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1、矿场地球物理矿场地球物理西安石油大学石油工程学院西安石油大学石油工程学院高高 辉辉2009.92009.9179第第6 6章声波测井章声波测井 (Acoustic logging)6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井6.5 6.5 长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井2796.1 6.1 概述概述声波测井的定义声波测井的定义 声波测井就是声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础来研究钻井地质剖面、判断以岩石等介质的声学特性为基础来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法
2、固井质量等问题的一种测井方法。声波测井分类声波测井分类声速测井声速测井声幅测井声幅测井6.1 概述概述379声幅测井的定义声幅测井的定义 声幅测井是声幅测井是研究声波在地层或套管内传播过程中幅度的变化，从而认识地层及研究声波在地层或套管内传播过程中幅度的变化，从而认识地层及固井水泥胶结情况的一种声波测井方法固井水泥胶结情况的一种声波测井方法。声速测井的定义声速测井的定义 声速测井，是声速测井，是测量地层声波速度的测井方法测量地层声波速度的测井方法。声波在岩石中的传播速度与岩石的。声波在岩石中的传播速度与岩石的性质、孔隙度以及孔隙中所充填的流体性质等有关，性质、孔隙度以及孔隙中所充填的流体性质等
3、有关，研究声波在岩石中的传播速度或研究声波在岩石中的传播速度或传播时间，就可以确定岩石的孔隙度、判断岩性和孔隙流体性质传播时间，就可以确定岩石的孔隙度、判断岩性和孔隙流体性质。6.1 概述概述479第第6 6章声波测井章声波测井 (Acoustic logging)6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井6.5 6.5 长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井5796.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性声波的产生、传播及频率声波的产生、传播及频率 声波是物质运动的一种形式，它是声波
4、是物质运动的一种形式，它是由物质的机械振动而产生的，通过质点间由物质的机械振动而产生的，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传递的相互作用将振动由近及远的传递。人耳听到的声波频率在。人耳听到的声波频率在20Hz20Hz至至20kHz20kHz之间，之间，频率大于频率大于20kHz20kHz的机械波称为超声波。的机械波称为超声波。各类声波测井用的机械波介于声波和超声波之间。各类声波测井用的机械波介于声波和超声波之间。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性 对测井时发射的声波而言，井下岩石可认为是弹性介质，在声振动作用下对测井时发射的声波而言，井下岩石可认为是弹性介质，在声振动作用下产生产生
5、切变弹性形变和压缩弹性形变切变弹性形变和压缩弹性形变。岩石。岩石既能传播横波又能传播纵波既能传播横波又能传播纵波，岩石中横波与，岩石中横波与纵波速度和岩石的弹性关系密切。纵波速度和岩石的弹性关系密切。679一、岩石的弹性一、岩石的弹性弹性体概念弹性体概念塑性体概念塑性体概念 一个物体是弹性体还是塑性体，一个物体是弹性体还是塑性体，除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关。一般地说，外力小、作用。一般地说，外力小、作用时间短，物体表现为弹性体。时间短，物体表现为
6、弹性体。声波测井中声波测井中声源发射的声源发射的声波能量较小声波能量较小，作用在岩石上的，作用在岩石上的时间也很短时间也很短，所以对声，所以对声波速度测井来讲，波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体岩石可以看作弹性体。因此，可以。因此，可以用弹性波用弹性波在介质中的传播规律在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。来研究声波在岩石中的传播特性。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性779描述岩石弹性性质的参数描述岩石弹性性质的参数 在均匀无限的岩石中，声波速度主要取决于岩石的弹性和密度在均匀无限的岩石中，声波速度主要取决于岩石的弹性和密度。作为弹性介。作为弹性介质的岩石，其弹性可用几个
