2声波测井方法与应用
测井方法与原理
测井方法与原理测井是一种在石油勘探和开发中广泛应用的技术手段，其主要目的是通过测量地下岩石的物理性质，以评估地下地层中的油气储层并确定井孔的产能。
本文将介绍几种常用的测井方法及其原理。
一、电测井方法电测井是通过测量井眼周围地层的电阻率来评估石油储层的方法。
它的原理是通过向井眼中注入电流，然后测量所产生的电位差，从而计算出地层的电阻率。
电测井方法有许多具体的技术实现，如侧向电测井、正向电测井和声波电阻率测井等。
这些方法在实际应用中能够提供丰富的地下岩石信息，帮助确定储层的类型和含油气性质。
二、声波测井方法声波测井是通过测量地下岩石对声波的传播速度和衰减程度来评估石油储层的方法。
它的原理是利用井壁的物理特性和波的传播规律，通过发送声波信号并接收回波信号，从而推断出地层中的可用信息。
声波测井方法常用的技术包括声波传输率测井、声波振幅测井和声波时差测井等。
这些方法能够提供有关地下岩石的密度、孔隙度和饱和度等关键参数，对于油气勘探与开发具有重要意义。
三、核子测井方法核子测井是通过测量地下岩石散射或吸收射线的能量来评估石油储层的方法。
它的原理是使用放射性同位素或射线源，通过测量射线经过地层后的射线强度变化，从而反推出地层的性质和组成。
核子测井方法包括伽马射线测井、中子测井和密度测井等。
这些方法可以提供地下岩石的密度、孔隙度、含水饱和度以及岩石组成的定量信息，对于评估储层的含油气性能十分重要。
四、导电测井方法导电测井是通过测量地下岩石对电磁波的响应来评估石油储层的方法。
它的原理是利用电磁波在地下岩石中传播时的电磁感应效应，通过测量反射波的幅度和相位变化，推导出地层的导电性能。
导电测井方法包括感应测井和电阻率测井等。
这些方法可以提供有关地下岩石的电导率、水饱和度、渗透率和孔隙度等信息，对于确定储层的含油气性质具有重要的意义。
总结：测井方法是石油勘探与开发中不可或缺的技术手段，通过测量地下岩石的物理性质，能够评估地层的含油气性能、类型和产能等关键参数。
声波测井技术及其在井控中的应用
声波测井技术及其在井控中的应用声波测井技术是石油工程领域中一种重要的测量及评估手段，它通过发送和接收声波信号来获取有关地层岩石和井筒情况的信息。
这项技术在油气勘探与开发中发挥着重要的作用，尤其在井控中，声波测井技术的应用更是不可或缺的。
1. 声波测井技术的原理声波测井技术主要基于声波在地层中传播的原理，通过测量声波传播的速度和衰减等参数，可以对地层的性质和井筒的状况进行分析。
声波在地层中的传播速度与地层的密度、弹性模量等物性有关，而声波在井筒内的传播受到井壁的影响，这些信息可以帮助工程师判断地层的含油气性质、井壁稳定状况等，从而进行有效的井控。
2. 声波测井技术在井控中的应用2.1 地层评价通过声波测井技术，可以获取地层的速度、衰减等信息，从而判断地层的岩性、孔隙度与孔隙结构等重要参数。
这些参数对于油气成藏条件的评估以及储层的选择具有重要意义，能够指导油气勘探工程的决策。
2.2 井筒评估声波测井技术可以获取井筒内声波传播速度的信息，从而可以评估井壁的稳定性。
通过对井壁的评价，可以及早发现井壁塌陷、溢流等问题，及时采取措施进行井控，保证井筒的安全。
2.3 水合物识别水合物是海底天然气开发中的重要难题之一。
声波测井技术可以通过对声波信号的分析识别水合物的存在，通过测量声波在水合物中的传播速度和衰减等参数，可以评估水合物的分布范围和储量，为油气开发提供重要的参考依据。
2.4 油气井产能评估通过声波测井技术可以获取油气井孔隙度、渗透率、饱和度等参数，从而对油气井的产能进行评估。
这些信息对井口的调整及后续增产方案的制定具有指导作用，能够优化油田开发计划，提高油气井的产能。
3. 声波测井技术的局限性与发展方向虽然声波测井技术在井控中有着重要的应用，但它也存在一些局限性。
比如，声波测井技术受到岩石孔隙度、孔隙结构和裂缝等地层条件的影响，这些条件会导致数据的不准确性。
此外，测井仪器的精度和分辨率也是影响声波测井技术准确性的重要因素。
钻井地球物理勘探教案——声波测井
第七章声波测井岩石中声速的差异与岩石致密程度，构造和孔隙充填物等有关。
声波测井是运用声波在岩层中的各种传播规律在钻孔中争论岩层特点的一类方法。
声波测井分类：声波速度、声波幅度、声波全波、声波成像等。
第一节声波测井的物理根底一、声波物理性质简述对于声波测井来说，声源能量很小，岩石可看作是弹性体，因此可利用弹性波在介质中传播的规律来争论声波在岩石中的传播过程。
1〕描述固体弹性的几个参数①杨氏模量 E 〔纵向伸长系数〕；②体积弹性模量 K ；③切变模量μ；④泊松比σ。
