声波测井原理4资料.pptx

声波测井声波测井一：声波测井的一般概念一：声波测井的一般概念是通过研究是通过研究声波声波在井下岩层和介质中的传播在井下岩层和介质中的传播特性，从而对岩层的特性，从而对岩层的地质特性地质特性和井的和井的技术状技术状况况的一种测井方法。的一种测井方法。二：声波测井的分类二：声波测井的分类 声波速度测井声波速度测井求孔隙度和力学参数求孔隙度和力学参数声声 幅幅 测测 井井研究固井质量研究固井质量声波电视测井声波电视测井观察井壁情况、裂缝观察井壁情况、裂缝噪声测井噪声测井了解井下流体的流动了解井下流体的流动一：声波的定义一：声波的定义是一种机械波，是介质质点是一种机械波，是介质质点振动振动向四周的传播。向四周的传播。1.声波定义声波定义2.声波的分类声波的分类声波声波20HZ频率频率20KHZ次次声波声波频率频率20HZ超超声波声波频率频率20KHZ二：岩石的弹性及弹性参数二：岩石的弹性及弹性参数1.弹性的定义弹性的定义是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来是指物体受有限外力而发生形变后恢复原来形态的能力。形态的能力。2.物体的分类物体的分类弹性体弹性体塑性体塑性体可变成可变成受力发生形变，一旦外力取消受力发生形变，一旦外力取消又能恢复原状的能力。又能恢复原状的能力。弹性体弹性体：反之为塑性体反之为塑性体塑性体塑性体：二：声波在岩石中的传播特性二：声波在岩石中的传播特性1.纵波、横波的定义纵波、横波的定义纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致一致。横波：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。横波：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。注意：横波不能在流体（气、液体）中传播，注意：横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它的切变模量因为它的切变模量=0在井下，纵波和横波都能在地层传播，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。而泥浆中只能传播纵波。三：声波在介质界面上的传播三：声波在介质界面上的传播1：波的传播：波的传播1介质介质2介质介质入射波入射波入入射射角角反反射射角角折射角折射角反射波反射波折射波折射波2：产生滑行波的条件：产生滑行波的条件VP2VP1时时,折射角折射角=90折射定律折射定律:第一临界角第一临界角:1*=arcsin(vp1/vp2)第二临界角第二临界角:2*=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一：单发双收的测量原理一：单发双收的测量原理1.声系声系R：接收探头：接收探头声能转化为电能声能转化为电能T：发射探头：发射探头电能转化为声能电能转化为声能井筒井筒井壁井壁ABCDTR1R2源源距距间间距距记录点记录点OO时差时差表达式表达式声波在介质中的传播主要指声波在介质中的传播主要指声速声速、声幅声幅和和频率特性频率特性2.岩石的声速特性及影响因素岩石的声速特性及影响因素1）VP、VS与与 、E间的关系间的关系当当=0.25 VP/VS=1.73 E VP（S）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、VS的的影响不同影响不同 VP、VS 不同不同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，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。相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。孔隙度孔隙度 传播速度传播速度4）岩层的地质时代的影响）岩层的地质时代的影响实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越 老，则传播速度越快。老，则传播速度越快。5）岩层的埋藏深度）岩层的埋藏深度岩性和地质时代相同：岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速埋深增加导致传播速度增加度增加结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔结论：可用传播速度来研究岩层的岩性和孔 隙度。隙度。3 岩层的声幅特性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。反映了声波能量的高低。J=J0 e-2l J：声波经过：声波经过L距离后的声强距离后的声强 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下降下降 增加增加频率增加频率增加 增加增加2.单发双收的测量原理单发双收的测量原理1）产生滑行波的条件）产生滑行波的条件 （V地地 V泥浆泥浆)产生产生 滑行波的过程是可逆的滑行波的过程是可逆的2)到达接收探头的波类到达接收探头的波类折射纵波折射纵波泥浆波（直达波）泥浆波（直达波）反射波反射波3）让滑行纵波首先到达接收探头）让滑行纵波首先到达接收探头因因反射波反射波、泥浆波泥浆波都只在都只在泥浆中泥浆中传播，传播，V地地大大于于V泥泥，如果，如果合理选择源距合理选择源距可以使纵波首先到可以使纵波首先到达接收探头，而成其为首波。达接收探头，而成其为首波。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距离所用的时时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间间t=t2-t1=如果井径规则，则如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：，上式为：显然：显然：CD正好是仪器的间距（常数），时差正好是仪器的间距（常数），时差与声速成反比。与声速成反比。时差的单位：时差的单位：s/m5）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测井原测井原理图理图时差时差 s/ms/m二：影响时差的因素二：影响时差的因素1.