远探测声波成像测井的种类及应用实例
声波测井仪在勘察中的运用
声波测井仪在勘察中的运用通常的声波测井如声速测井和声幅测井，只记录纵波头波的传播时间和第一个波的波幅，而且只是利用了井孔中非常少的波列。
实际上，换能器在井孔中激发出的波列携带着很多的地层信息。
声波全波列测井采用数字记录方式记录了井孔中的全部波列，利用数字信号处理的方法从全波列中提取所感兴趣的信息，用于声波测井资料的地质解释。
1井孔中的声波及其波型成分在钻孔中，由点声源激发的全波列是由多种波列成分组成的，主要包括纵波、横波、伪瑞雷波和斯通利波等(见图1)。
(1)纵波纵波(又称滑行纵波)是由声源发出的以第一临界角入射到井壁后，在井外地层并靠近井壁且以图1全波列波形图地层中的纵波速度沿井壁滑行的波。
这种波在沿井壁传播的同时，又会以第一临界角为折射角折回井中，被接收器接收到。
(2)横波横波又称为滑行横波，它类似于纵波，从射线声学的角度来看，横波头波是由声源发出且以第二临界角入射到井壁后在井外地层并靠近井壁以地层中的横波速度传播的波，这种波在沿井壁传播时又会以第二临界角为折射角折回井中，被接收器接收到。
(3)伪瑞雷波以相速度介于井内流体中的纵波速度和地层中的横波速度传播的无几何衰减的高频散波。
(4)斯通利波以大于且近似等于井内流体中的纵波速度传播的无几何衰减的微频散波。
2声波全波列测井仪系统组成及工作原理2.1系统组成目前在国内工程勘察行业，适用的声波全波列测井仪器主要为北京大地华龙公司生产的XG-Ⅱ长源距全波列测井仪，该仪器是一套双通道高分辨率、数字化的测井仪，具有分时采样、迭加、滤波、信号增强、抑制噪声以及现场实时计算、实时显示实测波形和测试结果等功能。
测井仪系统由主机、井中全波列声系、连接电缆、平面换能器(用于岩芯的波速测试)和数据处理软件组成。
主要技术指标见表1。
井中全波列声系由一个发射探头和两个接收探头组成(见图2)，发射探头距接收探头1的距离为1.05m，距接收探头2的距离为1.25m，两接收探头间距为0.20m。
声波测井介绍
声波是近年来发展较快的一种测井方法。由最早的声速 测井、声幅测井发展到后来的长源距声波测井、变密度测井、 井下声波电视(BHTV)、噪声测井到现在的多极子阵列声波测 井、井周声波成像测井（CBIL）、超声波井眼成像仪等。特 别是声波测井与地震勘探的观测资料结合起来，在解决地下 地质构造、判断岩性、识别压力异常层位、探测和评价裂缝、 判断储集层中流体的性质方面，使声波测井成为结合测井和 物探的纽带，有着良好的发展前景。
在薄层左侧面上，存在作用力
；在其右侧面上，
由于声波在介质中传播了 以后，声压变化为
（为
负值），因而对此体积元右侧面的作用力为：
所以该薄层沿其传播方向运动的作用力为：
即：
根据牛顿第二定律，此力等于薄层的质量和其加速度的 乘积，所以有：
两边化简并对时间积分，有：
（1）
为积分常数，当没有声压作用时（t=0），薄层的运动速度为
等效声中心（声源）传播到距等效声源为r的某处，此时声波的 波阵面是以声源为球心，r为半径的球面。若声源发出的总功率
为W，则由声强的定义有：
从上式可以看出，对球面波来说，随着传播距离的增加， 波阵面上的声强按平方规律衰减。
对于柱面波，若柱状声源长度为 ,圆柱波阵面的半径为 ， 声源声功率为 ，则波阵面上的声强为：
能量称为声功率，用W表示，单位为微瓦（W）。在声波传
播的波阵面上，单位面积上声功率的大小称为声强，声强通
常用J表示，单位为W /m2。
为了说明声压和声强的数学关系，先讨论由于声压引起
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 〕。
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。
声电成像技术在测井中的应用
声电成像技术在测井中的应用摘要：声电成像测井是一种新发展起来的为解决非均质性储层难题的方法。
文中从声电成像浏井原理出发，通过对成像图的颜色、形态、地球物理意义、地质意义的研究分析，结合岩心资料，建立起一套声一电成像解释墓本模型。
