1、3 3声波测井声波测井（Acoustic log Acoustic log）3 3声波测井声波测井 3.1 3.1声波测井简介声波测井简介研究的对象：研究的对象：井孔周围地层井孔周围地层或或其它介质其它介质的的声学声学性质性质（速度、能量、频率变化等）（速度、能量、频率变化等）物理基础：物理基础：不同介质不同介质的弹性力学性质不同的弹性力学性质不同,使使其声波传播其声波传播速度、衰减速度、衰减规律不同规律不同地质基础：地质基础：岩性岩性、孔隙度孔隙度不同，不同，声波传播声波传播速速度不同度不同；孔隙；孔隙流体性质流体性质不同，不同，能量的衰减能量的衰减不同不同裂缝裂缝的存在，使能量衰减的存在，
2、使能量衰减测量方法：测量方法：用途：用途：确定确定岩性岩性，计算，计算孔隙度孔隙度，判断，判断气层气层，确定确定裂缝裂缝发育带，判断地层的发育带，判断地层的各向异性各向异性，检查，检查固井质量固井质量，确定地层，确定地层弹性参数弹性参数等等透射法：透射法：发射发射声脉冲，声能频率声脉冲，声能频率20kHz20kHz，使声波在地层中传播一段距离，使声波在地层中传播一段距离，接收器接收器 接收声信号（到达时间及幅度）接收声信号（到达时间及幅度）反射法：向井壁发射声脉冲，声能频率反射法：向井壁发射声脉冲，声能频率500KHz500KHz，接收经井壁的反射波幅度接收经井壁的反射波幅度一、发展历史一、发
3、展历史1.201.20世纪世纪3030-40-40年代，年代，一个发射器和一个接收一个发射器和一个接收器器-为地震解释的需要，提高为地震解释的需要，提高时深时深转换精度转换精度3.3.19541954年，年，单发双收仪器单发双收仪器（前苏联（前苏联),),得到声波得到声波时差（时差（t t）4.19564.1956年，年，WyllieWyllie等发表了著名的等发表了著名的“时间平均时间平均公式公式”，证实了证实了声速与岩性和孔隙度的关系声速与岩性和孔隙度的关系2.19522.1952年，出现了套管井的声幅测井年，出现了套管井的声幅测井水水泥胶结测井泥胶结测井5.19645.1964年，年，双
4、发双收（井眼补偿）双发双收（井眼补偿）声系，消除声系，消除井眼尺寸变化，仪器倾斜和偏心的影响井眼尺寸变化，仪器倾斜和偏心的影响6.606.60年代末，研制出了年代末，研制出了偶极子源偶极子源，能直接激，能直接激发横波信号，发展到发横波信号，发展到9090年代的年代的偶极子及多极子偶极子及多极子声波声波成像测井仪成像测井仪,可在慢速地层中得到横波速可在慢速地层中得到横波速度度7.207.20世纪世纪7070年代末（年代末（19791979年），出现了年），出现了长源长源距声波仪器距声波仪器，以数字记录方式记录，以数字记录方式记录全波列全波列8.208.20世纪世纪8080年代早期，出现了商用的年
5、代早期，出现了商用的声波阵声波阵列仪器列仪器9.9.大概大概2005,Schlumberger2005,Schlumberger公司推出公司推出Sonic Sonic Scanner-Scanner-单极单极+偶极子阵列声波仪偶极子阵列声波仪三维声波扫描成像测井仪三维声波扫描成像测井仪二、几个基本概念二、几个基本概念1.1.声波的周期、频率、波长声波的周期、频率、波长声波测井使用波的频率为声波测井使用波的频率为几百几百HzHz几百几百KHzKHz2.2.声波测井将岩石声波测井将岩石近似为近似为弹性介质弹性介质理想弹性介质理想弹性介质:固相、连续、均匀、各向同性和完全弹性固相、连续、均匀、各向同
6、性和完全弹性弹性波在理想弹性介质中传播时不发生衰减弹性波在理想弹性介质中传播时不发生衰减 3.3.弹性力学参数弹性力学参数（1 1）杨氏模量）杨氏模量E E（YoungYoungs Moduluss Modulus）（2 2）切变模量）切变模量 (Shear Modulus Shear Modulus）（3 3）泊松比）泊松比 （PoissonPoissons Ratios Ratio）（4 4）体变模量）体变模量K K（Bulk ModulusBulk Modulus）（5 5）体积密度）体积密度4.4.声场的基本物理量声场的基本物理量 （1 1）纵波速度）纵波速度VpVp与横波速度与横波速
