测井-6-声波测井

1、声波测井方法原理及应用声波测井方法原理及应用 沈金松沈金松 中国石油大学中国石油大学(北京北京)地球物理系地球物理系 第六章第六章 声波测井声波测井第一节第一节 声波测井的物理基础声波测井的物理基础第二节第二节 声波速度测井声波速度测井第三节第三节 声速测井的解释与应用声速测井的解释与应用第四节第四节 声波幅度测井声波幅度测井第五节第五节 井壁声波电视测井井壁声波电视测井 第一节第一节 声波测井的物理基础声波测井的物理基础一一. . 声波测井概述声波测井概述二二. . 岩石的声学特性岩石的声学特性三三. . 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播四四. . 井壁声波电视测井井壁声波电

2、视测井【声波测井】运用声波在岩层中的各种传波【声波测井】运用声波在岩层中的各种传波规律规律,研究钻孔中岩层特点的方法称为声波测研究钻孔中岩层特点的方法称为声波测井井. 于己于于己于1951年提出年提出,最初是想通过声波测井最初是想通过声波测井获得岩层速度资料获得岩层速度资料,为地震解释服务为地震解释服务.后来发现后来发现速度与孔隙度等有密切关系速度与孔隙度等有密切关系.石油钻井中广泛采用的声波测井方法有石油钻井中广泛采用的声波测井方法有:声声波速度波速度测测井井;声波幅度测井声波幅度测井;声波电视测井声波电视测井,偶极声波测井偶极声波测井;声波全波测井声波全波测井;一一. . 声波测井概述声波

3、测井概述【声速测井】测量声波在岩层中传播速度的【声速测井】测量声波在岩层中传播速度的测井方法测井方法. 可用于判断岩性、计算孔隙度、研可用于判断岩性、计算孔隙度、研究孔隙中流体等究孔隙中流体等. 【声幅测井】是研究声波在地层或套管内传【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播过程中幅度的变化,用于识别地层及固井水用于识别地层及固井水泥胶结情况的一种声波测井泥胶结情况的一种声波测井. 【声波全波测井】测量声波在地层中传播时【声波全波测井】测量声波在地层中传播时波形变化波形变化,以研究波在地层中传播的运动学与以研究波在地层中传播的运动学与东动力学特征的声波测井方法东动力学特征的声波

4、测井方法.一一. . 声波测井概述声波测井概述二二. 岩石的声学特性岩石的声学特性 声波测井使用的频率介于声波与超声波之声波测井使用的频率介于声波与超声波之间间,20-20000Hz,频率大于频率大于20kHz的声波称为超的声波称为超声波声波.1. 介质的弹性介质的弹性【弹性体】物体受外力作用发生形变弹性体】物体受外力作用发生形变,取消外取消外力后仍能恢复到其原来状态的物体称为弹性力后仍能恢复到其原来状态的物体称为弹性体，弹性体发生的形变称为弹性形变。体，弹性体发生的形变称为弹性形变。【 【朔性体】物体受外力作用朔性体】物体受外力作用发发生形生形变变,取消外力取消外力后不能恢复到其原来状后不能

5、恢复到其原来状态态的物体称的物体称为为朔性体，朔性体，朔性体朔性体发发生的形生的形变变称称为为朔性形朔性形变变。 。二二. 岩石的声学特性岩石的声学特性物体是弹性体还是朔性体与下列因素有关物体是弹性体还是朔性体与下列因素有关:1) 物体本身的性质物体本身的性质;2) 作用其上外力的大小作用其上外力的大小;3) 作用力作用的时间及作用的方式等作用力作用的时间及作用的方式等;2. 弹性参数弹性参数【杨氏模量杨氏模量,E】 E =应力/应变 应变应变:弹性体单位长度的形变弹性体单位长度的形变,dL/L; 应力应力:弹性体单位截面上的弹性力弹性体单位截面上的弹性力,F/A;二二. 岩石的声学特性岩石的

