緒論

聲

波

測

井

聲波測井緒論聲波測井

聲波測井

聲波聲波的分類一般按照頻率來分，聲波可以分為：超聲波（ultra-sonicwave）>20KHz聲波(sonicwave)20~20KHz次聲波（infrasonicwave)<20Hz聲波聲波測井聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學性質（巖石的聲速、聲波在巖石中的衰減規律）的一種測井方法。

聲波測井聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學性質（巖石的聲波測井主要內容聲波速度測井聲波幅度測井聲波全波列測井聲波井下電視測井噪聲測井聲波測井主要內容聲波速度測井1聲波速度測井聲波速度測井，又叫聲波時差測井，它是測量井剖面聲波縱波速度Cp的倒數，即聲波縱波在1米地層中傳播所需的時間，在測井中叫做時差，記作t，t＝1/Cp，單位：微秒/米或微秒/英尺。聲波速度測井是聲波測井中應用最廣泛的聲波測井方法，主要利用聲波速度測井資料來研究井剖面的巖性，估算儲集層孔隙度等。1聲波速度測井2聲波幅度測井聲波幅度測井(聲幅測井)主要用于檢查固井質量。水泥膠結良好時，聲波幅度較小；水泥膠結不好時，聲波幅度較大。2聲波幅度測井3聲波全波列測井聲波全波列測井記錄滑行縱波、滑行橫波等一系列波列的速度、幅度、衰減、頻率等與巖層性質和特征有關的信息。

數字記錄

模擬記錄用途:判斷巖性－估算孔隙度－估算彈性力學參數3聲波全波列測井4聲波井下電視和體積掃描測井利用聲波反射原理來得到井壁直觀圖象的測井方法。井內流體(泥漿)對可見光是不透明，因此，在井下不采用通常的光學電視系統，而是采用聲波探測成像技術。體積掃描測井不僅可以得到井壁表面的直觀圖象，還可以探測井壁以外一定徑向深度范圍內的介質分布情況。4聲波井下電視和體積掃描測井5噪聲測井噪聲測井記錄井下自然聲場(噪聲)分布情況，得到由于巖層應力變化而引起聲場分布的變化情況，為地震預報和震情監測提供資料；判斷井下出水或出氣的層位以及檢查水或氣在套管外的串漏情況。5噪聲測井聲波測井主要優點不受泥漿性質影響；不受礦化度影響；不受泥漿侵入影響。聲波測井主要優點不受泥漿性質影響；第一節巖石的聲學特征第一節巖石的聲學特征一、巖石的彈性二、聲波在巖石中的傳播特征一、巖石的彈性基本概念和相關知識彈性力學彈性的定義彈性體和塑性體描述彈性體的參數：

楊氏彈性模量E

泊松比體積彈性模量K

剪切模量部分巖石的彈性模量基本概念和相關知識彈性力學彈性力學是力學的一個分支學科，它研究彈性體由于受外力作用(或溫度變化)等原因而發生的應力、形變和位移，以及形變和位移的傳播。彈性力學是力學的一個分支學科，它研究彈性體由于受外力作用(或1彈性的定義彈性：是指物體在外力作用下將發生變形，即物體受力的效果不是產生宏觀運動，而是物體內部各體積元或各部分之間相對位置的變化，在外力不超過一定限度情況下，取消外力則物體將恢復原狀，物體的這種性質稱為彈性，即物體受有限外力作用而發生形變后恢復原來形態的能力。1彈性的定義彈性：是指物體在外力作用下將發生變形，即物體受彈性力學對被研究物體的假定：①物體是連續的②物體是均勻的；③物體是各向同性的；④物體受力后的變形和位移是微小的；⑤物體是完全彈性的。彈性力學對被研究物體的假定：彈性力學所研究的是理想彈性體，而石油的儲集體－地下巖石并非理想的彈性體。非均質性：孔隙、裂縫，骨架與膠結物性質各不相同各向異性：節理、層理等彈性力學所研究的是理想彈性體，而石油的儲集體－地下巖石并非理但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發生形變都很小的情況下，均可把其當作彈性體進行處理，故可把地下巖石近似看作彈性體。但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發生形變都很小的情況2彈性體的應力和應變2彈性體的應力和應變2.1物體分類彈性體：當物體受力發生形變，一旦外力取消又能恢復原狀的物體，稱為彈性體。塑性體：反之，當物體受力發生形變，一旦外力取消而不能恢復原狀的物體，稱為塑性體。彈性體塑性體可變成2.1物體分類彈性體：當物體受力發生形變，一旦外力取消又能恢在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當成彈性體，在巖石中傳播的聲波可以被認為是彈性波。在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因2.2描述彈性體的參數虎克定律：在彈性限度內，彈性體的彈性形變與外力成正比，即：f＝-E·由于應力與外力數值相等，方向相反，故上式可以改寫成為：＝E·2.2描述彈性體的參數虎克定律：在彈性限度內，彈性體的彈性(1)楊氏彈性模量EE＝應力/應變＝/應力：作用在單位面積上的力，F/S。應變：彈性體在力方向上的相對形變，△L/L。E物理意義：彈性體發生單位線應變時彈性體產生的應力大小；數值大小表示彈性體或彈性材料在外力作用下發生形變的難易程度，其量綱與應力相同。(1)楊氏彈性模量EE＝應力/應變＝/應力：作用在單位(2)泊松比

彈性體在外力作用下，縱向上產生伸長的同時，橫向縮小。假設：有一圓柱形彈性體的直徑和長度分別為D和L，在外力作用下，直徑和長度的變化分別為D和

L，則橫向相對縮減D/D和縱向相對伸長

L/L之比稱為泊松比，用表示。(2)泊松比彈性體在外力作用下，縱向上產生伸長的同時，橫=彈性體的橫向應變/縱向應變

=（△D/D）/（△L/L）物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量，無量綱；任何材料，

=0～0.5。施加力-D-L=彈性體的橫向應變/縱向應變物理意義：描述彈性(3)體積彈性模量

K

(也稱膨脹率)K=應力/體應變=(F/S)/(△V/V)(N/m2或kg/cm2)體積彈性模量：在外力作用下，物體體積發生相對變化V/V，即，體積應變，則，體積彈性模量為應力與體應變之比。體積彈性模量的倒數叫體積壓縮系數，用表示，即：=1/K(3)體積彈性模量K(也稱膨脹率)K=應力/體應變=(F(4)剪切模量