7、度VsVs)21)(1()1(34EkVP)1(2EVs21)1(2/VsVPV VP PVVS S1PPtVD TC1SStVDTS（2 2）声波时差）声波时差:速度的倒数速度的倒数 声学声学:慢度慢度(slowness)(slowness)，声波测井声波测井:时差时差(单位：单位：s/m s/m 或或 s/fts/ft )（3 3）声压）声压P P(压强压强)一般指一个周期内的声压均方根值一般指一个周期内的声压均方根值单位：单位：PaPa（1pa=1N/m1pa=1N/m2 2),),psi=1lb/inpsi=1lb/in2 2（4 4）声阻抗）声阻抗Z Z：（5 5）声）声衰减衰减系数
8、系数 （声压衰减系数）（声压衰减系数）dpdlp 0lpp e 为声波的衰减（吸收）系数，它与介质的为声波的衰减（吸收）系数，它与介质的声速声速、密度、频率有关密度、频率有关 声速与密度的乘积：声速与密度的乘积：Z=Z=几何几何物理物理平面波平面波:声波的粘滞和热传导衰减系数声波的粘滞和热传导衰减系数:23232311()2vpcc消除频率影响的衰减系数消除频率影响的衰减系数:3222411()3svpAfcc水：水：As=8.8As=8.81010-15-15，25251010-1515空气：空气：As=1.37As=1.371010-11-11，2.02.01010-11-11气体气体比比
9、液体液体的声衰减系数的声衰减系数大大4 4个数量级个数量级5.5.井内声波的发射、传播和接收井内声波的发射、传播和接收(1)(1)换能器（探头）：换能器（探头）：测井常用测井常用压电陶瓷晶体压电陶瓷晶体（锆钛酸铅）锆钛酸铅）换能换能器，它具有机械和电学方面的特性：从机械器，它具有机械和电学方面的特性：从机械上看它是一个上看它是一个弹性体弹性体，具有机械特性；从电，具有机械特性；从电学上看它是一个学上看它是一个电介质电介质，具有介电特性。，具有介电特性。可以将可以将电磁能电磁能转换为转换为声能声能，又可以将，又可以将声能声能转换为转换为电磁能电磁能的器件。的器件。压电效应：压电效应：晶体在晶体在
10、外力作用下外力作用下产生变形时，产生变形时，会引起晶体内部正、负电荷中心发生位移而发会引起晶体内部正、负电荷中心发生位移而发生极化，导致晶体表面生极化，导致晶体表面出现电荷累积出现电荷累积。逆压电效应：逆压电效应：将晶体置于外电场中，将晶体置于外电场中，电场的电场的作用作用使晶体内部正、负电荷中心使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从发生位移，从而导致晶体表面而导致晶体表面产生变形产生变形。测井现用于发射和接收测井现用于发射和接收纵波纵波的压电陶瓷的压电陶瓷制成有制成有限长的圆管限长的圆管(称为单极子或对称声源称为单极子或对称声源)，其原始极，其原始极化方向是化方向是圆周圆周方向。方向。单极子
11、（单极子（对称对称）声源震动示意图）声源震动示意图dBD3x声源指向角特性花瓣图声源指向角特性花瓣图有限长有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性圆管状换能器发射的声波有一定方向性 圆柱状声源圆柱状声源声压最大值方向声压最大值方向波束角波束角(70%)单极子（对称）声源单极子（对称）声源 TRS波S波井 壁偶极子（偶极子（非对称非对称）声源振动示意图）声源振动示意图 偶极子（非对称）声源偶极子（非对称）声源声波测井理论计算和考察的困难：声波测井理论计算和考察的困难：1.1.发射和接收在井内泥浆中，井的影响不能忽略发射和接收在井内泥浆中，井的影响不能忽略2.2.地层中的波是地层中的波是经井壁界面
12、形成的不同模式转换波经井壁界面形成的不同模式转换波3.3.地层的地层的非均匀性、各向异性非均匀性、各向异性使得波动方程过于复使得波动方程过于复杂，甚至没有解析解杂，甚至没有解析解1.1.简化地层模型（简化成柱状两层介质），求简化地层模型（简化成柱状两层介质），求解析解；解析解；2.2.用有限元或有限差分求数值解，数值解是综用有限元或有限差分求数值解，数值解是综合效应的解，讨论结果还要结合解析解合效应的解，讨论结果还要结合解析解解决方法：解决方法：纵波横波 T导波 R2 a2 R 反射波水 平 界 面垂 直 界 面 反射波井 眼仪 器 （对称声源）（对称声源）声波传播声波传播几何模型几何模型 单
