长江大学 声波测井 课后习题

1、第一章1、写出纵波速度和横波速度的表达式（用弹性系数表示），并推到一般地层中纵波速度和横波速度的关系。声波速度 泊松比的取植范围为00.5，r显然总是大于1，可见纵波速度总是大于横波速度。对自然界中常见的岩石来说，s=0.25，这样可以得到: r=1.73。理想流体中不存在切应变，即，所以理想流体中无横波存在，只有纵波。2、推导滑行纵波作为首波接收的几何声学条件，并讨论声波测井中源距的选择原则。直达波：滑行纵波：滑行纵波作为首波几何声学条件:当L0.825m时,在整个地层剖面,接收的首波总是来自沿井壁岩层传播的滑行纵波。声波测井中源距的选择原则：a.首波特性：要保证首波为滑行波而不为泥浆直达波

2、，源距不能选择太小。 b.衰减问题（周波跳跃）:为保证接收器有效接收信号，必须考虑滑行波的衰减问题，源距大会使衰减增强，容易发生周波跳跃，因此源距不能选择太大。c.波组分（纵波、横波、全反射波）：根据测井解释的不同目的，需要获得更多组分的波。这是需要在发射声功率允许下适当增加源距，以保证各种波群能够在时间域内有效的分离开。3、在硬地层（地层横波速度大于泥浆速度）中，滑行横波能否作为次首波接收？讨论并推导滑行横波作为次首波接收的条件。能。有题意知：只需滑行横波的时间仅次于滑行纵波即可，即：t。当时滑行纵波为首波，此时，,。同上题理，只需，即可满足 Z1同相位2、Z230%时偏高;(2)骨架时差选

3、择择存在问题,砂岩骨架用182us/m(或18000ft/s,55.5us/ft),实际上砂岩骨架时差是在168182us/m变化 (或51.255.5us/ft),石灰岩是143156us/m(或43.647.5us/ft)变化,白云岩在126143us/m(或38.443.6us/ft)变化。存在选择合适骨架时差问题（3）对欠压实地层需要压实校正及确定岩石系数优点：与时间平均公式比较:(1）在低中孔隙度地层雷尹麦公式合适(平均公式改用Vma=19500ft/s);(2)2530%,两者一致;(3)35%,平均公式欠压实,雷尹麦公式考虑了压实校正因素;(4)雷尹麦公式中骨架时差采用单一值,平

4、均公式为1800019500ft/s变化.用体积公式计算孔隙度的缺点把地层结构简单化了，把地层的测井参数简化成各结构成分的测井参数的体积权衡值，抹杀了各岩层之间的结构差别9.简述声速测井的应用。1、地层对比划分地层根据不同岩层的声速不同进行岩层的划分。2.判断气层3.确定岩层孔隙度时差曲线能有效地区分渗透性砂岩和致密砂岩。能有效地确定砂岩地层的孔隙度。但要进行油气、泥质、钙质校正及压实校正。4.确定断层力学性质 断层按力学性质可以分为压性断层和张性断层5.地震标定和地球化学指示6.估算地层压力10.叙述利用声速测井资料估算地层异常压力的原理，并画图说明。估计地层异常压力估算地层压力的方法随覆盖

5、地层的加厚，岩层受压力增大，孔隙度减小，厄赛（Athy，1930）提出孔隙度与深度有关。异常点B垂直地应力与正常点A地应力相同， B点的孔隙流体压力 A点正常地应力原理:对于高压异常井段，地层孔隙内液体压力大于地层静水柱压力，他承担了一部分上部覆盖地层的压力，使岩石骨架承受的压力减小，反映在孔隙度和声波时差上出现了异常段第四章1、套管井中声波类型有哪些？简单叙述各自的特征。1）、套管波：首波传播服从费马原理。最先到达的是套管滑行纵波。套管波到达接收器时间只与源距，套管、仪器尺寸有关，所以其到达时间在全井段是不变的，可以采用单发单收声系。因此套管波幅度的大小可确定第一界面水泥胶结质量。2）、水泥

6、环波：在第一界面上不会出现滑行波，有一次或多次反射（sinq2/sinq3=V2/V3,V2V3),由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密,一般水泥环的能量很弱,常被其它波列所掩盖,忽略不计.3）、地层波：水泥地层(第二界面)胶结好时（V4V3), 一般出现地层波(滑行纵横波),地层波的出现说明二界面胶结良好，进而可以利用地层波信息（幅度、能量）反映二界面胶结情况。4）、泥浆导波：接收器接收到的泥浆波时间不变，T=189*5=945us2.套管波的影响因素有哪些？1）套管的直径的影响套管直径实际上对套管波的衰减无影响。它是反映泥浆对声波衰减的影响，也即对套管波原始振幅有影响。2) 套管厚度的影响

