第五章声波测井课件

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1、2022-6-1声波测井1 声波在不同介质中传播时，其速度、幅度衰减及频率变化等声学特性是不同的。声波测井就是以岩石等介质的声学特性为基础而提出的一种研究钻井地质剖面评价固井质量等问题的测井方法。 声波测井分为声速测井和声幅测井。声速测井测量地层声波速度。地层声波速度与地层的岩性、孔隙度及孔隙流体性质等因素有关。根据声波在地层中的传播速度，就可以确定地层孔隙度、岩性及孔隙流体性质。 第五章第五章 声波测井声波测井2022-6-1声波测井2 声波是一种机械波。根据声波频率（声波在介质中传播时，介质质点每秒振动的次数）可将声波分为： 次声波（频率低于20Hz）； 可闻声波（20Hz至20kHz）；

2、 超声波（频率大于20kHz）。 根据声波测井的目的不同,采用的频率也不同.第一节第一节 岩石的声学特性岩石的声学特性2022-6-1声波测井3一、岩石的弹性一、岩石的弹性 1、弹性力学的基本假设、弹性力学的基本假设 1）、物体是连续的，即描述物体弹性性质的力学参数及形变状态的物理量是空间的连续函数； 2）、物体是均匀的，即物体由同一类型的均匀材料组成，在物体中任选一个体积元，其物理、化学性质与整个物体的物理、化学性质相同； 3）、物体是各向同性的，即物体的性质与方向无关；2022-6-1声波测井4（4）、物体是完全线弹性的，在弹性限度内，物体在外力作用下发生弹性形变，取消外力后物体恢复到初始

3、状态。应力与应变存在线性关系，并服从广义胡克定律。 满足以上基本假设条件的物体称为理想的完全线弹性体，描述介质弹性性质的参数为常数。当外力取消后不能恢复到其原来状态的物体称为塑性体。 物体是否是这类介质,取决于作用力的大小及作用时间。2022-6-1声波测井5 声波测井中声源发射的声波能量较小，作用在地层上的时间也很短，所以可以把岩石看作弹性体。因此，可以用弹性波在介质中的传播规律研究声波在岩石中的传播特性。 在均匀无限大的地层中，声波速度主要取决于波的类型、地层弹性和密度。一般用下述几个弹性参数描述岩石的弹性性质。 2022-6-1声波测井62、弹性力学参数、弹性力学参数1）、应力与应变 物

4、体在外力作用下发生弹性形变的同时，在物体内部产生的抵抗其形变的力称为内力。作用在单位面积上的弹性内力称为应力。根据应力方向与作用面法向的关系,应力分为:A 、平行于体积元各面法向方向的应力称为正应力；B 、垂直于体积元各面法向方向的应力称为切应力。 2022-6-1声波测井7 在外力作用下，若弹性体内的任意体积元发生体积变化，而边角关系不变，则称此形变为体形变。体积元的各边边长的变化率称为线应变。在外力作用下，若仅体积元形状发生变化，而体积不变，则称为剪切形变。体积元的边角关系的变化称为角应变（或切应变）。 对于完全线弹性体，正应力只与线应变有关，切应力只与切应变有关。 2022-6-1声波测

5、井82）弹性力学参数 A、杨氏模量E 杨氏模量E定义为弹性体发生单位线应变时弹性体产生的应力大小。 LLAFE杨氏模量的单位是 （牛顿/平方米） 2mN2022-6-1声波测井9B、泊松比 弹性体在单轴外力作用下，当受力方向产生伸长时，自由方向缩小。泊松比定义为物体自由方向的线应变与受力方向的线应变之比的负值。它表示物体几何形变的系数，无量纲。对于一切物质， 介于0到0.5之间。 LLDD2022-6-1声波测井10C、切变模量 弹性体所受的切应力与其方向上的切应变之比为弹性体的切变模量。切变模量的单位是 （牛顿/平方米） 2mNAFt2022-6-1声波测井11D、体积形变弹性模量 K 体积