7、参数来描述：质的岩石，其弹性可用几个参数来描述：岩石弹性参数岩石弹性参数杨氏模量杨氏模量E E泊松比泊松比切变模量切变模量体积形变弹性模量体积形变弹性模量K K6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性8791 1、杨氏模量、杨氏模量 外力外力F F作用在长度为作用在长度为L L、横截面积为、横截面积为A A的均匀弹性体的两端的均匀弹性体的两端(弹性体被压缩或拉伸弹性体被压缩或拉伸)时，时，弹性体的长度发生弹性体的长度发生LL的变化，并且弹性体内部产生恢复其原状的弹性力。的变化，并且弹性体内部产生恢复其原状的弹性力。弹性体单位长度的形变弹性体单位长度的形变L/LL/L称之为应变；单位截面积上
8、的弹性力称之为应力，它称之为应变；单位截面积上的弹性力称之为应力，它的大小等于的大小等于F/AF/A。杨氏模量就是应力与应变之比杨氏模量就是应力与应变之比，以，以E E表示表示:杨氏模量的单位是杨氏模量的单位是N/mN/m2 2。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性9792 2、泊松比、泊松比 弹性体在外力作用下，纵向上产生伸长的同时，横向缩小。设有一圆柱形弹弹性体在外力作用下，纵向上产生伸长的同时，横向缩小。设有一圆柱形弹性体的直径和长度分别为性体的直径和长度分别为D D和和L L，在外在外力作用下，直径和长度的变化分别为，在外在外力作用下，直径和长度的变化分别为DD和和LL，那么横
9、向相对减缩那么横向相对减缩D/DD/D和纵向相对伸长和纵向相对伸长L/LL/L之比称之为泊松比之比称之为泊松比，用用表示：表示：泊松比只是表示物体的几何形变的系数。对于一切物质，泊松比只是表示物体的几何形变的系数。对于一切物质，都介于都介于0 0到到0.50.5之间之间。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性10793 3、切变模量、切变模量 矩形六面弹性体，其上表面矩形六面弹性体，其上表面abfeabfe面积为面积为A A，受到平行于该表面的切力，受到平行于该表面的切力FtFt的作用的作用时，在力的方向上相对位移一段距离时，在力的方向上相对位移一段距离ll，切应力等于，切应力等于Ft/
10、AFt/A，切应变为，切应变为l/ll/l，切切应力与切应变之比就是所定义的切变模量应力与切应变之比就是所定义的切变模量，用，用表示：表示：切变模量的单位是切变模量的单位是N/mN/m2 2。弹性体切变图弹性体切变图6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性11794 4、体积形变弹性模量、体积形变弹性模量 体积形变弹性模量体积形变弹性模量K K的定义为：在外力作用下，物体体积相对变化的定义为：在外力作用下，物体体积相对变化V/V V/V，即即体积应力与应变之比体积应力与应变之比，用，用K K表示表示:5 5、体积压缩系数、体积压缩系数体积形变弹性模量的倒数叫体积压缩系数体积形变弹性模量的倒
11、数叫体积压缩系数，以，以表示：表示：6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性1279二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性纵、横波概念纵、横波概念 弹性波在介质中的传播弹性波在介质中的传播实质上是质点振动的依次传递实质上是质点振动的依次传递。当。当波的传播方向和质波的传播方向和质点振动方向一致时叫纵波点振动方向一致时叫纵波。纵波传播过程中，介质发生压缩和扩张的体积形变，。纵波传播过程中，介质发生压缩和扩张的体积形变，因而因而纵波也叫压缩波纵波也叫压缩波。当当波的传播方向和质点振动方向相互垂直时叫横波波的传播方向和质点振动方向相互垂直时叫横波。横波传播中介质产生剪。横波传播中介
12、质产生剪切形变，所以切形变，所以横波也叫切变波横波也叫切变波。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性1379纵、横波速度纵、横波速度 声波在弹性介质中的传播速度主要声波在弹性介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度取决于介质的弹性模量和密度。在均匀各向同。在均匀各向同性介质中，纵波速度性介质中，纵波速度VpVp、横波速度、横波速度VsVs与杨氏弹性模量、泊松比、密度之间的关系式为：与杨氏弹性模量、泊松比、密度之间的关系式为：可看出，可看出，纵波速度永远大于横波速度纵波速度永远大于横波速度，当岩石的泊松比为，当岩石的泊松比为0.250.25时，纵波速度时，纵波速度是横波速度的是横波速
13、度的1.731.73倍，所以在岩石中传播，纵波总是早于横波被接收到。倍，所以在岩石中传播，纵波总是早于横波被接收到。对于沉积岩，对于沉积岩，声波速度除了与上述基本因素有关外，还和岩性、孔隙度、岩石地声波速度除了与上述基本因素有关外，还和岩性、孔隙度、岩石地质时代、岩石埋藏深度等地质因素有关质时代、岩石埋藏深度等地质因素有关。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性14791 1、岩性、岩性 由于不同矿物的弹性模量大小不同，介质弹性模量的大小又是影响介质声速的主由于不同矿物的弹性模量大小不同，介质弹性模量的大小又是影响介质声速的主要因素，所以要因素，所以由不同矿物构成的岩石，其声速大小也不同
