声波全波列测井

1、第六章第六章 声波全波列测井声波全波列测井 第一节第一节 声系与记录方式声系与记录方式 长源距声波全波列长源距声波全波列 测井仪的声系由两测井仪的声系由两 个发射探头个发射探头T1T1、T2T2 及两个接收探头及两个接收探头R1R1、 R2R2组成。组成。 1. 1. 长源距声波全波长源距声波全波 列测井仪列测井仪 T1T1和和T2T2、R1R1和和R2R2之之 间相距间相距2ft2ft，相当，相当 于于“间距间距”，T1T1与与 R2R2之间相距之间相距8ft8ft， 相当于相当于“源距源距”。 1. 1. 长源距声波全波列长源距声波全波列 测井仪测井仪 探头的工作顺序、记录结果编号以及所记

2、录的内容如探头的工作顺序、记录结果编号以及所记录的内容如 下逻辑表所示，下逻辑表所示，“0”0”表示不工作表示不工作，“1”1”表示工作表示工作。 探头 工作状态 时间 发射接收记录 结果 编号 记录内容 T1T2R1R2 T01010TT1T1-R1间10ft层段的时间差 T01001TT2T1-R2间8 ft层段的时间差 T10110TT3T2-R1间12ft层段的时间差 t10101TT4T2-R2间10ft层段的时间差 由上表可见：长源距声波测井仪的声系处于由上表可见：长源距声波测井仪的声系处于 不同的工作状态时，可以组合成四种单发单不同的工作状态时，可以组合成四种单发单 收声系，记录

3、四条相应的时间差曲线，其中，收声系，记录四条相应的时间差曲线，其中， TT1和和TT4都是都是3.048米米(10英尺英尺)层段上的时层段上的时 间差，在实际测井图上往往是重叠的。间差，在实际测井图上往往是重叠的。 虽然记录的四条时间差虽然记录的四条时间差 曲线由于源距长，井的曲线由于源距长，井的 影响相对减小，但最终影响相对减小，但最终 并不能消除井的影响，并不能消除井的影响， 因此，记录某一段地层因此，记录某一段地层 的时差值仍需要采取经的时差值仍需要采取经 验补偿的记录方式。验补偿的记录方式。 当当R1和和R2正对目的层时，正对目的层时， T1发射，发射，R1和和R2接收，接收， 记录到

4、记录到TT1和和TT2两个时两个时 间差数值；间差数值； TT1和和TT2的的 差值相当于差值相当于R1和和R2接收接收 到的到的T1发射出的声信号的发射出的声信号的 时间差，相当于一个发射时间差，相当于一个发射 探头在下方，接收探头在探头在下方，接收探头在 上方的单发双收声系，记上方的单发双收声系，记 作作t下 下 TT1TT2 经过一段时间，当经过一段时间，当T1和和 T2正对目的层时，正对目的层时，R2先先 后接收到后接收到T1和和T2发射出发射出 的声信号，记录成的声信号，记录成TT2和和 TT4两个数值；两个数值； TT4 TT2是是R2处接收到的处接收到的T1 和和T2发射声信号的

5、时间发射声信号的时间 差，这是一个双发单收差，这是一个双发单收 声系，其数值和与之对声系，其数值和与之对 称的称的R2发射，发射，T1和和T2接接 收的发射探头在上方的收的发射探头在上方的 的单发双收声系记录结的单发双收声系记录结 果完全相同，记作果完全相同，记作t上 上 TT4TT2 仪器自动将地层的时差值按仪器自动将地层的时差值按t1/2(t上 上 t下 下) 1/2(TT4-TT2)+(TT2-TT1)进行记录，其结果相进行记录，其结果相 当于源距为当于源距为2.4384米米(8英尺英尺)、间距为、间距为0.6096米米(2 英尺英尺)的双发双收声系井眼补偿记录结果。的双发双收声系井眼补

6、偿记录结果。 另外，当另外，当R1和和R2正对目的层时，正对目的层时，R1和和R2亦可接亦可接 收收T2发射的声信号：发射的声信号：TT3和和TT4，相当于单发双收，相当于单发双收 声系的源距增加到声系的源距增加到3.048米米(10英尺英尺)；同理，当声；同理，当声 系提升，系提升，T1和和T2正对目的层时，亦可由正对目的层时，亦可由R1分别接分别接 收收T1和和T2的发射信号：的发射信号：TT3和和TT1。目的层时差。目的层时差t 1/2(TT3-TT1)+(TT4-TT3)，相当于源距增大到，相当于源距增大到 3.048米米(10英尺英尺)、间距为、间距为0.6096米米(2英尺英尺)的

