地球物理测井-声速测井.ppt

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1、地球物理测井Geophysical Well Logging声 波 测 井v岩石的声学性质岩石的声学性质v声波速度声波速度v声波幅度测井声波幅度测井v声波全波测井声波全波测井 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声波声波在井下岩层和介质中的传播特在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的性，从而了解岩层的地质特性地质特性地质特性地质特性和井的和井的技术状况技术状况技术状况技术状况的一种测井方法。的一种测井方法。目前主要有以下几种声波测井方法：目前主要有以下几种声波测井方法：声波时差测井声波时差测井声波时差测井声波时差测井（计算地层孔隙度和力学参数）（计算地层孔隙度和力

2、学参数）水泥胶结测井水泥胶结测井水泥胶结测井水泥胶结测井CBLCBL（研究固井质量）（研究固井质量）超声电视超声电视超声电视超声电视BHTVBHTV（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）声速类测井声速类测井声速类测井声速类测井声幅类测井声幅类测井声幅类测井声幅类测井声波变密度测井声波变密度测井声波变密度测井声波变密度测井VDLVDL（观察井壁情况和裂缝）（观察井壁情况和裂缝）方位声波成像测井方位声波成像测井偶极横波成像测井偶极横波成像测井井周声波成像测井井周声波成像测井超声波成像测井超声波成像测井声声声声波波波波成成成成像像像像测测测测井井井井噪声测井噪声测井噪声测井噪声测井(研究油井串

3、槽和油气水流动情况研究油井串槽和油气水流动情况)声波频率特声波频率特声波频率特声波频率特性类测井性类测井性类测井性类测井声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井。声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井。声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井。声波测井既可应用于裸眼井，也可应用于套管井测井。一、岩石的声学性质一、岩石的声学性质是一种是一种机械波机械波机械波机械波，是介质质，是介质质点振动向四周的传播。点振动向四周的传播。目前声波测井使用的频率目前声波测井使用的频率为为20Hz20Hz20Hz20Hz2MHz2MHz2MHz2MHz。声声声声 波波波波 20Hz 20Hz 频

4、率频率 20KHz 20KHz次次次次声波声波声波声波 频率频率 20Hz 20KHz 20KHz什么叫声波？什么叫声波？什么叫声波？什么叫声波？（一）岩石的弹性及弹性参数（一）岩石的弹性及弹性参数（一）岩石的弹性及弹性参数（一）岩石的弹性及弹性参数是指物体受有限外力而发生形变后是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态恢复原来形态恢复原来形态恢复原来形态的能力的能力。1 1 1 1、弹性、弹性、弹性、弹性2 2 2 2、物体的分类、物体的分类、物体的分类、物体的分类弹性体弹性体弹性体弹性体塑性体塑性体塑性体塑性体受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能

5、力。的能力。弹性体：弹性体：弹性体：弹性体：产生永久形变。产生永久形变。塑性体：塑性体：塑性体：塑性体：可变成可变成 在在声声波波测测井井中中，声声源源的的能能量量很很小小，声声波波作作用用在在岩岩石石上上的的时时间间很很短短，因因而而岩岩石石可可以以当当成成弹弹性性体体，在在岩岩石石中中传传播播的声波可以被认为是弹性波。的声波可以被认为是弹性波。3 3 3 3、描述弹性体的参数、描述弹性体的参数、描述弹性体的参数、描述弹性体的参数 在均匀无限的岩石中，声波速度主要取决于岩石的在均匀无限的岩石中，声波速度主要取决于岩石的弹弹弹弹性性性性和和密度密度密度密度。作为弹性介质的岩石，。作为弹性介质的

6、岩石，其弹性可用几个参数来其弹性可用几个参数来描述：描述：杨氏模量杨氏模量 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 岩石弹性参数岩石弹性参数岩石弹性参数岩石弹性参数体积压缩系数体积压缩系数 拉梅系数拉梅系数（1 1 1 1）杨氏模量）杨氏模量）杨氏模量）杨氏模量 E E E E F作用外力；作用外力；l、s分别为弹性体长度、横截面积；分别为弹性体长度、横截面积；E弹性体的杨氏模量，弹性体的杨氏模量，N/m2；F/S为作用于单位面积上的力，称为应力。为作用于单位面积上的力，称为应力。l/l为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。为弹性体在力方向上的相对形变，称为应变。物

