声波测井-声速测井ppt课件

1、第四章第四章 声波速度测井声波速度测井u声波速度测井是丈量井下岩石地层的声波传播声波速度测井是丈量井下岩石地层的声波传播速度或时差，以判别井剖面地层的岩性，速度或时差，以判别井剖面地层的岩性，估算储集层孔隙度的测井方法。估算储集层孔隙度的测井方法。u声波速度测井是岩性孔隙度测井系列中的主声波速度测井是岩性孔隙度测井系列中的主要测井方法之一。要测井方法之一。u声波速度测井所记录的地层声速普通是指地层声波速度测井所记录的地层声速普通是指地层纵波的速度或时差。纵波的速度或时差。第一节第一节 声波在井壁上的折射与滑行波声波在井壁上的折射与滑行波井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井井下声波发射探头发

2、射出的声波，一部分在井壁井内泥浆与井壁岩层分界面上发生反射；壁井内泥浆与井壁岩层分界面上发生反射；一部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由一部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由于井壁地层是固相介质，因此，折射进入地层于井壁地层是固相介质，因此，折射进入地层的声波能够转换成为折射纵波和折射横波。的声波能够转换成为折射纵波和折射横波。井内泥浆声速井内泥浆声速C1 VP1VP2 VP1时时, ,折射角折射角 = 90 = 90时产生滑行纵波时产生滑行纵波折射定律折射定律: :VPVPinin211SS第一临界角第一临界角: :1 1* *=arcsin(VP1/VP2)=arcsin(VP1/VP

3、2)第二临界角第二临界角: :2 2* * = arcsin(VP1/VS2) = arcsin(VP1/VS2)同理可得出同理可得出: :当折射产生横波时有当折射产生横波时有212VSVPSinSin介质名称介质名称VP (m/s)VP (m/s)VS (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 产生滑行横波砂 层（疏松）263015183728不产生滑行横波砂 岩（疏松）3850230024334405砂 岩（致密）55003200165530石灰岩（骨架）7000370013132537白云岩（骨架）7900440011412119钢

4、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三三 反射系数、折射系数反射系数、折射系数R R、T T反射系数反射系数R R：R=WR/W=R=WR/W=反射波的能量反射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =( =(2 2V2-V2-1 1V1)/(V1)/(2 2V2+V2+1 1V1)V1)折射系数折射系数T T：T=WT/W=T=WT/W=折射波的能量折射波的能量/ /入射波的能量入射波的能量 =2 =21 1V1/(V1/(2 2V2+V2+1 1V1)V1)入射角入射角=0=0，T+R=1T+R=1四四 波阻抗、声耦合率

5、波阻抗、声耦合率(1)(1)波阻抗波阻抗Z Z 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：Z1/Z2Z1/Z2Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，越大或越小，声耦合越差，R大，大，T小，小，声波不易从介质声波不易从介质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，声耦合越好，R小，小，T大，声大，声波易从介质波易从介质1到介质到介质2中去。中去。费尔马原理费尔马原理普通声波在均匀各向同性、完全弹性的无限普通声波在均匀各向同性、完全弹性的无限大介质中传播时，它经过空间恣意两点时，大介

6、质中传播时，它经过空间恣意两点时，是沿着这两点所决议的直线传播的。然而，是沿着这两点所决议的直线传播的。然而，实际和实验证明，在不均匀介质中，假设各实际和实验证明，在不均匀介质中，假设各向异性介质，声波并不沿直线传播，这时声向异性介质，声波并不沿直线传播，这时声波在传播时遵照何种规律呢？波在传播时遵照何种规律呢？费尔马原理：声波在普通介质中传播时，所经过费尔马原理：声波在普通介质中传播时，所经过的恣意两点的传播途径满足所用时间最小的传播的恣意两点的传播途径满足所用时间最小的传播条件，这就是费尔马时间最小原理，这一原理是条件，这就是费尔马时间最小原理，这一原理是从光动摇学中自创而来的。在介质的声

7、学性质知从光动摇学中自创而来的。在介质的声学性质知的情况下，可以根据费尔马原理来确定声波在经的情况下，可以根据费尔马原理来确定声波在经过介质的恣意两点时所走的途径，还可以确定声过介质的恣意两点时所走的途径，还可以确定声波的走时，即声波经过这两点时所用的时间。波的走时，即声波经过这两点时所用的时间。惠更斯原理惠更斯原理介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，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；可以为每个子波源都可以向各个方称为子波源；可以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的，新的波前