13、极子声源的典型全波列波形单极子声源的典型全波列波形 硬地层硬地层全波列全波列(频率频率15-30kHz)硬地层：硬地层：Vs(地层横波）地层横波）Vf（泥浆纵波）（泥浆纵波）软地层软地层全波列全波列(频率频率15-30kHz)滑行纵波（模式波滑行纵波（模式波)V1V2121212*12滑行波滑行波。902 临界角斯奈尔定律：斯奈尔定律：2sin1sin1sin21VVV(1)v1,v2一定一定2(2)若若v2 v1能量由佐普里兹方程给出能量由佐普里兹方程给出路径路径1 1）产生条件产生条件:V V2p2pVV1 1以第一临界角以第一临界角 入射入射PVV21*1arcsin2 2）速度：以地层
14、的速度：以地层的纵波速度纵波速度传播，频散可忽略传播，频散可忽略 3 3）幅度：随传播距离增加按）幅度：随传播距离增加按1/z1/z2 2 减小，与频率减小，与频率成反比成反比4 4）非均匀波非均匀波，能量集中在能量集中在1 1 3 3个波长内（个波长内（径向径向探测深度探测深度）滑行横波滑行横波(模式波模式波)1 1）产生条件：）产生条件：V V2s2sVV1 1 (硬地层）硬地层）以第二临界角以第二临界角 入射入射SVV21*2arcsin=2 2）速度）速度:以地层横波速度传播，低于纵波速度以地层横波速度传播，低于纵波速度,基本无频散基本无频散3 3）幅度：比纵波大）幅度：比纵波大151
15、52020倍倍4)4)相位相位:与纵波相位相差与纵波相位相差1801800 0伪伪瑞利波瑞利波(pseudo Rayleigh-wave)pseudo Rayleigh-wave)1 1）产生条件：产生条件：V V2S2SVV1 1声源频率大于截止频率声源频率大于截止频率2 2）速度）速度 ：小于地层纵、横波速，以地层的横：小于地层纵、横波速，以地层的横波速度为上限，井内流体的速度为下限，且波速度为上限，井内流体的速度为下限，且速速度有频散度有频散3 3）幅度：沿井壁传播时幅度不会衰减，）幅度：沿井壁传播时幅度不会衰减，进入地进入地层时显著衰减层时显著衰减(面波）面波）4 4）相位：与横波同相
16、位）相位：与横波同相位斯通利波斯通利波（Stoneley-wave Stoneley-wave）1 1）产生条件：）产生条件：T T d d 易激发易激发(d=0.25m(d=0.25m时时,f6kHz),fVmVpVm发射探头有发射探头有方向特性方向特性,保证各保证各种地层种地层都有以临界角入射的波都有以临界角入射的波2 2.接收探头能接收到的波（路径）接收探头能接收到的波（路径）（1 1）直达波）直达波 （2 2）反射波）反射波 （3 3）滑行波）滑行波为什么为什么R R能接收到滑行波能接收到滑行波惠更斯原理惠更斯原理3.识别滑行波：使其成为识别滑行波：使其成为首波首波(1)滑行波所经历的
17、时间最短的路径滑行波所经历的时间最短的路径费尔玛时间最小原理：费尔玛时间最小原理：声波以临界角声波以临界角 入射到两种介质的分入射到两种介质的分界面上后，沿边界以地层速度滑行，界面上后，沿边界以地层速度滑行，以以临界角方向折回泥浆临界角方向折回泥浆到达接受器的路径到达接受器的路径所用所用时间最短时间最短。*TRv1v2LABCD*滑行波：滑行波：1211vCDvBCvABt直达波：直达波：12vLt(2)使滑行波先于直达波到达使滑行波先于直达波到达R 加大源距加大源距L（第一条件）（第一条件）2*12cos2vltgLvl滑行波先于直达波到达接收探头必须满足滑行波先于直达波到达接收探头必须满足
18、:12tt 化简：化简：122121222122vvvvlvvvvlL最低速泥岩最低速泥岩V2=1800m/s，泥浆泥浆V1=1600m/s标准井径标准井径=0.25m,探头直径探头直径=0.05mmL85.0*L临界源距临界源距(3)(3)在仪器外壳上刻槽在仪器外壳上刻槽(第二条件第二条件)mL1ml5.0TR1R2发射探头发射探头接收探头接收探头间距间距(span)R1，R2的中点，为深度记录点的中点，为深度记录点源距源距4.单发双收声系单发双收声系mL1ml5.0TR1R2ABCDEF滑行波到达滑行波到达R1、R2的的时间差时间差：当当井眼规则井眼规则时：时：CEDF 22C Dtvlv
19、5.单发双收声速测井原理单发双收声速测井原理声波时差声波时差t:t:21vltt探测深度：探测深度：纵向分辨率：纵向分辨率：间距间距(测量的是间距测量的是间距范围内的传播时间的平均值范围内的传播时间的平均值)1-31-3倍波长倍波长探测特性探测特性深度误差：深度记录点与实际深度误差：深度记录点与实际传播路径中点不相同传播路径中点不相同间距选择：间距选择：间距间距减小可以提高分辨率，但声波减小可以提高分辨率，但声波经过岩层所需时间变短，测量相对经过岩层所需时间变短，测量相对误差增大。误差增大。我国常规我国常规:=0.5 m;高分辨率高分辨率:=0.15mll增加dt增加（三）井眼补偿声速测井（三
