聲波測井課件

3聲波測井（Acousticlog）3聲波測井3聲波測井3.1聲波測井簡介3聲波測井研究的對象：井孔周圍地層或其它介質的聲學性質（速度、能量、頻率變化等）物理基礎：不同介質的彈性力學性質不同,使其聲波傳播速度、衰減規(guī)律不同地質基礎：巖性、孔隙度不同，聲波傳播速度不同；孔隙流體性質不同，能量的衰減不同裂縫的存在，使能量衰減研究的對象：井孔周圍地層或其它介質的聲學性質（速度、能量、頻測量方法：用途：確定巖性，計算孔隙度，判斷氣層，確定裂縫發(fā)育帶，判斷地層的各向異性，檢查固井質量，確定地層彈性參數(shù)等透射法：發(fā)射聲脈沖，聲能頻率20kHz，

使聲波在地層中傳播一段距離，接收器

接收聲信號（到達時間及幅度）反射法：向井壁發(fā)射聲脈沖，聲能頻率500KHz，

接收經(jīng)井壁的反射波幅度測量方法：用途：確定巖性，計算孔隙度，判斷氣層，確定裂縫發(fā)育一、發(fā)展歷史1.20世紀30-40年代，一個發(fā)射器和一個接收器----為地震解釋的需要，提高時深轉換精度3.

1954年，單發(fā)雙收儀器（前蘇聯(lián)),得到聲波時差（t）4.1956年，Wyllie等發(fā)表了著名的“時間平均公式”，證實了聲速與巖性和孔隙度的關系2.1952年，出現(xiàn)了套管井的聲幅測井——水泥膠結測井一、發(fā)展歷史1.20世紀30-40年代，一個發(fā)射器和一個接收5.1964年，雙發(fā)雙收（井眼補償）聲系，消除井眼尺寸變化，儀器傾斜和偏心的影響6.60年代末，研制出了偶極子源，能直接激發(fā)橫波信號，發(fā)展到90年代的偶極子及多極子聲波成像測井儀,可在慢速地層中得到橫波速度7.20世紀70年代末（1979年），出現(xiàn)了長源距聲波儀器，以數(shù)字記錄方式記錄全波列5.1964年，雙發(fā)雙收（井眼補償）聲系，消除井眼尺寸變化8.20世紀80年代早期，出現(xiàn)了商用的聲波陣列儀器9.大概2005,Schlumberger公司推出SonicScanner-----單極+偶極子陣列聲波儀三維聲波掃描成像測井儀8.20世紀80年代早期，出現(xiàn)了商用的聲波陣列儀器9.大概二、幾個基本概念1.聲波的周期、頻率、波長聲波測井使用波的頻率為幾百Hz—幾百KHz2.聲波測井將巖石近似為彈性介質理想彈性介質:固相、連續(xù)、均勻、各向同性和完全彈性彈性波在理想彈性介質中傳播時不發(fā)生衰減二、幾個基本概念1.聲波的周期、頻率、波長聲波測井使用波的頻3.彈性力學參數(shù)（1）楊氏模量E（Young’sModulus）（2）切變模量(ShearModulus）（3）泊松比（Poisson’sRatio）（4）體變模量K（BulkModulus）（5）體積密度ρ3.彈性力學參數(shù)（1）楊氏模量E（Young’sMod第三章聲波測井課件4.聲場的基本物理量

（1）縱波速度Vp與橫波速度VsVP>VS4.聲場的基本物理量（1）縱波速度Vp與橫波速度VsVP>（2）聲波時差:速度的倒數(shù)

聲學:慢度(slowness)，聲波測井:時差(單位：μs/m或μs/ft

)（3）聲壓P(壓強)一般指一個周期內的聲壓均方根值單位：Pa（1pa=1N/m2),

psi=1lb/in2（2）聲波時差:速度的倒數(shù)聲學:慢度(slowness)，（4）聲阻抗Z：（5）聲衰減系數(shù)（聲壓衰減系數(shù)）為聲波的衰減（吸收）系數(shù)，它與介質的聲速、密度、頻率有關

聲速與密度的乘積：Z=幾何物理平面波:（4）聲阻抗Z：（5）聲衰減系數(shù)（聲壓衰減系數(shù)）為聲聲波的粘滯和熱傳導衰減系數(shù):消除頻率影響的衰減系數(shù):水：As=8.8×10-15，25×10-15空氣：As=1.37×10-11，2.0×10-11氣體比液體的聲衰減系數(shù)大4個數(shù)量級聲波的粘滯和熱傳導衰減系數(shù):消除頻率影響的衰減系數(shù):水：5.井內聲波的發(fā)射、傳播和接收(1)換能器（探頭）：測井常用壓電陶瓷晶體（鋯鈦酸鉛）換能器，它具有機械和電學方面的特性：從機械上看它是一個彈性體，具有機械特性；從電學上看它是一個電介質，具有介電特性?？梢詫㈦姶拍苻D換為聲能，又可以將聲能轉換為電磁能的器件。5.井內聲波的發(fā)射、傳播和接收(1)換能器（探頭）：壓電效應：晶體在外力作用下產生變形時，會引起晶體內部正、負電荷中心發(fā)生位移而發(fā)生極化，導致晶體表面出現(xiàn)電荷累積。逆壓電效應：將晶體置于外電場中，電場的作用使晶體內部正、負電荷中心發(fā)生位移，從而導致晶體表面產生變形。測井現(xiàn)用于發(fā)射和接收縱波的壓電陶瓷制成有限長的圓管(稱為單極子或對稱聲源)，其原始極化方向是圓周方向。壓電效應：晶體在外力作用下產生變形時，會引起晶體內部正、負單極子（對稱）聲源震動示意圖＋＋＋＋＋＋－－－－－－單極子（對稱）聲源震動示意圖＋＋＋＋＋＋－－－－－－聲源指向角特性花瓣圖有限長圓管狀換能器發(fā)射的聲波有一定方向性圓柱狀聲源聲壓最大值方向波束角(70%)聲源指向角特性花瓣圖有限長圓管狀換能器發(fā)射的聲波有一定方向性單極子（對稱）聲源單極子（對稱）聲源

偶極子（非對稱）聲源振動示意圖

偶極子（非對稱）聲源振動示意圖偶極子（非對稱）聲源偶極子（非對稱）聲源第三章聲波測井課件聲波測井理論計算和考察的困難：1.發(fā)射和接收在井內泥漿中，井的影響不能忽略2.地層中的波是經(jīng)井壁界面形成的不同模式轉換波3.地層的非均勻性、各向異性使得波動方程過于復雜，甚至沒有解析解1.簡化地層模型（簡化成柱狀兩層介質），求解析解；2.用有限元或有限差分求數(shù)值解，數(shù)值解是綜合效應的解，討論結果還要結合解析解解決方法：聲波測井理論計算和考察的困難：1.發(fā)射和接收在井內泥漿中，井

（對稱聲源）聲波傳播幾何模型（對稱聲源）聲波傳播幾何模型單極子聲源的典型全波列波形硬地層全波列(頻率15-30kHz)硬地層：Vs(地層橫波）>Vf（泥漿縱波）單極子聲源的典型全波列波形硬地層全波列(頻率15-30kH軟地層全波列(頻率15-30kHz)軟地層全波列(頻率15-30kHz)滑行縱波（模式波)V1V2滑行波臨界角斯奈爾定律：(1)v1,v2一定(2)若v2>v1能量由佐普里茲方程給出路徑滑行縱波（模式波)V1V2滑行波臨界角斯奈爾定律：(1)v1）產生條件:V2p>V1以第一臨界角入射2）速度：以地層的縱波速度傳播，頻散可忽略3）幅度：隨傳播距離增加按1/z2