(也稱切變模量)（kg/cm2）如右下圖所示的矩形六面彈性體，其上表面的面積為A，受到平行于該表面的剪切力Ft的作用時，在力的方向上相對位移一段距離L，剪切應力等于Ft/A，剪切應變等于L/L，則切應力與切應變之比就叫剪切模量或切變模量，用表示。(4)剪切模量(也稱切變模量)（kg/cm2）如巖石名稱E(×1011N/m2)(×1011N/m2)頁巖0.17～0.45砂巖0.003～0.7150.2～0.35泥灰巖0.15～0.450.3～0.4石灰巖0.25～0.8010.22～0.350.231～0.265硬石膏0.72～0.740.2950.281玄武巖1.150.230.156～0.237花崗巖0.3～0.570.198～0.30部分巖石的彈性模量巖石名稱E頁巖0.17～0.45砂巖0.003～二、聲波在巖石中的傳播特性縱波、橫波的定義波的傳播特征產生滑行波的條件反射、折射系數（R、T）波阻抗、聲耦合率聲速影響因素不同介質的聲波速度二、聲波在巖石中的傳播特性縱波、橫波的定義二、聲波在巖石中的傳播特性1.縱波、橫波的定義縱波：介質質點的振動方向與波的傳播發向一致。彈性體的小體積元體積改變，而邊角關系不變。橫波：介質質點的振動方向與波傳播方向垂直的波。特點：彈性體的小體積元的體積不變，而邊角關系發生變化，例如,切變波。二、聲波在巖石中的傳播特性1.縱波、橫波的定義縱波：介質質注意：(1)橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，因為它的切變模量=0(2)在井下，縱波和橫波都能在地層中傳播，而泥漿中只能傳播縱波。注意：三、聲波在介質界面上的傳播2.波的傳播介質1介質2入射波入射角反射角折射角反射波折射波三、聲波在介質界面上的傳播2.波的傳播介質1介質2入射波入聲波測井原理課件3.產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°折射定律:第一臨界角:1*=arcsin(VP1/VP2)3.產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可得出:當折射產生橫波時有第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可4.反射、折射系數（R、T）反射系數R：R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量

=(2?V2-1?V1)/(2?V2+1?V1)折射系數T：T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量

=21?V1/(2?V2+1?V1)入射角=0°，T+R=14.反射、折射系數（R、T）反射系數R：折射系數T：入射角5.波阻抗、聲耦合率(1)波阻抗ZZ=波的傳播速度×介質的密度=V?

(2)聲耦合率兩種介質的聲阻抗之比：Z1/Z25.波阻抗、聲耦合率(1)波阻抗ZZ1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質1到介質2中去。Z1/Z2越接近1，聲耦合越好，R小，T大，聲波易從介質1到介質2中去。Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質介質(Z2)聲速(m/s)密度(kg/m3)波阻抗(kg/m2S)反射系數鋼管5400780024.12×1060.9312砂巖330026508.745×1060.7071石灰巖6500287018.65×1060.8511白云巖7000287020.09×1060.8610泥巖180024504.41×1060.4923硬煤370014005.18×1060.5508水和各種介質界面上的聲壓反射系數介質(Z2)聲速(m/s)密度(kg/m3)波阻抗(kg/m6.聲速影響因素彈性模量；密度；巖性；孔隙度；巖層地質時代；巖層埋藏深度等。6.聲速影響因素彈性模量；7.不同介質的聲波速度介質聲速(m/s)時差(s/m)介質聲速(m/s)時差(s/m)空氣3303000滲透性砂巖5943168甲烷4422260致密砂巖5500182石油1070～1320985～757致密石灰巖6400～7000156～143水1530～1620655～620白云巖7900125泥巖1830～3962548～252巖鹽4600～5200217～193泥質砂巖5638177硬石膏6100～6250164～1607.不同介質的聲波速度介第2節聲波速度測井第2節聲波速度測井聲波速度測井是測量井下巖石地層的聲波傳播速度（或時差），以判斷井剖面地層的巖性，估算儲集層孔隙度的測井方法。聲波速度測井是巖性－孔隙度測井系列中的主要測井方法之一。聲波速度測井所記錄的地層聲速一般是指地層縱波的速度（或時差）。聲波速度測井是測量井下巖石地層的聲波傳播速度（或時差），以判一聲波在井壁上的折射與滑行波一聲波在井壁上的折射與滑行波井下聲波發射探頭發射出的聲波，一部分在井壁（井內泥漿與井壁巖層分界面）上發生反射；一部分在井壁上發生折射，進入井壁地層。由于井壁地層是固相介質，因而，折射進入地層的聲波可能轉換成為折射縱波和折射橫波。井下聲波發射探頭發射出的聲波，一部分在井壁（井內泥漿與井壁巖1折射波與臨界角1折射波與臨界角聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件2產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°時產生滑行縱波折射定律:第一臨界角:1*=arcsin(VP1/VP2)2產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可得出:當折射產生橫波時有第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可介質名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角泥巖180095062o44′不產生滑行橫波砂層（疏松）2630151837o28′不產生滑行橫波砂巖（疏松）3850230024o33′44o05′砂巖（致密）5500320016o55′30o石灰巖（骨架）7000370013o13′25o37′白云巖（骨架）7900440011o41′21o19′鋼管5400310017o41′31o04′常見介質的縱橫波速度及第一第二臨界角介質名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角二、聲波速度測井二、聲波速度測井單發雙收的測量原理1聲系T：發射探頭－電能轉化為聲能。R：接收探頭－聲能轉化為電能；聲波在介質中的傳播主要指聲速、聲幅和頻率特性單發雙收的測量原理1聲系T：發射探頭－電能轉化為聲能。聲波聲波測井原理課件2巖石的聲速特性及影響因素(1)VP、VS與、、E間的關系當=0.25，VP/VS=1.73,EVP(S)2巖石的聲速特性及影響因素(1)VP、VS與、、E(2)

傳播速度與巖性的關系巖性不同彈性模量不同VP、VS的影響不同VP、VS不同

(3)

孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講，即使巖性相同，其中的流體也不同。孔隙度增大，傳播速度就降低。(2)傳播速度與巖性的關系巖性不同彈性模量不同(4)巖層的地質時代影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快。(5)

巖層的埋藏深度影響巖性和地質時代相同：埋深增加導致傳播速度增加。結論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。(4)巖層的地質時代影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越3巖層的聲幅特性平面波的衰減僅由介質的吸收引起的，聲波的能量與其幅度的平方成反比，聲幅的大小反映了聲波能量的高低。

J=J0e-2LJ：聲波經過L距離后的聲強

J0：初始聲強

：介質的吸收系數下降V下降

增加頻率增加增加3巖層的聲幅特性平面波的衰減僅由介質的吸收引起的，聲波的能2單發雙收的測量原理(1)產生滑行波的條件(V地>V泥漿)產生滑行波的過程是可逆的(2)到達接收探頭的波類折射縱波反射波泥漿波(直達波)2單發雙收的測量原理(1)產生滑行波的條件(V地>V泥漿(3)滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，V地大于V泥，如果合理選擇源距可以使縱波首先到達接收探頭，而成其為首波。(4)時差的表達式時差：在介質中聲波傳播單位距離所用的時間(3)滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳聲波測井原理課件如果井徑規則，則AB=DF=CE，上式為：顯然，CD正好是儀器的間距(常數)，時差與聲速成反比。時差的單位：s/m。如果井徑規則，則AB=DF=CE，上式為：顯然，CD正好是儀時差s/m(5)輸出的測井曲線