20、）井眼补偿声速测井1.1.井眼扩大对单发双收井眼扩大对单发双收 的影响的影响TR1R2 扩径井段上界面扩径井段上界面增大增大 t 扩径井段下界面扩径井段下界面t减小减小 T1T2R1R1扩径井段未扩径井段t增大增大2.双发双收井眼补偿声速测井双发双收井眼补偿声速测井1t2t最终记录其最终记录其声波时差声波时差为：为：221tttT1T1和和T T2 2交替发射声脉冲，交替发射声脉冲，分别测量时差分别测量时差 和和 。1t2t优点优点T1T2R1R1消除了消除了扩径的影响扩径的影响?可消除深度误差可消除深度误差2ooo ooo 缺点缺点分辨率降低分辨率降低对低速地层会出现对低速地层会出现“盲区盲
21、区”盲区思考题思考题分析、比较以上四种声系得到补偿时差方法的优分析、比较以上四种声系得到补偿时差方法的优缺点（深度误差、扩井、仪器倾斜、井眼倾斜、缺点（深度误差、扩井、仪器倾斜、井眼倾斜、分辨率、误差分辨率、误差)作业作业 五五正演计算砂泥岩剖面的声波时差理论曲线正演计算砂泥岩剖面的声波时差理论曲线,并并分析曲线特征，讨论深度误差，扩径等影响，分析曲线特征，讨论深度误差，扩径等影响，l声系声系:用前面思考题中的用前面思考题中的1 1、2 2、4 4声系，源声系，源据据1m,11m,1、2 2声系间距声系间距0.5m,40.5m,4声系为声系为0.15m0.15ml砂岩层、泥岩层、泥浆声速，厚度
22、，砂岩层、泥岩层、泥浆声速，厚度，井径（包括扩径）自己设定井径（包括扩径）自己设定（四）声波时差（四）声波时差 (纵波纵波)测井资料的应用测井资料的应用1 1.确定确定孔隙度孔隙度骨架及流体骨架及流体 时差值时差值(m/s)砂岩砂岩 182 168灰岩灰岩 156白云岩白云岩 143硬石膏硬石膏 164淡水泥浆淡水泥浆 620盐水泥浆盐水泥浆 608fmamttt)1(12 2.识别气层和裂缝识别气层和裂缝（周波跳跃）（周波跳跃）周波跳跃：周波跳跃：地层对声波地层对声波衰减衰减过大，过大，使仪器（第二个接收使仪器（第二个接收探头）未能检测到首探头）未能检测到首波波至，导致波波至，导致声波时声波
23、时差变大，或忽高忽低差变大，或忽高忽低的变化的变化门槛门槛(阈值阈值)检测技术检测技术R1R2滑行波滑行波能量能量(幅度幅度)衰减原因衰减原因:物理衰减：衰减系数物理衰减：衰减系数 31V反射和折射能量分配反射和折射能量分配(反射和折射系数反射和折射系数)产生产生周波跳跃周波跳跃的原因：的原因：气层：物理衰减，使幅度减小气层：物理衰减，使幅度减小裂缝：声波在裂缝间多次反射和折射造成衰减裂缝：声波在裂缝间多次反射和折射造成衰减思考题：思考题：1.1.周波跳跃可以识别气层和裂缝周波跳跃可以识别气层和裂缝;但发但发生周波跳跃生周波跳跃,其它应用其它应用时是否需要考虑其影响时是否需要考虑其影响求孔隙度
24、、制作合成地震记录求孔隙度、制作合成地震记录2.2.泥浆中有气会导致周波跳跃吗泥浆中有气会导致周波跳跃吗?tx3.合成地震记录合成地震记录 tttbx*tb 地震子波地震子波 t 反射系数序列反射系数序列 2121221 1vvvv地震资料与测井资料的主要差别：地震资料与测井资料的主要差别：l纵向分辨率纵向分辨率地震地震 2030 m声速测井声速测井 0.5 m 时间域时间域l测井得到的测井得到的,是是深度域深度域的的思考题：参考测井资料，正演分析时差的增思考题：参考测井资料，正演分析时差的增大是扩径补偿不完全大是扩径补偿不完全?还是能量衰减过大还是能量衰减过大?b.b.地层压力地层压力P P
25、（孔隙压力）：（孔隙压力）：流体饱和的岩石中，流体部分所受的力流体饱和的岩石中，流体部分所受的力c.c.有效压力有效压力（应力）：（应力）：流体饱和岩石中，骨架部分所受的力流体饱和岩石中，骨架部分所受的力 psa.上覆地层上覆地层压力压力S：饱和流体的岩石上受的饱和流体的岩石上受的重力重力单位：单位：PaPa4.4.检测压力异常检测压力异常 (超压超压)钢板流体弹簧(相当于岩石骨架)正常压力地层模拟正常压力地层模拟超压地层模拟超压地层模拟d.正常压力地层：正常压力地层：在上覆压力作用下在上覆压力作用下,流体能流出流体能流出,孔隙度变小孔隙度变小,孔孔隙流体压力隙流体压力等于等于静水柱压力静水柱
