1、l聲波測井是以巖石等介質的聲學特性為基礎而聲波測井是以巖石等介質的聲學特性為基礎而提出的一種研究鉆井地質剖面、評價固井質量提出的一種研究鉆井地質剖面、評價固井質量等問題的測井方法。包括聲波速度測井、聲波等問題的測井方法。包括聲波速度測井、聲波幅度測井、全波列測井等。幅度測井、全波列測井等。l聲速測井（也稱聲波時差測井）測量地層聲波聲速測井（也稱聲波時差測井）測量地層聲波速度。地層聲波速度與地層的巖性、孔隙度及速度。地層聲波速度與地層的巖性、孔隙度及孔隙流體性質等因素有關。因此，根據聲波在孔隙流體性質等因素有關。因此，根據聲波在地層中的傳播速度，就可以確定地層孔隙度、地層中的傳播速度，就可以確定

2、地層孔隙度、巖性及孔隙流體性質。巖性及孔隙流體性質。l聲速測井是三種主要的巖性聲速測井是三種主要的巖性-孔隙度測井方法孔隙度測井方法之一。之一。（1）彈性波的傳播：）彈性波的傳播： 縱波：縱波： 橫波：橫波： 其中的其中的、E、分別為地層密度、楊氏模量和泊松比。分別為地層密度、楊氏模量和泊松比。（2）巖性的影響：）巖性的影響： 由于不同礦物的彈性模量、密度及泊松比不同，所以由不同礦物組成由于不同礦物的彈性模量、密度及泊松比不同，所以由不同礦物組成的巖石，其聲速也不同。常見巖石中最高速的是白云巖的巖石，其聲速也不同。常見巖石中最高速的是白云巖7900 m/s，最低速為泥巖，約最低速為泥巖，約18

3、00 m/s，一般在，一般在30006000m/s。這是用聲速。這是用聲速測井區分巖性的依據。測井區分巖性的依據。（3）孔隙度的影響：）孔隙度的影響： 地層孔隙通常充滿流體，相對于巖石骨架，孔隙流體是低速介質，所地層孔隙通常充滿流體，相對于巖石骨架，孔隙流體是低速介質，所以相同巖性、相同孔隙流體的地層，孔隙度越大，地層聲速越小。以相同巖性、相同孔隙流體的地層，孔隙度越大，地層聲速越小。（4）巖層地質時代和埋深的影響：）巖層地質時代和埋深的影響： 深度相同成分相似的巖石，地質時代不同，聲速也不同，老地層比新深度相同成分相似的巖石，地質時代不同，聲速也不同，老地層比新地層具有較高的聲速；巖性和地質

4、時代相同的條件下，聲速隨巖層地層具有較高的聲速；巖性和地質時代相同的條件下，聲速隨巖層埋藏深度加深而增大。埋藏深度加深而增大。)21)(1 ()1 (Evp)1 (21Evs（1）聲波的發射與接收）聲波的發射與接收l發射和接收聲波的裝置習慣稱為發射和接收聲波的裝置習慣稱為“探頭探頭”，是一種換能器，是一種換能器，具有一定的方向性、頻率特性和聲功率。具有一定的方向性、頻率特性和聲功率。l發射的聲波頻率一般為發射的聲波頻率一般為2025 kHz，介于聲波與超聲波之間。，介于聲波與超聲波之間。l發射的聲波在井壁地層與井內泥漿的分界面發生反、折射。發射的聲波在井壁地層與井內泥漿的分界面發生反、折射。折

5、射角為折射角為90o時沿界面傳播的波稱為滑行波時沿界面傳播的波稱為滑行波。此時的入射角。此時的入射角稱為臨界角。部分滑行波傳播時會以臨界角折射回井內，由稱為臨界角。部分滑行波傳播時會以臨界角折射回井內，由接收探頭探測到。聲速測井測量的即是這樣的滑行縱波。接收探頭探測到。聲速測井測量的即是這樣的滑行縱波。l滑行波成為首波：在所有能接收到的波中最先到達，便于區滑行波成為首波：在所有能接收到的波中最先到達，便于區分。采取措施：分。采取措施：大于臨界源距；大于臨界源距；“隔聲體隔聲體”設計設計 等。等。滑行波產生條件：滑行波產生條件： v2v1 臨界角入射臨界角入射l通過測量到達接收探頭的通過測量到達

