第四章 聲波2008

1、 引入：聲波測井以不同巖石的聲差異為基礎(chǔ)，聲波在不同巖石中傳播： 1)聲波傳播的速度有差異； 2)聲波幅度有差異； 目前有聲速測井、聲波幅度測井、聲波全波列、聲波電視、地震測井等。第四章第四章 聲波測井聲波測井 聲波測井測量的物理量是地層介質(zhì)的波速和衰減。測量時，聲波測井儀（包括聲發(fā)射器和聲接收器）總是處于充滿泥漿的井內(nèi)，井周圍是地層，地層介質(zhì)通常都可以看成是某種彈性體。因此，聲波測井的物理基礎(chǔ)是充滿液體的柱狀井眼內(nèi)的彈性波傳播問題。彈性波在彈性體中的傳播機理如下：把彈性體看成由連續(xù)分布的彈性波在彈性體中的傳播機理如下：把彈性體看成由連續(xù)分布的質(zhì)點組成，質(zhì)點與質(zhì)點之間通過彈性力相互聯(lián)系著，由于

2、某種原質(zhì)點組成，質(zhì)點與質(zhì)點之間通過彈性力相互聯(lián)系著，由于某種原因（隨時間變化的外力）使彈性體某一質(zhì)點發(fā)生擾動時，這種擾因（隨時間變化的外力）使彈性體某一質(zhì)點發(fā)生擾動時，這種擾動會通過彈性力影響附近質(zhì)點，使這些質(zhì)點也隨之振動起來，這動會通過彈性力影響附近質(zhì)點，使這些質(zhì)點也隨之振動起來，這種振動又通過彈性力影響更遠的質(zhì)點，使擾動向四周傳播形成波種振動又通過彈性力影響更遠的質(zhì)點，使擾動向四周傳播形成波形，這就是形，這就是彈性波彈性波。因此，彈性波與彈性體中的質(zhì)點的運動狀態(tài)。因此，彈性波與彈性體中的質(zhì)點的運動狀態(tài)密切相關(guān)。密切相關(guān)。2Pv縱波縱波: 彈性體質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致，在波彈性體質(zhì)

3、點的振動方向與波的傳播方向一致，在波動過程中質(zhì)點的排列會出現(xiàn)稀疏和密集的現(xiàn)象動過程中質(zhì)點的排列會出現(xiàn)稀疏和密集的現(xiàn)象橫波橫波: 彈性體質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，在波彈性體質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，在波動過程中質(zhì)點仍是均勻排列，僅發(fā)生橫向錯動動過程中質(zhì)點仍是均勻排列，僅發(fā)生橫向錯動Sv第一節(jié)第一節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)基礎(chǔ)一、聲波在介質(zhì)分界面上的傳播一、聲波在介質(zhì)分界面上的傳播1 、產(chǎn)生反射波和透射波、產(chǎn)生反射波和透射波(當(dāng)入射角小于臨界角當(dāng)入射角小于臨界角) A、滿足反射定律、滿足反射定律 1 2 ；透射定律；透射定律sin / sin =V1/V2 B、反射系數(shù)和透射系數(shù)、反射系數(shù)和

4、透射系數(shù) 0 反射系數(shù)反射系數(shù) RP1/P2=(Z2cos Z1cos )/(Z2cos Z1cos )(Z2Z1)/(Z2Z1) 透射系數(shù)透射系數(shù) m=P2/P1=1R2Z1cos /(Z2cos Z1cos )=2Z1/(Z2+Z1) 波阻抗波阻抗 Z1= 1V1 Z2= 2V2 第一節(jié)第一節(jié) 聲學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)基礎(chǔ)一、聲波在介質(zhì)分界面上的傳播一、聲波在介質(zhì)分界面上的傳播2 、產(chǎn)生、產(chǎn)生滑行波滑行波和和折射波折射波A、產(chǎn)生滑行波、產(chǎn)生滑行波 產(chǎn)生滑行波的條件為產(chǎn)生滑行波的條件為：a) =90；b)V2V1。 滿足以上二條件時，透射波將在下層介質(zhì)中以速度滿足以上二條件時，透射波將在下層介質(zhì)中以速度