实际生产中，在岩性判定、裂缝识别、构造分析等基础地质研究方面，取得了很好的应用效果。
关键词：声电成像测井模式地质应用声电成像测井技术是现阶段较为先进且有效的测井技术，利用该技术能有效识别非均质性储层，具有高分辨率、大信息量、直观反映井壁地层变化。
能够及时获悉到地层或者井筒图像，能够全面的掌握井下信息。
目前已得到了广泛的应用，是一种值得推广与宣传的先进技术，在地质研究方面有重要意义。
一、声电成像测井技术声成像测井既可以利用滑行波，还可以利用反射波进行测量。
主要通过反射波的能量及反射界面的声阻抗相关原理，来实现对反射波能量实际强弱进行准确的测量。
从而达到明确具体的井壁岩石及套管实况。
在实际中，遵循的测量原理是：运用换能器，在井下适当的位置处安装一个换能器，以作为发射与接收，在两次发射的中间作接收，实行的换能器工作方式是通过恒速在井中绕仪器轴旋转。
与此同时对声波进行接收与发射，将反射波的信号进行放大，然后送入到示波管中，来当做示波器的控制信号，当反射波的强弱变为扫描线的亮暗，通过照相机同步照相记录。
声电成像测井能够为我们展现清晰完整的地层岩性剖面，且最后所得测量结果存在着一定的方向性，有时候能替代钻进取芯。
能进一步强化裂缝分析研究工作，利用电成像测井能够及时掌握了解裂缝的类别、参数分布情况以及有效性；通过电成像资料能够准确识别地层层理、沉积粒序及薄互层等的沉积结构特征。
结合具体的沉积特征对当前的沉积环境加以分析，增强功率。
二、地质应用1、划分薄层电成像能够对厚度不足一英寸的地层成像，利于识别地层中的砂泥岩，而且能够非常准确地计算砂岩层厚度。
如果在厚泥岩层段中夹薄沙层，泥质图像通常呈暗色，砂岩为浅色图像，产生易于识别的具有清晰的薄层界面；当厚砂岩层段中夹薄的非渗透隔层时，有两种可能，一种是高电导率的泥质夹层形成的非渗透隔层，另一种是钙质胶结的砂质夹层形成非渗透隔层。
4、声波测井
A’ T2
B’
优点：1）消除了井眼不规则 的影响。
双发双收声系（井眼补偿声系）
声波测井 声速测井曲线形态及影响因素 曲线形态： （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）在界面上下0.25米不反映岩层的时差（l=0.5米）。
泥岩 砂岩
J1
t
0.3米
182 168 156 143 143 143 164 171 220 620 608 750~985 442
5 5 ..5 5 1 .2 4 7 .5 4 3 .5 4 3 .5 4 3 .5 5 0 .0 5 2 .0 6 7 .0 1 8 9 .0 1 8 5 .0 238 1 3 4 .7
2 .6 5 2 .6 5 2 .7 1 2 .8 7 2 .8 7 2 .8 7 2 .9 8 2 .3 5 2 .0 3 1 .0 0 1 .1 0
~
5MHz
声波测井 岩石声波速度
VP VS
2
E
E
(1 ) (1 )( 1 2 )
1 2 (1 ) V P 1 . 732 V S
0 . 25 ,
在均匀各向同性介质中,纵波、横波速度与密度、弹性系数有 关，对于岩层速度是：1）与岩性有关；2）与岩层的孔隙度、流 体特性及饱和度情况有关；3）与埋藏深度、地质年代、地质构 造等有关。
声波测井
§4.2 声速测井 声速测井—测量声速（时差）—识别岩性/流体性质，计 算孔隙度 时差：速度的导数。物理意义：声波传播单位距离所需的 时间，μs/m或μs/ft，也称慢度。 声系：若干个声探头采用不同的源距和间距组合而成的井 下声波测量系统。 源距与间距：发射探头（T）到接收探头（R）的距离为源 距（L），接收探头（R）到接收探头（R）的距离为间距（l） 。
2声波测井方法与应用
22 p
22
ur 2 r
(2
22 )2 p
2
2
1 r
p r
2 p z 2
2s rz
Trz 2
2
u r 2 z
u z 2 r
2
2
jk
p K1 (
pa)B(k)
(2k