(一條聲波時差曲線)時差s/m(5)輸出的測井曲線(一條聲波時差曲線)影響時差的因素1井徑的影響①R1(處在D增加)，R2(位于正常或縮小)井段時，滑行波到達R1的時間增加，而到達R2的時間不變，因此時差下降。②R1位于正常(或縮小井段)，R2位于井徑擴大，滑行波到達R1的時間不變，而到達R2的時間增加，因此時差增加。③當R1和R2都處于井徑擴大或縮小井段時，t1、t2同時增加或下降，或不變。影響時差的因素1井徑的影響①R1(處在D增加)，R2(位聲波測井原理課件2巖層厚度的影響(1)厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層界面,曲線幅度的峰值為時差。間距2巖層厚度的影響(1)厚層（h>l間距),曲線的半幅點為(2)薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差增加，用半幅點確定的層界面（視厚度＞巖層的真實厚度）間距(2)薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差聲波測井原理課件(3)薄互層(交互層中小層的厚度)，此時，曲線不能反映地層的真正時差值，由于各層間的相互影響，曲線呈鋸齒壯。間距時差(3)薄互層(交互層中小層的厚度)，此時，曲線不能反映地層3周波跳躍的影響(1)產生的原因由于在滑行首波到達接收探頭的路徑中遇到吸收系數很大的介質,首波能觸發R1但不能觸發R2,R2被幅度較高的后續波觸發,因此,時差增大.3周波跳躍的影響(1)產生的原因(2)周波跳躍的特點時差值大大增加且呈周期性的跳躍(3)產生周波跳躍的各種情況含氣的疏松砂巖裂縫性地層或破碎帶泥漿氣侵(2)周波跳躍的特點時差值大大增加(3)產生周波跳躍的各聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規則時，有：T1R1R2T2ABEC從圖中所知:CR2<BR1,t1<t，ER1>CR2，t2>t井眼補償聲速測井(BHC)井眼不規則時，有：T1R1R2T2聲波測井原理課件平均后的補償聲速時差值不變。同理：在井徑擴大的頂界面也如此,對儀器的傾斜也有補償作用.平均后的補償聲速時差值不變。聲波測井原理課件長源距聲波測井發射器到接收器的距離為8ft、10ft、12ft1解決的問題井徑很大井周圍泥巖發生蝕變時，一些非固結和永凍地層中徑向聲速發生變化。以上兩種情況是BHC無法解決的。長源距聲波測井發射器到接收器的距離為8ft、10ft、12f聲波測井原理課件聲波測井原理課件2優點時差不受泥漿侵蝕或大井眼的影響，如果不考慮散射問題，它所測得的速度完全可以與地震記錄的速度對比。2優點時差不受泥漿侵蝕或大井眼的影響，如果不考慮散射問題，聲波時差曲線的應用1判斷氣層、確定油氣和氣水界面據流體密度和聲速有：V水>V油>V氣在高孔隙和侵入不深的條件下能識別氣層,其特征:氣層周波跳躍高聲波時差(大30微秒/米以上)聲波時差曲線的應用1判斷氣層、確定油氣和氣水界面據流體密度2劃分地層(確定地層的巖性)由于不同巖性地層具有不同的聲波速度，因此可以用時差劃分地層。致密巖石的時差<孔隙性巖石的時差巖層的孔隙增加－聲速下降－時差增加砂巖的時差<泥巖的時差2劃分地層(確定地層的巖性)由于不同巖性地層具有不同的聲砂巖的理論骨架時差:△tma=182s/m(硅質膠結)灰巖:△tma=156s/m

白云巖:△tma=143s/m無水硬石膏:△tma=164s/m巖鹽時差:△tma=220s/m淡水:△tmf=620s/m鹽水:△tmf=608s/m對膏巖剖面有很強的分辯力,由于巖鹽和無水石膏在時差曲線上區別很大,很容易識別.砂巖的理論骨架時差:△tma=182s/m(硅質膠結)對3計算孔隙度(1)體積物理模型根據測井方法的探測特性和巖石的各種物理性質上的差異,把巖石體積分成幾個部分,然后研究每一部分對巖石宏觀物理量的貢獻,并視宏觀物理量為各部分貢獻之和。即：測井參數×總體積=∑測井參數×相應體積3計算孔隙度(1)體積物理模型根據測井方法的探測特性和巖b=f×+ma(1-)t=tf×+

tma(1-)N=Nf×+Nma(1-)孔隙(流體)骨架純巖石b=f×+ma(1-)孔隙(流體)骨架純(2)用時差求孔隙度的公式t=tf×+tma(1-)①固結壓實的純地層(2)用時差求孔隙度的公式t=tf×+tma例題：一淡水泥漿井中，某固結壓實的砂巖層的時差為313.4s/m，電阻率為10m，tma=182s/m，tf=620s/m，并已知RW=0.1m，求：

(1)

該層的孔隙度；

(2)

該層的含水飽和度；

(3)

確定該層的流體性質。例題：一淡水泥漿井中，某固結壓實的砂巖層的時差為313.4解：根據已知條件可得：代入各參數：s=30%=0.3(1):解：根據已知條件可得：代入各參數：s=30%=0.代入參數求出SW=33.3%(3)因為SW>0.3,所以該層的流體性質是油氣水同層，SO=1-SW=67.7%(2)根據阿爾奇公式有：代入參數求出SW=33.3%(3)因為SW>0.②疏松砂巖類e=

s/cpcp:壓實系數，固結壓實地層cp=1,否則cp>1壓實系數cp的求法:A深度法：Cp與深度成反比,深度越深,地層越壓實,某油田的經驗公式:Cp=1.68-0.0002×HB時差對比法：Cp=tsh/tshp；tshp:是固結壓實泥巖的時差。②疏松砂巖類e=s/cpcp:壓實系數，固結壓實地③固結壓實泥質地層t=tshVsh+tf+tma(1-Vsh-)④非均勻孔隙地層用次生孔隙指數來反映地層的裂縫的發育情況：次生孔隙指數=N-S；原生孔隙<S<總孔隙度；通常情況下，用S表示原生孔隙度③固結壓實泥質地層t=tshVsh+tf+tm⑤聲波地層因素公式砂巖：X=1.6灰巖：X=1.76白云巖：X=2.00優點:該公式不作壓實校正⑤聲波地層因素公式砂巖：X=1.6灰巖：X=1.7聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件某油田的一口淡水泥漿井中，某一固結壓實純砂巖地層的聲波時差t為291.5s/m，電阻率Rt為68·m，假定tma=182s/m，tf=620s/m，RW=0.08·m。

(1)

計算該儲集層孔隙度；

(2)

計算該儲集層含水飽和度；

(3)

