地球物理测井声波测井.ppt

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1、第二章第二章 声波测井声波测井（Sonic Logging）资源与环境学院资源与环境学院程程 超超一、地层的地球物理特性一、地层的地球物理特性二、阿尔奇公式二、阿尔奇公式 地层因素（地层因素（F）电阻率增大倍数（电阻率增大倍数（I）7 7个个声学特性声学特性地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井声波测井声波测井是通过研究是通过研究声波声波在井下岩层和介质中在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的的传播特性，从而了解岩层的地质特性地质特性和井的和井的技技术状况术状况的一种测井方法。的一种测井方法。声波测井声波测井（Sonic Logging）声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井

2、声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 声波测井发展概况声波测井发展概况 声波测井资料的主要用途声波测井资料的主要用途 声波测井方法分类声波测井方法分类声波测井声波测井（Sonic Logging）声波测井的分类及用途声波测井的分类及用途声波速度测井声波速度测井AC，LSS，DSI测声速测声速，计算地层孔隙，计算地层孔隙度、岩石力学参数、地度、岩石力学参数、地应力和地层压力应力和地层压力声声 幅幅 测井测井CBL，VDL，SBT，CET，PET，BHTV，CBIL，USI测声幅测声幅，研究固井质，研究固井质量量,观察井壁情况、观察井壁情况、裂缝

3、和套损裂缝和套损噪声测井噪声测井NL测声波频率测声波频率，研究油井，研究油井串槽和井下流体的流动串槽和井下流体的流动情况情况地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井本章主要内容本章主要内容 1.声波测井的理论基础声波测井的理论基础 2.声波速度测井声波速度测井 3.声波幅度测井声波幅度测井地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井1.声波测井的理论基础声波测井的理论基础岩石的弹性声波在岩石中的传播特性声波在介质界面上的传播特性 岩石的弹性岩石的弹性 声波在岩石中的传播特性声波在岩石中的传播特性 声波在介质界面上的传播特性声波在介质界面上的传播特性地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 声

4、波是一种机械波，是介质质点振动向声波是一种机械波，是介质质点振动向四周的传播。四周的传播。机械振动的传播是靠质点与质点间的机械振动的传播是靠质点与质点间的弹性弹性作作用进行的。所以声波在介质中的传播速度和幅度用进行的。所以声波在介质中的传播速度和幅度与与弹性体弹性体的的弹性弹性密切相关。密切相关。什么叫声波？什么叫声波？地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井一、岩石的弹性及弹性参数一、岩石的弹性及弹性参数弹性：弹性：是指物体受有限外力而发生形变后恢是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力复原来形态的能力。弹性体：弹性体：是指受外力作用发生形变，外力取是指受外力作用发生形变，外力取消

5、后，恢复到原来状态的物体消后，恢复到原来状态的物体。塑性体：塑性体：是指当外力取消后不能恢复其原始是指当外力取消后不能恢复其原始状态的物体。状态的物体。绝绝对对的的吗吗？地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井弹性体弹性体可变成可变成塑性体塑性体物体弹性的影响因素：物体弹性的影响因素：物体本身的特性；物体本身的特性；对物体施加的外力；对物体施加的外力；超超过过弹弹性性限限度度作作用用时时间间长长一、岩石的弹性及弹性参数一、岩石的弹性及弹性参数 声波测井中，声源能声波测井中，声源能量很量很小小，声波作用在岩石，声波作用在岩石上的时间很上的时间很短短，岩石可以，岩石可以当成当成弹性体弹性体，其弹

6、性可，其弹性可用用弹性参数弹性参数来描述。来描述。弹弹性性参参数数常见岩石的弹性模常见岩石的弹性模量参见量参见P95P95表表2-12-1地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井岩石的岩石的静态静态弹性参数弹性参数FFLSd纵向纵向横向横向应力：作用于单位面积上的力应力：作用于单位面积上的力1应变：在力的方向上的相对形变应变：在力的方向上的相对形变2体应变：体应变：3地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井杨氏模量杨氏模量E：4FFLSd纵向纵向横向横向物理意义：物理意义：描述弹性体发生形变的难易程度描述弹性体发生形变的难易程度。HookHook定律：定律：地球物理测井地球物理测井.声波测

