声波测井.pptx

声波在不同介质中传播，速度有很大差别，而且声波幅度的衰减、频率声波在不同介质中传播，速度有很大差别，而且声波幅度的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。的变化等声学特性也是不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。断固井质量等问题的一种测井方法。声波测井是五十年代发展起来的一种重要声波测井是五十年代发展起来的一种重要测井测井方法，方法，近年来发展较快。近年来发展较快。由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井，变密度测井、由最早的声速测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井，变密度测井、井下声波电视井下声波电视 BHTVBHTV、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井（包括偶极子、噪声测井到现在的多极子阵列声波测井（包括偶极子横波成像仪横波成像仪DSIDSI），如井周声波成像测井），如井周声波成像测井CBILCBIL，超声波井眼成像仪等。，超声波井眼成像仪等。特别特别是声波测井与地震勘探观测资料结合起来，在解决地层顶部构造特征刻画，是声波测井与地震勘探观测资料结合起来，在解决地层顶部构造特征刻画，判断岩性，识别压力异常层位，探测和评价裂缝、判断储集层中流体性质方判断岩性，识别压力异常层位，探测和评价裂缝、判断储集层中流体性质方面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带，有着良好的发展前景。面，使声波测井成为结合测井和物探的纽带，有着良好的发展前景。声波测井声波测井(Acoustic logging(Acoustic logging）声声波波速速度度测测井井简简称称声声速速测测井井，是是研研究究声声波波在在岩岩石石中中传传播播速速度度的的一一种种测测井井方方法法。岩岩石石的的传传播播声声速速度度与与岩岩石石的的致致密密程程度度有有关关，更更确确切切地地说说与与岩岩石石的的岩岩性性、孔孔隙隙度度以以及及孔孔隙隙中中所所充充填填的的流流体体性性质质等等有有关关。因因此此，研研究究声声波波在在岩岩层层中中传传播播速速度度或或单单位位时时间间，在在已已知知岩岩性性和和所所含含孔孔隙隙流流体体情况下，可以确定岩石孔隙度。情况下，可以确定岩石孔隙度。声声波波幅幅度度测测井井是是研研究究岩岩层层对对声声波波幅幅度度的的衰衰减减特特性性的的测测井井方方法法。可可分分在在裸裸眼眼井井中中使使用用的的“裸裸眼眼井井声声幅幅测测井井”和和检检查查套套管管固固井井质质量量的的“固固井声幅测井井声幅测井”，用来检查固井质量。，用来检查固井质量。声波测井主要分两大类：声速测井和声幅测井。声波测井主要分两大类：声速测井和声幅测井。声波测井声波测井(Acoustic logging(Acoustic logging）声波测井声波测井(Acoustic logging(Acoustic logging）本节学习内容本节学习内容1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2.2.声波速度测井声波速度测井3.3.声波幅度测井声波幅度测井4.4.声波变密度测井声波变密度测井5.5.声波电视测井声波电视测井6.6.长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井7.7.噪声测井噪声测井声波测井声波测井(Acoustic logging(Acoustic logging）本节学习内容本节学习内容1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2.2.声波速度测井声波速度测井3.3.声波幅度测井声波幅度测井4.4.声波变密度测井声波变密度测井5.5.声波电视测井声波电视测井6.6.长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井7.7.噪声测井噪声测井 声波是物质运动的一种形式，它是由物质质点的震动而产生并传播的。声波是物质运动的一种形式，它是由物质质点的震动而产生并传播的。声波是一种机械波。根据声波频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒声波是一种机械波。