第二章声波测井.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 声波测井,西安科技大学资源勘查2008级,一、声波测井概念,声波测井是通过研究,声波,在井下岩层或介质中的,传播特性,，从而对岩层的地质特性和井的技术状况的一种测井方法。,引 言,二、声波测井分类,声波速度测井,求孔隙度和力学参数,声波幅度测井,研究固井质量,声波电视测井,观察井壁情况、裂缝,噪 声 测 井,了解井下流体的流动,引 言,2、声波的分类,声 波,20Hz频率20KHZ,次声波,频率 20Hz,超声波,频率 20KHz,第一节 岩石的声学性质,一、声波简介,1、声波定义,声波是一种机械波，是介质质点振动向四周的传播。,二、岩石的弹性及弹性参数,1.弹性的定义,第一节 岩石的声学性质,弹性,是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。,2.物体分类,弹性体:,当物体受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的 物体，称为弹性体。,塑性体:,反之，当物体受力发生形变，一旦外力取消而不能恢复原状的物体，称为塑性体。,弹性体,塑性体,可变成,在声波测井中，声源的能量很小，声波作用在岩石上的时间很短，因而岩石可以当成,弹性体,，在岩石中传播的声波可以被认为是,弹性波,。,第一节 岩石的声学性质,3.描述弹性体的参数,(1)杨氏模量E,E=应力/应变,应力：,作用在单位面积上的力，F/S。,应变：,弹性体在力方向上的相对形变，L/L。,E物理意义：,描述弹性体发生形变的难易程度。,第一节 岩石的声学性质,(2)泊松比,=弹性体的的横向应变/纵向应变,=（d/d）/（l/l）,物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。,施加力,-d-,l,第一节 岩石的声学性质,三、声波在岩石中的传播特性,纵波、横波的定义,纵波：,介质质点的振动方向与波的传播发向一致。弹性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。,横波：,介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性体的小体积元的体积不变，而边角关系发生变化，例如,切变波。,第一节 岩石的声学性质,注意：,(1)横波不能在流体（气、液体）中传播，,因为它的切变模量=0。,(2)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。,第一节 岩石的声学性质,四、声波在介质界面上的传播,1.波的传播,介质1,介质2,入射波,入射角,反射角,折射角,反射波,折射波,第一节 岩石的声学性质,2.产生滑行波的条件,VP,2,VP,1,时,折射角=90,折射定律:,第一临界角:,1*=arcsin(vp1/vp2),第一节 岩石的声学性质,第二临界角:,2,*,=arcsin(vp1/vs2),同理可得出:当折射产生横波时有,第一节 岩石的声学性质,3.反射、折射系数（R、T）,反射系数R：,R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量,=(,2,V2-,1,V1)/(,2,V2+,1,V1),折射系数T：,T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量,=2,1,V1/(,2,V2+,1,V1),入射角=0，T+R=1,第一节 岩石的声学性质,4.波阻抗、声耦合率,(1)波阻抗Z,Z=波的传播速度介质的密度=V,(2)声耦合率,两种介质的声阻抗之比：Z,1,/Z,2,第一节 岩石的声学性质,Z,1,/Z,2,越大或越小，声耦合越差，R大，T小，声波不易从介质1到介质2中去。,Z,1,/Z,2,越接近1，声耦合越好，R小，T大，声波易从介质1到介质2中去。,第一节 岩石的声学性质,一、单发双收的测量原理,1.声系,R：接收探头声能转化为电能；,T：发射探头电能转化为声能。,第二节 声波速度测井,声波在介质中的传播主要指,声速,、,声幅,和,频率特性。,井筒,井壁,A,B,C,D,T,R1,R2,源距,间距,记录点O,O,声波测量原理示意图,2.岩石的声速特性及影响因素,(1)V,P,、V,S,与,、E间的关系,当,=0.25，,V,P,/V,S,=1.73,E V,P(S),(2)传播速度与岩性的关系,岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响不同 VP、VS不同。,(3)孔隙度的影响,流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。孔隙度增大，传播速度就降低。,2.岩石的声速特性及影响因素,(4)岩层的地质时代影响,实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。,(5)岩层的埋藏深度影响,岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。,结论：,可用传播速度来研究岩层的岩性和孔隙度。,2.岩石的声速特性及影响因素,3.岩层的声幅特性,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高低。