7、双发的双发 双收声系的井眼补偿记录结果。双收声系的井眼补偿记录结果。 注意：注意： 当当T1发射信号时发射信号时，R1和和R2接收到接收到T1发出的声信发出的声信 号的时间不同，所记录的地层层段、记录点深度号的时间不同，所记录的地层层段、记录点深度 也不相同。也不相同。 T1和和T2是交替工作的是交替工作的，T2滞后滞后T1一段时间工作，一段时间工作， 此时的声系已提升到新的位置。此时的声系已提升到新的位置。 R1和和R2接收到接收到T2发出的声信号的时间、记录的发出的声信号的时间、记录的 地层层段、记录点深度也不相同。地层层段、记录点深度也不相同。 因此，测井图上的因此，测井图上的TT1、T

8、T2、TT3和和TT4四条时四条时 差曲线，虽然形态相似，但时间差的数值不同，对应差曲线，虽然形态相似，但时间差的数值不同，对应 的深度也有所差异。的深度也有所差异。 但是，由于四条时差曲线的源距都较长但是，由于四条时差曲线的源距都较长(比通常声波比通常声波 测井源距测井源距1米左右大得多米左右大得多)，所以，虽然是用单发单收，所以，虽然是用单发单收 声系进行测井，但井对时差记录的影响相对要小得多。声系进行测井，但井对时差记录的影响相对要小得多。 按井眼补偿方式在井下记录到的滑行纵波时差值在测按井眼补偿方式在井下记录到的滑行纵波时差值在测 井图上标记为井图上标记为DTC，滑行横波时差，滑行横波

9、时差DTS。 采用长源距声系的主要优点：有利于采用长源距声系的主要优点：有利于 。这样，除了能较准确地记录岩层的横波及这样，除了能较准确地记录岩层的横波及 其它类型波的时差外，还可以其它类型波的时差外，还可以 以便于从各组以便于从各组 波群的波群的速度、幅度、频率速度、幅度、频率的变化上获得有关地层性的变化上获得有关地层性 质的信息。质的信息。 长源距声波全波列测井记录中的关键问题是长源距声波全波列测井记录中的关键问题是 在全波列中区分纵波、横波及其它类型的波，在全波列中区分纵波、横波及其它类型的波， 而最主要的是区分而最主要的是区分纵波和横波纵波和横波。现有的记录。现有的记录 方式是从纵波和

10、横波的方式是从纵波和横波的到达时间到达时间、相位相位和和幅幅 度度上加以区分和识别的。上加以区分和识别的。 纵波与横波的区分：纵波与横波的区分： 到达时间：到达时间：CpCstp p或或Cp/Cs1.75 储集层为裂缝孔隙；储集层为裂缝孔隙； s p或或Cp/Cs1.75 储集层为粒间孔隙；储集层为粒间孔隙； 2 Pickett提出利用横波时差估算孔隙度提出利用横波时差估算孔隙度： Cmas岩石骨架的横波速度；岩石骨架的横波速度； M经验系数，当经验系数，当37%时，时，m=2。 1980年，年，Raymer公式公式 （对比）（对比） CC tt t fmas m ps s )1 ( / fm

11、a m p CCC)1 ( 在根据在根据ts计算孔隙度的计算孔隙度的图版中：图版中： 白云岩：白云岩：ts/tp1.8； 石灰岩：石灰岩：ts/tp1.9； 砂砂 岩岩：ts/tp1.581.78； 含气砂岩含气砂岩：ts/tp1.6； 该方法的优点在于考虑了岩性对孔隙度的影响。该方法的优点在于考虑了岩性对孔隙度的影响。 如果考虑岩石的泊松比和岩如果考虑岩石的泊松比和岩 石的密度，可以绘出右图所石的密度，可以绘出右图所 示的纵波横波速度和孔隙度示的纵波横波速度和孔隙度 的关系。从图中可以看出：的关系。从图中可以看出： 随着孔隙度的增大纵横波速随着孔隙度的增大纵横波速 度都下降，纵波降低的更明度

12、都下降，纵波降低的更明 显；显； POR40%，Cp，Cs， Cp/Cs与与POR近似为线性关近似为线性关 系；系； POR=020%，Cp/Cs没有变没有变 化；化； 1.Cs 随随POR的变化不明显，的变化不明显， 不能用来计算孔隙度不能用来计算孔隙度 二二 判断孔隙形状及储集层孔隙类型判断孔隙形状及储集层孔隙类型 国内外研究表明：国内外研究表明：孔隙形状及大小是影响弹孔隙形状及大小是影响弹 性波的因素之一。性波的因素之一。 将孔隙形状看成长轴及短轴不同的椭球体，将孔隙形状看成长轴及短轴不同的椭球体， 纵剖面上的短轴长度纵剖面上的短轴长度a与长轴长度与长轴长度b的比值，的比值， 即即 a/