7、自由套管的厚度对衰减系数影响不明显,当套管外有水泥固结时,衰减系数与套管厚度有关。在水泥抗压强度一定时，随着套管厚度增大，衰减系数减小，即声幅度增加 。3)水泥环对套管波幅度的影响a.水泥抗压强度的影响水泥会使套管波能量减少，实验研究表明，水泥对套管波衰减系数与水泥的抗压强度有关，抗压强度增大，衰减系数也跟着增大b水泥环密度的影响水泥环的密度越大，水泥环的声阻抗更接近钢质套管的声阻抗值，声波在套管水泥界面上反射波幅度越小，也即套管中声波幅度衰减越大。 c.水泥环的厚度的影响水泥环的厚度增加，也将使套管波的幅度减小。实验表明水泥厚度小于3/4英寸（1.905cm）时，随着水泥环厚度增大，套管波的

8、衰减系数也增大。当水泥环厚度大于3/4英寸时，衰减系数保持不变。d.水泥窜槽的影响固井质量要求套管与地层之间的环行空间全部水泥占有，如有一部分没有水泥或水泥没有胶结，给油水运动形成通道，称为窜槽。水泥窜槽会给油井生产带来不良后果，水层中的水会窜到油层中，影响油层的产油量。 4）地层特性对套管波幅度的影响地层特性对套管波没有明显的影响.5) 测量时间对套管波幅度的影响水泥灌入套管外的环形空间，将逐渐凝固，一般水泥侯凝时间越长，固结越好。因此测量时间对套管波幅度的影响，实际上是水泥固结侯凝时间对套管波幅度的影响。 3对比分析水泥胶结测井（CBL）、声波变密度测井（VDL）、以及分区水泥胶结测井（S

9、BT）的工作原理（声源频率，声系，源距，记录波形，评价对象）及其在评价固井质量方面的优缺点。水泥胶结测井（CBL）声波变密度测井（VDL）分区水泥胶结测井（SBT）声源频率压电陶瓷晶体，20kHz100kHz声系单发单收声系单发单收声系双发双收补偿声衰系源距3ft或1m 5ft6in记录波形首波幅度全波幅度首波幅度评价对象第一界面胶结情况第一、二界面胶结情况第一界面胶结情况优点1、结构简单不复杂。2、评价第一界面的胶结情况的技术成熟。1、快速直观、处理简单。2、可以对第二界面进行评价。1、360全方位，高分辨率。2、对仪器居中要求不高3、对微环不敏感，受泥浆影响小4受快速地层影响小缺点1、 受

10、仪器偏心影响大。2、 不能评价第二界面。3、 受微环隙影响大4、不能评价水泥胶结的周向差异状况5、没有周向分辨能力1、 无方位分辨率2、 仪器居中要求高3、 纵向分辨率低4、 受微环隙影响大5、不能评价水泥胶结的周向差异状况1、无法评价第二界面4叙述如何利用VDL测井资料评价固井质量（工作原理、分四种情况评价）。工作原理：以调辉方式记录整个波形（模拟信号），通过对波形按幅度大小以灰度等级来显示的（数字信号）。显示只保留波形正半周（或负半周），幅度大以黑色显示，幅度小以灰色显示，去掉的半周以白色显示，这样以黑白间互线条组成了变密度测井。1）自由套管大部分能量通过套管传播回到接收器，很少有能量进入

11、地层中。全波列波形中套管波幅度很大，地层波非常弱或没有。变密度曲线左端套管波为黑白反差明显呈整齐直线条；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失，没有地层波为套管波后续波，右端呈灰白间隔的直线条。声幅曲线为高幅值2）仅一界面胶结好大部分能量通过套管透射到水泥环中，很少进入地层中。全波列波形中套管波幅度弱，地层波也非常弱或没有。变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失，泥浆波呈灰白间隔的直线条。声幅曲线为低幅值3）部分胶结一部分能量在套管中传播，也有相当大能量透射到地层中。全波列波形中套管波幅度中等，地层波也呈中等强度变密度曲线左端套管波为灰白间隔直线

12、条；右端地层波为灰白间隔的曲线条。声幅曲线为中等幅值4）两个界面都胶结好套管、水泥和地层连成一体，大部分能量通过套管透射水泥，再透射到地层中。全波列波形中套管波幅度很弱，地层波很强变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失；右端地层波为黑白反差明显的曲线条。声幅曲线为低幅值5. 简述声幅测井CBL的影响因素。1、仪器偏心影响： (1)套管波幅度减小;(2)到达时间提前;(3)后续波失真;在井剖面上套管波到达时间不是固定的.采用扶正器来实现。2、记录套管波的局限(头半周): 仅评价一界面,不能评价二界面情况,窜槽有可能水泥地层胶结不好引起的。利用地层波来解决。3、水泥环间隙影响：间隙一般0.