7、理意义：物理意义：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。HookHookHookHook定律：定律：定律：定律：外力外力F作用在长度为作用在长度为l、横截面积为、横截面积为S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，弹性体的时，弹性体的长度发生长度发生l的变化，的变化，并且弹性体内部产生并且弹性体内部产生恢复其原状的弹性力恢复其原状的弹性力恢复其原状的弹性力恢复其原状的弹性力。（2 2 2 2）泊松比）泊松比）泊松比）泊松比（定义为（定义为（定义为（定义为外力作用下，弹性体的外力作用下，弹性体的外力作用下，弹性体的

8、外力作用下，弹性体的横向应变与纵向应变之比横向应变与纵向应变之比横向应变与纵向应变之比横向应变与纵向应变之比）=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）物理意义物理意义物理意义物理意义：描述弹性体：描述弹性体形状改变的物理量形状改变的物理量形状改变的物理量形状改变的物理量,只是表示物体只是表示物体只是表示物体只是表示物体几何形变几何形变几何形变几何形变的系数。的系数。的系数。的系数。dlF 弹性体在外力作用下，弹性体在外力作用下，纵向上产生伸长的纵向上产生伸长的纵向上产生伸长的纵向上产生伸长的同时，同时，横向横向横向横向缩小缩小缩小缩小。设有一圆柱形弹性体的

9、直径和长度分别为。设有一圆柱形弹性体的直径和长度分别为d和和l，在，在外力作用下，直径和长度的变化分别为外力作用下，直径和长度的变化分别为d和和l，那么横向，那么横向相对减缩相对减缩d/d和纵向相对伸长和纵向相对伸长l/l之比称之为之比称之为泊松比泊松比泊松比泊松比。对于一切物质，对于一切物质，对于一切物质，对于一切物质，都介于都介于都介于都介于0 0到到到到0.50.5之间。之间。之间。之间。（3 3）切变模量）切变模量）切变模量）切变模量（）切应变：切应变：切应变：切应变：弹性体的形状改变而体积未发生变化。弹性体的形状改变而体积未发生变化。：切变角：切变角 tg =l/l当当 很小时，很小

10、时，tg =l/l切应变的特点：切应变的特点：切应变的特点：切应变的特点：体积不变，边角关系发生变化。体积不变，边角关系发生变化。矩形六面弹性体，其上表面矩形六面弹性体，其上表面abfe的面积为的面积为A，受到平行，受到平行于该表面的切力于该表面的切力Ft的作用时，在力的方向上相对位移一段的作用时，在力的方向上相对位移一段距离距离l，切应力等于，切应力等于Ft/A，切应变为，切应变为l/l，切应力与切应变，切应力与切应变之比所定义的弹性模量就是之比所定义的弹性模量就是切变模量切变模量切变模量切变模量，用，用 表示表示:acgbefAd常见岩石的弹性参数参见常见岩石的弹性参数参见P54P54表表

11、2-12-1K K K K =应力应力/体应变体应变 =（F/SF/S）/（V/VV/V）体积应变也称膨胀率。体积应变也称膨胀率。(4)(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 体积形变弹性模量体积形变弹性模量K K K K的定义为：在外力作用下，物的定义为：在外力作用下，物体体积相对变化体体积相对变化V/VV/V，即应力与体积应变之比，用，即应力与体积应变之比，用K K K K表示表示:（6 6）拉梅系数（）拉梅系数（）拉梅系数（）拉梅系数（把岩石的应力和应变联系起来的常数把岩石的应力和应变联系起来的常数把岩石的应力和应变联系起来的常数把岩石的应力和应变联系起来

12、的常数）体积形变弹性模量的倒数叫体积形变弹性模量的倒数叫体积形变弹性模量的倒数叫体积形变弹性模量的倒数叫体积压缩系数体积压缩系数体积压缩系数体积压缩系数，以，以，以，以 表示：表示：表示：表示：（5 5）体积压缩系数）体积压缩系数）体积压缩系数）体积压缩系数 二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性1 1 1 1、纵波、横波纵波、横波纵波、横波纵波、横波的定义的定义的定义的定义纵波（压缩波或纵波（压缩波或纵波（压缩波或纵波（压缩波或P P P P波波波波）：）：）：）：介质质点的振动方向与波的传播发向介质质点的振动方向与波的传播发向一致一致一致一致。弹性。弹性体的小体积元体积改变，