減小，與頻率成反比4）非均勻波，能量集中在13個波長內（徑向探測深度）

1）產生條件:V2p>V1以第一臨界角滑行橫波(模式波)1）產生條件：V2s>V1(硬地層）以第二臨界角入射2）速度:以地層橫波速度傳播，低于縱波速度,基本無頻散3）幅度：比縱波大15—20倍4)相位:與縱波相位相差1800滑行橫波(模式波)1）產生條件：V2s>V1(硬地層）偽瑞利波(pseudoRayleigh-wave)1）產生條件：V2S>V1聲源頻率大于截止頻率2）速度：小于地層縱、橫波速，以地層的橫波速度為上限，井內流體的速度為下限，且速度有頻散3）幅度：沿井壁傳播時幅度不會衰減，進入地層時顯著衰減(面波）4）相位：與橫波同相位偽瑞利波(pseudoRayleigh-wave)1）斯通利波（Stoneley-wave）1）產生條件：Td易激發(fā)(d=0.25m時,f<6kHz)有輕微頻散，能量主要集中在低頻段（3.5kHz以下)2）速度：3)幅度：在貼井壁的流體中最大，井軸上幅度最小（面波）4)相位：與Vp同相，與Vs反相斯通利波（Stoneley-wave）1）產生條件：T速度頻散曲線速度頻散曲線PermeableFormation-Slowingdown

-AttenuationRxTxAttenuated衰減Reflected反射sloweddown

&

attenuated速度變低衰減Fractures裂縫Stoneley

wavepermeable

formation滲透層OpenFractures

-Reflection反射-Attenuation衰減斯通利波（Stoneley-wave）PermeableFormationRxTxAttenua3聲波測井3.2聲速測井及長源距全波列測井3聲波測井一、聲波速度(縱波)測井（一）井下儀器聲系（發(fā)射探頭、接收探頭）電子線路（產生脈沖電流、放大接收信號）（二）單發(fā)雙收聲速測量原理1.能產生滑行縱波Vp>Vm發(fā)射探頭有方向特性,保證各種地層都有以臨界角入射的波一、聲波速度(縱波)測井（一）井下儀器聲系（發(fā)射探頭、接收探2.接收探頭能接收到的波（路徑）（1）直達波（2）反射波（3）滑行波為什么R能接收到滑行波惠更斯原理2.接收探頭能接收到的波（路徑）（1）直達波（3.識別滑行波：使其成為首波(1)滑行波所經(jīng)歷的時間最短的路徑費爾瑪時間最小原理：聲波以臨界角入射到兩種介質的分界面上后，沿邊界以地層速度滑行，以臨界角方向折回泥漿到達接受器的路徑所用時間最短。3.識別滑行波：使其成為首波(1)滑行波所經(jīng)歷的時間最短的路TRv1v2LABCD滑行波：直達波：(2)使滑行波先于直達波到達R——加大源距L（第一條件）TRv1v2LABCD滑行波：直達波：(2)使滑行波先于直達滑行波先于直達波到達接收探頭必須滿足:化簡：最低速泥巖V2=1800m/s，泥漿V1=1600m/s標準井徑=0.25m,探頭直徑=0.05m臨界源距(3)在儀器外殼上刻槽(第二條件)滑行波先于直達波到達接收探頭必須滿足:化簡：最低速泥巖V2=TR1R2發(fā)射探頭接收探頭間距(span)R1，R2的中點，為深度記錄點源距4.單發(fā)雙收聲系TR1R2發(fā)射探頭接收探頭間距(span)R1，R2的中點，TR1R2ABCDEF滑行波到達R1、R2的時間差：當井眼規(guī)則時：5.單發(fā)雙收聲速測井原理聲波時差Δt:TR1R2ABCDEF滑行波到達R1、R2的時間差：當井眼規(guī)探測深度：縱向分辨率：間距(測量的是間距范圍內的傳播時間的平均值)1-3倍波長探測特性深度誤差：深度記錄點與實際傳播路徑中點不相同間距選擇：間距減小可以提高分辨率，但聲波經(jīng)過巖層所需時間變短，測量相對誤差增大。我國常規(guī):=0.5m;高分辨率:=0.15m探測深度：縱向分辨率：間距(測量的是間距范圍內的傳播時間的平增加增加（三）井眼補償聲速測井1.井眼擴大對單發(fā)雙收的影響TR1R2擴徑井段上界面增大

擴徑井段下界面減小

增加增加（三）井眼補償聲速測井1.井眼擴大對單發(fā)雙收TR1RT1T2R1R1擴徑井段未擴徑井段增大2.雙發(fā)雙收井眼補償聲速測井最終記錄其聲波時差為：T1和T2交替發(fā)射聲脈沖，分別測量時差和。T1T2R1R1擴徑井段未擴徑井段增大2.雙發(fā)雙收井眼補償聲優(yōu)點T1T2R1R1消除了擴徑的影響??可消除深度誤差缺點分辨率降低對低速地層會出現(xiàn)“盲區(qū)”盲區(qū)優(yōu)點T1T2R1R1消除了擴徑的影響??可消除深度誤差缺點分思考題分析、比較以上四種聲系得到補償時差方法的優(yōu)缺點（深度誤差、擴井、儀器傾斜、井眼傾斜、分辨率、誤差……)思考題分析、比較以上四種聲系得到補償時差方法的優(yōu)缺點（深度誤作業(yè)五正演計算砂泥巖剖面的聲波時差理論曲線,并分析曲線特征，討論深度誤差，擴徑等影響，聲系:用前面思考題中的1、2、4聲系，源據(jù)1m,1、2聲系間距0.5m,4聲系為0.15m砂巖層、泥巖層、泥漿聲速，厚度，井徑（包括擴徑）自己設定作業(yè)五正演計算砂泥巖剖面的聲波時差理論曲線,并分析曲線特征第三章聲波測井課件（四）聲波時差(縱波)測井資料的應用1.確定孔隙度骨架及流體時差值(μm/s)砂巖182168灰?guī)r156白云巖143硬石膏164淡水泥漿620鹽水泥漿608（四）聲波時差(縱波)測井資料的應用1.確定孔隙度骨架及第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件2.識別氣層和裂縫（周波跳躍）周波跳躍：地層對聲波衰減過大，使儀器（第二個接收探頭）未能檢測到首波波至，導致聲波時差變大，或忽高忽低的變化門檻(閾值)檢測技術R1R22.識別氣層和裂縫（周波跳躍）周波跳躍：地層對聲波衰減過大滑行波能量(幅度)衰減原因:物理衰減：衰減系數(shù)反射和折射能量分配(反射和折射系數(shù))產生周波跳躍的原因：氣層：物理衰減，使幅度減小裂縫：聲波在裂縫間多次反射和折射造成衰減思考題：1.周波跳躍可以識別氣層和裂縫;但發(fā)生周波跳躍,其它應用時是否需要考慮其影響求孔隙度、制作合成地震記錄2.泥漿中有氣會導致周波跳躍嗎?滑行波能量(幅度)衰減原因:物理衰減：衰減系數(shù)反射和折射能第三章聲波測井課件3.合成地震記錄——地震子波——反射系數(shù)序列地震資料與測井資料的主要差別：縱向分辨率地震20－30m聲速測井0.5m時間域測井得到的ρ,ν是深度域的3.合成地震記錄——地震子波——反射系數(shù)序列地震資第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件思考題：參考測井資料，正演分析時差的增大是擴徑補償不完全?還是能量衰減過大??思考題：參考測井資料，正演分析時差的增大是擴徑補償不完全?還b.地層壓力P（孔隙壓力）：流體飽和的巖石中，流體部分所受的力c.有效壓力σ（應力）：流體飽和巖石中，骨架部分所受的力a.上覆地層壓力S：飽和流體的巖石上受的重力單位：Pa4.檢測壓力異常(超壓)b.地層壓力P（孔隙壓力）：流體飽和的巖石中，流體部分鋼板流體彈簧(相當于巖石骨架)正常壓力地層模擬超壓地層模擬鋼板流體彈簧(相當正常壓力地層模擬超壓地層模擬d.正常壓力地層：在上覆壓力作用下,流體能流出,孔隙度變小,孔隙流體壓力等于靜水柱壓力,孔隙度及時差隨深度按指數(shù)減小e.超壓地層：在壓力作用下，流體流不出來（泥巖）孔隙流體壓力大于靜水柱壓力。超壓層特點：孔隙度相對較大,時差相對增大,偏離正常壓力地層趨勢線壓力系數(shù)=實測地層壓力/同深度靜水壓力d.正常壓力地層：在上覆壓力作用下,流體能流出,孔隙度變小正常壓力泥巖地層:

H1H2ab(us/m)H(m)等效深度法深度H1處：上覆巖層壓力S1:地層壓力P1:有效應力：深度H2處：上覆巖層壓力S2:地層壓力P2:正常壓力泥巖地層:H1H2ab(us/m)H(m)等效深度——超壓層的地層壓力——流體靜水柱壓力梯度——覆蓋層壓力梯度H2——超壓層中部深度等效深度法認為：地層壓力P2:——超壓層的地層壓力——流體靜水柱壓力梯度——覆蓋層壓力二、長源距（陣列）全波列測井1.采用長源距的原因：使滑行橫波的首波出現(xiàn)在縱波續(xù)至波之后，便于檢測橫波。（沉積巖的平均值）目的：同時得到縱、橫波速度

Vp/Vs=1.73方法：記錄全波波形，從波形中提取二、長源距（陣列）全波列測井1.采用長源距的原因：使滑行橫波2.聲系及記錄內容(1)Atlas的3700WF1:T1R2波形WF2:T1R1波形WF3:T2R1波形WF4:T2R2波形每個波形:記錄長度:960點采樣間距:2s、4s或8s

2.聲系及記錄內容(1)Atlas的3700WF1:T(2)Schlumberger（CSU)記錄內容：(1)TT1:T1R1傳播時間(2)TT2：T1R2傳播時間(3)TT3:T2R1傳播時間(4)TT4:T2R2傳播時間(5)DT:源距8ft補償時差(6)DTL:源距10ft補償時差（7）四個全波波形：每個波形的記錄長度為512個點，采樣間距5s(2)Schlumberger（CSU)記錄內容：（7）Schlumberger的陣列聲波儀Schlumberger的陣列聲波儀（3）Halliburton（DDL)一發(fā)四收陣列源距：10-13英尺間距：1英尺（3）Halliburton（DDL)一發(fā)四收陣列3.波形分析與處理:得到慢度和衰減系數(shù)3.波形分析與處理:得到慢度和衰減系數(shù)條件:同一波的模式，到達不同接收器的波形相似（因為p,s波基本不頻散，Stoneley頻散可忽略）慢度時間相關法(Slowness-TimeCoherence,STC)1）在近波和遠波波形中開大小相等的時窗tntf2）固定近窗,向右移動遠窗,分別計算相關系數(shù)3）求出相關系數(shù)最大值處的tf,則慢度s為:l為遠近接收探頭間距方法:條件:同一波的模式，到達不同接收器的波形相似（因為p,s4）近窗和遠窗都移動,可以得到兩窗內的相關系數(shù)5）做變量代換,令:4）近窗和遠窗都移動,可以得到兩窗內的相關系數(shù)5）做變量代換6）在t、s坐標系下，做ρ的等直線圖（STC圖）7）采用適當?shù)娜S尋峰技術,得到各個峰的峰位置6）在t、s坐標系下，做ρ的等直線圖（STC圖）7）采用適當4.全波列提供的信息（CSU)傳播時間（首波到達時間）參數(shù)：TT1(10ft)，TT2(8ft)，TT3(12ft)，TT4(10ft)2）縱波時差(DTC)：DT=[(TT1-TT2)+(TT4-TT2)]/2ftDTL=[(TT3-TT4)+(TT3-TT1)]/2ft4.全波列提供的信息（CSU)傳播時間（首波到達時間）參數(shù)：5)幅度（首波）10ftAp1(TT1)As1(TT1)8ftAp2(TT2)As2(TT2)12ftAp3(TT3) As3(TT3)10ftAp4(TT4) As4(TT4)4)速度比:DTR3)橫波時差（由波形處理結果得到）:DTS5)幅度（首波）4)速度比:DTR3)橫波時差6)幅度比及衰減系數(shù)：兩個接收探頭接收到的同一發(fā)射信號的首波幅度之比如:縱波幅度比6)幅度比及衰減系數(shù)：兩個接收探頭接收到的同一發(fā)射信號的首波5.全波資料的應用（1）計算巖石彈性參數(shù)泊松比：切變模量：楊氏模量：體積模量：5.全波資料的應用（1）計算巖石彈性參數(shù)泊松比：切變模量：（2）計算巖石的非彈性參數(shù)單軸抗壓強度、地層張力等估算就地最大、最小主應力估算孔隙壓力、破裂壓力和坍塌壓力估算地層孔隙內流體的彈性模量（3）Stoneley波波速、衰減結合估算滲透率（2）計算巖石的非彈性參數(shù)單軸抗壓強度、地層張力等估算就3聲波測井3.3偶極子（陣列）聲波測井3聲波測井Schlumberger公司：于1990年DSI(DipoleShearSonicImager)，它是MAXIS-500測井系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，2005年推出SonicScannerAtlas公司：1992年MAC(MultipoleArrayAcoustilog)及隨后推出XMAC是ECLIPS-2000測井系統(tǒng)的子系統(tǒng)Halliburton公司：1996LFD(LowFrequencyDipole)和正交偶極子陣列聲波測井儀WaveSonic