7、井声波测井泊松比泊松比 ：5（外力作用下，弹性体的横向应变（外力作用下，弹性体的横向应变与纵向应变之比）与纵向应变之比）=弹性体的横向应变弹性体的横向应变/纵向应变纵向应变 =（d/d）/（l/l）物理意义：描述弹性体物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。形状改变的物理量。dlF地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井体积模量体积模量K：6（定义为应力与弹性体的体应变之比）（定义为应力与弹性体的体应变之比）K=应力应力/体应变体应变=（F/S）/（V/V）（kg/cm2）体应变也称膨胀率体应变也称膨胀率地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井切变模量切变模量G7 在剪切力在剪切力Ft的作用

8、下，弹性的作用下，弹性体将发生切应变，即弹性体的形体将发生切应变，即弹性体的形状改变而体积未发生变化。状改变而体积未发生变化。切变角切变角（相对切变）（相对切变）（剪切变）（剪切变）FtdlG切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。切变波的特点：体积不变，边角关系发生变化。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井声波的分类声波的分类（按照频率和传播方式）（按照频率和传播方式）目前声波测井采用的声源频率为目前声波测井采用的声源频率为20Hz2MHz 声波声波20Hz 频率频率 20kHz次声波次声波频率频率 20Hz超声波超声波频率频率20kHz地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井声波

9、的分类（按照频率和传播方式）声波的分类（按照频率和传播方式）纵波：纵波：横波：横波：质点振动方向与传播方向一致（压缩波、质点振动方向与传播方向一致（压缩波、P P波），波），边角不发生变化。边角不发生变化。体积模量不等于零的介体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。质都可以传播纵波。质点振动方向与传播方向垂直（剪切波、质点振动方向与传播方向垂直（剪切波、S S波），波），边角发生变化，例：切变波。边角发生变化，例：切变波。剪切模量不剪切模量不等于零的介质才能传播横波。等于零的介质才能传播横波。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井在井下，纵波和横波都能在地层传播，而在井下，纵波和横波都能在地

10、层传播，而泥浆中只能传播纵波。泥浆中只能传播纵波。横波不能在流体（气、液体）中传播，横波不能在流体（气、液体）中传播，因为因为它的切变模量它的切变模量=0=0纵波可以在气体、液体和固体中传播。纵波可以在气体、液体和固体中传播。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 声速特性声速特性 声幅特性声幅特性 频率特性频率特性二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 介质传播纵波和横波的传播速度介质传播纵波和横波的传播速度Vp，Vs 与介质的与介质的弹性弹性参数参数和和密度大小密度大小有关，其关系式如下：有关，其关系式如下：杨氏模量杨氏模量泊松比

11、泊松比介质的密度介质的密度地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井结论结论1：由于大多数岩石的泊松比为，所以在岩石中：由于大多数岩石的泊松比为，所以在岩石中的纵横波速度之比约为，的纵横波速度之比约为，在岩石中纵波的传播速度比在岩石中纵波的传播速度比在岩石中纵波的传播速度比在岩石中纵波的传播速度比横波大。横波大。横波大。横波大。也正因为如此，在普通的声波测井中纵波总也正因为如此，在普通的声波测井中纵波总是先于横波到达接收探头，成为首波。是先于横波到达接收探头，成为首波。同一介质中，纵横波速度比：同一介质中，纵横波速度比：地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井结论结论2 2：岩石的声速是随密

12、度的增大而增大岩石的声速是随密度的增大而增大地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井结论结论3 3：孔隙度孔隙度 传播速度传播速度结论结论4 4：对沉积岩来说，声速除与上述基本因素有关外，对沉积岩来说，声速除与上述基本因素有关外，还与还与岩性岩性岩性岩性，岩石矿物成分岩石矿物成分岩石矿物成分岩石矿物成分、孔隙结构孔隙结构孔隙结构孔隙结构及及地层的埋藏深度地层的埋藏深度地层的埋藏深度地层的埋藏深度，地地地地质时代质时代质时代质时代有关。有关。厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快埋深增加导致传播速度增加埋深增加导致传播速度增加地球物理测井地球物理测井.