8、就是由这些子介质的声波速度传播的，新的波前就是由这些子波相互叠加而构成的，这些子波所构成的包络决波相互叠加而构成的，这些子波所构成的包络决议了新的波前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯议了新的波前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯原理，利用知的波前可求得后来时辰的波前。原理，利用知的波前可求得后来时辰的波前。第二节第二节 声波速度测井声波速度测井一一 单发双收的丈量原理单发双收的丈量原理1 1 声系声系T T：发射探头电能转化为声能。：发射探头电能转化为声能。R R：接纳探头声能转化为电能；：接纳探头声能转化为电能；声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特性声波在介质中的传播主要指声速、声幅和频率特

9、性井筒井筒井壁井壁ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点O OO2 2 岩石的声速特性及影响要素岩石的声速特性及影响要素(1)VP(1)VP、VSVS与与 、 、E E间的关系间的关系)21)(1 ()1 (EVP)1 (2EVS当当 =0.25=0.25，VP/VS=1.73,VP/VS=1.73, E VP(S) E VP(S)(2) (2) 传播速度与岩性的关系传播速度与岩性的关系岩性不同岩性不同 弹性模量不同弹性模量不同 VP VP、VSVS的影响的影响不同不同 VP VP、VSVS不同不同 (3) (3) 孔隙度的影响孔隙度的影响流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对流体

10、的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性一样，其中的流体也不同。孔隙度讲，即使岩性一样，其中的流体也不同。孔隙度增大，传播速度就降低。增大，传播速度就降低。(4)(4)岩层的地质时代影响岩层的地质时代影响实践资料阐明：厚度、岩性一样，岩层越老，那么传实践资料阐明：厚度、岩性一样，岩层越老，那么传播速度越快。播速度越快。(5) (5) 岩层的埋藏深度影响岩层的埋藏深度影响岩性和地质时代一样：埋深添加导致传播速度添加。岩性和地质时代一样：埋深添加导致传播速度添加。结论：可用传播速度来研讨岩层的岩性和孔隙度。结论：可用传播速度来研讨岩层的岩性和孔隙度。3 3 岩层的声幅特性岩层的声幅特性平

11、面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的能量与平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的能量与其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声波能量的其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声波能量的高低。高低。 J= J0e-2L J= J0e-2L J J： 声波经过声波经过L L间隔后的声间隔后的声强强 J0 J0： 初始声强初始声强 ：介质的吸收系数：介质的吸收系数 下降下降 V V下降下降 添加添加 频率添加频率添加 添加添加2 2 单发双收的丈量原理单发双收的丈量原理(1) (1) 产生滑行波的条件产生滑行波的条件(V(V地地VV泥浆泥浆) ) 产生滑行波的产生滑行波的过程是可逆的过程是可逆的(2)

12、 (2) 到达接纳探头的波类到达接纳探头的波类折射纵波折射纵波反射波反射波泥浆波泥浆波( (直达波直达波) )(3)(3)滑行纵波首先到达接纳探头滑行纵波首先到达接纳探头因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V地大于地大于V泥，泥，假设合理选择源距可以使纵波首先到达接纳探头，而假设合理选择源距可以使纵波首先到达接纳探头，而成其为首波。成其为首波。(4)(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间隔所用的时间时差：在介质中声波传播单位间隔所用的时间)121()121(12vCEvBCvABvDFvBDvABttt假设井径规那么，那么假设井径规那么，那么

13、AB=DF=CEAB=DF=CE，上式为：，上式为：22vCDvBCBDt 显然，显然，CDCD正好是仪器的间距正好是仪器的间距( (常数常数) )，时差与声速成反，时差与声速成反比。时差的单位：比。时差的单位：s/ms/m。时差时差 s/ms/m(5)(5)输出的测井曲线输出的测井曲线 ( (一条声波时差曲线一条声波时差曲线) )二二 影响时差的要素影响时差的要素1 1 井径的影响井径的影响 R1( R1(处在处在D D添加添加) )，R2(R2(位于正常或减少位于正常或减少) )井段时，滑行波井段时，滑行波到达到达R1R1的时间添加，而到达的时间添加，而到达R2R2的时间不变，因此时差的时

14、间不变，因此时差下降。下降。 R1 R1位于正常位于正常( (或减少井段或减少井段) )，R2R2位于井径扩展，滑行波位于井径扩展，滑行波到达到达R1R1的时间不变，而到达的时间不变，而到达R2R2的时间添加，因此时差的时间添加，因此时差添加。添加。 当当R1R1和和R2R2都处于井径扩展或减少井段时，都处于井径扩展或减少井段时，t1t1、t2t2同时同时添加或下降，或不变。添加或下降，或不变。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),),曲线的半幅点为层界面曲线的半幅点为层界面, ,曲线幅曲线幅度的峰值为时差。度的峰值为时差。间距间距(2) (2) 薄层