6、接收探頭的時間差反映地層速度；時間差反映地層速度；l聲系：一個發射探頭，兩聲系：一個發射探頭，兩個接收探頭；個接收探頭；l聲波時差：聲波傳播單位聲波時差：聲波傳播單位距離所用的時間，單位距離所用的時間，單位s/m，常用常用s/m或或s/ft 。l通過測量滑行波到達兩個通過測量滑行波到達兩個接收探頭的時間差，換算接收探頭的時間差，換算為聲波時差，沿井剖面連為聲波時差，沿井剖面連續測量，記錄聲波時差曲續測量，記錄聲波時差曲線，常用線，常用AC或或t表示。表示。l單發雙收主要缺點：井徑變化（擴大）界面處，單發雙收主要缺點：井徑變化（擴大）界面處，聲波時差出現聲波時差出現“假異常假異常”；l雙發雙收補

7、償聲速：相當于兩個單發雙收聲系，雙發雙收補償聲速：相當于兩個單發雙收聲系，井徑變化對它們的影響相反，取二者平均值，消井徑變化對它們的影響相反，取二者平均值，消除假異常。除假異常。l地層厚度的影響地層厚度的影響 厚度大于間距的地層稱為厚層，小于間距的厚度大于間距的地層稱為厚層，小于間距的稱為薄層。由于聲速測井的輸出（時差）代稱為薄層。由于聲速測井的輸出（時差）代表表R1R2間地層的平均時差，因此它們的聲速間地層的平均時差，因此它們的聲速測井時差曲線存在一定差異。測井時差曲線存在一定差異。 l“周波跳躍周波跳躍”現象的影響現象的影響 疏松砂巖氣層或裂縫發育地層，聲衰減嚴重，疏松砂巖氣層或裂縫發育地

8、層，聲衰減嚴重，聲波時差增大，曲線上顯示忽大忽小幅度急聲波時差增大，曲線上顯示忽大忽小幅度急劇變化的現象。常用于判斷裂縫發育地層和劇變化的現象。常用于判斷裂縫發育地層和尋找氣層。尋找氣層。l余波干擾余波干擾 某些高速地層與井內泥漿聲阻抗某些高速地層與井內泥漿聲阻抗差別較大，聲波在井內泥漿和井差別較大，聲波在井內泥漿和井壁上反射較強，在井筒內的多次壁上反射較強，在井筒內的多次反射形成混響聲場，使首波辨認反射形成混響聲場，使首波辨認極為困難，甚至不可能。極為困難，甚至不可能。 l測量盲區測量盲區 雙發雙收聲系記錄的是兩個時差雙發雙收聲系記錄的是兩個時差的平均值。在低速地層，上發射的平均值。在低速地

9、層，上發射時聲波實際傳播距離與下發射時時聲波實際傳播距離與下發射時聲波實際傳播距離可能完全不重聲波實際傳播距離可能完全不重合。此時，在儀器記錄點附近一合。此時，在儀器記錄點附近一定厚度的地層對測量結果沒有任定厚度的地層對測量結果沒有任何貢獻，稱為何貢獻，稱為“盲區盲區”。此時所。此時所測時差與記錄點所在深度處地層測時差與記錄點所在深度處地層速度無關。速度無關。l刻度主要包括地面設備的校準和井下儀器的檢查。刻度主要包括地面設備的校準和井下儀器的檢查。井下儀器的檢查通常是在充滿水的鋁管或在井中井下儀器的檢查通常是在充滿水的鋁管或在井中的鋼套管內進行（鋁管和鋼套管的時差約為的鋼套管內進行（鋁管和鋼套