,J=J,0,e,-2l,J：声波经过L距离后的声强,J,0,：初始声强,：介质的吸收系数,下降 V下降,增加,频率增加,增加,二、单发双收的测量原理,(2)到达接收探头的波类,折射纵波,反射波,泥浆波,(,直达波,),(1)产生滑行波的条件,(V地V泥浆)产生滑行波的过程是可逆的,(3)滑行纵波首先到达接收探头,因,反射波,、,泥浆波,都只在,泥浆中,传播,，,V,地,大于V,泥,，如果,合理选择源距,可以使纵波首先到达接收探头，而成其为首波。,(4)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,二、单发双收的测量原理,如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：,显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速成反比。时差的单位：,s/m。,二、单发双收的测量原理,时差,s/m,(5)输出的测井曲线,(一条声波时差曲线),二、单发双收的测量原理,三、影响时差的因素,1.井径的影响,R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波到达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。,R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波到达R1的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差增加。,当R1和R2都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时增加或下降，或不变。,2.岩层厚度的影响,间距,(1),厚层,(,hl间距,),曲线的半幅点为层界面,曲线幅度的峰值为时差。,(2)薄层(,hl间距),曲线受围岩的影响大，高速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面(,视厚度岩层的真实厚度),间距,2.岩层厚度的影响,间距,时差,2.岩层厚度的影响,(3)薄互层(交互层中小层的厚度)，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，曲线呈锯齿壮。,3.周波跳跃的影响,(1)产生的原因,由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇,到吸收系数很大的介质,首波能触发R1但不能触发R2,R2被幅度较高的后续波触发,因此,时差增大,。,三、影响时差的因素,(2)周波跳跃的特点,时差值大大增加,且呈周期性的跳跃,(3)产生周波跳跃的各种情况,含气的疏松砂岩,裂缝性地层或破碎带,泥浆气侵,3.周波跳跃的影响,四、井眼补偿声速测井(BHC),井眼不规则时，有：,T1,R1,R2,T2,A,B,E,C,从图中所知:CR2BR1,t1CR2，,t2t。,平均后的补偿声速时差值不变。,同理:在井径扩大的顶界面也如此,对仪器的倾斜也有补偿作用.,四、井眼补偿声速测井(BHC),五、长源距声波测井,发射器到接收器的距离为8ft、10ft、12ft,1.解决的问题,井径很大,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。,以上两种情况是BHC无法解决的。,2.优点,时差不受泥浆侵蚀或大井眼的影响，如果不考虑散射问题，它所测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。,六、时差曲线的应用,1.判断气层、确定油气和气水界面,据流体密度和声速有：,V水V油V气,在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征:,气层,周波跳跃,高时差,30,微秒,/,米,2.划分地层(确定地层的岩性),由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此可以用时差划分地层。,致密岩石的时差,孔隙性岩石的时差,岩层的孔隙增加声速下降时差增加,砂岩的时差,0.3,所以该层的流体性质是油气水同层，S,O,=1-S,W,=67.7%,(2)根据阿尔奇公式有：,4.实例分析,疏松砂岩类,e,=,s,/c,p,c,p,:压实系数，,固结压实地层c,p,=1,否则c,p,1,压实系数c,p,的求法:,A 深度法：,C,p,与深度成反比,深度越深,地层越压实,胜利油田的经验公式:C,p,=1.68-0.0002H,B 时差对比法：,C,p,=,t,sh,/t,shp,；t,shp,:是固结压实泥岩的时差。,4.实例分析,固结压实泥质地层,t=t,sh,V,sh,+t,f,+t,ma,(1-V,sh,-),非均匀孔隙地层,用次生孔隙指数来反映地层的裂缝的发育情况：次生孔隙指数=,N,-,S,；,原生孔隙,S,总孔隙度；,通常情况下，用,S,表示原生孔隙度。,4.实例分析,声波地层因素公式,砂岩:X=1.6 灰岩:X=1.76 白云岩:X=2.00,优点,:该公式不作压实校正,4.实例分析,小 结,掌握影响波传播的速度因素、在介质界面上的传播、产生滑行波的条件、声速测井的原理和应用，了解其它的测井原理。,