Schlumberger公司：于1990年DSI(Dipol單極子聲源在硬地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄到的典型波形單極子聲源在硬地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄單極子聲源在軟地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄到的典型波形單極子聲源在軟地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄偶極子聲源在軟地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄到的典型波形偶極子聲源在軟地層中井內外的聲波傳播示意圖及聲波測井儀器記錄數(shù)值計算用的軟、硬地層及井眼的輸入?yún)?shù)一、彎曲(flexural)波特點數(shù)值計算用的軟、硬地層及井眼的輸入?yún)?shù)一、彎曲(flexu硬地層中偶極子波和四極子波的頻散曲線硬地層中偶極子波和四極子波的頻散曲線軟地層中偶極子波和四極子波的頻散曲線偶極子波的徑向能量分布范圍（1-3）倍波長軟地層中偶極子波和四極子波的頻散曲線偶極子波的徑向能量分布范DispersionCurvesin8.5in.BoreholeTheslownessoftheboreholeflexuralwaveincreaseswithfrequency,calledfrequencydispersionAtlowfrequencytheflexuralwavetravelsattheshearslownessTheflexuralwavereachesitslargestamplitudewhentheslopeofthedispersioncurveismaximumDispersionalsodependsonholesizeandmudslownessDispersionCurvesin8.5in.B偶極子波具有明顯的偏振特性（橫波分裂）偶極子波具有明顯的偏振特性（橫波分裂）二、DSI簡介1、DSI聲系頻率80Hz-30kHz二、DSI簡介1、DSI聲系頻率80Hz-30kHz2、DSI有五種工作方式：(1)上下偶極方式：用相同偏振方向發(fā)射與接收采樣時間間隔為40s，每道波形采512點2、DSI有五種工作方式：(1)上下偶極方式：用相同偏振(２)Stoneley方式(低頻)：單極子低頻發(fā)射波形采樣間隔為40s，共512點(２)Stoneley方式(低頻)：單極子低頻發(fā)射波形采樣(３)縱橫波模式(高頻單極子發(fā)射、記錄全波列)波形采樣間隔為10s，共512點(３)縱橫波模式(高頻單極子發(fā)射、記錄全波列)波形采樣間隔(5)初至探測模式：(４)正交偶極方式：用于評價各向異性

上下偶極子發(fā)射器激發(fā)，由四個相距為1.2ft的接收陣上對應的正交偶極子接收器接收波形，在每個深度點上、下偶極交替工作，共記錄8道正交偶極波形。波形采樣間隔為40s，共512個點。用高頻脈沖激發(fā)單極子發(fā)射器，產生8道單極過閾數(shù)據(jù)，主要用于探測初至縱波。(5)初至探測模式：(４)正交偶極方式：用于評價各向異性聲波全井眼掃描儀SonicScanner6ft11ft13級接收器，6英尺長，每一級接收器記錄八個方位的數(shù)據(jù)三個單極子聲源（上、下、遠）兩個互相垂直的偶極子聲源斯通利波通過遠單極子低頻激發(fā)DSI具有8個接收器，沒有上、下單極子聲源聲波全井眼掃描儀SonicScanner6ft11ft三、XMAC簡介1.聲系單極陣列：包括兩個單極聲源和8個接收器；主頻率為5-20KHz；偶極陣列：偶極陣列是由兩個交叉擺放（相差900）的偶極聲源及8組(每組4個)交叉式偶極接收器組成，接收器間距為0.6英尺；主頻率為3-5KHz。三、XMAC簡介1.聲系單極陣列：包括兩個單極聲源和8個接第三章聲波測井課件Anisotropic：Soundspeedchangeswith

directionofpropagation

2.評價地層的各向異性VerticalvelocityHorizontalvelocityNotthesame!!不一樣！Anisotropic：SoundspeedchanAnisotropicFormationAnisotropicFormation具有垂直對稱軸的橫向各向同性(砂泥巖互層、層理等）TIV(transverseisotropyofverticalaxissymmetry)Solved(Theory,experiment)Unresolved(Application)VSisnotafunctionofq具有垂直對稱軸的橫向各向同性(砂泥巖互層、層理等）TIVS“具有水平對稱軸的橫向各向同性”，也稱為周向各向異性地層，地應力和高角度裂縫等均可引起TIH(transverseisotropyofHorizontal

axissymmetry)Solvedwishcross-dipoleloggingVS()“具有水平對稱軸的橫向各向同性”，也稱為周向各向異性地層，地

當偶極子波入射到周向各向異性地層（如高角度裂縫性地層）時，偏振方向分裂為相互正交的兩個方向，并以不同的速度傳播偶極子波分裂xyz當偶極子波入射到周向各向異性地層（如高角度裂縫性地層）時第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件設快慢橫波傳播的Green函數(shù)分別為gf(t)和gs(t)，兩個正交偏振方向的探頭接收到的信號可表示為：設快慢橫波傳播的Green函數(shù)分別為gf(t)和gs(t)，當某一時，可使xy(t)或yx(t)為零(或極小值)找到快橫波面和慢橫波面方位，提取快慢橫波的波速當某一時，可使xy(t)或yx(t)為零(或極小值)找到快各向異性=（快橫波速度-慢橫波速度）/快橫波速度各向異性=（快橫波速度-慢橫波速度）/快橫波速度WaveSonic聲系結構四、WaveSonic聲系能根據(jù)地層特性選擇最佳的偶極發(fā)射頻率WaveSonic聲系結構四、WaveSonic聲系能根據(jù)地3聲波測井3.4井壁聲波反射成像測井(井周聲波成像測井)3聲波測井一、基本原理測量原理示意圖一、基本原理測量原理示意圖1.中心部件是一個超聲換能器（圓片狀)，即是發(fā)射換能器又是接收換能器2.它由一個馬達驅動，沿著儀器軸轉動，每秒幾次3.轉動時發(fā)射波長較短的超聲波脈沖

4.聲波沿井眼泥漿傳播，到井壁(或套管壁)反射返回換能器1.中心部件是一個超聲換能器（圓片狀)，即是發(fā)射換能器又是接6、接收信號傳到地面，經(jīng)過圖象處理成反射波的幅度圖像5、測量參數(shù)：（1）旅行時間—井徑的變化（2）反射信號幅度—井壁地層聲阻抗的變化（3）井眼方位和井斜數(shù)據(jù)（受井眼尺寸影響）6、接收信號傳到地面，經(jīng)過圖象處理成反射波的幅度圖像5、測量大多數(shù)巖石和普通鉆井液，R值大于0.5，反射能量高于透射能量7、反射系數(shù)：R=（Z2－Z1）/（Z2＋Z1）不利條件組合在一起時，如大比重鉆井液、未壓實的泥巖時，R可低至0.2

對大多數(shù)常見巖石,R變化相對較小,通常在10%-20%的級別，這給出了R對巖性分辨能力的概念，也決定了反射波圖象資料在裸眼井中應用的限制大多數(shù)巖石和普通鉆井液，R值大于0.5，反射能量高于透射能量物質密度(kg/cm3)聲波速度(m·s-2)聲阻抗(MRayl)空氣(1-100巴)1.3-1303300.0004-0.04水100015001.5鉆井液1000-20001300-18001.5-3.0泥巖1900-24502300-34004.5-8.3砂巖(20%)232039009.0石灰?guī)r(20%)2370420010.0白云巖(20%)2520495012.5硬石膏2960610018物質密度(kg/cm3)聲波速度(m·s-2)聲阻抗(MRa8、探測特性換能器的空間分辨率（聲斑大?。号c頻率、尺寸、目標距離、泥漿聲速及衰減有關如：500KHz,直徑33mm換能器,在60mm遠清水處，聲斑5.6mm儀器的縱向分辨率：等于換能器每轉一圈儀器提升的距離如：測井速度120m/h，5圈/s，縱向分辨率約6.7mm周向分辨率：主要取決于轉一周的采樣點數(shù)及井眼尺寸如：512點/圈，井徑5.5in，約為0.764mm8、探測特性換能器的空間分辨率（聲斑大?。号c頻率、尺寸、目(一).井下聲波電視（BHTV：BoreholeTelevision)1、60年代末期由Mobile公司最早研制2、聲學探頭(換能器)主頻為1MHz3、探頭每秒繞井軸旋轉3周，每旋轉一周向井壁發(fā)射480～512次聲脈沖4、測井速度90m/h5、井下的模擬信號送到地面，經(jīng)處理后送到示波器并對它照相得到二維黑白圖象二.儀器(一).井下聲波電視（BHTV：BoreholeTelev(二).數(shù)字井周成像儀(CBIL:CircumferentialBoreholeImagerLog)1、1990年由Atlas公司投入市場服務2、兩個球面聚焦換能器,直徑分別是1.5in和2.0in、主頻為500

KHz和250KHz兩種可供選擇3、探頭每秒繞井軸旋轉6周，每旋轉1周向井壁發(fā)射250次聲脈沖4、測井速度可達182m/h(二).數(shù)字井周成像儀1、1990年由Atlas公司投入市(三).井周聲波掃描測井儀(CAST:CircumferentialAcousticScanningTool)1、1990年，Halliburton公司推出的2、探頭的中心頻率為450kHz3、采樣率：水平100-500點/周,垂直131周/米4、1996年，對CAST改進推出CAST-V成像模式,可以用于裸眼井,也可以用于套管井套管井模式,通常只用于套管井(三).井周聲波掃描測井儀1、1990年，Halliburt(四).超聲成像儀（USI:UltraSonicImager)1.1991年，Schlumberger投入生產服務2.單聚焦的換能器,工作頻率為250KHz和500KHz3.