井径的影响井径的影响：R1（处在（处在D增加），增加），R2（位于正常或缩（位于正常或缩小小）井段时，滑行波到达）井段时，滑行波到达R1的时间增加的时间增加，而，而到达到达R2的时间不变的时间不变，因此，因此时差下降时差下降。：R1位于正常（或缩小井段位于正常（或缩小井段），），R2位于井位于井径扩大径扩大，滑行波到达，滑行波到达R1的时间不变的时间不变，而到达，而到达R2的时间增加的时间增加，因此，因此时差增加时差增加。：当：当R1和和R2都处于井径扩大或缩小井段时都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时增加或下降，或不变同时增加或下降，或不变。2.岩层厚度的影响岩层厚度的影响1）厚层（厚层（hl间距间距),曲线的半幅点为层界面曲线的半幅点为层界面,曲线幅度的峰值为时差。曲线幅度的峰值为时差。2）薄层（）薄层（hl间距）间距）曲线受围岩的影响大，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高速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面（面（视厚度岩层的真实厚度）视厚度岩层的真实厚度）间距间距间距间距3)薄互层（交互层中小层的厚度薄互层（交互层中小层的厚度)此时此时,曲线不曲线不能反映地层的真正时差值能反映地层的真正时差值,由于各层间的相互由于各层间的相互影响影响,曲线呈锯齿状曲线呈锯齿状.间距间距时差时差3 周波跳跃的影响周波跳跃的影响1)产生的原因产生的原因由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇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到吸收系数很大的介质,首波能触发首波能触发R1但不但不能触发能触发R2,R2被幅度较高的后被幅度较高的后 续波触发续波触发,因因此此,时差增大时差增大.2)周拨跳跃的特点周拨跳跃的特点:时差值大大增加时差值大大增加且呈周期性的跳跃且呈周期性的跳跃3)产生周波跳跃的各种情况产生周波跳跃的各种情况含气的疏松砂岩含气的疏松砂岩泥浆气侵泥浆气侵裂缝性地层或破碎带裂缝性地层或破碎带三三:井眼补偿声速测井井眼补偿声速测井(BHC)井眼不规则时井眼不规则时,有有:T1R1R2T2ABEC从图中所知从图中所知:CR2CR2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同理:在井径扩大的顶界面也如此在井径扩大的顶界面也如此,对仪器的倾对仪器的倾斜也有补偿作用斜也有补偿作用.四四:长源距声波测井长源距声波测井发射器到接收器的距离为发射器到接收器的距离为8ft、10ft、12ft1、解决的问题、解决的问题1）井径很大）井径很大2）井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和永）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。冻地层中径向声速发生变化。以上两种情况是以上两种情况是BHC无法解决的。无法解决的。2 优点优点时差不受泥浆侵蚀或大井眼影响，如果不考时差不受泥浆侵蚀或大井眼影响，如果不考虑散射问题，它虑散射问题，它 测得的速度完全可以与地震测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。记录的速度对比。1.问题的提出问题的提出速度较低的速度较低的软地层或泥岩层软地层或泥岩层无法测得横波的无法测得横波的速度计算岩层的动态参数。速度计算岩层的动态参数。由于该地层的横由于该地层的横波速度小于泥浆速度，不能满足第二临界角波速度小于泥浆速度，不能满足第二临界角的条件的条件，井壁上无法产生滑行横波，此时用，井壁上无法产生滑行横波，此时用长短源距补偿声波测井不能测到滑行长短源距补偿声波测井不能测到滑行 横波。横波。五：偶极子横波成像测井（五：偶极子横波成像测井（DSI）四：时差曲线的应用四：时差曲线的应用1.判断气层、确定油气和气水界面判断气层、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水水V油油V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入不深的条件下能识别气层,其其特征特征:周波跳跃周波跳跃高时差高时差 30微秒微秒/米米气气层层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速，因此可由于不同岩性地层具有不同的声速，因此可以用时差划分地层。参看以用时差划分地层。参看P 表表 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增加岩层的孔隙增加-声速下降声速下降-时差增加时差增加砂岩的时差砂岩的时差泥岩的时差泥岩的时差砂岩的理论骨架时差砂岩的理论骨架时差:tma=182 s/m (硅质胶结硅质胶结)灰岩灰岩:tma=156 s/m 白云岩白云岩:tma=143 s/m 无水硬石膏无水硬石膏:tma=164 s/m 岩盐时差岩盐时差:tma=220 s/m 淡水淡水:tmf=620 s/m 盐水盐水:tmf=608 s/m 对膏岩剖面有很强的分辩力对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大石膏在时差曲线上区别很大,很容易识别很容易识别.3 计算孔隙度计算孔隙度1)体积物理模型体积物理模型根据测根据测井方法的探测特性井方法的探测特性和岩石的和岩石的各种物各种物理性质上的差异理性质上的差异,把岩石体积分成把岩石体积分成几个部分几个部分,然后研究然后研究每一部分每一部分对岩石宏观物理量的贡对岩石宏观物理量的贡献献,并视宏观物理量为并视宏观物理量为各部分贡献之和各部分贡献之和.测井参数测井参数*总体积总体积=测井参数测井参数*相应体积相应体积例：例：b=f*+ma（1-）流体流体骨架骨架纯岩石纯岩石（2）用时差求孔隙度的公式用时差求孔隙度的公式 t=tf*+tma（1-）固结压实的纯地层固结压实的纯地层