第六章声波测井
声波测井重要知识点
第一章：声波测井物理基础1、描述声波的基本参数频率f :声音传播过程中，介质震动的频率即介质质点每秒钟振动的次数就是声波的频率周期T ：指介质完成一次振动所需要的时间速度c或v：指声波的传播速度波长λ：声音在介质中传播时，相位相同的两点在空间上的距离称为声波的波长2、声速(时差)的影响因素以及如何影响，流体、压力、岩性、密度等等（一）岩性<最主要的影响因素，灰质含量↑声速↑>（二）孔隙和流体<孔隙性岩层声速<非孔隙性、含气饱和度↑纵波速度↓横波速度↑> （三）压力<压力↑波速↑极大值后基本保持不变，压力对声速影响可达35%+>（四）温度<相对压力而言，影响很小可忽略、温度↑纵波速度稍许↓>（五）岩石生成的地质条件<老地层的声速>新地层、构造顶部的声速>构造翼部>（六）埋藏深度<深度↑声速↑>3、泥浆对超声的衰减因素泥浆对超声波的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分（一）泥浆对超声波的吸收衰减：主要有泥浆的粘滞、热传导以及泥浆的微观过程引起的弛豫效应（二）泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减：泥浆中含有的固相颗粒引起的散射衰减、泥浆添加剂引起的散射衰减、声频散4、声阻抗的概念及其对反射波和透射波的影响声阻抗：地震波在介质中传播时，作用于某个面积上的压力与单位时间内垂直通过此面积的指点流量之比，其数值等于介质密度ρ与波速v的乘积，即Z=ρ.v。
影响：声波发生反射和折射的能量分配取决于泥浆和井壁两种介质的声阻抗值大小、入射角和折射角的关系。
当声波垂直井壁入射时，θ1θ2p=0，从右式可以看出，介质1和介质2声阻抗分别为Z1、Z2Β为反射系数α为折射系数，系数越大，越易进行Z1Z2声阻抗差越大，声耦合越差，声能量传递就越差，通过界面传播的折射波能量就小，若两介质声阻抗相近，声耦合率较好，声波都形成折射波通过界面传播到介质2，这时反射波能量就非常小，当Z1<<Z2时，声阻抗差异明显，声耦合差，不利于声音传递。
(完整版)第六章声波测井
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
软地层:地层横波速度小于泥浆纵波速度 软地层不能产生滑行横波
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
➢波长（λ)：声波传播过程中，相位相同的 两点间的距离 λ= v/f (v-传播速度）
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质：固相、连续、均匀、各向 同性和完全弹性
三.岩石的弹性力学参数
F L
（1）杨氏模量E：
E / i
AL
i
物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产 生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生 变形的难易程度
ip
arcsin
v1 vp
is
arcsin
v1 vs
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
arcsin
V 1
1
V
2
（2）滑行波能量分布
入射
非均匀波，63%能量集中在1个波长内，在3个 波长内能量占98%, 决定了声速测井的探测深 度(1-3个波长)，一个波长0.2~0.3m左右，相 当于储层的冲洗带
2 2 3
(1 cv
1) cp
消除频率影响的衰减系数:
As
f2
2 2 3
[
4 3
(
1 cv
1) cp
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
声波测井原理
声波测井原理声波测井是一种利用声波在地层中传播的特性来获取地层信息的技术手段。
声波测井可以提供地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数，对于油气勘探和开发具有重要意义。
