測(cè)井-6-聲波測(cè)井

聲波測(cè)井方法原理及應(yīng)用

沈金松中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球物理系

第六章聲波測(cè)井第一節(jié)

聲波測(cè)井的物理基礎(chǔ)第二節(jié)聲波速度測(cè)井第三節(jié)聲速測(cè)井的解釋與應(yīng)用第四節(jié)

聲波幅度測(cè)井第五節(jié)井壁聲波電視測(cè)井

第一節(jié)

聲波測(cè)井的物理基礎(chǔ)一.聲波測(cè)井概述二.巖石的聲學(xué)特性三.聲波在井眼及地層中的傳播四.井壁聲波電視測(cè)井【聲波測(cè)井】運(yùn)用聲波在巖層中的各種傳波規(guī)律,研究鉆孔中巖層特點(diǎn)的方法稱為聲波測(cè)井.于己于1951年提出,最初是想通過聲波測(cè)井獲得巖層速度資料,為地震解釋服務(wù).后來發(fā)現(xiàn)速度與孔隙度等有密切關(guān)系.石油鉆井中廣泛采用的聲波測(cè)井方法有:?聲波速度測(cè)井;?聲波幅度測(cè)井;?聲波電視測(cè)井,偶極聲波測(cè)井;?聲波全波測(cè)井;一.聲波測(cè)井概述【聲速測(cè)井】測(cè)量聲波在巖層中傳播速度的測(cè)井方法.可用于判斷巖性、計(jì)算孔隙度、研究孔隙中流體等.【聲幅測(cè)井】是研究聲波在地層或套管內(nèi)傳播過程中幅度的變化,用于識(shí)別地層及固井水泥膠結(jié)情況的一種聲波測(cè)井.【聲波全波測(cè)井】測(cè)量聲波在地層中傳播時(shí)波形變化,以研究波在地層中傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)與東動(dòng)力學(xué)特征的聲波測(cè)井方法.一.聲波測(cè)井概述二.巖石的聲學(xué)特性聲波測(cè)井使用的頻率介于聲波與超聲波之間,20-20000Hz,頻率大于20kHz的聲波稱為超聲波.1.介質(zhì)的彈性【彈性體】物體受外力作用發(fā)生形變,取消外力后仍能恢復(fù)到其原來狀態(tài)的物體稱為彈性體，彈性體發(fā)生的形變稱為彈性形變?！舅沸泽w】物體受外力作用發(fā)生形變,取消外力后不能恢復(fù)到其原來狀態(tài)的物體稱為朔性體，朔性體發(fā)生的形變稱為朔性形變。二.巖石的聲學(xué)特性物體是彈性體還是朔性體與下列因素有關(guān):物體本身的性質(zhì);作用其上外力的大小;作用力作用的時(shí)間及作用的方式等;2.彈性參數(shù)【楊氏模量,E】E=應(yīng)力/應(yīng)變應(yīng)變:彈性體單位長(zhǎng)度的形變,dL/L;應(yīng)力:彈性體單位截面上的彈性力,F/A;二.巖石的聲學(xué)特性2.彈性參數(shù)【泊松比,】

:橫向相對(duì)減縮;:縱向相對(duì)伸長(zhǎng);【切變模量,】:剪切應(yīng)力;:剪切應(yīng)變;二.巖石的聲學(xué)特性2.彈性參數(shù)【體積形變彈性模量,】

:應(yīng)力大小;:體積應(yīng)變;縱橫波速度與彈性模量的關(guān)系:三.聲波在井眼及地層中的傳播聲波在界面上的傳播折射.反射和透射2.井孔及周圍地層中聲波的傳播3.影響聲波傳播的因素三.聲波在井眼及地層中的傳播聲波在界面上的傳播折射.反射與透射遵循折射與反射定律:三.聲波在井眼及地層中的傳播2.井孔及周圍地層中聲波的傳播直達(dá)波.井壁一次反射波.井壁地層中的滑行波泥漿中的直達(dá)波(縱波)井壁的滑行波(縱波)地層中的透射波(縱波,橫波,斯通利波)地層中的發(fā)射波(縱波,橫波,斯通利波)地層中的轉(zhuǎn)換波(橫波)三.聲波在井眼及地層中的傳播2.井孔及周圍地層中聲波的傳播多界面的折射波與徑向研究深度聲波測(cè)井的探測(cè)深度三.聲波在井眼及地層中的傳播3.影響聲波傳播的因素巖性孔隙流體巖層的地質(zhì)時(shí)代地層埋深常見巖石和介質(zhì)縱波傳播速度介質(zhì)時(shí)差(us/m)介質(zhì)時(shí)差(us/m)空氣3000泥巖252-548甲烷2260致密砂巖182石油985-957致密灰?guī)r143-156水620-655致密白云巖125鐵187鹽巖193-217沖積層1640無(wú)水石膏163-164氯丁橡膠1620泥灰?guī)r156-330常見巖石的吸收系數(shù)巖石吸收系數(shù)花崗巖0.21-0.384玄武巖0.414閃綠巖0.21灰?guī)r0.04-0.366砂巖1.77-0.71頁(yè)巖2.32-0.68一.單發(fā)雙收測(cè)井二.補(bǔ)償聲波測(cè)井三.長(zhǎng)源距聲波測(cè)井四.陣列聲波第二節(jié).聲波速度測(cè)井一.單發(fā)雙收測(cè)井聲波頻率---20kHz,脈沖頻率20Hz,屬超聲波范疇.發(fā)射器與接收器之間的距離稱為源距.兩個(gè)接收器之間的距離稱為間距.二.補(bǔ)償聲波測(cè)井

補(bǔ)償聲波是在單發(fā)雙收的基礎(chǔ)上,為補(bǔ)償井眼和儀器傾斜的影響提出的.儀器的補(bǔ)償原理.