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
2 s
1 2
2k 2
k
2 s
2 1
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
成像测井的解释与应用
白云岩
白云岩易受溶蚀等作用 影响，裂缝及溶洞发育， 多以高角度缝和斜交缝 为主。白云岩比灰岩脆 硬，由于灰岩白云化后， 体积收缩，晶形变得规 则，从而形成大量晶间 缝，再由于地下水的溶 解作用使晶间缝扩大形 成晶间孔，进一步可形 成溶孔、裂缝，因而白 云岩比灰岩更能形成良 好的储层。
混合花岗岩
有效缝与充填缝区别
充填缝为无效缝，要与天然裂缝识别开。
裂缝可以是方解石充填，也可以是泥质 充填，当存在方解石充填时，STAR图像 显示为亮色；当存在泥质充填时，STAR 显示为暗色，易与有效缝相混淆。如有 全波列图可对源自，斯通利波没有衰减， 说明为无效缝。
图像的增强处理
为了突出成像图上地质特征的效果，可
成像测井的解释与应用
汇报人：王拓夫
立项目的及意义
井壁成像测井，它以其直观性、可视性，能直 接地反应井周地层的分布情况和地质特征，但 是目前的处理软件在裂缝密度、裂缝张开度、 裂缝条数、裂缝孔隙度及孔洞的面比率等参数 评价上仍达不到定量水平；不同地质特征在成 像图上的区别，有效裂缝和无效裂缝的识别等 还不能解释的非常清楚。
裂缝分类：低角度缝
低角度裂缝在成像图 上表现为低电阻的暗 色条弦，形成一个低 幅度的正弦或余弦波 形，切割层理或井眼；
裂缝分类：高角度缝
高角度缝在图像 表现为低电阻的 暗色条纹，形成 高幅度的正弦或 余弦波形，切割 整个井眼 。
裂缝分类：网状裂缝
网状缝由于裂缝相互 交织在一起，相互切 割，在成像图上表现 为暗色网状形态。
（1）、与常规深、浅侧向对比判别裂缝的径 向延伸程度
由于浅侧向测井的径向探测深度浅，而 深侧向的径向探测深度深，当裂缝径向延 伸大时，深、浅侧向电阻率均降低；当裂 缝径向延伸较小时，只有浅侧向电阻率降 低，而深侧向基本不变化。
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一
远探 测声波 反射 波成 像测 井 的原理 与二 维地震 方 法相 似 ， 测 量 的主 要 目的是 用 反射 纵 波对 地 层 的 反射 面 进 行成 像 。 当仪 器上 的声 源被 激 发 时 ， 其产
中称 为 反 射波 ， 它们 的 振 幅 比起 井 中的模 式 波 通 常 要小 得 多 。 当测井 仪 器位 于地 层 的上 部或 下部 时 ， 声波 能量 在地层 的下 界面 或上 界面 反射 回来被 接 收 器接 收 ， 这些 波 即为测井 声 波 中的反射 波 （ 见 图
１ ） 。 因此 对这 些 反射 波 进行 偏 移 处理 ， 以得 到 井壁
作者简介 ： Biblioteka 秀荣（ １ ９ ７ １ 一 ） ， 女， 高级工程 师 ， 长期从事测井资料解释 工作。
２ ４
国 外 测 井 技 术
波（ ２ － ３ ｋ Ｈ ｚ ） ， 比用 于纵 波 成像 的 单极 高 频纵 波 （ 一 １ ０ ｋ Ｈ ｚ ） 传播 更远 。 ２、 裂缝 反射 横 波的能 量强 。 ３ 、 偶极 只有一 个模 式 ． 更 容 易识 别 裂 缝 。 而纵
并 获 取 ，不 需要 占用 额 外 的 钻机 时 间 。 在斜 井 中 ，声波 方位各 向异性 同深横 波成像 相 结合 ，可通
过深 、浅 不 同区域成 像 ，更好 地解 释理解 裂缝 的方
向 和规模 。
外面地 层构 造 图像 。测 井 声波数 据 与常规 地震 勘探 数据 之间 的主要 区别 是声 波测 井数 据 中井 中模 式波
松 地层 横 波 速度 迅速 减 小 ， 限制 了利 用 横波 进 行 井
Ｕ 刖 再
