地球物理测井课件：第九章 声速测井

第九章声速测井

声速测井是测量井下岩层声波传播速度（或时差），以判别井剖面地层岩性、估算孔隙度的测井方法

主要内容1、井内声波信号的传播规律2、时差的记录3、声速测井资料地质应用首先看一下什么是声波?描述声波特征的是那些参数?一般:f>20000hz:超声波f=(20~20000)hz:声波f<20hz:次声波9.1井内声波传播规律

一岩层速度

1岩层速度在均匀各向同性介质中,纵波、横波速度为：与密度、弹性系数有关，对于岩层速度是：1）与岩石的矿物成分、弹性特性、密度有关；2）与岩层的孔隙度、流体特性及饱和情况有关；3）与埋藏深度、地质年代、地质构造等有关。

岩性是影响声速的最主要因素

不同灰质胶结物砂岩声速（胜利）

几种常见岩石骨架参数及孔隙流体参数表

不同地质年代泥岩地层的声速不同流体介质声速不同孔隙度砂岩的声速

不同压力、温度下岩石速度变化

饱和水和干燥岩石速度随压力变化

岩心速度与含气饱和度的关系纵波纵波横波横波

V1Vp，Vs1、反射折射定律在两种介质界面上，声波传播符合斯奈尔定律(沿界面视速度相等)泥浆地层二、反射与折射

V1Vp，Vs2、垂直入射幅度反射、折射系数能量反射、折射系数

三、滑行波1、滑行纵波由折射定律V1泥浆Vp、Vs地层也就是折射纵波沿井壁岩层传播—滑行纵波，此时入射角为第一临界角，即

滑行纵波特性：1）沿井壁附近滑行传播，速度为Vp。2）是一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减(?)，能量集中在3p（即Vp/f）范围内，在Z=p内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个p左右。例：砂岩Vp=4000m/s，f=20kHzp=0.2m

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,其波阵面是圆锥体。说明C与B点波阵面相位相同，F点发射源看作点源，向四面入射，以C点固定CB面转一周成圆锥面。

4)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体。说明C与B点波阵面相位相同，F点发射源看作点源，向四面八方入射，以C点固定CB面转一周成圆锥面。

2.滑行横波由折射定律

也就是折射横波沿井壁岩层传播—滑行横波，此时入射角为第二临界角，即滑行横波特性:1）沿井壁附近滑行传播，速度为Vs。2）是一种非均匀波，在地层中，离井壁径向距离增加按负指数规律衰减，能量集中在3s（即Vs/f）范围内，在Z=s内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个s左右。3）滑行横波幅度大于纵波幅度它们的波长之比为：Vs/Vp•fp/fs=0.578•20/18=0.65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。另外，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。某些地层纵横波速度和临界角Vf=1600m/s，=1.2g/cm3ABCTRL除了滑行波外还有”直达波”和反射波.1<c反射波,地层折射纵横波2)c<1<s反射波地层折射横波3)s<1<900全反射波—伪瑞利波（界面波）4）1900直达波—斯通利波(界面波)在上一节讨论了波的传播,那么那一种波与地层性质有关?如何记录?记录十有什么条件?这一节我们来讨论这些问题9.2声系与时差记录一滑行波（纵波）作为首波接收条件井眼条件下用几何声学方法分析大致有三种波:滑行波与直达波、反射波,这几种波只有滑行波与地层性质密切相关,因此声速测井接收滑行纵波，来反映地层的特性。那么如何简单有效把滑行波与直达波、反射波区分开来呢?ABCTRLac直达波TR：反射波TBR：滑行波：

TACRABCTRL根据费尔玛最小原理，滑行波最先到达R处所满足的条件：当L>0.825m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。目前国产仪器源距为1米一般仪器的外壳是钢管，通过刻槽方法消除来自钢管的直达波，经多次反射使能量急剧衰减。问题:1.在高速地层中（Vs>V1)滑行横波是否可作为次首波?2.在慢速地层中（Vs<V1)滑行横波是否可作为次首波?ABCTRL取泥岩(最低)：Vp=1800，V1=1600，a=0.1,L#=0.825m取白云岩(最高)：Vp=7900，V1=1600，a=0.1,L#=0.25mABCTRL二、单发单收声系对于单发单收声系L=1米，波在实际地层中滑行的距离不同，不仅与地层特性有关，还与井眼条件有关，受泥浆的影响不是固定的,很难得到地层的速度。三、单发双收声系VpV1TR1R2TR1：TR2：因此当井眼规则时，t只与地层速度有关，实现了测量地层速度的目的。通常通过仪器刻度，时差单位为t=1/V（m/s）=106/V（us/m）或用单位us/ft（1ft=0.3048m)1单法双收声系测量原理2单发双收声系的优点

(1)能直接测量岩层的声波速度或时差;在固定l上仅与岩层速度有关传播时间,在整个井眼剖面上得到的岩层速度指在l间距内平均值。

(2)现用间距为0.5米,使声波测井曲线能划分厚度0.5米以上岩层。问题:间距l是不是愈小愈好？

例：dt=2us，砂岩t=182us/m，白云岩t=141us/m

砂岩：dt’=2/(0.5*182)=2.2%

白云岩：dt’=2/(0.5*141)=2.8%若l=0.2米砂岩：dt’=2/(0.2*182)=5.5%

白云岩：dt’=2/(0.2*141)=7.1%为了提高对薄层的分辨率,需要提高仪器的测量精度,以减小间距l。目前最小间距l=0.1524米(6in)。3存在的问题：