声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程，下面将对声波测井原理进行详细介绍。
首先，声波测井是利用声波在地层中传播的速度来获取地层信息的。
声波在地层中传播的速度与地层的物性参数有密切的关系，不同类型的地层对声波的传播速度有不同的影响。
通过测量声波在地层中的传播速度，可以推断出地层的孔隙度、渗透率等参数。
其次，声波测井是利用声波在地层中的反射和折射来获取地层信息的。
当声波遇到地层界面时，会发生反射和折射现象，根据反射和折射的规律，可以推断出地层的厚度、岩性等信息。
通过分析反射和折射的特征，可以识别出地层中的油气层、水层等目标层位。
另外，声波测井是利用声波在地层中的衰减来获取地层信息的。
声波在地层中传播时会发生衰减，衰减的程度与地层的渗透率、孔隙度等参数有关。
通过测量声波的衰减情况，可以推断出地层的渗透率、孔隙度等信息。
总的来说，声波测井原理是利用声波在地层中传播的速度、反射和折射、衰减等特性来获取地层信息的。
通过对声波在地层中的传播过程进行分析和解释，可以揭示地层的内部结构、物性参数等重要信息。
声波测井技术在油气勘探和开发中具有重要的应用价值，对于提高勘探开发效率、降低勘探风险具有重要意义。
综上所述，声波测井原理是声波在地层中传播的物理过程，通过对声波在地层中的传播速度、反射和折射、衰减等特性进行分析，可以获取地层的孔隙度、渗透率、岩性、地层压力等重要参数。
声波测井技术是一种重要的地球物理勘探手段，对于油气勘探和开发具有重要意义。
希望本文能够对声波测井原理有所了解，并对相关领域的研究工作有所帮助。
测井资料解释(煤田测井解释)
随着煤化程度增高，碳元素含量增大，呈对数曲线特征； 随着煤化程度增高，氢含量缓慢降低； 随着煤化程度增高，氧含量降低；挥发分也随着煤化程度增高含量降低。
1. 具有很高的含氢指数 煤分子式中相应x的数值为358～849
I H 9x /(12 x)b
名称
分子式
电阻率 Ω·m
密度 g/cm
3
Pe b/e
灰分因其主要成分与泥质相近，可与泥质岩石中的泥质成分类比。因此，煤层的电 阻率测井也可写出阿尔奇公式
Rt F R
F
为煤层的地层因素；
R
为灰分与水分的混合导体的等效电阻率。
Va Vw
R Ra Rw θ为煤层中灰分和水分的总体积含量
Va Vw
(2) 声波测井
与泥质岩石模型类似，可以建立声波测井的响应方程
残余气量指终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。需将煤样加热真空脱气，再 粉碎、加热真空脱气，测定其解吸总量。
2. 煤层镜质体反射率
镜质体反射率（R0）是煤（镜质组）光片表面的反射光强与入射光强的百分比 值，是确定煤级的最佳标准。煤级是影响煤岩生气率、含气量和煤层物性的一个重 要因素。
镜质体反射率是煤层变质程度的一个重要指示，煤层的镜质体反射率在很大程 度上决定煤层的电性、物性、煤层含气量等。
扩散煤组：的分煤煤，层层作甲气为烷含评解量价吸、煤之镜层后质气，体勘在反探煤射、基率工质、业与水分割分析理、、之灰经间分济的、效浓挥果度发的不分依一等据致参。。数由是浓研度究差煤异层引 起甲烷气体扩散，气体从基质进入割理。
流动：由于气体的解吸、扩散，割理与井眼之间的压力梯度发生了变化，引起 气体由割理向井眼流动。
ma w w
参数N的定义为密度-中子交会图上岩性直线的斜率
声波测井原理
到由于岩层应力变化而引起声场分布的变化情况， 为地震预报和震情监测提供资料；判断井下出水 或出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情
况。
声波测井主要优点 不受泥浆性质影响； 不受矿化度影响； 不受泥浆侵入影响。
第一节 岩石的声学特征
一、岩石的弹性
二、声波在岩石中的传播特征
基本概念和相关知识
2 岩石的声速特性及影响因素
(1)VP、VS与 、 、E间的关系
E (1 ) V P (1 )(1 2 )
V
S
E 2 (1 )
当=0.25，VP/VS=1.73,
E
VP(S)
(2) 传播速度与岩性的关系
岩性不同 弹性模量不同 VP、VS的影响
不同
中只能传播纵波。
三、声波在介质界面上的传播