26、压力,孔隙度及时差随孔隙度及时差随深度按指数减小深度按指数减小e.超压地层：超压地层：在压力作用下，流体流不出来（泥岩）孔在压力作用下，流体流不出来（泥岩）孔隙流体压力隙流体压力大于大于静水柱压力。静水柱压力。超压层特点：超压层特点：孔隙度相对较大孔隙度相对较大,时差相对增大时差相对增大,偏离正常压力地层趋势线偏离正常压力地层趋势线CHett0压力系数压力系数=实测地层压力实测地层压力/同深度静水压力同深度静水压力正常压力正常压力泥岩泥岩地层地层:CHett0 H1H2abt(us/m)H(m)等效深度法等效深度法深度深度H1H1处：处：上覆岩层压力上覆岩层压力S S1 1:11HGSB地层压
27、力地层压力P P1 1:11HGpt有效应力：有效应力：1111)(HGGpStB深度深度H2H2处：处：上覆岩层压力上覆岩层压力S S2 2:22HGSB地层压力地层压力P P2 2:22222HGSpB)(1212HHGHGBt2P超压层的地层压力超压层的地层压力 流体静水柱压力梯度流体静水柱压力梯度 tGBG覆盖层压力梯度覆盖层压力梯度H2 超压层中部深度超压层中部深度等效深度法等效深度法认为：认为：21地层压力地层压力P P2 2:1212222)(HGGHGHGSptBBB二、二、长长源距（阵列）源距（阵列）全波列全波列测井测井1 1.采用采用长长源距的原因：使滑行横波的首波源距的原
28、因：使滑行横波的首波出现在纵波续至波之后，出现在纵波续至波之后，便于检测横波便于检测横波。2-1)-1(2SPVV25.0,5.00（沉积岩的平均值）（沉积岩的平均值）目的：同时得到目的：同时得到纵、横波速度纵、横波速度 Vp/Vs=1.73Vp/Vs=1.73方法：记录全波波形，从波形中提取方法：记录全波波形，从波形中提取2 2.声系及记录内容声系及记录内容(1)(1)Atlas Atlas 的的 3700 3700T1 7 7 2 T2 R1 R2 T1 0 800 1600 2400 3200 4000 WF2 WF1 WF3 WF4 T(us)P S F WF1:T1R2WF1:T1R
29、2波形波形 WF2:T1R1WF2:T1R1波形波形WF3:T2R1WF3:T2R1波形波形WF4:T2R2WF4:T2R2波形波形每个波形每个波形:记录长度记录长度:960:960点点采样间距采样间距:2:2 s s、4 4 s s或或8 8 s s (2)(2)SchlumbergerSchlumberger（CSU)CSU)记录内容：记录内容：(1)(1)TT1:T1R1 TT1:T1R1 传播时间传播时间(2)(2)TT2TT2：T1R2 T1R2 传播时间传播时间(3)(3)TT3:T2R1 TT3:T2R1 传播时间传播时间(4)(4)TT4:T2R2 TT4:T2R2 传播时间传
30、播时间(5)(5)DT:DT:源距源距8 8ft ft补偿时差补偿时差(6)(6)DTL DTL:源距源距1 10ft0ft补偿时差补偿时差（7 7）四个全波波形：每个）四个全波波形：每个波形的记录长度为波形的记录长度为512512个点，个点，采样间距采样间距5 5 s sSchlumbergerSchlumberger的阵列声波仪的阵列声波仪（3 3）HalliburtonHalliburton（DDL)DDL)R1 R4 R3 R2 T 发 射 脉 冲 图1.2.2 DDL-V阵列声波测井声系结构及记录的四道全波列波形 一发四收阵列一发四收阵列源距：源距：1010-13-13英尺英尺间距：
31、间距：1 1英尺英尺3 3.波形分析与处理波形分析与处理:得到得到慢度慢度和和衰减系数衰减系数 条件条件:同一波的模式，到达不同接收器的同一波的模式，到达不同接收器的波形相似波形相似（因为（因为p,sp,s波基本不频散，波基本不频散，StoneleyStoneley频散可忽略）频散可忽略）l慢度时间相关法慢度时间相关法(Slowness-Time Coherence,STC)(Slowness-Time Coherence,STC)1 1）在近波和远波波形中开大小相等的时窗）在近波和远波波形中开大小相等的时窗tntf2 2）固定近窗）固定近窗,向右移动远窗向右移动远窗,分别计算相关系数分别计算
