矿场地球物理课件 第六章 声波测井.doc

第六章 声波测井 声波在不同介质中传播时，速度有很大差别，而且声波幅度（能量）的衰减、频率的变化等声学特性也是不同的。声波测井就是利用岩石等介质的这些声学特性来研究钻井地质剖面、判断固井质量等问题的一种测井方法。 声波测井主要分为两大类：声速测井和声幅测井。声速测井是测量声波在地层中的传播速度的测井方法。声幅测井是研究声波在地层或套管传播过程中幅度的变化的测井方法。 声速测井可以用来确定地层的孔隙度，判断地层岩性，识别储集层的流体性质。 声幅测井可以识别气层，裂缝储集层，评价固井水泥胶结情况。 声波测井与地震勘探资料相结合，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得到广泛应用。声波测井成为结合测井和物探的纽带。 第一节 岩石的声学特性 一、岩石的弹性及弹性参数 岩石 杨氏模量 E/1011N·m-2 泊松比σ 切变模量 μ/1011N·m-2 页岩 砂岩 泥灰岩 石灰岩 硬石膏 玄武岩 花岗岩 0.17~0.45 0.003~0.715 0.15~0.45 0.25~0.801 0.72~0.74 1.15 0.3~0.57 1 0.2~0.35 0.3~0.4 0.22~0.35 0.295 0.23 0.198~0.3 0.231~0.265 (0.281) 0.156~0.237 二、声波在沉积岩石中的传播特性 纵横波速度表达式： 三、声波在沉积岩石中的传播的影响因素 1. 岩性：构成不同岩石的矿物的弹性模量大小不同，岩石的声波速度大小也不相同。 介质 声速/m·s-1 时差/ μs·m -1 空气 甲烷 石油 水(普通泥浆) 泥岩 泥质砂岩 渗透性砂岩 致密砂岩 致密石灰岩 白云岩 岩盐 硬石膏 330 442 1070~1320 1530~1620 1830~3962 5638 5943 5500 6400~7000 7900 4600~5200 6100~6250 3000 2260 985~757 655~620 548~252 177 168 182 156~143 125 217~193 164~160 2. 孔隙度 沉积岩孔隙中通常被石油、气、水等流体介质所充填。这些空隙流体的弹性模量和密度不同于岩石骨架的弹性模量和密度，因此，岩石孔隙和孔隙流体对岩石的声波速度有明显影响。 一般孔隙流体相对于岩石骨架声波速度较低，所以岩性相同，孔隙流体不同的岩石声波速度不同。 岩性和孔隙流体相同，孔隙度越大岩石的声波速度越小。 3. 岩层的地质年代 ：一般深度相同，成份相似的岩石，地质年代越老，声波速度越高。 4. 岩石埋藏的深度：在岩性和地质年代相同的条件下，声波速度随岩层的埋藏深度加深而增加。 四、声波在介质界面上的传播特性 当声波由一种介质向另一种波阻抗不同的介质传播时，在两种介质界面上，将发生声波的反射和折射。 在ρ2v2ρ1v1时，折射角大于入射角，即βα 。当α增大到某一角度i时，折射角达到90°。此时折射波在第二种介质中以v2速度沿两种介质的界面传播。这种折射波在声波测井中被称为滑行波。入射角i称为临界角。 第二节 声波速度测井 声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层单位长度时所用的时间，即时差，单位是us/m。 一、声速测井仪器简介 1.测井仪器的组成部分：声速测井的下井仪器包括三部分。声系（由发射探头和接收探头组成）、电子线路及隔声体，其中声系是主体。 声系由一个发射探头和两个接收探头组成。 2. 换能器（发射探头、接收探头） 压电陶瓷（钛酸钡、锆钛酸铅等一类多原子分子晶体）内部有某些微小区域，它们都有一定方向的电极距，这些小区域称为“电畴”。在无外电场作用时， “电畴”在空间分布上是杂乱无章的，整个材料在宏观上呈各向同性。 压电陶瓷发生形变时，“电畴”分布趋向一致会在晶体表面产生电荷，这种现象称为压电效应。 现有声波测井仪器的声波换能器一般是圆管状的压电陶瓷或压电陶瓷片。 发射探头的工作原理是：逆压电效应，即经极化处理的压电陶瓷，沿一定方向对其施加变化电压时，在电场的作用下，将发生变形振动，从而在周围介质中激发声波。 接收探头的工作原理：压电效应，接收探头在发射探头产生的声场中产生振动变形