声 波 远 探 测 技 术 发 展 到 目前 已经 包 括 ３ 种 方 法， 分 别为 单极 纵波 法 、 偶 极横 波法 和偶极 纵波 法 。 单 极 纵波法 是 利用井 中单 极子 声源 向井外 辐射 纵波 ， 并接 收从 井外 地质 体反射 回来 的纵 波 ， 来 确定 地质体 的位置 。应用 井 眼声波 数据来 进行 井旁 裂缝 成像 最 初是 由 Ｈｏ ｒ ｎ ｂ ｙ （ １ ９ ８ ８ ） 提 出 的 。后 来 Ｆ ｏ ｒ ｔ ｉ ｎ 在 １ ９ ９ １ 年， Ｈ ａ ｌ ｄ ｏ ｒ ｓ ｅ ｎ 在２ ０ ０ ６ 也发 表 了相关 文章 。 国内 同行 也 进行 了大量 的研 究 工作 ， 大 港 油 田测 井 公 司
迟 秀荣 ， 刘瀚檐 ， 刘竹杰
（ １ ． 渤海 钻探 工程 有 限公 司测井分 公 司 ２ ． 大港 油田滩 海开发公 司 ） 摘 要： 单 井声波 反射 波 成像 测 井技 术 近几 年发 展迅 速 ， 已由单极 子 声波发 展 到 偶极 子 声 波 ， 由纵 波发 展 到横 波 ， 目前 已经 包括 ３ 种方法， 分别 为 单极 纵 波 法、 偶极 横 波法和 偶 极纵 波 法 。本 文 阐述
了不同反射波成像的原理 ， 并以一 口套管井水力压裂前后的成像解释阐述 了一个声波深横波成像 （ ＤＳ ＷＩ ） 的例子 … ， 以墨 西哥 湾盐穹构造 描 述 来阐述一 个声 波深 纵波成 像 （ ＤＣＷＩ ） 的 实例Ｉ 。 关键词： 声波反射波； 深横波成像 （ Ｄ ｓ ｗＩ ） ； 深纵波成像 （ Ｄ Ｃ ＷＩ ） ； 水力压裂； 构造描述 但Ｓ Ｈ不是唯一能识别井旁裂缝的体波 。在疏
生的声波可 以按照传播方 向分为 ２ 类， 一类是直接
沿 井传 播 的波 ， 包 括 滑行 纵 波 、 滑 行横 波 、 导 波 以及
Ｓ ｔ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｙ 波， 即井 中的模式波 ； 另一类是声源辐射到
井外 的能 量 ， 它在 地 层 中被 地质 构 造 界 面反 射 回到 井 中并 被 仪器 的接收 器 所接 收 ， 这 些 波在 声 波 测井
旁成像的能力 。在此环境下 ， 偶极子源发 出的纵波 解决 了这一问题。相 比单极子源发出的纵波 ， 偶极 子源发 出的纵波频率低 ， 探测深度深 ， 衰减影响小 。
偶 极 子 的方 位 传 播模 式 加 上 ４ 个 交叉 偶 极 成 分 ， 使 得 方 位 敏 感 性 得 到 最 优 化 。 通 过 增 加 记 录 长 度 ７ ０ ％， 可增 加成 像深 度达 到 １ ０ ０ ｆ ｔ 或更 多 。
１ 反 射 波成 像 理 论
１ ． １ 单极 子声波 反射 波成像
于２ ０ ０ ５ 年研 制 了新 型远 探测 声波 反 射波测 井仪 器 ，在裂 缝性储 层评 价 以及在 缝洞 型碳 酸盐 岩储集
层评 价 的应用 中取 得 了一 定 的效果 。但 是单极 声 源 无 指 向性 ，且 受 到 高 频 限 制 （ 约１ ０ ｋ Ｈｚ ） ，致使 波 衰减严 重 。 ． ２ ０ ０ ９ 年， 唐 晓 明提 出 了用 偶 极 子源 发射 横 波 的 应 用 。 沿 水 平 方 向传 播 的横 波 Ｓ Ｈ可 用 于 单 井 成 像 。深 横 波成像 分析 技术 可被 用来更 加精 细地 评价 诱 导缝 或 自然裂 缝 。它把 常规 测井 的测 量范 围从井 周１ 米 左 右提 高 到几 十米 ， 可描 述 远离 井 眼 （ 在 合适
第３ ８ 卷 第１ 期 ２ ０ １ ７ 年２ 月
国 外 测 井 技 术
Ｗ ０ＲＬ Ｄ Ｗ ＥＬ Ｌ Ｌ ＯＧＧＩ ＮＧ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ１ ． ３８ Ｎｏ ． １
Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ７
２ ３
・
综 述 ・
远探测声 波成像测 井的种 类及应用 实例
波有 多个 模式 （ 纵波 、 横波 、 斯 通利 波 ） 。
偶极 子 声 波 仪发 射 和接 收 两 种类 型的 横 波 ， 与