第二节声波测井
1.普通声波测井
声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面、评价固井质量等问题的测井方法。
声波测井分为声速测井和声幅测井。声速测井（也称声波时差测井）测量地层声波速度。地层声波速度与地层的岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。因此，根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质。
1.1岩石的声学特性
声波是一种机械波，它是由物质的机械振动而产生的，通过介质质点间的相互作用将振动由近及远的传递而传播的，所以，声波不能在真空中传播。根据声波的频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为：次声波（频率低于20Hz）；可闻声波（20Hz至20kHz）；超声波（频率大于20kHz）。各类声波测井用的机械波是可闻声波或超声波。
1.1.1岩石的弹性
1.1.1.1弹性力学的基本假设：
1）物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数；2）物体是均匀，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同；
3）物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；
4）物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始状态。应力与应变存在线性关系，并服从广义的胡克定律。
满足以上基本假设条件的物体称为理想的完全线弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。
一个物体是弹性体还是塑性体，除与物体本身的性质有关外，还与作用其上的外力的大小、作用时间的长短以及作用方式等因素有关，一般情况下，外力小且作用时间短，物体表现为弹性体。声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以对声波速度测井来讲，岩石可以看作弹性体。因此，可以用弹性波在介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。在均匀无限大的地层中，声波速度主要取决于波的类型、地层弹性和密度。作为弹性介质的岩石，其弹性可用下述几个参数来描述。
1.1.1.2弹性力学参数
（1）应力与应变
物体在外力作用下发生弹性形变的同时，在物体内部产生的抵抗其形变的力称为内力。作用在单位面积上的弹性内力为应力。平行于体积元各面法向的应力为正应力；垂直于体积
元各面法向的应力为切应力。
在外力作用下，若弹性体的任意体积元仅有体积变化，而边角关系不变，则称为体形变。体积元各边边长的变化率称为线应变。在外力作用下，若体积元仅有形状变化，而体积不变，则称为剪切形变。体积元的边角关系的变化称为角应变。
对于完全线弹性体，正应力只与线应变有关，切应力只与角应变有关。
（2）弹性力学参数
1）杨氏模量E
杨氏模量E定义为弹性体发生单位线应变时弹性体产生的应力大小。
2）泊松比σ
弹性体在外力作用下，纵向上产生伸长的同时，横向缩小。泊松比σ定义为物体自由方向的线应变与受力方向的线应变之比的负值。它表示物体几何形变的系数。对于一切物质，σ都介于0到0.5之间。
3）切变模量μ
弹性体所受切应力与其方向上的切应变之比为弹性体的切变模量。
4）体积形变弹性模量K
体积形变弹性模量K的定义为在外力作用下，物体体积相对变化，即体应力，与应力之比。除上述四个描述物体弹性性质的弹性参数外，还有另外一个参数，即拉梅常数λ。除泊松比无量刚外，其他四个参数的量刚均为N/m2。
表2-2-1为常见岩石的几种弹性模量。
表2-2-1 常见岩石的几种弹性模量
1.1.2声波在岩石中的传播特性
对于声波测井所用声源而言，岩石可看作完全线弹性体。所以可用弹性波在弹性介质中的传播规律来研究声波在岩石中的传播特性。
弹性波在介质中的传播实质上是质点振动的依次传递，当波的传播方向和质点振动方向一致时叫纵波，纵波传播过程中，介质发生压缩和扩张的体积形变，因而纵波也叫压缩波。当波的传播方向和质点振动方向相互垂直时叫横波，横波传播中介质产生剪切形变，所以横波也叫切变波。通常这两种波是同时在地层中传播的，但横波不能在液体和气体中传播。
声波在弹性介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。在均匀各向同性介
质中，纵波速度v p 、横波速度v s 与杨氏弹性模量E 及泊松比σ、密度ρ之间的关系式为：
)21)(1()1(σσσρ-+-=E v p （2-2-1） )
1(21σρ+=E v s （2-2-2） σσ21)
1(2--=v v s
p
（2-2-3） 对比（2-2-1）、（2-2-2）两式，可以看出，纵波速度永远大于横波速度，二者之比是泊松比的函数。
对于沉积岩来讲，声波速度除与上述因素有关外，还和下列地质因素有关。
1.1.
2.1岩性
由于不同矿物的弹性模量、密度及泊松比不同，所以由不同矿物组成的岩石，其声速也不同。一些常见沉积岩的纵波速度见表2-2-2。
表2-2-2 常见沉积岩的纵波速度
1.1.
2.2孔隙度
地层孔隙通常被油、气、水等流体介质所充填，这些孔隙流体的弹性模量和密度低于岩石骨架的弹性模量和密度。因此，地层孔隙度和孔隙流体性质对地层声速有明显影响。从表2-2-2可知，相对岩石骨架，孔隙流体是低速介质，所以岩性相同孔隙流体性质不变的地层，孔隙度越大，地层声速越小。
1.1.
2.3岩层的地质时代
许多实际资料表明，深度相同成分相似的岩石，地质时代不同，声速也不同。老地层比新地层具有较高的声速。
1.1.
2.4岩层埋藏的深度
实际测井结果表明，在岩性和地质时代相同的条件下，声速随岩层埋藏深度加深而增大。其原因是岩层受上覆地层压力增大，岩石的杨氏弹性模量、密度增大。浅部地层，随埋藏深度增加，其声速变化剧烈；深部地层，埋藏深度增加，其声速变化不明显。
从上述分析看出，可以根据岩石声速确定岩层的岩性和孔隙度。
1.1.3声波在介质分界面上的传播特性
声波通过波阻抗（即声速与密度的乘积）不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，并遵循光的反射及折射定律。图2-2-1是声波的反射和折射示意图。
图2-2-1 声波在介质分界面上的反射及折射
图2-2-2 井下声系示意图 折射定律的数学表达式是： v v
21
sin sin =βα
（2-2-4）
其中：α-----入射角；
β-----折射角；
v 1-----入射波速度；
v 2-----折射波速度。
当v 1、v 2确定时，折射角β随入射角
α的增大而增大，在v 1< v 2的情况下，β>α。即当入射角增大到某一角度θ时，折射角可
达到90°，见图2-2-1(b)。此时，折射波将在第二介质中以v 2的速度沿界面传播，这种折
射波在声波测井中叫滑行波，对应的入射角θ叫临界角。 1.2声波速度测井
声波速度测井简称声速测井，测量地层滑行波的时差△t （地层纵波速度的倒数，单位是μs/m 或μs/ft ）。主要用以计算地层孔隙度、地层岩性分析和判断气层等。是一种主要的测井方法。它的井下仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系及电子线路组成。目前，主要应用二种类型的声系（单发双收声系、双发双收声系）。
1.2.1单发射双接收声速测井仪的测量原理
1.2.1.1单发双收声速测井仪
这种下井仪器包括三个部分：声系、电子线路和隔声体。
声系由一个发射换能器T 和两个接收换能器R 1、R 2组成，其中，
发射器和接收器之间的距离称为源距，相邻接收器之间的距离
称为间距。声波测井声系的最小源距为1米，间距为0.5米。
如图2-2-2所示。电子线路提供脉冲电信号，触发发射器T
发射声波，接收器R 1、R 2接收声波信号，并转换为电信号。用
压电陶瓷晶体制作发射和接收器。这种晶体具有压电效应，即
能完成电能和机械能的相互转换。
测井仪工作时，电子线路每隔一定时间（通常为50毫秒）激发一次发射器，使其产生振动，其振动频率由晶体的几何尺寸及几何形态而定。目前，声速测井仪所用晶体的固有振动频率为20KHh 。
此外，在下井仪器的外壳上刻有许多小槽，称为隔声体。其作用是防止发射器发射的声波经仪器外壳直接传至接收换能器，对地层测量造成干扰。
1.2.1.2单发双收声速测井仪的测量原理
（1）井内声场分析
发射器在井内产生声波，声波接收器记录首波到达时间。根据首波到达时间，确定首波的传播速度，并确保首波就是地层纵波。
图2-2-3 井内声波传播示意图
图2-2-4 声速测井原理图 发射器在井内产生声波，声波向周围介质中传播。由于泥浆声速v f 与地层声速v p 、v s 不同（v p 地层纵波速度，v s 地层横波速度），所以在泥浆和地层的分界面（井壁）上声波将发生反射
和折射。由于发射器可在较大的角度范围内向外发射声波，因此，必有以临界角θ(sin θ=v f /v p ）入射到界面的声波，在地层中产生沿井壁传播的滑行波。根据边界条件，沿井壁传
播的滑行波将在泥浆中产生泥浆折射波，被井内接收器接收记录。
发射器发射的声波以泥浆纵波形式传到井壁，在井壁地层中产生折射纵波及折射横波。在硬地层（v s >v f ）内，既存在滑行纵波，也存在滑行横波，但由于滑行横波速度低于滑行纵