13、声波测井声波测井P96表表2-2常见岩石及某些物质纵波传播速度（或传播时差）常见岩石及某些物质纵波传播速度（或传播时差）不同岩石、不同性质流体的纵波速度是不同的，因不同岩石、不同性质流体的纵波速度是不同的，因不同岩石、不同性质流体的纵波速度是不同的，因不同岩石、不同性质流体的纵波速度是不同的，因此，通过测量声波在地层中的传播速度，可以研究地层此，通过测量声波在地层中的传播速度，可以研究地层此，通过测量声波在地层中的传播速度，可以研究地层此，通过测量声波在地层中的传播速度，可以研究地层及其孔隙流体的性质。声波的速度特性是声波时差测井及其孔隙流体的性质。声波的速度特性是声波时差测井及其孔隙流体的性

14、质。声波的速度特性是声波时差测井及其孔隙流体的性质。声波的速度特性是声波时差测井等声速类测井方法的基础。等声速类测井方法的基础。等声速类测井方法的基础。等声速类测井方法的基础。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 声波的能量与其幅度的平方成正比。声波的能量与其幅度的平方成正比。声波的能量与其幅度的平方成正比。声波的能量与其幅度的平方成正比。声幅的高声幅的高声幅的高声幅的高低反映声能的大小。声波在介质中传播时，介质要低反映声能的大小。声波在介质中传播时，介质要低反映声能的大小。声波在介质中传播时，介质要低反映声能的大小。声波在介质中传播时，介质要吸收声能，使声幅衰减，其衰减规律为：吸收声能

15、，使声幅衰减，其衰减规律为：吸收声能，使声幅衰减，其衰减规律为：吸收声能，使声幅衰减，其衰减规律为：式中式中式中式中 J J0 0初始声强（单位面积上的声功率）；初始声强（单位面积上的声功率）；初始声强（单位面积上的声功率）；初始声强（单位面积上的声功率）；声波经声波经声波经声波经 l l 距离后的声强；距离后的声强；距离后的声强；距离后的声强；介质的吸收系数。介质的吸收系数。介质的吸收系数。介质的吸收系数。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 介质的吸收系数介质的吸收系数介质的吸收系数介质的吸收系数随介质的密度和声速减随介质的密度和声速减随介质的密度和声速减随介质的密度和声速减小而增大

16、，随声波频率增高而增大。小而增大，随声波频率增高而增大。小而增大，随声波频率增高而增大。小而增大，随声波频率增高而增大。岩石的密度越小，对声能吸收越强，单位距岩石的密度越小，对声能吸收越强，单位距岩石的密度越小，对声能吸收越强，单位距岩石的密度越小，对声能吸收越强，单位距离的声幅衰减越大；离的声幅衰减越大；离的声幅衰减越大；离的声幅衰减越大；声波的幅度特性是井下超声电视、水泥胶声波的幅度特性是井下超声电视、水泥胶声波的幅度特性是井下超声电视、水泥胶声波的幅度特性是井下超声电视、水泥胶结测井等声幅类测井方法的基础。结测井等声幅类测井方法的基础。结测井等声幅类测井方法的基础。结测井等声幅类测井方法

17、的基础。声波频率越高，声幅衰减也越大。声波频率越高，声幅衰减也越大。声波频率越高，声幅衰减也越大。声波频率越高，声幅衰减也越大。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井声波的频率特性是噪声测井的基础。声波的频率特性是噪声测井的基础。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 声波在不同介质声波在不同介质分界面上传播时，将分界面上传播时，将产生产生反射和折射反射和折射。三、声波在介质交界面上的传播特性三、声波在介质交界面上的传播特性地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井1 1、声波在界面上的反射和折射、声波在界面上的反射和折射折射定律折射定律Vp1Vp21901 1*第一临界角第一临界角滑

18、行纵波滑行纵波地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井1 1、声波在界面上的反射和折射、声波在界面上的反射和折射Vp1Vs2290折射定律折射定律2 2*第二临界角第二临界角滑行横波滑行横波在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。在产生滑行纵波和滑行横波以后，其逆过程也成立。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井T滑滑行行波波R辐射能辐射能1 1*或或2 2*滑行纵波和横波沿界面滑行时，滑行纵波和横波沿界面滑行时，将沿临界角方向向介质将沿临界角方向向介质1中辐射中辐射能量。对于井下岩层，一般都能量。对于井下岩层，一般都满足满足vm（泥浆速度）（泥浆速度）vp（地（地层速度）层速度）

