加。三、聲波變密度測井三、聲波變密度測井(VDL)(VDL)1 1、套管井中波傳播的路徑、套管井中波傳播的路徑(1) (1) 沿套管沿套管 (2)(2)井內(nèi)泥漿井內(nèi)泥漿(3) (3) 通過地層通過地層因?yàn)樗嗟穆曀僖驗(yàn)樗嗟穆曀?鋼的聲速鋼的聲速, ,不滿足產(chǎn)生滑行波的條件不滿足產(chǎn)生滑行波的條件, ,所以沒有所以沒有通過水泥環(huán)的波。通過水泥環(huán)的波。2 2、接收波的先后順序、接收波的先后順序: :套管波套管波地層波地層波泥漿波泥漿波3 3、聲波變密度測井、聲波變密度測井1)1)聲系聲系2)2)目的目的

45、全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)量全面評價水泥膠結(jié)質(zhì)量, ,了解套管與水泥環(huán)、水泥了解套管與水泥環(huán)、水泥環(huán)與地層的膠結(jié)情況。環(huán)與地層的膠結(jié)情況。3 3）記錄波的定義及順序記錄波的定義及順序 套管波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(dá)。聲波信號是在套管內(nèi)傳播的縱波，速度快，最先到達(dá)。是在地層內(nèi)傳播的縱波、橫波、視瑞利波的組合，幅度值高。是在地層內(nèi)傳播的縱波、橫波、視瑞利波的組合，幅度值高。 地層波地層波單發(fā)單收單發(fā)單收 源距為源距為1.5m1.5m泥漿波泥漿波通過泥漿直接到達(dá)接收探頭的波，它到達(dá)最晚、幅度穩(wěn)定且通過泥漿直接到達(dá)接收探頭的波，它到達(dá)最晚、幅度穩(wěn)定且幅度變化不大、頻率低。幅度變化不

46、大、頻率低。4 4）變密度記錄方式變密度記錄方式調(diào)輝記錄調(diào)輝記錄調(diào)寬記錄調(diào)寬記錄A A、調(diào)輝記錄、調(diào)輝記錄負(fù)半周的信號放大負(fù)半周的信號放大寬度一致的矩形波，幅寬度一致的矩形波，幅度與原信號幅度成正比度與原信號幅度成正比示波管，矩形波幅度作示波管，矩形波幅度作為灰度控制信號為灰度控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾ㄝ斎刖匦尾ㄝ斎霃墓懿ǖ侥酀{波、矩從管波到泥漿波、矩形波的幅度不同形波的幅度不同熒光屏上出現(xiàn)亮熒光屏上出現(xiàn)亮暗相間的掃描線，暗相間的掃描線，亮度與矩形波的亮度與矩形波的幅 度 成 正 比幅 度 成 正 比 . .對一波列信號，掃描線在同一水平線上對一波列信號，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拍攝成了變密度測井圖套管波套管波地層波地層波泥漿波泥漿波B B、調(diào)寬記錄、調(diào)寬