5、V2在界面滑行，這種情況下的在界面滑行，這種情況下的透射波稱為滑行波。透射波稱為滑行波。 =90時的入射角為臨界角時的入射角為臨界角i，即，即sin i=V1/V2，i=arcsin(V1/V2)。B、產(chǎn)生折射波、產(chǎn)生折射波 聲波的傳播實質(zhì)上是質(zhì)點的振動，因此滑行波在界面滑行時，所經(jīng)過的任何一點聲波的傳播實質(zhì)上是質(zhì)點的振動，因此滑行波在界面滑行時，所經(jīng)過的任何一點都可以看作是從該時刻開始振動的一個新的點振源，由于上下層介質(zhì)是緊密接觸的，都可以看作是從該時刻開始振動的一個新的點振源，由于上下層介質(zhì)是緊密接觸的，所以滑行波所經(jīng)過的任何一點的振動，必然要引起上層的振動，即在上層介質(zhì)中形成所以滑行波所

6、經(jīng)過的任何一點的振動，必然要引起上層的振動，即在上層介質(zhì)中形成了一種新的波，此波稱為折射波。了一種新的波，此波稱為折射波。 折射波有如下特點折射波有如下特點： 1)折射角等于臨界角，折射波是一簇平行的直線。折射角等于臨界角，折射波是一簇平行的直線。 2)入射角小于臨界角時，不產(chǎn)生折射波，入射角小于臨界角的區(qū)域稱為折射波的盲入射角小于臨界角時，不產(chǎn)生折射波，入射角小于臨界角的區(qū)域稱為折射波的盲區(qū)。區(qū)。3 、產(chǎn)生、產(chǎn)生全反射波全反射波(當(dāng)入射角大于臨界角當(dāng)入射角大于臨界角) 產(chǎn)生產(chǎn)生反射波和透射波反射波和透射波(當(dāng)入射角小于臨界角當(dāng)入射角小于臨界角)；總之總之 產(chǎn)生產(chǎn)生滑行波和折射波滑行波和折射波

7、(當(dāng)入射角等于臨界角當(dāng)入射角等于臨界角)； 產(chǎn)生產(chǎn)生全反射波全反射波 (當(dāng)入射角大于臨界角當(dāng)入射角大于臨界角)。二、聲波測井中的聲波二、聲波測井中的聲波1、測井中的聲波測井中的聲波二、聲波測井中的聲波二、聲波測井中的聲波2、測井測的是什么波、測井測的是什么波? 由于測量第一個波由于測量第一個波(初至波初至波)到達接收器的時間，在技術(shù)上最到達接收器的時間，在技術(shù)上最容易實現(xiàn)，故聲速測井主要研究初至波，即測量初至波從發(fā)射器容易實現(xiàn)，故聲速測井主要研究初至波，即測量初至波從發(fā)射器發(fā)出到達接收器的時間。發(fā)出到達接收器的時間。 初至波：初至波：最先到達接收器的波；最先到達接收器的波； 續(xù)至波：續(xù)至波：隨

8、初至波后到達接收器的波。隨初至波后到達接收器的波。要求：滑行波先于直達波到接收器，即要求：滑行波先于直達波到接收器，即 t(滑行滑行)0.25米米0.825米。米。 （白云巖（白云巖) (泥巖泥巖)3、源距的選擇、源距的選擇(挑選滑行波為初至波，直挑選滑行波為初至波，直達波、反射波為續(xù)至波達波、反射波為續(xù)至波)21112SL二、聲波測井中的聲波二、聲波測井中的聲波 源距并不是取得越大越好，因為聲源的強度總是有限的。常規(guī)聲波測井一般源距為1m左右；長源距聲波測井儀源距2.44m和3.05m。4 間距的選擇 聲波測井儀在某一深度點測得的時差是以記錄點為中心，間聲波測井儀在某一深度點測得的時差是以記

9、錄點為中心，間距為距為L的地層段的平均時差，可見儀器的縱向分辨率與間距大小的地層段的平均時差，可見儀器的縱向分辨率與間距大小密切相關(guān)。下圖給出了三種不同間距密切相關(guān)。下圖給出了三種不同間距L的儀器對厚度為的儀器對厚度為H的同一的同一地層測得的聲波時差理論曲線。地層測得的聲波時差理論曲線。三種間距情況分別為三種間距情況分別為LH，分析結(jié)果如下：，分析結(jié)果如下：LLLLHa）LH，時差曲線上任何一點的讀數(shù)都不等于地層時差值，時差曲線在地層界面處無任何特征。 綜合分析結(jié)果說明，聲波測井儀對地層的最小可分辨厚度等于儀器的間距，間距愈小，儀器分辨薄層的能力愈強。第二節(jié)第二節(jié) 聲波速度測井聲波速度測井 S