32、相关系数3 3）求出相关系数最大值处的）求出相关系数最大值处的t tf f,则慢度则慢度s s为为:lttsnfl l为远近接收探头间距为远近接收探头间距方法方法:4 4）近窗和远窗都移动近窗和远窗都移动,可以得到两窗内的相关系数可以得到两窗内的相关系数),(fnttf2()1()21(1)(,)(1)wwT TNmmTT TNmmTXts md dt dts tNXts mddt5 5）做变量代换）做变量代换,令令:lttsttnfn),(stf6 6）在）在t t、s s坐标系下，做坐标系下，做的等直线图（的等直线图（STCSTC图）图）7 7）采用适当的三维寻峰技术）采用适当的三维寻峰技
33、术,得到各个峰的峰位置得到各个峰的峰位置4 4.全波列提供的信息（全波列提供的信息（CSU)CSU)1)1)传播时间（传播时间（首波到达时间首波到达时间）参数：）参数：TT1(10ft)TT1(10ft)，TT2(8ft)TT2(8ft)，TT3(12ft)TT3(12ft)，TT4(10ft)TT4(10ft)2 2）纵波时差）纵波时差(DTC)DTC)：DT=(TT1-TT2)+(TT4-TT2)/2ft DT=(TT1-TT2)+(TT4-TT2)/2ft DTL=(TT3-TT4)+(TT3-TT1)/2ft DTL=(TT3-TT4)+(TT3-TT1)/2ft 5)5)幅度幅度 （
34、首波）（首波）10 10ft Apft Ap1 1(TT1)As(TT1)As1 1(TT1)(TT1)8ft Ap 8ft Ap2 2(TT2)As(TT2)As2 2(TT2)(TT2)12ft Ap 12ft Ap3 3(TT3)(TT3)As As3 3(TT3)(TT3)10ft Ap 10ft Ap4 4(TT4)(TT4)As As4 4(TT4)(TT4)4)4)速度比速度比:DTR DTR 3)3)横波时差（由横波时差（由波形处理结果得到波形处理结果得到）:DTS DTS 6)6)幅度比及衰减系数：两个接收探头接收到幅度比及衰减系数：两个接收探头接收到的同一发射信号的首波幅度
35、之比的同一发射信号的首波幅度之比如如:纵波幅度比纵波幅度比 02112)r-(-0-012rrrPrPPPPPPPeeeAeAAAA0lnPA0/lnrAP5 5.全波资料的应用全波资料的应用（1 1）计算岩石弹性参数）计算岩石弹性参数泊松比：泊松比：115.022pspstttt切变模量：切变模量：atsb2杨氏模量：杨氏模量：)1(2E体积模量：体积模量：attKspbb22341（2 2）计算岩石的非弹性参数）计算岩石的非弹性参数 单轴抗压强度、地层张力等单轴抗压强度、地层张力等 估算就地最大、最小主应力估算就地最大、最小主应力 估算孔隙压力、破裂压力和坍塌压力估算孔隙压力、破裂压力和坍
36、塌压力 估算地层孔隙内流体的弹性模量估算地层孔隙内流体的弹性模量 （3 3）StoneleyStoneley波波速、衰减结合估算渗透率波波速、衰减结合估算渗透率 3 3声波测井声波测井 3.3 3.3偶极子（阵列）声波测井偶极子（阵列）声波测井SchlumbergerSchlumberger公司：于公司：于19901990年年DSIDSI(Dipole Shear(Dipole Shear Sonic Imager)Sonic Imager)，它是它是MAXIS-500MAXIS-500测井系统的一个测井系统的一个子系统子系统 ，20052005年推出年推出Sonic ScannerSonic
37、 ScannerAtlasAtlas公司：公司：19921992年年MACMAC(Multipole Array(Multipole Array Acoustilog)Acoustilog)及随后推出及随后推出XMACXMAC是是ECLIPS-2000ECLIPS-2000测测井系统的子系统井系统的子系统 HalliburtonHalliburton公司：公司：1996 1996LFDLFD(Low Frequency(Low Frequency Dipole)Dipole)和和正交正交偶极子阵列声波测井仪偶极子阵列声波测井仪WaveSonicWaveSonic 单极子声源在单极子声源在硬地层
