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1、9 声波测井声波测井 9 声波测井声波测井 利用岩石的声学特性（声利用岩石的声学特性（声波速度、声幅）来研究岩石的波速度、声幅）来研究岩石的一类方法。一类方法。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性声波的成分及速度：声波的成分及速度：声波是由物质的机械振动产生的。通过质声波是由物质的机械振动产生的。通过质点间的相互作用将振动由近及远地传递，点间的相互作用将振动由近及远地传递，根据质点运动特征的不同，声波可分为：根据质点运动特征的不同，声波可分为：纵波（或压缩波或纵波（或压缩波或P P波）：波）：质点的振动方向与波的传播方向一致。质点的振动方向与波的传播方向一致。纵波主要产生体积变化，所以也称压缩
2、纵波主要产生体积变化，所以也称压缩波。波。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度：在介质中的速度：V Vp p介质中纵波的速度介质中纵波的速度（）（）（m/s）介质的体积密度介质的体积密度（g/cm3）9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度：在介质中的速度：EE介质的杨氏模量（纵向伸长系数）：介质的杨氏模量（纵向伸长系数）：单位截面上受的力与单位单位截面上受的力与单位 长度的形变之比。长度的形变之比。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性在介质中的速度：在介质中的速度：泊松比（横向压缩系数）泊松比（横向压缩系数）横向相对压缩与纵向相对横向相对压缩与纵向相对 伸长之比伸长之
3、比 9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 横波（或剪切波或横波（或剪切波或S S波）波）质点的振动方向与波的传播方向垂直。质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波主要引起形状变化（切变），也称横波主要引起形状变化（切变），也称之为剪切波。之为剪切波。在介质中的速度：在介质中的速度：9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 面波：面波：在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传播在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传播的波。包括：的波。包括：瑞利波：其速度约等于瑞利波：其速度约等于0.9V0.9Vs sV Vs s 拉夫波：其速度约等于拉夫波：其速度约等于0.9V0.9Vs sV Vs s 偶偶 波：它是最快
4、的面波：速度波：它是最快的面波：速度=0.9V=0.9Vs sV Vs s 斯通利波：是在液斯通利波：是在液固体界面上由液体中的固体界面上由液体中的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其速度纵波和固体中的横波干涉所产生的。其速度小于固体中的小于固体中的V Vs s和液体中的和液体中的V Vp p。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性可以看出：可以看出：（1 1）介质中的声波速度与介质的）介质中的声波速度与介质的弹性系数及体积密度（岩性、弹性系数及体积密度（岩性、)有关。有关。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性（2 2）同一介质中的不同波的速度不同；）同一介质中的不同波的速度不同；对于大多数沉积岩
5、：对于大多数沉积岩：V Vp p1.73V1.73Vs s 即一般纵波速度即一般纵波速度V Vp p大于横波速度大于横波速度V Vs s，横，横波速度大于面波速度。波速度大于面波速度。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性波的折射与反射；波的折射与反射；声波在经过不同的两种介质的分界面声波在经过不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，且遵循光的时，会发生反射和折射，且遵循光的反射定律和折射定律。反射定律和折射定律。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性对于纵波：对于纵波：9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性对于横波：对于横波：9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 当当=90=90o o时时,折