2〕声波在岩石中的传播特性①纵波与横波〔压缩波与剪切波〕②波的能量与振幅的平方或正比③声波幅度随传播距离按指数规律衰减④波在两种不同介质分界面处的转换—反射与折射，遵循斯耐尔定律。
首波—滑行波在第一种介质中造成的波称为首波，习惯上称为折射波。
二、钻孔内的声波其次节声波速度测井一、单放射双接收声波速度测井原理测量沿井壁传播的滑行波的速度。
二、井眼补偿式声波速度测井原理目的在于抑制井径变化或仪器在井中倾斜时所造成的声速误差。
三、长源距声波测井目的在于更好地区分纵、横波和低速波，增加探测深度，抑制井壁四周低速带的影响。
源距加大到 2.5m 左右可满足上述要求。
全波测井源距较长，以提高各种波的区分力量。
四、阵列声波测井及分波速度提取五、偶极横波测井1．单极源及偶极源。
2．挠曲涉及其与横波的关系。
软地层中，单极源不能产生横波，偶极源的波列中，在纵波之后亦无横波，但有明显的挠曲波，在低频时，挠曲波的速度与横波速度相近，高频时则低于横波的速度，可依据挠曲波的速度来求取横波速度。
第三节声波速度测井的解释与应用一、影响声波速度测井曲线外形的因素1 〕周期跳动引起声皮跳动的岩性因素：①裂缝层，裂开带；②含气水胶结纯砂岩；③高速层〔波阻抗大，能量不易传递〕；④井径扩大或泥浆中溶有气体。
2 〕源距与间距的影响源距—要保证抑制盲区的影响，使折射波首先到达接收器〔1m 即可，长源距可达 2.5m 〕。
地球物理测井方法 第二章 声波测井
（5）声衰减系数 (平面波：只有物理衰减）
p p0e l
为声衰减系数，它与介质的声速、密度 及声波的频率有关
GaoJ-2-1
17
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)。
Wavelength
GaoJ-2-1
质点振动
波传播方向
8
介质振动模式与声波类型
垂直传播
SH水平振动
SV水平振动
P垂直振动
SH水平振动
GaoJ-2-1
SV垂直振动
水平传播
P水平振动
9
快慢横波和横波分离
Propagation Direction
R
S
GaoJ-2-1
10
井眼中的声波类型及特点
纵波（P波）：Compressional Wave
本科生课程 《地球物理测井方法》
第 2 章 声波测井
（Acoustic Logging） 前 言 声波测井基础 第1节 声波速度测井 第2节 声波幅度测井
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
A V
岩石体变模量定义：岩石受均匀静压力作用时，所加
静压力的变化∆P与体应变 的比值：
K= -∆P/
体变模量的单位为N/m2。
（5）拉梅系数λ和 （Lame Coefficient）
地球物理测井.声波测井
地球物理测井.声波测井
4.井壁固液界面产生的两种波
瑞利波(Rayleigh waves) 斯通利波（Stoneley waves）
地球物理测井.声波测井 瑞利波(Rayleigh waves)
在弹性介质的自由表面上，可以形成类似于 水波的面波，这种波叫瑞利波，如图2－2所示。
瑞利波示意图
F
S
纵向
横向
d
F
L
地球物理测井.声波测井
5 泊松比σ ：
（外力作用下，弹性体的横向应变
与纵向应变之比）
d
= 弹性体的横向应变/纵向应变 =（△d/d）/（△l/l）
F l
物理意义：描述弹性体形状改变的物理量。
地球物理测井.声波测井
6 体积模量K：
F/S K V / V
（定义为应力与弹性体的体应变之比）
折射纵波（滑行波）； 折射横波。
地球物理测井.声波测井
声速测井原理
T 产生声波(f = 20kHz) 泥浆(v1) 地层(v2)
v2>v1
在井壁处折射产生滑行波
滑行波到达R ①单发单收声系
完成声波速度测量
地球物理测井.声波测井 ②单发双收声系
T 产生声波(f = 20kHz)
泥浆(v1) 地层(v2)
第二章 声波测井
（Sonic Logging）
资源与环境学院 程 超
一、地层的地球物理特性
7个→声学特性
二、阿尔奇公式
地层因素（F）
电阻率增大倍数（I）
地球物理测井.声波测井
声波测井（Sonic Logging）
声波测井—是通过研究声波在井下岩层和介质中
的传播特性，从而了解岩层的地质特性和井的技
声波测井技术及其在油藏模拟中的应用
声波测井技术及其在油藏模拟中的应用声波测井技术是一种常用的油田勘探和开发手段，它通过在井中传播声波并检测其反射、折射和散射情况，以获取关于地下地层结构和岩石性质的信息。
声波测井技术在油藏模拟中具有重要的应用价值，本文将对其原理和应用进行详细介绍。