2. 波的传播
入射波 入 射 角 反 射 角 反射波
介质1 介质2 折射角 折射波
3. 产生滑行波的条件
S in VP 1 折射定律: S in 1 VP2
VP2 > VP1时,折射角 = 90°
第一临界角:1*=arcsin(VP1/VP2)
性体，在岩石中传播的声波可以被认为是弹 性波。
2.2 描述弹性体的参数
虎克定律：在弹性限度内，弹性体的弹性形变与 外力成正比，即：f＝-E·
由于应力与外力数值相等，方向相反，故上式可
以改写成为：＝E·
(1)杨氏弹性模量 E
E＝应力/应变＝/
应力：作用在单位面积上的力，F / S。
应变：弹性体在力方向上的相对形变，△L / L。
一 声波在井壁上的折射与滑行波
井下声波发射探头发射出的声波，一部分在井壁 （井内泥浆与井壁岩层分界面）上发生反射；一 部分在井壁上发生折射，进入井壁地层。由于井 壁地层是固相介质，因而，折射进入地层的声波 可能转换成为折射纵波和折射横波。
声波测井原理
纵波：介质质点旳振动方向与波旳传播发向一致。弹 性体旳小体积元体积变化，而边角关系不变。
横波：介质质点旳振动方向与波传播方向垂直旳波。 特点：弹性体旳小体积元旳体积不变，而边角 关系发生变化，例如,切变波。
注意：
(1) 横波不能在流体（气、液体）中传播，因为它旳 切变模量=0
2 弹性体旳应力和应变
2.1物体分类
弹性体：当物体受力发生形变，一旦外力取消又能恢 复原状旳物体，称为弹性体。
塑性体：反之，当物体受力发生形变，一旦外力取消 而不能恢复原状旳物体，称为塑性体。
弹性体
可变成
塑性体
在声波测井中，声源旳能量很小，声波作用 在岩石上旳时间很短，因而岩石能够当成弹 性体，在岩石中传播旳声波能够被以为是弹 性波。
VP (m/s)
VS (m/s)
第一临界角 第二临界角
泥
岩
1800
950
62º44´
不产生滑行横波
砂 层（疏松）
2630
1518
37º28´
不产生滑行横波
砂 岩（疏松）
3850
2300
24º33´
44º05´
砂 岩（致密）
5500
3200
16º55´
30º
石灰岩（骨架）
7000
3700
13º13´
25º37´
绪论
声波测井
声波测井
声波
声波旳分类 一般按照频率来分，声波能够分为：
超声波（ultra-sonic wave）>20Байду номын сангаасHz
声波 (sonic wave)
20~20KHz
次声波（infrasonic wave) <20Hz
声波测井文档
声波测井介绍声波测井是一种地球物理测井技术，通过发送声波信号，并根据信号的传播特性来获取地下地层的物理特征和构造信息。
声波测井的主要应用领域包括石油勘探、地质工程和地下水资源评价等。
在石油勘探领域，声波测井被广泛用于获取地下岩石的弹性属性，从而识别含油气层和评估油气储量。
声波测井的原理是利用声波在地层中传播的速度和振幅变化，分析得到地层的波速、密度等信息，进而推断地层的岩性和孔隙度等。
声波测井原理声波测井使用的是通过固体或流体介质中传播的声波信号。
在声波测井过程中，仪器向井中发送声波信号，然后接收并分析回波信号。
通过分析回波信号的传播时间、振幅和频率等属性，可以获得地层的物理特性。
声波在地层中的传播速度取决于地层的密度和弹性模量。
当声波从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射和反射。
这些反射和折射的现象可以用来推断地层的变化，如岩性、孔隙度和饱和度等。
声波测井主要使用两种传播模式：纵波和横波。
纵波是沿着传播方向的压缩波，而横波是垂直于传播方向的波动。
纵波的传播速度比横波大，因此在实际测井中，主要使用纵波进行测量和分析。
声波测井仪器声波测井仪器通常由发射器、接收器和数据记录系统组成。
发射器用于产生声波信号，而接收器则用于接收回波信号。
数据记录系统用于存储和分析测量数据。
声波测井仪器的功能包括：1.发射声波信号，产生刺激并激发地层回波。
2.接收回波信号并转换为电信号。
3.对接收到的信号进行放大和处理。
4.记录和存储测量数据，并进行实时分析和解释。
现代的声波测井仪器通常可以进行多频段的测量，以获取更详细和准确的地层信息。