15、薄层h hl l间距曲线受围岩的影响大，高速地间距曲线受围岩的影响大，高速地层的时差添加，用半幅点确定的层界面视厚度岩层的时差添加，用半幅点确定的层界面视厚度岩层的真实厚度层的真实厚度间距间距(3) (3) 薄互层薄互层( (交互层中小层的厚度交互层中小层的厚度) )，此时，曲线不能，此时，曲线不能反映地层的真正时差值，由于各层间的相互影响，反映地层的真正时差值，由于各层间的相互影响，曲线呈锯齿壮。曲线呈锯齿壮。 间距间距时差时差3 3 周波腾跃的影响周波腾跃的影响(1) (1) 产生的缘由产生的缘由由于在滑行首波到达接纳探头的途径中遇到由于在滑行首波到达接纳探头的途径中遇到吸收系数很大的介质

16、吸收系数很大的介质, ,首波能触发首波能触发R1R1但不能触但不能触发发R2,R2R2,R2被幅度较高的后续波触发被幅度较高的后续波触发, ,因此因此, ,时差时差增大增大. .(2) (2) 周波腾跃的特点周波腾跃的特点时差值大大添加时差值大大添加且呈周期性的腾跃且呈周期性的腾跃(3) (3) 产生周波腾跃的各种情况产生周波腾跃的各种情况含气的疏松砂岩含气的疏松砂岩裂痕性地层或破碎带裂痕性地层或破碎带泥浆气侵泥浆气侵三三 井眼补偿声速测井井眼补偿声速测井(BHC)(BHC)井眼不规那么时，有：井眼不规那么时，有：T1T1R1R1R2R2T2T2A AB BE EC C112111VBRVAB

17、VATt 122112VCRVACVATt 1122121VBRCRVBCttt 从图中所知从图中所知:CR2BR1,:CR2BR1, t1t1CR2ER1CR2， t2t2 t t1212212VCRERVECttt 221)tt(t 平均后的补偿声速时差值不变。平均后的补偿声速时差值不变。同理：在井径扩展的顶界面也如此同理：在井径扩展的顶界面也如此, ,对仪器的倾斜也对仪器的倾斜也有补偿作用有补偿作用. .四四 长源距声波测井长源距声波测井发射器到接纳器的间隔为发射器到接纳器的间隔为8ft8ft、10ft10ft、12ft12ft1 1 处理的问题处理的问题井径很大井径很大井周围泥岩发生蚀

18、变时，一些非固结和永冻地层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。中径向声速发生变化。以上两种情况是以上两种情况是BHCBHC无法处理的。无法处理的。2 2 优点优点时差不受泥浆侵蚀或大井眼的影响，假设不思索散射时差不受泥浆侵蚀或大井眼的影响，假设不思索散射问题，它所测得的速度完全可以与地震记录的速度对问题，它所测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。比。五五 声波时差曲线的运用声波时差曲线的运用1 1 判别气层、确定油气和气水界面判别气层、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VV油油VV气气在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层在高孔隙和侵

19、入不深的条件下能识别气层, ,其特征其特征: :气气层层周波腾跃周波腾跃高声波时差高声波时差( (大大3030微秒微秒/ /米米以上以上) )2 2 划分地层划分地层 ( (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波速度，因此可以用由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此可以用时差划分地层。时差划分地层。致密岩石的时差致密岩石的时差 孔隙性岩石的时差孔隙性岩石的时差岩层的孔隙添加声速下降时差添加岩层的孔隙添加声速下降时差添加砂岩的时差砂岩的时差 0.3,所以该层的流体性质是油气水同所以该层的流体性质是油气水同层，层，SO =1-SW = 67.7%(2) (2) 根据阿尔

20、奇公式有：根据阿尔奇公式有： 疏松砂岩类疏松砂岩类 e= e= s/cp cp:s/cp cp:压实系数，固结压实地层压实系数，固结压实地层cp=1,cp=1,否那么否那么cp1cp1压实系数压实系数cpcp的求法的求法: :A A 深度法：深度法：CpCp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, ,某某油田的阅历公式油田的阅历公式: Cp=1.68-0.0002: Cp=1.68-0.0002H HB B 时差对比法：时差对比法：Cp=Cp= tsh/tsh/ tshptshp； tshp:tshp:是固结压实是固结压实泥岩的时差。泥岩的时差。 固结压实泥质地层固结压实泥质地层 t= t= tshVsh+tshVsh+ tftf + + tma(1-Vsh-tma(1-Vsh- ) ) 非均匀孔隙地层非均匀孔隙地层用次生孔隙指数来反映地层的裂痕的发育情况：次生