声波测井

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。

声波测井声波测井是通过测量井壁介质的声学性质来判别地层特性及井眼工程状况的一类测井方法。

主要内容：声速测井（声波时差测井），声幅测井，全波列测井。

主要应用：判断岩性，估算储集层的孔隙度，检查固井质量。

第一节岩石的声学性质声波是物质运动的一种形式，它由物质的机械震动而产生，通过质点间的相互作用将震动由近及远的传递而传播。

对于声波测井来说，井下岩石可以认为是弹性介质，在声震动作用下，产生切变形变和压缩形变，因而，可以传播横波，也可以传播纵波。

一、岩石的弹性弹性体：物体受外力作用发生形变，取消外力能恢复到原来状态的物体，叫弹性体，这种形变叫弹性形变；塑性体：取消外力后不能恢复到原来状态的物体；物体是否为弹性体的决定因素：物体本身的性质、外界条件（压力、温度）、外力的作用方式、作用时间和大小。

对于声波测井来讲，声源发出的声波能量较小，作用在岩石上的时间短，故将岩石看成弹性体，其理论为弹性波在介质中的传播性质。

弹性体的弹性力学性质：扬氏模量E，泊松比σ，体积形变模量K等。

杨氏模量(E)--- 弹性体拉长或压缩时应力（F/A）与应变(ΔL/L)之比。

切变模量(μ)---弹性体在剪切力作用下,切应力（F t/A）与切应变(Δl/l)之比。

泊松比(σ) --- 弹性体在形变时横向形变（相对减缩ΔD/D）和纵向形变（相对伸长ΔL/L）之比。

体积形变弹性模量(K) ---在外力作用下，物质体积相对变化（体积应变）与应力之比。

它的倒数为体积压缩系数。

二、岩石中的声波传播特性声波测井的声波频率：15Khz~30Khz（声波和超声波）。

质点的震动以波动形式在介质内传播，根据质点震动方向与波的传播方向的关系，分为；纵波—质点震动方向与波传播方向一致（压缩波）；横波—质点震动方向与波传播方向相互垂直（剪切波、切变波）；声波在介质中的传播速度主要取决于介质的弹性模量和密度。

在均匀介质中，声波速度与杨氏模量E 、泊松比σ、密度ρ的关系为：)21)(1()1(σσσρ-+-⋅=E v p )1(21σρ+⋅=E v s 三、声波在介质界面上的传播特性1、波的反射和折射波阻抗----定义为介质的声速与密度之乘积。

声波测井声波测井是通过测量井壁声学性质来判断地层的地质特性及井眼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。

第一节井内声波的发射、传播和接收声波是机械波，是机械振动在媒介中的传播过程。

声波测井首先要在井内建立一个人工声场，这就需要一个声波发射器T，它向井内发射有一定声功率、有一定方向和频率特性的声脉冲。

其次，声波在井内的传播与井内流体和井壁附近地层的性质有关。

最后，在离声波发射器足够远的地方放置声波接收器R。

井内泥浆是一种液体，由于它只能发生体积形变，不能发生剪切形变，所以它只能传播纵波，不能传播横波。

则置于井内泥浆中的声波测井换能器发射的或接收的都是纵波。

当岩石受到声源激发时，它不但能发生体积形变，而且能发生剪切形变，故可同时产生纵波和横波。

1、声时差：声波在介质中传播单位距离所用的时间。

2、声速：声波在介质中单位时间传播的距离。

3、声压：声波在介质中传播过程的某一瞬间，声波在介质中产生的瞬时压强。

4、声强：在声波传播的波阵面上，单位面积上的声功率大小。

5、声衰减：声波在传播过程中为克服介质质点之间的摩擦或粘滞作用以及介质中有声波传播时的热传导及弛豫现象等，使在介质中传播的声波发生能量或幅度衰减，声能转化成热能的不可逆过程。

6、声阻抗：介质密度与声速的乘积。

7、水泥胶结测井：通过测量套管波第一正峰幅度来检查固井质量的一种测井方法。

8、什么是斯通利波？有什么特点？答：斯通利波是在井内流体中传播的一种诱导波，是沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层滑行横波相互作用产生的，相当于几何声学的泥浆直达波。

特点是：有轻微频散，无截止频率：相速度略低于群速度；能量集中在低频段，在井轴方向无衰减，井壁向地层按指数减小；井径变小，幅度增加。

9、什么是声速测井的周波跳跃？它可能造成多大的时间测量误差？答：声速测井仪正常记录时，两个接收探头被同一首波触发，但在含气疏松地层或钻井液混有气体时，声波能量严重衰减，首波只能触发第一个接收探头而没有能力触发第二个接收探头，第二个接收探头只能被后续波触发，t 曲线显示为不稳定的特别大的时差。