確定該儲集層流體性質。作業某油田的一口淡水泥漿井中，某一固結壓實純砂巖地層的聲波時差第3節聲波幅度測井第3節聲波幅度測井聲波幅度測井(聲幅測井)測量井下聲波信號的幅度(通常測量接收探頭接收到的首波的幅度)。聲幅測井主要用于檢查固井質量(固井后水泥與套管的膠結情況)，因此，也稱作水泥膠結測井。聲波幅度測井(聲幅測井)測量井下聲波信號的幅度(通常測量接收裸眼井的聲幅測井套管井的聲幅測井變密度測井主要內容裸眼井的聲幅測井主要內容石油工業套管標準參數：厚度：7.52～11.51mm；楊氏彈性模量：E=2.06×109N/m2密度：=7.9×103kg/m3縱波聲速：Cp=5400～5700m/s對于20KHz的聲波信號，波長＝27～28.5cm，遠大于套管的厚度。石油工業套管標準參數：聲波測井原理課件展開的套管可視為薄板，若薄板上下表面為真空（和空氣），即表面為自由表面時，其中彈性波的傳播為一種彎曲模式的板波（或者叫作蘭姆波【Lamb波】）；套管中傳播的Lamb波統稱為套管波。套管波的傳播方向就是套管的軸向方向(X方向)。套管波是一種縱向振動與橫向振動組成的、在有限介質中傳播的復合波，其速度接近于套管中縱波速度。展開的套管可視為薄板，若薄板上下表面為真空（和空氣），即表面聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件一裸眼井聲幅測井1.目的：劃分硬地層的裂縫帶2.聲系及測量(1)單發單收：測量地層滑行縱波的首波幅度；(2)單發雙收：測量兩接收探頭的滑行縱波的幅度差。一裸眼井聲幅測井1.目的：劃分硬地層的裂縫帶聲波測井原理課件單發雙收兩接收探頭接收到的同一滑行縱波首波幅度差值或比值單發單收或單發雙收第一接收探頭接收到的滑行縱波首波幅度單發雙收兩接收探頭接收到的同一滑行縱波首波幅度差值或比值單發3聲波能量變化的兩種方式(1)地層吸收聲波能量而使幅度衰減；(2)在聲阻抗不同的兩種介質界面上，折射、反射使聲波的能量發生變化。兩種變化同時存在，以哪種情況為主，視具體情況而論3聲波能量變化的兩種方式(1)地層吸收聲波能量而使幅度衰減4滑行波幅度衰減和地層情況間的關系(1)不同角度的裂縫對波的衰減不同垂直裂縫：與水平方向的夾角>75°斜交裂縫：與水平線的夾角30～75°水平裂縫：與水平方向的夾角<30°從實驗得出:垂直裂縫主要衰減縱波；水平裂縫主要衰減橫波。4滑行波幅度衰減和地層情況間的關系(1)不同角度的裂縫對(2)裂縫內的物質對聲波能量的影響聲波通過裂縫時(兩種界面),只有部分能量透過,裂縫內的物質對聲波起衰減作用(巖>疏),由此聲波通過較大裂縫,其接收到的能量比非裂縫地層低得多。聲波通過裂縫,能量衰減與裂縫的張開度、發育程度有關，對于縱波，張開度大和裂縫發育，則聲幅衰減增加，測得的聲幅低。(2)裂縫內的物質對聲波能量的影響聲波通過裂縫時(兩種界面)5溶洞性地層對于溶洞性地層，波繞溶洞傳播：(1)增加了波的傳播路徑；(2)溶洞引起波的散射，造成聲波能量較大幅度的衰減，所以聲波在溶洞性地層傳播，地層波幅很小，溶洞對波的衰減相當大。6尋找裂縫和溶洞地層的特征聲幅曲線上，幅度值低；在時差曲線上，時差值高，可能出現周波跳躍。5溶洞性地層對于溶洞性地層，波繞溶洞傳播：6尋找裂縫和溶二套管井的聲幅測井1聲系：單發單收，源距為1米TR水泥套管泥漿20%40%mv二套管井的聲幅測井1聲系：單發單收，源距為1米TR水泥套2接收到的信號：沿套管傳播的滑行縱波(套管波)3管波幅度與管外介質性質的關系和分布有關管波幅度受套管和管內介質的影響是一個定值，收到的信號幅度就取決與套管外介質的性質和分布。4.評價水泥膠結質量由于套管與水泥接觸，且Z套管與Z水泥很接近，聲耦合率好，大部分能量都被折射到水泥環中，而少部分能量折回到井中被記錄，聲幅值低。反之，水泥膠結不好，則聲幅高。2接收到的信號：沿套管傳播的滑行縱波(套管波)3管波幅度5影響水泥膠結測井的因素(1)測井時間：最好在注水泥后20-40小時進行測量,因為水泥有個凝固過程,過早或過晚,都會造成錯誤解釋；(2)水泥環的厚度：水泥環的厚度>2cm時，對套管波的衰減是個定值,水泥環的厚度<2cm時,水泥環越薄,對套管波的衰減越小,測得的聲幅值高.(3)氣侵泥漿：氣侵泥漿的吸收系數大,使聲波的衰減很大,此時測得的聲幅低,造成誤解.5影響水泥膠結測井的因素(1)測井時間：最好在注水泥后20(4)套管厚度：套管對聲波的吸收是固定的,但套管厚度越小,對聲波的衰減越大,測得的聲幅值低.(5)微環：固井時,因熱效應和壓力的影響,套管膨脹,注完水泥后,又可能收縮,在套管和水泥環間有一環形空間,間隙<0.1mm,它使聲耦合率變差,使測得的聲幅值增加.(6)儀器偏心和竄槽：不同方向到達的管波相位不同,相互抵消,測得的聲幅值低.(4)套管厚度：套管對聲波的吸收是固定的,但套管厚度越小,對聲波測井原理課件三聲波變密度測井(VDL)聲幅測井只記錄聲波波列中首波的幅度，因而，只能檢查第一界面的膠結封固情況，但地層的串槽有可能是由于第二界面膠結封固不好引起的。因而發展了變密度(變厚度)測井，對井下接收到的聲波波列的前12～14個波的幅度與到達時間進行記錄。聲系與常規聲幅測井相同，源距1m或1.5m。三聲波變密度測井(VDL)聲幅測井只記錄聲波波列中首波的幅1套管井中波傳播的路徑(1)沿套管(2)井內泥漿(3)通過地層因為水泥的聲速<鋼的聲速,不滿足產生滑行波的條件,所以沒有通過水泥環的波。2接收波的先后順序套管波地層波泥漿波1套管井中波傳播的路徑(1)沿套管因為水泥的聲速<鋼的聲速3聲波變密度測井(1)聲系：單發單收，源距為1.5m(2)目的：全面評價水泥膠結質量,了解套管與水泥環、水泥環與地層的膠結情況。3聲波變密度測井(1)聲系：單發單收，源距為1.5m(3)記錄波的定義及順序①套管波：聲波信號是在套管內傳播的縱波，速度快，最先到達。②地層波：是在地層內傳播的縱波、橫波、視瑞利波的組合，幅度值高。③泥漿波：通過泥漿直接到達接收探頭的波，它到達最晚、幅度穩定且幅度變化不大、頻率低。(3)記錄波的定義及順序①套管波：聲波信號是在套管內傳播(4)變密度記錄方式調輝記錄調寬記錄①

調輝記錄負半周的信號放大轉變為寬度一致的矩形波，幅度與原信號幅度成正比矩形波輸入示波管，矩形波幅度作為灰度控制信號從管波到泥漿波、矩形波的幅度不同熒光屏上出現亮暗相間的掃描線，亮度與矩形波的幅度成正比.對一波列信號，掃描線在同一水平線上被攝相儀感光在相紙上，儀器提升，相紙走動，就連續地把不同深度的掃描線拍攝成了變密度測井圖(4)變密度記錄方式調輝記錄①調輝記錄負半周的信號放大轉(5)變密度圖的解釋套管與水泥交界面稱為第一聲學界面水泥與地層交界面稱為第二聲學界面(5)變密度圖的解釋套管與水泥交界面稱為第一聲學界面水泥與地①