一、声波测井技术原理声波测井技术利用声波在不同岩石介质中传播速度和衰减特性的差异，来识别岩石类型、岩性和孔隙度等地层参数。
声波测井主要涉及两种类型的波：压力波（P波）和剪切波（S波）。
P波是沿着传播方向产生介质振动的压力波，而S波则是垂直于传播方向的剪切波。
在声波测井过程中，测井工具向井中发射短脉冲的声波，然后接收反射回来的声波信号。
通过测量声波传播时间和振幅变化，可以确定不同岩石介质的速度、密度和衰减等参数，从而判断地层的性质和储层状况。
声波测井技术在油藏模拟中有广泛的应用。
二、声波测井在油藏模拟中的应用1. 岩石类型和储层评价声波测井技术可以通过分析声波传播速度和振幅变化来判断不同岩石类型和储层特性。
通过测井数据可以确定地层中的砂岩、泥岩等岩石类型，并评估其物性参数，如孔隙度、孔隙连通性和饱和度等。
这些信息对于油田勘探和开发中的地层评价和储层预测非常重要。
2. 孔隙度和渗透率测量声波测井技术可以通过测量P波和S波的传播速度来估算地层的孔隙度和渗透率。
孔隙度是指地层中孔隙体积与总体积之比，而渗透率则是岩石中流体渗透的能力。
声波传播速度与孔隙度和渗透率呈正相关关系，因此通过测井数据可以较准确地估算地层的孔隙度和渗透率。
3. 地震模拟和埋藏史重建声波测井技术在地震模拟和埋藏史重建中也发挥着重要的作用。
地震模拟是指利用声波数据模拟地下地层的变化情况，以便更好地理解地层结构和油气运移规律。
声波测井数据可以提供地震模拟所需的地下地层参数，包括地层速度和衰减信息等。
埋藏史重建是指通过分析地质历史和地层变化来估算油气成藏过程。
声波测井数据可以为埋藏史重建提供重要的地层参数，如岩石密度、声波速度和层位信息等，从而揭示油气形成演化的过程。
声波变密度测井技术及其应用
声波变密度测井技术及其应用目前油田固井质量检查的主要方法是声波幅度测井和声波变密度测井。
声波变密度测井是由声幅测井发展而来的，其原理是利用水泥和泥浆（或水）声阻抗的较大差异对沿套管轴向传播的声波的衰减影响，来反映水泥与套管间、套管与地层的胶结质量。
井下仪器主要包括声系和电子线路两部分。
声系的功能是为了进行声波测井，它包括发射探头和接收探头，仪器的源距有两种，3ft和5ft，3ft的用于声幅测量，5ft的用于变密度测量。
电子线路可以挂接连续测斜仪、高分辨率声波、双侧向和双感应等探头，实现多探头组合测井。
一、声波变密度下井仪测井仪的声系由两个压电晶体组成，一个发射，一个接收。
声源的工作频率为20KHz，重复频率15-20Hz。
测井时，声源发出的声脉冲在井内各个方向传播，当传播到两种介质的交界面时，会发生声波的反射和折射。
井下仪电路主要由4个单元电路组成，即逻辑单元、接收单元、低压电源及信号衰减单元、发射控制及换档脉冲检测单元。
逻辑信号首先进入半峰值再生电路，检测出的逻辑信号进入逻辑形成电路，产生发射、接收直流逻辑方波，并形成同步脉冲。
同步脉冲与发射逻辑共同进入逻辑控制电路，产生各种控制信号，触发脉冲送发射电路，经换能器转换成声波信号，经地层传播，被接收换能器转换成电信号而送入预放级，经隔离选择，控制晶体发射、接收，然后接收信号经增益控制、发射干扰抑制等处理，最后与发射标志脉冲经电缆传输到地面。
二、声波变密度测井能够解决的问题1、全波列分析全波列测井包含声波的速度、幅度、频率等信息，我们主要对前12-14个波的幅度及到达时间进行分析。
一般情况下，前3个波与套管波有关，反映套管与水泥环的胶结状况；第4-6条相线与水泥环中传播的声波信号有关，它反映水泥环与地层的胶结状况。
2、声波变密度测井检查固井质量（1）套管外无水泥。
这种情况下，套管波反射能力很强，地层波较弱或没有，变密度的相线差别不大，基本均匀分布，套管接箍明显，固井声幅为高幅值。
声波测井技术与方法浅论
声波测井技术与方法浅论声波测井技术是油气勘探中常用的一种地球物理测井方法。
它利用地震波在地下介质中传播的特性，通过测量地下介质中的声波速度和衰减等参数来识别和评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数。
本文将对声波测井技术与方法进行浅论。
声波测井技术主要分为两类，即测井正问题和测井反问题。
测井正问题是指通过已知的地震波源和地震接收器阵列，测量地震波在地下传播的特性，如传播速度、振幅、频谱等，然后根据测量数据推断地下岩性、构造等信息。
而测井反问题则是根据地下介质的物理特性，如岩性、孔隙度、渗透率等，来预测地震波在地下传播的特性，从而反推出地震波传播的速度、振幅、频谱等信息。
声波测井主要应用了地震学原理和弹性波理论。
地震学原理是研究地震波在地下传播的学科。