10、onic Velocity一、單發(fā)雙收聲速測井原理一、單發(fā)雙收聲速測井原理發(fā)射器發(fā)射器T ：是一種電聲能轉(zhuǎn)換器，常用壓電陶瓷，壓電石英組成，：是一種電聲能轉(zhuǎn)換器，常用壓電陶瓷，壓電石英組成， 即電脈沖作用下，發(fā)射器把電能轉(zhuǎn)換成聲能，并以聲波的即電脈沖作用下，發(fā)射器把電能轉(zhuǎn)換成聲能，并以聲波的 形式發(fā)射出去。形式發(fā)射出去。 發(fā)射器每秒間歇地發(fā)射發(fā)射器每秒間歇地發(fā)射1020次，每次發(fā)射的頻率為次，每次發(fā)射的頻率為20kHz的聲波。的聲波。接收器接收器R ：是一種聲電能轉(zhuǎn)換器，常用壓電陶瓷，壓電石英組成，：是一種聲電能轉(zhuǎn)換器，常用壓電陶瓷，壓電石英組成， 即把接收到的聲能轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。即把接收到

11、的聲能轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。第二節(jié)第二節(jié) 聲波速度測井聲波速度測井 Sonic Velocity一、單發(fā)雙收聲速測井原理一、單發(fā)雙收聲速測井原理設(shè)計要求：最先到達接收器的是滑行縱波的折射波設(shè)計要求：最先到達接收器的是滑行縱波的折射波(簡稱滑行縱波簡稱滑行縱波)。測量的是：測量的是：T發(fā)射后，同一首波發(fā)射后，同一首波(滑行縱波滑行縱波)觸發(fā)二個接收器觸發(fā)二個接收器R1，R2的時差的時差 t； t=t2t1 式中式中 t1為首波到達第一個接收器的時間為首波到達第一個接收器的時間，t2為首波到達第二個接收器的時間為首波到達第二個接收器的時間。 所以有：所以有： t=L/V (微秒微秒/米米)，(us/m

12、)；V=L/ t (米米/微秒微秒)=L106/ t (米米/秒秒)。21112VbVat22122VbVat221212VLVbbtttLL0第二節(jié)第二節(jié) 聲波速度測井聲波速度測井 Sonic Velocity一、單發(fā)雙收聲速測井原理一、單發(fā)雙收聲速測井原理注意：注意：1)習(xí)慣作法習(xí)慣作法 t=1/V；V=106/ t。 2)記錄點在記錄點在R1R2的中點；的中點； 3)聲速測井的探測深度聲速測井的探測深度h3 波長波長 =V/f838厘米，巖石的聲速厘米，巖石的聲速V15207620 米米/秒，秒，頻率頻率f=20kHz； 所以，所以，h0.23 1.13米米 (軟地層軟地層) (硬地層硬

13、地層)t為聲波通過單位距離所需時間，聲速的倒數(shù)稱為慢度，慢度表示聲波在介質(zhì)中通過單位距離所需的時間，即VS1106式中s為慢度，s/m在聲波測井中，都是以慢度作為反映地層介質(zhì)中聲波傳播速度的記錄量，并習(xí)慣上把慢度稱為“時差”。因此，時差的單位不是s（秒），而是慢度的單位 s/m 二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析二、聲波速度測井曲線定性分析 t= ta+ tb=b/V1+a/V2= b/V1+(1b) /V2二、聲波速度測井曲線定性分

14、析二、聲波速度測井曲線定性分析三、聲速測井的影響因素 1、周波跳躍周波跳躍 在正常的情況下，在正常的情況下，R1和和R2應(yīng)該被同一初至波觸發(fā)，但是由于能量的衰減，應(yīng)該被同一初至波觸發(fā)，但是由于能量的衰減，常常會造成初至波觸發(fā)路程較近的第一個接收器常常會造成初至波觸發(fā)路程較近的第一個接收器R1，而對第二個接收器來，而對第二個接收器來R2說，由于能量的衰減，以致于不能被同一初至波觸發(fā)，說，由于能量的衰減，以致于不能被同一初至波觸發(fā)，R2只能被續(xù)至波觸發(fā)，只能被續(xù)至波觸發(fā)，即即t2增大，使增大，使 tt2t1增大。這種使兩個接收器不是被同一初至波觸發(fā)所造增大。這種使兩個接收器不是被同一初至波觸發(fā)所造