6、声学特性2. 弹性参数弹性参数【泊松比泊松比, 】 :横向相对减缩横向相对减缩; :纵向相对伸长纵向相对伸长;/D DL L /D D/L L【 【切切变变模量模量, 】 】/tFAl l:剪切剪切应应力力;:剪切剪切应变应变;/tFA/ l l二二. 岩石的声学特性岩石的声学特性2. 弹性参数弹性参数【体积形变弹性模量体积形变弹性模量, 】 :应力大小应力大小; :体积应变体积应变;纵横波速度与弹性模量的关系纵横波速度与弹性模量的关系:/F AKV V K/F A/V V14/311 2pEKV12 1sEV三三. 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播1. 声波在界面上的传播声波

7、在界面上的传播 折射折射.反射和透射反射和透射2. 井孔及周围地层中声波的传播井孔及周围地层中声波的传播3. 影响声波传播的因素影响声波传播的因素三三. 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播1. 声波在界面上的传播声波在界面上的传播 折射折射.反射与透射遵循折射与反射与透射遵循折射与反射定律反射定律:12sinsinVV三三. 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播2. 井孔及周围地层中声波的传播井孔及周围地层中声波的传播 直达波直达波. 井壁一次反射波井壁一次反射波. 井壁地层中的滑行波井壁地层中的滑行波 泥浆中的直达波(纵波) 井壁的滑行波(纵波) 地层中的透射波(纵

8、波,横波,斯通利波) 地层中的发射波(纵波,横波,斯通利波) 地层中的转换波(横波)三三. 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播2. 井孔及周围地层中声波的传播井孔及周围地层中声波的传播多界面的折射波与径向研究深度多界面的折射波与径向研究深度声波测井的探测深度声波测井的探测深度三三. 声波在井眼及地层中的传播声波在井眼及地层中的传播3. 影响声波传播的因素影响声波传播的因素 岩性岩性 孔隙流体孔隙流体 岩层的地质时代岩层的地质时代 地层埋深地层埋深常见岩石和介质纵波传播速度常见岩石和介质纵波传播速度介质时差(us/m)介质时差(us/m)空气3000泥岩252-548甲烷2260致

9、密砂岩 182石油985-957致密灰岩 143-156水620-655致密白云岩125铁187盐岩193-217冲积层1640无水石膏 163-164氯丁橡胶1620泥灰岩156-330常见岩石的吸收系数岩石吸收系数花岗岩0.21-0.384玄武岩0.414闪绿岩0.21灰岩0.04-0.366砂岩1.77-0.71页岩2.32-0.68一一. . 单发双收测井单发双收测井二二. . 补偿声波测井补偿声波测井三三. . 长源距声波测井长源距声波测井四四. . 阵列声波阵列声波第二节第二节. 声波速度测井声波速度测井一一. . 单发双收测井单发双收测井 声波频率-20kHz,脉冲频率20Hz,

10、属超声波范畴. 发射器与接收器之间的距离称为源距. 两个接收器之间的距离称为间距.11121BRTAABtVVV22121CRTAACtVVV2121211212 CRBRBCtttVVVBCifCRBRtV 二二. 补偿声波测井补偿声波测井 补偿声波是在单发双收的基础上,为补偿井眼和仪器倾斜的影响提出的. 仪器的补偿原理. 三三. 长源距声波测井长源距声波测井 为获得更好的声波全波,将各波类分开. 增加探测深度,过渡带深度15cm-125cm, 源距要求2.5米左右. 不同探测器组合时差的计算. 四四. 阵列声波测井阵列声波测井 为获得更好的声波全波,将各波类分开. 既增加探测深度,又不降低

11、分辨率,而且不使仪器过长,这样既要求有长探测测量,又有短探测测量,硬件实现困难. 采用相关和叠加等技术,为研究薄层需要. 采用软件合成技术得到不同间距和源距的测量.第三节第三节 声速测井的解释与应用声速测井的解释与应用 一一. . 声波测井曲线的声波测井曲线的影响影响因素因素 二二. . 声波测井在储层研究中的应用声波测井在储层研究中的应用 三三. .声波测井在地震勘探中的应用声波测井在地震勘探中的应用第四节第四节 声波幅度测井声波幅度测井 一一. . 声幅测井测量原理声幅测井测量原理 二二. . 影响影响因素因素 三三. . 声幅测井的应用声幅测井的应用 e. 固井声幅测井固井声幅测井 声波