油基泥漿中代替FMI(五).UBI(UltrasonicBoreholeImager)1.1995年，Schlumberger推出2.工作頻率為2MHz聚焦換能器3.可以探測套管內壁和外壁返回的兩種回波，用來探測套管內壁和外壁受腐蝕的情況(四).超聲成像儀（USI:UltraSonicImag參數(shù)CASTUSIUBICBIL儀器長度5.46m6.3m6.3m4.55m重量143.3kg171.5kg171.6kg122.5kg采集系統(tǒng)Excell-2000MAXIS-500MAXIS-500ECLIPS-5700遙測系統(tǒng)D2TS、D4TGDTSDTS3514最大測井速度420m/h240m/h640m/h182m/h最大井眼尺寸54cm35.56cm31.75cm54cm最小井眼尺寸16cm11.43cm13.97cm17.01cm最大井斜90909090最大鉆井液密度水基1.6g/cm31.6g/cm31.6g/cm31.6g/cm3油基1.16g/cm31.16g/cm31.16g/cm31.16g/cm3最大耐壓2000psi(137MPa)2000psi2000psi2000psi最大耐溫175°C175°C175°C204°C最高分辨率0.2in0.2in0.2in0.2in儀器組合方式不能與其它測井儀器組合能與其它測井儀器組合，但必須在儀器串的最底部能與其它測井儀器組合，但必須在儀器串的最底部能與其它測井儀器組合，但必須在儀器串的最底部聲成像測井儀器指標對比參數(shù)CASTUSIUBICBIL儀器長度5.46m6.3m6裂縫層理裂縫層理第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件思考題比較地層微電阻率掃描成像、井周聲波反射成像、方位側向成像、陣列感應成像測井的測量原理、資料的主要用途及適用條件，分析決定探測特性的因素思考題比較地層微電阻率掃描成像、井周聲波反射成像、方位側向成3聲波測井3.5聲波幅度測井3聲波測井一、套管井固井后井孔附近介質分布鋼套管：厚7.52~11.51mmVp=5400~5700m/s水泥環(huán)：厚20~60mmVp=2740~4880m/s泥漿：Vp=1800m/s第一界面：套管與水泥環(huán)界面第二界面：水泥環(huán)與地層界面一、套管井固井后井孔附近介質分布鋼套管：厚7.52~11.5二、套管井的聲波波列(對稱聲源）1.套管波粗略的講：套管波是以第一臨界角入射的縱波經(jīng)泥漿與套管的分界面折射后，在套管中產生滑行波再以臨界角折回的波（滑行縱波）二、套管井的聲波波列(對稱聲源）1.套管波粗略的講：套管波是2.水泥環(huán)波：由于膠結好有微裂縫，膠結不好不夠致密，水泥環(huán)波能量（幅度）很小。3.地層波：可粗略的看成是透過很薄的套管和水泥環(huán)的一部分透射波，在水泥環(huán)和地層界面上發(fā)生臨界折射形成的。4.泥漿波：即斯通利波，是沿泥漿傳播，直接到達接收器的波。2.水泥環(huán)波：由于膠結好有微裂縫，膠結不好不夠致密，水泥環(huán)波三、套管波幅度與管外介質的關系1.影響套管波幅度的因素2.套管波幅度與第一界面膠結情況的關系a.泥漿吸收b.界面吸收c.反射和折射能量分配d.在套管中傳播時能量的衰減（管內和管外）（1）膠結好，套管波幅幅度?。?）膠結不好，套管波幅幅度大一口井恒定三、套管波幅度與管外介質的關系1.影響套管波幅度的因素四、固井聲幅測井：測量原理固井聲幅測井(CBL-cementbondlog)1.聲系：采用單發(fā)單收聲系，源距為1m2.按套管波第一正峰到達時間（固定）對其幅度進行采樣3.再將它們展寬放大，經(jīng)積分電路平滑后輸出直流電壓4.記錄電壓隨深度變化曲線四、固井聲幅測井：測量原理固井聲幅測井(CBL-cem5.應用相對幅度<20%，膠結質量好相對幅度20%—40%，膠結質量中等相對幅度>40%，膠結質量差b.檢查固井質量：a.采用半幅點的方法確定水泥面位置(上返深度)相對幅度=解釋層段幅度/自由套管幅度5.應用相對幅度<20%，膠結質量好b.檢查固井質量：a.水泥面套管接箍膠結質量好膠結質量中等膠結質量差水泥面套管接箍膠結質量好膠結質量中等膠結質量差1.變密度測井記錄方式