波速度（v p /v s >1.5），所以，地层滑行纵波先于滑行横波到达接收器。在软地层（v s 由此可以看出，井内存在以下几种波：①反映地层滑行纵波的泥浆折射波；②反映地层滑行横波的泥浆折射波；③井内泥浆直达波；④井内一次及多次反射波；⑤井内流体制导波（管波或斯通利波）。 只要在仪器外壳上刻上一些小槽，就可以衰减 沿仪器外壳传播的波，使其能量低至不能够触发接 收器；选择合理源距（选择最小源距的原则：对于 所有地层，使地层滑行波先于泥浆直达波到达接收 器），就可以确保滑行波首先到达接收器。所以，无 论是硬地层，还是软地层，声速测井仪只记录地层 滑行纵波的传播速度。图2-2-3给出了井内声波传 播的示意图。 （2）单发双收声速测井仪的测量原理 如果发射器在某一时刻t 0发射声波，根据几何声学理论，声波经过泥浆、地层、泥浆传播到接收器，其传播路径如图2-2-4所示，即沿ABCE 路径传播到接收换能器R 1，经ABCDF 路径传播到接收换能器R 2，到达R l 和R 2的时刻分别为t 1和t 2，那么到达两个接收换能器的时间差△T 为： )()()(12v v v v v v v v v v f f p f p f f P p f CE DF CD CE BC AB DF CD BC AB t t T -+=++-+++=-=? （2-2-5） 如果在两个接收器之间的距离l （称之为间 距）对着的井段井径没有明显变化且仪器居中， 则可认为CE=DF ，所以△T=CD/v p =l/v p 。由于仪 器间距已知，时间差只随地层速度变化，所以 T ?的大小反映了地层声速的高低。声速测井实 际上记录的地层时差（声波在地层中传播1m 所 用的时间）。测量时由地面仪器通过把时间差 T ?转变成与其成比例的电位差的方式来记录 时差t ?。仪器记录点在两个接收器的中点，下 图2-2-5 井径变化对声波时差的影响 图2-2-6 井径扩大对时差曲线的影响实例 图2-2-7 双发双收声系结构示意图 井仪器在井内自下而上移动测量，便记录出一条随深度变化的时差曲线，图2-2-6给出了时差曲线实例。声波时差的单位是μs/m 或μs/ft 。 1.2.1.3单发双收声系的缺陷 如前所述，当两个接收器对应井段的井眼比较规 则时，单发双收声系所记录的时间差才只与地层速度 有关，反之，将随井眼几何尺寸的变化而变化，在变 化层段，时差曲线出现异常。如图2-2-5所示。 在砂泥岩分界面处，常常发生井径变化，砂岩一 般缩径而泥岩扩径。因此在砂岩层顶部（井眼扩大段 的下界面）出现时差减小的尖峰，在砂岩底界面（井 眼扩大段的上界面）出现时差增大的尖峰。图2-2-6 是砂泥岩剖面井径变化对时差曲线影响的实例。因此，在时差曲线上取值时，要参考井径曲线，以避开井径变化引起的时差曲线的假异常。 声波测井的输出代表厚度为一个间距的地 层的平均速度，即仪器记录点上下0.25米厚地 层的平均速度。分析测量及记录过程，不难发现， 仪器记录点与声波在两个接收器对应地层中的 实际传播路径的中点不重合，即存在一定的深度 误差，声波在地层中实际传播路径的中点偏向发 射器一方，二者偏移的距离为： θtg a h ?=? （2-2-6） 其中：a 为接收器到井壁的距离；θ为第一临界角。 实际测井中，第一临界角θ随地层速度的变化而变化，距离a 与井径、仪器倾斜程度有关。因此，深度偏移是一个随机量，无法校正。为降低井径变化、仪器记录点与实际记录点的深度误差对单发双收声系时差曲线的影响，提出了井眼补偿声速测井（双发双收声系）。 1.2.2井眼补偿声速测井 1.2.2.1声系结构 该仪器的井下声系包括两个发射器和两个接收 器。它们的排列方式如图2-2-7所示。其中，两个 接收器之间的距离（间距）为0.5米，T 1、R 1和R 2、 T 2之间的距离为1米。 1.2.2.2井眼补偿原理 图2-2-7是这种仪器对井径变化影响的补偿示 意图。测井时，上、下发射器交替发射声脉冲，两 个接收器接收T 1、T 2交替发射产生的滑行波，得到 图2-2-8 声波全波列波形图 图2-2-9声波全波列测井井眼补偿变化 时差测量示意图 时间差△T 1、△T 2，地面仪器的计算电路对△T 1、△T 2取平均值，△T=(△T 1+△T 2)/2，记录 仪记录出平均值对应的时差曲线△t=△T/l 。由图2-2-7可以看出，双发双收声速测井仪的T 1发射得到的△T 1和T 2发射得到的△T 2曲线，在井径变化处的变化方向相反，所以，取平均 值得到的曲线恰好补偿掉了井径变化的影响。双发双收声速测井仪还可以补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影响。另外，在一定程度上降低了深度误差。这是由于上发射时，测量地层的中点位于仪器记录点的上方；下发射时，测量地层的中点位于仪器记录点的下方，当接收器对应地层速度及井径变化不大时，即可保证实际记录点与仪器记录点重合，不再出现深度误差。 1.2.3长源距声波全波列测井 声速测井只利用了纵波的速度信息，而声波全波列测井则记录声波的整个波列，不仅可以获得纵波的速度和幅度信息，横波的速度和幅度信息，还可以得到波列中的其它波成分，如伪瑞利波、斯通利波等。为石油勘探和开发提供更多的信息，所以声波全波列测井是一种较好的声波测井方法。 1.2.3.1裸眼井中声波全波列成分 在裸眼井中，接收器记录到的声波全 波列波形图上，包括滑行纵波、滑行横波 （硬地层）、伪瑞利波和斯通利波等各类井 内声波，如图2-2-8所示。 全波列波形图上各种波的速度、频率、幅度及衰减性互不相同。滑行纵波具有传播速度快、幅度小的特点，是波列中的首波。只在硬地层才能产生滑行横波，它是波列中的次首波，其速度小于滑行纵波，但幅度大于滑行纵波。伪瑞利波是以大于第一临界角人射到井壁上，并在井壁界面上多次反射所形成的表面波，其能量集中分布在井壁附近很小的范围内，它具有频散性。其低频部分的相速度接近于地层横波速度，所以它紧跟滑行横波之后到达（且与滑行横波续至部分重叠），其幅度明显大于滑行横波。最后到达的是斯通利波，它是发射与接收器间经井内泥浆直接传播而又受到井壁地层传播的滑行横波制导的一种管波，它的速度低于井内泥浆介质的纵波速度，其幅度明显大于波列其它成分的幅度。 1.2.3.2声波全波列测井的记录方式和记录的信息 （1）记录方式 声波测井仪的探测深度与声系源距有关，源距 越大，探测深度越深。由于钻井的影响，井壁周围 存在低速蚀变层。为了探测原状地层（未蚀变层） 的声学特性，应该选择源距较长的声系。声系源距 越大，测量结果受井眼本身和井眼周围条件的影响 越小。长源距声波全波列测井，就是为此目的设计 的。采用长源距，还便于从时间上把速度不同的波分开。通常采用的声系是R 1、R 2、T 1、T 2。图2-2-9是井眼补偿示意图。当在图中所示位置Ⅰ时，T 1、T 2交替发射，R 1、R 2接收，记录 四个首波旅行时间TT 1、TT 2、TT 3、TT 4；上提仪器9ft8in 处于位置Ⅱ，T 1、T 2交替发射，R 1、R 2接收，也记录四个首波旅行时间TT 1、TT 2、TT 3、TT 4；输入计算机按下式计算，得到两接 收器（位置Ⅰ）或两发射器（位置Ⅱ）对应地层的声波时差： 22) ()(2421?-+-=TT TT TT TT DT （2-2-7） 其中：TT 1、TT 2为位置Ⅰ处由T 1发射，R 1、R 2 记录到的首波到时； TT 2、TT 4为位置Ⅱ处由T 1、T 2交替发射，R 2 记录到的首波到时； DT ：源距为8ft 的时差；单位为μs/ft 。 同理，也可以记录源距10ft 的时差DTL ，它等于： 22) ()(1343?-+-=TT TT TT TT DTL （2-2-8） （2）记录的信息 长源距声波全波列测井图，通常给出TT1、TT2、TT3、TT4四条首波旅行时间曲线，纵波时差曲线和按一定深度间隔采样记录的T1发射R1接收的声波全波列波形图（WF ）和以颜色深浅反映波幅度大小的变密度图（VDL ）。还可以给出横波时差DTS 等其它曲线。 声波全波列测井四道波形的记录方式：深度采样间隔为0.125米或0.1米，时间采样间隔为1、2、5微秒三种方式。在计算中心对其进行数字处理，可以得到纵、横波时差DTP 、DTS 以及它们的比值DTR ，各道的纵波幅度AP1、AP2、AP3、AP4、平均值AP 及衰减系数αp ，横波幅度AS1、AS2、AS3、AS4、平均值AS 及衰减系数αs 和纵横波幅度比SRAT 。此外，还 可以得到斯通利波的时差△t st 、幅度ASTST 及衰减系数αst 。 1.2.4测井显示和刻度 图2-2-6是一个典型的井眼补偿声波测井图头，它给出了测井曲线的标记和各自的比例尺，在测井图中也显示出刻度、仪器数据和测井曲线。声波时差是用线性比例尺以微秒/英尺或微秒/米为单位记录的。一般情况下，声波测井都附加自然伽马和井径曲线。测井曲线上典型比例尺是： 自然伽马 0～150API 单位 井径 6～16英寸 井眼补偿声波时差 140～40微秒/英尺 声波全波列首波到时 1200～200微秒 声波全波列波形图 200～1200微秒 声波测井仪器的刻度，主要包括地面设备的校准和井下仪器的检查。井下仪器的检查通常是在充满水的铝管或在井中的钢套管内进行（铝管和钢套管的时差约为57微秒/英尺）。测井前后都应对仪器进行刻度，以保证测井曲线的准确性。 采用铝刻度槽作为检查仪器测量精度的标准刻度器，由于材料不同，标准值有所不同， 但应在55μs/ft～58μs/ft范围内。对同一刻度槽，所有仪器测得的同一声波时差值误差应小于0.5μs/ft。 测前、测后应在没有水泥胶结的套管中测量至少18米曲线，且测后进套管与曲线连续，套管声波时差的数值应在57±2μs/ft。 渗透层的声波时差数值应符合地区规律，利用声波时差计算的地层孔隙度值与补偿中子、补偿密度或岩性密度计算的地层孔隙度值基本一致。渗透层不得出现与地层无关的跳动，如有周波跳跃，测速应降至1200m/h以下重复测量。 重复曲线形状相同，渗透层测量的值重复误差应在±10μs/m以内，CLS3700系列仪器在±2.5μs/m以内。声波时差曲线数值不得低于岩石的骨架值。 1.3声速测井的影响因素 1.3.1地层厚度 地层厚度的大小是相对声速测井仪的间距来说的，厚度大于间距的称为厚层；小于间距的称为薄层。由于声速测井的输出（时差）代表0.5米厚地层的平均时差，因此它们的声速测井时差曲线存在一定差异。 1.3.1.1厚层 对于较厚的地层，其声波时差曲线具有以下特点： ①对着厚地层的中部，声波时差不受围岩的影响，时差曲线出现平直段，该段时差值为该地层的时差值。当地层岩性或孔隙性不均匀时，曲线有小的变化，则取厚地层中部时差曲线的平均值作为它的时差值。 ②时差曲线由高向低和由低向高变化的半幅点处对应于地层的上、下界面。所以可以用半幅点划分地层界面。 实际测的声波时差曲线由于受井径、岩性及仪器状态的影响，实际曲线与理论曲线稍有差异。 1.3.1.2薄层 目的层时差受相邻地层时差影响较大。若相邻地层时差高于目的层的时差，则目的层时差增加；反之，目的层时差减小。不能应用曲线半幅点确定地层界面。 1.3.2“周波跳跃”现象的影响 在一般情况下，声速测井仪的两个接收换能器是被同一脉冲首波触发的，但是在含气疏松地层情况下，地层大量吸收声波能量，声波发生较大的衰减，这时常常是声波信号只能触发路径较短的第一接收器的线路。而当首波到达第二接收器时，由于经过更长的路径的衰减不能使接收器线路触发。第二接收器的线路只能被续至波所触发，因而在声波时差曲线上出现“忽大忽小”的幅度急剧变化的现象，这种现象就叫周波跳跃，如图2-2-10所示。在泥浆气侵的井段、疏松含气砂岩、井壁坍塌及裂缝发育的地层，由于声波能量的严重衰减，经常出现周波跳跃现象。实际工作中，常利用“周波跳跃”现象，判断裂缝发育地层和寻找气层。 图2-2-10 周波跳跃现象 图2-2-11 气层周波跳跃实例 1.3.3余波干扰 由于碳酸盐岩地层和井内泥浆声阻抗差别较大，声 波在井内泥浆和井壁上反射较强。声波在井筒内的多次 反射形成混响声场，而且接收探头附近的混响声场不易 弥散，往往可能使前一次发射形成的混响声场延续到下 一次发射以后，甚至叠加在第二次发射后接收到的首波 上，这就使首波辨认极为困难，甚至不可能。特别是在 首波幅度小的层段（裂缝发育段、破碎带、含气层段）， 经常得不到能用于估算储集层孔隙度的声速（时差）测 井资料。 1.3.4盲区 双发双收声系测量的地层时差是在上、下两个发射器分别工作时，由两个接收器记录的首波到达时间的平均值计算得到的。在低速地层，上发射时声波实际传播距离与下发射时声波实际传播距离出现完全不重合。此时，在仪器记录点附近一定厚度的地层对测量结果没有任何贡献，称之为“盲区”。即所测时差与记录点所在深度处地层速度无关。