三.長(zhǎng)源距聲波測(cè)井

為獲得更好的聲波全波,將各波類分開.增加探測(cè)深度,過渡帶深度15cm-125cm,源距要求2.5米左右.不同探測(cè)器組合時(shí)差的計(jì)算.

四.陣列聲波測(cè)井

為獲得更好的聲波全波,將各波類分開.既增加探測(cè)深度,又不降低分辨率,而且不使儀器過長(zhǎng),這樣既要求有長(zhǎng)探測(cè)測(cè)量,又有短探測(cè)測(cè)量,硬件實(shí)現(xiàn)困難.采用相關(guān)和疊加等技術(shù),為研究薄層需要.采用軟件合成技術(shù)得到不同間距和源距的測(cè)量.第三節(jié)聲速測(cè)井的解釋與應(yīng)用

一.聲波測(cè)井曲線的影響因素二.聲波測(cè)井在儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用三.聲波測(cè)井在地震勘探中的應(yīng)用第四節(jié)聲波幅度測(cè)井

一.聲幅測(cè)井測(cè)量原理二.影響因素三.聲幅測(cè)井的應(yīng)用e.固井聲幅測(cè)井

[聲波幅度測(cè)井]

主要利用水泥環(huán)與套管間的膠結(jié)好壞對(duì)聲波反射和透射能量的影響,測(cè)量反射聲波的幅度,用于檢查水泥固井的質(zhì)量.☆發(fā)射器發(fā)出的聲波最先到達(dá)接收器的是沿套管傳播的滑行波產(chǎn)生的折射波.☆聲幅測(cè)井測(cè)量的是初至波第一個(gè)波峰的幅度因?yàn)樘坠苤械穆暡ㄋ俣仁枪潭ǖ?測(cè)量?jī)x只要在發(fā)射聲脈沖后一定時(shí)間開一個(gè)時(shí)窗,讓第一個(gè)波峰進(jìn)入,然后將斷續(xù)測(cè)得的幅度值積分,得到連續(xù)的聲幅曲線.當(dāng)套管外沒有水泥環(huán)或水泥環(huán)與套管膠結(jié)不好,套管與水泥的聲阻抗耦合差或沒有,聲波基本不向水泥環(huán)和地層透射,基本沿套管傳播,能量衰減很小.當(dāng)套管外水泥與套管膠結(jié)良好,套管與水泥的聲阻抗耦合好,聲波能量大部分向水泥環(huán)和地層透射,反射到接收器的能量減弱.若以沒有膠結(jié)的聲波幅度作為100%,膠結(jié)好壞可以按聲波幅度的百分?jǐn)?shù)來劃分:

幅度低于20%,膠結(jié)好;

幅度低于20%-30%,膠結(jié)中等;

幅度大于30%,膠結(jié)差;聲幅測(cè)井的影響因素源距的選擇,源距大能量弱,分辨率高,探測(cè)深度小;源距小能量強(qiáng),分辨率低,探測(cè)深度大,目前國(guó)產(chǎn)儀用1米.聲波幅度衰減與水泥膠結(jié)的時(shí)間有關(guān)部門,注水泥后20-40h效果最好.聲波幅度衰減與水泥性質(zhì),質(zhì)量有關(guān).聲波幅度測(cè)井只能研究第一界面,即套管與水泥環(huán)的界面,不能反映水泥環(huán)與地層的界面.f.井壁聲波電視測(cè)井

利用聲波在井壁的反射能量或幅度的大小,直接觀察井壁情況的方法.發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度與井壁介質(zhì)的密度,光滑程度等反射條件有關(guān).根據(jù)反射波的衰減情況,可以反映井壁巖性,裂縫,溶洞及坍塌等情況.目前主要的應(yīng)用:反映井壁結(jié)構(gòu)和縫洞發(fā)育情況.鑒別巖性和巖層發(fā)育產(chǎn)狀.確定縫洞的位置和方位,進(jìn)行定量分析.檢查套管和射孔情況.與聲波時(shí)差結(jié)合,可以研究井壁近旁巖石的浸泡情況.二.聲波測(cè)井的影響因素周期跳躍.

正常情況下,兩個(gè)相鄰的接收器應(yīng)為同一個(gè)首波波峰前沿觸發(fā),但在實(shí)際測(cè)井環(huán)境中,由于聲波衰減嚴(yán)重,使兩個(gè)相鄰的接收器應(yīng)不為同一個(gè)首波波峰前沿觸發(fā),在時(shí)間上造成的誤差恰好是一個(gè)周期,所以稱為周期跳躍.出現(xiàn)周期跳躍的情況

裂縫或破碎帶含氣未固結(jié)的純砂巖