地球物理测井方法课件：2-2 声波幅度测井

1、（北京）,本科生课程,地球物理测井方法,CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM,第 2 章 声波测井 （Acoustic Logging） 前 言 声波测井基础 第1节 声波速度测井 第2节 声波幅度测井,第2節 聲波幅度測井,一、套管井固井后井孔附近介质分布,厚7.5211.51mm VP=54005700m/s,厚2060mm VP=27404880m/s,(第)一界面：套管与水泥环分界面 (第)二界面：水泥环与地层分界面,泥浆：VP=1600m/s,GaoJ-2-2,2,二、套管井中声波全波列,接收器依次得到：套管波、地层波、水泥环波、泥浆波,GaoJ-2-2,3,(

2、1) 套管波：套管中传播的波,(2)水泥环波：水泥环中传播的波, 能量很小(胶结好则有微裂缝；胶结不好则不够致密),(3)地层波：在地层中传播的波,(4)泥浆波：沿泥浆传播直接到达接收探头的波,套管波,套管波的幅度主要决定于套管与水泥环胶结的质量。,套管井中的声波模式,GaoJ-2-2,4,水泥环波,水泥对声能衰减大，声波不易沿水泥环传播，水泥环波很弱可以忽略。,T,R,钻井液,套管,水泥环,地层,GaoJ-2-2,5,备注：储集层与储集层之间因固井质量不好而串通，称为水泥窜槽 (cementchannelling)。,T,R,钻井液,套管,水泥环,地层,地层波,当水泥环的第一、第二界面胶结好

3、时，通过地层返回接收换能器的地层波较强。,地层波到达时间随地层声速而变。,GaoJ-2-2,6,泥浆波,沿钻井液传播，直接到达接收换能器的波。,GaoJ-2-2,7,三、影响套管波幅度的因素,四、套管波幅度与第一界面胶结质量的关系,a.套管吸收 b.泥浆吸收 c. 反射和折射能量分配 d. 在套管中传播时能量的衰减,（1）胶结好，向外散失能量多，套管波幅度小,（2）胶结不好，向外散失能量少，套管波幅度大,声耦合,GaoJ-2-2,8,五、固井声幅测井 (CBL-acoustic Cement Bond Log),1）声系： 单发单收声系, 源距为3ft,1. 测量原理,2）按套管波第一正峰到达

4、时间对其幅度进行采样（固定门声幅）,3）再将幅度(电压)展宽放大，经积分电路平滑后输出直流电压,4）记录电压随深度变化曲线,5）在固井后2448小时测量,GaoJ-2-2,9,水泥胶结测井,C 20%：胶结质量良好 20% 40%：胶结质量差,2. 应用,(2) 检查固井质量(第一界面),GaoJ-2-2,10,(1) 确定套管接箍位置 间隔相等的声幅降低的尖峰（负尖峰）指示套管接箍的位置，原因是套管接箍处有间隙，使套管波衰减。,1. 记录方式(源距5ft),(1)记录前1214个波的幅度和到达时间,六、声波变密度测井,(2)R将声信号转化成与幅度成正比的电信号,(3)放大后送地面检波，保留前

5、1214个波的正半周,(4)用正半周的幅度（电压）调节示波器上1214个光点的辉度,(5)波到达时间以x轴的位移量表示,(6)在胶片上记录光点的辉度,GaoJ-2-2,11,VDL- acoustic Variable Density Log,(1)波列顺序(时间) ： 前3个波为套管波（直线） 46个为水泥环波（弱） 7个以后为地层波（曲线） 最后，泥浆波（ 近直线条）,2.变密度测井图分析固井质量,(2)固井质量,第二界面胶结好：地层波颜色深（幅度大）,第一界面胶结好：套管波颜色浅（幅度小）,GaoJ-2-2,12,a.自由套管（套管外无水泥）,第一、第二界面均未胶结：,VDL图上：左端（

6、前三个波相）是黑白分明，整齐的一些直线条带；右端为灰白相间的一些直线条带（套管后续波，无地层波）或灰白模糊不清的一些曲线条带（地层波很弱）。,c.第一界面胶结良好；而第二界面胶结不好：,b.有良好的水泥环，且第一，第二界面胶结良好：,(3)变密度测井图的一些基本显示,VDL图上：左端模糊不清，右端为黑白分明的曲线条带。,VDL图上：左端和右端都模糊不清。,思考题：第一界面胶结不好，第二界面胶结好的图像特征？,GaoJ-2-2,13,“曲线胶结好，直线胶结差” “模糊胶结好，清晰胶结差”,Uncemented Pipe,Good Bond Casing Cement,GaoJ-2-2,14,测井

7、实例,15,测量原理示意图,七、 超声成像测井,GaoJ-2-2,16,1. 中心部件是一个超声换能器，既是发射探头又是接收探头,2. 换能器由一个马达驱动，沿着仪器轴转动，每秒几周(36),3. 换能器转动时发射超声波脉冲(几百上千次/周) ，频率为200kHz2MHz,4. 脉冲沿井眼泥浆传播，到井壁反射返回换能器,GaoJ-2-2,17,6. 换能器接收的信号通过测井电缆传输到地面，再经过计算机图象处理转换成图像(反射波的幅度),5. 测量参数,（1）旅行时间：主要反映井径特性,（2）反射信号幅度：反映井壁地层声阻抗特性,（3）井眼方位和井斜数据,GaoJ-2-2,18,大多数岩石和普通