盲区厚度为： 125.0-+=θltg h （2-2-9） 其中：l ----接收器到井壁的距离； θ----第一临界角。 1.4声波速度测井资料的应用 1.4.1判断气层 从表2-2-2看出，油、气、水的声速不同，气和油水的声速差别很大。因此在高孔隙度和泥浆侵入不深的条件下，声波测井可以较好的确定含气疏松砂岩。气层在声波时差曲线上显示的特点有： ①产生周波跳跃 它常见于特别疏松的砂岩气层 中，如图2-2-11所示。这是由于含气 疏松砂岩具有较高的孔隙度，且孔隙 内含声吸收强的天然气，致使声波能 量衰减大，产生周波跳跃。 ②声波时差增大 图2-2-11所示气层的声波时差值明显大于油层，比一般砂岩时差值大30μs/m 以上。成岩较好、岩性纯净的砂岩气层都具有这一特点。另外，在泥浆侵入不深的高孔隙度疏松砂岩地层中，油层声波时差也相应增大，一般比水层大10～20％，可以利用这种特点判断高孔隙性地层所含流体性质，确定油、气和气、水接触面。图2-2-11是上气、下油的测井曲线解释实例。 1.4.2划分地层 由于不同地层具有不同的声波速度，所以根据声波时差曲线可以划分不同岩性的地层。 砂泥岩剖面中，砂岩声速一般较大（时差较低）。声波时差与砂岩胶结物的性质和含量有关，通常钙质胶结砂岩声波时差比泥质胶结砂岩的低，并且声波时差随钙质含量增加而减小，随泥质含量增高而增高。泥岩的声波速度小（声波时差显示高值）。页岩的声波时差值介于砂岩和泥岩之间。砾岩的声波时差一般都较低，并且越致密声波时差值越低。 碳酸盐岩剖面中，致密石灰岩和白云岩的声波时差值最低，如含有泥质，声波时差稍有增高；当有孔隙或裂缝时，声波时差明显增大，甚至还可能出现声波时差曲线的周波跳跃现象。 在膏盐剖面中，无水石膏与岩盐的声波时差有明显的差异，岩盐部分因井径扩大，时差曲线有明显的假异常，所以可以利用声波时差曲线划分膏盐剖面。 声波时差曲线可以划分地层，如果地层孔隙度、岩性在横向上比较稳定，用声波时差曲线也可以进行井间地层对比。 1.4.3确定地层孔隙度 地层声速和地层孔隙度有关，通过理论计算和实验室测量可以确定声速或时差与孔隙度的关系，所以由声速测井的时差值可以估算地层孔隙度。 大量数据表明，在固结、压实的纯地层中，地层孔隙度和声波时差存在线性关系，即威利时间平均公式： t t f ma t ?+?-=?φφ)1( （2-2-10） 式中△t ——由声波时差曲线读出的地层声波时差，μs/m ； △t f ——孔隙中流体的声波时差，μs/m ； △t ma ——岩石骨架的声波时差，μs/m 。 在应用时间平均公式时，必须注意公式导出的条件（即使用条件）是孔隙均匀分布、压实的纯地层，因此，由威利时间平均公式求出的声波孔隙度（υS ），对于不同的地层情况要 分别处理。 1.4.3.1固结压实的纯地层，分两种情况 ①粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度为18～25％）可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行任何校正。 ②孔隙度为25～35％的砂岩，其声波孔隙度需要引入流体校正系数。气层：流体校正系数0.7；油层：流体校正系数为0.8—0.9。 1.4.3.2固结而压实不够的砂岩 对于此类地层，要引入压实校正。地质年代较新的疏松砂岩，其埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩声波时差△t sh 的大小来辨别，若邻近泥岩的声波时差大于 328μs/m ，则认为砂岩未压实，且△t sh 越大，表明压实程度越差。压实校正的大小用压实 校正系数C p 表示，C p 与地层埋藏深度、年代及地区有关。压实校正后的孔隙度为： 图2-2-12 地层异常压力检测 ()c c t t t p s p ma f ma c t s φφ=?-??-?=1 （2-2-11） 1.4.3.3泥质砂岩 由于泥质声波时差较大，所以按公式（2-2-10）计算的泥质砂岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由（2-2-12）式计算地层孔隙度。 t t v t v f sh sh ma sh t ?+?+?--=?φφ)1( （2-2-12） 对于次生孔隙（溶洞和裂缝）比较发育的碳酸盐岩储集层，由于次生孔隙在岩层中分布不均匀，并且孔径大，声波在这样的岩层中传播的机理和前述的纯砂岩地层是不同的。利用时间平均公式计算的孔隙度偏低，所以对于次生孔隙发育的碳酸盐岩必须建立其物理模型，导出它自己的平均时间公式。 1.4.4其它应用 声波时差除能够帮助我们完成上述工作外， 还可以做下列工作： 1.4.4.1异常地层压力预测 沉积岩层的正常地层流体压力等于其静水压 力，并对应一个正常压力梯度。在一些地区遇到 了地层压力高于或低于正常压力梯度计算的数 值，即地层压力出现异常。我们把地层压力高于 正常值的地层称为异常高压地层；地层压力低于 正常值的地层称为异常低压地层。在钻井程序设 计中，预先知道地层压力是非常重要的。 对泥岩时差研究发现，它可以成功地预测邻 近储层的地层压力。在半对数坐标系上作泥岩时 差与深度的关系。在正常压力下，数据点都落在 正常压实趋势线上；高压异常地层的数据点落在趋势线的右侧，时差增大；低压异常地层的时差小于正常值，数据点落在趋势线的左侧。如图2-2-12所示。 1.4.4.2岩石强度分析 岩石强度指岩石承受各种压力的特性。根据声波、地层密度测井资料，可以连续计算出自然条件下岩石的各种弹性模量，以对岩石强度进行全面分析。根据测井资料计算的岩石弹性模量为动态弹性模量，与实验室采用静压应变测量的弹性模量（静态弹性模量）不同。 根据均匀各向同性的线弹性介质的波速与弹性模量的关系，可以计算地层的各种弹性模量。在这些公式中，时差的单位为微秒/米，密度单位为克/立方厘米，剪切模量、杨氏模量、体积弹性模量及拉梅常数的单位均为达因/平方厘米，泊松比无量纲。 )(222222t t t t p s p s ?-??-?=σ （2-2-13） t s 2?=ρ μ （2-2-14） )1(2σμ+=E （2-2-15） μρ 322-?=t p K （2-2-16） μρ λ22-?=t p （2-2-17） 另外，还可以给出与地层强度关系密切的复合弹性模量B 和斯仑贝谢比R ，分别定义为： μ34 +=K B （2-2-18） μK R = （2-2-19） B 的单位为105kg/cm 2。在计算复合模量前，需要对测井资料作烃影响校正。对于砂岩，B 表示出砂指数。经验表明，当含油砂岩的B ≥3时，在正常压差下采油不出砂；当2≤B<3时，出少量砂；当B<2时，采油过程中会出较多的砂，应采取防砂措施。与B 相比，R 能更好地反映地层的强度和稳定性。经验表明，R=3.8x1021(dyn/cm 2)2可作为判别含油气砂岩出砂的门槛值，小于此值则可能出砂。 利用声波资料还可以预测地层破裂压力梯度。破裂压力梯度（FPG ）等于： D D FPG P P P f O f --+=σσ 1 （2-2-20） 其中：FPG-----破裂压力梯度，psi/ft ； D-----深度，ft ； σ----地层泊松比，小数，无量纲； P 0----上覆地层压力，psi ； P f -----地层压力（孔隙流体压力），psi 。 公式中的几个参数均能用井下测井资料确定。在没有横波资料的情况下，可由声波测井 与密度测井求出的伪q 因子计算泊松比： σ=0.125q+0.27 （2-2-21） 其中：q=(υs -υD )/υs ，υs 、υD 分别为声波孔隙度和密度孔隙度。 1.4.4.3裂缝检测 声波全波列测井资料能够指示地层裂缝。由于声波通过裂缝时，其幅度都会减小，表现 在波形图上就是声波幅度减小。声波幅度衰减程度取决于波的性质（类型、频率）、裂缝倾 图2-2-13纵波（P ）和横波（S ）的 衰减量与裂缝角度的关 图2-2-14 USI 探头组成 角（水平裂缝、低角度缝、高角度缝）、 裂缝张开度等因素。水平缝对横波幅度 影响大；高角度缝对纵波幅度影响大。 垂直传播的纵波和横波其衰减量与裂缝 倾角的函数关系如图2-2-13所示。 2.声波成像测井仪 目前主要有三种井壁超声波成像 仪，斯仑贝谢的USI （用于套管井测井）、 UBI （用于裸眼井测井），西方阿特拉斯 的CBIL 和哈里伯顿的CAST 。其测量原 理基本一致，它们都是利用超声波反射 波能量的强弱和声波双程传播时间与反射界面的物理性质及井眼几何形态有关的原理，评价 井壁岩石特性、井眼及套管状况。 2.1 UBI （USI ）超声波成像测井仪 USI 超声波成像测井仪和井眼超声波成像测井仪是新一代的井下声波电视测井仪。这两种测井仪确实很相似，只是在使用时根据具体的应用和测量环境选用不同的换能器，其所测资料的解释根据应用目的不同也不一样。USI 在套管井中的应用包括水泥胶结质量评价和360度方位的套管检查。套管内部及其厚度的准确声波测量结果可以提供一种像地图一样的包括套管内部和外部损坏以及套管变形的测井图。对反射超声波的分析可以提供套管外面物质的声阻抗。固井图可以直观地指示出固井质量的好坏。用低分辨率换能器可获得所必需的套管壁厚谐振，高阻聚焦的换能器是不能获得进行可靠振幅测量的套管谐振。高分辨率的UBI 井眼超声波成像可以代替FMI 全井眼地层微电阻率扫描成像图，尤其是在油基泥浆中FMI 不能测量的这种怀况下更是有用。用UBI 测量的准确的井眼横截面图可以得到井眼稳定性和井眼垮塌方面的信息。对于裸眼井测量和不需要套管谐振的套管内部几何形状测量来说，UBI 换能器的聚焦特性越好，其成像的分辨率就越高。 2.1.1 USI 和UBI 仪器描述 探头（声系）包括一个旋转的不同尺 寸的换能器总成（图2-2-14），它可用于 测量所有常规尺寸的套管井和裸眼井。总 旋转方向决定了换能器的指向；逆时针旋 转为面向套管和井壁的标准测量方式；顺 时针旋转将使换能器在总成内旋转180度 （换能器面向仪器内的反射板），这样就可 以测量井内流体的特性（图2-2-15）。 超声波脉冲在井眼中的传播距离可以 通过选择合适的换能器总成来优化，以便 减小其在高密度井内流体中的衰减和维持 较低的信噪比。 换能器即是发射器又是接收器，它发射的超声波脉冲的频率介于195kHZ 和650kHZ 之间， 图2-2-15 USI 仪器组成 同时接收反射的超声波脉冲。在套管井中 （USI 测井）发射能量的实际频率是根据套 管厚度和流体类型由采集软件来控制。对于 裸眼井中的UBI 测井来说，根据泥浆的的密 度和类型，手动选择换能器的发射频率，为 250kHZ 或500KHz. USI 和UBI 测并仪之间的区别： 对于水泥胶结评价的套管检查来说， USI 测井仪使用了一个不聚焦的面向平面的 换能器，其工作频率由软件来选择，但是一 开始是根据套管和流体参数来选择的，之后 再根据实际测量情况进行修改。 将USI 面向平面的换能器换成高分辨率 聚焦的裸眼换能器，USI 就变成了UBI 测井 仪。对于棵眼井和套管内壁高分辨率成像应 用来说，UBI 使用的是高分辨率换能器，其 测量速度相对较慢，其工作频率是根据换能器的间隙、泥浆类型和重量选择两个固定频率中的一个。 