通过分析地震波的传播特征，可以推断地下岩性、裂缝、韧性层等信息。
而弹性波理论则是研究介质中弹性波传播特性的理论基础。
通过研究声波在弹性介质中的传播特性，可以推断介质的弹性模量和密度等参数。
声波测井技术主要有两种方法，即测井法和地面震源测井法。
测井法是通过在井中放置声波源和接收器，测量地震波在地下传播的速度和振幅等参数。
地面震源测井法则是通过在地面放置震源，通过监测地下接收器记录的地震波数据，推断地下岩性和构造等信息。
声波测井技术的应用非常广泛。
在油气勘探中，通过声波测井技术可以评价储层的岩性、孔隙度、渗透率等参数，从而指导钻井和生产。
此外，声波测井技术也可以用于地下水资源的勘探和开发，以及地质灾害的预测和评价等领域。
总之，声波测井技术是一种常用的地球物理测井方法，在油气勘探和地下水资源开发等领域有着重要的应用价值。
随着测井设备和技术的不断发展，声波测井技术将会越来越精确和高效，为油气勘探和地下资源开发提供更好的技术支持。
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p K1 (
pa)B(k)
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2
（3）积分上下限分析 波数在（-kb，kb）之间 k kb ,
kb sin kb ,
2
入射角在 , 全部 声射线 2 2
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
二、井中入射波和反射波分析
2．反射波特性
反射波在波数k复平面上，被积函数存在若干极点± kb、 ± ks、 ± kp，由割线积分 得到
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
一、波动方程及解
2．边界条件
Q Trr2m 1 ur2m b 2
2
b
1
ak
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1 2
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k
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K0 ( pa) u p K1( pa)
2k 2s
b r)e j(tkz) dk
r
C
b K1 b I1
(b (b
a)Q a)Q
K0 (ba) I0 (ba)
I0
(b
r)e
j(t kz) dk
1．入射波分布
把被积函数从实轴延拓到复数k平面，当Z为正，
-kb
k在下半平面k ，
K0 (br) K0 ( k 2 kb2 r) 0
A z e 2 j(tksz) s
J0 (br)
讨论：（1）b中i项r与割线积分中第一项抵消，说明在理想情况下井中最终声
场不存在入射波成分。
（2）反射波是临界角内反射波（包含滑行波），其纵波和横波幅度沿Z轴方 向是扩散衰减的，因此在声源发射功率一定时，源距选择受到限制。
第二 章 声波测井-声波传播
波动理论一般是指从弹性波动力学出发，通过求解所研究区域中满 足一定边界条件和初始条件的波动方程，表述和分析目标区域中某一点 在某一时刻的波动场 —声场 。通过积分分析解、数值模拟，获得全波 波形和各组分波的解，从而分析各组分波的特性。
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
一、波动方程及解
声波测井方法和应用
主讲人：章成广 长江大学
地球物理与资源学院
第二 章 声波测井-声波传播特征
射线声学分析: 在井内激发的波有直达波（入射波）、滑行纵波和滑行 横波、反射波和全反射波及多次反射波。射线声学只有在声波的波长远 远小于介质的几何尺寸时，射线声学才能适用。声波测井的频率比较低， 因而波长与井径相比较大，所示实际测井中的波列无法完全用射线声学 解释。在现场测井中所记录的全波形，实际上是由各种组分波叠加的总 效应，像直达波和临界角内的反射波是很难观察到的，而且也会表现出 一些用射线声学不能完全解释的问题，如实际测井中的面波伪瑞利波和 斯通利波等。射线声学理论只是严格的波动理论的一种近似，要透彻地 了解井中激发的全波列波形中各组分波，就必须要利用波动理论来研究 井中的声波传播问题。
k
4 s
K0 K1
(s (s
a) a)
Z P2 v2
Trr 2 u r 2
Trr 2 ju r 2
jbQ
t