13、b作为孔隙形状的特征值，作为孔隙形状的特征值， 定义为定义为 “纵横比纵横比”。球形孔隙，。球形孔隙， =1， 数值越小，数值越小， 则孔隙越接近于裂缝。因此，则孔隙越接近于裂缝。因此， 与与 对弹性波对弹性波 都有影响。都有影响。 从上图可以看出：从上图可以看出： 孔隙度一定时，孔隙度一定时，降低，降低，Cp,Cs,Cp/Cs都降低；都降低； 这说明，在裂缝状孔隙的地层，声波的传播速度要小于同这说明，在裂缝状孔隙的地层，声波的传播速度要小于同 孔隙度的孔隙型地层。孔隙度的孔隙型地层。 孔隙度较小时，孔隙度较小时， 对对Cp,Cs,Cp/Cs的影响更加明显；的影响更加明显； 1. 孔隙度的变化

14、对孔隙度的变化对Cp/Cs影响不明显；而影响不明显；而对对Cp/Cs影响明影响明 显显 除了根据速度计算孔隙度的大小，还可以根除了根据速度计算孔隙度的大小，还可以根 据据纵横波的幅度信息判断储集层的孔隙类型纵横波的幅度信息判断储集层的孔隙类型。 统计资料表明：统计资料表明： 裂缝性储集层中纵波和横波的幅度都有减小，裂缝性储集层中纵波和横波的幅度都有减小， 而横波幅度的减小尤其显著。而横波幅度的减小尤其显著。 声波的衰减是由于溶洞或孔洞对声波的散射所引起的，岩声波的衰减是由于溶洞或孔洞对声波的散射所引起的，岩 石对声波散射衰减的大小与声波信号频率的三次方成正石对声波散射衰减的大小与声波信号频率的

15、三次方成正 比。比。 P与与 S分别为纵横波的衰减系数。分别为纵横波的衰减系数。 P与与 S都随孔隙度的增加而增大；都随孔隙度的增加而增大； 孔隙度不变时，孔洞半径增大，孔隙度不变时，孔洞半径增大， P与与 S增加；增加； 1.孔隙度不变时，孔洞半径较小时，孔隙度不变时，孔洞半径较小时， P与与 S 的变化更明显；的变化更明显； 三三 判断岩性判断岩性 对不同岩性的地层，其泊松比对不同岩性的地层，其泊松比 具有不同数具有不同数 值，而值，而 可由岩石的纵波与横波速度可由岩石的纵波与横波速度Cp和和Cs 计算得出。计算得出。 1 1 2 1 2 2 C C C C s p s p 岩石或岩石或

16、矿物矿物 C Cp p/C/Cs s 岩石或岩石或 矿物矿物 C Cp p/C/Cs s 石石 英英1.487泥灰岩泥灰岩 1.87- 2.45 方解石方解石1.931石石 膏膏2.49 白云石白云石1.800硬石膏硬石膏1.85 粘粘 土土1.936花岗岩花岗岩 1.63- 1.87 石英岩石英岩 1.67- 1.78 玄武岩玄武岩1.69 砂砂 岩岩 1.58- 2.05 辉长岩辉长岩 1.51- 1.67 常见岩石及矿物的常见岩石及矿物的Cp/Cs值值 对于常见的储集层岩性，对于常见的储集层岩性，Cp/Cs的常见值为的常见值为1.581.78(砂砂 岩岩)，1.8(石灰岩石灰岩)，及，及

17、1.9(白云岩白云岩)。砂岩、石灰岩、白云。砂岩、石灰岩、白云 岩的纵波及横波时差岩的纵波及横波时差 tp、 ts的分布如下图所示。的分布如下图所示。 从图中可以看出：从图中可以看出： 在碳酸盐剖面上，白云岩化程度升高，在碳酸盐剖面上，白云岩化程度升高，Cp/Cs比值增大；比值增大； 在砂泥岩剖面上，泥质含量增加，在砂泥岩剖面上，泥质含量增加， Cp/Cs比值增大；比值增大； 曲线符号为曲线符号为Cp/Cs的数值的数值 四四 判断岩石孔隙中流体的性质判断岩石孔隙中流体的性质 地层中的流体性质不同，则纵波与横波速度地层中的流体性质不同，则纵波与横波速度 比比Cp/Cs是不相同的，例如，含水砂岩的

18、是不相同的，例如，含水砂岩的 Cp/Cs大于含气砂岩的大于含气砂岩的Cp/Cs 。 五五 计算岩石的弹性力学参数计算岩石的弹性力学参数 )21)(1 ( 1 E CP )1 (2 1 E C S 若把地层看成是各向同性的弹性介质，则下面的关系成立：若把地层看成是各向同性的弹性介质，则下面的关系成立： 1 1 2 1 2 2 C C C C s p s p 1 )21)(1(2 C P E )1(2 E )21 (3 E K 则可以根据纵波横波速度计算弹性力学参数：则可以根据纵波横波速度计算弹性力学参数： 1 12.178.0 Cs C R 实际的计算表明，由上面计算的泊松比比实际的要大，实际长源实际的计算表明，由上面计算的泊松比比实际的要大，实际长源 距声波测井记录的横波为假距声波测井记录的横波为假Raylreigh波，其速度与波，其速度与Cs的关系为：的关系为： 我们目前对全