地球物理测井声波测井

地球物理测井声波测井第一页，共八十五页，2022年，8月28日9声波测井利用岩石的声学特性（声波速度、声幅）来研究岩石的一类方法。

第二页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性声波的成分及速度：声波是由物质的机械振动产生的。通过质点间的相互作用将振动由近及远地传递，根据质点运动特征的不同，声波可分为：①纵波（或压缩波或P波）：质点的振动方向与波的传播方向一致。纵波主要产生体积变化，所以也称压缩波。

第三页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性在介质中的速度：Vp—介质中纵波的速度（）（m/s）

ρ—介质的体积密度（g/cm3）

第四页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性在介质中的速度：E—介质的杨氏模量（纵向伸长系数）：

——单位截面上受的力与单位长度的形变之比。

第五页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性在介质中的速度：σ—泊松比（横向压缩系数）——横向相对压缩与纵向相对伸长之比

第六页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性②横波（或剪切波或S波）质点的振动方向与波的传播方向垂直。横波主要引起形状变化（切变），也称之为剪切波。在介质中的速度：

第七页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性③面波：在厚度约等于波长的层内沿介质的表面传播的波。包括：瑞利波：其速度约等于0.9Vs～Vs拉夫波：其速度约等于0.9Vs～Vs偶波：它是最快的面波：速度=0.9Vs～Vs斯通利波：是在液—固体界面上由液体中的纵波和固体中的横波干涉所产生的。其速度小于固体中的Vs和液体中的Vp。第八页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性可以看出：（1）介质中的声波速度与介质的弹性系数及体积密度（岩性、Φ……)有关。第九页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性（2）同一介质中的不同波的速度不同；

对于大多数沉积岩：Vp≈1.73Vs即一般纵波速度Vp大于横波速度Vs，横波速度大于面波速度。

第十页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性波的折射与反射；声波在经过不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，且遵循光的反射定律和折射定律。第十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性对于纵波：

第十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性对于横波：

第十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性当β=90o时,折射波沿界面传播—滑行波这时的i—全反射角（临界入射角）

第十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性反射系数和折射系数：

第十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性ρ1V1与ρ2V2的差别越大，反射系数越大，折射系数越小。

第十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性波的干涉：当相同频率的几个波到达同一点时发生波的干涉，即振动加强（相位相同）或减弱（相位相反）。

第十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.1岩石的声学特性引起声波幅度衰减的其他原因：地层吸收能量而使幅度衰减（即质点的振动要克服相互间的摩擦力）。不同的介质对波幅的衰减程度不同，它主要取决于：（1）波的频率（波长）及波的类型（纵波、横波等）（2）地层的密度(一般密度越小，声幅的衰减越严重)（3）岩石的结构（颗粒大小、接触情况等）（4）介质中的声波速度

。

第十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波速度测井简称声速测井，它主要是通过测量波的速度来研究地层。

第十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）单发双收声速测井仪测量过程中发射探头发射声脉冲，接收探头接收声脉冲。

第二十页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）（1）泥浆直达波：

第二十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）（2）一次反射波：

第二十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）多次反射波：

第二十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）（3）滑行波

第二十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波的传播：（1）泥浆直达波：（2）一次反射波：多次反射波：（3）滑行波显然，泥浆直达波、反射波都是在泥浆中传播的，其传播速度与地层无关，只有滑行波的传播与地层有关。第二十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）滑行波作为首波到达接收器R的条件：因为

所以

第二十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）滑行波作为首波到达接收器R的条件：

第二十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）滑行波作为首波到达接收器R的条件：第二十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波时差与地层速度的关系：滑行波到达R1的时间TR1

：第二十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波时差与地层速度的关系：滑行波到达R2的时间TR2

：第三十页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波时差与地层速度的关系：滑行波到达R1、R2的时间差

：其中：l—仪器的间距，对于某一仪器l=常数。所以，ΔT反映了地层声速的变化。但ΔT的大小还与l有关，即某地层用不同的仪器测量时，随l的不同所测得的ΔT也会不同，给解释带来不便。第三十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）测井所记录的声波时差：同一地层Vt不变，用不同的仪器测量时Δt相同。而不同地层，Vt不同。即用Δt可以分析地层的Vt解决相应的地质问题：Δt的单位：μs/m或μs/ft；记录点：是R1与R2的中点。第三十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）其他声速测井仪的测量原理（从略）

它们与单发双收有一定的差别，每一种测井仪器的诞生都是对已有测井仪器工作性能的改进。如：双发双收声波测井仪的研制就是为了克服井眼的影响。第三十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）对于单发双收测井仪在井眼扩大井段的上下界面处，时差曲线出现假异常。

第三十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）双发双收测井仪可克服井眼的影响。由T1R1R2测得Δt1由T2R2T1测得Δt2

其测量结果受井眼的影响较小。第三十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）总之，我们通过各种声速测井仪器可获得与地层声速成倒数关系的声波时差。

第三十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）影响因素：井眼大小的影响第三十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）影响因素：层厚的影响：对于薄层（h<l）时，其声波时差测井值将受围岩的影响。

第三十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）周波跳跃的影响：T发射一定能量的声脉冲之后，两个记时器同时开始记时。

第三十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）周波跳跃的影响：R1接收到该声脉冲的首波后停止记时，测得的时间为TR1。该声脉冲在地层中继续传播，其到达R2时,R2停止记时，测得的时间为TR2ΔT=TR2—TR1第四十页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）Δt=ΔT/l=1/Vt当声信号到达接收器，而没有足够的能量触发接收器使其停止记时时，测得的TR2、TR1中的一个或两个都不准确，从而使Δt>Δt实际或Δt〈Δt实际，即在某层为不定值(忽大忽小)。这种现象就是“周波跳跃”。