3．井中声场积分式 A(k ) b K1 (Qb与a地)层Q声阻抗有K关0的(参数 b a) 考虑到声源是频率的函数，因此系3数A可b 以I1写(成频b谱a函)数QS() I 0 ( b a)
考虑到泥浆中有入射波与反射波，地层中只有折射纵波和折射横波，且入射波在井轴处幅度最大，远离井轴幅度 减小；反射波在井壁处幅度最大，向井内传播幅度减小；折射波在井壁处幅度最大，向地层传播幅度减小。再考 虑到各种k值范围有各种具体解（井中泥浆波、地层中纵波和横波），其解是各组分波的叠加结果
b (r)
Z P(r,,z)
a
0
Y
X
(Ⅰ)
(Ⅱ)
b ,Vb ,Vp ,Vs
轴对称下柱状座标
所谓等效弹性地层是不考虑孔隙影响，把地层看
作均匀各向同性弹性地层。它是研究声波全波测
井声传播的基础
(
)
u
2u
f
2u
t 2
ub b u p
C
kb kb
K0下 （b r） K0上 （b r）e jkz dk
C j
i
kb kb
J0
(br)e
j(tkz) dk
J0为实数零阶Bessel函数，k为轴向 （Z）上波数，为径向（r）上波数
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
0
2 r 2
1 r
r
1 r2
2 z 2
2 Vs2
s (r,t)
0
(i b, p)
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
一、波动方程及解
1. 波动方程及一般解
分离变量法: i (r, z) Ri (r)Z(z) s (r, z) Rs (r)Z(z)
2
k
2 s
)
K1
(
P
a)
B(k
)
A(k ) b K1 (b a)Q K 0 (b a) b I1 (b a)Q I 0 (b a)
B(k) A
(1
2
k2
k
2 s
)
p K1 ( p a)[b I1 (b a)Q I 0 (b a)]a
C(k) A
第一节 等效弹性地层井中声波传播
二、井中入射波和反射波分析
2．反射波特性
（3）反射纵波和横波具有共振频率。为了考虑反射波的频率特性，取波数±kp， 此时传播速度为Vp，只有一条射线的k分波，即滑行纵波：
r
CK1 (b a) I1(ba)
I
0
(b
r)e
j (t kz)
、0分别为计算和参考角频率；
Q0为品质因子低频RL ST 高频RL
-3 0
500
1000
1500
2000 2500
时间(s)
第二 章 声波测井-声波传播
第一节 等效弹性地层井中声波传播
二、井中入射波和反射波分析
声场中包括入射波和反射波两部分 ：
只考虑瞬时频率情形
i C K0 (
r s
a
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1 Vb2
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0
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2 s
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V
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1 Vs2
2
t 2
2 s t 2
p 0 0
ra
r a
ra
ur
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1 r
z
0
其中是r与X轴的夹角，
取 x r cos
Z
kb
J0 (br)e jkz
1
2
e d 2 j ( b xkz)
0
X 0
由于kb2=k2+b2，k是kb在Z轴上的投影， b是k在X轴上的投影，kb与X轴上的交角就是入
射角。被积函数表示在XOZ面上内传播的平面波，波的传播方向就是kb方向。对积分表 示绕Z轴旋转一周，合成的波阵面为锥面波。因此kb表示为一支方向传播的分波，它的波 阵面是锥面。
A[ K 0
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j (t k z)
dk
2．边界条件
1）井壁上（r=a）切变应力连续Trz1=Trz2 2）井壁上（r=a）法应力连续Trr1=Trr2 3）井壁上（r=a）径向位移连续urr1= urr2
a)]
Trz1 0
ur2
p r
s z
B(k)u p K1( pa)
jk C(k ) K1 ( s a)
uz2
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