19、第一临界条件，因此第一临界条件，因此井中很容易激发沿井壁滑行的井中很容易激发沿井壁滑行的地层纵波。地层纵波。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井介质名称介质名称VP(m/s)VS(m/s)第一临界角第一临界角第二临界角第二临界角泥泥 岩岩18009506244不产生滑行横波不产生滑行横波砂砂 层（疏松）层（疏松）263015183728不产生滑行横波不产生滑行横波砂砂 岩（疏松）岩（疏松）3850230024334405砂砂 岩（致密）岩（致密）55003200165530石灰岩（骨架）石灰岩（骨架）7000370013132537白云岩（骨架）白云岩（骨架）79004400114121

20、19钢钢 管管5400310017413104常见介质的纵横波速度及第一第二临界角常见介质的纵横波速度及第一第二临界角地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井2、反射和折射系数（、反射和折射系数（R、T）反射系数反射系数R R：1 1 、2 2分别为介质分别为介质、的密度的密度V V1 1 、V V2 2分别为介质分别为介质、的纵波速度的纵波速度反射波的能量反射波的能量ER与入射波的能量与入射波的能量EI之比。之比。折射波的能量折射波的能量ET入射波的能量入射波的能量EI之比。之比。折射系数折射系数T T：地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井3.3.波阻抗、声耦合率波阻抗、声耦合率1

21、1）波阻抗）波阻抗 Z=Z=波的传播速度波的传播速度*介质的密度介质的密度 =V =V 2 2）声耦合率）声耦合率两种介质的声阻抗之比：两种介质的声阻抗之比：Z Z1 1/Z/Z2 2Z Z1 1/Z/Z2 2越大或越小，声耦合越差，越大或越小，声耦合越差，R R大，大，T T小，声波不易从介质小，声波不易从介质1 1到介质到介质2 2中去。中去。Z Z1 1/Z/Z2 2越接近越接近1 1，声耦合越好，声耦合越好，R R小，小，T T大，声波易从介质大，声波易从介质1 1到介质到介质2 2中去中去。各种固井质量评价测井正是利用声波在不同介质中各种固井质量评价测井正是利用声波在不同介质中传播时

22、能量的藕合状况来研究和评价固井状况的。传播时能量的藕合状况来研究和评价固井状况的。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井4.4.井壁固液界面产生的两种波井壁固液界面产生的两种波u 斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）u 瑞利波瑞利波(Rayleigh waves)地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井u 瑞利波瑞利波(Rayleigh waves)在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种波叫瑞利波，如图波的面波，这种波叫瑞利波，如图波的面波

23、，这种波叫瑞利波，如图波的面波，这种波叫瑞利波，如图2 22 2所示。所示。所示。所示。瑞利波示意图瑞利波示意图瑞利波示意图瑞利波示意图地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井瑞利波具有以下特点：瑞利波具有以下特点：瑞利波具有以下特点：瑞利波具有以下特点：(1)(1)产生在弹性介质的自由表面；产生在弹性介质的自由表面；产生在弹性介质的自由表面；产生在弹性介质的自由表面；(3)(3)波速约为横波波速的波速约为横波波速的波速约为横波波速的波速约为横波波速的80809090。(2)(2)质点运动轨迹为椭圆，相对于波的传播方向是倒卷；质点运动轨迹为椭圆，相对于波的传播方向是倒卷；质点运动轨迹为椭圆，

24、相对于波的传播方向是倒卷；质点运动轨迹为椭圆，相对于波的传播方向是倒卷；在声波全波列测井接收器接收到的全波波形图上，在声波全波列测井接收器接收到的全波波形图上，在声波全波列测井接收器接收到的全波波形图上，在声波全波列测井接收器接收到的全波波形图上，瑞利波和横波瑞利波和横波瑞利波和横波瑞利波和横波一般混在一起，不易区分。一般混在一起，不易区分。一般混在一起，不易区分。一般混在一起，不易区分。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井u 斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）斯通利波是由在钻井液中传播的纵斯通利波是由在钻井液中传播的纵斯通利波是由在钻井液中传播的纵斯通利波是由在钻井液中

25、传播的纵波与在井壁地层中传播的横波相干产生波与在井壁地层中传播的横波相干产生波与在井壁地层中传播的横波相干产生波与在井壁地层中传播的横波相干产生的的的的相干波相干波相干波相干波。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井2.2.对地层渗透性变化敏感对地层渗透性变化敏感对地层渗透性变化敏感对地层渗透性变化敏感斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：斯通利波具有以下特点：1.1.由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生由井壁地层横波和钻井液中纵波相干产生 在声波测井全波列图上，斯通利波是在声波测井全波列图