根据声波频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于次声波（频率低于20Hz20Hz）可闻声波（可闻声波（20Hz20Hz至至20kHz20kHz）超声波（频率大于超声波（频率大于20kHz20kHz）根据声波测井的目的不同，采用的频率也不同。根据声波测井的目的不同，采用的频率也不同。各类声波测井用的机械波均为可闻声波或超声波。各类声波测井用的机械波均为可闻声波或超声波。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性1）岩石的弹性）岩石的弹性（1 1）弹性力学的基本假设）弹性力学的基本假设 物体是连续的，物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；物体是均匀的，物体是均匀的，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；物体是各向同性的，物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；物体是完全线弹性的，物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。应力与应变存在线性关系，并服从广义胡克定律。满足以上基本假设条件的物体称为理想完全线弹性体满足以上基本假设条件的物体称为理想完全线弹性体，描述介质弹性性，描述介质弹性性质的参数为常数。质的参数为常数。当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。物体是否是这类介质物体是否是这类介质,取决于作用力的大小及作用时间。取决于作用力的大小及作用时间。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性（2 2）应力与应变）应力与应变 物体在外力作用下发生弹性形变的同时，在物体内部产生的抵抗其形变物体在外力作用下发生弹性形变的同时，在物体内部产生的抵抗其形变的力称为内力。的力称为内力。作用在单位面积上的弹性内力称为应力作用在单位面积上的弹性内力称为应力。根据应力方向与作根据应力方向与作用面法向的关系用面法向的关系,应力分为应力分为:A.A.平行于体积元各面法向方向的应力称为正应力；平行于体积元各面法向方向的应力称为正应力；B.B.垂直于体积元各面法向方向的应力称为切应力。垂直于体积元各面法向方向的应力称为切应力。在外力作用下，若弹性体内的任意体积元发生体积变化，而边角关系不在外力作用下，若弹性体内的任意体积元发生体积变化，而边角关系不变，则称此形变为体形变。变，则称此形变为体形变。体积元的各边边长的变化率称为线应变。体积元的各边边长的变化率称为线应变。在外力在外力作用下，若仅体积元形状发生变化，而体积不变，则称为剪切形变。作用下，若仅体积元形状发生变化，而体积不变，则称为剪切形变。体积元体积元的边角关系的变化称为角应变（或切应变）。的边角关系的变化称为角应变（或切应变）。对于完全线弹性体，正应力只与线应变有关，切应力只与切应变有关。对于完全线弹性体，正应力只与线应变有关，切应力只与切应变有关。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性1）岩石的弹性）岩石的弹性（3 3）弹性力学常用参数）弹性力学常用参数 A A、杨氏模量杨氏模量E E 弹性体发生单位线应变时弹性体产生应力大小弹性体发生单位线应变时弹性体产生应力大小,亦即应力与应变之比。亦即应力与应变之比。杨氏模量的单位是杨氏模量的单位是 N/mN/m2 2。B B、泊松比泊松比 弹性体在单轴外力作用下，当受力方向产生伸长时，自由方向缩小。弹性体在单轴外力作用下，当受力方向产生伸长时，自由方向缩小。泊松比定义为物体自由方向的线应变与受力方向的线应变之比的负值泊松比定义为物体自由方向的线应变与受力方向的线应变之比的负值。它表。它表示物体几何形变的系数，无量纲。对于一切物质，泊松比介于示物体几何形变的系数，无量纲。对于一切物质，泊松比介于0 0到到0.50.5之间。之间。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性1）岩石的弹性）岩石的弹性（3 3）弹性力学常用参数弹性力学常用参数 C C、切变模量切变模量 弹性体所受的切应力与该方向上的切应变之比称为弹性体的切变模量。弹性体所受的切应力与该方向上的切应变之比称为弹性体的切变模量。切变模量的单位是切变模量的单位是N/mN/m2 2。D D、体积形变弹性模量体积形变弹性模量 K K 体积形变弹性模量体积形变弹性模量K K定义为在外力作用下，物体所受的体应力与物体体定义为在外力作用下，物体所受的体应力与物体体积相对变化之比。量纲为积相对变化之比。