15、成曲線的波動稱為跳躍，這種現(xiàn)象周期性地出現(xiàn)，故稱為周波跳躍。成曲線的波動稱為跳躍，這種現(xiàn)象周期性地出現(xiàn)，故稱為周波跳躍。以下幾種情況可能出現(xiàn)周波跳躍：以下幾種情況可能出現(xiàn)周波跳躍： A)含氣地層，含氣地層， B)聲速非常高的致密地層，聲速非常高的致密地層， C)裂隙地層，裂隙地層， D)井孔擴大，井孔擴大， E)泥漿中含氣。泥漿中含氣。如圖所示：反射系數(shù)如圖所示：反射系數(shù) R(Z2Z1)/(Z2Z1)，當(dāng)（當(dāng)（Z2Z1）相差較大時）相差較大時R較大，即聲波通較大，即聲波通過界面時能量發(fā)生較大的衰減。過界面時能量發(fā)生較大的衰減。2、擴孔的影響擴孔的影響1)擴孔上部擴孔上部 擴孔前后擴孔前后t1不

16、變不變 擴孔后擴孔后t2增大增大使使 t出現(xiàn)假正異常出現(xiàn)假正異常 2)擴孔中部擴孔中部 擴孔前后擴孔前后t1，t2同步增大同步增大使使 t不變不變 3)擴孔下部擴孔下部 擴孔前后擴孔前后t2不變不變 擴孔后擴孔后t1增大增大使使 t出現(xiàn)假負異常出現(xiàn)假負異常 四、雙發(fā)雙收聲速測井原理四、雙發(fā)雙收聲速測井原理1、補償擴孔的影響、補償擴孔的影響 t上上：是：是T1R1R2測量聲系測量聲系,即發(fā)射器即發(fā)射器T1在接收器在接收器R1R2之上；之上； t下下：是：是R2R1T測量聲系測量聲系,即發(fā)射器即發(fā)射器T2在接收器在接收器R1R2之下。之下。如果在一個擴孔井段分別采用以上二種聲系測量，然后求平均，即

17、如果在一個擴孔井段分別采用以上二種聲系測量，然后求平均，即 t上下上下( t上上 t下下)/2則擴孔與則擴孔與 t上下無關(guān)，所以引入雙發(fā)雙收聲速測井儀。上下無關(guān)，所以引入雙發(fā)雙收聲速測井儀。T上上發(fā)射時發(fā)射時 t1= T上上A/V1 +AB/V2+BR1/V1t2=T上上A/V1 +AB/V2+BC/V2+CR2/V1所以所以 t上上=t2-t1 BC/V2CR2/V1BR1/V1 T下下發(fā)射時發(fā)射時 t3= T下下a/V1 +ab/V2+bR2/V1 t4=T下下a/V1 +ab/V2+bc/V2+cR1/V1 所以所以 t下下=t4-t3 bc/V2cR1/V1bR2/V1 t=( t上上

18、+ t下下)/2(BC/V2+bc/V2)/2=BC/V2=bc/V2在無擴孔的情況下：在無擴孔的情況下：bc=BC=L(間距間距) ，t=L/V2；在有擴孔的情況下：雖然在有擴孔的情況下：雖然BC 和和 bc都大于都大于L，但是，但是這段路程都是在地層中滑行；所以影響不大：這段路程都是在地層中滑行；所以影響不大： t=BC/V2=bc/V2，即與擴孔的關(guān)系不大。，即與擴孔的關(guān)系不大。2、雙發(fā)雙收聲速測井原理、雙發(fā)雙收聲速測井原理 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 常見介質(zhì)的縱波傳播速度1 劃分巖性劃分巖性

19、 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 2 判斷含水、含油和含氣層判斷含水、含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 2 判斷含水、含油和含氣層判斷含水、含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 2 判斷含水、含油和含氣層判斷含水、含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖

20、性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 2 判斷含水、含油和含氣層判斷含水、含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 2 判斷含水、含油和含氣層判斷含水、含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 第三節(jié)第三節(jié) 聲速測井曲線的應(yīng)用聲速測井曲線的應(yīng)用一、劃分巖性，判斷含水一、劃分巖性，判斷含水,含油和含氣層含油和含氣層 聲波通過巖樣的總時間聲波通過巖樣的總時間T等于通過巖樣骨架時間等于通過巖樣骨架時間Tma，泥質(zhì)

