第3章-2-声波速度测井

《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW1油气油气地球物理地球物理测井工程测井工程地球物理与信息工程学院测井系地球物理与信息工程学院测井系2011.102011.10中国石油大学（北京）—声波测井(2)GaoJ&FuJW研究生课程第3章声波测井(Sonic/AcousticLogging)第1节声波测井基础第2节声波速度测井第3节声波全波列测井第4节声波幅度测井第5节超声成像测井GaoJGaoJ--33--2222《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW2•测量信号：滑行波通过地层传播的时差△t（μs/m或μs/ft）•仪器组成：声波（脉冲）发射器和声波接收器隔声体电子线路•仪器类型：单发双收、双发双收、双发四收TR1R2声速测井仪示意图第2节声波速度测井GaoJGaoJ--33--2233一、单发双收声速测井仪的测量原理一、单发双收声速测井仪的测量原理••仪器简介：测井声波仪器简介：测井声波f=20kHzf=20kHz声声——电转换完成电转换完成隔声体隔声体————在仪器外壳上增加刻槽，防止发射的声波经仪器在仪器外壳上增加刻槽，防止发射的声波经仪器外壳最先传至接收器，影响地层信号的正确测外壳最先传至接收器，影响地层信号的正确测量。量。••测量原理：测量原理：TT产生声波，向泥浆（产生声波，向泥浆（VV11））和地层和地层((VV22))传播传播————由于由于VV22VV11，，声波在井壁处折射产生滑行波声波在井壁处折射产生滑行波————滑行波先后到达滑行波先后到达RR11和和RR22，，完成声波速度测量。完成声波速度测量。GaoJGaoJ--33--2244《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW3滑行波：发射器泥浆井壁滑行波泥浆接收器直达波：发射器泥浆接收器反射波：发射器泥浆井壁反射波泥浆接收器GaoJGaoJ--33--2255TR直达波滑行波反射波LBCAV1V2介质I介质IIdV1V2三种波的到达时间分别为：11112TRLtVVTAARtVTBCRBCtVV直达波反射波滑行波tt直达波反射波通过调整源距，使得tt滑行波直达波GaoJGaoJ--33--2266《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW4TR直达波滑行波反射波LBCAV1V2介质I介质IIdV1V2tt滑行波直达波由可得112LTBCRBCVVV122121,2cossin,2dTBCRBCLdtgVVVVLdVV由于因为则可推导出这就是让滑行波成为首波的条件（最小源距）*21212VVLdVV记：GaoJGaoJ--33--2277计算实例已知声学探头到井壁的距离d=0.1m，钻井泥浆声波速度V1=1620m/s，井壁岩层的声波速度V2=5600m/s，求最小源距L。21min2156001620220.15600162072200.20.273980VVLdVV目前，国内多数声波测井仪器声系的最短源距L选择为1m，而国外的声波测井仪器声系的最短源距L=0.914m(即3ft)GaoJGaoJ--33--2288《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW5211()CDDFCEtVVVGaoJGaoJ--33--2299GaoJGaoJ--33--221010《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW6二、影响声波时差曲线的主要因素1）井径变化对声波时差影响在井径扩大处的上边界声波时差增大，下边界声波时差减小。211(-)CDDFCEtVVV2/DFCEtlVGaoJGaoJ--33--221111井径变化对单发双收声波速度测井影响实例砂岩层顶部出现时差减小的尖锋砂岩层底界面出现时差增大的尖锋GaoJ-3-212《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW72）地层厚度对声波时差影响厚层：h间距取地层中间段的平均值作为地层的声波时差半幅点对应地层界面薄层：h间距受上下围岩影响，造成地层变厚假象薄互层：曲线很难反映地层情况仪器间距：一般0.5mGaoJ-3-213薄互层对声波时差影响间距大于地层厚度时，时差曲线无法分辨和正确读取时差值，因此间距必须小于目的层中最薄地层的厚度。间距越小，分辨地层的能力越强，但测量的精度也就越差，所以应合理地选择间距。薄互层的声波时差曲线GaoJ-3-214《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW83）周波跳跃对声波时差影响周波跳跃现象：在疏松气层或裂缝发育的地层条件下，由于声波能量被地层大量吸收而发生衰减——首波信号只能触发第一个接收器，而续至波触发第二个接收器——声波时差数值“忽大忽小”，曲线幅度急剧变化。寻找和识别气层以及裂缝发育的地层的主要依据。GaoJ-3-215三、井眼补偿声速测井仪器：双发双收T1、T2交替发射声波T1R2-R1——△t1T2R1-R2——△t2补偿时差曲线：△t=（△t1+△t2）/2补偿作用:消除井壁垮塌和仪器倾斜对声速测量的影响井径变化影响的补偿示意图GaoJGaoJ--33--221616《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW9GaoJGaoJ--33--221717四、测井曲线特征及资料应用1.声波测井曲线特征（1）当岩性均匀，且上、下围岩的声速相同时，曲线对于岩层中点呈对称形状，岩层的界面位于曲线上急剧变化的地方；（2）岩层界面附近，由于井径变化所造成的影响是明显的。这种假异常不能反映岩层的真实速度。在读取岩层的时差时，应扣除这部分。（3）当岩层不均匀或有夹层存在时，对着夹层部分的时差曲线将出现对应的变化。在读取时差值时应考虑这些因素。声速测井曲线及取值法示例GaoJGaoJ--33--221818《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW102.