测井课件第六章声波测井.pdf

第六章 声波测井第六章 声波测井 第六章 声波测井第六章 声波测井 （（Acoustic logAcoustic log）） PDF created with pdfFactory Pro trial version 声波测井声波测井 研究方法在研究方法在井内发射声波井内发射声波，使声波在地层中传，使声波在地层中传 播，测量声波在地层中传播时的播，测量声波在地层中传播时的速度或速度或 幅度幅度变化；变化； 研究的对象井孔周围地层或其它介质的研究的对象井孔周围地层或其它介质的声学性质声学性质；； 应用确定岩性，计算应用确定岩性，计算孔隙度孔隙度，判断气层，检查，判断气层，检查 固井质量等固井质量等. PDF created with pdfFactory Pro trial version 1基础知识基础知识 一.声波的频率、波长、周期一.声波的频率、波长、周期 PDF created with pdfFactory Pro trial version 周期（周期（TT波一周的持续时间，它相当于同波一周的持续时间，它相当于同 一方向两个相邻波峰或谷之间的测量时间。一方向两个相邻波峰或谷之间的测量时间。 频率（频率（f f每秒的周期数，是周期的倒数，每秒的周期数，是周期的倒数， 1Hz11Hz1周周/ /秒。秒。 声波测井使用的波频率是声波测井使用的波频率是151530KHz30KHz 波长（λ波长（λ 波前面在一周内传播的距波前面在一周内传播的距离离，， λλ v/f v- v/f v-传播速度）传播速度） PDF created with pdfFactory Pro trial version 二.声波测井将岩石二.声波测井将岩石近似为弹近似为弹性介质性介质 理想理想的的弹弹性介质是性介质是连连续、续、均匀均匀、、各各向向 同性同性和完全弹和完全弹性性的介质的介质 三.岩石的弹性力学参数三.岩石的弹性力学参数 i i L L A F E ε τ ∆ /（（1 1））杨氏模杨氏模量量E E 物理意义物理意义弹弹性性体体发发生单位线生单位线应变时应变时弹弹性性体产体产 生生的应的应力大小力大小，，说明弹说明弹性性体体在在外力作外力作用用下下发发生生 变变形形的的难易程难易程度度 PDF created with pdfFactory Pro trial version （（2 2））泊松比泊松比 σ 1 3 1 2 ε ε ε ε σ−− σ是是表示物体表示物体发发生几何形生几何形变的变的系系数数 （（3 3））体积密体积密度度ρ单位体积单位体积岩岩石石的质量，的质量，g/cmg/cm3 3 所有所有介质介质泊松比泊松比的的值都值都在在0-0.50-0.5之间之间 常见常见岩岩石石的的平均值约为平均值约为0.250.25 PDF created with pdfFactory Pro trial version （（1 1））纵纵波速度波速度VpVp与横与横波速度波速度VsVs 211 1 σσρ σ − − E V P 1 2σρ E Vs σ σ 21 12 / − − VsV P 四四、岩、岩石石的声学的声学参参数数 PDF created with pdfFactory Pro trial version （（2 2））声波时声波时差差 （（慢慢度度slownessslowness）） 纵纵波时波时差差 P P V t 1 ∆ 横横波时波时差差 S S V t 1 ∆ 单位单位μμs/m s/m 或或 μμs/ft s/ft PDF created with pdfFactory Pro trial version （（3 3）声）声阻抗阻抗Z Z（（声速声速与密与密度的度的乘积乘积）） （（4 4）声）声衰减系衰减系数数α l epp α− 0 α是岩是岩石石对声波的对声波的衰减衰减（（吸收吸收））系系数，它数，它 与与介质的声速、介质的声速、密密度度及及声波的频率声波的频率有关有关 。。 Zρν PDF created with pdfFactory Pro trial version 反射定理反射定理 折射定理折射定理 2 1 2 sin sin v v θ θ 当当v1,v2v1,v2一定时，一定时， ↑↑→ 2 θθ 如果如果v2v1,v2v1,当当θ2 290900 0, ,此此时时折折射波射波以以v2v2速度速度沿沿 界界面传播，面传播，称为称为滑行滑行波波. . 五五、、滑行滑行波波 1 θθ PDF created with pdfFactory Pro trial version 滑行波滑行波 PDF created with pdfFactory Pro trial version 临界角产生滑行波的入射角称为临界角。临界角产生滑行波的入射角称为临界角。 p p v v i 1 arcsin s s v v i 1 arcsin 产生产生滑行纵滑行纵波波的的入入射射角称为角称为第一第一临界角临界角i ip p 产生产生滑行横滑行横波波的的入入射射角称为角称为第第二临界角二临界角i is s PDF created with pdfFactory Pro trial version （1） 产生条件（1） 产生条件 V V2 2VV1 1 以临界角以临界角入入射射 2 1 * 1 arcsin V V θ 滑行滑行波波非均匀非均匀波，波，6363能能量量集集中在中在1 1个波长内，个波长内， 在在3 3个波长内个波长内能能量量占占98,98,这就决这就决定定了了声速测井声速测井 的的探探测测深深度度，，大约大约是一个波长，是一个波长，0.20.3m0.20.3m左左 右右，相当于，相当于储储层的层的冲洗带冲洗带。。 （（2 2））滑行滑行波波能能量量分布分布 PDF created with pdfFactory Pro trial version 六.井内声波的发射、传播和接收六.井内声波的发射、传播和接收 压电效压电效应应压电陶瓷晶压电陶瓷晶体体在外力作用下产生在外力作用下产生 变形时，会引起晶体内部正、负电荷中心发变形时，会引起晶体内部正、负电荷中心发 生生位位移而移而发发生生极极化化，导致晶体表面出现，导致晶体表面出现电荷电荷 累累积积。。 逆压电效逆压电效应应将晶体置于外电场中，电场的作将晶体置于外电场中，电场的作 用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从而用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从而 导致晶体表面产生变形。导致晶体表面产生变形。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 声系声系 发射发射探头探头T T将将电电能能转换转换为为声声能能，，逆压电效逆压电效应应 接接收收探头探头R R将将声声能能转换转换为为电电能能，，压电效压电效应应 测井测井现现用于发射用于发射和和接接收收纵纵波波的的压电陶瓷压电陶瓷制成制成有有限限 长的长的圆管圆管；； 具具有有一定的方向一定的方向特特性性和和频率频率特特性。性。 PDF created with pdfFactory Pro trial version T S 波 S 波 井 壁 P 波 P 波 单极子声源振动示意图 PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2声波速度测井声波速度测井 一、井下仪器一、井下仪器 声声系系（发射（发射探头探头、、接接收收探头探头）） 电子电子线线路路（（产生产生脉冲电流脉冲电流、、放放大大接接 收收信号信号）） 二二、、单单发发双双收收声速测量声速测量原原理理 1 1、井、井下滑行下滑行波的波的产生产生 VpVmVpVm 发射发射探头探头有有方向方向特特性，性，保证保证各各种种 地层地层都有以临界角入都有以临界角入射的波射的波 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、接收探头能接收到的波（路径）2、接收探头能接收到的波（路径） （（1 1））直达直达波波 （（2 2））反反射波射波 （（3 3））滑行滑行波波 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3、使滑行波称为首波的条件3、使滑行波称为首波的条件 （1）滑行波的时间最短的路径（1）滑行波的时间最短的路径 费尔玛费尔玛时间时间最最小小原原理理 声波以临界角声波以临界角θ* *入射到入射到 两种介质的分界面上后，沿两种介质的分界面上后，沿 边界以地层速度滑行，以临边界以地层速度滑行，以临 界角折回泥浆到达接收探头界角折回泥浆到达接收探头 的路径所用时间最短。的路径所用时间最短。 θ* * PDF created with pdfFactory Pro trial version 2使滑行波先于直达波到达R2使滑行波先于直达波到达R加加大大源源距距L L 滑行波的传播时间滑行波的传播时间 121 1 v CD v BC v AB t 直达直达波的传播时间波的传播时间 1 2 v L t 21 2 cos 2 v ltgL v lθ θ − PDF created with pdfFactory Pro trial version 使滑行波先于直达波到达接收探头必须满足使滑行波先于直达波到达接收探头必须满足 12 tt 即即 211 2 cos 2 v ltgL v l v Lθ θ − 化化简简l vv vv l vv vv L22 12 21 2 1 2 2 21 − − PDF created with pdfFactory Pro trial version 12 21 * 2 vv vv lL − 临界临界源源距距使使滑行滑行波波成成为为首首波的波的最最小小源源距。距。 最低最低速速泥泥岩岩v v2 21800m/s1800m/s，， 泥浆泥浆v v1 11600m/s 1600m/s 标准标准井井径径0.25m,0.25m,探头直径探头直径0.05m0.05m 1.0 2 05.0 2 25.0 −l mL85.0 * ∴ PDF created with pdfFactory Pro trial version 3在仪器外壳上刻槽3在仪器外壳上刻槽 作用作用 1）使沿外壳传播的波多次反射，能量衰减；1）使沿外壳传播的波多次反射，能量衰减； 2）延长传播路径和时间；2）延长传播路径和时间； 3）使不同相位的波相互叠加。3）使不同相位的波相互叠加。