21、時間，泥質(zhì)時間Tsh和液體時間和液體時間T 之和，即之和，即 T=Tma+Tsh+T 便有便有ULULULULshshmamaUSLUSLUSLULSshshmamaUVUVUVUVshshmama二、確定孔隙度二、確定孔隙度所以 VtVmatma+Vshtsh+Vt tVmatma/V+Vshtsh/V+Vt/V設(shè) VVma+Vsh+V1,=V/V即： t(1Vsh )tma+Vshtsh+ t對純砂巖來說：對砂泥巖來說： 二、確定孔隙度二、確定孔隙度)1 (, 0(tttVttttmashmamamamashshmamattttVtttt具體求解孔隙度的步驟：具體求解孔隙度的步驟：1、求總

22、孔隙度、求總孔隙度 t為實測的聲波時差為實測的聲波時差 tma182us/m (砂巖骨架的時差砂巖骨架的時差) t 620us/m(水的聲波時差水的聲波時差)mamatttt1二、確定孔隙度二、確定孔隙度2、壓實校正、壓實校正 當(dāng)巖石固結(jié)不好或未膠結(jié)時當(dāng)巖石固結(jié)不好或未膠結(jié)時(如疏松砂巖如疏松砂巖)，聲波經(jīng)過這種地層傳播的時差，聲波經(jīng)過這種地層傳播的時差比固結(jié)好巖層中的傳播時差要大，用上式計算得到的孔隙度偏高，因此要進行比固結(jié)好巖層中的傳播時差要大，用上式計算得到的孔隙度偏高，因此要進行壓實校正。壓實校正。壓實校正后的孔隙度為：壓實校正后的孔隙度為： Cp 為為 壓實校正系數(shù)；壓實的巖石壓實校

23、正系數(shù)；壓實的巖石Cp=1，未壓實的巖石，未壓實的巖石 Cp1。 Cp的求法：的求法： 1) Cp=1.680.0002*H ；H為地層所處的深度。為地層所處的深度。 要求要求Cp=1 2) ( s d n 分別為聲波、密度、中子測井計算得到的孔隙度，根據(jù)是分別為聲波、密度、中子測井計算得到的孔隙度，根據(jù)是 d、 n與地層的壓實程度無關(guān)與地層的壓實程度無關(guān)) 3) Cp= tsh/300；根據(jù)是壓實好的泥巖的聲波時差一般可取；根據(jù)是壓實好的泥巖的聲波時差一般可取300us/m。 pmamaCtttt12nSdSPC或二、確定孔隙度二、確定孔隙度3、泥質(zhì)校正、泥質(zhì)校正 方法方法1：方法方法2：經(jīng)

24、過泥質(zhì)校正后的孔隙度稱為有效孔隙度。經(jīng)過泥質(zhì)校正后的孔隙度稱為有效孔隙度。shshV 2mamashttttsh)2/(2asdSPSPa 二、確定孔隙度二、確定孔隙度第四節(jié)第四節(jié) 聲幅測井聲幅測井 一、固井聲幅測井一、固井聲幅測井 1)固井過程與固井的作用固井過程與固井的作用 對油氣井來說，不管采用什對油氣井來說，不管采用什么方式完井，都需要下套管，套么方式完井，都需要下套管，套管是鋼制的圓筒，厚管是鋼制的圓筒，厚6 61313毫米。毫米。套管下入井中是空的，不能達到套管下入井中是空的，不能達到封固地層的目的，還必須在套管封固地層的目的，還必須在套管和地層之間注入水泥，水泥凝固和地層之間注入

25、水泥，水泥凝固了以后便封固了地層了以后便封固了地層, ,這一過程稱這一過程稱為固井，俗稱為固井，俗稱“打水泥打水泥”。 固井的目的是封固地層，防固井的目的是封固地層，防止油氣流出和油氣層與水層互竄，止油氣流出和油氣層與水層互竄，為油氣層的開采創(chuàng)造條件，延長為油氣層的開采創(chuàng)造條件，延長油井的使用期限。因此固井的質(zhì)油井的使用期限。因此固井的質(zhì)量非常重要。量非常重要。 固井聲波測井的主要任務(wù)是檢查套管和地層間水泥固井聲波測井的主要任務(wù)是檢查套管和地層間水泥環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量，包括第一膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量環(huán)的膠結(jié)質(zhì)量，包括第一膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量水泥環(huán)和水泥環(huán)和套管間的膠結(jié)情況、第二膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量套管間的膠結(jié)情況