13、而边角关系不变。体的小体积元体积改变，而边角关系不变。体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。体积模量不等于零的介质都可以传播纵波。纵波纵波纵波纵波横波（剪切波或横波（剪切波或横波（剪切波或横波（剪切波或S S S S波波波波）：）：）：）：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性体的小体积元体积不变，而边角关系特点：弹性体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化，例：切变波。发生变化，例：切变波。切变模量不等于零的介质才能传播横波。切变模量不等于零的介质才能传播横波。切变模量不等于零的介质才能传播横波。切变模量不等于零的介质才能传播横波。SHSH

14、SHSH波波波波SVSVSVSV波波波波 在井下，纵波和横波都能在地层传播，在井下，纵波和横波都能在地层传播，在井下，纵波和横波都能在地层传播，在井下，纵波和横波都能在地层传播，而泥浆中只能传播纵波。而泥浆中只能传播纵波。而泥浆中只能传播纵波。而泥浆中只能传播纵波。注意注意注意注意 横波不能在流体（气、液体）中传横波不能在流体（气、液体）中传播，播，因为它的切变模量因为它的切变模量因为它的切变模量因为它的切变模量=0=0=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。2 2 2 2、岩石的、岩石的、岩石的、岩石的声速特性声速特性声速特性声速特性 声波在介质中的传播特

15、性主要指声波在介质中的传播特性主要指声速声速声速声速、声幅声幅声幅声幅和和频率频率频率频率特性。声波在弹性介质中的传播速度主要取特性。声波在弹性介质中的传播速度主要取决于介质的决于介质的弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量和和密度密度密度密度。纵波速度纵波速度纵波速度纵波速度横波速度横波速度横波速度横波速度E杨氏模量杨氏模量泊松比泊松比介质密度介质密度纵横波比纵横波比纵横波比纵横波比 由于大多数岩石的泊松比等于由于大多数岩石的泊松比等于0.25，所以岩石的，所以岩石的纵横波速度比为纵横波速度比为1.73。可见，岩石中传播的可见，岩石中传播的纵波比横波速度快纵波比横波速度快，所以所以在岩石中传播，纵

16、波总是早于横波被接收到在岩石中传播，纵波总是早于横波被接收到。一般，岩石的密度越大，传播速度越快，反之一般，岩石的密度越大，传播速度越快，反之亦然。亦然。在声速测井中，纵波是首波。在声速测井中，纵波是首波。在声速测井中，纵波是首波。在声速测井中，纵波是首波。对于沉积岩来讲，声波速度除了与上述基本因素有对于沉积岩来讲，声波速度除了与上述基本因素有对于沉积岩来讲，声波速度除了与上述基本因素有对于沉积岩来讲，声波速度除了与上述基本因素有关外，还和下列地质因素有关关外，还和下列地质因素有关关外，还和下列地质因素有关关外，还和下列地质因素有关:地质因素地质因素地质因素地质因素岩性岩性岩性岩性孔隙度孔隙度

17、孔隙度孔隙度岩石地质时代岩石地质时代岩石地质时代岩石地质时代岩石埋藏深度岩石埋藏深度岩石埋藏深度岩石埋藏深度声波速度的影响因素声波速度的影响因素声波速度的影响因素声波速度的影响因素 由于不同矿物的由于不同矿物的由于不同矿物的由于不同矿物的弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量大小不同，介质弹性模量的大大小不同，介质弹性模量的大大小不同，介质弹性模量的大大小不同，介质弹性模量的大小又是影响介质声速的主要因素，所以小又是影响介质声速的主要因素，所以小又是影响介质声速的主要因素，所以小又是影响介质声速的主要因素，所以由不同矿物构成的岩由不同矿物构成的岩由不同矿物构成的岩由不同矿物构成的岩石，其声速大小也不

18、同石，其声速大小也不同石，其声速大小也不同石，其声速大小也不同。常见的介质和岩石的纵波速度如下：。常见的介质和岩石的纵波速度如下：。常见的介质和岩石的纵波速度如下：。常见的介质和岩石的纵波速度如下：1 1 1 1、岩性、岩性、岩性、岩性 岩层孔隙中通常被岩层孔隙中通常被油、气、水油、气、水油、气、水油、气、水等流体介质所充填，这些等流体介质所充填，这些孔隙流体的孔隙流体的弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量和和密度密度密度密度不同于岩石骨架的弹性模量和密不同于岩石骨架的弹性模量和密度。度。显然，岩层显然，岩层孔隙度孔隙度孔隙度孔隙度和和孔隙流体孔隙流体孔隙流体孔隙流体的弹性模量和密度对岩层的弹性模