10、管的時差約為57 s/ft）；）； l上井前應在車間進行鋁筒刻度，所測值與標稱值上井前應在車間進行鋁筒刻度，所測值與標稱值絕對誤差應在絕對誤差應在5s/m（1.5 s/ft）以內；）以內；l套管聲波時差數值應在套管聲波時差數值應在1875 s/m（57 2 s/ft）；）；l滲透層不得出現與地層無關的跳動，遇周波跳躍滲透層不得出現與地層無關的跳動，遇周波跳躍時，應減速后重復測量；時，應減速后重復測量；l測井曲線值不得低于巖石骨架值；測井曲線值不得低于巖石骨架值；l滲透層時差值應符合地區規律。利用它計算的孔滲透層時差值應符合地區規律。利用它計算的孔隙度值應與其它孔隙度測井得到的數值基本一致。隙度

11、值應與其它孔隙度測井得到的數值基本一致。l確定地層巖性和孔隙度確定地層巖性和孔隙度地層聲速和地層孔隙度有關，通過理論計算和實驗室測量地層聲速和地層孔隙度有關，通過理論計算和實驗室測量可以確定聲速或時差與孔隙度的關系，所以由聲速測井的可以確定聲速或時差與孔隙度的關系，所以由聲速測井的時差值可以估算地層孔隙度。時差值可以估算地層孔隙度。 常用威利時間平均公式：常用威利時間平均公式： 得到得到 公式適用于：均勻粒間孔隙、固結壓實純地層。其它情況公式適用于：均勻粒間孔隙、固結壓實純地層。其它情況需要校正，常見的壓實校正公式：需要校正，常見的壓實校正公式：不同巖性地層聲速（時差）不同，可以識別地層巖性。

12、不同巖性地層聲速（時差）不同，可以識別地層巖性。l識別氣層和裂縫識別氣層和裂縫 主要依據時差明顯變大或主要依據時差明顯變大或“周波跳躍周波跳躍”現象。現象。l檢測地層壓力異常（超壓地層）檢測地層壓力異常（超壓地層）(鉆井上很有用鉆井上很有用) ttfmat)1 (mafmatttt cctttpspmafmacts1主要骨架及流體參數（單位：主要骨架及流體參數（單位： s/m）砂巖：砂巖：168或或182石灰巖：石灰巖：156 白云巖：白云巖：143 淡水泥漿：淡水泥漿：620 鹽水泥漿：鹽水泥漿：608l巖石體積密度是表征巖石性質的一個重要參數，巖石體積密度是表征巖石性質的一個重要參數，它不

13、但與巖石礦物成分和含量有關，還與孔隙度它不但與巖石礦物成分和含量有關，還與孔隙度和孔隙流體類型及含量有關。和孔隙流體類型及含量有關。l用伽馬源發射的射線照射地層，用伽馬源發射的射線照射地層，根據康普頓效應根據康普頓效應測量地層密度稱為地層密度測井測量地層密度稱為地層密度測井；l根據康普頓效應和光電效應根據康普頓效應和光電效應，用能譜分析法測量，用能譜分析法測量巖石光電吸收截面和體積密度的方法稱為巖性巖石光電吸收截面和體積密度的方法稱為巖性-密密度測井；度測井；l密度測井是三種主要的巖性密度測井是三種主要的巖性-孔隙度測井方法之一孔隙度測井方法之一。l伽馬射線與物質相互作用主要有三種：光電效應、

14、伽馬射線與物質相互作用主要有三種：光電效應、康普頓效應、電子對效應。康普頓效應、電子對效應。l康普頓效應引起伽馬射線減弱，用康普頓減弱系康普頓效應引起伽馬射線減弱，用康普頓減弱系數數表示：表示： ，一定條件下，一定條件下， 與介質與介質密度密度成正比，由此發展了密度測井。成正比，由此發展了密度測井。l光電效應導致伽馬光子被完全吸收，用宏觀光電光電效應導致伽馬光子被完全吸收，用宏觀光電吸收截面吸收截面表示：表示： ，測井中，測井中K為常數，為常數，故故可反映巖性。另外常用光電吸收截面指數可反映巖性。另外常用光電吸收截面指數Pe /Z=KZ3.6和體積光電吸收截面指數和體積光電吸收截面指數 反映巖