(1）井眼不规则影响；当ABCEDF时记录的时差不仅与地层速度有关，还与泥浆速度、井径大小有关。

1、正常2、DF<CE负异常3、正常5、正常2、DF>CE正异常

(2)仪器记录点与实际传播路径中点不在同一深度上O为仪器记录点R1、R2的中点，实际深度点O’为传播路径的中点，两者相差h=atgc，产生深度误差。例：泥岩0.192米(a=0.1米)

白云岩0.023米(a=0.1米)对于上发下收：H-h=H-atgc对于下发上收：H+h=H+atgc但由于井径和角度c是变化的，因此深度误差没法校正。

四、双发双收声系1测量原理当井眼规则时F1—J1、J2J1:ABCEJ2:ABDFt1=CD/VpF2—J2、J1J2：A’B’C’E’J1：A’B’D’F’t2=C’D’/Vpt=（t1+t2）/2=CD/Vp测量段为CC’

（1）可消除井径变化对测量结果的影响F1—J1、J2，分别在扩井、未扩井段F2—J2、J1，分别在扩井、未扩井段在扩井井段CE=D’F’，在未扩段C’E’=DF，则F1F2J1J2AEF’FE’A’BCD’DC’O’O’’B’2优点

（2）可消除深度误差F1—J1、J2，实际深度点O’h=-atgc，实际深度H-atgcF2—J2、J1，实际深度点O’’h=atgc，实际深度H+atgc实际O’O’’的中点就是仪器记录点O，两者一致。即时差平均值的中点（岩层CC’的中点）（注意：对于薄互层，速度变化大，可能有误差）

3缺点（1）薄层分别率差单发双收：h=l双发双收：h=CC’=l+2atgc•tgc<l/2a,c=tg-10.5/2*0.1<68.20CD与C’D’有重合部分,可划分1~2l厚薄层。•c>68.20(底速地层),CD与C’D’不重合,只能划分大于2l的薄层

T1T2R1R2CDD’C’(2)对于低速地层出现盲区当c>68.20(低速地层),CD与C’D’不重合之间有间隔,此间隔地层对测量结果无贡献称盲区。对于泥岩，盲区厚度

h=C’C-2l=2atgc+l-2l=2atgc-l=0.267m(a=0.2,l=0.5,c=62.450)9.3时差曲线及其应用时差曲线特点时差曲线影响因素时差曲线应用

一声速曲线特点1、测井曲线形态（1）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点；（2）岩层界面位于时差曲线半幅点处；（3）在界面上下0.5米不反映岩层的时差（L=0.5米）。泥岩砂岩泥岩tJ1J22、读值方法（手工）（1）均匀层由上下岩层界面内缩0.3米取平均值;0.3米平坦值0.3米面积平均值0.3米0.3米

2、读值方法（手工）(2)非均匀层求孔隙度,由上下岩层界面内缩0.3米取面积平均值非均质研究或划分有效厚度,一般分两段含泥质夹层,由上下界面内缩0.3米,扣除夹层后取面积平均值面积平均值0.3米0.3米面积平均值0.3米0.3米

（1）相位误差时差是通过电平触发两道波形（模拟信号）得到的两个波传播时间而获得的。例：f=20kHz，一周为T=50us，半周25us，可能引起的误差10~15us，f<20kHz,误差更大.。因此用电平触发方式很难消除这种误差。

提高频率如何？•泥浆衰减•高频信号传输不好引起信号畸变。二影响声速测井因素

（2）周波跳跃气层、裂缝发育地层波衰减大，第二道接收器R2，由于首波幅度很低，不能触发电平（固定），而触发后续波（例横波），时差增加了几个周期的—周波跳跃。过去也往往用来识别气层和裂缝储层。

（4）源距和间距影响

源距影响源距长探测岩层深,源距短探测岩层浅,破碎带影响大,但也要考虑衰减的影响。

如表源距与探测深度关系间距影响间距大小对曲线的测量精度有影响(相对误差、幅度衰减引起周波跳跃,对分层能力也有影响。（3）噪声干扰这种情况往往是测量过程、仪器本身等因素造成的。可用数字记录方法来克服，例相似相关方法。

当间距小于岩层厚度时，测量时差反映岩层时差；当间距大于岩层厚度时，测量时差是岩层和围岩时差的混合值。

三声速曲线应用1、地层对比—划分地层（1）砂泥岩剖面：砂岩时差较高，胶结物性质和含量对时差有影响，如钙质较泥质砂岩时差低，随钙质增加时差下降；孔隙度、气体含量增加会使时差增大；泥岩一般显示高值，但泥岩中含砂、钙质、石膏都会使下降；砾岩一般时差较低；页岩介于泥岩和致密砂岩之间。砂岩骨架时差一般182us/m(或56us/ft),泥岩为328us/m(或100us/ft)。时差曲线能很好反映砂岩的致密性，能区分致密和渗透性砂岩。（2）碳酸岩盐剖面：致密石灰岩和白云岩时差最低(49us/ft、43us/ft);含泥质时差会增大,泥岩和泥灰岩时差较高,孔隙性、裂缝性石灰岩和白云岩时差明显增大，甚至出现周波跳跃。（3）膏岩剖面：渗透性砂岩时间最高；泥岩中含钙、含膏与致密砂岩相