38、硬地层中井内外的声波传播中井内外的声波传播示意图及声波测井仪器记录到的典型波形示意图及声波测井仪器记录到的典型波形 单极子声源在单极子声源在软地层软地层中井内外的声波传播示中井内外的声波传播示意图及声波测井仪器记录到的典型波形意图及声波测井仪器记录到的典型波形 偶极子声源在偶极子声源在软地层软地层中井内外的声波传播中井内外的声波传播示意图及声波测井仪器记录到的典型波形示意图及声波测井仪器记录到的典型波形 数值计算用的软、硬地层及井眼的输入参数数值计算用的软、硬地层及井眼的输入参数一、一、弯曲弯曲 (flexural)(flexural)波波特点特点硬地层中偶极子波和四极子波的硬地层中偶极子波和
39、四极子波的频散频散曲线曲线软地层中偶极子波和四极子波的软地层中偶极子波和四极子波的频散频散曲线曲线偶极子波的径向能量分布范围（偶极子波的径向能量分布范围（1-31-3）倍波长）倍波长Dispersion Curves in 8.5 in.BoreholeThe slowness of the borehole flexural wave increases with frequency,called frequency dispersionAt low frequency the flexural wave travels at the shear slownessThe flexural w
40、ave reaches its largest amplitude when the slope of the dispersion curve is maximumDispersion also depends on hole size and mud slowness偶极子波具有明显的偶极子波具有明显的偏振特性（横波分裂）偏振特性（横波分裂）二、二、DSIDSI简介简介1、DSI声系声系频率频率8080Hz-30kHzHz-30kHz2 2、DSIDSI有五种工作方式：有五种工作方式：(1)(1)上下偶极方式：上下偶极方式：用相同偏振方向发射与接收用相同偏振方向发射与接收采样时间间隔为采样
41、时间间隔为4040 s s，每道波形采每道波形采512512点点()StoneleyStoneley方式方式(低频低频)：单极子低频发射：单极子低频发射波形采样间隔为波形采样间隔为4040 s s，共，共512512点点()纵横波模式纵横波模式(高频单极子发射、记录全波列高频单极子发射、记录全波列)波形采样间隔为波形采样间隔为1010 s s，共，共512512点点(5)(5)初至探测模式：初至探测模式：()正交偶极方式：用于评价正交偶极方式：用于评价各向异性各向异性 上下上下偶极子发射器激发偶极子发射器激发，由四个相距为，由四个相距为1.21.2ft ft的接的接收阵上对应的收阵上对应的正交
42、偶极子接收器接收正交偶极子接收器接收波形，在每波形，在每个深度点上、下偶极交替工作，共记录个深度点上、下偶极交替工作，共记录8 8道正交道正交偶极波形。波形采样间隔为偶极波形。波形采样间隔为4040 s s，共，共512512个点。个点。用高频脉冲激发单极子发射器，产生用高频脉冲激发单极子发射器，产生8 8道单道单极极过阈过阈数据，主要用于探测初至纵波。数据，主要用于探测初至纵波。l1313级接收器，级接收器，6 6英尺长，每一级英尺长，每一级接收器记录接收器记录八个八个方位的数据方位的数据l三个单极子声源（上、下、远）三个单极子声源（上、下、远）l两个互相垂直的偶极子声源两个互相垂直的偶极子
43、声源l斯通利波通过远单极子低频激发斯通利波通过远单极子低频激发lDSIDSI具有具有8 8个接收器，没有上、下个接收器，没有上、下单极子声源单极子声源三、三、XMACXMAC简介简介1.声系声系单极阵列单极阵列：包括两个单极声源和：包括两个单极声源和8 8个接收器；主频率为个接收器；主频率为5-205-20KHzKHz；偶极阵列偶极阵列：偶极阵列是由两：偶极阵列是由两个交叉摆放（相差个交叉摆放（相差90900 0）的偶）的偶极声源及极声源及8 8组组(每组每组4 4个个)交叉式交叉式偶极接收器组成，接收器间距偶极接收器组成，接收器间距为为0.60.6英尺；主频率为英尺；主频率为3-53-5KH
44、zKHz 。Anisotropic：Sound speed changes with direction of propagation 2.2.评价地层的各向异性评价地层的各向异性Vertical velocityHorizontal velocityNot the same!不一样！不一样！Anisotropic Formation具有垂直对称轴的横具有垂直对称轴的横向各向同性向各向同性 (砂泥岩互砂泥岩互层、层理等）层、层理等）TIVTIV(transverse isotropy of vertical axis symmetry(transverse isotropy of vertic