14、由不同矿物构成的岩石，其声速大小也不同。常见的介质和岩石的纵。常见的介质和岩石的纵波速度如下：波速度如下：6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性15792 2、孔隙度、孔隙度 孔隙流体相对岩石骨架为低速介质，所以孔隙流体相对岩石骨架为低速介质，所以岩性相同岩性相同孔隙流体不变的岩石孔隙流体不变的岩石，孔，孔隙度越大，岩石的声速越小隙度越大，岩石的声速越小。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性3 3、岩石地质时代、岩石地质时代 深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也不同。深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也不同。老地层比新地层具老地层比新地层具有较高的声速。有
15、较高的声速。16794 4、岩石埋藏深度、岩石埋藏深度 在岩性和地质时代相同的条件下，在岩性和地质时代相同的条件下，声速随岩层埋藏深度加深而增大声速随岩层埋藏深度加深而增大。这种变化是。这种变化是由于受上覆地层压力增大使岩石的杨氏弹性模量增大的缘故。岩层埋藏较浅的地层，由于受上覆地层压力增大使岩石的杨氏弹性模量增大的缘故。岩层埋藏较浅的地层，埋藏深度增加时，其声速变化剧烈；深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明埋藏深度增加时，其声速变化剧烈；深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明显。显。上述分析看出，可根据岩石声速来研究岩层，确定岩层的岩性和孔隙度。上述分析看出，可根据岩石声速来研究岩层，
16、确定岩层的岩性和孔隙度。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性1779三、声波在介质界面上的传播特性三、声波在介质界面上的传播特性 声波通过传播速度不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，并遵循声波通过传播速度不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，并遵循光的反射定律和折射定律。光的反射定律和折射定律。声波在介质分界面上的传播声波在介质分界面上的传播滑行波、临界角概念滑行波、临界角概念 当入射角增大到某一角度时，当入射角增大到某一角度时，折射角达到折射角达到9090，则，则入射角叫临界角入射角叫临界角。此时，折射波。此时，折射波将在第将在第介质中以介质中以V V2 2的速度沿界面
17、传播，这种折射波在声波测井中叫滑行波。的速度沿界面传播，这种折射波在声波测井中叫滑行波。6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性1879第第6 6章声波测井章声波测井 (Acoustic logging)6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井6.5 6.5 长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井19796.3 6.3 声波速度测井声波速度测井 声波速度测井简称声波速度测井简称声速测井声速测井，测量滑行波通过地层传播的时差测量滑行波通过地层传播的时差tt(声速的倒数，声速的倒数，单
18、位是单位是s/ms/m),),用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等。下井仪器的组成：用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等。下井仪器的组成：下井仪器下井仪器声系声系电子线路电子线路隔声体隔声体声系声系单发射双接收声系单发射双接收声系双发射双接收声系双发射双接收声系双发射四接收声系双发射四接收声系6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井2079一、单发射双接收声速测井仪器的测量原理一、单发射双接收声速测井仪器的测量原理1 1、下井仪器组成、下井仪器组成声速测井仪示意图声速测井仪示意图6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井提供脉冲电信号，触提供脉冲电信号，触发发T T发射声波，发射声波，R1R1、