第四十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）

“周波跳跃”在曲线上的特征

第四十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波时差曲线的特点：①对应于地层中部其测井值最接近于地层的真实的声波时差。（受围岩的影响小）②对于厚层(h>l)曲线的半幅点对应于层界面。

第四十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）声波时差测井曲线的应用⑴划分地层不同的岩层具有不同的Δt对于厚层(h>l)曲线的半幅点对应于界面

。第四十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）⑵识别气层气与油和水相比有两个重要特点：①气的声速比油和水的要小的多。②气对声幅的衰减比油和水严重的多。

第四十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）⑵识别气层气层的声波时差明显大于油层和水层;气层容易引起周波跳跃注意：用声波时差识别气层一定要排除假象：Ⅰ泥浆中的气浸Ⅱ严重扩径Ⅲ碳酸盐岩中的裂缝带

。

第四十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）⑶确定地层的孔隙度Ф方法一用岩芯刻度测井；方法二用体积模型法推导：

其中：Δtma——骨架的声波时差Δtf——孔隙流体的声波时差(通常为泥浆滤液的声波时差)。

第四十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）第四十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）第四十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度Ф注意：用Δt求Ф时一定要注意其应用条件。当某些条件有差异时,就要进行相应的校正。

第五十页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度Ф若地层孔隙中并非完全是泥浆滤液时就要进行油气校正：

第五十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度Ф压实校正：

第五十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度Фcp的确定方法方法:Ⅰ用邻层泥岩的声波时差与标准泥岩的声波时差进行确定的单位为：的单位为：——为泥岩的声波时差第五十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度ФⅡ将Фs与实验分析的Ф比较

——岩石的真孔隙度第五十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.2声波速度测井（AC）确定地层的孔隙度Ф泥质校正

:

第五十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.3声幅测井

井分为裸眼和套管井两种,声波在这两种井中的传播是有一定的差别的,所以声幅测井的原理及应用就不尽相同。

第五十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.1裸眼井中的声幅测井⑴仪器结构⑵记录的信息:滑行纵波首波的幅度第五十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.1裸眼井中的声幅测井

⑶主要用途:①判别气层:气对声幅的衰减较油和气都要大(条件是冲洗带中有气存在)②识别裂缝及溶洞带:Ⅰ裂缝的反射使声幅减弱Ⅱ洞处的散射、干涉、反射使声幅减弱

。第五十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井套管井中声波的传播及特点:1．泥浆波:(1)直达波:到达R的时间及能量不变(2)一次反射波：到达R的时间及能量不变(3)多次反射波：到达R的时间及能量不变即在泥浆不变的井中,任意深度处的纵波幅度基本相同。

第五十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井2．套管波：(1)滑行波：到达R的时间及能量不变。(2)一次反射波：到达R的时间与滑行波到达接收器的时差相差微小可认为是同时到达,但其能量的大小取决于套管与水泥的胶结程度。(3)多次反射波:能量很弱可忽略。即：套管波的幅度反映了套管与水泥的胶结程度

。

第六十页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井

3．水泥环波：(1)滑行波(2)一次反射波(3)多次反射波由于水泥环中存在许多的微裂缝(液体不可液动),对声波幅度的衰减严重,所以以上各种波到达R时能量很弱(可忽略)。第六十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井4．地层波:只有滑行波。(1)到达R的时间随地层而变化(2)能量的大小一方面与地层有关,另一方面与两个界面的胶结情况有关

。第六十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井所以可以利用套管波及地层波评价固井质量。套管井中各种波到达接收器的先后顺序：套管波、水泥环波、地层波、泥浆波第六十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井固井声幅测井(水泥胶结测井,CBL)仪器结构记录的信息:套管波的第一个波峰的幅度。

第六十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井固井声幅测井曲线

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第六十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井应用：检查固井质量：Ⅰ相对幅度<0.2时,水泥与套管胶良好；Ⅱ相对幅度=0.2～0.4时,水泥与套管胶中等；Ⅲ相对幅度>0.4时,水泥与套管胶差。第六十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井声波变密度测井(VDL)记录的信息:套管中所有纵波（套管波、水泥环波、地层波、泥浆波）的幅度第六十七页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井声波变密度测井(VDL)显示方式：Ⅰ波形方式：优点：直观缺点：不连续

第六十八页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井Ⅱ调辉方式：用正半周波幅的大小控制荧光屏上象点的辉度一信号(波幅)大,辉度(亮度)强,在胶片上影像黑,由胶片晒出的测井图与胶片上的图像一致。测井图由黑白相间的条带构成,条带越黑,声幅越强第六十九页，共八十五页，2022年，8月28日9.3.2套管井中的声幅测井声波变密度测井(VDL)声波变密度测井的应用：检查固井质量

第七十页，共八十五页，2022年，8月28日9.4长源距声波全波列测井第七十一页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.1全波列

①波列的成分Ⅰ纵波Ⅱ横波Ⅲ假瑞利波Ⅳ斯通利波②各种波由T到达R的先后顺序Ⅰ滑行纵波Ⅱ滑行横波Ⅲ假瑞利波Ⅳ斯通利波

第七十二页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.2全波列测井⑴记录的信息所有波的速度和幅度

Ⅰ滑行纵波Ⅱ滑行横波Ⅲ假瑞利波Ⅳ斯通利波

第七十三页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.2全波列测井⑵显示方式①波形图（WF）

第七十四页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.2全波列测井⑵显示方式②变密度（VDL）

第七十五页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.2全波列测井第七十六页，共八十五页，2022年，8月28日9.4.2全波列测井⑶全