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1、第四章 声波速度测井,声波速度测井是测量井下岩石地层的声波传播速度（或时差），以判断井剖面地层的岩性，估算储集层孔隙度的测井方法。声波速度测井是岩性孔隙度测井系列中的主要测井方法之一。声波速度测井所记录的地层声速一般是指地层纵波的速度（或时差）。,第一节 声波在井壁上的折射与滑行波,井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井壁（井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射；一部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由于井壁地层是固相介质，因而，折射进入地层的声波可能转换成为折射纵波和折射横波。,井内泥浆声速C1井壁岩层声速C2，折射角大于入射角。对声波测井来讲，对接收到的声波信号有贡献的只是折射角等于90的
2、折射波，即折射后沿井壁“滑行”的折射纵波和折射横波。,一 折射波与临界角,二 产生滑行波的条件,VP2 VP1时,折射角=90时产生滑行纵波,折射定律:,第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2),第二临界角:2*=arcsin(VP1/VS2),同理可得出:当折射产生横波时有,常见介质的纵横波速度及第一第二临界角,三 反射系数、折射系数（R、T）,反射系数R：R=WR/W=反射波的能量/入射波的能量=(2V2-1V1)/(2V2+1V1),折射系数T：T=WT/W=折射波的能量/入射波的能量=21V1/(2V2+1V1),入射角=0，T+R=1,四 波阻抗、声耦合率,(1)波阻抗Z Z
3、=波的传播速度介质的密度=V(2)声耦合率 两种介质的声阻抗之比：Z1/Z2,Z1/Z2越大或越小，声耦合越差，R大，T小，声波不易从介质1到介质2中去。Z1/Z2越接近1，声耦合越好，R小，T大，声波易从介质1到介质2中去。,费尔马原理一般声波在均匀各向同性、完全弹性的无限大介质中传播时，它经过空间任意两点时，是沿着这两点所决定的直线传播的。然而，理论和实验证明，在不均匀介质中，若各向异性介质，声波并不沿直线传播，这时声波在传播时遵循何种规律呢？,费尔马原理：声波在一般介质中传播时，所经过的任意两点的传播路径满足所用时间最小的传播条件，这就是费尔马时间最小原理，这一原理是从光波动学中借鉴而来
4、的。在介质的声学性质已知的情况下，可以根据费尔马原理来确定声波在经过介质的任意两点时所走的路径，还可以确定声波的走时，即声波经过这两点时所用的时间。,惠更斯原理介质中波所传播到的各点都可以看成新的波源，称为子波源；可认为每个子波源都可以向各个方向发出微弱的波，称为子波；这种子波是以所在介质的声波速度传播的，新的波前就是由这些子波相互叠加而形成的，这些子波所形成的包络决定了新的波前。这就是惠更斯原理。根据惠更斯原理，利用已知的波前可求得后来时刻的波前。,第二节 声波速度测井,一 单发双收的测量原理,1 声系,T：发射探头电能转化为声能。R：接收探头声能转化为电能；,声波在介质中的传播主要指声速、
5、声幅和频率特性,井筒,井壁,A,B,C,D,T,R1,R2,源距,间距,记录点O,O,2 岩石的声速特性及影响因素,(1)VP、VS与、E间的关系,当=0.25，VP/VS=1.73,E VP(S),(2)传播速度与岩性的关系,岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响不同 VP、VS不同,(3)孔隙度的影响,流体的弹性模量和密度都不同于岩石骨架，相对讲，即使岩性相同，其中的流体也不同。孔隙度增大，传播速度就降低。,(4)岩层的地质时代影响,实际资料表明：厚度、岩性相同，岩层越老，则传播速度越快。,(5)岩层的埋藏深度影响,岩性和地质时代相同：埋深增加导致传播速度增加。,结论：可用传播速度来研究
6、岩层的岩性和孔隙度。,3 岩层的声幅特性,平面波的衰减仅由介质的吸收引起的，声波的能量与其幅度的平方成反比，声幅的大小反映了声波能量的高低。,J=J0e-2L J：声波经过L距离后的声强 J0：初始声强：介质的吸收系数,下降 V下降 增加 频率增加 增加,2 单发双收的测量原理,(1)产生滑行波的条件(V地V泥浆)产生滑行波的过程是可逆的,(2)到达接收探头的波类,折射纵波反射波泥浆波(直达波),(3)滑行纵波首先到达接收探头,因反射波、泥浆波都只在泥浆中传播，V地大于V泥，如果合理选择源距可以使纵波首先到达接收探头，而成其为首波。,(4)时差的表达式,时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间