19、量和密度对岩层的声速有明显的影响。的声速有明显的影响。孔隙流体相对岩石骨架是孔隙流体相对岩石骨架是低速介质低速介质，所以，所以岩性相同孔隙岩性相同孔隙岩性相同孔隙岩性相同孔隙流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越小流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越小流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越小流体不变的岩石，孔隙度越大，岩石的声速越小。2 2、孔隙度、孔隙度、孔隙度、孔隙度 深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也深度相同成分相似的岩石，当地质时代不同时，声速也不同。不同。老地层比新地层具有更高的声速。老地层比新地层具有更高的声速。老地层比新地层具有更高的声速。老地层比新地层具有

20、更高的声速。3 3、岩石地质时代、岩石地质时代、岩石地质时代、岩石地质时代 4 4、岩石埋藏深度、岩石埋藏深度、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声速随岩层埋藏深度声速随岩层埋藏深度声速随岩层埋藏深度加深而增大加深而增大加深而增大加深而增大。这种变化是受上覆地层。这种变化是受上覆地层压力压力压力压力增大使岩石的增大使岩石的杨氏杨氏杨氏杨氏弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量增大。增大。岩层岩层埋藏较浅埋藏较浅的地层，埋藏深度增加时，其声速变化剧的地层，埋藏深度增加时，其声速变化剧烈；烈；深部深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化

21、不明显。地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明显。上述分析看出，可根据岩石声速来上述分析看出，可根据岩石声速来上述分析看出，可根据岩石声速来上述分析看出，可根据岩石声速来研究岩层，确定岩层的研究岩层，确定岩层的研究岩层，确定岩层的研究岩层，确定岩层的岩性和孔隙度岩性和孔隙度岩性和孔隙度岩性和孔隙度。在平面波的情况下，介质密度和介质中声波传播速度的在平面波的情况下，介质密度和介质中声波传播速度的乘积叫做乘积叫做波阻抗波阻抗波阻抗波阻抗。其它概念：其它概念：其它概念：其它概念：两种介质的两种介质的声阻抗相差越大声阻抗相差越大声阻抗相差越大声阻抗相差越大，声波能量就，声波能量就越难越难越难越难从介从介

22、质质中中透射透射透射透射到介质到介质中去。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能量的中传播时能量的藕合状况藕合状况藕合状况藕合状况来研究和评价固井状况的。来研究和评价固井状况的。Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，声波不易从介质越大或越小，声耦合越差，声波不易从介质1到介质到介质2中去。中去。Z1/Z2越接近越接近1，声耦合越好，声波易从介质，声耦合越好，声波易从介质1到介质到介质2中去。中去。Z Z1 1/Z/Z2 2也称声耦合率。也称声耦合率。也称声耦合率。也称声耦合率。井壁固液界面产生的两种波井壁固液界面产生的两种波井壁固液界面

23、产生的两种波井壁固液界面产生的两种波A.瑞利波瑞利波瑞利波瑞利波（井壁泥浆的交界面上产生的波，（井壁泥浆的交界面上产生的波，与横波混与横波混在一起不易区分在一起不易区分。）。）在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于水波的面波，这种波叫波，这种波叫波，这种波叫波，这种波叫波，这种波叫波，这种波叫瑞利波瑞利波瑞利波瑞利波瑞利波瑞利波(Rayleigh waves)(Ray

24、leigh waves)(Rayleigh waves)如图所示，瑞利如图所示，瑞利如图所示，瑞利如图所示，瑞利如图所示，瑞利如图所示，瑞利波具有以下特点：波具有以下特点：波具有以下特点：波具有以下特点：波具有以下特点：波具有以下特点：(1)(1)(1)产生在弹性介质的产生在弹性介质的产生在弹性介质的产生在弹性介质的产生在弹性介质的产生在弹性介质的自由表面自由表面自由表面自由表面自由表面自由表面。(2)(2)(2)质点运动质点运动质点运动质点运动质点运动质点运动轨迹为椭圆轨迹为椭圆轨迹为椭圆轨迹为椭圆轨迹为椭圆轨迹为椭圆。(3)(3)(3)质点运动方向相对于波的传播方向是质点运动方向相对于波的