26、上，斯通利波是在声波测井全波列图上，斯通利波是在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低传播速度最低传播速度最低传播速度最低的声波。的声波。的声波。的声波。3.3.低速，速度小于在钻井液中传播的泥浆直达波低速，速度小于在钻井液中传播的泥浆直达波低速，速度小于在钻井液中传播的泥浆直达波低速，速度小于在钻井液中传播的泥浆直达波地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 井眼中达到接收器全波列的达到时间序列井眼中达到接收器全波列的达到时间序列:纵波纵波横波和横波和瑞利波瑞利波泥浆波泥浆波斯通利波斯通利波波波幅幅A A时间时间t t裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图裸眼井声波测井接收器收到的全波

27、列示意图地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井2.声波时差测井声波时差测井1.费马时间最小原理：费马时间最小原理：2.惠更斯原理：惠更斯原理：声波在一般介质中传播时，所经过的任意两点的传播声波在一般介质中传播时，所经过的任意两点的传播路径满足所用时间最小的传播条件。路径满足所用时间最小的传播条件。介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称为子介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称为子波源；可以认为每个子波源都可以向各个方向发出微弱的波，波源；可以认为每个子波源都可以向各个方向发出微弱的波，称为子波；这种子波是以所在介质的声波速度传播。称为子波；这种子波是以所在介质的声波速度传播。地

28、球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井仪器组成：仪器组成：声系，声波（脉冲）发射器和声波接收器声系，声波（脉冲）发射器和声波接收器测量信号：测量信号：滑行波通过地层传播的时差滑行波通过地层传播的时差t 仪器类型：仪器类型：单发双收单发双收、双发双收双发双收、双发四收双发四收时差：时差：声波速度声波速度/时差测井是测量滑行时差测井是测量滑行波穿越地层单位长度时所用的时间，即波穿越地层单位长度时所用的时间，即时差时差t，单位是，单位是us/m或或us/ft。井眼补偿声波测井仪井眼补偿声波测井仪长源距声波测井仪长源距声波测井仪AC，acousticDT地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井地球

29、物理测井地球物理测井.声波测井声波测井一、单发双收的测量原理一、单发双收的测量原理ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEGR R：接收探头：接收探头声能转化为电能声能转化为电能T T：发射探头：发射探头电能转化为声能电能转化为声能地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井井下传播的波：井下传播的波：折射纵波（滑行波）；折射纵波（滑行波）；一次或多次反射纵波；一次或多次反射纵波；流体直达波（泥浆波）；流体直达波（泥浆波）；折射横波。折射横波。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井T 产生声波产生声波(f=20kHz)泥浆泥浆(v1)地层地层(v2)v2v1在井壁处折射产生

30、滑行波在井壁处折射产生滑行波滑行波到达滑行波到达R完成声波速度测量完成声波速度测量单发单收声系单发单收声系地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井单发双收声系单发双收声系T 产生声波产生声波(f=20kHz)泥浆泥浆(v1)地层地层(v2)v2v1在井壁处折射产生滑行波在井壁处折射产生滑行波滑行波先后到达到达滑行波先后到达到达R1和和R2完成声波速度测量完成声波速度测量地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井t=t2-t1=t=t2-t1=如果井径规则，则如果井径规则，则AB=DF=CEAB=DF=CE，上式为：，上式为：显显然然：CDCD正正好好是是仪仪器器的的间间距距（常常数），时差与

31、声速成反比。数），时差与声速成反比。时差的单位：时差的单位：s/ms/m4 4、时差的表达式、时差的表达式时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OOFEG地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井5 5、输出的测井曲线、输出的测井曲线输出一条声波时差曲线输出一条声波时差曲线时差时差 s/ms/m地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井气水同层气水同层气水同层气水同层地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井气层气层气层气层地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井三、声波时差曲线的影响因素三、声波