15、性。反映巖性。l密度測井利用了康普頓效應，測量地層體積密度；密度測井利用了康普頓效應，測量地層體積密度；AZNAe6 . 4KZANU2（1）伽馬源：）伽馬源： 密度測井選用密度測井選用Cs137（2）密度測井：）密度測井：l計數率：計數率：伽馬射線計數率與密度的關系為伽馬射線計數率與密度的關系為 。當。當伽馬源強度和源距選定后，探測器接收到的散射伽馬強度決定伽馬源強度和源距選定后，探測器接收到的散射伽馬強度決定于兩個過程：于兩個過程：發射的伽馬經一次或多次散射后能到達探測器的光子數；發射的伽馬經一次或多次散射后能到達探測器的光子數；射向探測器的光子被再散射而改變方向或被吸收的光子數。射向探測

16、器的光子被再散射而改變方向或被吸收的光子數。測井選用的正源距情況下，后者超過前者，即：測井選用的正源距情況下，后者超過前者，即：地層密度越大，地層密度越大，計數率越低。計數率越低。l測量方式：測量方式：采用采用貼井壁測量方式貼井壁測量方式。為了克服泥餅（厚度。為了克服泥餅（厚度hmc和和密度密度 mc）影響，常采用雙源距補償密度測井：）影響，常采用雙源距補償密度測井： ，其，其中中 L由長源距計數率得到，由長源距計數率得到， 由長、短源距計數率共同得到由長、短源距計數率共同得到（對長源距測量結果影響較小）。（對長源距測量結果影響較小）。l記錄曲線：記錄曲線： 補償密度（補償密度（FDC）記錄）

17、記錄 b 和和 兩條曲線。兩條曲線。)(ln1BNAbLb（1）泥餅影響：）泥餅影響：密度測井主要受泥餅厚度和密度的影響，密度測井主要受泥餅厚度和密度的影響，采用采用補償密度測井補償密度測井可以較好地補償這種影響；可以較好地補償這種影響；（2）井眼影響：）井眼影響：普通泥漿、井徑較小時可以忽略井影響，普通泥漿、井徑較小時可以忽略井影響，否則需要圖版校正；當井內重晶石否則需要圖版校正；當井內重晶石(密度大密度大)泥漿時，若泥漿時，若重晶石含量高，需要校正。重晶石含量高，需要校正。（3）自然放射性：）自然放射性：FDC的的b受自然放射性影響要大于受自然放射性影響要大于LDT，而，而LDT的的b幾乎

18、不受影響。可對高放地層的幾乎不受影響。可對高放地層的b進進行校正。行校正。（4）儀器刻度條件：）儀器刻度條件：FDC的的b是在是在飽和淡水的純石灰飽和淡水的純石灰巖刻度井巖刻度井中刻度的，只有石灰巖地層測量的中刻度的，只有石灰巖地層測量的b與實際值與實際值一致，其它巖性測得一致，其它巖性測得視密度視密度，與真密度有差別，但誤差，與真密度有差別，但誤差很小，通常可以不考慮。很小，通常可以不考慮。密度測井儀器刻度：密度測井儀器刻度： l密度測井儀器是在幾個已經精確知道了其體積密度的密度測井儀器是在幾個已經精確知道了其體積密度的純實驗地層中刻度的。這些地層包括石灰巖、砂巖和純實驗地層中刻度的。這些地

19、層包括石灰巖、砂巖和白云巖的廣闊范圍，目前主要使用石灰巖。用主刻度白云巖的廣闊范圍，目前主要使用石灰巖。用主刻度標準器將密度測井的儀器讀數與地層體積密度聯系起標準器將密度測井的儀器讀數與地層體積密度聯系起來。來。l井場刻度方法是用兩個井場刻度方法是用兩個現場刻度器現場刻度器得到低、中、高體得到低、中、高體積密度值。在測井前和測井后都要用每個刻度器測定積密度值。在測井前和測井后都要用每個刻度器測定儀器響應的變化，以便確證數據是否可靠。儀器響應的變化，以便確證數據是否可靠。l刻度必須遠離密度較大的物質，可以使儀器離地面刻度必須遠離密度較大的物質，可以使儀器離地面 5英尺高，離墻體、管道等至少英尺高

