【7A文】裸眼井声波测井.ppt

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1、第四章裸眼井声波测井声波测井是根据声学物理理论发展起来的一种测井方法。在裸眼井中，声波测井仪测量的井眼周围地层介质的声学特性，如地层中的声传播起来，地层介质对声能量的衰减特性等。从40年代到现在，声波测井仪经历了从单发射单接收、单发射双接收及双发射双接收方式的温度过程。测量内容是由仅测量地层纵波速度增加到纵波速度和衰减的测量。随着计算机的广泛应用和数字处理技术的迅速发展，加快了对声波测井实现微波分析的进程，可以获得更多的地层声学性质，比如纵波速度、纵波衰减、横波速度、横波衰减以及斯通利波的速度和衰减。大大开拓了声波测井在地层评价中的应用范围。由于地层物质的纵波

2、声速不同。因此现场解释多用纵波速度来区分地层的岩性和计算孔隙度。怀利等人通过大量的实验，对同一层地层物质的分布作出了宏观统计均匀的假设条件下，应用体积模型（图4-1）提出了地层孔隙与声波时差（速度的倒数）的关系式，即怀利公式：（4-0）式中，为地层孔隙度，小数；为地层声波时差；为地层骨架时差；为孔隙流体的时差。怀利公式是一个经验关系式，在绝大部分地层情况并不准确成立，需要修正。有人近年来推出更符实际的公式。如果测得地层的横波速度，将有助于我们了解地层岩石的弹性模量和机械特性；纵、横波的衰减能很好的指示岩石中裂缝的存在；一些最新的研究表明，斯通利波的速度和衰减与

3、孔隙地层中两相介质的相对运动密切相关，它很可能成为测量地层渗透率的有效手段。综上所述，声波测井信号中包含着丰富的地层信息，随着测量方法，测井仪器和信息处理技术的发展，声波测井技术将在整个测井技术中占有越来越重要的地位。第一节裸眼井声波测井的物理基础声波测井测量的物理量是地层介质的波速和衰减。测量时，声波测井仪（包括声发射器和声接收器）总是处于充满泥浆的井内，井周围是地层，地层介质通常都可以看成是某种弹性体。因此，声波测井的物理基础是充满液体的柱状井眼内的弹性波传播问题。本节将以弹性介质中的波为主线索，由浅入深地介绍声波测井在裸眼井条件下的基本理论及主要结论。4

4、.1.1弹性体基本方程振动在空间的传播称为波，依靠空间介质中弹性力产生的波称为弹性波。弹性波在弹性体中的传播机理可看作如下解释：把弹性体看成由连续分布的质点组成，质点与质点之间通过弹性力相互联系着，由于某种原因（随时间变化的外力）使弹性体某一质点发生扰动时，这种扰动会通过弹性力影响附近质点，使这些质点也随之振动起来，这种振动又通过弹性力影响更远的质点，使扰动向四周传播形成波形，这就是弹性波。因此，弹性波与弹性体中的质点的运动状态密切相关。弹性体中各质点的运动状态可以用质点偏离其平衡位置的位移来描述。在质点振动过程中，位移是坐标和时间的函数，它受弹性力的支配。为

5、了建立质点的位移和所受弹性力之间的相互关系，在弹性力学中通常取一任意小的体积元作为力学分析单元。小体积元的位移对坐标的相对变化称为应变，小体积元企图恢复其平衡状态的弹性力称为应力，应力的大小和方向取决于弹性体的弹性强度（弹性常数）和应变程度。值得注意的是，位移是矢量，它存在三个分量；而小体积元是个弹性连续体，它在任一方向上的位移变换都可引起其它方向上的应变发生变化，即应变是位移矢量，属于张量，应变应该有九个分量；相应的应力也是具有九个分量的张量。在研究了连续弹性体的力学关系后，弹性力学给出了小形变时弹性体的基本方程质量连续方程（4-2）波动学方程（4-3）动量

6、距平衡方程（4-4）本构方程（4-5）（i=1,2,3;j=1,2,3）式（4-2）～（4-5）中，ρ为弹性体密度，μ为位移矢量，为位移分量，为应变分量，为应力分量，为体力密度分量，为拉梅系数，为狄拉克函数，且（4-6）（4-7）将式（4-5）～（4-7）代入式（4-3），得到描述弹性位移场的波动方程（4-8）波动方程（4-8）的矢量表达式为：（4-9）一般情况下，上式中的体力远小于弹性面力，可以令等于零。利用波动方程（4-8）或（4-9）和适当的边界条件可以解得弹性空间各质点的位移，并由式（4-6）来计算空间各点的应变；再利用本构关系式（4-5）得到各点的应

7、力。当然还可以由质量连续方程（4-2）来求取弹性空间中密度分布变化。对于流体介质，上述基本方程仍然成立，只是流体介质不存在切变模量，即μ=0。在有界问题中，建立适当的边界条件是十分重要的。如果两种介质在接触面上不产生滑动（如两种固体介质界面），边界条件就是位移和应力在界面上的连续条件，即（4-10）式中，I、II分别表示界面两侧区域。对边界条件的选择应视具体情况而定，例如在自由边界（I区为真空，II区为弹性介质）上，应力连续的边界条件为：而位移连续的边界条件不复存在。4.1.2无限均匀弹性介质中的波弹性体波动与弹性体的形变密切相关。弹性固体可以发生两种不同形式

8、的形变：一种是体积胀缩形变，这时弹性体