19、R2R2接收声波信号，并接收声波信号，并转换成电信号。转换成电信号。防止发射换能器防止发射换能器发射的声波经仪发射的声波经仪器外壳传至接收器外壳传至接收换能器造成对地换能器造成对地层测量的干扰层测量的干扰。T T以压电效应的逆效以压电效应的逆效应产生声振动，发应产生声振动，发射声波射声波；R R以压电效以压电效应的正效应接收声应的正效应接收声波，形成电信号波，形成电信号，放大后送至地面放大后送至地面21796.3 6.3 声波速度测井声波速度测井压电效应压电效应 某些电介质在沿一定方向上某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时受到外力的作用而变形时，其，其内部会产生极化内部会产生极化现象
20、现象，同时在它的，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷两个相对表面上出现正负相反的电荷。当。当外力去掉外力去掉后，它又后，它又会会恢复到不带电的状态恢复到不带电的状态，这种现象称为，这种现象称为正压电效应正压电效应。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电电场去掉场去掉后，电介质的后，电介质的变形随之消失变形随之消失，这种现象称为，这种现象称为逆压电效应逆压电效应。22792 2、测量原理、测量原理 井下仪器的发射换能器晶体振动，引起周围介井下仪器的发射换能器晶体振动，引起周围介质的质点发生振动，质的质
21、点发生振动，产生向井内泥浆及岩层中传播产生向井内泥浆及岩层中传播的声波的声波。泥浆的声速泥浆的声速V1V1与地层的声速与地层的声速V2V2不同不同，在泥在泥浆和地层的界面浆和地层的界面 (井壁井壁)上发生声波的反射和折射上发生声波的反射和折射，发射换能器可在较大的角度范围内向外发射声波，发射换能器可在较大的角度范围内向外发射声波，因此，必有以临界角因此，必有以临界角i i方向入射到界面上的声波，方向入射到界面上的声波，折射产生沿井壁在地层中传播的滑行波。折射产生沿井壁在地层中传播的滑行波。泥浆与地层接触良好，滑行波传播使井壁附近泥浆与地层接触良好，滑行波传播使井壁附近地层质点振动，这必然引起泥
22、浆质点的振动，在泥地层质点振动，这必然引起泥浆质点的振动，在泥浆中也引起相应的波，因此，在井中就可以用接收浆中也引起相应的波，因此，在井中就可以用接收换能器换能器R1R1、R2R2先后接收到滑行波，进而测量地层的先后接收到滑行波，进而测量地层的声波速度。声波速度。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井2379 此外，还有经过仪器外壳和泥浆传此外，还有经过仪器外壳和泥浆传播到接收器的直达波和反射波，只要播到接收器的直达波和反射波，只要在在仪器外壳上刻槽和适当选择较大的源距仪器外壳上刻槽和适当选择较大的源距(发射器与接收器间的距离发射器与接收器间的距离)，就可以使，就可以使滑行波首先到达接收器，
23、声速测井仪就滑行波首先到达接收器，声速测井仪就可以只接收记录与地层性质有关的滑行可以只接收记录与地层性质有关的滑行波。波。井内声波传播示意图井内声波传播示意图6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井2479 发射换能器发射的声波以泥浆的纵波形式传到地层，地层受到应力的作用不仅发射换能器发射的声波以泥浆的纵波形式传到地层，地层受到应力的作用不仅会产生压缩形变，也会产生切变形变，地层中会产生压缩形变，也会产生切变形变，地层中既有滑行纵波产生又有滑行横波产生，既有滑行纵波产生又有滑行横波产生，在传播时都会引起泥浆质点的振动在传播时都会引起泥浆质点的振动，以泥浆纵波的形式分别为接收换能器所接收。，以泥
24、浆纵波的形式分别为接收换能器所接收。地层滑行纵波最先到达接收器，较后到达的是地层滑行横波并迭加在滑行纵波的尾地层滑行纵波最先到达接收器，较后到达的是地层滑行横波并迭加在滑行纵波的尾部上。部上。声速测井测量的是滑行纵波声速测井测量的是滑行纵波。到达接收器的波形图到达接收器的波形图6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井25793、声波时差的计算、声波时差的计算记录点记录点记录点在两个接收换能器的中点记录点在两个接收换能器的中点 。声波时差的单位是声波时差的单位是微秒微秒/米米。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井2679二、影响时差曲线的主要因素二、影响时差曲线的主要因素 井径、地层厚度、井
25、径、地层厚度、“周波跳跃周波跳跃”现象现象 1 1、井径的影响、井径的影响 当井眼扩大时，在井眼扩大当井眼扩大时，在井眼扩大井段的上下界面处，时差曲线井段的上下界面处，时差曲线就会出现假的异常：就会出现假的异常：上界面处时差增大上界面处时差增大下界面处时差减小下界面处时差减小 6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井2779 砂泥岩的分界面处，发生井径变化。砂泥岩的分界面处，发生井径变化。在砂岩层的顶部出现时差曲线减小的在砂岩层的顶部出现时差曲线减小的尖锋尖锋，砂岩层的底界面处出现时差曲砂岩层的底界面处出现时差曲线增大的尖锋线增大的尖锋。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井28796.3