2.1.2 USI 测量原理 水泥胶结评价的测量原理与现有超声波测井仪的测量原理相似。面向平面的换能器发射较短的声波脉冲，它在套管中将激发套管壁厚谐振，然后再由同一换能器接收反射脉冲或回声，然后再对其进行分析和解释。 USI 测井仪对在反射声波脉冲中所含有的壁厚谐振信号进行分析，但是该分析是以不同的方式完成的。USI 测井仪只有一个旋转换能器，它探测整个套管。 跟没有方位分辨率的水泥胶结评价测井仪不一样的是：USI 测井仪可以提供方位分辨率的测量结果，以便探测各方位上的水泥胶结质量。USI 径向声波脉冲把套管和水泥间的微循环空间对水泥胶结质量评价的影响减至最小。换能器发射频率在195到650kHZ 的超声波脉，然后转换到接收方式。超声波脉冲通过井内流体传播，然后撞击套管内壁（如图2-2-16所示）。大部分超声波脉冲的能量被套管反射回换能器，剩余的能量折射进套管．然后在套管和环形空间表面以及套管和井壁表面之间经过多次反射，在每一个反射界面，一部分能量被反射，一部分能量被折射，这取决于界面的声阻抗。 图2-2-16 超声波脉冲井内流体传播方式 200-700 KHz 30 mm (1.12in.) Acoustic Beams Transducers Transducers 9 mm (0.35 in.)250 KHz 500 KHz 图2-2-17 反射首波选择原则 实际上，由于套管和井内流体的声阻抗基本是常数，所以套管内的信号的衰减速率取决于套管外物质的声阻抗。换能器现在做为接收器，它探测高幅度的反射前波信号，其后跟着的是按指数规律衰减的信号，其峰到峰的时间是该信号传播到套管所需时间的两倍。 为了从USI 采集的资料得到可靠的信息．现已开发出一种称为中处理的新技术。这种以频率为基础的新处理技术用要三个阶段：测井仪实际测量阶段、制作模型阶段和刻度阶段。 USI 数据的T 3处理技术为了测量出下列参数，直接从基本的谐振响应得到声阻抗： ①水泥的声阻抗Z 水泥（不管套管和地层间的物质是什么，都统统看作为水泥）； ②套管厚度Th 套管。一般来说．套管壁的自然谐振频率近似地与套管的壁厚成反比； ③套管的内半径。通过确定波峰的位置来测量发射脉冲和回声主峰之间的时间。使用流体特性测量结果（FPM ）把这个时间转换成套管的内半径，以便在考虑到换能器自身尺寸的同时计算出泥浆的声波传播速度； ④套管检查。根据声波传播时间和套管厚度测量结果可计算出套管的内径和外径。波形的最大幅度是套管内表面粗糙度的 定性指示。 在测量阶段，通过快速傅里 叶变换，将返回的时基信号转换 成频率域，以便进行处理。通过 对根据角频率导出的群延迟进 行分析可以找到基本的套管谐 振，井确定出它的特性。 在处理阶段，一个非常短的 ‘标准化窗口’被放在套管反射 首波的中央，这样可以在没有套 管谐振影响的情况下选择反射 首波（图2-2-17）、由这个标准 化窗口建立起来的系统响应可用于对由压力和温度对换能器的影响以及泥浆特性变化所引起的谱变化进行补偿。 较长的“处理窗口”（包括反射首波和谐振信号的前部）可用于确定基本套管谐振的特性，以便初次评价套管的厚度和环形空间物质的声阻抗。 T 3 模型处理是从初步评价的套管厚度和声阻抗开始的，尔后产生一个脉冲响应谱．再对该谱进行标准化处理．然后就得出一个“准处理谱”。该模型的群延迟的计算及标准化方法和实际测量阶段所用的方法一样。再对得出的群延迟进行分析，以便得出一套新的特征参数（TH 套管和Z 水泥）。将这些参数与测量得出的参数进行对比，如果它们不匹配．就将这些参数 通过模型再做一遍，再产生一套新的参数，然后再进行对比。这种重复处理对比过程直至用模型得出的参数与测量得出的参数匹配为止（通常需要三次重复处理对比〕。然后对处理得到的平面结果做套管表面非平面性影响的校正。 2.1.3 USI 的显示和成像 根据不同的应用有数种显示方式。较差的情况用红色表示。例如．红线可以表示仪器不居中、最小幅度、最大内半径、最小套管厚度，气指示等。在图像上红色强度的增加表示这种较差情况的增多，象低幅、金属损失以及在水泥胶结评价图上显示存在气等情况。USI 测 图 2-2-18 USI 成果显示图 量数据有以下几种显示： 2.1. 3.1流体特性显示 包括流体速度曲线（FVEL ）、流体的声阻抗 曲线（AIBK ）和参考刻度器扳的厚度曲线（THBK ）； 用于选择固井测井参数的直观显示（见图 2-2-18）。 2.1. 3.2水泥胶结评价显示 显示胶结测量结果和套管侧向剖面；合成胶 结指数和声阻抗的最小、最大和平均值；进行两 种水泥胶结质量评价成像，一个带阻抗门槛，一 个不带阻抗门槛。 2.1. 3.3腐蚀显示 显示套管剖面；套管反射系数（AWBK ）；套 管内半径（IRBK ）；厚度成像（THBK ）；内、外半 径曲线；平均和最大厚度曲线。 2.1. 3.4综合显示 显示水泥胶结质量评价和腐蚀测量结果以 及处理标示符；套管接箍指示。USI 水泥胶结质 量评价、腐蚀评价和综合显示提供了圆筒状套管 的平面成像。 2.1. 3.5声阻抗成像显示 有两种声阻抗显示：一种是线性比例，另一 种是带声阻抗门槛，这个门槛值相当于气和泥浆 的声阻抗。阻抗门槛颜色代表意义为： 2红色＜03MRayl （声阻抗指示为气）； 2蓝色＜26MRayl （声阻抗指示为流体）； 2黄色＜3MRBayl ：从黄色到棕色．每个色级代 表05MRavl ．并且指标为固体（通常是水泥）； 2黑色＜8Mrayl ：这些门槛根据情况的不同会发 生变化，例如，轻水泥（较低的声阻抗指示为具有较低的流体截止值）和重泥浆（具有较高 的流体门槛截止值）。 2.1. 3.6幅度成像显示 由每个波形的主回声的幅度得出的幅度成像表示套管内表面的反射性。根据在给定深度上的最大值对这个成像进行标准化，所有的点都以那个给定的深度的最大幅度的衰减形式来显示。彩色线性比例为: 黑色=低信号（一6db ） 从深红到白，每个色级代表0.5dB ； 白色=高信号（0dB ）。 2.1.4 USI 的应用 通过对换能器接收的回声信号的分析可得出4个独特的参数：套管的内半径、套管内表 面的粗糙度、套管厚度和水泥的声阻抗。这些参数使USI测井仪有两个主要应用：一是水泥胶结质量评价测井，二是用于监控套管损坏和腐蚀的套管检查测井。我们也可用声成像进行广泛的套管检查应用，例如检查套管的物理损坏和确定射孔层段等。 使用为UBI设计的新型换能器可以得到更高的成像分辨率，只有在需要详细检查套管的内表面时才建议使用这种UBI测井仪。 2.1.4.1 水泥胶结质量评价 水泥胶结评价测井的目的之一是确定套管周围是否有水泥，目的之二是水泥是否对套管起到了固定和支持作用，目的之三是水泥是否起到了不同层间的隔离作用。水泥的声阻抗指示水泥的存在和质量。在环形空间的所有固体物质都能对套管提供支持作用。因此通常只需确定在需要的井段是否起到了液体隔离作用，如果没有，则需对套管射孔，然后通过射孔孔眼往环形空间挤水泥，使其起到流体隔离作用。当在环形空间内存在压缩强度很大的低渗透性物质时就可起到流体的隔离作用。水泥就是这样的一种理想物质，因为它既有较低的渗透性，又有较大的压缩强度。要想确定某一个层是否与上下层进行了完全的流体隔离，就必须知道环形空间中物质的类型和它的分布、污染情况等。在胶结不好井段的环形空间中，大部分固体物质是由泵砂子、钻井泥浆中固体颗粒等组成．它们很难用挤水泥的方法有效地驱替掉。因此，决定是否用挤入法进行水泥胶结质量修复取决于环形空间中的物质是固体还是液体。进行水泥胶结质量评价的总体原因是为了获取做好以后固井工作的有用信息。一口井一口井地进行水泥胶结质量评价．可使我们对不同的套管结构得出最佳的固井参数，从而获得最佳的固井效果。 2.1.4.2套管检查 当使用USI测井仪的主要目的是检查套管的腐蚀、磨损或损坏时，必须降慢测速，以便获得较高的纵向和方位分辨率。通过测量套管的内半径、厚度以及计算内表面的粗糙度来监视套管的实际状况。用一组成像图来显示这些信息（见UBI显示和成像）它们有如下用途：套管腐蚀的识别、定位和定量评价；评价由作业、打捞或塑性地层引起的套管损坏程度；根据剩余套管厚度评价腐蚀和损坏情况；套管内部和外部的金属损失；确定和识别射孔层段；指示套管剖面和重量的变化；其它套管异常的识别。 2.1.5 UBI测量原理 UBI测量超声波的幅度和传播时间。全新的处理技术提高了精度、避免了周波跳跃和减少了回声损失。UBI的传播时间测量结果与帽度测量一样可靠；通常是更准确。对两个工作频率（250或500kth）可以进行选择高频给出较高的图像分辨率；但是低频在高发散的泥浆中提供更好的测量结果。根据测井环境象泥浆的密度和类型以及所需的分辨率等来选择图像的分辨率。工作频率为250kHZ时标准分辨率已经很好。如果再提高图像分辨率，就必须降低测速。在仪器偏心小于1／4英寸时，对UBI的测量结果没有什么影响。即使在高斜度井中只要扶正器系统良好，仍可得到清晰而易于解释的图像。 2.1.6 UBI显示和成像 2.1.6.1成像显示 一般的UBI显示包括左边的幅度成像和右边的井眼半径成像。为了突出井眼的特征，一般对两种成像隔1米井段实行一次动态标准化。深色表示高幅度和大半径，指示井眼的粗糙程度、扩径以及存在衰减性物质等。在幅度成像左边和半径成像右边的两个刻度表示动态颜色和绝对值之间的关系。三条附加的曲线分别是测量结果的最小、平均和最大值。这些曲线 可帮助我们迅速识别扩径井眼。成像可以相对于正北定位．在斜井中可以相对于井眼的高边定位。如果相对于井眼的高边定位，任何由管柱摩擦而引起的套管损坏都出现在图像的中央，因此很容易识别。 2.1.6.2横截面图显示 在特定深度上的横截面图对井眼变形的解释是非常重要的。解释程序通过圆形横截面图的形式来指示井眼变形的地方。并把有关数据以表的形式列出来帮助我们识别由键槽井眼、垮场和剪切滑动（见UBI的应用）等引起的井眼变形。同时还给出从上往下看的井眼俯视图。 2.1.6.3“螺旋图” 图2-2-19是由一组连续测量的声半径信息做的螺旋显示图，它很象在一系列相邻测量点上的横截面图的叠加、该图可帮助我们直观地识别井眼变形的情况。这种变形从图像和几个横截面图上很难看出。 图2-2-19 横截面图和螺旋图对比分析 2.2 CBIL井周声波成像 2.2.1测井原理 它是由一个旋转换能器以发射250～400kHZ频率的超声波束，该声波束被聚焦，直径约0.2英寸，射向井壁，声波在井壁与泥浆接触面上被反射回来，又被换能器在发射点所接收。换能器是半球形聚焦的，这样可以提高分辨率，使其在大井眼与重泥浆中比常规仪器具有更优越的性能。换能器以一定的速度环绕井壁360度旋转，仪器也以一定的测井速度上升，即测量点呈螺旋线上提，达到了纵横向上连续的测井记录。5700 CBIL超声波信号，每旋转一周发射250次，仪器每上升0.1英寸采样一次，因而能达到高分辨效果，其井壁覆盖率100%。超声波成像测井记录包括：时间（TT）为发射器到井壁的双程旅行时间；幅度（AMP）为反射回接收器的声波信号能量大小。测井解释主要根据对这两个测量信息的图像特征进行解释，但TT和AMP测量的是二维数据，必须经过处理。 2.2.2 CBIL测井资料的处理内容 CBIL的处理包括以下四个步骤： 2.2.2.1 Accel——加速度校正 主要是消除仪器遇卡、遇阻等非匀速运动引起采样点深度位置不匹配。 