25、传播方向是质点运动方向相对于波的传播方向是质点运动方向相对于波的传播方向是质点运动方向相对于波的传播方向是质点运动方向相对于波的传播方向是倒卷的倒卷的倒卷的倒卷的倒卷的倒卷的，波，波，波，波，波，波速约为横波波速的速约为横波波速的速约为横波波速的速约为横波波速的速约为横波波速的速约为横波波速的808080909090。瑞利波示意图瑞利波示意图B.斯通利波（斯通利波（Stoneley waves）由在泥浆中传播的纵波与在井壁中传播的横波相由在泥浆中传播的纵波与在井壁中传播的横波相干产生的相干波。速度很低且可用于计算地层渗透率。干产生的相干波。速度很低且可用于计算地层渗透率。斯通利波具有以下特点：

26、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：斯通利波具有以下特点：（1 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。）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。（2 2 2）对地层）对地层）对地层）对地层）对地层）对地层渗透性渗透性渗透性渗透性渗透性渗透性变化敏感。变化敏感。变化敏感。变化敏感。变化敏感。变化敏感。（3 3 3）低速低速低速低速低速低速，速度小于在钻井液中传播的直达波。，速度小于

27、在钻井液中传播的直达波。，速度小于在钻井液中传播的直达波。，速度小于在钻井液中传播的直达波。，速度小于在钻井液中传播的直达波。，速度小于在钻井液中传播的直达波。在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最在声波测井全波列图上，斯通利波是传播速度最低的声波。低的声波。低的声波。低的声波。低的声波。低的声波。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

28、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列示意图裸眼井声波测井接收器收到的全波列示意图三、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1 1 1 1、声波在界面上的、声波在界面上的、声波在界面上的、声波在界面上的反射反射反射反射和和和和折射折射折射折射法线法线入射线入射线反射线反射线折射线折射线1v12v2临界角及滑行波临界角及滑行波此时的入射角被称为此时的入射角被称为临界角临界角,即即:折射角等于折射角等于90900 0时的入时的入射角射角滑行波指滑行波指:当当v1 V泥浆泥浆2 2、到达接收探头的波类、到达接收探头的波类、到达接收探头的波类、到达接收探

29、头的波类折射纵波折射纵波泥浆波（直达波）泥浆波（直达波）反射波反射波3 3、让滑行纵波首先到达接收探头、让滑行纵波首先到达接收探头、让滑行纵波首先到达接收探头、让滑行纵波首先到达接收探头 因因反反反反射射射射波波波波、泥泥泥泥浆浆浆浆波波波波都都只只在在泥泥泥泥浆浆浆浆中中中中传传播播，V V V V地地地地大大大大于于于于V V V V泥泥泥泥，如如果果合合合合理理理理选选选选择择择择源源源源距距距距可可以以使使滑滑行行纵纵波波首首先先到到达达接接收收探探头头，而成其为首波。而成其为首波。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

30、然：CDCD正正好好是是仪仪器器的的间间距，时差与声速成反比。距，时差与声速成反比。时差的单位：时差的单位：s/ms/m4 4 4 4、时差的表达式、时差的表达式、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。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 OOFEG5 5 5 5、输出的测井曲线、输出的测井曲线、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/m气层气层

31、气层气层厚层厚层厚层厚层气水同层气水同层气水同层气水同层二、单发双收声系井下仪器组成二、单发双收声系井下仪器组成下井仪器下井仪器下井仪器下井仪器声系声系声系声系电子线路电子线路电子线路电子线路隔声体隔声体隔声体隔声体接接接接收收收收换换换换能能能能器器器器R R2 2接接接接收收收收换换换换能能能能器器器器R R1 1发发发发射射射射换换换换能能能能器器器器T T记录仪放大线路发射探头接收探头T声速测井仪示意图声速测井仪示意图隔声体隔声体隔声体隔声体 在在下下井井仪仪器器的的外外壳壳上上有有很很多多刻刻槽槽，称称之之为为隔隔隔隔声声声声体体体体，用用以以防防防防止止止止发发射射换换能能器器发发