6、射波沿界折射波沿界面传播面传播滑行波滑行波 这时的这时的ii全反射角（临全反射角（临界入射角）界入射角）9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性反射系数和折射系数：反射系数和折射系数：9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性 1 1V V1 1与与2 2V V2 2的差别越大的差别越大 ，反，反射系数越大，折射系数越小。射系数越大，折射系数越小。9.1 岩石的声学特性岩石的声学特性波的干涉：波的干涉：当相同频率的几个波到达同一点时当相同频率的几个波到达同一点时发生波的干涉，即振动加强（相位发生波的干涉，即振动加强（相位相同）或减弱（相位相反）。相同）或减弱（相位相反）。9.1 岩石的声学特性岩石的声学
7、特性引起声波幅度衰减的其他原因：引起声波幅度衰减的其他原因：地层吸收能量而使幅度衰减（即质点的振动要地层吸收能量而使幅度衰减（即质点的振动要克服相互间的摩擦力）。不同的介质对波幅的衰克服相互间的摩擦力）。不同的介质对波幅的衰减程度不同，它主要取决于：减程度不同，它主要取决于：（1 1）波的频率（波长）及波的类型（纵波、横）波的频率（波长）及波的类型（纵波、横波等）波等）（2 2）地层的密度）地层的密度(一般密度越小，声幅的衰减越一般密度越小，声幅的衰减越严重严重)（3 3）岩石的结构（颗粒大小、接触情况等）岩石的结构（颗粒大小、接触情况等）（4 4）介质中的声波速度）介质中的声波速度。9.2
8、声波速度测井（声波速度测井（AC）声波速度测井简称声速测井，它声波速度测井简称声速测井，它主要是通过测量波的速度来研究地层。主要是通过测量波的速度来研究地层。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）单发双收声速测单发双收声速测井仪井仪 测量过程中发射测量过程中发射探头发射声脉冲，探头发射声脉冲，接收探头接收声接收探头接收声脉冲。脉冲。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）（1 1）泥浆直达波：）泥浆直达波：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）（2 2）一次反射波：）一次反射波：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）多次反射波：多次反射波：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC
9、）（3 3）滑行波）滑行波 9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波的传播：声波的传播：（1 1）泥浆直达波：）泥浆直达波：（2 2）一次反射波：）一次反射波：多次反射波：多次反射波：（3 3）滑行波）滑行波 显然，泥浆直达波、反显然，泥浆直达波、反射波都是在泥浆中传播射波都是在泥浆中传播的，其传播速度与地层的，其传播速度与地层无关，只有滑行波的传无关，只有滑行波的传播与地层有关。播与地层有关。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）滑滑行行波波作作为为首首波波到到达达接收器接收器R R的条件：的条件：因为因为 所以所以 9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）滑滑行行波波作作为为首
10、首波波到到达达接收器接收器R R的条件：的条件：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）滑滑行行波波作作为为首首波波到到达达接接收器收器R R的条件：的条件：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波时差与地层速声波时差与地层速度的关系：度的关系：滑行波到达滑行波到达R1R1的时间的时间T TR1R1：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波时差与地层速声波时差与地层速度的关系：度的关系：滑行波到达滑行波到达R2R2的时间的时间T TR2R2：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波时差与地层速度的关系：声波时差与地层速度的关系：滑行波到达滑行波到达R1R1、R2R2的时间差