12、幅度测井声波幅度测井 主要利用水泥环与套管间的胶主要利用水泥环与套管间的胶结好坏对声波反射和透射能量的影响结好坏对声波反射和透射能量的影响, ,测量反测量反射声波的幅度射声波的幅度, ,用于检查水泥固井的质量用于检查水泥固井的质量. .发射器发出的声波最先到达接收器的是沿套发射器发出的声波最先到达接收器的是沿套管传播的滑行波产生的折射波管传播的滑行波产生的折射波. . 声幅测井测量的是初至波第一个波峰的幅声幅测井测量的是初至波第一个波峰的幅度因为套管中的声波速度是固定的度因为套管中的声波速度是固定的, ,测量仪只测量仪只要在发射声脉冲后一定时间开一个时窗要在发射声脉冲后一定时间开一个时窗, ,

13、让第让第一个波峰进入一个波峰进入, ,然后将断续测得的幅度值积分然后将断续测得的幅度值积分, ,得到连续的声幅曲线得到连续的声幅曲线. .$当套管外没有水泥环或水泥环与套管胶结不当套管外没有水泥环或水泥环与套管胶结不好好,套管与水泥的声阻抗耦合差或没有套管与水泥的声阻抗耦合差或没有, 声波基声波基本不向水泥环和地层透射本不向水泥环和地层透射,基本沿套管传播基本沿套管传播,能能量衰减很小量衰减很小. 当套管外水泥与套管胶结良好当套管外水泥与套管胶结良好,套管与水泥的声套管与水泥的声阻抗耦合好阻抗耦合好,声波能量大部分向水泥环和地层透声波能量大部分向水泥环和地层透射射,反射到接收器的能量减弱反射到

14、接收器的能量减弱. 若以没有胶结的声波幅度作为若以没有胶结的声波幅度作为100%,100%,胶结好坏胶结好坏可以按声波幅度的百分数来划分可以按声波幅度的百分数来划分: : 幅度低于幅度低于20%,20%,胶结好胶结好; ; 幅度低于幅度低于20%-30%,20%-30%,胶结中等胶结中等; ; 幅度大于幅度大于30%,30%,胶结差胶结差; ;声幅测井的影响因素 源距的选择源距的选择,源距大能量弱源距大能量弱,分辨率高分辨率高,探测探测深度小深度小; ;源距小能量强源距小能量强,分辨率低分辨率低,探测深度探测深度大大,目前国产仪用目前国产仪用1 1米米. 声波幅度衰减与水泥胶结的时间有关部声波

15、幅度衰减与水泥胶结的时间有关部门门,注水泥后注水泥后20-40h20-40h效果最好效果最好. 声波幅度衰减与水泥性质声波幅度衰减与水泥性质,质量有关质量有关. 声波幅度测井只能研究第一界面声波幅度测井只能研究第一界面,即套管即套管与水泥环的界面与水泥环的界面,不能反映水泥环与地层不能反映水泥环与地层的界面的界面. f. 井壁声波电视测井井壁声波电视测井 利用声波在井壁的反射能量或幅度的大小,直接观察井壁情况的方法. 发射信号的强度与井壁介质的密度,光滑程度等反射条件有关. 根据反射波的衰减情况,可以反映井壁岩性,裂缝,溶洞及坍塌等情况.目前主要的应用: 反映井壁结构和缝洞发育情况. 鉴别岩性和岩层发育产状. 确定缝洞的位置和方位,进行定量分析. 检查套管和射孔情况. 与声波时差结合,可以研究井壁近旁岩石的浸泡情况.二二. 声波测井的影响因素声波测井的影响因素 周期跳跃. 正常情况下正常情况下,两个相两个相邻邻的接收器的接收器应为应为同一个首同一个首波波峰前沿触波波峰前沿触发发,但在但在实际测实际测井井环环境中境中,由于声波衰由于声波衰减减严严重重,使两个相使两个相邻邻的接收器的接收器应应不不为为同一个首波波同一个首波