32、时差曲线的影响因素 声波时差曲线反映岩层的声速，声速高的时差声波时差曲线反映岩层的声速，声速高的时差值低，声速低的时差值高，因此时差值受值低，声速低的时差值高，因此时差值受地层特性地层特性的的控制，此外还受到控制，此外还受到井条件井条件及及仪器本身仪器本身的影响。的影响。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井1.1.井径的影响井径的影响 R1处在井径扩大井段，处在井径扩大井段，R2位于正常或缩小井段时，位于正常或缩小井段时，滑行波到达滑行波到达R1的时间增加，而到达的时间增加，而到达R2的时间不变，因的时间不变，因此时差下降。此时差下降。R1位于正常或缩小井段，位于正常或缩小井段，R2位于

33、井径扩大井段，滑位于井径扩大井段，滑行波到达行波到达R1的时间不变，而到达的时间不变，而到达R2的时间增加，因此的时间增加，因此时差增加。时差增加。当当R1和和R2都处于井径扩大或缩小井段时，都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时同时增加或下降，时差不变。增加或下降，时差不变。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井2.2.岩层厚度的影响岩层厚度的影响（1 1）厚层（厚层（hlhl间距间距),),曲曲线的半幅点为层界面线的半幅点为层界面,曲曲线幅度的峰值为时差。线幅度的峰值为时差。（2 2）薄层（）薄层（h hl l间距）间距）曲线受围岩的影响大，高曲线受围岩的影响大，高速地层的时差增加

34、，用半速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面（幅点确定的层界面（视厚视厚度度)岩层的真实厚度。岩层的真实厚度。间距间距间距间距地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井3 3、周波跳跃的影响、周波跳跃的影响（1 1）产生的原因产生的原因由于滑行首波在到达接收探头的路径中遇由于滑行首波在到达接收探头的路径中遇到吸收系数很大的到吸收系数很大的介质介质,首波能触发首波能触发R1R1但不能触发但不能触发R2R2,R2,R2被幅度较高的后续波触被幅度较高的后续波触发发,因此因此,时差增大时差增大。（2 2）周波跳跃的特点）周波跳跃的特点地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井在现场解释中周波跳跃往往可

35、以作在现场解释中周波跳跃往往可以作为气层或裂缝带的特征。为气层或裂缝带的特征。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井(1)(1)如果井眼不规则，测量结果误差较大如果井眼不规则，测量结果误差较大;单发双收存在的缺陷单发双收存在的缺陷?(2)(2)单发双收声系存在深度误差。单发双收声系存在深度误差。思考思考地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井四、井眼补偿声速测井四、井眼补偿声速测井(BHC)(BHC)为了消除深度误差为了消除深度误差及井径不规则所引起的及井径不规则所引起的误差。人们一般利用双误差。人们一般利用双发双收声系。发双收声系。井眼不规则时

36、，有井眼不规则时，有:T1R1R2T2ABEC井筒井筒井壁井壁从图中所知从图中所知:CR2CR2地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 平均后的补偿声波时差值基本消除平均后的补偿声波时差值基本消除了井眼等影响、同时消除了深度误差。了井眼等影响、同时消除了深度误差。例例地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井 BHC声系的缺点：声系的缺点：1)1)井径很大；井径很大；2)2)井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和永冻地层中径向声速发生变化。和永冻地层中径向声速发生变化。长源距声波测井仪长源距声波测井仪(LSS)某井段井眼补偿声波测井曲线某井段井眼补偿声波测井曲线

37、某井段井眼补偿声波测井曲线某井段井眼补偿声波测井曲线某井段井眼补偿声波测井曲线某井段井眼补偿声波测井曲线例例 左图为井眼补偿声波测井曲左图为井眼补偿声波测井曲左图为井眼补偿声波测井曲左图为井眼补偿声波测井曲线的示例。由图可见，该井段线的示例。由图可见，该井段线的示例。由图可见，该井段线的示例。由图可见，该井段储集层与非储集层的声波时差储集层与非储集层的声波时差储集层与非储集层的声波时差储集层与非储集层的声波时差测井值差别不大；测井值差别不大；测井值差别不大；测井值差别不大；但参照井径曲线可以发但参照井径曲线可以发但参照井径曲线可以发但参照井径曲线可以发现，在井壁发生垮塌的井现，在井壁发生垮塌的