11、的时间差：其中：其中：ll仪器的间距，对于某一仪器仪器的间距，对于某一仪器l=l=常数。常数。所以，所以，TT反映了地层声速的变化。但反映了地层声速的变化。但T T 的大小还与的大小还与l l有关，即某地层用不有关，即某地层用不同的仪器测量时，随同的仪器测量时，随l l的不同所测得的的不同所测得的 TT也会不同，给解释带来不便。也会不同，给解释带来不便。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）测井所记录的声波时差：测井所记录的声波时差：同一地层同一地层V Vt t不变，用不同的仪器测不变，用不同的仪器测量时量时 tt相同。而不同地层，相同。而不同地层，V Vt t不不同。即用同。即用tt 可
12、以分析地层的可以分析地层的V Vt t解解决相应的地质问题：决相应的地质问题：tt的单位：的单位：s/ms/m 或或ss/ft/ft；记录点：是记录点：是R R1 1与与R R2 2的中点。的中点。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）其他声速测井仪的测量原理（从略）其他声速测井仪的测量原理（从略）它们与单发双收有一定的差别，每它们与单发双收有一定的差别，每一种测井仪器的诞生都是对已有测一种测井仪器的诞生都是对已有测井仪器工作性能的改进。井仪器工作性能的改进。如：双如：双发双收声波测井仪的研制就是为了发双收声波测井仪的研制就是为了克服井眼的影响。克服井眼的影响。9.2 声波速度测井（声波速
13、度测井（AC）对于单发双收测对于单发双收测井仪在井眼扩大井仪在井眼扩大井段的上下界面井段的上下界面处，时差曲线出处，时差曲线出现假异常。现假异常。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）双发双收测井仪可克服双发双收测井仪可克服井眼的影响。井眼的影响。由由T T1 1 R R1 1 R R2 2测得测得tt1 1 由由T T2 2 R R2 2 T T1 1测得测得tt2 2 其测量结果受井眼的影其测量结果受井眼的影响较小。响较小。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）总之，我们通总之，我们通过各种声速测过各种声速测井仪器可获得井仪器可获得与地层声速成与地层声速成倒数关系的声倒数关系的声波
14、时差。波时差。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）影响因素：影响因素：井眼大小的影响井眼大小的影响9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）影响因素：影响因素：层厚的影响：层厚的影响：对于薄层（对于薄层（hlh tt实际实际或或tttt实际实际，即在某层，即在某层为不定值为不定值(忽大忽小忽大忽小)。这种现象就是。这种现象就是“周波跳跃周波跳跃”。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）“周波跳跃周波跳跃”在曲线上的特征在曲线上的特征 9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波时差曲线的特点：声波时差曲线的特点：对应于地层中部其测井值最接近于地对应于地层中部其测井值最接近于地层的真
15、实的声波时差。（受围岩的影层的真实的声波时差。（受围岩的影响小）响小）对于厚层对于厚层(hl)(hl)曲线的半幅点对应于层曲线的半幅点对应于层界面。界面。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）声波时差测井曲线的应用声波时差测井曲线的应用划分地层划分地层不同的岩层具有不同的不同的岩层具有不同的tt对于厚层对于厚层(hl)(hl)曲线的半幅点对应曲线的半幅点对应于界面于界面。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）识别气层识别气层 气与油和水相比有两个重要特点：气与油和水相比有两个重要特点：气的声速比油和水的要小的多。气的声速比油和水的要小的多。气对声幅的衰减比油和水严重的气对声幅的衰减比油
16、和水严重的多。多。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）识别气层识别气层气层的声波时差明显大于油层和水层气层的声波时差明显大于油层和水层;气层气层容易引起周波跳跃容易引起周波跳跃 注意：用声波时差识别气层一定要排除假象：注意：用声波时差识别气层一定要排除假象：泥浆中的气浸泥浆中的气浸 严重扩径严重扩径 碳酸盐岩中的裂缝带碳酸盐岩中的裂缝带。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度 方法一方法一 用岩芯刻度测井；用岩芯刻度测井；方法二方法二 用体积模型法推导：用体积模型法推导：其中：其中：ttmama骨架的声波时差骨架的声波时差 tftf孔隙流体的声波时差孔