同时，一些高级仪器还具备图像处理功能，可以生成地层的可视化图像。
声波测井应用1.石油勘探：声波测井在石油勘探中起着重要的作用。
通过分析地层的声波传播特性，可以确定油气层的位置和性质，为油井的钻探和开发提供依据。
2.地质工程：声波测井用于地质工程中的岩石力学和岩层稳定性评估。
通过测量地层的声速和密度等特性，可以判断地层的强度和稳定性，为工程建设提供指导。
《声波测井》PPT课件
1.76
易吸收，穿透能力小
γ：光子 ，不带电，
质量小，穿透能力强。
放射性测井
3. 射线与物质的相互作用 能在衰变时发射光子的元素称为伽马辐射体。
地层中能发射伽马光子的核素主要是U、Th及其衰变 产物和钾的放射性同位素K-40。伽马光子与物质发
生相互作用的过程中，能量逐渐降低。如果射线的能 量<30Mev, 伽马光子与接触物质间将可能逐级产生
lectron effect occurs, which is first explicitl y explained by Albert Einstein
eγ
放射性测井
3.3 光电效应 : photoelectric effect if energy of γ ray less than 0.51Mev,photoe
Mev
e+
放射性测井
3.1 Electron Pair Effect
e-
Eγ≥1.022Mev
e+
放射性测井
3.2 康普顿效应:Compton effect
With the attenuation of γ energy, the impac tion capability of γ is decayed, when its energy is between 0.51Mev to 1.022Mev, the Computon effec t occurs.
1. 波的传播
入射波
声波测井新技术
入
反
射
射
角
角
反射波
折射角
介质1
介质2 折射波
声波测井新技术
2. 产生滑行波的条件
折射定律: Sin VP1 Sin1 VP2
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滑行纵波： 1.首波(测井用源距的情况下) 2.幅度小 3.基本无频散(速度与频率有关）
滑行横波： 1.次首波 2.幅度比纵波大 3.基本无频散
第六章声波测井
2. 视瑞利波(测井目前没有利用) ➢面波，井壁地层与井内液体界面上 ➢在地层中沿井壁表面传播 ➢质点运动轨迹是椭圆，短轴在井轴方向 视瑞利波特点：
第一临界角
62°42′ 37°28′ 24°33′ 16°55′ 13°13′ 11°41′ 17°14′
第二临界角
不产生滑行横波 不产生滑行横波
44°05′ 30°
25°37′ 21°19′ 31°04′
软地层:地层横波速度小于泥浆纵波速度
软地层不能产生滑行横波
第六章声波测井
(3)滑行纵波、滑行横波的特点 T与R间距离
ip
arcsin
v1 vp
is
arcsin
v1 vs
第六章声波测井
（1） 产生条件:
V2>V1
以临界角
*
V arcs in 1
1
V
2
（2）滑行波能量分布
入射
非均匀波，63%能量集中在1个波长内，在3个 波长内能量占98%, 决定了声速测井的探测深 度(1-3个波长)，一个波长0.2~0.3m左右，相 当于储层的冲洗带
➢应用：确定岩性，计算孔隙度，判断气层，
检查固井质量,确定地层弹性参数等
第六章声波测井
§1 基础知识 一.声波的周期、频率、波长 ➢周期（T)：声波波动一次所用的时间，它相当 于同一方向两个相邻波峰或谷之间的测量时间。
➢频率（f)：单位时间（每秒）声波波动的次 数，是周期的倒数
1Hz=1周/秒 声波测井使用的波频率:几百Hz—几百KHz
第六章声波测井
泥浆 Vp=1600m/s
岩层
泥岩 砂层(疏松) 砂岩(疏松) 砂岩(致密) 石灰岩(骨架) 白云岩(骨架)
钢管
纵波速VP (m/s)
1800 2630 3850 5500 7000 7900 5400
横波速度VS (m/s)
950 1518 2300 3200 3700 4400 3100