2.2.2.2 Cbilprep——曲线重采样 曲线重采样的目的是：图象定位--主要对测量曲线按方位进行定位；统一采样密度--对电法成像及声波成像的所有测量曲线的采样密度进行统一；标准化处理及误差计算。 2.2.2.3 Centrolize——居中校正 将仪器偏心校正到仪器居中时的测量状况 2.2.2.4 Filter——滤波处理 消除因井壁不规则引起的噪音，或进行信息增强处理。 2.2.3 CBIL仪器技术指标 直径 3.63英寸（92.1毫米） 长度 14.9英尺（4.55米） 重量 270磅（122.5公斤） 最高温度 400°F（204℃） 最大压力 20000磅/英寸2（138兆帕） 最高测速 600英尺/小时（182米/小时） 采样扫描 250个样/转 扫描速率 6转/秒 2.3声波成像的应用 声波成像仪器它可以在油基泥浆（非电导性泥浆）井中成像，它所提供的井眼声成像可以代替FMI成像，在高质量VBI图像的使用过程中已发现了一些令人激动的新应用，例如井眼稳定性的分析和地应力分析等。 2.3.1在油基泥浆井中成像 虽然在很多应用方面，电成像的解释更可靠；但是电成像测井仪却不能在油基泥浆井中测量。如果井眼成像对储层的评价起决定性作用，那么在油基泥浆中唯一可用的就是声波成像。 2.3.2探测裂缝和溶洞 裂缝一直是测井解释所注意的目标。常规测井资料的解释方法不能确定裂缝的产状及组合特征。井下声波电视测井资料经常用于评价裂缝和溶洞。在很多情况下，声波成像测井仪最适合于这种应用成像测井提供全井眼扫描图像，它以直观的图像表现出来，能提供裂缝的倾角和方位，还能区分张开缝与闭合缝，以及区分天然裂缝与诱导裂缝。 用声波半径测量结果和井眼横截面图有时可以探测出沿裂缝面的剪切滑动现象。因此可有力证明地层的非平衡构造应力和开口裂缝的存在。 2.3.2.1张开缝 如果裂缝张开，声波信号反射信号微弱，甚至无反射。图象特征是：在幅度图上表现为暗色；在时间图上没有信号返回，即无反射表面，表现为黑色。理论模型表明，宽度小于1/32inch的裂缝不能被探测到。 2.3.2.2半张开缝 裂缝部分被充填。图象特征是：幅度图上出现暗色；时间图上部分黑线，被充填部分有信号返回，所以，与幅度暗线对应处没有黑线表明已被充填。 2.3.2.3充填缝 裂缝已被完全充填。如果充填物岩性及结构与周围岩块有差异，则波阻抗不同，就会在幅度图上表现为一条暗线，时间图上却无变化。因此同时使用时间和幅度图像有助于区分张开缝和充填缝。 2.3.2.4诱导裂缝 诱导缝是由于钻具机械振动或地应力不平衡造成的，或过重泥浆压裂造成的。诱导缝在 《地球物理测井》课程实验报告 院系：地球科学与工程学院 班级：地质1401 姓名：周天宇 学号： 0130 指导老师：赵军龙 2016年11月9日 1、课程实验的目的 《地球物理测井》课程安排8个学时的上机实验，使学生了解测井数据基本格式、测井曲线基本类型、学会用有关专业软件绘制测井综合曲线图；就实际资料开展岩性、物性及含油气性定性分析，从而为测井资料定量处理奠定基础。 2、课程实验主要内容 常规测井曲线类型 常规测井曲线类型包括：岩性测井系列（包括自然电位、自然伽马、井径测井），孔隙度测井系列（包括声波时差测井、密度测井、中子测井）和电阻率测井系列（包括深中浅探测的普通视电阻率测井、侧向测井以及感应测井等）。 测井资料定性分析方法 1.对于岩性分析，可以根据“表格1”来进行 表格 1 主要岩石的岩性分析测井特征 2.对于砂岩段的物性分析 ⑴声波时差测井值越大，密度测井值越小，中子测井值越大，则物性越好即砂岩的空隙度越发育；(2)如果AC、CNL、DEN变化幅度比较大，则该砂岩段物性不均匀；(3)如果下层物性比上层物性好，则该砂岩段为正韵律地层；(4)如果GR值与AC值增大，则此处为泥质夹层；如果AC值减小且AT值增大，则此处为物性夹层；如果GR值减小，AC值增大，AT 值增大，则此处含钙质夹层；(5)泥岩的声波时差约为280μs/m，泥质砂岩的声波时差约为177μs/m，渗透砂岩的声波时差为400-220μs/m。 3.含油气性分析 在已找到物性较好的砂岩段进行分析，并结合深中浅感应测井和电阻率测井曲线的变化：一般来说，含油砂岩段的电阻率值会明显增大。 测井综合曲线图模板的生成及测井数据的加载 Geolog软件技术手册Full Sonic Wave Processing -SWB 帕拉代姆公司北京代表处 2006年12月 1、综述................................................................................................................................................................................ - 1 - 1.1 预备知识..................................................................................................................................................................... - 1 - 1.2数据 ............................................................................................................................................................................... - 1 - 2、阵列声波全波形........................................................................................................................................................... - 2 - 2.1数据准备 ...................................................................................................................................................................... - 3 - 2.1.1查看/创建一个声波列阵工具模版.......................................................................................................... - 3 - 2.1.2 练习指导2-创建其他波形属性.............................................................................................................. - 5 - 2.1.3波形分解.......................................................................................................................................................... - 6 - 2.1.4深度转换.......................................................................................................................................................... - 7 - 2.2 处理 .............................................................................................................................................................................. - 8 - 2.2.1数据分析......................................................................................................................................................... - 8 - 2.2.2去噪................................................................................................................................................................ - 11 - 2.2.3 设计滤波器................................................................................................................................................. - 17 - 2.2.4 振幅恢复 ..................................................................................................................................................... - 19 - 2.3阵列声波处理.......................................................................................................................................................... - 20 - 2.3.1处理模块简介 ............................................................................................................................................. - 20 - 2.3.2偶极波形处理 ............................................................................................................................................. - 21 - 2.3.3 单极波形处理 ............................................................................................................................................ - 23 - 2.3.4 拾取标志波至 ............................................................................................................................................ - 26 - 2.4后期处理 (32) 2.4.1综述 (32) 2.4.2频散校正 (33) 2.4.3 传播时间叠加 (36) 2.4.4 相关性显示 (38) 2.4.5 阵列声波重处理 (39) 3、机械性质 (44) 3.1综述 (44) 3.2 计算动力学弹性性质 (44) 附录I-快速运行 (46) 附录II-频散校正讨论 (47) 声波测井仪器的原理及应用 单位：胜利测井四分公司 姓名：王玉庆 日期：2011年7月 摘要 声波测井是石油勘探中专业性很强的一个领域。