声速测井

第十一章 声测井声测井是以研究井下岩石声学特性为基础的一系列测井方法。

它是利用介质对声波传播速度和声能吸收的差异，借以探测岩石的性质来解决井下地质问题。

声测井的方法主要分为声速测井、声幅测井、声波全波列测井，以及超声成相测井等。

本章将重点介绍声速测井和声幅测井。

第一节 声测井的物理基础声测井的物理基础在于两个方面： 一个是岩石的声学特性, 即声波在岩石中的传播特性; 另一个是声波的产生与接收。

声波是物质的一种运动形式，它是由物质的机械振动而产生的，通过质点间的相互作用将振动由近及远而传播。

人耳听到的声波在0.02～20kHz 之间。

频率大于kHz 的波为超声波。

声测井所用的机械波是声波或超声波, 频率一般为15～30kHz 。

声波在井内岩层中的传播是弹性波在弹性介质中传播的过程， 因此有必要了解岩石的弹性和弹性波在岩石中传播规律。

一、岩石弹性受外力会发生体形变化，外力取消后又能恢复原状的物体叫弹性体；取消外力后不能恢复原状的物体称为塑性体。

一个物体是弹性体还是塑性体，除取决于物体本质外，还与外力的作用大小、时间长短及环境条件等因素有关。

固体物质在受力小、作用时间短的情况下多呈弹性体。

声测井中，由于声波的能量低，作用在岩石上的时间短，因而岩石可视为弹性介质，这样以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。

用相同的力作用于不同的岩石，将会产生不同的体形变化，这是因为它们具有不同的弹性。

通常用下列弹性模量来描述岩石的弹性。

二、岩石的声波速度声波在介质传播过程中，当波的传播方向和质点振动方向一致时叫纵波，其速度以P v 表示。

纵波在传播中， 因介质发生压缩和扩张的体积形变，故又称压缩波。

当波的传播方向与质点的振动方向相互垂直时叫横波，其速度以S v 表示。

横波使介质产生剪切形变， 因而又叫切变波。

通常这两种波可同时存在于固体介质中，但横波不能在液体和气体中传播。

纵波和横波速度还可用弹性模量的基本参数v 和σ表示，即)21)(1()1(σσσρ-+-⨯=Ev P (11-1))1(21σρ+⨯=Ev S (11-2)式中 P v ─纵波在岩石中的传播速度； S v ─横波在岩石中的传播速度； E ─岩石杨氏模量； σ─岩石泊松比； ρ─岩石密度。

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。

声波测井重要知识点声波测井是地球物理勘探中常用的一种测井方法，其原理是利用声波在地层中的传播特性来获取有关地层结构和岩石属性的信息。

声波测井包括测量地震波在地层中传播时间和振幅的测井方法，以及通过分析地震反射和折射来确定地层性质的地震测井方法。

本文将介绍声波测井的基本原理以及几个重要的知识点。

声波测井原理：声波在地层传播时会受到地层的吸收、散射和反射等因素的影响，从而传播的速度、振幅和频率会发生变化。

通过测量声波的传播特性，可以获得有关地层的信息。

声波测井的主要知识点如下：1.声速：声速是声波在介质中传播的速度，它受到地层岩石的密度和流体饱和度等因素的影响。

常见的声速测井方法有全波传播时差测井、全波传播振幅测井和多道测井等。

2.声频率：频率是声波的振动次数，它对地层信息的分辨能力有很大影响。

高频率的声波能够提供更高的地层分辨率，但传播距离较短，低频率的声波可以传播更远，但分辨率较低。

合理选择声波的频率可以获得更准确的地层信息。

3.反射：地震波在地层中传播时，会遇到不同介质之间的反射界面，从而产生反射波。

反射波的振幅和到达时间可以提供地层的界面信息，如岩石层位、裂缝、气水界面等。

4.折射：地震波在地层中传播时，会由于介质的变化而发生弯折，这种现象称为折射。

折射波的振幅和到达时间可以提供地层的速度、倾角和入射角等信息。

5.衰减：声波在地层中传播时会由于介质的吸收和散射而衰减。

衰减会导致声波传播距离的减小和振幅的减弱。

对于薄层和含有流体的岩石，衰减影响更为显著。

6.岩石弹性参数：声波测井可以通过测量声波传播速度和密度等参数来确定地层岩石的弹性参数，如岩石的弹性模量、泊松比、剪切模量等。

这些参数对于岩石力学性质和岩性解释非常重要。

7.流体饱和度：声波测井可以通过测量声波速度的变化来估算地层中的流体饱和度。

由于流体的密度和声速与岩石不同，当地层中存在流体时，声速会有明显的变化。

声波测井可以提供丰富的地层信息，对于确定含油气层、划分地层、解释岩性和评价油气储层等都具有重要意义。

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。

声波测井（摘自洪有密主编《测井原理与综合解释》P55）声速测井的应用（摘自洪有密主编《测井原理与综合解释》P55）1、单层声速曲线取值方法声速曲线的深度比例一般是1:200，横向比例一般是每厘米50μm/m，向左增大。

图3-9是声速和感应曲线取值实例。

该图的声速曲线是用单发双收仪器测量的，发射器在上；储集层为砂岩，邻层为泥岩，水平线标出两者的界而；因泥岩井眼扩大，声速曲线在储层顶界面出现时差减小的假异常，而在底界面出现时差增大的假异常。

对储层评价来说，对测井曲线取值就是在储集层界面内读取代表储集层性质的测井读数。

对声速曲线来说，首先要排除井眼扩大引起的假异常，然后再分别情况取值。

(1)储层厚度较大，声速曲线呈平缓起伏变化者，读曲线平均值。

此时曲线起伏范围一般在2～3mm以内，如右图。

(2)如果储层内声速曲线有明显的时差减小的小尖峰，且尖峰位置与微电极等曲线电阻率增大的小尖峰一致，则这些尖峰是致密夹层的显示，其值不代表储层性质，应在扣除这些尖峰以后取曲线段的平均值，如左上图。

(3)如果储层内声速曲线呈台阶变化，则应分段取值，如左中图。

分段的最小厚度应与声速仪器的分层能力一致。

(4)储层厚度较小，声速曲线在储层内没有变化平缓的曲线段，而有明显的拐点，则取拐点的数值，如左中图上层。

如果没有拐点，曲线呈尖峰状，应凭经验判断，认为尖峰极值能代表地层读数，则取尖峰；若认为尖峰位失去代表性，则本层无法读数。

2、确定岩性和孔隙度声速测井是最常用的岩性-孔隙度测井方法之一。

要想用声速测井确定地层的岩性和孔隙度，就必须建立声速测井响应方程。

目前比较流行的声速测井响应方程，有以下三种。

(1)威里平均时间公式国内外实验研究和理论分析都证明纯岩石声波时差与其孔隙度的关系是线性的，图3-10是胜利油田的实例。

这一关系最初是MRJ 威里提出来的，常称为威里平均时间公式。

其形式如下△t=（1-Φ）△t ma+Φ△t f （3-13）式中△t——测量的纯岩石声波时差,μs/m；△t ma——岩石骨架声波时差，μS/m；△t f——岩石孔隙流体的声波时差，μS/m；Φ——纯岩石孔隙度，小数。

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。