声速测井

第二节 声波速度测井
声波测井原理
授 课 内 容
声波测井的应用
教 学 重 点
双发双收声系
确定岩层孔隙度
声波速度测井原理
1、单发单收声系
声波速度测井简称声速测井，测 量地层滑行波的时差△t（地层纵波速 度的倒数，单位是μs/m或μs/ft）。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和一个接收换能器R组成，其 中，发射器和接收器之间的距离称为 源距，声波测井声系的最小源距为1 米。电子线路提供脉冲电信号，触发 发射器T发射声波，接收器R接收声 波信号，并转换为电信号。
井径扩大对时差曲线的影响实例声波速度测井原理3、双发双收声系
该仪器的井下声系包括两个 发射器和两个接收器。它们的排 列方式如图所示。其中，两个接 收器之间的距离（间距）为0.5 米，T1、R1和R2、T2之间的距 离为1米。
T1 A B
E R1 F'
C O'
D'
F R2 E' C' D O''
A' T2
T1 A B E C R1 O' F'
D'
D
F
R2
O''
E'
C'
A'
B'
T2
3、双发双收声系 （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 CD DF CE
t1 VP V1
F1 A B
J1
E F’ F
F2—J2、J1，分别在扩井、未扩 井段
t 2 C ' D' D' F 'C ' E ' VP V1
B'
双发双收声系结构示意图
声波速度测井原理
3、双发双收声系
测井时，上、下发射器交替发射声脉 冲，两个接收器接收T1、T2交替发射产生 的滑行波，得到时间差△T1、△T2，地面 仪器的计算电路对△T1、△T2取平均值， △T=(△T1+△T2)/2，记录仪记录出平均值 对应的时差曲线△t=△T/l。由图可以看出， 双发双收声速测井仪的T1发射得到的△T1 和T2发射得到的△T2曲线，在井径变化处 的变化方向相反，所以，取平均值得到的 曲线恰好补偿掉了井径变化的影响。还可 以补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影 双发双收声系结构示意图 响。同时基本消除深度误差。
2 划分地层 (确定地层的岩性)
砂岩的理论骨架时差:△tma=182s/m (硅质胶结)55.5 灰 岩: △tma=156s/m 47.5 白云岩: △tma=143 s/m 43.5 无水硬石膏: △tma=164 s/m 50 岩盐时差: △tma=220 s/m 67 淡水: △tmf=620 s/m 189
后研究每一部分对岩石宏观物理量的贡献,并视
宏观物理量为各部分贡献之和。即： 测井参数×总体积=∑测井参数×相应体积
3、求取孔隙度
3.2、泥质砂岩
由于泥质声波时差较大，按公式计算的泥质砂 岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由下式计算 地层孔隙度。
t (1 vsh ) t ma vsh t sh t f
J2
E’
C O’ D’ D O’’ C’ B’
在扩井井段CE=D’F’，在未扩段 C’E’=DF，则 t t1 t 2 CD
2 VP
A’ F2
3、双发双收声系 （2）可消除深度误差 F1—J1、J2，实际深度点O’ h=-a tgc，实际深度H- a tgc F2—J2、J1，实际深度点O’’ h=a tgc，实际深度H+a tgc 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）
4、异常地层压力预测
沉积岩层的正常地层流体压 力等于其静水压力，并对应 一个正常压力梯度。在一些 地区遇到了地层压力高于或 低于正常压力梯度计算的数 值，即地层压力出现异常。 我们把地层压力高于正常值 的地层称为异常高压地层；
地层压力低于正常值的地层 称为异常低压地层。在钻井
程序设计中，预先知道地层 压力是非常重要的。
V Vf Vma
Vma
t t f （ 1 ）t ma

t t ma t f t ma
φ
3、求取孔隙度
3.1、Wyllie时间平均公式及体积模型
1 1 V Vf Vma t t ma t f t ma
φ Vma
t t f （ 1 ）t ma
AB CE DF
R2—R1：
t t 2 t1
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。 时差单位为 t=1 / V（m/s）=106/V（us/m） 或用单位us/ft（1ft=0.3048m)
声波速度测井原理
2、单发双收声系 优点: 1) 井眼规则时能直接测 量岩层的声波速度或时差;在 固定l间距上仅与岩层速度有 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。
声波速度测井原理
2、单发双收声系
单发双收主要缺点： 井眼不规则时如井径变化（扩 大）界面处，声波时差出现“假异 常”，同时也有深度误差；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。此误差无 法校正。为降低井径变化、仪器记 录点与实际记录点的深度误差对单 发双收声系时差曲线的影响，提出 了井眼补偿声速测井（双发双收声 系）。
3、求取孔隙度
s
c