量纲为N/mN/m2 2。除上述四个描述物体弹性性质的弹性参数外，还有另外一个参数，即拉除上述四个描述物体弹性性质的弹性参数外，还有另外一个参数，即拉梅常数梅常数 。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性1）岩石的弹性）岩石的弹性（4 4）常见岩石的弹性参数常见岩石的弹性参数1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性1）岩石的弹性）岩石的弹性 弹弹性性波波在在介介质质中中的的传传播播实实质质上上是是质质点点振振动动的的依依次次传传递递。当当波波的的传传播播方方向向和和质质点点振振动动方方向向一一致致时时叫叫纵纵波波，纵纵波波传传播播过过程程中中，介介质质发发生生压压缩缩和和扩张的体积形变，因而纵波也叫压缩波。扩张的体积形变，因而纵波也叫压缩波。当当波波的的传传播播方方向向和和质质点点振振动动方方向向相相互互垂垂直直时时叫叫横横波波，横横波波传传播播中中介介质质产产生生剪剪切切形形变变，所所以以横横波波也也叫叫切切变变波波。通通常常这这两两种种波波是是同同时时在在介介质质中中传播的，但横波不能在液体和气体中传播。传播的，但横波不能在液体和气体中传播。2）声波在岩石中的传播特性）声波在岩石中的传播特性1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性 声声波波在在弹弹性性介介质质中中的的传传播播速速度度主主要要取取决决于于介介质质的的弹弹性性模模量量和和密密度度。在在均均匀匀各各向向同同性性介介质质中中，纵纵波波速速度度v vp p、横横波波速速度度v vs s与与杨杨氏氏弹弹性性模模量量E E、泊泊松松比比、密度、密度之间的关系式为之间的关系式为1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2）声波在岩石中的传播特性）声波在岩石中的传播特性 对对于于大大多多数数沉沉积积岩岩而而言言，岩岩石石的的泊泊松松比比多多为为0.250.25左左右右，纵纵波波速速度度是是横横波波速速度度的的1.731.73倍倍，说说明明纵纵波波和和横横波波同同时时在在岩岩石石中中传传播播时时，纵纵波波的的速速度大于横波速度。度大于横波速度。实实际际研研究究表表明明，声声波波在在不不同同岩岩石石中中的的传传播播速速度度不不同同。决决定定声声波波传传播播速速度度的的主主要要因因素素是是岩岩石石速速度度。对对于于沉沉积积岩岩而而言言，岩岩石石的的声声波波速速度度主主要要取取决决于于岩岩性性、孔孔隙度、岩层的地质时代以及岩层的埋藏深度。隙度、岩层的地质时代以及岩层的埋藏深度。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2）声波在岩石中的传播特性）声波在岩石中的传播特性（1 1）岩性）岩性 不同岩石矿物有不同弹性性质，所以不同岩石，其声速大小也不同。不同岩石矿物有不同弹性性质，所以不同岩石，其声速大小也不同。（2 2）孔隙度）孔隙度 岩岩层层孔孔隙隙中中通通常常被被油油、气气、水水等等流流体体介介质质所所充充填填。流流体体传传播播声声波波的的速速度度较较造造岩岩矿矿物物小小得得多多，即即孔孔隙隙流流体体相相对对岩岩石石骨骨架架是是低低速速介介质质，所以所以岩性相同、孔隙流体不变时，孔隙度越大，岩石声速越小。岩性相同、孔隙流体不变时，孔隙度越大，岩石声速越小。（3 3）岩层的地质时代）岩层的地质时代 深深度度相相同同，成成分分相相似似的的岩岩石石，当当地地质质时时代代不不同同时时，声声速速也也不不同同。一般地，老地层比新地层具有较高的声速。一般地，老地层比新地层具有较高的声速。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2）声波在岩石中的传播特性）声波在岩石中的传播特性 （4 4）岩层埋藏的深度）岩层埋藏的深度 在在岩岩性性和和地地质质时时代代相相同同的的条条件件下下，声声速速随随岩岩层层埋埋藏藏深深度度加加深深而而增增大大。这这种种变变化化是是由由于于受受上上覆覆地地层层压压力力增增大大，岩岩石石的的杨杨氏氏弹弹性性模量增大的缘故。模量增大的缘故。岩岩层层埋埋藏藏较较浅浅的的地地层层，埋埋藏藏深深度度增增加加时时，其其声声速速变变化化剧剧烈烈；深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明显。深部地层，埋藏深度增加时，其声速变化不明显。从从上上述述分分析析看看出出，可可以以根根据据岩岩石石的的声声速速来来研研究究岩岩层层，确确定定岩岩层的岩性和孔隙度。层的岩性和孔隙度。