45、al axis symmetry)Solved(Theory,experiment)Unresolved(Application)VS is not a function of “具有水平对称轴的横具有水平对称轴的横向各向同性向各向同性”，也称为，也称为周向各向异性周向各向异性地层，地地层，地应力和高角度裂缝等均应力和高角度裂缝等均可引起可引起TIH TIH(transverse isotropy of Horizontal(transverse isotropy of Horizontal axis symmetryaxis symmetry)Solved wish cross-dipole
46、 loggingVS()当当偶极子波偶极子波入射到入射到周周向向各向异性地层（如各向异性地层（如高角度裂缝性地层）高角度裂缝性地层）时，时，偏振方向分裂偏振方向分裂为为相互正交的两个方向，相互正交的两个方向，并以不同的速度传播并以不同的速度传播xyz 22cossintgtgtutufsi cossintgtgtutufsc设快慢横波设快慢横波传播的传播的GreenGreen函数函数分别为分别为g gf f(t)(t)和和g gs s(t)(t)，两个两个正交正交偏振方向偏振方向的探头接收到的信的探头接收到的信号可表示为：号可表示为：22cossintgtgtutufsi sincoscsfu
47、tu tgtgt TRtyytyxtxytxxRtyytyxtxytxxcossinsincosR当某一当某一 时，可使时，可使xy(t)xy(t)或或yx(t)yx(t)为零为零(或极小值或极小值)找到快横波面和慢横波面方位，提取快慢横波的波速找到快横波面和慢横波面方位，提取快慢横波的波速各向异性各向异性=（快横波速度（快横波速度-慢横波速度）慢横波速度）/快横波速度快横波速度WaveSonicWaveSonic声系结构声系结构四四、WaveSonicWaveSonic声系声系能根据地层特性选择最佳的能根据地层特性选择最佳的偶极发射频率偶极发射频率3 3声波测井声波测井 3.4 3.4井壁声
48、波反射成像测井井壁声波反射成像测井(井周声波成像测井井周声波成像测井)一、基本原理一、基本原理测量原理示意图测量原理示意图1 1.中心部件是中心部件是一个超声换一个超声换能器（圆片状能器（圆片状)，即是发射，即是发射换能器又是接收换能器换能器又是接收换能器 2 2.它由一个马达驱动，它由一个马达驱动，沿着沿着仪器轴转动仪器轴转动，每秒几次，每秒几次 3 3.转动时转动时发射波长较短的超声波脉冲发射波长较短的超声波脉冲 4 4.声波沿井眼泥浆传播，到声波沿井眼泥浆传播，到井壁井壁(或套管壁或套管壁)反射反射返回换能器返回换能器 6 6、接收信号传到地面，经过图象处理成、接收信号传到地面，经过图象
49、处理成反射反射波的幅度波的幅度图像图像5 5、测量参数：、测量参数：（1 1）旅行时间旅行时间井径的变化井径的变化 （2 2）反射信号幅度反射信号幅度井壁地层声阻抗的变化井壁地层声阻抗的变化（3 3）井眼方位和井斜数据）井眼方位和井斜数据（受井眼尺寸影响）（受井眼尺寸影响）v大多数岩石和普通钻井液，大多数岩石和普通钻井液，R R值大于值大于0.50.5，反，反射能量高于透射能量射能量高于透射能量7 7、反射系数：、反射系数：R=R=（Z Z2 2Z Z1 1）/（Z Z2 2Z Z1 1）v不利条件组合在一起时，如大比重钻井液、不利条件组合在一起时，如大比重钻井液、未压实的泥岩时，未压实的泥岩
50、时，R R可低至可低至0.20.2 v对大多数常见岩石对大多数常见岩石,R R变化相对较小变化相对较小,通常在通常在10%-20%10%-20%的级别，这给出了的级别，这给出了R R对岩性分辨能力对岩性分辨能力的概念，也决定了反射波图象资料的概念，也决定了反射波图象资料在裸眼井在裸眼井中中应用的限制应用的限制物质物质密度密度(kg/cm(kg/cm3 3)声波速度声波速度(m(ms s-2 2)声阻抗声阻抗(MRayl)(MRayl)空气空气(1-100(1-100巴巴)1.3-1301.3-1303303300.0004-0.040.0004-0.04水水10001000150015001.