资料应用（1）判断气层：气层声波时差大于油层声波时差A疏松气层——声波周波跳跃气层周波跳跃实例GaoJGaoJ--33--221919B一般气层——声波时差增大GaoJGaoJ--33--222020《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW11（2）划分地层砂泥岩剖面砂岩：Vp高，Δt小泥岩：Vp低，Δt大页岩的声波时差值界于砂岩和泥岩之间GaoJGaoJ--33--222121（2）划分地层碳酸盐岩剖面岩盐及无水石膏剖面致密石灰岩、白云岩：Vp高；Δt小孔隙性、裂缝性的灰岩、白云岩：Vp低；Δt大盐岩：Vp低；Δt大无水石膏：Vp高；Δt小GaoJGaoJ--33--222222《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW12（3）确定岩石孔隙度经过大量的实践，在固结、压实的纯地层中，若有小的均匀分布的粒间孔隙，则孔隙度和声波时差之间存在线性关系，其关系式称平均时间公式或Wyllie公式：式中，Δt—由声波时差曲线读出的地层声波时差，μs/mΔtf—孔隙中流体的声波时差，μs/mΔtma—岩石骨架的声波时差，μs/m(1)fmatttmafmattttGaoJGaoJ--33--2223231)读目的层声波时差t=380us/m;2)查表得砂岩骨架声波时差tma=168us/m，孔隙中流体的声波时差tf=820us/m；3）计算地层孔隙度：计算实例38016832.5%820168mafmattttGaoJGaoJ--33--222424《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW13时间平均公式的使用条件是孔隙均匀分布，固结且压实的纯地层。由该公式求出的声波孔隙度，对于不同的地层情况要分别处理：1）对于固结压实的石灰岩及砂岩（a）粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩（孔隙度18~25%）可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行任何校正。（b）孔隙度为25~35%的固结而压实的砂岩这类砂岩泥浆侵入较浅，冲洗带中不全是泥浆滤液，还有残余油气，按公式计算的孔隙度偏大，必须乘以流体校正系数。气层：流体校正系数为0.7油层：流体校正系数为0.8~0.9GaoJGaoJ--33--2225252）疏松砂岩对于固结而不够压实的砂岩，直接应用平均时间公式求得的孔隙度偏高，需要进行压实程度校正。砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩的声波时差Δtsh的大小来判断，若邻近泥岩的声波时差大于328μs/m，则认为砂岩未压实。1()mascfmapttttC压实校正系数与地层埋藏深度存在一定关系，根据地层深度可求得压实校正系数Cp。pCabDepthGaoJGaoJ--33--222626《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW143）对于含泥质的非纯地层要引入泥质校正如果地层中含有泥质，由于泥质的声速一般较低，声波时差较大，所以按公式计算的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。(1)----fshmashshmashmashfmafmattVtVtttttVtttt泥质校正项GaoJGaoJ--33--2227274）油气校正当地层含油气时（孔隙度在25~35%），冲洗带中不全是泥浆滤液，还含有残余油气，由于油气的声波时差和水的不同，需要进行校正。macffmattCtt式中，Cf为流体校正系数气层：流体校正系数为0.7油层：流体校正系数为0.8~0.9GaoJGaoJ--33--222828《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW155）碳酸盐岩储层平均时间公式所求孔隙度偏低。这时由声波测井求出的孔隙度只反映原生孔隙度，不反映次生孔隙。ftsGaoJGaoJ--33--222929第3节声波全波列测井测量记录声波的整个波列，可以为石油勘探和开发提供更多的信息。P''112211122sinsinsinsinsinPPSPSVVVVVP11SPVV22SPVV12P法线S'1S'212入射角和纵横波的反射角以及纵横波的折射角的关系可写成统一的表达式：当入射角时，折射纵波的折射角，这时的入射角称为第一临界角所产生的沿界面传播的折射波称为滑行纵波。12arcsinPPVV290o当入射角时，在介质2中横波的折射角，这时的入射角称为第二临界角。所产生的沿界面传播的折射横波称为滑行横波。12arcsinPSVV'290opsGaoJGaoJ--33--223030《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW16滑行纵波：传播速度快、幅度小，是波列中的首波。滑行横波：其速度小于滑行纵波，但幅度大于滑行纵波。滑行横波的幅度大于滑行纵波的幅度原因：（1）由于横波速度小于纵波速度，使第二临界角大于第一临界角，从而使激发滑行横波的能量较大（反射系数较小），进入井壁地层的能量较多；（2）滑行横波的波长小于滑行纵波，横波能量更集中在井壁附近。伪瑞利波：大于第二临界角的入射波形成的全反射波在井壁与仪器外壳间多次作用的结果。一、裸眼井中声波全波列成分GaoJGaoJ--33--223131斯通利波：是在井内流体中传播的一种诱导波，它是沿井轴方向传播的流体纵波与井壁地层滑行横波相互作用产生的，质点运动的轨迹呈椭圆形，长轴在井轴方向，传播速度低于井内流体纵波速度。它的产生与井筒有关，又称管波。GaoJGaoJ--33--223232《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW17接收探头的声波信号接收探头的声波信号GaoJGaoJ--33--223333全波数据全波数据Time(s)04000PwaveSwaveSTwaveGaoJGaoJ--33--223434《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW18常见岩石声波全波列波形GaoJ-3-235声系排列图长源距声波全波列测井的声系(CSU系列)长源距的优点：（1）使钻井引起的岩石破裂和泥浆侵入对测井的影响减小；（2）从时间上便于把速度不同的波列成分分开。GaoJ-3-236《油气地球物理测井工程》GaoJ&FuJW191242()()(/