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2）声波在岩石中的传播特性）声波在岩石中的传播特性3）声波在两种岩石分界面的传播特性）声波在两种岩石分界面的传播特性（1 1）反射反射（波阻抗界面）、透射（折射）波阻抗界面）、透射（折射）声波通过速度不同的两种介质分界面声波通过速度不同的两种介质分界面时，波的一部分能量被界面反射形成反射时，波的一部分能量被界面反射形成反射波，且反射角等于入射角；另一部分能量波，且反射角等于入射角；另一部分能量则透过界面在第二种介质中传播，称为透则透过界面在第二种介质中传播，称为透射波或折射波。射波或折射波。这里这里 为入射角；为入射角；为折射角。为折射角。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性（2）滑行波产生的条件是）滑行波产生的条件是 v2v1 i临界角临界角 折射波将在第折射波将在第介质中以介质中以v2的速度沿的速度沿界面传播，称为滑行波。界面传播，称为滑行波。滑行波在沿界面传播时必然引起介质滑行波在沿界面传播时必然引起介质I中质点震动而产生新的扰动。中质点震动而产生新的扰动。由滑行波在由滑行波在介质介质I中造成的波，称为首波。中造成的波，称为首波。以后会看到，以后会看到，声波速度测井就是测量声波速度测井就是测量沿井壁的滑行波在泥浆中造成的首波到达沿井壁的滑行波在泥浆中造成的首波到达的时间。的时间。1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性3）声波在两种岩石分界面的传播特性）声波在两种岩石分界面的传播特性声波测井声波测井(Acoustic logging(Acoustic logging）本节学习内容本节学习内容1.1.岩石的声学特性岩石的声学特性2.2.声波速度测井声波速度测井3.3.声波幅度测井声波幅度测井4.4.声波变密度测井声波变密度测井5.5.声波电视测井声波电视测井6.6.长源距声波全波列测井长源距声波全波列测井7.7.噪声测井噪声测井 声声波波速速度度测测井井简简称称声声速速测测井井（声声波波时时差差测测井井），测测量量滑滑行行波波通通过过地地层层传传播播的的时时差差t(t(声声速速的的倒倒数数，单单位位是是ssm)m)。用用以以估估算算孔孔隙隙度度、判判断断气气层层和研究岩性等。和研究岩性等。声波时差测井是孔隙度测井系列的主要方法。声波时差测井是孔隙度测井系列的主要方法。它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系以及电子线路组成。收器构成的声系以及电子线路组成。声系主要有三种类型，单发射双接收声系、双声系主要有三种类型，单发射双接收声系、双发射双接收及双发射四接收声系。发射双接收及双发射四接收声系。在在下下井井仪仪器器的的外外壳壳上上有有很很多多刻刻槽槽，称称之之为为隔隔声声体体，用用以以防防止止发发射射换换能能器器发发射射的的声声波波经经仪仪器器外外壳壳传传至接收换能器造成对地层测量的干扰。至接收换能器造成对地层测量的干扰。2.2.声波速度测井声波速度测井 Acoustic velocity loggingAcoustic velocity logging （1 1）单发射双接收声速测井仪简介）单发射双接收声速测井仪简介 下井仪器包括三个部分：声系、电下井仪器包括三个部分：声系、电子线路和隔声体，如图。子线路和隔声体，如图。声系由一个发射换能器声系由一个发射换能器T T和两个接和两个接收换能器收换能器R R1 1、R R2 2组成。组成。电子线路用来提供脉冲电信号，触电子线路用来提供脉冲电信号，触发发射换能器发发射换能器T T发射声波，接收换能器发射声波，接收换能器R R1 1、R R2 2接收声波信号，并将其转换成电信接收声波信号，并将其转换成电信号。号。1）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理2.2.声波速度测井声波速度测井 Acoustic velocity loggingAcoustic velocity logging下面认识一下换能器下面认识一下换能器（1 1）单发射双接收声速测井仪简介）单发射双接收声速测井仪简介 发射与接收换能器是由具有发射与接收换能器是由具有压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体制成压电效应的锆钛酸铅陶瓷晶体制成。在脉冲在脉冲电信号的作用下发射器以其压电效应的逆效应产生声振动，发射声波；在声电信号的作用下发射器以其压电效应的逆效应产生声振动，发射声波；在声波信号的作用下，接收器以其压电效应的正效应接收声波，形成电信号，波信号的作用下，接收器以其压电效应的正效应接收声波，形成电信号，待待放大后经电缆送至地面仪器记录。