8、钻井液，R值大于0.5，反射能量高于透射能量,7. 反射系数： R =（Z2Z1）/（Z2Z1）,不利条件组合在一起时，如大比重钻井液、未压实的泥岩时，R可低达0.2,对大多数常见岩石，R按泥岩、砂岩、石灰岩和白云岩顺序逐渐变大，图像由暗变亮。若有裂缝（缝中有流体），则图像更暗。,GaoJ-2-2,19,8. 主要应用,(1)判断岩性,泥岩：Z小，图像暗,致密岩石：Z大，图像亮,孔隙岩石：介于明暗之间,(2)检查射孔质量,射孔的孔眼呈明显的暗色点，面积为孔眼大小,(3)检查套管破损情况,破裂：暗色条纹,GaoJ-2-2,20,(4)确定地层面和裂缝面,裂缝面：明显的暗色,倾斜面：呈“S”形，最

9、低点指示倾斜方位,水平面：水平线,垂直裂缝：铅垂线,地层面,GaoJ-2-2,21,井下声波电视（BHTV：BoreHole TeleViewer ),（1）20世纪60年代由Mobile公司最早研制，以Amoco公司的仪器为代表； （2）声学探头主频为1MHz； （3）探头每秒绕井轴旋转3周，每旋转一周向井壁发射480512次声脉冲； （4）测井速度90m/h； （5）井下传送模拟信号，处理后可得到二维黑白图像； （6）主要应用： 判断岩性：声阻抗大，反射强，否则，反射弱； 确定地层面或裂缝面、划分裂缝带； 确定地层面或裂缝面的产状：倾斜方位和倾角； 检查射孔质量及套管的损坏情况； 检查压裂

10、情况。,GaoJ-2-2,22,Full Coverage of the Borehole Recording Amplitude & TravelTime of the Reflected Signal 200 Shots per Depth Sample,CAST裸眼井成像模式,N,S,W,E,泥浆,换能器,井壁,旋 转,Transmitted,Reflected,全井周扫描,CAST,Circumferential Acoustic Scanning Tool,Halliburton公司,(1990),CAST-V CAST-F (FASTCAST),GaoJ-2-2,23,CAST套管

11、井成像模式,Cement Evaluation Maps Internal Radius Map Thickness Profile Map 100 Shots per Depth Sample,换能器,套管,旋 转,Transmitted,Reflected,全井周扫描,水泥,N,W,E,S,GaoJ-2-2,24,Fracture Identification & Orientation Borehole Breakout Mapping Accurate 3-D Visualization of Borehole Geometry Dip Calculations of Planar F

12、eatures Circumferential Casing Imaging,裸眼井成像模式,CAST 主要应用,GaoJ-2-2,25,Example showing poor cement bond,套管井成像模式,Cement Evaluation Internal Radius Map Thickness Profile Map,Example showing good cement bond,CAST 主要应用,GaoJ-2-2,26,EMI与CAST测量结果对比,Highly Fractured Formation,Open Fractures,Bed Boundary,EMI,C

13、AST,GaoJ-2-2,27,USI：195kHz650kHz （平面换能器）,USI：UltraSonic Imager （套管井） UBI：Ultrasonic Borehole Imager（裸眼井）,Schlumberger公司,UBI：250kHz或500kHz （聚焦换能器）,(1990),GaoJ-2-2,28,（1）裂缝显示 水平裂缝：水平黑线 垂直裂缝：两条平行井轴黑线 根据黑线的横坐标确定垂直裂缝的方位 倾斜裂缝：出现波浪黑线,UBI 成像解释,GaoJ-2-2,29,（2）判断岩层的岩性、确定层面产状 判断岩层的岩性: 根据图像暗亮区分岩性，声阻抗大的致密层亮，声阻抗小

14、的泥岩层暗； 确定岩层的产状: 由于地层岩性不同，在界面处出现暗亮分界面，波阻抗相差愈大，分界面愈清楚，由此来确定岩层的产状； 水平地层为水平线显示，倾斜地层为波浪线显示。,UBI 成像解释,GaoJ-2-2,30,（3）确定套管井壁情况 检查射孔部位及射孔质量 确定套管破损的部位及破损情况,射孔位置,破裂,射孔位置,破损出砂,UBI 成像解释,GaoJ-2-2,31,STAR-II成像测井系统,Baker Hughes公司,(1995),(1990),CBIL: Circumferential Borehole Imager Log （数字井周成像仪） Baker Atlas公司于1990年

15、把CBIL投入市场服务； 两个球面聚焦换能器，直径分别是1.5in.和2.0in.；主频为250kHz和500kHz（可供选择）； 探头每秒旋转6周，每旋转1周向井壁发射250次声脉冲； 测井速度可达182m/h ； 井下处理器可把接收到的反射信号进行滤波和数字化处理，传输到地面的数据可形成井壁的二维展开图。,GaoJ-2-2,32,CBIL在裸眼井中的应用,Normal Applications Bedding Spacing and Geometry Fracture Geometry Petrophysical Properties Fracture Analysis Else Applications Borehole Geometry Formation Strain Borehole Volumetrics Compaction Break Out Analysis,CBIL在套管井中的应用,Casing Defects Casing Geometry Ellipticity Bend Radius/Curvature Strain Casing Thickness Concrete Thickness Behind Casing Formation Reflectance “Visual” Inspection,Gao