32、射射的的声声波波经经仪仪器器外外壳壳传传至至接接收收换换能能器器造造成成对对地地层层测测量量的干扰。的干扰。三、声波时差曲线的影响因素三、声波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，因此时差值受时差值低，声速低的时差值高，因此时差值受地层特性地层特性地层特性地层特性的控制，此外还受到的控制，此外还受到井条件井条件井条件井条件及及仪器本仪器本仪器本仪器本身身身身的影响。的影响。影响因素影响因素影响因素影响因素井径变化的影响井径变化的影响井径变化的影响井径变化的影响地层厚度的影响地层厚度的影响地层厚度的影响地层厚度的影

33、响 “周波跳跃周波跳跃周波跳跃周波跳跃”现象的影响现象的影响现象的影响现象的影响 1.1.井径的影响井径的影响井径的影响井径的影响 R R1 1处在井径处在井径扩大井段扩大井段扩大井段扩大井段，R R2 2位于正常或缩小井段时，滑行位于正常或缩小井段时，滑行波波到达到达到达到达R R R R1 1 1 1的时间增加的时间增加的时间增加的时间增加，而，而到达到达到达到达R R R R2 2 2 2的时间不变的时间不变的时间不变的时间不变，因此，因此时差下时差下时差下时差下降降降降。R R1 1位于正常或缩小井段，位于正常或缩小井段，R R2 2位于井径位于井径扩大井段扩大井段扩大井段扩大井段，滑

34、行波，滑行波到达到达R R R R1 1 1 1的时间不变的时间不变的时间不变的时间不变，而到达，而到达R R R R2 2 2 2的时间增加的时间增加的时间增加的时间增加，因此，因此时差增加时差增加时差增加时差增加。当当R R1 1和和R R2 2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，t t t t1 1 1 1、t t t t2 2 2 2同时增同时增同时增同时增加或下降加或下降加或下降加或下降，时差不变时差不变时差不变时差不变。当当当当井井井井眼眼眼眼扩扩扩扩大大大大时时时时，在在在在井井井井眼眼眼眼扩扩扩扩大大大大井井井井段段段段的的的的上上上上下下下下界界界界面面面

35、面处处处处，时差曲线就会出现时差曲线就会出现时差曲线就会出现时差曲线就会出现假的异常假的异常假的异常假的异常：上界面处时差增大上界面处时差增大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下界面处时差减小下界面处时差减小 视真增大减小井径扩大井段 在在一一些些砂砂泥泥岩岩的的分分界界面面处处，常常常常发发生生井井径径变变化化，砂砂砂砂岩岩岩岩一一一一般般般般缩缩缩缩径而泥岩扩径径而泥岩扩径径而泥岩扩径径而泥岩扩径。因因此此，在在砂砂岩岩层层的的顶顶顶顶部部部部(相相当当于于井井眼眼扩扩大大井井段段的的下下界界面面)出出现现时时差差曲曲线线减减减减小小小小的的尖尖锋锋，砂砂岩

36、岩层层的的底底底底界界界界面面面面处处(相相当当于于井井眼眼扩扩大大井井段段的的上上界界面面)出出现现时时差差曲曲线线增增增增大大大大的尖锋。的尖锋。2.2.岩层厚度的影响岩层厚度的影响岩层厚度的影响岩层厚度的影响（1）厚层厚层厚层厚层（hlhl间距间距间距间距)曲线的曲线的半幅点半幅点半幅点半幅点为层界面为层界面,曲线幅度的曲线幅度的峰值为时差峰值为时差峰值为时差峰值为时差。（2）薄层薄层薄层薄层（h hl l间距间距间距间距）曲线受围岩的影响大，曲线受围岩的影响大，高速地层的高速地层的时差增加时差增加时差增加时差增加，用，用半半半半幅点幅点幅点幅点确定的层界面（视厚度确定的层界面（视厚度)

37、岩层的真实厚度岩层的真实厚度岩层的真实厚度岩层的真实厚度。间距间距间距间距3 3、周波跳跃的影响、周波跳跃的影响、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 通通常常，声声速速测测井井仪仪的的两两个个接接收收换换能能器器是是被被同同一一脉脉冲冲首首波波触发的。触发的。但但是是，在在含含含含气气气气疏疏疏疏松松松松地地地地层层层层情情况况下下，地地地地层层层层大大大大量量量量吸吸吸吸收收收收声声声声波波波波能能能能量量量量，声声声声波波波波发发发发生生生生较较较较大大大大的的的的衰衰衰衰减减减减，这这时时常常常常是是声声波波信信号号只只能能触触发发路路径径较较短短的的第第一一