它是一门多学科的应用技术，已经成为油田勘探、储量评估、油气开采等方面不可缺少的工具。声波速度测井简称声速测井是利用声波在岩石中传播的速度来研究钻井剖面的一类物探方法，其方法是测量滑行波通过地层传播的时差 t（声速的倒数，单位us/ft）。目前主要用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等方面，是主要测井方法之一。 数字声波测井仪，其中包括66667声波数字化通用短节和6680声波探头2部分。能完成声波时差测井和水泥胶结测井，能与SL6000型地面系统和进口的5700型地面系统相配接。 正交多极子阵列声波测井(XMACII)将新一代的偶极技术与最新发展的单极技术结合在一起，提供了当今测量地层纵波、横波和斯通利波的最好方法。当偶极子声源振动时，使井壁产生扰动，形成轻微的跷曲，在地层中直接激发出横波和纵波，根据正交多极子阵列声波资料得出的纵横、波速度比可识别与含气有关的幅度异常。 关键词：数字化；声波时差；声波变密度；阵列声波；声波全波列； 目录 第1章前言 (1) 第2章岩石的声学特性 (2) 第3章数字声波测井原理及应用 (3) 3.1 数字声波测井原理 (3) 3.2仪器的工作模式 (5) 3.3时差计算 (5) 3.4 数字声波测井仪器的性能 (6) 3.5 SL6680测井仪器的不足 (7) 3.6数字声波仪器小结 (7) 第4章正交多极子阵列声波测井 (8) 4.1 XMACII多极子阵列声波测井原理 (8) 4.2 XMACII多极子阵列声波仪器组成 (9) 4.3 XMACII多极子阵列声波的使用及注意事项 (10) 4.4 应用效果及结论 (14) 第5章声波测井流程及注意事项 (15) 5.1 声波测井流程 (15) 5.2 注意事项 (16) 参考文献 (17) 一、课程设计的目的和基本要求 本课程设计是地球物理测井教学环节的延续（独立设课），目的是巩固课堂所学的理论知识，加深对测井解释方法的理解，会用所学程序设计语言完成设计题目的程序编写，利用现有绘图软件完成数据成图，对所得结果做分析研究，最终完成报告一份。 二、课程设计的主要内容 1. 运用所学测井知识对某油田实际测井资料进行（手工）定性和（计算机）定量分析。 2. 使用自然伽马、自然电位、井径及微电阻率测井曲线进行岩性识别。 3. 使用自然伽马、自然电位、井径及微电阻率测井曲线进行储层划分，用声波速度、密度及中子曲线进行储层物性评价。 4. 根据划分出的渗透层，读出储层电阻率值。并根据阿尔奇公式计算裸眼井原始含油饱和度和剩余油饱和度。 5. 上述岩性识别、物性评价及含油气性评价定量分析程序要求学生用所学C语言独立编写。 三、基本原理 “四性”关系及其研究方法： 1.岩性评价 岩性是指岩石的性质类型等，包括细砂岩、粉砂岩、粗砂岩等，同时还包括碎屑成分、填隙物、粒间孔发育、颗粒分选、颗粒磨圆度、接触关系、胶结类型等方面。通过划分岩性和分析岩心资料总结岩性规律，其研究主要依据岩心资料，地质资料和测井资料等。通过分析取心井的岩心资料和地质资料以及测井曲线的响应特征来识别岩性，并建立在取心井上的泥质含量预测解释模型。一般常用岩性测井系列的自然伽马GR、自然电位SP、井径CAL 曲线来识别岩性。 a．定性分析 定性划分岩性是利用测井曲线形态特征和测井曲线值相对大小，从长期生产实践中积累起来的划分岩性的规律性认识。首先要掌握岩性区域地质的特点，如井剖面岩性特征、基本岩性特征、特殊岩性特征、层系和岩性组合特征及标准层特征等。其次，要通过钻井取心和岩屑录井资料与测井资料作对比分析，总结出用测井资料划分岩性的地区规律。表1为砂泥岩剖面上主要岩石测井特征，在应用表中总结的特征时不能等量齐观，而应针对某一具体岩性找到有别于其他岩性的一两种特征。 第八章声波测井 声波测井的物理基础 1．名词解释： (1)滑行波： (2)周波跳跃： (3)stoneley 波： (4)伪瑞利波： (5)声耦合率： (6)相速度： (7)声阻抗： (8)群速度： (9)频散： (10)衰减： (儿)截止频率： (12)声压： (13)模式波： (14)泊松比： (15)第一临界角： (16)第二临界角： 2．说明弹性系数K 和切变弹性系数μ的意义。他们与杨氏模量E 及泊松比σ有怎样 的关系? 3．介质质点弹性机械振动的过程是 的外力作用下， 与 的互相交替作用的过程，而声波传播，则是这种过程作用于 使之 的过程。 4．声波是介质质点的 振动在介质中的传播过程。声纵波是 变波，横波是 变波，它们均与此物理量(介质的) 有关。 5．某灰岩的V p =5500m/s ，密度ρb =2。73g ／cm 3，横波速度V s 按V p =1.73V 。给出。试 求杨氏模量E ，泊松比σ，体弹性模量K ，切变弹性模量μ及拉梅常数λ。 6．声纵波的质点振动方向与能量传播方向 ，它可在 态介质中传播；声横波的质点振动方向与能量传播方向 ，它能在 态介质中传达播，但不能在 态介质中传播。 7．声纵波的速度为p V =；声横波的速度为s V =故V P /V S = 。根据岩石的泊松比为0.155—0.4，于是V p /V s ；= 。这表明在岩石中，V p V S ，所以在声波测井记录上， 波总先于 波出现。 8．在 相介质中，由于μ=0，即 切应力，故 。 9．瑞利(Rayleigh)波发生在钻井的 界面上，其速度v R 很接近V S ，约为 ，此波随离开界面距离的加大而迅速 ；斯通利（Stoneley ）波产生在 中，并在泥浆中传播，它以低 和低 形式传传播，其速度 于泥浆的声速。 10．到达接收器的各声波中，全反射波因路径处在 中，波速 ，直达波行程 ，但波速 ，滑行波行程 但波速 。故以 波最早到达接收器。 七星城2#、3#、5#楼 声波测试报告 证书等级：甲级 证书编号： 发证机关：建设部 贵州省工程地质勘察院 二〇一一年五月 目录一、概述 二、地质及地球物理概况 1、地质概况 （1）地形、地貌 （2）区域地质 2、地球物理特征 三、工作方法及技术 四、岩质单元划分原则 1、场地纵波速特征 2、新鲜岩块纵波速及岩质单元划分 五、建议 一 . 概述 拟建七星城2#、3#、5#楼位于兴义市南环路，2#楼（A区）设计±0.000标高为1250.60，3#、5#楼（B区）设计±0.000标高为1259.60。2#建筑设计地下室底板为-4.500m标高为1246.10，3#、5#建筑设计地下室底板为-9.00m标高为1250.60。最大柱荷载180000KN/柱。工程规模、特征见表一： 表一 为配合该工程岩土工程勘察工作，我公司测试所对该场地工程钻孔进行原位单孔声波测试，其目的是探测岩体中钻探未发现的裂隙，软弱夹层。 测试工作以点测方式进行测试，测试点距0.20m，共测试钻孔60个，测试点为3058个。完成工作量见表一。 表二 二、地质及地球物理概况 1、工程地质概况 （1）地形、地貌 场地位于兴义南环路台地中部地带，其四周分布低中山丘陵，场地主要为人工平整后场地，拟建 （2）区域地质 场地区域在大地构造上属扬子准地台、黔北台隆、六盘水断陷、望谟至普安旋扭构造变形区，雷公滩背斜北翼，无活动断裂分布，场区及附近主要为马岭断层，其地层主要为单斜构造，下伏基岩主要为中三叠系永宁镇组薄层白云质灰岩（T1yn），岩层为单斜构造，产状为1500∠300 ，由于受地质历史时期构造应力的挤压，使得场区分布基岩隐节理发育，节理间距一般在2-5㎝左右。 2、地球物理特征 地球物理勘探的基础是被探测体的物性差异，常表现为岩体的电、磁、弹性波速等物性参数。本次超声波原位测试主要查明岩体破碎程度、风化程度、裂隙、溶洞等隐伏不良地质体的分布界限。不良地质体的波速值与正常岩体波速值差别较大，满足地球物理勘探的前提条件。 三、工作方法及技术 单孔声波测试所用仪器为湘潭轻工仪器研究所生产的SYC-2型非金属超声波测井仪，YFS-2型一发双收超声波换能器。其技术参数如下：（1）接收部分的总增益大于120db，输入端短路噪音小于2dv，R输入阻抗=1.2K欧姆,频带宽度为1KC～100KC，显示时间范围为1～999us 和10～1999us两档，实测计时精度为0.1us。 测井实习报告总结 本次实习的主要内容包括：射孔、测试、井下仪器、测井解释、地面仪器、测井工艺、现场测井观摩、综合录井。 射孔是将射孔枪送到预定的深度后，进行校深、点火，利用聚能罩聚集很高的能量，爆炸将射孔弹射出，穿透套管和地层，从而达到形成通道的目的。射孔是一种完井手段，主要是让地层中的油气能通过射孔通道流入井筒内。射孔完成的主要任务包括井下射孔、卡钻的判断、井壁取芯。在射孔作业中常遇到的问题有射孔弹在井下不爆炸而在工作地面爆炸造成人员伤亡、误射孔、卡枪。实习前以为射孔是一件很简单的事情，经过老师的讲解，现在我才发现射孔是一个复杂而重要的工作，在射孔作业中一定要注意安全。 测试是试油的一种手段，它是指在动态条件下对油气层进行评价，从而得到地层压力，温度，地层产出流体性质的判断，渗透率，测试影响半径，油气的边界等。测试分为两大类，一类是裸眼井测试，另一类是套管井测试。其中裸眼井测试是一种不稳定的测试，一般风险较大，因此测试时间不宜过长，一般井下不超过8小时；而套管井测试是一种稳定测试，风险较小，测试时间长，测试过程中可能出现层位污染，需要开井10分钟，然后关井，再开井充分流动，观察两次流动压力是否一样。通过听取老师的讲解和对仪器的观察，我对测试这个在学校并没有接触过的过程有了一定的 了解。 井下仪器的观察，在仪器车间我们观看了普通声波探头、长源距声波探头、硬电极、双感应探头、微球形聚焦探头、岩性密度探头、地层倾角方位探头、补偿中子测井仪、双侧向测井仪等一系列的井下装置和设备。井下仪器除了有这些探头外还包括电子线路和防转短节。以前只是在课本上看到过一些井下测井仪器的图片和文字描述，这次身临其境的看到了实际的仪器，发现和自己想象当中的还是有一定的出入的。通过观察这些仪器，加深了我对测井仪器及测井原理的进一步认识。 