放大后经电缆送至地面仪器记录。换换能能器器样样图图2.2.声波速度测井声波速度测井 Acoustic velocity loggingAcoustic velocity logging1）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理（2 2）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理 实实际际测测井井时时，电电子子线线路路每每隔隔一一定定的的时时间间给给发发射射换换能能器器一一次次强强的的脉脉冲冲电电流流，使使换换能能器器晶晶体体受受到到激激发发而而产产生生振振动动，从从而而引引起起周周围围介介质质质质点点发发生生振振动动，产产生生向向井井内内泥泥浆浆及及岩岩层层中中传传播播声波。其发射器振动频率由晶体的体积和形状所决定。声波。其发射器振动频率由晶体的体积和形状所决定。由由于于泥泥浆浆声声速速v v1 1与与地地层层声声速速v v2 2不不同同，所所以以在在泥泥浆浆和和地地层层界界面面(井井壁壁)上上将将发发生生声声波波反反射射和和折折射射，由由于于发发射射器器可可以以视视为为点点源源，可可在在较较大大角角度度范范围围内内向向外外发发射射声声波波，故故必必有有以以临临界界角角i i方方向向入入射射到到井井壁壁面面上上的的声声波波，折折射射产产生生沿沿井井壁壁在在地地层层中中传传播播的的滑滑行行波波。该该滑滑行行波波必必然然引引起起泥泥浆浆中中质质点点振振动动（形形成成首首波波），并并先先后后传传到到两两个个接接收收器器R Rl l、R R2 2上上，从从而而可可测测量量出出地地层层的的声声波波速速度。度。R1R21）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理 需需要要指指出出，接接收收器器接接收收到到的的声声波波，除除了了滑滑行行波波外外，还还有有从从声声源源经经仪仪器器外外壳壳和和井井内内泥泥浆浆直直接接到到达达的的直直达达波波，以以及及由由井井壁壁反反射射而而进进入入接接收收器器的的反反射射波波等等，这这些些波波共共同同构构成成一一个个延延续续的的声声波波波波列列。为为了了保保证证接接收收器器首首先先接接收收到到滑滑行行波波，就必须消除后面几种波的干扰，即不让这些波在滑行波之前到达。就必须消除后面几种波的干扰，即不让这些波在滑行波之前到达。在测井仪器中，通常采用如下措施：在测井仪器中，通常采用如下措施：（2 2）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理 仪器外壳上刻槽；仪器外壳上刻槽；适当增长发射器至第一接收器距离适当增长发射器至第一接收器距离(源距源距)，使直，使直达波与滑行波通过的路径大体相等，即可首先接收到达波与滑行波通过的路径大体相等，即可首先接收到滑行波。滑行波。根据一般的低速度岩石计算，采用根据一般的低速度岩石计算，采用1m的源距，可实的源距，可实现这一要求。因此，目前常用声速测井仪源距现这一要求。因此，目前常用声速测井仪源距为为1m，间距为，间距为0.5m。1）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理 假设发射器在某一时刻假设发射器在某一时刻t t0 0发射声波，发射声波，声波经过泥浆、地层、泥浆分别传播到声波经过泥浆、地层、泥浆分别传播到接收器接收器R R1 1和和R R2 2。即沿。即沿TABRTABR1 1到达路径到达路径R R1 1，沿沿TABCRTABCR2 2路径到达路径到达R R2 2，到达接收器，到达接收器R R1 1和和R R2 2的时刻分别为的时刻分别为t t1 1和和t t2 2，那么到达两个，那么到达两个接收器的时间差接收器的时间差tt为为或或 如如果果两两个个接接收收器器之之间间的的距距离离为为L L（称称之之为为间间距距），且且所所对对井井径径没没有有明明显显变化、仪器居中时，则可以认为变化、仪器居中时，则可以认为BCRBCR1 1R R2 2，于是，于是ttt2t1t0ABCTR1R2v1 v2（3 3）时差的概念及其与地层速度的关系）时差的概念及其与地层速度的关系 1）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理 通通常常仪仪器器的的间间距距L L是是固固定定的的，所所以以时时间间差差tt的的大大小小只只随随地地层层声声速速变变化化，即即tt的的大大小小仅仅反反映映地地层层声声速速的的高低。高低。