五、VDL（variabledensitylog)1)記錄全波列的前12—14個波的幅度和到達時間2)接收器將聲信號轉化成和幅度成正比的電信號3)放大后送地面檢波，保留前12-14個波的正半周4)用正半周的幅度（電壓）調節(jié)示波器上12-14個光點的輝度，幅度越大，光點越亮5)波到達時間以x軸的位移量表示6)在膠片上記錄光點的輝度1.變密度測井記錄方式 五、VDL（variablede(1)波列順序：前3個波為套管波（平直的線）4-6個為水泥環(huán)波（弱）7個以后為地層波（到達時間不同—曲線）2.變密度測井圖分析固井質量(2)固井質量：第一界面膠結好:套管波弱（幅度?。┑诙缑婺z結好:地層波強（幅度大）第一界面膠結好的情況下才能判斷第二界面質量(1)波列順序：2.變密度測井圖分析固井質量(2)固井質量(3)變密度圖基本顯示(3)變密度圖基本顯示六、扇區(qū)水泥膠結評價儀：聲系扇區(qū)水泥膠結評價儀（SegmentedBondTool,SBT）一、聲系1990年，Atalas推出六、扇區(qū)水泥膠結評價儀：聲系扇區(qū)水泥膠結評價儀（Segmen(1)SBT有六個推靠器和極板，每個極板上各有一個發(fā)射探頭和一個接收探頭(2)探頭中心頻率為100KHZ，直接與套管內壁緊密接觸耦合(3)每相鄰的四個極板可構成螺旋狀雙發(fā)雙收聲系(4)六個雙發(fā)雙收補償測量系統(tǒng)，把套管分為6等份，分別測量套管波的衰減，評價水泥膠結質量(1)SBT有六個推靠器和極板，每個極板上各有一個發(fā)射探頭和二、測量原理二、測量原理1、T1發(fā)射，R2，R3接收，接收到的套管波的幅度分別為A12和A132、套管波的衰減系數(shù)為d=6in=15.24cm1、T1發(fā)射，R2，R3接收，接收到的套管波的幅度分別為A14、由于兩個接收探頭的接收靈敏度、帶寬以及各種性能隨溫度的變化等不完全相同，因此1、2不能反映地層聲衰減的真實情況3、同理可得T4發(fā)射，R3、R2接收時得到的衰減系數(shù)：4、由于兩個接收探頭的接收靈敏度、帶寬以及各種性能隨溫度的變5、定義補償?shù)穆曀p系數(shù)為：例：若R2比R3接收靈敏性高，則：ATC1卻與R1、R2的靈敏性無關，類似可定義其它扇區(qū)的補償聲衰減系數(shù)：5、定義補償?shù)穆曀p系數(shù)為：例：若R2比R3接收靈敏性高，三、內容及顯示1、SBT的測量內容(1)平均聲衰減系數(shù)ATAV：(2)最小聲衰減系數(shù)ATMIN：(3)平均聲幅：其中，AFREE為自由套管聲幅，由實驗確定AMAV相當于常規(guī)的聲幅測井曲線三、內容及顯示1、SBT的測量內容(1)平均聲衰減系數(shù)A(4)相對方位（RB）：第一扇區(qū)中點相對方位角，可用于確定水泥竄槽的方位。(5)變密度測井圖（VDL）：主要用于評價水泥環(huán)與地層界面的膠結質量。(4)相對方位（RB）：第一扇區(qū)中點相對方位角，可用于確定2、SBT的成果顯示：(1)顯示ATAV、ATMIN、AMAV、AMAV5、VDL隨深度變化的曲線。在成果圖上，ATAV和ATMIN之間往往用陰影（黃色）表示，陰影寬度表示了膠結層中水泥竄槽的存在和大小2、SBT的成果顯示：(1)顯示ATAV、ATMIN、A(2)將實測衰減率劃分為五級灰度，其中最高一級（黑色）對應的相對衰減率為80%以上（完全膠結時衰減率為1），最低一級（白色）對應的衰減率低于20%，從而可繪出灰度隨深度變化的圖。（3）相對衰減（衰減率）與深度之間的關系曲線（共6條曲線）。(2)將實測衰減率劃分為五級灰度，其中最高一級（黑色）對應左邊一道是用灰度表示的SBT成果圖（灰度圖);右邊一道直接顯示了6個補償?shù)穆曀p系數(shù)左邊一道是用灰度表示的SBT成果圖（灰度圖);中間一道繪出了最小衰減系數(shù)、平均衰減系數(shù)和平均聲幅曲線，其中最小衰減系數(shù)、平均衰減系數(shù)的差異用灰色標出；右邊一道為SBT的變密度成果圖。中間一道繪出了最小衰減系數(shù)、平均衰減系數(shù)和平均聲幅曲線四、優(yōu)點1．SBT有6個推靠臂，每臂推靠力50磅。儀器收臂，下井通暢；上提測量時張臂，可在內徑為4in--15.5in套管中測量而不存在偏心問題,在井斜達45。時仍可得到合格資料；2．SBT能夠確定水泥竄槽的有無、大小和方位，有較高的周向分辨率。4．SBT的測試結果與泥漿性質無關；5.由于SBT的源距、間距較小，在這個距離內地層波還追不上套管波，故首波總是套管波。所以，SBT的測試結果不受快地層的影響。四、優(yōu)點1．SBT有6個推靠臂，每臂推靠力50磅。儀器收臂，3聲波測井（Acousticlog）3聲波測井3聲波測井3.1聲波測井簡介3聲波測井研究的對象：井孔周圍地層或其它介質的聲學性質（速度、能量、頻率變化等）物理基礎：不同介質的彈性力學性質不同,使其聲波傳播速度、衰減規(guī)律不同地質基礎：巖性、孔隙度不同，聲波傳播速度不同；孔隙流體性質不同，能量的衰減不同裂縫的存在，使能量衰減研究的對象：井孔周圍地層或其它介質的聲學性質（速度、能量、頻測量方法：用途：確定巖性，計算孔隙度，判斷氣層，確定裂縫發(fā)育帶，判斷地層的各向異性，檢查固井質量，確定地層彈性參數(shù)等透射法：發(fā)射聲脈沖，聲能頻率20kHz，

使聲波在地層中傳播一段距離，接收器

接收聲信號（到達時間及幅度）反射法：向井壁發(fā)射聲脈沖，聲能頻率500KHz，

接收經(jīng)井壁的反射波幅度測量方法：用途：確定巖性，計算孔隙度，判斷氣層，確定裂縫發(fā)育一、發(fā)展歷史1.20世紀30-40年代，一個發(fā)射器和一個接收器----為地震解釋的需要，提高時深轉換精度3.

1954年，單發(fā)雙收儀器（前蘇聯(lián)),得到聲波時差（t）4.1956年，Wyllie等發(fā)表了著名的“時間平均公式”，證實了聲速與巖性和孔隙度的關系2.1952年，出現(xiàn)了套管井的聲幅測井——水泥膠結測井一、發(fā)展歷史1.20世紀30-40年代，一個發(fā)射器和一個接收5.1964年，雙發(fā)雙收（井眼補償）聲系，消除井眼尺寸變化，儀器傾斜和偏心的影響6.60年代末，研制出了偶極子源，能直接激發(fā)橫波信號，發(fā)展到90年代的偶極子及多極子聲波成像測井儀,可在慢速地層中得到橫波速度7.20世紀70年代末（1979年），出現(xiàn)了長源距聲波儀器，以數(shù)字記錄方式記錄全波列5.1964年，雙發(fā)雙收（井眼補償）聲系，消除井眼尺寸變化8.20世紀80年代早期，出現(xiàn)了商用的聲波陣列儀器9.大概2005,Schlumberger公司推出SonicScanner-----單極+偶極子陣列聲波儀三維聲波掃描成像測井儀8.20世紀80年代早期，出現(xiàn)了商用的聲波陣列儀器9.大概二、幾個基本概念1.聲波的周期、頻率、波長聲波測井使用波的頻率為幾百Hz—幾百KHz2.聲波測井將巖石近似為彈性介質理想彈性介質:固相、連續(xù)、均勻、各向同性和完全彈性彈性波在理想彈性介質中傳播時不發(fā)生衰減二、幾個基本概念1.聲波的周期、頻率、波長聲波測井使用波的頻3.彈性力學參數(shù)（1）楊氏模量E（Young’sModulus）（2）切變模量(ShearModulus）（3）泊松比（Poisson’sRatio）（4）體變模量K（BulkModulus）（5）體積密度ρ3.彈性力學參數(shù)（1）楊氏模量E（Young’sMod第三章聲波測井課件4.聲場的基本物理量

（1）縱波速度Vp與橫波速度VsVP>VS4.聲場的基本物理量（1）縱波速度Vp與橫波速度VsVP>（2）聲波時差:速度的倒數(shù)

聲學:慢度(slowness)，聲波測井:時差(單位：μs/m或μs/ft

)（3）聲壓P(壓強)一般指一個周期內的聲壓均方根值單位：Pa（1pa=1N/m2),

psi=1lb/in2（2）聲波時差:速度的倒數(shù)聲學:慢度(slowness)，（4）聲阻抗Z：（5）聲衰減系數(shù)（聲壓衰減系數(shù)）為聲波的衰減（吸收）系數(shù)，它與介質的聲速、密度、頻率有關