测井解释包括资料的上井验收和资料解释。上井验收时要看测井曲线是否符合标准；测井解释时一般利用计算机作为工具来对测量的曲线进行解释，陆相一般为沙泥岩剖面、海相为碳酸盐剖面，可以利用测井曲线来划分剖面，识别岩性计算参数。一般要先对原始数据进行解编和转换，还要进行深度校正。可用来识别岩性的曲线包括自然伽马、自然电位、井经；测量孔隙度的曲线有声波、密度、中子；测量电阻率的曲线一般有双侧向和微球的组合、感应测井和八侧向的组合。另外还有一些测井新方法，比如过套管电阻率测井、中子寿命测井、脉冲中子测井等。通过这些学习，是我对测井资料的解释过程有了新的了解，知道了要从多条曲线来综合判断岩性划分岩层，而且测得的曲线并不是像课本上的那 现代物业?新建设 2012年第11卷第9期 浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用 张建宏 （新疆新地勘岩土工程勘察设计有限公司，新疆 乌鲁木齐 830002）摘 要：伴随着不断发展的数字测井技术，在测井当中，声速测井已经成为重要的方式之一。对岩体工程勘察中声波测井技术的应用进行了分析。 关键词：岩土工程；勘察；声波测井 中图分类号：[P258] 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）09-0047-02 声波测井主要分为声幅测井与声波测井两大类。一般来说，我们说的声波测井指的是对地层当中声波传播速度进行测量。 1 声波测井 在不同的介质当中，声波传播会有明显的差别，岩石当中的裂缝、风化以及溶洞对声波速度都有影响，因此对岩层物性特征的了解可以通过声波测试来进行。而声速测井测的是地层中声波传播的时间。 声波测井一般是对纵波速度进行测量，声波耦合通过仪器发射晶体声波，然后通过仪器接收晶体声波。由于接收晶体与发射晶体之间存在一定距离，所以传播速度与所测得的声波传播时差成反比。根据实际需要，也可以将传播时差换算成声波速度，然后再与其余的物理参数进行结合，也能够将横波速度计算出来，从而对弹性参数以及岩性的划分进行计算，这样更有利于岩土工程勘察工作的进一步开展。 2 岩石中声波的传播 我们所研究的是不同地质年代在地壳中的矿物成分以及结构各异的岩石，并且在岩石当中还存在裂隙与孔隙，但是它们的分布、大小、形状并非固定，而这些因素对岩石的物理性质都有不同程度的影响。岩石的声速指的是在岩石当中声波的传播速度，理论支持与实践证明：随着岩石密度的不断增大，声波速度也会随着提升。 2.1 岩性 如果岩石的岩性不同，那么声波传播速度也会有明显的区别。岩性不同，岩石密度就存在差异，一般来说，岩石密度从大到小依次为：石灰岩→砂岩→泥岩，而声波速度也会随着密度的减少而降低。 2.2 岩石结构 如果岩石的胶结性较差、较为疏松，声波速度也会降低；反之，声波速度则会升高。对于声波速度来说，岩石当中存在的溶洞与裂隙等也会产生一定程度的影响。 2.3 岩石孔隙间的储集物 岩石声波速度也会受到岩石孔隙当中不同储集物的影响。 2.4 地质时代以及地层埋藏深度 声波在地层当中的传播会受到地层时代以及地层埋藏实际深度的影响。当地质时代与岩性相同，那么埋藏的深度越大，声波传播的速度也就越大；反之，埋藏的深度越小，那么声波速度也会随着减小。在岩性相同的情况下，相比新地层，老地层的声波传播速度更快，这主要是由于在漫长的地质年代中，老地层受到了覆盖岩层长期性压实产生的结果。此外，由于长期地壳运动，岩石骨架颗粒的排列也会越来越紧，其弹性与密度都会不同程度地增加。 3 声波测井的应用范围 3.1 钻孔岩性的划分 由于不同的岩层所具有的声波传播速度是不同的。所以，地层岩性可以通过声速测井来进行判断。在钻孔岩性的划分当中，也可以结合自然伽玛、电阻率等有关的参数。 3.2 岩层风化、氧化带的确定 由于受到了氧化与风化，岩石的胶结程度会受到不同程度的影响，甚至会出现破碎，从而导致强度减弱、密度减小、波速减小，将完整的岩石声波速度与所测得的声波速度进行比较就会发现。岩石的疏松与破碎的程度能够通过波速的减少量来判断，因此对岩层的氧化带、风化都能够加以确定。 Engineering Construction 工程施工 – 47 – 课时教学实施方案 教案 第三章声波测井 声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判断井壁地层的地质特性及井眼工程状况的一类测井方法,包括声速测井、声幅测井、声波全波列测井等多种测井方法。 声波在介质中的传播特性主要指声速、声幅和频率特性。 第一节井内声波的发射、传播和接收 一、井内声波的发射和接收 声波是机械波，是机械振动在媒质中的传播过程。 人耳能听到的声波频率20Hz－20KHz，频率〈20HZ为次声波，频率〉20KHZ 为超声波，声波测井使用的频率为15-30KHz，所以又称为超声波测井。 声波测井首先要在井内产生人工声场，所以需要声波发射器，要接收声波就需要声波接收器，接收器接收到得为声波的波形。 二、滑行纵波和滑行横波 1.基本概念和性质 纵波（压缩波或P波）：介质质点的振动方向与波的传播方向一致。弹性体的小体积元体积改变，而边角关系不变。 横波（剪切波或S波）：介质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。特点：弹性体的小体积元体积不变，而边角关系发生变化。 由于泥浆只能发生体积形变，不能发生剪切形变，它只能传播纵波不能传播横波，所以置于井内泥浆中的声波测井换能器发射或接收的声波都是纵波。 井眼穿过的各种岩石，虽然大多数有一定孔隙，孔隙内有流体，但其主体是互相紧密相连的固体颗粒，整体为固体介质。它们不但能发生体积形变还能发生剪切形变，所以既能传播纵波又能传播横波。 介质的波阻抗是声速与密度的乘积，泥浆与地层岩石的波阻抗相差较大，形成明显分界面，声波在井壁上要发生反射和折射。因为泥浆不能传播横波，所以井内没有反射横波 2.声波的反射和折射定理 2 2 1 1 sin sin sin v v v θ θ θ = = 当v1，v2一定时，↑ ↑→ 2 θ θ，如果v2>v1，当θ2=90o，此时折射波以v2速度沿界面传播，称为滑行波。 滑行波：声波测井将在井壁地层内沿井壁滑行的折射波称为滑行波。 临界角：产生滑行波的入射角称为临界角。 产生滑行纵波的入射角称为第一临界角ip，产生滑行横波的入射角称为第二临界角is。 只有岩层纵波速度大于泥浆纵波速度时，才能产生滑行纵波；只有岩层横波速度大于泥浆纵波速度时，才能产生滑行横波。 滑行波 《测井方法原理》课程设计 指导老师： 专业： 班级： 姓名： 年月日 一、课程设计的目的和基本要求 本课程设计是地球物理测井教学环节的延续（独立设课），目的是巩固课堂所学的理论知识，加深对测井解释方法的理解，会用所学程序设计语言完成设计题目的程序编写，利用现有绘图软件完成数据成图，对所得结果做分析研究，最终完成报告一份。 二、课程设计的主要内容 1. 运用所学测井知识对某油田实际测井资料进行（手工）定性和（计算机）定量分析。 2. 使用自然伽马、自然电位、井径及微电阻率测井曲线进行岩性识别。 3. 使用自然伽马、自然电位、井径及微电阻率测井曲线进行储层划分，用声波速度、密度及中子曲线进行储层物性评价。 4. 根据划分出的渗透层，读出储层电阻率值。并根据阿尔奇公式计算裸眼井原始含油饱和度和剩余油饱和度。 5. 上述岩性识别、物性评价及含油气性评价定量分析程序要求学生用所学C语言独立编写。 三、基本原理 “四性”关系及其研究方法： 1.岩性评价 岩性是指岩石的性质类型等，包括细砂岩、粉砂岩、粗砂岩等，同时还包括碎屑成分、填隙物、粒间孔发育、颗粒分选、颗粒磨圆度、接触关系、胶结类型等方面。通过划分岩性和分析岩心资料总结岩性规律，其研究主要依据岩心资料，地质资料和测井资料等。通过分析取心井的岩心资料和地质资料以及测井曲线的响应特征来识别岩性，并建立在取心井上的泥质含量预测解释模型。一般常用岩性测井系列的自然伽马GR、自然电位SP、井径CAL 曲线来识别岩性。 a．定性分析 定性划分岩性是利用测井曲线形态特征和测井曲线值相对大小，从长期生产实践中积累起来的划分岩性的规律性认识。首先要掌握岩性区域地质的特点，如井剖面岩性特征、基本岩性特征、特殊岩性特征、层系和岩性组合特征及标准层特征等。其次，要通过钻井取心和岩屑录井资料与测井资料作对比分析，总结出用测井资料划分岩性的地区规律。表1为砂泥岩剖面上主要岩石测井特征，在应用表中总结的特征时不能等量齐观，而应针对某一具体岩性找到有别于其他岩性的一两种特征。 浅谈声波测井技术发展现状与趋势 摘要：以声波测井换能器技术的变化为主线，分析了声波测井技术的进展以及我国在该技术领域内取得的进步。单极子声波测井技术已经成为我国成熟的声波测井技术，包括非对称声源技术在内的多极子声波测井技术已经进入产业化进程。 关键词：声波测井；换能器；单极子声波测井；多极子声波测井； 从声学上讲，声波测井属于充液井孔中的波导问题。由声波测井测量的井孔中各种波动模式的声速、衰减是石油勘探、开发中的极其重要参数。岩石的纵、横波波速和密度等资料可用来计算岩石的弹性参数(杨氏模量、体积弹性模量、泊松比等)；计算岩石的非弹性参数(单轴抗压强度、地层张力等)；估算就地最大、最小主地层应力；估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力；计算地层孔隙度和进行储层评价和产能评估；估算地层孔隙内流体的弹性模量，从而形成独立于电学方法的、解释结果不依赖于矿化度的孔隙流体识别方法；与stoneley波波速、衰减资料相结合用以估算地层的渗透率；为地震勘探多波多分量问题、avo问题、合成地震记录问题等提供输人参数等等。经过半个多世纪的发展，声波测井已经成为一个融现代声学理论、最新电子技术、计算机技术和信息处理技术等最新科技为一体的现代测量技术，并且这种技术仍在迅速发展之中，声波测井在地层评价、石油工程、采油工程等领域发挥着越来越重要 的作用。与电法测井和放射性测井方法并列，声波测井是最重要的测井方法之一。 一、测井技术发展现状及趋势 声波测井技术的进步是多方面的。声波测井声波探头个数在不断增加以提高声波测量信息的冗余度、改善声波测量的可靠性；声波测井中探头的振动方式经历了单极子振动方式、偶极子振动方式、四极子振动方式和声波相控阵工作方式，逐步满足在任意地层井孔中测量地层的纵横波波速、评价地层的各向异性和三维声波测井的需求。声波探头的相邻间距不断减小，而发收探头之间的距离在不断增大，这一方面提高了声波测井在井轴方向的测量分辨率；另一方面也提高了声波测井的径向探测深度。声波测井的工作频率范围在逐步向低频和宽频带范围、数据采集时间在不断增大，为扩大声波测井的探测范围提供了保障。声波测井中应用的电子技术从模拟电路、数字电路技术逐步发展为大规模可编程电路和内嵌中央处理器技术，从而实现声波测井仪器的探头激励、数据采集、内部通讯、逻辑控制、数据传输等方面的智能化和集成化。可以预期，下一代声波测井仪器研制的关键技术之一是研制能够控制声束指向性的 基阵式换能器。应用相控阵换能器的最大优势就是增大空间某个方向的声辐射强度，使声波沿着预先设定好的方向辐射，从根本上增加有用信号的能量、提高信噪比和探测能力。