从从而而可可看看出出，声声波波测测井井就就是是利利用用地地面面仪仪器器将将两两个个接接收收器器先先后后接接收收声声波波而而产产生生的的电电信信号号之之时时间间差差t t转转换换成成电电位位差差进进行行记记录录，即即可可获获得得反反映映地地层层声波传播速度的时差曲线。声波传播速度的时差曲线。（3 3）时差的概念及其与地层速度的关系）时差的概念及其与地层速度的关系 ttt2t1t0ABCTR1R2v1v2 在在实实际际的的声声速速测测井井曲曲线线上上，是是用用声声波波通通过过每每米米岩岩层层的的旅旅行行时时间间(微微秒秒)来来进行刻度的，因此，时差的单位为微秒米，它是速度的倒数。进行刻度的，因此，时差的单位为微秒米，它是速度的倒数。1）单发射双接收声速测井仪的测量原理）单发射双接收声速测井仪的测量原理（1）井径变化、仪器倾斜对单发双收影响）井径变化、仪器倾斜对单发双收影响上发射上发射下接收下接收2 2）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井 扩径、缩径扩径、缩径使得时差值有变化使得时差值有变化 上发射下接收时，井径扩大处的下部界面上发射下接收时，井径扩大处的下部界面出现时差减小异常，上部界面出现时差增大出现时差减小异常，上部界面出现时差增大异常。异常。原因：当仪器处在井径扩大部分底部时，原因：当仪器处在井径扩大部分底部时，R1已进入井径扩大部位，而已进入井径扩大部位，而R2仍在下部井径仍在下部井径未扩大部分，由于未扩大部分，由于CEDF，于是，于是t减小减小；同同理，当仪器位于扩径顶部时，理，当仪器位于扩径顶部时，R1进入井径未进入井径未扩大部分，而扩大部分，而R2仍在大井径处，故仍在大井径处，故t增大。增大。对于下发射上接收也可做同理解释。对于下发射上接收也可做同理解释。仪器不居中的影响仪器不居中的影响 此时两个接收器同井壁间距离不此时两个接收器同井壁间距离不相等，测量结果受影响，为克服此缺相等，测量结果受影响，为克服此缺点，用点，用井眼补偿声速测井井眼补偿声速测井。（1）井径变化、仪器倾斜对单发双收影响）井径变化、仪器倾斜对单发双收影响2 2）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井 为为了了克克服服单单发发双双收收声声速速测测井井仪仪受受井井径径变变化化、仪仪器器倾倾斜斜的的影影响响，通通常常采采用用双双发双收测井仪。发双收测井仪。井眼补偿声速测井的井下仪器通常井眼补偿声速测井的井下仪器通常设有两个发射器和两个接收器，称为设有两个发射器和两个接收器，称为“双发双收双发双收”声速测井仪，其简单结构如声速测井仪，其简单结构如图所示。它是由两个发射器图所示。它是由两个发射器T T1 1、T T2 2和两和两个接收器个接收器R R1 1、R R2 2组成。两个接收器在中组成。两个接收器在中间，两端放置发射器。间，两端放置发射器。（2 2）井眼补偿声速测井原理双发双收测井仪）井眼补偿声速测井原理双发双收测井仪2.2.声波速度测井声波速度测井 Acoustic velocity loggingAcoustic velocity logging2 2）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井2 2）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井）单发双收声速测井仪存在问题及井眼补偿测井 发射器发射器T T1 1和和T T2 2交替发射交替发射脉冲声波，由脉冲声波，由R R1 1和和R R2 2各记录各记录一次，然后将两次记录的时一次，然后将两次记录的时差取平均作为差取平均作为R R1 1和和R R2 2对应的对应的地层声波时差。地层声波时差。这种方法同单发双收声这种方法同单发双收声波时差测井仪相比，可以有波时差测井仪相比，可以有效改善测量精度，但不能实效改善测量精度，但不能实现绝对补偿。现绝对补偿。（2 2）井眼补偿声速测井原理双发双收测井仪）井眼补偿声速测井原理双发双收测井仪 在在正正常常情情况况下下，第第一一接接收收器器R R1 1和和第第二二接接收收器器R R2 2应应该该被被弹弹性性振振动动的的同同一一个个波波峰峰的的前前沿沿所所触触发发。由由于于某某种种原原因因，造造成成声声波波的的能能量量(或或振振幅幅)发发生生严严重重衰衰减减。当当首首波波衰衰减减到到只只能能触触发发接接收收器器R R1 1而而不不能能触触发发接接收收器器R R2 2时时，接接收收器器R R2 2便便可可能能被被第第二二或或后后续续的的波波峰峰所所触触发发，于于是是造造成成时时差差值值显显著著增增大大。