聲速與密度的乘積：Z=幾何物理平面波:（4）聲阻抗Z：（5）聲衰減系數(shù)（聲壓衰減系數(shù)）為聲聲波的粘滯和熱傳導衰減系數(shù):消除頻率影響的衰減系數(shù):水：As=8.8×10-15，25×10-15空氣：As=1.37×10-11，2.0×10-11氣體比液體的聲衰減系數(shù)大4個數(shù)量級聲波的粘滯和熱傳導衰減系數(shù):消除頻率影響的衰減系數(shù):水：5.井內聲波的發(fā)射、傳播和接收(1)換能器（探頭）：測井常用壓電陶瓷晶體（鋯鈦酸鉛）換能器，它具有機械和電學方面的特性：從機械上看它是一個彈性體，具有機械特性；從電學上看它是一個電介質，具有介電特性?？梢詫㈦姶拍苻D換為聲能，又可以將聲能轉換為電磁能的器件。5.井內聲波的發(fā)射、傳播和接收(1)換能器（探頭）：壓電效應：晶體在外力作用下產生變形時，會引起晶體內部正、負電荷中心發(fā)生位移而發(fā)生極化，導致晶體表面出現(xiàn)電荷累積。逆壓電效應：將晶體置于外電場中，電場的作用使晶體內部正、負電荷中心發(fā)生位移，從而導致晶體表面產生變形。測井現(xiàn)用于發(fā)射和接收縱波的壓電陶瓷制成有限長的圓管(稱為單極子或對稱聲源)，其原始極化方向是圓周方向。壓電效應：晶體在外力作用下產生變形時，會引起晶體內部正、負單極子（對稱）聲源震動示意圖＋＋＋＋＋＋－－－－－－單極子（對稱）聲源震動示意圖＋＋＋＋＋＋－－－－－－聲源指向角特性花瓣圖有限長圓管狀換能器發(fā)射的聲波有一定方向性圓柱狀聲源聲壓最大值方向波束角(70%)聲源指向角特性花瓣圖有限長圓管狀換能器發(fā)射的聲波有一定方向性單極子（對稱）聲源單極子（對稱）聲源

偶極子（非對稱）聲源振動示意圖

偶極子（非對稱）聲源振動示意圖偶極子（非對稱）聲源偶極子（非對稱）聲源第三章聲波測井課件聲波測井理論計算和考察的困難：1.發(fā)射和接收在井內泥漿中，井的影響不能忽略2.地層中的波是經(jīng)井壁界面形成的不同模式轉換波3.地層的非均勻性、各向異性使得波動方程過于復雜，甚至沒有解析解1.簡化地層模型（簡化成柱狀兩層介質），求解析解；2.用有限元或有限差分求數(shù)值解，數(shù)值解是綜合效應的解，討論結果還要結合解析解解決方法：聲波測井理論計算和考察的困難：1.發(fā)射和接收在井內泥漿中，井

（對稱聲源）聲波傳播幾何模型（對稱聲源）聲波傳播幾何模型單極子聲源的典型全波列波形硬地層全波列(頻率15-30kHz)硬地層：Vs(地層橫波）>Vf（泥漿縱波）單極子聲源的典型全波列波形硬地層全波列(頻率15-30kH軟地層全波列(頻率15-30kHz)軟地層全波列(頻率15-30kHz)滑行縱波（模式波)V1V2滑行波臨界角斯奈爾定律：(1)v1,v2一定(2)若v2>v1能量由佐普里茲方程給出路徑滑行縱波（模式波)V1V2滑行波臨界角斯奈爾定律：(1)v1）產生條件:V2p>V1以第一臨界角入射2）速度：以地層的縱波速度傳播，頻散可忽略3）幅度：隨傳播距離增加按1/z2

減小，與頻率成反比4）非均勻波，能量集中在13個波長內（徑向探測深度）

1）產生條件:V2p>V1以第一臨界角滑行橫波(模式波)1）產生條件：V2s>V1(硬地層）以第二臨界角入射2）速度:以地層橫波速度傳播，低于縱波速度,基本無頻散3）幅度：比縱波大15—20倍4)相位:與縱波相位相差1800滑行橫波(模式波)1）產生條件：V2s>V1(硬地層）偽瑞利波(pseudoRayleigh-wave)1）產生條件：V2S>V1聲源頻率大于截止頻率2）速度：小于地層縱、橫波速，以地層的橫波速度為上限，井內流體的速度為下限，且速度有頻散3）幅度：沿井壁傳播時幅度不會衰減，進入地層時顯著衰減(面波）4）相位：與橫波同相位偽瑞利波(pseudoRayleigh-wave)1）斯通利波（Stoneley-wave）1）產生條件：Td易激發(fā)(d=0.25m時,f<6kHz)有輕微頻散，能量主要集中在低頻段（3.5kHz以下)2）速度：3)幅度：在貼井壁的流體中最大，井軸上幅度最?。娌ǎ?)相位：與Vp同相，與Vs反相斯通利波（Stoneley-wave）1）產生條件：T速度頻散曲線速度頻散曲線PermeableFormation-Slowingdown

-AttenuationRxTxAttenuated衰減Reflected反射sloweddown

&

attenuated速度變低衰減Fractures裂縫Stoneley

wavepermeable

formation滲透層OpenFractures

-Reflection反射-Attenuation衰減斯通利波（Stoneley-wave）PermeableFormationRxTxAttenua3聲波測井3.2聲速測井及長源距全波列測井3聲波測井一、聲波速度(縱波)測井（一）井下儀器聲系（發(fā)射探頭、接收探頭）電子線路（產生脈沖電流、放大接收信號）（二）單發(fā)雙收聲速測量原理1.能產生滑行縱波Vp>Vm發(fā)射探頭有方向特性,保證各種地層都有以臨界角入射的波一、聲波速度(縱波)測井（一）井下儀器聲系（發(fā)射探頭、接收探2.接收探頭能接收到的波（路徑）（1）直達波（2）反射波（3）滑行波為什么R能接收到滑行波惠更斯原理2.接收探頭能接收到的波（路徑）（1）直達波（3.識別滑行波：使其成為首波(1)滑行波所經(jīng)歷的時間最短的路徑費爾瑪時間最小原理：聲波以臨界角入射到兩種介質的分界面上后，沿邊界以地層速度滑行，以臨界角方向折回泥漿到達接受器的路徑所用時間最短。3.識別滑行波：使其成為首波(1)滑行波所經(jīng)歷的時間最短的路TRv1v2LABCD滑行波：直達波：(2)使滑行波先于直達波到達R——加大源距L（第一條件）TRv1v2LABCD滑行波：直達波：(2)使滑行波先于直達滑行波先于直達波到達接收探頭必須滿足:化簡：最低速泥巖V2=1800m/s，泥漿V1=1600m/s標準井徑=0.25m,探頭直徑=0.05m臨界源距(3)在儀器外殼上刻槽(第二條件)滑行波先于直達波到達接收探頭必須滿足:化簡：最低速泥巖V2=TR1R2發(fā)射探頭接收探頭間距(span)R1，R2的中點，為深度記錄點源距4.單發(fā)雙收聲系TR1R2發(fā)射探頭接收探頭間距(span)R1，R2的中點，TR1R2ABCDEF滑行波到達R1、R2的時間差：當井眼規(guī)則時：5.單發(fā)雙收聲速測井原理聲波時差Δt:TR1R2ABCDEF滑行波到達R1、R2的時間差：當井眼規(guī)探測深度：縱向分辨率：間距(測量的是間距范圍內的傳播時間的平均值)1-3倍波長探測特性深度誤差：深度記錄點與實際傳播路徑中點不相同間距選擇：間距減小可以提高分辨率，但聲波經(jīng)過巖層所需時間變短，測量相對誤差增大。我國常規(guī):=0.5m;高分辨率:=0.15m探測深度：縱向分辨率：間距(測量的是間距范圍內的傳播時間的平增加增加（三）井眼補償聲速測井1.井眼擴大對單發(fā)雙收的影響TR1R2擴徑井段上界面增大