38、接接收收器器的的线线路路。而而当当首首波波到到达达第第二二接接收收器器时时，由由于于经经过过更更长长的的路路径径的的衰衰减减不不能能使使接接收收器器线线路路触触发发，第第二二接接收收器器的的线线路路只只能能被被续续至至波波所所触触发发。因因而而，在在在在声声声声波波波波时时时时差差差差曲曲曲曲线线线线上上上上出出出出现现现现“忽忽忽忽大大大大忽忽忽忽小小小小”的的的的幅幅幅幅度度度度急急急急剧剧剧剧变变变变化化化化的的的的现现现现象象象象，这这种种现现象象就就叫叫周周周周波波波波跳跳跳跳跃跃跃跃。第第二二接接收收器器的的线线路路只只能能被被续续至至波波所所触触发发，在在声声波波时时差差曲曲线线

39、上上出出组组“忽忽大大忽忽小小”的的幅幅度度急急剧剧变变化化的的现象，即现象，即周波跳跃周波跳跃周波跳跃周波跳跃。（2 2）周波跳跃的特点）周波跳跃的特点（3 3）产生周波跳跃的各种情况产生周波跳跃的各种情况 周周波波跳跳跃跃现现象象的的存存在在，使使得得我我们们无无法法由由时时差差曲曲线线正正确确读读出出地地层层的的时时差差值值。但但是是，周周波波跳跳跃跃这这个个特特征征，却却可可以以作作为为判判判判断断断断裂裂裂裂缝缝缝缝发发发发育育育育地地地地层层层层和和寻寻寻寻找找找找气气气气层层层层的的主主要依据要依据。单发双收声系的单发双收声系的优点优点 (1)能直接测量岩层的能直接测量岩层的声波

40、速度或时差声波速度或时差声波速度或时差声波速度或时差，在，在固固定定l上，传播时间仅与岩层速度有关（上，传播时间仅与岩层速度有关（声波测井的声波测井的输出代表厚度为一个间距的地层输出代表厚度为一个间距的地层平均速度平均速度平均速度平均速度）。(2)根据间距划分薄层根据间距划分薄层根据间距划分薄层根据间距划分薄层。现实中可使间距为。现实中可使间距为0.5米米,则声波测井曲线能划分厚度则声波测井曲线能划分厚度0.5米以上岩层。米以上岩层。单发双收声系的单发双收声系的缺陷缺陷 1 1、井径扩大对时差曲线的影响、井径扩大对时差曲线的影响、井径扩大对时差曲线的影响、井径扩大对时差曲线的影响 在井眼几何尺

41、寸变化的层段，时差曲线出现在井眼几何尺寸变化的层段，时差曲线出现异常。在井眼扩大段的上、下界面分别出现时差异常。在井眼扩大段的上、下界面分别出现时差增大和减小的尖峰。增大和减小的尖峰。1、正常、正常2、DFCE正异常正异常单发双收声系的单发双收声系的单发双收声系的单发双收声系的缺陷缺陷缺陷缺陷 2 2、仪器记录点与实际深度点的偏移仪器记录点与实际深度点的偏移仪器记录点与实际深度点的偏移仪器记录点与实际深度点的偏移 单发双收声波测井仪单发双收声波测井仪实际深度点实际深度点实际深度点实际深度点定义为到达两个接定义为到达两个接收器的折射波的收器的折射波的折射点间的中点折射点间的中点折射点间的中点折射

42、点间的中点。分析测量及记录过程中发现，仪器记录点与声波在两分析测量及记录过程中发现，仪器记录点与声波在两个接收器对应地层中的实际传播路径的中点个接收器对应地层中的实际传播路径的中点不重合不重合不重合不重合，地层，地层中实际传播路径的中点中实际传播路径的中点偏向发射器一方偏向发射器一方偏向发射器一方偏向发射器一方。四、井眼补偿声速测井四、井眼补偿声速测井(BHC)(BHC)单单发发射射双双接接收收声声速速测测井井受受井井径径变变化化的的影影响响，声声波波时时差差曲曲线出现线出现假异常假异常假异常假异常。为为了了克克服服这这种种影影响响，发发展展了了双发射双接收双发射双接收双发射双接收双发射双接收