26、6.3 声波速度测井声波速度测井29792 2、地层厚度的影响、地层厚度的影响 地层厚度的大小是相对声速测井仪的间距来说的，地层厚度的大小是相对声速测井仪的间距来说的，厚度大于间距的称为厚层，厚度大于间距的称为厚层，小于间距的称为薄层小于间距的称为薄层。它们在声速测井时差曲线上的显示有差别。它们在声速测井时差曲线上的显示有差别。层厚对声波时差测井曲线的影响层厚对声波时差测井曲线的影响6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井 （1 1）厚层）厚层 声速测井测量的时差是声速测井测量的时差是R1R1、R2R2之间所对地层之间所对地层的平均声波时差。的平均声波时差。当当R1R1、R2R2都在石灰岩下面
27、时，测得的是页岩都在石灰岩下面时，测得的是页岩的的声波时差；的的声波时差；当当R1R1刚好到达石灰岩下界面时，测得的时差刚好到达石灰岩下界面时，测得的时差仍是页岩的声波时差，仍是页岩的声波时差，A A点；点；3079 当当R1R1进入石灰岩，进入石灰岩，R2R2仍在石灰岩下界面仍在石灰岩下界面之下，随着上提仪器之下，随着上提仪器R1R1、R2R2之间的之间的石灰岩石灰岩所占比例逐渐增大，页岩逐渐减小，声波所占比例逐渐增大，页岩逐渐减小，声波时差逐渐减小时差逐渐减小，曲线由，曲线由A A点向点向B B点变化；点变化；当当R1R1、R2R2中点刚好到达石灰岩下界面时，中点刚好到达石灰岩下界面时，R
28、1R1、R2R2之间石灰岩和页岩所占比例相等，之间石灰岩和页岩所占比例相等，声波时差为页岩与石灰岩的平均值声波时差为页岩与石灰岩的平均值，点；点；6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3179 当当R2R2正好到达石灰岩下界面时，相当正好到达石灰岩下界面时，相当于曲线于曲线B B点，此后，点，此后，R1R1、R2R2均在石灰岩中，均在石灰岩中，数值即为石灰岩的声波时差数值即为石灰岩的声波时差，即，即BCBC段，段，当当R1R1进入上部页岩后，进入上部页岩后，R1R1、R2R2中点正好中点正好处在石灰岩上界面时，处在石灰岩上界面时，即为页岩与石灰即为页岩与石灰岩声波时差的平均值岩声波时差的平均
29、值，点。点。最后，最后，R1R1、R2R2都在上部页岩时，测得都在上部页岩时，测得的均为页岩的声波时差，曲线为一直线。的均为页岩的声波时差，曲线为一直线。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3279厚层理论曲线特征：厚层理论曲线特征：泥岩泥岩砂岩砂岩泥岩泥岩 tR1R26.3 6.3 声波速度测井声波速度测井（1 1）上下围岩岩性相同时，曲线对称于上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点；地层中点；（2 2）岩层界面位于时差曲线半幅点处；岩层界面位于时差曲线半幅点处；（3 3）在界面上下在界面上下0.50.5米（米（L=0.5L=0.5米），米），测测量时差是围岩和目的层时差的加权平均效量时
30、差是围岩和目的层时差的加权平均效应，既不能反映目的层时差，也不能反映应，既不能反映目的层时差，也不能反映围岩时差；围岩时差；（4 4）当）当目的层足够厚且大于间距时目的层足够厚且大于间距时，测，测量量时差的曲线对应地层中心处一小段的平时差的曲线对应地层中心处一小段的平均读值均读值是目的层时差。是目的层时差。33796.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3479（2）薄层）薄层 测得的石灰岩地层中部时差值高于测得的石灰岩地层中部时差值高于石灰岩地层的实际时差值；石灰岩地层的实际时差值；时差曲线半幅点间距离大于石灰岩时差曲线半幅点间距离大于石灰岩地层的实际厚度地层的实际厚度；地层越薄，围岩影响越
31、大地层越薄，围岩影响越大，时差越，时差越高于石灰岩地层的实际值，半幅点间高于石灰岩地层的实际值，半幅点间的距离越大于石灰岩地层的真实厚度。的距离越大于石灰岩地层的真实厚度。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3579（3）薄互层）薄互层 间距大于互层中的地层厚度时，间距大于互层中的地层厚度时，曲线不能反映地层的真正声速，甚至曲线不能反映地层的真正声速，甚至可能出现反向可能出现反向。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井L=1.5mL=1.5mL=0.5mL=0.5m3679 间距大于地层厚度间距大于地层厚度时，时，时差曲线分辨地层的能力变差时差曲线分辨地层的能力变差，甚至无法分层和，甚至