自由套管：管外無水泥、形成套管－泥漿界面，Z套管/Z泥漿大，耦合率差，R大T小，管波強、地層波弱或全消失，在變密度圖上出現平直的條紋，越靠近左邊，越明顯，在套管接頭的地方有人字紋。套管接頭的人字紋自由套管的變密度圖①自由套管：管外無水泥、形成套管－泥漿界面，Z套管/Z泥②

第一、二交界面膠結好，聲耦合率好：套管波弱、地層波很強(很大部分能量透射到地層中去了)。變密度圖：左邊條紋模糊或消失，右邊的條紋色深，反差大。③

第一界面交界面差，第二界面膠結好；一界面的聲耦合率差，管波強，二界面聲耦合率好地層波中等。變密度圖：左邊條紋明顯，右邊也有顯示；②第一、二交界面膠結好，聲耦合率好：套管波弱、地層波很強(④第一界面膠結好、第二界面膠結差；一界面的聲耦合率好、管波弱，二界面的聲耦合率差、地層波弱或消失。變密度圖上：左右條紋模糊。⑤第一、第二界面膠結差；一界面聲耦合率差、套管波強，二界面膠結差、地層波弱以至于消失。變密度圖上：右邊的條紋模糊或消失，左邊的條紋色深，反差大。④第一界面膠結好、第二界面膠結差；一界面的聲耦合率好、管波聲波測井原理課件聲波測井原理課件第4節聲波全波列測井第4節聲波全波列測井通常的聲速測井與聲幅測井只記錄和利用滑行縱波首波的速度（或時差）或幅度信息，然而，對攜帶有大量地層信息的續至波則沒有加以記錄和利用；為此，發展了聲波全波列測井，記錄和利用續至波的速度、幅度、頻率、波形包絡特征等信息。通常的聲速測井與聲幅測井只記錄和利用滑行縱波首波的速度（或時一、聲系與記錄方式一、聲系與記錄方式長源距聲波全波列測井儀的聲系由兩個發射探頭T1、T2及兩個接收探頭R1、R2組成。T1和T2、R1和R2之間相距2ft，相當于“間距”，T1與R2之間相距8ft，相當于“源距”。1.長源距聲波全波列測井儀長源距聲波全波列測井儀的聲系由兩個發射探頭T1、T2及兩個接聲波測井原理課件探頭的工作順序、記錄結果編號以及所記錄的內容如下邏輯表所示，“0”表示不工作，“1”表示工作。探頭工作狀態時間發射接收記錄結果編號記錄內容T1T2R1R2T01010TT1T1-R1間10ft層段的時間差T01001TT2T1-R2間8ft層段的時間差T10110TT3T2-R1間12ft層段的時間差t10101TT4T2-R2間10ft層段的時間差探頭的工作順序、記錄結果編號以及所記錄的內容如下邏輯表所示，當R1和R2正對目的層時，T1發射，R1和R2接收，記錄到TT1和TT2兩個時間差數值；TT1和TT2的差值相當于R1和R2接收到的T1發射出的聲信號的時間差，相當于一個發射探頭在下方，接收探頭在上方的單發雙收聲系，記作△t下＝TT1－TT2當R1和R2正對目的層時，T1發射，R1和R2接收，記錄到T經過一段時間，當T1和T2正對目的層時，R2先后接收到T1和T2發射出的聲信號，記錄成TT2和TT4兩個數值；TT4－TT2是R2處接收到的T1和T2發射聲信號的時間差，這是一個雙發單收聲系，其數值和與之對稱的R2發射，T1和T2接收的發射探頭在上方的的單發雙收聲系記錄結果完全相同，記作△t上＝TT4－TT2經過一段時間，當T1和T2正對目的層時，R2先后接收到T1和儀器自動將地層F的時差值按Δt＝1/2(Δt上＋Δt下)＝1/2((TT4-TT2)+(TT2-TT1))進行記錄，其結果相當于源距為2.4384米(8英尺)、間距為0.6096米(2英尺)的雙發雙收聲系井眼補償記錄結果。儀器自動將地層F的時差值按Δt＝1/2(Δt上＋Δt下)＝1聲波測井原理課件長源距聲波全波列測井記錄中的關鍵問題是在全波列中區分縱波、橫波及其它類型的波，而最主要的是區分縱波和橫波。現有的記錄方式是從縱波和橫波的到達時間、相位和幅度上加以區分和識別的。長源距聲波全波列測井記錄中的關鍵問題是在全波列中區分縱波、橫縱波與橫波的區分：①到達時間：Cp>Cs→Δtp<Δts；②聲波幅度：橫波大于縱波；③聲波相位：縱波與橫波首波相位相反，即相位相差180°縱波與橫波的區分：橫波幅度大于縱波幅度：橫波能量更集中分布在分界面附近；滑行橫波是在第二臨界角基礎上產生的，而以第二臨界角入射時反射回井內的聲能明顯小于以第一臨界角的情況；橫波只傳遞介質的剪切變形，而縱波傳遞介質體積膨脹-壓縮過程中的熱交換和損耗。橫波幅度大于縱波幅度：長源距聲波全波列測井圖(全波列方式)：左道：TT1、TT2、TT3、TT4、DTC和DTS；右道：按1米的深度間隔標出代表這一井段的聲波全波列圖形。長源距聲波全波列測井圖(全波列方式)：左道：TT1、TT2、聲波測井原理課件聲波測井原理課件長源距聲波全波列測井所記錄的測井信息：①縱波時差Δtp(DTC)；②橫波波時差Δts(DTS)；③速度比Cp/Cs=Δts/Δtp(DTR)；④縱波幅度AP2(T1發射R2接收)；⑤橫波幅度AS2AP2(T1發射R2接收)；長源距聲波全波列測井所記錄的測井信息：⑥聲波比(SRAT)(兩個接收探頭接收到的同一發射探頭的聲信號首波幅度比)⑦幅度比B/AA：縱波幅度比；B：橫波幅度比；r1：T1與R1之間間距；r2：T1與R2之間間距；r0：r1－r2；G：聲波在發射和接收探頭間幾何擴展的衰減因子，P：縱波衰減系數；s：橫波衰減系數；⑥聲波比(SRAT)(兩個接收探頭接收到的同一發射探頭的聲信二、聲波全波列測井資料解釋二、聲波全波列測井資料解釋長源距聲波全波列測井資料提供了井壁附近巖層的縱波、橫波及井內流體中管波的速度、幅度、頻率及波形包絡等信息。這些信息均受井壁巖層的制約與影響，因而，可以利用這些信息來分析和判斷井壁巖層的孔隙特性、孔隙中流體性質及滲濾特性，以及巖石的力學性質等，但是，應用比較充分的是速度信息。長源距聲波全波列測井資料提供了井壁附近巖層的縱波、橫波及井內1、估算儲集層孔隙度1）根據測得的儲集層橫波速度Cs估算儲集層的粒間孔隙度(橫波孔隙度s)，經驗公式：s＝(Cmas－Cs)/3CsCmas－儲集層骨架的橫波速度。1、估算儲集層孔隙度結論：當s>p及Cp/Cs>1.75時，儲集層為裂縫孔隙；當s<p及Cp/Cs<1.75時，儲集層為粒間孔隙；結論：2）Pickett提出利用橫波時差估算孔隙度：Cmas－巖石骨架的橫波速度；M－經驗系數，當37%時，m=2。2）Pickett提出利用橫波時差估算孔隙度：在根據Δts計算孔隙度的圖版中：白云巖：Δts/Δtp＝1.8；