26、、第二膠結(jié)面的膠結(jié)質(zhì)量水泥環(huán)和水泥環(huán)和地層間的膠結(jié)情況。同時，地層間的膠結(jié)情況。同時，水泥返高、水泥抗壓強度和水泥返高、水泥抗壓強度和套管破裂等有關(guān)固井工程質(zhì)量問題都是十分重要的評價套管破裂等有關(guān)固井工程質(zhì)量問題都是十分重要的評價內(nèi)容。由于固井聲波測井的井眼條件和測量目的都與裸內(nèi)容。由于固井聲波測井的井眼條件和測量目的都與裸眼井聲波測井不同，因此在方法原理和儀器設(shè)計上也有眼井聲波測井不同，因此在方法原理和儀器設(shè)計上也有其自身特點。其自身特點。 聲幅測井是利用水泥和泥漿聲幅測井是利用水泥和泥漿（或水）其聲阻抗的較大差異（或水）其聲阻抗的較大差異對沿套管軸向傳播的聲波的衰對沿套管軸向傳播的聲波的衰

27、減影響來反映水泥與套管間的減影響來反映水泥與套管間的膠結(jié)質(zhì)量。由位于井軸上相隔膠結(jié)質(zhì)量。由位于井軸上相隔一段距離的一對聲發(fā)射器和聲一段距離的一對聲發(fā)射器和聲接收器構(gòu)成。當(dāng)發(fā)射器發(fā)出聲接收器構(gòu)成。當(dāng)發(fā)射器發(fā)出聲波后，接收器上接收到的聲信波后，接收器上接收到的聲信號包括有套管波、水泥波、地號包括有套管波、水泥波、地層波和泥漿波的貢獻。層波和泥漿波的貢獻。由于水泥對由于水泥對聲波具有較大的吸聲波具有較大的吸收系數(shù)，實際到達接收器的水收系數(shù)，實際到達接收器的水泥波相對很微弱，一般可認(rèn)為泥波相對很微弱，一般可認(rèn)為接收信號中無水泥波的貢獻。接收信號中無水泥波的貢獻。理論和實際測量表明，套管波的首波主要來自

28、于沿套管理論和實際測量表明，套管波的首波主要來自于沿套管的滑行縱波和一次反射縱波的貢獻。在井內(nèi)泥漿不變的的滑行縱波和一次反射縱波的貢獻。在井內(nèi)泥漿不變的條件下，套管波的首波向外層介質(zhì)輻射能量的多少取決條件下，套管波的首波向外層介質(zhì)輻射能量的多少取決于介質(zhì)的聲阻抗。例如對套管滑行縱波來說于介質(zhì)的聲阻抗。例如對套管滑行縱波來說:當(dāng)管外為真空時，阻抗比為當(dāng)管外為真空時，阻抗比為，不向管外輻射能量；，不向管外輻射能量；當(dāng)套管外層介質(zhì)的聲阻抗與鋼管相同時，向管外的能量當(dāng)套管外層介質(zhì)的聲阻抗與鋼管相同時，向管外的能量最多，最多，當(dāng)外層介質(zhì)沿徑向當(dāng)外層介質(zhì)沿徑向?qū)τ谔坠芫畬τ谔坠芫? 固結(jié)良好時套管外圍為固

29、結(jié)良好時套管外圍為水泥環(huán)，固結(jié)不好時套管外圍為泥漿（或水），或者部水泥環(huán)，固結(jié)不好時套管外圍為泥漿（或水），或者部分是水泥部分是泥漿。分是水泥部分是泥漿。由于泥漿的聲阻抗與套管的聲阻抗相差較大，而水泥的由于泥漿的聲阻抗與套管的聲阻抗相差較大，而水泥的聲阻抗與套管相對比較接近，因此套管波的首波幅度與聲阻抗與套管相對比較接近，因此套管波的首波幅度與水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量密切相關(guān)。水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量密切相關(guān)。在聲幅測井中，把無水泥固結(jié)的套管端稱為在聲幅測井中，把無水泥固結(jié)的套管端稱為自由套管自由套管，自由套管中的套管波聲幅最大，在有自由套管中的套管波聲幅最大，在有水泥固結(jié)的套管端，水泥固結(jié)的套管端，套管波的聲幅