32、无法分层和正确读取时差值，故正确读取时差值，故间距尺寸必须小于目的层中最薄地层的厚度间距尺寸必须小于目的层中最薄地层的厚度，间距越间距越小，分辨地层的能力越强，但测量精度越差小，分辨地层的能力越强，但测量精度越差。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井我国目前现场采用我国目前现场采用0.5m0.5m的间距。的间距。37793 3、“周波跳跃周波跳跃”现象的影响现象的影响周波跳跃周波跳跃 通常，声速测井仪的两个接收换能器是被同通常，声速测井仪的两个接收换能器是被同一脉冲首波触发的。但是，一脉冲首波触发的。但是，在含气疏松地层情况在含气疏松地层情况下，地层大量吸收声波能量，声波发生较大的衰下，地
33、层大量吸收声波能量，声波发生较大的衰减减，这时常常是声波信号只能触发路径较短的第，这时常常是声波信号只能触发路径较短的第一接收器的线路。而当首波到达第二接收器时，一接收器的线路。而当首波到达第二接收器时，由于经过更长的路径的衰减不能使接收器线路触由于经过更长的路径的衰减不能使接收器线路触发，第二接收器的线路只能被续至波所触发。发，第二接收器的线路只能被续至波所触发。在在声波时差曲线上出现声波时差曲线上出现“忽大忽小忽大忽小”的幅度急剧变的幅度急剧变化的现象，这种现象就叫周波跳跃化的现象，这种现象就叫周波跳跃。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3879 周波跳跃现象的存在，使得周波跳跃现象
34、的存在，使得无法由时差曲线无法由时差曲线正确读出地层的时差值正确读出地层的时差值。但是，周波跳跃这个。但是，周波跳跃这个特征，特征，却可以作为判断裂缝发育地层和寻找气却可以作为判断裂缝发育地层和寻找气层的主要依据层的主要依据。泥浆气侵井段、疏松含气砂岩段、井壁坍泥浆气侵井段、疏松含气砂岩段、井壁坍塌、裂缝发育地层塌、裂缝发育地层，由于，由于岩层的波阻抗和泥浆岩层的波阻抗和泥浆差别非常大差别非常大，声波能量衰减大。，声波能量衰减大。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井3979三、井眼补偿声速测井三、井眼补偿声速测井 单发射双接收声速测井受井径变化的影单发射双接收声速测井受井径变化的影响，声波
35、时差曲线出现假异常响，声波时差曲线出现假异常。为了克服这种影响，发展了双发射双接为了克服这种影响，发展了双发射双接收声速测井仪。收声速测井仪。t1t1和和t2t2在井径变化处产生的假异在井径变化处产生的假异常变化方向相反，所以，常变化方向相反，所以，取平均值得到的取平均值得到的tt曲线恰好补偿掉了井径变化的影响曲线恰好补偿掉了井径变化的影响。双发射双接收声速测井仪测量的双发射双接收声速测井仪测量的tt时差曲线时差曲线还可以补偿仪器在井中倾斜时对时差还可以补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影响造成的影响。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4079 双发双收声系的缺点在于双发双收声系的缺点在于
36、薄层分辨能力薄层分辨能力差差，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波必需是入射波在传播过程中以一定的倾斜角必需是入射波在传播过程中以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射特点，使得两次时差记录采取上下两端发射特点，使得两次时差记录的井段不能完全重合。的井段不能完全重合。缺点缺点6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4179四、四、声波速度测井资料的应用声波速度测井资料的应用1 1、判断气层、判断气层 由于油、气，水的声速不同，水的声速大于油的声速，而油的声速又大于气的由于油、气，水的声速不同，水
37、的声速大于油的声速，而油的声速又大于气的声速，气的声速和油水的声速有很大的差别，声速，气的声速和油水的声速有很大的差别，高孔隙度和泥浆侵入不深的条件下，高孔隙度和泥浆侵入不深的条件下，声速测井能够比较好的确定疏松砂岩的气层声速测井能够比较好的确定疏松砂岩的气层。气层在声波时差曲线的特点气层在声波时差曲线的特点1 1：产生周波跳跃：产生周波跳跃 常见于特别疏松孔隙度很大的砂岩气层中。因为地层含气对声波能量有很大的常见于特别疏松孔隙度很大的砂岩气层中。因为地层含气对声波能量有很大的衰减作用，造成周波跳跃。衰减作用，造成周波跳跃。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井42796.3 6.3 声波速