t f t ma
t t ma
1
c


s
p
c
p
3.2、固结而压实不够的砂岩
对于此类地层，要引入压实校正。地质年代较新 的疏松砂岩，其埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实， 可根据邻近的泥岩声波时差△tsh的大小来辨别，若邻 近泥岩的声波时差大于328μs/m，则认为砂岩未压实 ，且△tsh越大，表明压实程度越差。压实校正的大小 用压实校正系数Cp表示，Cp与地层埋藏深度、年代 及地区有关（1.2～1.4）。压实校正后的孔隙度为：
声波速度测井应用
1 声波测井曲线的形状与读值
（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）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。
泥岩 t
0.3米 0.3米
砂岩
J1 J2
平坦值
0.3米
面积平均值
(2) 周波跳跃的特点
时差值大大增加 且呈周期性的跳跃
声波速度测井应用
2 判断气层、确定油气和气水界面
(3) 产生周波跳跃的各种情况
含气的疏松砂岩 裂缝性地层或破碎带 泥浆气侵
3 划分地层 (确定地层的岩性)
由于不同岩性地层具有不同的声波速度， 因此可以用时差划分地层。 致密岩石的时差 < 孔隙性岩石的时差 岩层的孔隙增加－声速下降－时差增加 砂岩的时差 < 泥岩的时差
0.3米
泥岩
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2 判断气层、确定油气和气水界面 据流体密度和声速有：V水>V油>V气，在高 孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征:
周波跳跃 高声波时差(大30微秒/米以上)
气 层
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2 判断气层、确定油气和气水界面
(1) 周波跳跃产生的原因
由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇到吸收系 数很大的介质 ,首波能触发R1但不能触发R2,R2被幅度较 高的后续波触发,因此,时差增大.

公式适用于：固结压实纯地层,粒间孔隙的石灰 岩及较致密的砂岩（孔隙度为18～25％）可直接利用 平均时间公式计算孔隙度，不必进行校正。对于不同 的地层情况要分别处理。
3、求取孔隙度
3.1、Wyllie时间平均公式及体积模型
根据测井方法的探测特性和岩石的各种物 理性质上的差异 , 把岩石体积分成几个部分 , 然
盐水: △tmf=608 s/m
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对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时 差曲线上区别很大,很容易识别.
2 划分地层 (确定地层的岩性)
煤：＞90us/ft
砂岩：55.5us/ft
硬石膏：50us/ft
灰岩：47.5us/ft
白云岩：43.5us/ft
3、求取孔隙度
3.1、Wyllie时间平均公式及体积模型 1956年Wyllie在实验基础上，提出时间平均公 式，认为声波在单位体积岩石内传播所用的时间等 于岩石骨架部分（1-）所经过时间与孔隙部分 所经过时间的总和。即 1 1
声波速度测井原理
1、单发单收声系
测井时井内存在以下几种波 ①反映地层滑行纵波的泥浆折射 波；②井内泥浆直达波；④井内 一次及多次反射波。通过合理的 仪器设计，在所有地层中，确保 首波就是地层纵波。使声波接收 器记录首波到达时间。根据首波 到达时间，确定首波的传播速度。
声波速度测井原理
1、单发单收声系
AC B t vm v1
由于井径的变化和井剖面岩 性的变化，使得A、B、C都不 是常量，而是随着井径和岩性的 变化而变化，所以单发单收声系 没有实用价值。
A
B
C
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2、单发双收声系
T—R1： T—R2：
t1 t2
AB BC CE V1 VP V1 AB BD DF V1 VP V1 CD l 0.5m VP VP VP
作
业
某油田的一口淡水泥浆井中，某一固结压实纯砂岩地 层的声波时差 t 为 291.5s/m ，电阻率 Rt 为 68· m ，假定 tma=182s/m， tf=620s/m，RW=0.08· m。