由由于于每每跳跳跃跃一一个波峰，在时间上造成的误差正好是一个周期，故称之为个波峰，在时间上造成的误差正好是一个周期，故称之为“周波跳跃周波跳跃”。出出现现周周波波跳跳跃跃时时，时时差差增增大大幅幅度度取取决决于于声声波波衰衰减减程程度度和和频频率率。声声波波衰衰减越厉害，时差增大越显著，以致在此情况下无法读得地层正确时差值。减越厉害，时差增大越显著，以致在此情况下无法读得地层正确时差值。3 3）声波测井曲线的影响因素及曲线特征）声波测井曲线的影响因素及曲线特征（1 1）“周波跳跃周波跳跃”在声速测井曲线上，对应于疏松含气砂岩在声速测井曲线上，对应于疏松含气砂岩层、裂缝带或破碎带及井眼严重垮塌等地段，层、裂缝带或破碎带及井眼严重垮塌等地段，常出现时差明显增大且有时变化无规律现象。常出现时差明显增大且有时变化无规律现象。这是由于这是由于“周波跳跃周波跳跃”的影响造成的。的影响造成的。ttt2t1t0ABCTR1R2v1v2其中：其中：a-a-接收器到井壁的距离；接收器到井壁的距离；-第一临界角。第一临界角。（2 2）双发双收声速测井的）双发双收声速测井的“盲区盲区”双发双收声系测量的地层时差是上、下两个发射器分别工作时，由两个双发双收声系测量的地层时差是上、下两个发射器分别工作时，由两个接收器记录的首波到达时间的平均值计算得到的。其时差大小反映两接收器接收器记录的首波到达时间的平均值计算得到的。其时差大小反映两接收器对应地层速度。对应地层速度。在低速地层，上发射时声波实际传播距离与下发射时声波实际传播距离在低速地层，上发射时声波实际传播距离与下发射时声波实际传播距离出现不完全重合。此时，出现不完全重合。此时，在仪器记录点附近一定厚度的地层对测量结果没有在仪器记录点附近一定厚度的地层对测量结果没有任何贡献，称之为任何贡献，称之为“盲区盲区”。即所测时差与记录点所在深度处地层速度无关。即所测时差与记录点所在深度处地层速度无关。盲区厚度为：盲区厚度为：3 3）声波测井曲线的影响因素及曲线特征）声波测井曲线的影响因素及曲线特征（3 3）声波测井曲线的影响因素）声波测井曲线的影响因素 井径变化的影响井径变化的影响 在一些砂泥岩分界处，常发生井径变化，从而引起声波时差曲线出现假异在一些砂泥岩分界处，常发生井径变化，从而引起声波时差曲线出现假异常，因此在时差曲线上取值时，应参考井径曲线。常，因此在时差曲线上取值时，应参考井径曲线。地层厚度的影响地层厚度的影响 当层厚度小于接收器间距时，所测时差受围岩影响，地层分辨力下降。当层厚度小于接收器间距时，所测时差受围岩影响，地层分辨力下降。气层、破碎带等引起周波跳跃气层、破碎带等引起周波跳跃 岩石物性变化影响曲线形态岩石物性变化影响曲线形态3 3）声波测井曲线的影响因素及曲线特征）声波测井曲线的影响因素及曲线特征层变薄了层变薄了,曲线形态变了曲线形态变了（4 4）曲线特征）曲线特征 地层均匀、上下围岩声速相同时，地层均匀、上下围岩声速相同时，曲线关于地层中心对称，岩层的界面位于曲线关于地层中心对称，岩层的界面位于曲线急剧变化处。曲线急剧变化处。岩层不均匀或夹层时，岩层对应的岩层不均匀或夹层时，岩层对应的时差曲线出现相应变化。时差曲线出现相应变化。界面附近井径影响，不反映真值。界面附近井径影响，不反映真值。声波的声波的“周波跳跃周波跳跃”：疏松含气砂：疏松含气砂岩层、裂缝带或破碎带以及井眼严重垮塌岩层、裂缝带或破碎带以及井眼严重垮塌等地段，出现等地段，出现“周波跳跃周波跳跃”，据此可以识，据此可以识别气层或碳酸岩地层中的裂缝发育带。别气层或碳酸岩地层中的裂缝发育带。3 3）声波测井曲线的影响因素及曲线特征）声波测井曲线的影响因素及曲线特征（5 5）关于声波测井的探测范围）关于声波测井的探测范围 声声波波测测井井的的探探测测范范围围一一般般是是指指井井壁壁滑滑行行波波的的影影响响范范围围，它它和和声声波的波长波的波长有关。波长有关。波长频率频率f f和声波速度和声波速度v v之间有下列关系之间有下列关系 3 3）声波测井曲线的影响因素及曲线特征）声波测井曲线的影响因素及曲线特征 在频率为在频率为20kHz20kHz、岩层中声波速度为、岩层中声波速度为1500-7600m/s1500-7600m/s时，波长为时，波长为8-38cm8-38cm。根据实验，声波测井的探测范围大约根据实验，声波测井的探测范围大约等于三倍波长。在上述条件下，研究深度等于三倍波长。在上述条件下，研究深度大约为大约为25-115cm25-115cm（这个距离应从声波的滑（这个距离应从声波的滑行界面算起）。行界面算起）。ttt2t1t0ABCTR1R2v1 v2（1 1）划分岩性，作地层对比）划分岩性，作地层对比 由于各类岩石声波速度不同，由于各类岩石声波速度不同，所以根据声速曲线可以划分不同岩所以根据声速曲线可以划分不同岩性的岩石。