38、度测井声波速度测井4379气层在声波时差曲线的特点气层在声波时差曲线的特点2 2：声波时差增大：声波时差增大 气层的声波时差值明显大于油层，比一般砂岩时差值大气层的声波时差值明显大于油层，比一般砂岩时差值大3030微秒微秒/米以上米以上。成岩较。成岩较好、岩性纯净的砂岩气层都具有这一特点。好、岩性纯净的砂岩气层都具有这一特点。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井44796.3 6.3 声波速度测井声波速度测井利用声波时差曲线识别气层时应注意假象：利用声波时差曲线识别气层时应注意假象：（1 1）泥浆中的气侵井段；）泥浆中的气侵井段；（2 2）严重扩径层段；）严重扩径层段；（3 3）碳酸盐岩中
39、的裂缝带。）碳酸盐岩中的裂缝带。4579 在在泥浆侵入不深的高孔隙度疏松砂岩地层中，油层的声波时差也相应增大，泥浆侵入不深的高孔隙度疏松砂岩地层中，油层的声波时差也相应增大，一般比水层大一般比水层大10102020，因此声速测井的这种特点，因此声速测井的这种特点，有利于判断高孔隙性地层所有利于判断高孔隙性地层所含的流体性质，确定油气和气水的接触面含的流体性质，确定油气和气水的接触面。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井气层在声波时差曲线的特点气层在声波时差曲线的特点3 3：油层大于水层：油层大于水层46792 2、划分地层、划分地层 砂泥岩剖面中砂岩声速一般较大砂泥岩剖面中砂岩声速一般较大
40、 (时时差较低差较低)。钙质胶结比泥质胶结的声波时钙质胶结比泥质胶结的声波时差低差低，随着钙质含量增多声波时差下降，随着钙质含量增多声波时差下降，随泥质含量增多，声波时差增高随泥质含量增多，声波时差增高。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4779 6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4879 碳酸盐岩剖面中，碳酸盐岩剖面中，致密石灰致密石灰岩和白云岩的声波时差值最低岩和白云岩的声波时差值最低，如如含有泥质时，声波时差稍有增含有泥质时，声波时差稍有增高高；如；如有孔隙或裂缝时，声波时有孔隙或裂缝时，声波时差有明显增大差有明显增大，甚至还可能出现，甚至还可能出现声波时差曲线的周波跳跃现象
41、。声波时差曲线的周波跳跃现象。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4979 膏盐剖面中，无水石膏与岩盐的膏盐剖面中，无水石膏与岩盐的声波时差有明显的差异，声波时差有明显的差异，岩盐部分因岩盐部分因井径扩大，时差曲线有明显的假异常井径扩大，时差曲线有明显的假异常，所以可以所以可以利用声波时差曲线划分膏盐利用声波时差曲线划分膏盐剖面剖面。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井50793 3、确定岩层孔隙度、确定岩层孔隙度 在固结、压实的纯地层中，若有小的均匀分布的粒间孔隙，则孔隙度和声波时差在固结、压实的纯地层中，若有小的均匀分布的粒间孔隙，则孔隙度和声波时差之间存在线性关系，其关系式称为平
42、均时间公式或威利公式：之间存在线性关系，其关系式称为平均时间公式或威利公式：6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井（1）对于固结压实的纯地层，分两种情况：）对于固结压实的纯地层，分两种情况：粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩可直接利用上式计算粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩可直接利用上式计算冲洗带中全部充满冲洗带中全部充满泥浆。泥浆。孔隙度较大固结而压实的砂岩，需要进行流体校正，否则孔隙度偏大孔隙度较大固结而压实的砂岩，需要进行流体校正，否则孔隙度偏大冲冲洗带中含油气。洗带中含油气。上式得到的是声波孔隙度，实际应用时要进行校正。上式得到的是声波孔隙度，实际应用时要进行校正。为什么？为什么？所测所测
43、t t值增大值增大5179（2 2）对于没固结而不够压实的砂岩，要引入压实校正。）对于没固结而不够压实的砂岩，要引入压实校正。对于没固结而不够压实的砂岩，直接应用平均时间公式求得的孔隙度偏高，要引对于没固结而不够压实的砂岩，直接应用平均时间公式求得的孔隙度偏高，要引入压实校正。这种疏松砂岩在地质年代较新的地层中，在埋藏深度上一般较浅。入压实校正。这种疏松砂岩在地质年代较新的地层中，在埋藏深度上一般较浅。（3 3）对于含泥质的非纯地层要引入泥质校正）对于含泥质的非纯地层要引入泥质校正 时间平均公式是纯地层求出，含有泥质时，按照该式结果偏大，需进行泥质校时间平均公式是纯地层求出，含有泥质时，按照该
44、式结果偏大，需进行泥质校正，正，自然电位减小系数自然电位减小系数。6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井反应不仅渗透性，也在一定程度上反应含油气性反应不仅渗透性，也在一定程度上反应含油气性次生孔隙和裂缝发育碳酸岩，利用上述式计算出来的孔隙度会减小，因为在次次生孔隙和裂缝发育碳酸岩，利用上述式计算出来的孔隙度会减小，因为在次生孔隙和裂缝界面会发生折射和绕射，导致声波时差减小。生孔隙和裂缝界面会发生折射和绕射，导致声波时差减小。为什么？为什么？52796.3 6.3 声波速度测井声波速度测井4 4、确定断层力学性质、确定断层力学性质 压性断层：压性断层：在长期压应力作用下，断层带形成相对致密坚硬