30、明顯下降。因此，對套管波的幅度或衰減套管波的聲幅明顯下降。因此，對套管波的幅度或衰減測量可以顯示水泥與套管的膠結(jié)情況，以及指示水泥的測量可以顯示水泥與套管的膠結(jié)情況，以及指示水泥的返高。返高。 研究結(jié)果表明，套管波幅度除了受水泥環(huán)膠結(jié)狀況研究結(jié)果表明，套管波幅度除了受水泥環(huán)膠結(jié)狀況的影響外，它還會受的影響外，它還會受泥漿性能泥漿性能、儀器源距儀器源距、套管直徑套管直徑、套管厚度套管厚度、水泥配比水泥配比、水泥環(huán)厚度水泥環(huán)厚度以及以及水泥固結(jié)時間水泥固結(jié)時間等等因素的影響。因此，在聲幅測井資料的應(yīng)用中，都是采因素的影響。因此，在聲幅測井資料的應(yīng)用中，都是采用相對幅度或相對衰減的方法來評價水泥膠結(jié)

31、質(zhì)量。用相對幅度或相對衰減的方法來評價水泥膠結(jié)質(zhì)量。2)固井測井原理固井測井原理 固井測井使用單發(fā)單收測井裝置，固井測井使用單發(fā)單收測井裝置，T發(fā)射發(fā)射20kHz的聲波，發(fā)射聲波的幅度固定為的聲波，發(fā)射聲波的幅度固定為Ao，接收器，接收器R接收到的聲波幅度為接收到的聲波幅度為A： A=AoAaAbAcAdAe Ao為發(fā)射聲波幅度，為發(fā)射聲波幅度，Aa,Ab,Ac,Ad,Ae分別為泥漿、反分別為泥漿、反射、全反射、套管、套管旁聲波幅度的衰減。其中射、全反射、套管、套管旁聲波幅度的衰減。其中Aa、Ab、Ac為常數(shù)，所以為常數(shù)，所以 ： A=Ao(Ad+Ae)Ae為聲波在套管與水泥界面滑行傳播時，聲

32、波幅度為聲波在套管與水泥界面滑行傳播時，聲波幅度的衰減：的衰減： AeA0ebL L：聲波在套管中傳播的長度：聲波在套管中傳播的長度(一定一定)； b：轉(zhuǎn)移系數(shù)，它與套管旁物質(zhì)的性質(zhì)及分布有關(guān)。：轉(zhuǎn)移系數(shù)，它與套管旁物質(zhì)的性質(zhì)及分布有關(guān)。 小小 自由套管自由套管 套管外無水泥套管外無水泥(固井質(zhì)量差固井質(zhì)量差) b 中中 部分水泥膠結(jié)部分水泥膠結(jié) 固井質(zhì)量中等固井質(zhì)量中等 大大 水泥膠結(jié)好水泥膠結(jié)好 固井質(zhì)量好固井質(zhì)量好所以所以 較大較大 自由套管自由套管 套管外無水泥套管外無水泥(固井質(zhì)量差固井質(zhì)量差) AAo（Ad+Ae）= 中中 部分水泥膠結(jié)部分水泥膠結(jié) 固井質(zhì)量中等固井質(zhì)量中等 較小較

33、小 水泥膠結(jié)好水泥膠結(jié)好 固井質(zhì)量好固井質(zhì)量好2、固井聲波幅度測井的應(yīng)用、固井聲波幅度測井的應(yīng)用 1)檢查固井質(zhì)量檢查固井質(zhì)量40% 固井質(zhì)量差2)測定套管斷裂測定套管斷裂在套管斷裂處，由于套管波的衰減厲害，所以有一個明顯的低值異常(見下圖) 聲波幅度識別套管斷裂示意圖100無水泥井段的幅度度目的井段的聲幅曲線幅相對幅度第五節(jié)、聲波全波列測井第五節(jié)、聲波全波列測井1.測量原理測量原理 通常的聲速、聲幅測井，只記錄和利用滑行縱通常的聲速、聲幅測井，只記錄和利用滑行縱波首波的速度或幅度信息。長源距聲波全波列測波首波的速度或幅度信息。長源距聲波全波列測井是聲波測井技術(shù)發(fā)展中的一大突破，以下三點：井是