石灰巖：Δts/Δtp＝1.9；

砂巖：Δts/Δtp＝1.58～1.78；

含氣砂巖：Δts/Δtp＝1.6；

該方法的優點在于考慮了巖性對孔隙度的影響。在根據Δts計算孔隙度的圖版中：2判斷孔隙形狀及儲集層孔隙類型國內外研究表明：孔隙形狀及大小是影響彈性波的因素之一。將孔隙形狀看成長軸及短軸不同的橢球體，縱剖面上的短軸長度a與長軸長度b的比值，即＝a/b作為孔隙形狀的特征值，定義為“縱橫比”。球形孔隙，=1，數值越小，則孔隙越接近于裂縫。因此，與對彈性波都有影響。2判斷孔隙形狀及儲集層孔隙類型根據縱橫波的幅度信息判斷儲集層的孔隙類型。統計資料表明，在裂縫性儲集層中縱波和橫波的幅度都有減小，而橫波幅度的減小尤其顯著。根據縱橫波的幅度信息判斷儲集層的孔隙類型。統計資料表明，在裂聲波的衰減是由于溶洞或孔洞對聲波的散射所引起的，巖石對聲波散射衰減的大小與聲波信號頻率的三次方成正比。P與S分別為縱橫波的衰減系數。聲波的衰減是由于溶洞或孔洞對聲波的散射所引起的，巖石對聲波散3判斷巖性對不同巖性的地層，其泊松比具有不同數值，而可由巖石的縱波與橫波速度Cp和Cs計算得出。3判斷巖性巖石或礦物Cp/Cs巖石或礦物Cp/Cs石英1.487泥灰巖1.87-2.45方解石1.931石膏2.49白云石1.800硬石膏1.85粘土1.936花崗巖1.63-1.87石英巖1.67-1.78玄武巖1.69砂巖1.58-2.05輝長巖1.51-1.67石灰巖1.67-2.08輝綠巖1.75-1.82白云巖1.77-2.15常見巖石及礦物的Cp/Cs值巖石或礦物Cp/Cs巖石或礦物Cp/Cs石英1.48曲線符號為Cp/Cs的數值曲線符號為Cp/Cs的數值4判斷巖石孔隙中流體的性質地層中的流體性質不同，則縱波與橫波速度比Cp/Cs是不相同的，例如，含水砂巖的Cp/Cs大于含氣砂巖的Cp/Cs。4判斷巖石孔隙中流體的性質BHTV

利用反射波的能量與反射界面的聲阻抗有關的原理，通過測量反射波的能量的強度來了解井壁巖石和套管狀況。１．基本原理發射2MHz左右的超生脈沖，在儀器上升測量中，換能器向井壁作螺旋狀連續聲波掃描。由于井內泥漿性質固定，反射波的能量只與井壁狀況有關。聲阻抗大的井壁，R大，反射波強，顏色亮；R小則弱，顏色暗。BHTV2.不同巖性和裂縫在BHTV圖上的顯示不同巖性的顯示裸眼、井壁平滑、泥漿恒定、反射波的能量取決于巖層的密度和速度。高速地層或高密度地層圖上亮區低速地層或低密度地層圖上暗區砂泥巖剖面：砂巖亮區泥巖暗區井壁不平、發射的聲波不能垂直入射，反射波的能量與入射角有關。增加，R減小，反射波的能量低，在BHTV圖上為暗區或黑色的條帶。2.不同巖性和裂縫在BHTV圖上的顯示孔洞低速地層孔洞低速地層3.BHTV的應用（1）劃分高速、低速地層裸眼井中：亮區，高速地層，暗區，低速地層（2）確定灰巖剖面的裂縫、溶洞裂縫或溶洞為暗色的條帶如果裂縫與井眼相交，則可確定裂縫的傾角：h斜交逢裂縫hd3.BHTV的應用：h斜交逢裂縫hd求斜交裂縫的傾角：

h：黑色條帶最高點至最低點的垂直距離。

d：井的直徑求斜交裂縫的傾角：小結（這門課程的主要內容）聲速測井的原理、儀器結構聲速測井的應用、如何計算孔隙度聲幅測井的原理、儀器結構和應用長遠距聲波測井儀的結構和應用聲波成像測井的原理和應用小結（這門課程的主要內容）緒論

聲

波

測

井

聲波測井緒論聲波測井

聲波測井

聲波聲波的分類一般按照頻率來分，聲波可以分為：超聲波（ultra-sonicwave）>20KHz聲波(sonicwave)20~20KHz次聲波（infrasonicwave)<20Hz聲波聲波測井聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學性質（巖石的聲速、聲波在巖石中的衰減規律）的一種測井方法。

聲波測井聲波測井是測量和記錄井剖面上巖層的聲學性質（巖石的聲波測井主要內容聲波速度測井聲波幅度測井聲波全波列測井聲波井下電視測井噪聲測井聲波測井主要內容聲波速度測井1聲波速度測井聲波速度測井，又叫聲波時差測井，它是測量井剖面聲波縱波速度Cp的倒數，即聲波縱波在1米地層中傳播所需的時間，在測井中叫做時差，記作t，t＝1/Cp，單位：微秒/米或微秒/英尺。聲波速度測井是聲波測井中應用最廣泛的聲波測井方法，主要利用聲波速度測井資料來研究井剖面的巖性，估算儲集層孔隙度等。1聲波速度測井2聲波幅度測井聲波幅度測井(聲幅測井)主要用于檢查固井質量。水泥膠結良好時，聲波幅度較小；水泥膠結不好時，聲波幅度較大。2聲波幅度測井3聲波全波列測井聲波全波列測井記錄滑行縱波、滑行橫波等一系列波列的速度、幅度、衰減、頻率等與巖層性質和特征有關的信息。

數字記錄

模擬記錄用途:判斷巖性－估算孔隙度－估算彈性力學參數3聲波全波列測井4聲波井下電視和體積掃描測井利用聲波反射原理來得到井壁直觀圖象的測井方法。井內流體(泥漿)對可見光是不透明，因此，在井下不采用通常的光學電視系統，而是采用聲波探測成像技術。體積掃描測井不僅可以得到井壁表面的直觀圖象，還可以探測井壁以外一定徑向深度范圍內的介質分布情況。4聲波井下電視和體積掃描測井5噪聲測井噪聲測井記錄井下自然聲場(噪聲)分布情況，得到由于巖層應力變化而引起聲場分布的變化情況，為地震預報和震情監測提供資料；判斷井下出水或出氣的層位以及檢查水或氣在套管外的串漏情況。5噪聲測井聲波測井主要優點不受泥漿性質影響；不受礦化度影響；不受泥漿侵入影響。聲波測井主要優點不受泥漿性質影響；第一節巖石的聲學特征第一節巖石的聲學特征一、巖石的彈性二、聲波在巖石中的傳播特征一、巖石的彈性基本概念和相關知識彈性力學彈性的定義彈性體和塑性體描述彈性體的參數：