擴徑井段下界面減小

增加增加（三）井眼補償聲速測井1.井眼擴大對單發(fā)雙收TR1RT1T2R1R1擴徑井段未擴徑井段增大2.雙發(fā)雙收井眼補償聲速測井最終記錄其聲波時差為：T1和T2交替發(fā)射聲脈沖，分別測量時差和。T1T2R1R1擴徑井段未擴徑井段增大2.雙發(fā)雙收井眼補償聲優(yōu)點T1T2R1R1消除了擴徑的影響??可消除深度誤差缺點分辨率降低對低速地層會出現(xiàn)“盲區(qū)”盲區(qū)優(yōu)點T1T2R1R1消除了擴徑的影響??可消除深度誤差缺點分思考題分析、比較以上四種聲系得到補償時差方法的優(yōu)缺點（深度誤差、擴井、儀器傾斜、井眼傾斜、分辨率、誤差……)思考題分析、比較以上四種聲系得到補償時差方法的優(yōu)缺點（深度誤作業(yè)五正演計算砂泥巖剖面的聲波時差理論曲線,并分析曲線特征，討論深度誤差，擴徑等影響，聲系:用前面思考題中的1、2、4聲系，源據(jù)1m,1、2聲系間距0.5m,4聲系為0.15m砂巖層、泥巖層、泥漿聲速，厚度，井徑（包括擴徑）自己設定作業(yè)五正演計算砂泥巖剖面的聲波時差理論曲線,并分析曲線特征第三章聲波測井課件（四）聲波時差(縱波)測井資料的應用1.確定孔隙度骨架及流體時差值(μm/s)砂巖182168灰?guī)r156白云巖143硬石膏164淡水泥漿620鹽水泥漿608（四）聲波時差(縱波)測井資料的應用1.確定孔隙度骨架及第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件2.識別氣層和裂縫（周波跳躍）周波跳躍：地層對聲波衰減過大，使儀器（第二個接收探頭）未能檢測到首波波至，導致聲波時差變大，或忽高忽低的變化門檻(閾值)檢測技術R1R22.識別氣層和裂縫（周波跳躍）周波跳躍：地層對聲波衰減過大滑行波能量(幅度)衰減原因:物理衰減：衰減系數(shù)反射和折射能量分配(反射和折射系數(shù))產生周波跳躍的原因：氣層：物理衰減，使幅度減小裂縫：聲波在裂縫間多次反射和折射造成衰減思考題：1.周波跳躍可以識別氣層和裂縫;但發(fā)生周波跳躍,其它應用時是否需要考慮其影響求孔隙度、制作合成地震記錄2.泥漿中有氣會導致周波跳躍嗎?滑行波能量(幅度)衰減原因:物理衰減：衰減系數(shù)反射和折射能第三章聲波測井課件3.合成地震記錄——地震子波——反射系數(shù)序列地震資料與測井資料的主要差別：縱向分辨率地震20－30m聲速測井0.5m時間域測井得到的ρ,ν是深度域的3.合成地震記錄——地震子波——反射系數(shù)序列地震資第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件第三章聲波測井課件思考題：參考測井資料，正演分析時差的增大是擴徑補償不完全?還是能量衰減過大??思考題：參考測井資料，正演分析時差的增大是擴徑補償不完全?還b.地層壓力P（孔隙壓力）：流體飽和的巖石中，流體部分所受的力c.有效壓力σ（應力）：流體飽和巖石中，骨架部分所受的力a.上覆地層壓力S：飽和流體的巖石上受的重力單位：Pa4.檢測壓力異常(超壓)b.地層壓力P（孔隙壓力）：流體飽和的巖石中，流體部分鋼板流體彈簧(相當于巖石骨架)正常壓力地層模擬超壓地層模擬鋼板流體彈簧(相當正常壓力地層模擬超壓地層模擬d.正常壓力地層：在上覆壓力作用下,流體能流出,孔隙度變小,孔隙流體壓力等于靜水柱壓力,孔隙度及時差隨深度按指數(shù)減小e.超壓地層：在壓力作用下，流體流不出來（泥巖）孔隙流體壓力大于靜水柱壓力。超壓層特點：孔隙度相對較大,時差相對增大,偏離正常壓力地層趨勢線壓力系數(shù)=實測地層壓力/同深度靜水壓力d.正常壓力地層：在上覆壓力作用下,流體能流出,孔隙度變小正常壓力泥巖地層:

H1H2ab(us/m)H(m)等效深度法深度H1處：上覆巖層壓力S1:地層壓力P1:有效應力：深度H2處：上覆巖層壓力S2:地層壓力P2:正常壓力泥巖地層:H1H2ab(us/m)H(m)等效深度——超壓層的地層壓力——流體靜水柱壓力梯度——覆蓋層壓力梯度H2——超壓層中部深度等效深度法認為：地層壓力P2:——超壓層的地層壓力——流體靜水柱壓力梯度——覆蓋層壓力二、長源距（陣列）全波列測井1.采用長源距的原因：使滑行橫波的首波出現(xiàn)在縱波續(xù)至波之后，便于檢測橫波。（沉積巖的平均值）目的：同時得到縱、橫波速度

Vp/Vs=1.73方法：記錄全波波形，從波形中提取二、長源距（陣列）全波列測井1.采用長源距的原因：使滑行橫波2.聲系及記錄內容(1)Atlas的3700WF1:T1R2波形WF2:T1R1波形WF3:T2R1波形WF4:T2R2波形每個波形:記錄長度:960點采樣間距:2s、4s或8s

2.聲系及記錄內容(1)Atlas的3700WF1:T(2)Schlumberger（CSU)記錄內容：(1)TT1:T1R1傳播時間(2)TT2：T1R2傳播時間(3)TT3:T2R1傳播時間(4)TT4:T2R2傳播時間(5)DT:源距8ft補償時差(6)DTL:源距10ft補償時差（7）四個全波波形：每個波形的記錄長度為512個點，采樣間距5s(2)Schlumberger（CSU)記錄內容：（7）Schlumberger的陣列聲波儀Schlumberger的陣列聲波儀（3）Halliburton（DDL)一發(fā)四收陣列源距：10-13英尺間距：1英尺（3）Halliburton（DDL)一發(fā)四收陣列3.波形分析與處理:得到慢度和衰減系數(shù)3.波形分析與處理:得到慢度和衰減系數(shù)條件:同一波的模式，到達不同接收器的波形相似（因為p,s波基本不頻散，Stoneley頻散可忽略）慢度時間相關法(Slowness-TimeCoherence,STC)1）在近波和遠波波形中開大小相等的時窗tntf2）固定近窗,向右移動遠窗,分別計算相關系數(shù)3）求出相關系數(shù)最大值處的tf,則慢度s為:l為遠近接收探頭間距方法:條件:同一波的模式，到達不同接收器的波形相似（因為p,s4）近窗和遠窗都移動,可以得到兩窗內的相關系數(shù)5）做變量代換,令:4）近窗和遠窗都移動,可以得到兩窗內的相關系數(shù)5）做變量代換6）在t、