17、隙流体的声波时差(通常通常为泥浆滤液的声波时差为泥浆滤液的声波时差)。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度注意：用注意：用tt求求时一定要注意其应时一定要注意其应用条件。当某些条件有差异时用条件。当某些条件有差异时,就就要进行相应的校正要进行相应的校正 。9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度 若地层孔隙中并非完全是泥浆滤若地层孔隙中并非完全是泥浆滤液时就要进行油气校正：液时就要进行油气校正：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定
18、地层的孔隙度确定地层的孔隙度 压实校正压实校正 ：9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度 cp的确定方法的确定方法方法方法:用邻层泥岩的声波时差与标准用邻层泥岩的声波时差与标准泥岩的声波时差进行确定泥岩的声波时差进行确定 的单位为：的单位为：的单位为：的单位为：为泥岩的声波时差为泥岩的声波时差9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度 将将s s与实验分析的与实验分析的比较比较 岩石的真孔隙度岩石的真孔隙度 9.2 声波速度测井（声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度确定地层的孔隙度 泥质校正泥质校正:9.3 声幅测井声幅测井
19、井分为裸眼和套管井两种井分为裸眼和套管井两种,声波在这两种井中的传播是有声波在这两种井中的传播是有一定的差别的一定的差别的,所以声幅测井的所以声幅测井的原理及应用就不尽相同原理及应用就不尽相同。9.3.1裸眼井中的声幅测井裸眼井中的声幅测井 仪器结构仪器结构 记录的信息记录的信息:滑行纵波首波滑行纵波首波的幅度的幅度9.3.1裸眼井中的声幅测井裸眼井中的声幅测井 主要用途主要用途:判别气层判别气层:气对声幅的衰减较油和气气对声幅的衰减较油和气都要大都要大(条件是冲洗带中有气存在条件是冲洗带中有气存在)识别裂缝及溶洞带识别裂缝及溶洞带:裂缝的反射使声幅减弱裂缝的反射使声幅减弱 洞处的散射、干涉、
20、反射使声幅减洞处的散射、干涉、反射使声幅减弱弱。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井套管井中声波的传播及特点套管井中声波的传播及特点:1 1泥浆波泥浆波:(1)(1)直达波直达波:到达到达R R的时间及能量不变的时间及能量不变 (2)(2)一次反射波：到达一次反射波：到达R R的时间及能量不变的时间及能量不变 (3)(3)多次反射波：到达多次反射波：到达R R的时间及能量不变的时间及能量不变 即在泥浆不变的井中即在泥浆不变的井中,任意深度处的纵波任意深度处的纵波幅度基本相同。幅度基本相同。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井 2 2套管波：套管波：(1)(1)滑行波：到达滑
21、行波：到达R R的时间及能量不变。的时间及能量不变。(2)(2)一次反射波：一次反射波：到达到达R R的时间与滑行波的时间与滑行波到达接收器的时差相差微小可认为是同时到达接收器的时差相差微小可认为是同时到达到达,但其能量的大小取决于套管与水泥的但其能量的大小取决于套管与水泥的胶结程度。胶结程度。(3)(3)多次反射波多次反射波:能量很弱可忽略。能量很弱可忽略。即：套管波的幅度反映了套管与水泥的胶即：套管波的幅度反映了套管与水泥的胶结程度结程度。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井 3 3水泥环波：水泥环波：(1)(1)滑行波滑行波 (2)(2)一次反射波一次反射波 (3)(3)多次反
22、射波多次反射波 由于水泥环中存在许多的微裂缝由于水泥环中存在许多的微裂缝(液体不可液动液体不可液动),),对声波幅度的衰减对声波幅度的衰减严重严重,所以以上各种波到达所以以上各种波到达R R时能量时能量很弱很弱(可忽略可忽略)。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井 4 4地层波地层波:只有滑行波。只有滑行波。(1)(1)到达到达R R的时间随地层而变化的时间随地层而变化 (2)(2)能量的大小一方面与地层有关能量的大小一方面与地层有关,另一方面与两个界面的胶结情况另一方面与两个界面的胶结情况有关有关。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井 所以可以利用套管波及地层波评价所以可