34、聲波測井技術(shù)發(fā)展中的一大突破，以下三點： 從常規(guī)的滑行縱波記錄，發(fā)展到包括滑行縱從常規(guī)的滑行縱波記錄，發(fā)展到包括滑行縱波、滑行橫波、井內(nèi)管波等整個波列的記錄；波、滑行橫波、井內(nèi)管波等整個波列的記錄； 從僅記錄速度，幅度信息發(fā)展到包括速度、從僅記錄速度，幅度信息發(fā)展到包括速度、幅度、頻率、波形特征等信息；幅度、頻率、波形特征等信息； 實現(xiàn)了對波列的離散數(shù)字記錄，為計算機處實現(xiàn)了對波列的離散數(shù)字記錄，為計算機處理聲波全波列測井資料奠定了基礎(chǔ)。理聲波全波列測井資料奠定了基礎(chǔ)。 以斯侖貝謝測井公司目前使用的長源距聲波全波列測井以斯侖貝謝測井公司目前使用的長源距聲波全波列測井儀為例，介紹其原理。長源距聲

35、系由兩個發(fā)射探頭儀為例，介紹其原理。長源距聲系由兩個發(fā)射探頭T1、T2及及兩個接收探頭兩個接收探頭R1、R2組成。探頭測量的傳播時間為：組成。探頭測量的傳播時間為： TTi1T1R1間間10英尺距離的傳播時間；英尺距離的傳播時間； TTi2T1R2間間8英尺距離的傳播時間；英尺距離的傳播時間； TTi3T2R1間間12英尺距離的傳播時間；英尺距離的傳播時間； TTi4T2R2間間10英尺距離的傳播時間；英尺距離的傳播時間； 以上以上iP、S， P、S分別代表縱波和橫波；分別代表縱波和橫波；計算聲波時差的公式為：計算聲波時差的公式為：2121L 2LtTTRR，管上升后的讀數(shù)探管上升前的讀數(shù)探具

36、體計算時差的方法如下：具體計算時差的方法如下： 1）源距）源距L8英尺的時差英尺的時差 采用的井眼補償方式進行測量。采用的井眼補償方式進行測量。 提升之前提升之前T1發(fā)射測量發(fā)射測量R1、R2之間之間的時差的時差 TTi1TTi2； 提升之后提升之后T1、T2發(fā)射，測量發(fā)射，測量T1T2之間的時差，之間的時差，TTi4TTi2，便有，便有2L)()(t2421iiiiiTTTTTTTT 2）源距）源距L10英尺的時差英尺的時差 同樣采用井眼補償方式進行測量。同樣采用井眼補償方式進行測量。 提升之前提升之前T2發(fā)射測量發(fā)射測量R1、R2之間的時差之間的時差TTi3TTi4； 提升之后提升之后T1

37、、T2發(fā)射，測量發(fā)射，測量T1T2之間的時差，之間的時差，TTi3TTi1，便有，便有 在實際測井時，是選用在實際測井時，是選用10英尺還是英尺還是8英尺的時差，可英尺的時差，可由操作者選擇。由操作者選擇。2L)()(t1343iiiiiTTTTTTTT 長源距聲波全波列測井記錄中的一個關(guān)鍵問題是長源距聲波全波列測井記錄中的一個關(guān)鍵問題是在全波列中區(qū)分縱波、橫波及其它類型的波，而最主在全波列中區(qū)分縱波、橫波及其它類型的波，而最主要的是區(qū)分縱波和橫波。有如下幾個標(biāo)志：要的是區(qū)分縱波和橫波。有如下幾個標(biāo)志： 1）縱波速度比橫波速度快，即橫波比縱波滯后；）縱波速度比橫波速度快，即橫波比縱波滯后；對沉積巖，巖石縱波和橫波速度比值為對沉積巖，巖石縱波和橫波速度比值為1.52.1，對，對砂泥質(zhì)碎屑巖僅為砂泥質(zhì)碎屑巖僅為1.72.05，對碳酸鹽巖為，對碳酸鹽巖為1.81.9，因此可選擇在縱波到達接收器后追蹤橫波首波的采樣因此可選擇在縱波到達接收器后追蹤橫波首波的采樣門的開啟時間及門寬。門的開啟時間及門寬。 2）橫波幅度大于縱波；）橫波幅度大