楊氏彈性模量E

泊松比體積彈性模量K

剪切模量部分巖石的彈性模量基本概念和相關知識彈性力學彈性力學是力學的一個分支學科，它研究彈性體由于受外力作用(或溫度變化)等原因而發生的應力、形變和位移，以及形變和位移的傳播。彈性力學是力學的一個分支學科，它研究彈性體由于受外力作用(或1彈性的定義彈性：是指物體在外力作用下將發生變形，即物體受力的效果不是產生宏觀運動，而是物體內部各體積元或各部分之間相對位置的變化，在外力不超過一定限度情況下，取消外力則物體將恢復原狀，物體的這種性質稱為彈性，即物體受有限外力作用而發生形變后恢復原來形態的能力。1彈性的定義彈性：是指物體在外力作用下將發生變形，即物體受彈性力學對被研究物體的假定：①物體是連續的②物體是均勻的；③物體是各向同性的；④物體受力后的變形和位移是微小的；⑤物體是完全彈性的。彈性力學對被研究物體的假定：彈性力學所研究的是理想彈性體，而石油的儲集體－地下巖石并非理想的彈性體。非均質性：孔隙、裂縫，骨架與膠結物性質各不相同各向異性：節理、層理等彈性力學所研究的是理想彈性體，而石油的儲集體－地下巖石并非理但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發生形變都很小的情況下，均可把其當作彈性體進行處理，故可把地下巖石近似看作彈性體。但是，由于任何物體在外力很小時，因外力而發生形變都很小的情況2彈性體的應力和應變2彈性體的應力和應變2.1物體分類彈性體：當物體受力發生形變，一旦外力取消又能恢復原狀的物體，稱為彈性體。塑性體：反之，當物體受力發生形變，一旦外力取消而不能恢復原狀的物體，稱為塑性體。彈性體塑性體可變成2.1物體分類彈性體：當物體受力發生形變，一旦外力取消又能恢在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因而巖石可以當成彈性體，在巖石中傳播的聲波可以被認為是彈性波。在聲波測井中，聲源的能量很小，聲波作用在巖石上的時間很短，因2.2描述彈性體的參數虎克定律：在彈性限度內，彈性體的彈性形變與外力成正比，即：f＝-E·由于應力與外力數值相等，方向相反，故上式可以改寫成為：＝E·2.2描述彈性體的參數虎克定律：在彈性限度內，彈性體的彈性(1)楊氏彈性模量EE＝應力/應變＝/應力：作用在單位面積上的力，F/S。應變：彈性體在力方向上的相對形變，△L/L。E物理意義：彈性體發生單位線應變時彈性體產生的應力大小；數值大小表示彈性體或彈性材料在外力作用下發生形變的難易程度，其量綱與應力相同。(1)楊氏彈性模量EE＝應力/應變＝/應力：作用在單位(2)泊松比

彈性體在外力作用下，縱向上產生伸長的同時，橫向縮小。假設：有一圓柱形彈性體的直徑和長度分別為D和L，在外力作用下，直徑和長度的變化分別為D和

L，則橫向相對縮減D/D和縱向相對伸長

L/L之比稱為泊松比，用表示。(2)泊松比彈性體在外力作用下，縱向上產生伸長的同時，橫=彈性體的橫向應變/縱向應變

=（△D/D）/（△L/L）物理意義：描述彈性體形狀改變的物理量，無量綱；任何材料，

=0～0.5。施加力-D-L=彈性體的橫向應變/縱向應變物理意義：描述彈性(3)體積彈性模量

K

(也稱膨脹率)K=應力/體應變=(F/S)/(△V/V)(N/m2或kg/cm2)體積彈性模量：在外力作用下，物體體積發生相對變化V/V，即，體積應變，則，體積彈性模量為應力與體應變之比。體積彈性模量的倒數叫體積壓縮系數，用表示，即：=1/K(3)體積彈性模量K(也稱膨脹率)K=應力/體應變=(F(4)剪切模量

(也稱切變模量)（kg/cm2）如右下圖所示的矩形六面彈性體，其上表面的面積為A，受到平行于該表面的剪切力Ft的作用時，在力的方向上相對位移一段距離L，剪切應力等于Ft/A，剪切應變等于L/L，則切應力與切應變之比就叫剪切模量或切變模量，用表示。(4)剪切模量(也稱切變模量)（kg/cm2）如巖石名稱E(×1011N/m2)(×1011N/m2)頁巖0.17～0.45砂巖0.003～0.7150.2～0.35泥灰巖0.15～0.450.3～0.4石灰巖0.25～0.8010.22～0.350.231～0.265硬石膏0.72～0.740.2950.281玄武巖1.150.230.156～0.237花崗巖0.3～0.570.198～0.30部分巖石的彈性模量巖石名稱E頁巖0.17～0.45砂巖0.003～二、聲波在巖石中的傳播特性縱波、橫波的定義波的傳播特征產生滑行波的條件反射、折射系數（R、T）波阻抗、聲耦合率聲速影響因素不同介質的聲波速度二、聲波在巖石中的傳播特性縱波、橫波的定義二、聲波在巖石中的傳播特性1.縱波、橫波的定義縱波：介質質點的振動方向與波的傳播發向一致。彈性體的小體積元體積改變，而邊角關系不變。橫波：介質質點的振動方向與波傳播方向垂直的波。特點：彈性體的小體積元的體積不變，而邊角關系發生變化，例如,切變波。二、聲波在巖石中的傳播特性1.縱波、橫波的定義縱波：介質質注意：(1)橫波不能在流體（氣、液體）中傳播，因為它的切變模量=0(2)在井下，縱波和橫波都能在地層中傳播，而泥漿中只能傳播縱波。注意：三、聲波在介質界面上的傳播2.波的傳播介質1介質2入射波入射角反射角折射角反射波折射波三、聲波在介質界面上的傳播2.波的傳播介質1介質2入射波入聲波測井原理課件3.產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°折射定律:第一臨界角:1*=arcsin(VP1/VP2)3.產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可得出:當折射產生橫波時有第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可4.反射、折射系數（R、T）反射系數R：R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量

=(2?V2-1?V1)/(2?V2+1?V1)折射系數T：T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量

=21?V1/(2?V2+1?V1)入射角=0°，T+R=14.反射、折射系數（R、T）反射系數R：折射系數T：入射角5.波阻抗、聲耦合率(1)波阻抗ZZ=波的傳播速度×介質的密度=V?