13、1mm,不足以引起流体窜流,但对声耦合有影响,造成套管波幅度与部分胶结相同。解决办法： (1)加压再测量依次(可能造成压裂套管、水泥环) , (2)采用反射脉冲反射法测井。6.简述超声成像测井（USI）的工作原理及应用。工作原理：超声脉冲反射法测井测量采用门记录方式，在门电路中用第一个门记录（旅行时间）套管-水泥界面（第二界面）的反射波，用第二个门记录水泥-地层界面（第三界面）的反射波。由于套管、水泥、地层的声阻抗不同，更主要的是水泥胶结好坏大大影响水泥声阻抗，使得超声波在第二、第三界面反射回的声能是不同的，根据接收器接收的各界面反射声能就可以判断水泥胶结的好坏。应用：水泥胶结质量评价、360

14、方位的套管质量检查。第五章1.叙述偶极子和多极子声源测井的基本原理。1、脉动球源 右图表示一个中心位于原点的球状稳态声源，球表面做球对称的周期膨胀和收缩运动，表面径向速度为 ，球源的体积变化速度的幅度为 ，这里 。球源的作用相当于向空间注入介质，注入的体积速度是 ， 常作为声源强度的度量。脉动球源辐射的声场是当 ，则得到点源辐射的声场2、偶极子声源 右图表示两个相位相反的点声源，声源的坐标是 ， 是点源的距离，其中点源到声场的距离为 。根据前面建立的点声源声场的公式，得理想偶极子是 2.叙述偶极子波、四极子波的特点。a) 随频率降低，弯曲波和旋转波的速度都变大，并在某个特定的频率（即截至频率）

15、上速度趋近于井壁地层的横波速度；b)相速度都比群速度快；c)有爱瑞相d）软地层中，频率变化都与快地层相似。但截至频率低，且在截至频率附近速度随频率变化（即频散效应）明显。3叙述裸眼井中声波全波列及其类型（硬地层、软地层分别考虑）。一、滑行纵波1）滑行纵波是一种体波( qc)，沿井壁附近滑行传播，速度为Vp，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PPP波。2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减，能量集中在3lp（即Vp/f）范围内，在Z= lp内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个lp左右。3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥

16、面；若源距选择适当，滑行纵波在全波中为首波，幅度小，传播速度快。4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减的.直达波A1/Z 滑行纵波A 1/Z (lnZ)2。对于Ze=2.72m,滑行波衰减快，对于Ze=2.72m,直达波衰减快。5）存在共振频率，a为井径；bi 为贝塞尔函数J(bi)的零点，为3.83、7.01.;对于一般砂岩频率为10、20kHz左右。二、滑行横波1）滑行横波是一种体波( qS) ，沿井壁附近滑行传播，速度为Vs，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PSP波。2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减，能量集中在3ls（即Vs/f）范围内，在Z= l

17、s内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个ls左右。3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当，滑行横波在全波中为次首波，幅度较纵波幅度大。原因:横波波长较纵波短,因此靠近井壁附近滑行横波幅度较滑行纵波幅度有更多能量。 横波反射系数远小于纵波，即有更多能量进入地层，在相同的情况下有更多的能量转换为滑行横波。4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减的。直达波A1/Z滑行横波A 1/Z2 。不像纵波滑行横波始终比泥浆直达波衰减快。5）存在共振频率，a为井径；ai 为贝塞尔函数J0(a i)的零点，为2.4、5.52.;对于一

18、般砂岩频率为8、18kHz。6）当Vs0，存在一系列位置，z=dn声压幅值为零。超声成像测井声源反射距离必须大于近场长度D,否则测量信号幅度受近场衍射影响太大，得不到井壁声学图像。聚焦转换器4、简述超声成像测井影响成像质量的主要因素。声衰减的影响泥浆对声波衰减主要是摩擦吸收衰减和固相颗粒散射引起的衰减。摩擦吸收衰减与频率平方成正比，而颗粒散射衰减与频率四次方成正比，因此当频率较高时，泥浆性能对超声测量影响是不能忽略的。井眼形状和仪器偏心的影响由于井径的不规则性或仪器的偏心使得声信号在泥浆中传播时间因方位而异，即使井壁介质均匀，也会在成像测井图上呈现差别。更有甚者，可能造成部分或全部反射声束不能被换能器所接收，回波幅度严重下降，以至于在成像测井图上形成显著的黑色垂直条带。5、叙述超声成像测井的应用与解释。1判断地层的岩性、确定层面产状超声成像测井主要是根据岩层的声阻抗差异（反射波的幅度）得到不同明暗程度（不同灰度）的声学图像。泥岩和煤层声阻抗比其它岩层小得多，发射系数小