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 4、测量原理4、测量原理 滑行波到达R1,R2的滑行波到达R1,R2的时间时间差差 12 ttt−∆ 1221 v AB v BC v CD v DF 121 v AB v BC v CE − 当井当井眼规则眼规则时时 CEDF 22 v l v CD t∆ PDF created with pdfFactory Pro trial version 声波时声波时差差 深度记录点深度记录点 探测深度探测深度 5、探测特性5、探测特性 纵纵向向分分辨辨率率 声波传播声波传播单位单位距距离离（（1m1m所所用的时用的时 间，间， 记记为为 ∆t t ，，单位单位 s/ms/m R1R1，，R2R2的中的中点点 一个波长（一个波长（0.2-0.3m0.2-0.3m 测量的是测量的是间距间距范范围内的围内的 地层的地层的平均值平均值（（0.5m0.5m PDF created with pdfFactory Pro trial version 三、井眼补偿声速测井三、井眼补偿声速测井 1、井眼扩大对单发双收的影响1、井眼扩大对单发双收的影响 PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、双发双收井眼补偿声速测井2、双发双收井眼补偿声速测井 上下发射器交替发射上下发射器交替发射 声脉冲，并分别测量声脉冲，并分别测量 ∆t t1 1和和∆t t2 2，最终记录，最终记录 声波时差声波时差 2 21 tt t ∆∆ ∆ PDF created with pdfFactory Pro trial version 优点优点 缺点缺点 （1）可补偿扩径的影响（1）可补偿扩径的影响; ; （1）分辨率降低;（1）分辨率降低; （2）可消除深度误差。（2）可消除深度误差。 （2）低速地层会出现（2）低速地层会出现 “盲区盲区” PDF created with pdfFactory Pro trial version 四、声速测井资料的应用四、声速测井资料的应用 1、确定孔隙度1、确定孔隙度 PDF created with pdfFactory Pro trial version 2、 识别气层和裂缝2、 识别气层和裂缝（周波（周波跳跃跳跃）） 周波周波跳跃跳跃 地层对声波衰减过地层对声波衰减过 大，使仪器（第二个大，使仪器（第二个 接收探头）未能检测接收探头）未能检测 到首波波至，导致到首波波至，导致声声 波时波时差差变变大大，或，或忽高忽高 忽忽低低的变化的变化 门槛检测技术门槛检测技术 PDF created with pdfFactory Pro trial version 3 声波幅度测井声波幅度测井 一、套管井固井后井孔附近介质分布一、套管井固井后井孔附近介质分布 厚7.5211.51厚7.5211.51mm mm Vp54005700m/sVp54005700m/s 厚2060厚2060mm mm Vp27404880m/sVp27404880m/s 第一第一界界面面套管与水泥环界面套管与水泥环界面 第第二界二界面面水泥环与地层界面水泥环与地层界面 钢套钢套管管 水水泥泥环环 PDF created with pdfFactory Pro trial version 二、套管井中声波全波列二、套管井中声波全波列 PDF created with pdfFactory Pro trial version 1. 1. 套套管管波是波是以以第一第一临界角入临界角入射的射的纵纵波波经经泥浆泥浆与与套套管管 的的分分界界面面折折射射后后，在，在套套管管中中产生滑行产生滑行波波再再以临界角折以临界角折 回回的波；的波； 2.水泥环波相当于套管与水泥环合成的厚板中传播的2.水泥环波相当于套管与水泥环合成的厚板中传播的 波。由于胶结好有微裂缝，胶结不好不够致密，波。由于胶结好有微裂缝，胶结不好不够致密，水水泥泥环环 波波能能量（幅度）量（幅度）很很小小。。 3.地层波3.地层波可粗略可粗略的看成是透过很薄的套管上发生临界的看成是透过很薄的套管上发生临界 折射形成的。折射形成的。 4.泥浆波是沿泥浆传播，直接到达接收器的波。4.泥浆波是沿泥浆传播，直接到达接收器的波。 PDF created with pdfFactory Pro trial version 三.影响三.影响套套管管波幅度波幅度的因素的因素 四.幅度与第一界面胶结情况的关系四.幅度与第一界面胶结情况的关系 a.泥浆吸收；a.泥浆吸收； b.界面吸收；b.界面吸收； c.反射和折射能量分配；c.反射和折射能量分配； d.d.在在套套管管中传播时中传播时能能量的量的衰减衰减。。 （（1 1））胶结好胶结好，，套套管管波幅度波幅度小小 （（2 2））胶结不好胶结不好，，套套管管波幅度波幅度大大 PDF created with pdfFactory Pro trial version 五、固井声幅测井五、固井声幅测井 1）声系 采用单发单收声系， 源距为1m;1）声系 采用单发单收声系， 源距为1m; 1、测量原理、测量原理 2）按套管波第一正峰到达时间（固定门声幅）2）按套管波第一正峰到达时间（固定门声幅） 对其幅度进行采样;对其幅度进行采样; 3）再将它们展宽放大，经积分电路平滑后输出3）再将它们展宽放大，经积分电路平滑后输出 直流电压；直流电压； 4）记录电压随深度变化曲线4）记录电压随深度变化曲线 PDF created with pdfFactory Pro trial version 相对幅度40，胶结质量差； 2、应用、应用 检查检查固井质量固井质量 相对幅度相对幅度目目的层声幅的层声幅/ /自由套自由套管管处处声幅声幅 PDF created with pdfFactory Pro trial version PDF created with pdfFactory Pro trial version