6、形变弹性模量K定义为在外力作用下，物体所受的体应力与物体体积相对变化之比。量纲为VVAFK 除上述四个描述物体弹性性质的弹性参数外，还有另外一个参数，即拉梅常数 。 2mN2022-6-1声波测井12二、声波在岩石中的传播特性二、声波在岩石中的传播特性 1 、纵波和横波 声波传播方向和质点振动方向一致的波叫纵波。声波传播方向和质点振动方向相互垂直的波横波。这两种波可同时在地层中传播，但液体和气体不能传播横波。 2 、纵波和横波速度 声波在弹性介质中的传播速度定义为单位时间声波传播的距离,与介质的弹性和密度有关。在均匀各向同性介质中，纵波速度、横波速度的表达式为： 2022-6-1声波测井13)

7、21)(1 ()1 (Evp)1 (21Evs21)1 (2vvsp2022-6-1声波测井14vpvs其中: -纵波速度; - 横波速度; - 介质体密度. 2022-6-1声波测井15三、声波在介质分界面上的传播特性三、声波在介质分界面上的传播特性 声波通过波阻抗（即声速与介质体密度的乘积）不同的两种介质的分界面时，会发生反射和折射，并遵循斯奈尔反射及折射定律，入射波、反射波、折射波在同一平面内沿不同方向传播 。图5-1是声波的反射和折射示意图。折射定律的数学表达式是： vv21sinsin2022-6-1声波测井16图图5-1、声波在介质分界面上的反射及折射、声波在介质分界面上的反射及折

8、射 2022-6-1声波测井17090v2v2其中： -入射角； -折射角； -入射波速度； -折射波速度。当 、 确定时，折射角随入射角的增大而增大，在 。即当入射角增大到某一角度 时，折射角可达到 ，见图5-1（b）。此时，折射波将在第二介质中以速度 沿界面传播，在声波测井中叫滑行波，对应的入射角 叫第一临界角。 v1v2v1v2v12022-6-1声波测井18第二节第二节 声波速度测井声波速度测井 声波速度测井简称声速测井，测量地层滑行波的时差 （地层纵波速度的倒数，单位 或 ）。主要用以计算地层孔隙度、地层岩性分析和判断气层等。一、单发射双接收声速测井仪的测量原理一、单发射双接收声速测

9、井仪的测量原理 1单发双收声速测井仪单发双收声速测井仪 这种下井仪器包括三个部分：声系、电子线路和隔声体。声系由一个发射换能器T和两个接收换能器R1、R2组成，其中，发射器和接收器之间的距离称为源距，tms/fts/2022-6-1声波测井19相邻接收器之间的距离称为间距。声波测井声系的最小源距为1米，间距为0.5米。如图5-2所示。 2、单发双收声速测井仪的测量原理、单发双收声速测井仪的测量原理 1）、井内声场分析 发射器在井内产生声波，声波接收器记录首波(首先到达接收器的声波)到达时间。根据首波到达时间，确定首波的传播速度，测井时,确保首波是地层纵波。 测井时,井内存在以下几种波：（1）、

10、反映地层滑行2022-6-1声波测井20图图5-2、井下声系示意图、井下声系示意图 图图5-3、井内声波传播示意图、井内声波传播示意图 2022-6-1声波测井21纵波的泥浆折射波；（2）、反映地层滑行横波的泥浆折射波；（3）、井内泥浆直达波；（4）、井内一次及多次反射波；（5）井内流体制导波（管波或斯通利波）。图5-3给出了井内声波传播的示意图。 2）、单发双收声速侧井仪的测量原理 如果发射器在某一时刻t0发射声波，根据几何声学理论，声波经过泥浆、地层、泥浆传播到接收器，其传播路径如图5-4所示，到达Rl和R2的时刻分别为t1和t2，则时间差 为： T2022-6-1声波测井22)(12vv

11、vffpCEDFCDttT如果在两个接收器之间的对着的井段井径没有明显变化且仪器居中，则可认为CE=DF，所以:vplT 其中: 为 间距.ll2022-6-1声波测井23图图 5-4、声速测井原理图、声速测井原理图 2022-6-1声波测井243、单发双收声系的缺陷、单发双收声系的缺陷 1) 、井径扩大对时差曲线的影响 在井眼几何尺寸变化的层段，时差曲线出现异常。在井眼扩大段的上及下界面分别出现时差增大和减小的尖峰。如图5-5所示。 图图5-5、井径扩大对时差曲线影响的实例井径扩大对时差曲线影响的实例2022-6-1声波测井252) 、仪器记录点与实际深度点的偏移 单发双收声波测井仪的记录点