20、，離墻體、管道等至少 6英尺遠。由于低溫下英尺遠。由于低溫下探測器會發生漂移，所以刻度時溫度至少應為探測器會發生漂移，所以刻度時溫度至少應為10 C。 l按刻度規范對儀器進行刻度和校驗；按刻度規范對儀器進行刻度和校驗；l補償密度測井應記錄補償密度、泥餅校正和井徑曲線。補償密度測井應記錄補償密度、泥餅校正和井徑曲線。除鉆井液中加重晶石或地層為煤層、黃鐵礦層外，泥餅除鉆井液中加重晶石或地層為煤層、黃鐵礦層外，泥餅校正值（校正值（ ）應為零或小的正值。）應為零或小的正值。 lFDC測井曲線與測井曲線與CNL、BHC、GR曲線有相關性，所計曲線有相關性，所計算的地層孔隙度與算的地層孔隙度與CNL、BH

21、C計算的地層孔隙度應基本計算的地層孔隙度應基本相同。在致密地層，測井值應與巖石骨架值相吻合。相同。在致密地層，測井值應與巖石骨架值相吻合。l重復曲線、重復測井接圖與主曲線對比形狀基本相同。重復曲線、重復測井接圖與主曲線對比形狀基本相同。在井壁規則處，在井壁規則處，FDC誤差絕對值小于誤差絕對值小于0.03g/cm3，光電，光電吸收截面指數誤差絕對值小于吸收截面指數誤差絕對值小于0.46b/電子。電子。l密度和密度和Pe值的精度和重復性在以下情況中都下降：不規值的精度和重復性在以下情況中都下降：不規則井眼、有裂縫和空洞地層、厚泥餅或間隙。則井眼、有裂縫和空洞地層、厚泥餅或間隙。 l最高的測井速度

22、一般為最高的測井速度一般為30 ft/min（9m/min）。）。 l在已知標志層中檢查測井值的一致性。在已知標志層中檢查測井值的一致性。l確定巖性和孔隙度確定巖性和孔隙度 這是其主要用途，并常與中子孔隙度測井等結合使用。這是其主要用途，并常與中子孔隙度測井等結合使用。l確定泥質含量確定泥質含量 可以利用密度可以利用密度-聲波時差交會圖；也可利用聲波時差交會圖；也可利用Pe或或U計算泥質計算泥質含量。含量。l劃分裂縫帶和氣層劃分裂縫帶和氣層 裂縫發育時，泥漿進入裂縫，使裂縫發育時，泥漿進入裂縫，使 b、和和Pe值都會有顯示。值都會有顯示。氣層的判斷要與其它資料結合，氣層的判斷要與其它資料結合，

23、地層含天然氣可使地層含天然氣可使 b值降值降低，而密度孔隙度低，而密度孔隙度D增大。增大。 在地下儲集層中，孔隙空間一般都充滿在地下儲集層中，孔隙空間一般都充滿了流體。無論水、油和氣都含有氫，而巖石了流體。無論水、油和氣都含有氫，而巖石的骨架部分基本不含氫，因而的骨架部分基本不含氫，因而通過測量巖石通過測量巖石的含氫量，可以確定巖石孔隙度的含氫量，可以確定巖石孔隙度。補償中子。補償中子測井就是通過測量下井儀周圍地層含氫量的測井就是通過測量下井儀周圍地層含氫量的一種孔隙度測井方法。是重要的一種孔隙度測井方法。是重要的巖性巖性-孔隙孔隙度測井方法之一度測井方法之一（常說的中子孔隙度測井包（常說的中

24、子孔隙度測井包括井壁種子括井壁種子SNP和和補償中子補償中子CNL） 。（1）中子與地層的相互作用：）中子與地層的相互作用：l脈沖中子源發射的脈沖中子源發射的14 Mev快中子首先與地層發生快中子首先與地層發生非彈性散射非彈性散射，快中子，快中子能量降低；經過一、二次非彈性散射后，不可能繼續發生非彈性散射，能量降低；經過一、二次非彈性散射后，不可能繼續發生非彈性散射，而只能發生彈性散射而繼續減速作用；而只能發生彈性散射而繼續減速作用；l同位素中子源發射的同位素中子源發射的5Mev的快中子幾乎都是從彈性散射開始減速過程；的快中子幾乎都是從彈性散射開始減速過程；l由于氫原子量近似等于中子質量，在中