性的岩石。砂泥岩剖面：砂泥岩剖面：砂岩一般显示为低时差（高声砂岩一般显示为低时差（高声速）速）400-180400-180（2500-55002500-5500）；泥岩）；泥岩显示为高时差（低声速）显示为高时差（低声速）548-548-252252（1810-39601810-3960）；页岩介于砂岩）；页岩介于砂岩与泥岩之间，砾岩一般具有低时差与泥岩之间，砾岩一般具有低时差（高声速），且愈致密时差愈低。（高声速），且愈致密时差愈低。4 4）应用）应用碳酸盐岩剖面：碳酸盐岩剖面：灰岩灰岩156-144156-144、白云岩、白云岩125125时差最低；时差最低；泥灰岩和泥岩时差较高。泥灰岩和泥岩时差较高。当石灰岩和白云岩为孔隙性或裂溶性时，声波时差就明显地增大。当石灰岩和白云岩为孔隙性或裂溶性时，声波时差就明显地增大。在纯石灰岩或白云岩井段，可利用时差曲线划分出储集层（孔隙在纯石灰岩或白云岩井段，可利用时差曲线划分出储集层（孔隙性或裂缝性层段）。性或裂缝性层段）。膏盐剖面：膏盐剖面：其中岩盐和石膏层，用电测无能为力，用声速可获得良好效果。其中岩盐和石膏层，用电测无能为力，用声速可获得良好效果。岩盐时差为岩盐时差为高值高值217-193217-193，无水石膏时差显示为，无水石膏时差显示为低值低值164-193164-193。（1 1）划分岩性，作地层对比）划分岩性，作地层对比4 4）应用）应用泥岩在时差曲线上显示为高值，当其致密程度增加时，时差降低。泥岩在时差曲线上显示为高值，当其致密程度增加时，时差降低。由于在各类岩石中声波不同，因此使声波时差曲线具有一定的对比性。由于在各类岩石中声波不同，因此使声波时差曲线具有一定的对比性。当岩层的类型一定，且孔隙度和岩性在横向上大体稳定时，时差曲线即当岩层的类型一定，且孔隙度和岩性在横向上大体稳定时，时差曲线即可用来作地层对比。它的优点是不受井眼大小和井内泥浆矿化度的影响。可用来作地层对比。它的优点是不受井眼大小和井内泥浆矿化度的影响。（1 1）划分岩性，作地层对比）划分岩性，作地层对比4 4）应用）应用（2 2）判断气层）判断气层 天然气和油水层时差差别大，一般气比油水中大天然气和油水层时差差别大，一般气比油水中大30305050s/ms/m，所以当岩，所以当岩层孔隙中含气时，时差将显著增大。此外由于声波在气层中能量衰减显著，层孔隙中含气时，时差将显著增大。此外由于声波在气层中能量衰减显著，有可能出现周波跳跃现象。有可能出现周波跳跃现象。(1)(1)产生周波跳跃；产生周波跳跃；(2)(2)声波时差增大。声波时差增大。4 4）应用）应用判断气层的依据判断气层的依据 判断气层的依据：判断气层的依据：对于非常疏松的砂岩气层来说，由于它们颗粒之间的接触面积很小，声对于非常疏松的砂岩气层来说，由于它们颗粒之间的接触面积很小，声波能量从一个颗粒传到另波能量从一个颗粒传到另颗粒，必须通过孔隙中的气体。由于岩石和气体颗粒，必须通过孔隙中的气体。由于岩石和气体的声阻抗相差很大，二者之间的声耦合很差，声波能量不易由颗粒向气体传的声阻抗相差很大，二者之间的声耦合很差，声波能量不易由颗粒向气体传播，会产生大量散射，声波信号受到很大的衰减，因此气层在声波时差曲线播，会产生大量散射，声波信号受到很大的衰减，因此气层在声波时差曲线上表现为周波跳跃。上表现为周波跳跃。（2 2）判断气层）判断气层4 4）应用）应用 其中参数的确定原则：其中参数的确定原则：通过实验测定纯岩石骨架时差、流体时差以及泥质时差等。常取值：通过实验测定纯岩石骨架时差、流体时差以及泥质时差等。常取值：砂岩（砂岩（182s/m182s/m）灰岩（灰岩（156s/m156s/m）白云岩（白云岩（142s/m142s/m）硬石膏硬石膏(164s/m(164s/m）石膏（）石膏（171s/m171s/m）岩盐（岩盐（220s/m220s/m）淡水（淡水（620s/m620s/m）纯砂岩用威利公式（平均时间公式）纯砂岩用威利公式（平均时间公式）泥质砂岩孔隙度计算泥质砂岩孔隙度计算公式公式（3 3）确定地层孔隙度）确定地层孔隙度4 4）应用）应用（4 4）为地震勘探提供声速资料）为地震勘探提供声速资料 作速度谱分析，人工合成地震记录等。作速度谱分析，人工合成地震记录等。（5 5）提供波阻抗和反射系数）提供波阻抗和反射系数 一般认为声波测井确定的孔隙度一般认为声波测井确定的孔隙度是原生孔隙（均匀粒间孔），常用是原生孔隙（均匀粒间孔），常用ss表示，不包括次生孔隙。表示，不包括次生孔隙。对于固结不好或未固结岩石，对于固结不好或未固结岩石，tt要比固结岩石的大要比固结岩石的大,那么计算出孔隙度那么计算出孔隙度高高,需作校正。需作校正。校正系数：固结不好时校正系数：固结不好时 CPCP1