38、井现，在井壁发生垮塌的井现，在井壁发生垮塌的井段，声波时差急剧增大。段，声波时差急剧增大。段，声波时差急剧增大。段，声波时差急剧增大。因此，声波时差测井受井因此，声波时差测井受井因此，声波时差测井受井因此，声波时差测井受井径变化影响明显。径变化影响明显。径变化影响明显。径变化影响明显。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井五、长源距声波测井五、长源距声波测井(LSS)(LSS)发射器到接收器的距离为发射器到接收器的距离为8ft8ft、10ft10ft、12ft12ft特点：特点：特点：特点：特点：特点：与与与与与与BHCBHCBHC相比相比相比相比相比相比，LSSLSSLSS探测半径大得多

39、探测半径大得多探测半径大得多探测半径大得多探测半径大得多探测半径大得多，测量的是，测量的是，测量的是，测量的是，测量的是，测量的是离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，离开井壁较远的地层的声波传播时间。因此，长源距长源距长源距长源距长源距长源距声波测井仪能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏声波测井仪能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏声波测井仪能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏声波测井仪能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏声波测井仪

40、能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏声波测井仪能够测出不受钻井液泥浆侵入、松弛破坏和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它和井径扩大等影响的结果。如果不考虑散射问题，它测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。P

41、 P105105 图图2-13 LLS2-13 LLS和和BHCBHC的对比曲线的对比曲线地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井LSSLSSLSS和和和和和和BHCBHCBHC声波曲线的比较声波曲线的比较声波曲线的比较声波曲线的比较声波曲线的比较声波曲线的比较地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井u 判断气层、油气界面、气水界面判断气层、油气界面、气水界面u 计算孔隙度计算孔隙度u 判断裂缝发育带判断裂缝发育带u 划分岩性划分岩性u 合成地震记录、计算岩石力学参数合成地震记录、计算岩石力学参数判断气层、油气界面、气水界面判断气层、油气界面、气水界面气层声波时差大于油层声波时差气层声波时

42、差大于油层声波时差A、疏松气层、疏松气层声波周波跳跃声波周波跳跃V水水V油油V气气气气层层（在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层）（在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层）B、一般气层、一般气层声波时差增大声波时差增大判别岩性判别岩性 由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时差划分地层。时差划分地层。参看参看P P229229图图6-6 6-6 AC值：云岩值：云岩灰岩灰岩砂岩砂岩泥岩泥岩 请看下列几种岩石的声波骨架时差请看下列几种岩石的声波骨架时差灰岩灰岩tma=156 s/m无水硬石膏无水硬石膏 tma=164 s/m 岩盐岩盐 tma=220

43、s/m淡水淡水 tmf=620 s/m砂岩砂岩:tma=182 s/m白云岩白云岩 tma=143 s/m盐水盐水tmf=608 s/m 对膏岩剖面有很强的分辩力对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大差曲线上区别很大,很容易识别。很容易识别。P P101101图图2-82-8。计算孔隙度计算孔隙度1)1)岩石体积物理模型岩石体积物理模型 根据测井方法的探测特性和岩石的各根据测井方法的探测特性和岩石的各种物理性质上的差异，种物理性质上的差异，把岩石体积分成几把岩石体积分成几个部分个部分，然后研究每一部分对岩石宏观物然后研究每一部分对岩石宏观物理量的

44、贡献理量的贡献,并视宏观物理量为各部分贡并视宏观物理量为各部分贡献之和。献之和。测井参数测井参数总体积总体积=测井参数测井参数相应体积相应体积例如例如 b=f +ma （1-）孔隙孔隙骨架骨架纯岩石纯岩石泥质泥质骨架骨架泥质岩石泥质岩石孔隙孔隙用时差求孔隙度的公式用时差求孔隙度的公式固结压实的纯地层固结压实的纯地层 t=tf s+tma （1-）孔隙孔隙骨架骨架纯岩石纯岩石（威利公式）已知一淡水泥浆井中，某固结压实的砂已知一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层时差为：岩层时差为：313.4 s/m，电阻率为，电阻率为10.m，tma=182 s/m，tf=620 s/m，并已知，并已知RW=0.1