23、以利用套管波及地层波评价固井质量。固井质量。套管井中各种波到达接收器的先后套管井中各种波到达接收器的先后顺序：顺序：套管波、水泥环波、地层波、泥浆波套管波、水泥环波、地层波、泥浆波 9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井固井声幅测井固井声幅测井(水泥胶结测井水泥胶结测井,CBL),CBL)仪器结构仪器结构 记录的信息记录的信息:套管套管波的第一个波峰波的第一个波峰的幅度的幅度 。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井固井声幅测井固井声幅测井曲线曲线。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井应用：应用：检查固井质量：检查固井质量：相对幅度相对幅度0.20.40.4时时,水水
24、泥与套管胶差。泥与套管胶差。9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井声波变密度测井声波变密度测井(VDL)(VDL)记录的信息记录的信息:套管中所有纵波（套管波、水泥套管中所有纵波（套管波、水泥环波、地层波、泥浆波环波、地层波、泥浆波 ）的幅度）的幅度9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井声波变密度测井声波变密度测井(VDL)(VDL)显示方式：显示方式：波形方式：波形方式：优点：直观优点：直观 缺点：不连续缺点：不连续 9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井调辉方式：调辉方式：用正半周波幅的大小控用正半周波幅的大小控制荧光屏上象点的辉度制荧光屏上象点的辉度一信号一信号(
25、波幅波幅)大大,辉度辉度(亮度亮度)强强,在胶片上影在胶片上影像黑像黑,由胶片晒出的测由胶片晒出的测井图与胶片上的图像一井图与胶片上的图像一致。致。测井图由黑白相间的条测井图由黑白相间的条带构成带构成,条带越黑条带越黑,声幅声幅越强越强9.3.2套管井中的声幅测井套管井中的声幅测井声波变密度测井声波变密度测井(VDL)(VDL)声波变密度测井的应声波变密度测井的应用用：检查固井质量检查固井质量 9.4 长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井9.4.1 全波列全波列 波列的成分波列的成分 纵波纵波 横波横波 假瑞利波假瑞利波 斯通利波斯通利波各种波由各种波由T到达到达R的先后顺序的先后顺序滑行
26、纵波滑行纵波 滑行横波滑行横波 假瑞利波假瑞利波 斯斯通利波通利波 9.4.2全波列测井全波列测井记录的信息记录的信息 所有波的速度和幅度所有波的速度和幅度 滑行纵波滑行纵波 滑行横波滑行横波 假瑞利波假瑞利波 斯通利波斯通利波 9.4.2全波列测井全波列测井显示方式显示方式波形图（波形图（WF）9.4.2全波列测井全波列测井显示方式显示方式变密度（变密度（VDL）9.4.2全波列测井全波列测井9.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的应用用纵波时差（用纵波时差（）和横波）和横波时差（时差（）判别岩性：）判别岩性：岩性岩性石英石英 1.487砂岩砂岩 1.581.78白
27、云石白云石 1.8白云岩白云岩 1.772.15方解石方解石 1.9石灰岩石灰岩 1.672.159.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的应用确定岩层的孔隙度确定岩层的孔隙度 用纵波时差确定孔隙度用纵波时差确定孔隙度 方法与声速测井同方法与声速测井同 用横波时差确定孔隙度用横波时差确定孔隙度 方法与纵波同方法与纵波同 9.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的应用识别孔隙中流体的类型识别孔隙中流体的类型 油层：相对于水层：油层：相对于水层：，气层：相对于油层：气层：相对于油层：，9.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的
28、应用识别裂缝的类型（水平、垂直、斜识别裂缝的类型（水平、垂直、斜交、网状）交、网状）低角度裂缝对纵、横波幅度都有衰低角度裂缝对纵、横波幅度都有衰减，横波的衰减相对于纵波要大。减，横波的衰减相对于纵波要大。高角度裂缝对纵波衰减不明显，对高角度裂缝对纵波衰减不明显，对横波及后续波造成严重的干涉，使横波及后续波造成严重的干涉，使波形畸变。波形畸变。9.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的应用确定岩层的机械特性：确定岩层的机械特性：弹性模量弹性模量 拉梅常数、拉梅常数、切变模量、切变模量、泊松比、泊松比、杨氏模量、杨氏模量、体积模量、体积压缩系体积模量、体积压缩系数数。9.4.2全波列测井全波列测井9.4.2全波列测井全波列测井全波列测井资料的应用全波列测井资料的应用确定岩层的机械特性：确定岩层的机械特性：井壁上有效应力井壁上有效应力 周向有效法应力、径周向切应力周向有效法应力、径周向切应力Tr、垂向有效法应力垂向有效法应力。9.4.2全波列测井全波列测井9.4.2全波列测井全波列测井