(2)聲耦合率兩種介質的聲阻抗之比：Z1/Z25.波阻抗、聲耦合率(1)波阻抗ZZ1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質1到介質2中去。Z1/Z2越接近1，聲耦合越好，R小，T大，聲波易從介質1到介質2中去。Z1/Z2越大或越小，聲耦合越差，R大，T小，聲波不易從介質介質(Z2)聲速(m/s)密度(kg/m3)波阻抗(kg/m2S)反射系數鋼管5400780024.12×1060.9312砂巖330026508.745×1060.7071石灰巖6500287018.65×1060.8511白云巖7000287020.09×1060.8610泥巖180024504.41×1060.4923硬煤370014005.18×1060.5508水和各種介質界面上的聲壓反射系數介質(Z2)聲速(m/s)密度(kg/m3)波阻抗(kg/m6.聲速影響因素彈性模量；密度；巖性；孔隙度；巖層地質時代；巖層埋藏深度等。6.聲速影響因素彈性模量；7.不同介質的聲波速度介質聲速(m/s)時差(s/m)介質聲速(m/s)時差(s/m)空氣3303000滲透性砂巖5943168甲烷4422260致密砂巖5500182石油1070～1320985～757致密石灰巖6400～7000156～143水1530～1620655～620白云巖7900125泥巖1830～3962548～252巖鹽4600～5200217～193泥質砂巖5638177硬石膏6100～6250164～1607.不同介質的聲波速度介第2節聲波速度測井第2節聲波速度測井聲波速度測井是測量井下巖石地層的聲波傳播速度（或時差），以判斷井剖面地層的巖性，估算儲集層孔隙度的測井方法。聲波速度測井是巖性－孔隙度測井系列中的主要測井方法之一。聲波速度測井所記錄的地層聲速一般是指地層縱波的速度（或時差）。聲波速度測井是測量井下巖石地層的聲波傳播速度（或時差），以判一聲波在井壁上的折射與滑行波一聲波在井壁上的折射與滑行波井下聲波發射探頭發射出的聲波，一部分在井壁（井內泥漿與井壁巖層分界面）上發生反射；一部分在井壁上發生折射，進入井壁地層。由于井壁地層是固相介質，因而，折射進入地層的聲波可能轉換成為折射縱波和折射橫波。井下聲波發射探頭發射出的聲波，一部分在井壁（井內泥漿與井壁巖1折射波與臨界角1折射波與臨界角聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件聲波測井原理課件2產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°時產生滑行縱波折射定律:第一臨界角:1*=arcsin(VP1/VP2)2產生滑行波的條件VP2>VP1時,折射角=90°第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可得出:當折射產生橫波時有第二臨界角:2*=arcsin(VP1/VS2)同理可介質名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角泥巖180095062o44′不產生滑行橫波砂層（疏松）2630151837o28′不產生滑行橫波砂巖（疏松）3850230024o33′44o05′砂巖（致密）5500320016o55′30o石灰巖（骨架）7000370013o13′25o37′白云巖（骨架）7900440011o41′21o19′鋼管5400310017o41′31o04′常見介質的縱橫波速度及第一第二臨界角介質名稱VP(m/s)VS(m/s)第一臨界角第二臨界角二、聲波速度測井二、聲波速度測井單發雙收的測量原理1聲系T：發射探頭－電能轉化為聲能。R：接收探頭－聲能轉化為電能；聲波在介質中的傳播主要指聲速、聲幅和頻率特性單發雙收的測量原理1聲系T：發射探頭－電能轉化為聲能。聲波聲波測井原理課件2巖石的聲速特性及影響因素(1)VP、VS與、、E間的關系當=0.25，VP/VS=1.73,EVP(S)2巖石的聲速特性及影響因素(1)VP、VS與、、E(2)

傳播速度與巖性的關系巖性不同彈性模量不同VP、VS的影響不同VP、VS不同

(3)

孔隙度的影響流體的彈性模量和密度都不同于巖石骨架，相對講，即使巖性相同，其中的流體也不同。孔隙度增大，傳播速度就降低。(2)傳播速度與巖性的關系巖性不同彈性模量不同(4)巖層的地質時代影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越老，則傳播速度越快。(5)

巖層的埋藏深度影響巖性和地質時代相同：埋深增加導致傳播速度增加。結論：可用傳播速度來研究巖層的巖性和孔隙度。(4)巖層的地質時代影響實際資料表明：厚度、巖性相同，巖層越3巖層的聲幅特性平面波的衰減僅由介質的吸收引起的，聲波的能量與其幅度的平方成反比，聲幅的大小反映了聲波能量的高低。

J=J0e-2LJ：聲波經過L距離后的聲強

J0：初始聲強

：介質的吸收系數下降V下降

增加頻率增加增加3巖層的聲幅特性平面波的衰減僅由介質的吸收引起的，聲波的能2單發雙收的測量原理(1)產生滑行波的條件(V地>V泥漿)產生滑行波的過程是可逆的(2)到達接收探頭的波類折射縱波反射波泥漿波(直達波)2單發雙收的測量原理(1)產生滑行波的條件(V地>V泥漿(3)滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳播，V地大于V泥，如果合理選擇源距可以使縱波首先到達接收探頭，而成其為首波。(4)時差的表達式時差：在介質中聲波傳播單位距離所用的時間(3)滑行縱波首先到達接收探頭因反射波、泥漿波都只在泥漿中傳聲波測井原理課件如果井徑規則，則AB=DF=CE，上式為：顯然，CD正好是儀器的間距(常數)，時差與聲速成反比。時差的單位：s/m。如果井徑規則，則AB=DF=CE，上式為：顯然，CD正好是儀時差s/m(5)輸出的測井曲線

(一條聲波時差曲線)時差s/m(5)輸出的測井曲線(一條聲波時差曲線)影響時差的因素1井徑的影響①R1(處在D增加)，R2(位于正常或縮小)井段時，滑行波到達R1的時間增加，而到達R2的時間不變，因此時差下降。②R1位于正常(或縮小井段)，R2位于井徑擴大，滑行波到達R1的時間不變，而到達R2的時間增加，因此時差增加。③當R1和R2都處于井徑擴大或縮小井段時，t1、t2同時增加或下降，或不變。影響時差的因素1井徑的影響①R1(處在D增加)，R2(位聲波測井原理課件2巖層厚度的影響(1)厚層（h>l間距),曲線的半幅點為層界面,曲線幅度的峰值為時差。間距2巖層厚度的影響(1)厚層（h>l間距),曲線的半幅點為(2)薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差增加，用半幅點確定的層界面（視厚度＞巖層的真實厚度）間距(2)薄層（h＜l間距）曲線受圍巖的影響大，高速地層的時差聲波測井原理課件(3)薄互層(交互層中小層的厚度)，此時，曲線不能反映地層的真正時差值，由于各層間的相互影響，曲線呈鋸齒壯。間距時差(3)薄互層(交互層中小層的厚度)，此時，曲線不能反映地層3周波跳躍的影響(1)產生的原因由于在滑行首波到達接收探頭的路徑中遇到吸收系數很大的介質,首波能觸發R1但不能觸發R2,R2被幅度較高的后續波觸發,因此,時差增大.3周波跳躍的影響(1)產生的原因(2)周波跳躍的特點時差值大大增加且呈周期性的跳躍(3)產生周波跳躍的各種情況含氣的疏松砂巖裂縫性地層或破碎帶泥漿氣侵(2)周波跳躍的特點時差值大大增加(3)產生周波跳躍的各聲波測井原理