25、子和氫原子發生彈性碰撞時損失由于氫原子量近似等于中子質量，在中子和氫原子發生彈性碰撞時損失能量最大，即能量最大，即氫對快中子的減速能力最強氫對快中子的減速能力最強。快中子被減速就會變成超熱。快中子被減速就會變成超熱中子或熱中子；中子或熱中子；l熱中子與地層原子處于熱平衡狀態，不再減速，而由密度大的區域向密熱中子與地層原子處于熱平衡狀態，不再減速，而由密度大的區域向密度小的區域擴散，直至被地層原子核俘獲為止；度小的區域擴散，直至被地層原子核俘獲為止；l地層常見元素中，地層常見元素中，對熱中子俘獲能力最強的是氯對熱中子俘獲能力最強的是氯，因此巖石對熱中子的，因此巖石對熱中子的俘獲能力主要取決于含氯

26、量。氯主要存在于地層水中。俘獲能力主要取決于含氯量。氯主要存在于地層水中。 l熱中子的空間分布既與巖熱中子的空間分布既與巖層的含氫量有關，又與含層的含氫量有關，又與含氯量有關；氯量有關；l離源距離越遠，計數率越離源距離越遠，計數率越低；指數規律降低；低；指數規律降低；l測井采用測井采用正源距正源距時，孔隙時，孔隙度越大，含氫越多，計數度越大，含氫越多，計數率越低；率越低；l通過熱中子計數反映巖層通過熱中子計數反映巖層含氫量，進而反映孔隙度含氫量，進而反映孔隙度時，氯含量就是干擾因素。時，氯含量就是干擾因素。補償中子測井的補償中子測井的“補償補償”就是補償掉氯的影響。就是補償掉氯的影響。 補償中

27、子測井采用雙源距比值法測量：補償中子測井采用雙源距比值法測量：用長、短源距兩個探測器接收熱中子，得到兩用長、短源距兩個探測器接收熱中子，得到兩個計數率個計數率Nt(r1)，Nt(r2)，根據用石灰巖刻度的，根據用石灰巖刻度的儀器得到的計數率比值儀器得到的計數率比值Nt(r1)/Nt(r2)與石灰巖孔與石灰巖孔隙度隙度N的關系，的關系，補償中子測井直接給出石灰巖補償中子測井直接給出石灰巖孔隙度值曲線孔隙度值曲線。當源距當源距r足夠大時，計數率比值足夠大時，計數率比值Nt(r1)/Nt(r2)只只與減速性質有關，基本不受俘獲性質影響。與減速性質有關，基本不受俘獲性質影響。l中子測井儀一級裸眼井刻度

28、是在淡水飽和的純的中子測井儀一級裸眼井刻度是在淡水飽和的純的實驗室地層中進行的。刻度井的人工地層都是由實驗室地層中進行的。刻度井的人工地層都是由天然的天然的石灰巖石灰巖加工制成。加工制成。l進行刻度的裝置有三種（三級）：進行刻度的裝置有三種（三級）：l國家級環境模擬實驗井：即一級標準刻度裝置（稱國家級環境模擬實驗井：即一級標準刻度裝置（稱API實驗井），提供放射性類型測井測量值和地層參實驗井），提供放射性類型測井測量值和地層參數進行比較的一級標準。數進行比較的一級標準。l公司級環境模擬實驗井：即二級標準刻度裝置。其數公司級環境模擬實驗井：即二級標準刻度裝置。其數據通過一級刻度標定，以保證刻度標準的精確。據通過一級刻度標定，以保證刻度標準的精確。1)現場用輕便環境模擬刻度器：即三級標準刻度裝置。現場用輕便環境模擬刻度器：即三級標準刻度裝置。井下儀器對該刻度器的基