显然，声波探头结构和振动模态性质的变化直接导致了声波测井技术的根本进步。 测井地质学——读书报告测井沉积学方面的研究或应用 组长：师凯歌 201302030233 组员：钟寿康 201302030208 杨燕茹 201302010107 朱晨蔚 201302010107 陈佳作 201532020018 王雅萍 20153202014 2016.4.20 一、绪论 1、问题的提出以及必要性 随着地球物理勘探—测井的不断发展，我们对于测井资料的解释，不能局限于单井或者单一岩层的局部层面上，我们更应该做出区域性、多层岩层关联性的地质解释。这种要求的出现，使得研究人员将测井知识和地质中的沉积相知识联系起来，把两门学科从原理层面上结合起来，于是产生了测井沉积这一边缘性学科研究课题。 随着人们对这个问题研究程度的不断深入，我们对于测井资料的解释变得更加具有宏观性，使得测井资料解释而来的地质数据回归到地质体系中，这将使得测井在油气勘探中的应用提升到区域层面上来，如此看来，这一问题的研究变得十分必要。 2、学科的产生 做为这一学科的主体—沉积相，我们必须首先认识它，沉积相是指古代沉积的产物，它是根据沉积环境或沉积作用加以定义的岩石体或沉积物特征的组合。沉积相的识别必须从两个层面上来进行：第一，宏观层面：相与相之间的组合。根据沃尔索相律：“只有横向上成因相近且紧密相邻而发育着的相，才能在垂向上依次叠覆出现而没有间断”。这一规律指导了在沉积相分析过程中进行沉积相的平面组合。第二，局部层面：岩石组合(类型及结构)、沉积构造（冲刷面、层理类型、纹层 组系产状及其垂向变化）、垂向序列变化关系(正粒序、反粒序、复合粒序、无粒序)、古水流、古生物特征、地球化学特征等几个方面。 在了解沉积相的知识以后，如何解决两门学科的联系成为关键。我们必须认识到测井沉积学的本体—沉积相的识别，然后利用两门学科的关联性，将测井“嫁接”到沉积相这门学科的知识体系中。因此产生了一个新的名词—测井相。测井相是由法国地质学家O.SERRA于1979年提出的。它是一组测井响应集合，它代表一定的地质相，并能将其它相体相区分。测井相又称电相。 二、测井相 1、测井相的定义 测井相的提出，目的在于利用测井资料(即数据集)来评价或解释沉积相。测井相是“表征地层特征，并且可以使该地层与其它地层区别 浅谈声波测井技术在岩土工程勘察中的应用摘要：本文首先论述了声速测井的测试原理，进而论述了影响岩石声波速度的主要因素，第三以工程实例，利用声波测井技术得到了评价岩土动力学特征的参数，既校正地解释岩性和岩层，还反映了岩土层的相对强度，为建筑设计提供一定的参考依据；最后，文章还阐述了当前声波测井技术在岩土工程勘察中存在的不足之处，以供参考。 关键词：声波测井技术；岩土工程勘察；应用 abstract: this paper first discusses the velocity measurement principles of well logging, and then discusses the influence of the main factors rock acoustic velocity, and the third by engineering example, the acoustic logging technology got the evaluation of the parameters of the dynamic characteristics of rock, both correction to explain the lithology and rocks, but also reflect the relative strength of geotechnical layer, for building design provides some reference basis; finally, the paper also expounds the current acoustic logging technology in geotechnical engineering investigation in existence deficiency, for reference. keywords: acoustic logging technology; geotechnical engineering; application 中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号： 前言 什么是测井(LOG)？ 测井是利用专门仪器记录钻入地下的一口井中岩石或流体混合物不同的物理、化学、电子或其他性质的过程。一次测井就是一次行程的记录，类似于一条航船的航海日志。在这种情况下，航船是某种类型的一支测井仪器，而行程是下入和取出井眼的过程。 测井的基本原理 测井是用多种专门仪器放入钻开的井内，沿着井身测量钻井地质剖面上地层的各种物理参数（电阻率、自然电位、中子、密度、声波等等），然后利用这些物理参数和地质信息（泥质含量、孔隙度、饱和度、渗透率等等）之间应有的关系，采用特定的方法把测井信息加工转换成地质信息，从而研究地下岩石物理性质与渗流特性，寻找和评价油气及其它矿藏资源 1．声学测井发展历程的回全波列测井分类 DSI(Dipole Shear Sonic Imager)偶极横波成像测井仪 DAC(Digital Array Acoustilog)数字阵列声波测井 MAC(Multipole Array Acoustilog)多级阵列声波测井 XMACII(Cross Multipole Array Acoustilog)交叉多级阵列声波测井纵波：DT / DTLF / DTLN / DTCO / DT4P / DTC / DTCR / DTCT / DTH /DTR / DTT / DT24 / DTR/ AC 横波：DTS / DT1 / DT2 / DTSM / DT4S / DTSD / DTTS / DTRS / DT24QS / DTX 斯通利波：DTST 核磁共振测井测量的是自旋回波串 目前南海西部海域主要有两种核磁共振测井仪器进行了测井： 核磁共振测井测量模式 标准T2测井 双TE测井 双TW测井 1、能将孔隙度细分为可动孔隙度、毛管孔隙度和泥质孔隙度 （1）SDR模型 KCMR=C（ФCMR)4（T2gm）2 C=常数，一般为2-4 ФCMR=CMR孔隙度 T2gm=弛豫时间几何平均值 3、提供可靠的束缚水饱和度 式中：为PC T2刻度因子（油水：1000psi.ms c气水：3000psi.ms） 气水密度差 FWL为自由水面高度 为截止值以下的束缚流体体积 4、识别油水层 测井公司、测井系列 WL(Wireline Log) Schlumberger COSL(COOLC) LCC(合资) LWD(Log While Drilling) 一课程设计目的 1我们通过对一口实例测井资料的人工解释，训练综合运用所学的基础理论知识，提高 分析和解决实际问题的能力，从而使基础理论知识得到巩固，加深和系统化。 ⑴巩固九种测井曲线：自然伽马测井曲线gr，自然电位测井曲线sp，井径测井曲线cal， 深感应测井曲线ild，中感应测井曲线ilm, 八侧向测井曲线ll8，声波测井曲线ac，补偿中 子测井曲线cnl，密度测井曲线den的原理。 ⑵掌握九种种测井曲线的特点及其应用,定性划分砂泥岩剖面储集层的基本方法 ⑶掌握应用九种测井曲线值计算储层物性参数：泥质含量vsh ，孔隙度∮，地层含水 饱和度sw ，地层冲洗带含水饱和度swxo的方法。 ⑷掌握应用储层物性参数结果识别油层、气层和水层的方法。 2学习掌握实际生产中 测井资料综合解释的一般过程和方法。二课程设计的基本原理⑴识别岩性和划分渗透层定性划分岩性和渗透层主要是利用测井曲线形态和测井曲线值相对大小。 sp：在淡水泥浆的砂泥岩剖面井中，以大段泥岩层部分的自然电位曲线为基线，此时sp 曲线出现负异常的井段都可以认为是渗透性岩层，纯砂岩井段出现最大的负异常；异常的方 向和幅度取决于rmf/rw大于还是小于1. 如果rmf> rw，则为负异常，否则为正异常。泥 质的砂岩负异常幅度变低，而且随泥质含量的增多而异常幅度下降。测井曲线上表现为渗透 层的sp曲线值较小，非渗透层的sp曲线值较大。地层中心为对称曲线的半幅点对于岩层的 界面。 gr：利用自然伽马测井曲线划分岩性，主要是根据岩层中泥质含量的不同进行的，在砂 泥岩剖面中，如果砂层中不含放射性矿物，砂岩gr低值，泥岩高值。随泥质含量增加，gr 增高。测井曲线上表现为渗透层的gr曲线值较小，非渗透层的gr曲线值较大。 cal井径:泥岩和某些松散岩层常常由于钻井时泥浆的浸泡和冲刷造成井壁坍塌，使实际 井径大于钻头直径，出现井径扩大；渗透性岩层，常常由于泥浆滤液向岩层中渗透，在井壁 上形成泥饼，使实际井径小于钻头直径，出现井径缩小；而在致密岩层处，井径一般变化不 大，实际井径接近钻头直径。测井曲线上表现为渗透层的 cali曲线值较小，而非渗透层的cali曲线值较大。 声波时差：岩石越致密，时差越小，岩石越疏松，孔隙度越大，时差就越大。 电阻率测井：一般泥岩处为低值，砂岩处为高值。渗透层处，两条微电极曲线出现幅度 差，非渗透层处，两条曲线出现很小的幅度差。 测井曲线spgrcal深中浅电阻率声波cnl 储集层－砂岩负异常（rw<rmf）正异常（rw>rmf）低缩径 高阻，幅度差<300us/m较小 非储集层－泥岩泥岩基线高扩径 低阻，无幅度差>300us/m较大 砂泥岩剖面测井曲线特征 ⑵参数计算 ⒈储层厚度 储集层总厚度为顶界面和底界面间的深度差。ht=h2-h1 ⒉泥质含量vsh 在沉积岩剖面中，自然伽马测井曲线主要反映泥质含量。自然伽马计算泥质含量 公式：计算步骤： g? ①用公式计算自然伽马相对值：? gmax?gmin gr?gmin gr为自然伽马测量值； gmin为纯砂岩自然伽马极小值； gmax为泥岩 扩散电位: 对于具有半渗透性的地层，a w>a mf 时，由于Cl -的迁移速度大于Na +，使得井壁附近的Cl-集中时形成的自然电位场。 吸附电位: aw>amf 时,盐水中的na+和cl -迁移过程中,cl-迁移受阻,相对na+迁移速率增加,使得井壁附近的na+集中时形成的自然电位场。 地层因素: 含水纯地层的电阻率与它饱含盐水的电阻率的比值,这一比例值当Rw<1欧姆时成为地层因素 梯度电极系: 成对电极间距比单电极靠近最近一个成对电极之间的距离小的电极系 电位电极系: 成对电极间距比单电极靠近最近一个成对电极之间的距离大的电极系 聚焦电极测井: 受井眼和邻层的影响不大的一种电测井方法,分为微侧向测井和球形聚焦测井. 微电阻率测井: 测量冲洗带电阻率Rxo 和通过探测泥饼的存在划分渗透层的测井方法,分为微侧向,邻近侧向,微球形聚焦测井. 增阻侵入: 按侵入带存在后电阻率高低的变化,当侵入带电阻率Rxo>Rt(原状地层的电阻率)时的侵入类型。减阻侵入: 按侵入带存在后电阻率高低的变化,但侵入带电阻率Rxo地球物理测井课程实验报告
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