45、的构造岩，在长期压应力作用下，断层带形成相对致密坚硬的构造岩，导致声速提高（比原岩相对要快），声能衰减相对减小，时差曲线减小。导致声速提高（比原岩相对要快），声能衰减相对减小，时差曲线减小。张性断层：张性断层：在长期张应力作用下，断层带岩石破碎，孔隙裂缝发育，胶结在长期张应力作用下，断层带岩石破碎，孔隙裂缝发育，胶结程度差，致使岩石声速降低，声能衰减相对增大，时差曲线增加。程度差，致使岩石声速降低，声能衰减相对增大，时差曲线增加。5 5、地震标定和地球化学指示、地震标定和地球化学指示 利用声波时差和密度曲线获得波阻抗信息可用作地震标定和地球化学指示。利用声波时差和密度曲线获得波阻抗信息可用作地
46、震标定和地球化学指示。评价泥岩的生油性能及其它地质应用。一般生油性能愈好的层段波阻抗数值愈评价泥岩的生油性能及其它地质应用。一般生油性能愈好的层段波阻抗数值愈低。低。5379第第6 6章声波测井章声波测井 (Acoustic logging)6.1 6.1 概述概述6.2 6.2 岩石的声学特性岩石的声学特性6.3 6.3 声波速度测井声波速度测井6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井6.5 6.5 长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井54796.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井 声波在介质中传播时，能量被逐渐吸收，声波幅度逐渐衰减。在声波频声波在介质中传播时，能量被逐渐吸收，声波幅
47、度逐渐衰减。在声波频率一定的情况下，声波幅度衰减和介质的密度、弹性等因素有关。率一定的情况下，声波幅度衰减和介质的密度、弹性等因素有关。概念概念：通过测量声波幅度的衰减变化来识别地层性质和水泥胶结情况的：通过测量声波幅度的衰减变化来识别地层性质和水泥胶结情况的 测井方法。测井方法。6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井55796.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井一、岩石的声波幅度一、岩石的声波幅度 声波在岩石等介质中传播时，由于质点要克服相互间的摩擦力，即由于介质的声波在岩石等介质中传播时，由于质点要克服相互间的摩擦力，即由于介质的粘滞使声波能量转化成热能而衰减，这种现象就是所谓的粘滞使
48、声波能量转化成热能而衰减，这种现象就是所谓的介质吸收声波能量介质吸收声波能量。声波能量被吸收的情况与声波能量被吸收的情况与声波频率和地层的密度声波频率和地层的密度有关，对同一地层，有关，对同一地层，声波频率声波频率越高，其能量越容易被吸收越高，其能量越容易被吸收；对于；对于一定频率的声波一定频率的声波，地层越疏松地层越疏松（密度小、声速（密度小、声速低），低），声波能量被吸收越严重声波能量被吸收越严重，声波幅度衰减越大，可以了解岩层的特点和固井，声波幅度衰减越大，可以了解岩层的特点和固井质量。质量。5679 声波在地层中传播能量的变化有两种形式声波在地层中传播能量的变化有两种形式：一是因地层吸
49、收声波能量而使：一是因地层吸收声波能量而使幅度衰减；另一种是声阻抗不同的两种介质的界面反射、折射、使声波幅度幅度衰减；另一种是声阻抗不同的两种介质的界面反射、折射、使声波幅度发生变化。发生变化。6.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井 声波在分界面上的反射波和透射波的幅度取决于两种介质的声波在分界面上的反射波和透射波的幅度取决于两种介质的声阻抗声阻抗z z介质介质密度与声波传播速度的乘积密度与声波传播速度的乘积。两种介质的阻抗之比称为耦合率：两种介质的阻抗之比称为耦合率：阻抗值相差越大，耦合越差阻抗值相差越大，耦合越差，声波能量很难，声波能量很难从一种介质透射到另一介质，反之亦然。从一种介质透
50、射到另一介质，反之亦然。裸眼井中判断裂缝带和疏松岩性地层，套管井中检查固井质量。裸眼井中判断裂缝带和疏松岩性地层，套管井中检查固井质量。57796.4 6.4 声波幅度测井声波幅度测井二、声波幅度测井二、声波幅度测井水泥胶结测井、变密度测井和裸眼井声幅测井。水泥胶结测井、变密度测井和裸眼井声幅测井。1 1、裸眼井声幅测井、裸眼井声幅测井 为了寻找碳酸盐岩为了寻找碳酸盐岩及坚硬的砂岩地层中及坚硬的砂岩地层中的裂缝带、研究岩性。的裂缝带、研究岩性。两种仪器类型两种仪器类型记录首波第一个半周的峰记录首波第一个半周的峰值幅度值幅度测量两个接收器首波第一个测量两个接收器首波第一个半周幅度差或比值半周幅度