45、.m，a=b=1，m=n=2。例例求该地层的求该地层的、Sw、判别流体性质、判别流体性质?代入各参数：代入各参数：s代入代入Archie公式，公式，SW=0.333 因为因为SW，SO=1-SW=67.7%，所以该层的流体性质是油气层，所以该层的流体性质是油气层固结压实的泥质地层固结压实的泥质地层根据岩石体积物理模型有根据岩石体积物理模型有:t=tsh*Vsh+tf*+tma*(1-Vsh-)非均匀孔隙地层非均匀孔隙地层 用次生用次生孔孔隙指数来反映地层的裂缝发育情况。隙指数来反映地层的裂缝发育情况。次生次生孔孔隙指数隙指数=N -S 原生孔隙度原生孔隙度 S 1CP的求法的求法:A)深度法深

46、度法:Cp与深度成反比与深度成反比,深度越深深度越深,地地层越压实层越压实,胜利油田的经验公式胜利油田的经验公式:CP=1.68-0.0002*HB)时差对比法时差对比法:Cp=tsh/tshp ，tshp是固结压实纯泥岩的时差。是固结压实纯泥岩的时差。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井声波地层因素公式声波地层因素公式砂岩砂岩:X=1.6 :X=1.6 灰岩灰岩X=1.76 X=1.76 白云岩白云岩优点优点:该公式不作压实校正该公式不作压实校正地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井1.1.问题的提出问题的提出 速速度度较较低低的的软软地地层层或或泥泥岩岩层层无无法法测测得得横横波

47、波的的速速度度，计计算算岩岩层层的的动动态态参参数数。由由于于软软地地层层的的横横波波速速度度小小于于泥泥浆浆速速度度，不不能能满满足足第第二二临临界界角角的的条条件件，井井壁壁上上无无法法产产生生滑滑行行横横波波，此此时时用用长长短短源源距距补补偿偿声声波波测井不能测到滑行横波。测井不能测到滑行横波。六、偶极子横波成像测井六、偶极子横波成像测井(Dipole Shear Sonic Imager)(Dipole Shear Sonic Imager)（DSIDSI）地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井2 2、偶极子声系的优点、偶极子声系的优点（上下两个声源）（上下两个声源）实际上是通过

48、对挠曲波的测量来计实际上是通过对挠曲波的测量来计算地层算地层Vs。偶极横波成像测井仪器偶极横波成像测井仪器 偶极横波成像测井仪偶极横波成像测井仪分为分为发射器发射器、接收器接收器和数和数据采集据采集三部分。三部分。DSI把单极和（交叉）把单极和（交叉）偶极声波技术结合起来，偶极声波技术结合起来，DSI仪器有仪器有8个阵列接收器个阵列接收器、一个单极发射器和两个偶一个单极发射器和两个偶极发射器极发射器，能精确地进行，能精确地进行各种地层（包括慢速地层）各种地层（包括慢速地层）的横波测量。的横波测量。接收器接收器接收器接收器发射器发射器发射器发射器数据采集数据采集数据采集数据采集3.偶极子声系偶极

49、子声系发射发射单极发射单极发射交叉偶极发射交叉偶极发射 XMAC接收：接收：8个彼此相距个彼此相距6in的接收器，测站由互的接收器，测站由互成成45的接收器组成的接收器组成阵列接收单元阵列接收单元。根据根据3个发射器和个发射器和8个阵列接收器之间的个阵列接收器之间的不同组合，可以获得不同组合，可以获得5种种不同的工作模式。不同的工作模式。地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井4 4、输出曲线、输出曲线P106 P106 图图2-152-15声波时差图声波时差图声波能量图声波能量图斯通利波裂缝分析图斯通利波裂缝分析图 DSI DSI声波处理成果米声波处理成果米)斯斯通通利利裂裂缝缝分分析析显

50、显示示裂裂缝缝特特征征纵纵横横波波能能量量衰衰减减明明显显 斯斯通通利利波波衰衰减减无无衰衰减减PSST纵纵横横波波斯斯通通利利波波明明显显增增大大zxc声波时差图声波时差图声波能量图声波能量图斯通利波裂缝斯通利波裂缝 分析图分析图 DSI DSI声波处理成果（米声波处理成果（米)斯斯通通利利波波裂裂缝缝分分析析显显示示裂裂缝缝特特征征纵横波能量衰减.斯通利波能量无衰减PSST纵纵横横波波.斯斯通通利利波波时时差差明明显显增增大大STSP地球物理测井地球物理测井.声波测井声波测井岩岩岩岩石石石石力力力力学学学学参参参参数数数数处处处处理理理理成成成成果果果果图图图图 地层泊松比地层泊松比CO为