9章-声波.ppt

* * 第九讲 声波测井 本讲内容 一、声速测井 二、固井声幅测井 三、声波变密度测井 声波在不同地层中传播时，其速度的大小，幅度的衰减和频率的变化是各不相同的，声波测井就是以研究地层的这些声学特性为基础，进而了解钻井剖面的岩性、物性以及固井质量等状况的。 现场广泛应用的声波测井方法有： 声速测井 声幅测井 声波变密度测井 井下声波电视测井 岩石的声学特性 声波：是由机械振动产生的振动波。 声波的频率范围：20~20000Hz (人耳能听到） 次声波：频率低于20Hz 超声波：频率大于20000Hz 目前声波测井所用的声波频率为15KHz~30KHz , 介于声波和超声波之间。 一、岩石的声波速度 1.纵波（压缩波）：质点振动方向和波的传播方向一致。 2.横波（剪切波）：质点振动方向和波的传播方向垂直。 流体只能传播纵波而不能传播横波。 纵波速度总是大于横波速度。 部分岩石、矿物的纵波速度和密度 介质 声波速度Vp , m/s 密度 ，g/cm3 空气(o。C，一个大气压） 甲烷(o。C，一个大气压） 石油(o。C，一个大气压） 水（一般泥浆） 泥岩 砂岩 石灰岩 白云岩 石膏 340 422 1070-1320 1530-1620 1830-2440 3720 6130 7000-7940 4790 0.0012 0.72 0.73-0.94 1.0 1.6-2.0 2.62 2.70 2.5-3.0 2.26 一般，岩石的密度越大，声速大，密度小，声速小。 二、岩石的声波幅度 声波在岩石中传播时，其幅度随着远离声源而不断减小。声幅衰减的原因有三种： 1.声波在传播过程中能量的分散 声波测井仪声源发射的声波，近似看成球面波，随传播距离增加，声幅衰减。声强=声波总功率/4πr2 2.介质对声波能量的吸收 声波在介质中传播是依靠质点的振动来维持的，质点振动时要克服与周围介质的摩擦力而消耗能量，并将声能转换成介质的热能，因此声波在传播过程中能量逐渐减小，直至最后消失，停止传播。 岩石的速度和密度越小，对声波的吸收越多，声幅衰减越严重；声波频率越高，声幅的衰减也越大。一般选2KHz。 3.声波在介质分界面上的传播 反射波： 透射波（折射波）： sin α sin β = υ1 υ2 β α α ρ1υ1 ρ2υ2 法线 入射线 反射线 透射线 声波在界面上的反射和折射 滑行波 滑行波：当β=90o时，折射波在第二中介质中沿界面滑行。 临界角：产生滑行波时的入射角。 测井时，井壁就是两种介质的分界面，声波在井壁两侧将产生反射波、滑行波和折射波。 全反射波：当入射角大于临界角时，射线将全部反射回第一介质，称全反射波，此时无折射波产生。 第一节 声速测井 ?基本原理 T—发射探头 R—接收探头 声系分类：单发单收，单发双收，双发双收。 声波经三种路径到达接收探头：经泥浆、经井壁反射、经井壁滑行。 三种波：直达波、反射波、滑行波 源距L：T到R的距离。 适当选择源距，使滑行波最先到达接收探头。 滑行波从T到R所用的时间: B t = A+C υm + υf 第一节 声速测井 ?基本原理 声脉冲发射器?滑行纵波?接收器 记录初至波到达两个接收器的时间差?t ( μs/m ) T R1 R2 t0 t1 t2 ?t ?t = 1/ ? (秒 / 米) =106 / ? (微秒 / 米) 声速测井记录的是声波通过1米地层所需时间△t随深度变化的曲线。 L l ?t = t2 - t1 井眼补偿声系 T2 T1 R2 R1 补偿声波测井 有上下发射器T1和T2，两个声波接收器R1和R2。T1和T2交替发射声脉冲， R1和R2交替接收时差△t1和△t2，取平均值 △t =（△t1+△t2）/ 2 基本上消除了仪器倾斜和井径变化对时差曲线的影响，使时差曲线能更真实地反映地层速度的变化。 声速测井曲线及影响因素 （1）地层对声速测井的影响 时差曲线是反映井壁附近地层速度的测井曲线。在沉积岩中，声波速度主要取决于岩石骨架成分(如砂岩、石灰岩、白云岩)及孔隙度。 流体速度比岩石骨架速度要低，因此对于同种岩性而言，孔隙越大，含流体越多，岩石速度越小，时差也相应地增大。 声速测井的时差变化范围大约是143-650微秒/米。这是因为岩石时差△t最小不小于骨架时差，最大不大于流体时差。 声速测井曲线及影响因素 （2）源距和间距对声速测井的影响 源距L的选择，应满足这样的要求：泥浆中的直达波比经过地层的滑行波滞后到达接收器；到达接收器的初至波幅度足够大，以便于仪器的接收和记录。根据计算，当井径小于50厘米，地层速度大于2400米/秒时，选择1米源距就满足要求