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0el
为声衰减系数，它与介质的声速、密度及 声波的频率有关
第六章声波测井
气体和液体对声波的粘滞和热传导衰减系数:
2 2
3
3
2 23
(1 cv
1) cp
消除频率影响的衰减系数:
A sf2 22 3 [4 3(c 1 vc1p)
水的As=25×10-15,空气的As=2.0×10-11
气体比液体的声衰减系数大3个数量级
第六章声波测井
五.井内声波的发射和接收 换能器(探头)： 压电陶瓷晶体
可以将电磁能转换为声能，又可以将声能 转换为电磁能的器件。 压电陶瓷晶体(锆钛酸铅)特性:
1.机械:弹性体 2.电学:电介质(有极分子)
第六章声波测井
压电效应：晶体在外力作用下产生变形时， 会引起晶体内部正、负电荷中心发生位移而 极化，导致晶体表面出现电荷累积(声-电)。
第六章 声波测井 （Acoustic log）
第六章声波测井
声波测井 ➢研究的对象：井孔周围地层或其它介质的 声学性质(速度、幅度(能量）、频率变化等)
➢物理及地质基础：不同介质的弹性力学性质 不同,使其声波传播速度、衰减(幅度)规律不同
➢研究方法：井内发射声波，使声波在井周围
的地层或其它介质中传播，井内测量声波在传 播时的速度或幅度变化
E(1)
V
P (1)(12)
Vs
E
2(1 )
2(1)
V /Vs
P
12
第六章声波测井
（2）声波时差 （慢度slowness）
纵波时差
： t P
1 VP
横波时差
：
tS
1 VS
单位：μs/m 或 μs/ft
第六章声波测井
（3）声阻抗Z（声速与密度的乘积） Z=
（4）声压P:声波传播而产生的压强 单位： ( pound per square inch) psi=1lb/in2
波
R
第六章声波测井
第六章声波测井
六.单极子声源在充液裸眼井中的声波全波列 视瑞利波
斯通利波
滑行纵波 滑行横波
硬地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
第六章声波测井
软地层全波列(声波测井用频率15-30kHz)
第六章声波测井
1.滑行纵波和滑行横波(几何声学解释)
反射定理： 1
折射定理：
逆压电效应：将晶体置于外电场中，电场的作 用使晶体内部正、负电荷中心 发生位移，从而 导致晶体表面产生变形(电-声)。
第六章声波测井
发射探头T:将电能转换为声能,逆压电效应 声系
接收探头R:将声能转换为电能,压电效应
单极子或对称声源(用于发射和接收纵波) :
➢有限长的圆管,其原始极化方向是圆周方向
➢发射的波周向对称, 没有周向分辨能力
第六章声波测井
－＋
－
＋－ ＋
＋－ ＋
－ －＋
第六章声波测井
有限长圆管状换能器发射的声波有一定方向性
圆 柱 状
D 3dB
波束角
(70%)
x
声
声压最大值方向
源
声源指向角特性花瓣图
第六章声波测井
偶极子 (dipole) 声源 （弯曲波、偶极子波）
井壁 T
S
S
波
第六章声波测井
（2）泊松比
：
2
3
1
1
是表示物体发生几何形变的系数
所有介质泊松比的值都在0-0.5之间
常见岩石的平均值约为0.25
（3）切变模量
：
j j
切应力与切应变的比值,表示剪切变形的难易程度
流体=0，横波速度为零
（4）体积密度：单位体积岩石的质量，g/cm3
第六章声波测井
四、岩石的声学参数 （1）纵波速度Vp与横波速度Vs
➢波长（λ)：声波传播过程中，相位相同的 两点间的距离 λ= v/f (v-传播速度）
第六章声波测井
二.声波测井将岩石近似为弹性介质
理想的弹性介质：固相、连续、均匀、各向 同性和完全弹性
三.岩石的弹性力学参数
F L
（1）杨氏模量E：
E / i
AL
i
物理意义：弹性体发生单位线应变时弹性体产 生的应力大小，说明弹性体在外力作用下发生 变形的难易程度
sin v1 sin 2 v2
当v1,v2一定时，
如果v2>v1,当2=900时,折射波以v2速度沿界面 传播，称为滑行波(界面转换波).
第六章声波测井
第六章声波测井
滑行波
临界角：产生滑行波的入射角称为临界角。 产生滑行纵波的入射角称为第一临界角ip 产生滑行横波的入射角称为第二临界角is