43、声速测井仪。声速测井仪。声系结构声系结构:双发双收双发双收 测测井井时时上上下下发发射射器器交交交交替替替替发发发发射射射射声声声声脉脉脉脉冲冲冲冲，两两个个接接收收器器接接收收T T1 1、T T2 2交交替替发发射射产产生生的的滑滑行行波波，得得到到时时差差tt1 1和和tt2 2，地地面面仪仪器器的的计计算算电电路路对对tt1 1和和tt2 2取取平平均均值值，记记录录仪仪记记录录出出平平均均值值tt时差曲线。时差曲线。两个接收器之间的距离（两个接收器之间的距离（间距间距间距间距）为）为0.5米，米，T1、R1和和R2、T2之间的距离为之间的距离为1米。米。声系结构声系结构:双发双收双发

44、双收AT1R1R2EBCDFT2t t上上t t下下+2=t t消除井径变化产生的影响消除井径变化产生的影响消除井径变化产生的影响消除井径变化产生的影响补偿原理补偿原理 双双双双发发发发射射射射双双双双接接接接收收收收声声声声速速速速测测测测井井井井仪仪仪仪测测测测量量量量的的的的tttt时时时时差差差差曲曲曲曲线线线线还还还还可可可可以以以以补偿仪器在补偿仪器在补偿仪器在补偿仪器在井中倾斜时井中倾斜时井中倾斜时井中倾斜时对时差造成的影响对时差造成的影响对时差造成的影响对时差造成的影响。井眼补偿声波测井由于源距井眼补偿声波测井由于源距短，只能在井眼短，只能在井眼直径较小直径较小直径较小直径较小

45、的井中的井中测得地层的声速。测得地层的声速。说明说明说明说明五、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（1）井径很大）井径很大（2）井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和）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。永冻地层中径向声速发生变化。以上两种情况是以上两种情况是以上两种情况是以上两种情况是BHCBHC无法解决的。无法解决的。无法解决的。无法解决的。解决的问题解决的问题解决的问题解决的问题六、时差曲线的应用六、时差曲线的应用

46、应用应用应用应用判断气层判断气层判断气层判断气层划分地层划分地层划分地层划分地层 确定岩石孔隙度确定岩石孔隙度确定岩石孔隙度确定岩石孔隙度 1.1.1.1.判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面判断气层、确定油气和气水界面据流体密度和声速有：据流体密度和声速有：V V水水 V V油油 V V气气在高孔隙和侵入不深的条件下能较好在高孔隙和侵入不深的条件下能较好的识别气层的识别气层,其特征其特征:气气层层气层时差气层时差气层时差气层时差曲线特点曲线特点曲线特点曲线特点常见于特别常见于特别疏松孔疏松孔隙度很大的砂岩气隙度很大的砂岩气层层中。因为地层含中。

47、因为地层含气对声波能量有很气对声波能量有很大的大的衰减作用衰减作用，造，造成周波跳跃。成周波跳跃。成岩较好、成岩较好、岩性纯净的岩性纯净的砂岩气层都砂岩气层都具有这一特具有这一特点点2 2、划分地层、划分地层、划分地层、划分地层 （确定地层的岩性）（确定地层的岩性）（确定地层的岩性）（确定地层的岩性）由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时差用时差划分地层划分地层划分地层划分地层。砂岩的时差砂岩的时差 11）C C C Cp p p p的求法的求法的求法的求法:C Cp p=t tshsh /t tshpshp t tshpshp是固结压实泥岩的时差

48、是固结压实泥岩的时差 t tshsh目的层附近的泥岩时差目的层附近的泥岩时差C C C Cp p p p与深度成反比与深度成反比与深度成反比与深度成反比,深度越深深度越深,地层越压实地层越压实,胜利油田的经验公式胜利油田的经验公式:C C C Cp p p p=1.68-0.0002*H=1.68-0.0002*H=1.68-0.0002*H=1.68-0.0002*H本节重点：本节重点：1、了解声波时差测井的基本原理、了解声波时差测井的基本原理2、熟悉常见、熟悉常见岩石骨架声波时差值及大小关系岩石骨架声波时差值及大小关系3、掌握声波时差曲线的应用（识别气层、掌握声波时差曲线的应用（识别气层、计算计算地层孔隙度地层孔隙度等）等）