7、,如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：,显然，CD正好是仪器的间距(常数)，时差与声速成反比。时差的单位：s/m。,时差 s/m,(5)输出的测井曲线(一条声波时差曲线),二 影响时差的因素,1 井径的影响,R1(处在D增加)，R2(位于正常或缩小)井段时，滑行波到达R1的时间增加，而到达R2的时间不变，因此时差下降。R1位于正常(或缩小井段)，R2位于井径扩大，滑行波到达R1的时间不变，而到达R2的时间增加，因此时差增加。当R1和R2都处于井径扩大或缩小井段时，t1、t2同时增加或下降，或不变。,2 岩层厚度的影响,(1)厚层（hl间距),曲线的半幅点为层界面,曲线幅度的峰值为时差。,
8、间距,(2)薄层（hl间距）曲线受围岩的影响大，高速地层的时差增加，用半幅点确定的层界面（视厚度岩层的真实厚度）,间距,(3)薄互层(交互层中小层的厚度)，此时，曲线不能反映地层的真正时差值，由于各层间的相互影响，曲线呈锯齿壮。,间距,时差,3 周波跳跃的影响,(1)产生的原因由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇到吸收系数很大的介质,首波能触发R1但不能触发R2,R2被幅度较高的后续波触发,因此,时差增大.,(2)周波跳跃的特点,时差值大大增加且呈周期性的跳跃,(3)产生周波跳跃的各种情况,含气的疏松砂岩裂缝性地层或破碎带泥浆气侵,三 井眼补偿声速测井(BHC),井眼不规则时，有：,T1,R1
9、,R2,T2,A,B,E,C,从图中所知:CR2CR2，t2t,平均后的补偿声速时差值不变。同理：在井径扩大的顶界面也如此,对仪器的倾斜也有补偿作用.,四 长源距声波测井,发射器到接收器的距离为8ft、10ft、12ft,1 解决的问题,井径很大井周围泥岩发生蚀变时，一些非固结和永冻地层中径向声速发生变化。,以上两种情况是BHC无法解决的。,2 优点,时差不受泥浆侵蚀或大井眼的影响，如果不考虑散射问题，它所测得的速度完全可以与地震记录的速度对比。,五 声波时差曲线的应用,1 判断气层、确定油气和气水界面,据流体密度和声速有：V水V油V气在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征:,气层,周波
10、跳跃高声波时差(大30微秒/米以上),2 划分地层(确定地层的岩性),由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此可以用时差划分地层。致密岩石的时差 孔隙性岩石的时差岩层的孔隙增加声速下降时差增加砂岩的时差 泥岩的时差,砂岩的理论骨架时差:tma=182s/m(硅质胶结)灰 岩:tma=156s/m 白云岩:tma=143 s/m 无水硬石膏:tma=164 s/m岩盐时差:tma=220 s/m淡水:tmf=620 s/m 盐水:tmf=608 s/m,对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大,很容易识别.,3 计算孔隙度,(1)体积物理模型,根据测井方法的探测特性和岩石
11、的各种物理性质上的差异,把岩石体积分成几个部分,然后研究每一部分对岩石宏观物理量的贡献,并视宏观物理量为各部分贡献之和。即：,测井参数总体积=测井参数相应体积,b=f+ma(1-)t=tf+tma(1-)N=Nf+Nma(1-),孔隙(流体),骨架,纯岩石,(2)用时差求孔隙度的公式,t=tf+tma(1-),固结压实的纯地层,例题：一淡水泥浆井中，某固结压实的砂岩层的时差为313.4 s/m，电阻率为10m，tma=182s/m，tf=620s/m，并已知RW=0.1m，求：(1)该层的孔隙度；(2)该层的含水饱和度；(3)确定该层的流体性质。,解：根据已知条件可得：,代入各参数：s=30%
12、=0.3,(1):,代入参数求出 SW=33.3%,(3)因为SW 0.3,所以该层的流体性质是油气水同层，SO=1-SW=67.7%,(2)根据阿尔奇公式有：,疏松砂岩类,e=s/cp cp:压实系数，固结压实地层cp=1,否则cp1,压实系数cp的求法:,A 深度法：Cp与深度成反比,深度越深,地层越压实,某油田的经验公式:Cp=1.68-0.0002HB 时差对比法：Cp=tsh/tshp；tshp:是固结压实泥岩的时差。,固结压实泥质地层,t=tshVsh+tf+tma(1-Vsh-),非均匀孔隙地层,用次生孔隙指数来反映地层的裂缝的发育情况：次生孔隙指数=N-S；原生孔隙S总孔隙度；
13、通常情况下，用S表示原生孔隙度,声波地层因素公式,砂岩：X=1.6 灰岩：X=1.76 白云岩：X=2.00,优点:该公式不作压实校正,某油田的一口淡水泥浆井中，某一固结压实纯砂岩地层的声波时差t为291.5s/m，电阻率Rt为68m，假定tma=182s/m，tf=620s/m，RW=0.08m。(1)计算该储集层孔隙度；(2)计算该储集层含水饱和度；(3)确定该储集层流体性质。,作 业,小 结,1.声波测井的概念2.什么是滑行纵波和滑行横波？3.Snell Law and Fermat Principle4.AC测井仪器的结构，如何选择临界源距？5.Willye Time Average Equation6.如何计算孔隙度？7.什么是周波跳跃（Cycle skip）？8.AC有什么应用？,
