第06章_声波测井 长大

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1、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

2、好的发展前景。§6.1声波测井的相关基础声波是物质的一种运动形式，由其机械振动产生，通过质点间的相互作用将振动由近及远的传播，而质点与质点由弹性相互联系着。声波在物质中的传播与物质的弹性密切相关。一、岩石的弹性受外力作用发生形变，外力取消后，恢复到原来状态的物体叫弹性体。而当外力取消后不能恢复其原始状态的物体叫塑性体。一般说外力小、作用时间短，物体表现为弹性体。对声波测井，发射的声波能量较小，作用的时间短，岩石可看作弹性体。因此研究声波在岩石中的传播规律，可应用弹性波在物质中的传播规律。可用杨氏模量（纵向伸长系数）、泊松比和拉梅系数等物理量来描述物质的弹性。¾杨氏模量EE即为纵

3、向伸长系数。由胡克定律：相对伸长与单位面积上的作用力成正比：∆LF1F=α⋅=⋅LSES¾泊松比σ弹性物体在外力作用下，产生的纵向伸长同时有横向压缩，其比例系数为泊松比。∆dσ=d∆LL由于大多数岩石的泊松比为0.25。。二、岩石的声波速度传播方向和质点振动方向相互一致的声波为纵波，而传播方向与质点振动方向相互垂直的为横波。纵波和横波的传播速度v、v与弹性参数有如下关系：psE(1−σ)λ+2µ（3）v=⋅=pρ(1+σ)(1−2σ)ρE:杨氏模量；σ:泊松比；ρ:介质密度；λ,μ:拉梅系数。同一介质中：vp2(1−σ)=v1−2σs由于大多数岩石的泊松比为0.25，所以在岩石

4、中的纵横波速度之比约为1.73。由（3）式知道声波速度随岩石的弹性加大而增大，但不会随岩石密度的加大而减小，因为E和ρ还有关系，并且大部分情况随着ρ的增大，E有更高级次的增大，所以ρ增大，岩石的声速一般是增大的。对沉积岩来说，声速除与上述基本因素有关外，还与岩性、岩石的结构及地层的埋藏深度，地质时代有关。三、岩石的声波幅度声波按其在介质中传播时的波阵面形状，可以简单分为球面波、柱面波及平面波。在声波以球面波和柱面波的形式传播时，随着传播距离的增大，波阵面的几何形状将发生扩展;而以平面的形式传播时，波阵面的几何形状及面积不发生改变。声波在岩石中传播，能量（与幅度的平方成正比）会发

5、生衰减，一是由于波前扩展或界面反射造成的声能衰减，二是因为介质对声波能量的吸收而产生的衰减。1.声波在传播过程中能量的分散先假设声波在介质中传播时，因其波阵面的几何扩展，能量将有规律地在空间中分散。设声波以球面波的形式传播，声波从声源传播到距声源r的某处，波阵面是半径r的球面。若声源发出的总功率为W，则由声强的定义有：WJ(r)=24πr¾即对球面波来说，声强按平方规律衰减。¾对于柱面波，若圆柱长为l,波阵面的半径为r，则波阵面上的声强为：WJ(r)=2πlr¾对于平面波，因为在传播过程中，波阵面的几何形状不发生扩展及改变，所以其声强不随传播距离的增加而变化。2.声波在介质中的

6、吸收假设声波在介质中传播时，一般存在介质对声波的吸收。吸收与声波在介质中的传播距离成正比地增加。经过距离d因声能被吸收而使声强变化。2−2α.d2µϖJ=Jeα=303ρc吸收系数α与密度ρ成反比，与速度c的三次方成反比，即在低速介质的吸收比高速介质的要显著；α和声波的角频率ω的平方成正比，即高频声波衰减得更快；α与介质的粘滞性系数μ成正比，当频率不很高时，μ可作认为常数，频率极高时，μ随频率变化。在井眼中，声信号强度衰减主要因在传播中波阵面的几何扩展引起。若不考虑吸收，从探头到井壁，传播距离增加一倍时，则到达井壁时，声波信号的强度减小4倍。此时不能忽略波阵面扩展的能量分散。四

7、、裸眼井中的声波1滑行纵波第一临界角折射纵波由折射定律sinθ1V1o=,θ=902PsinθV2PP折射纵波沿井壁岩层传播—滑行纵波，此时入射角为第一临界角，即V1θ≥θ=arcsin1CVP2滑行横波同样sinθ1V1o=,θ=902SsinθV2SSV1θ≥θ=arcsin1SVS3流体直达波所谓流体直达波，即是由声源出发，经过井内流体而直接到达接收器的波。它不受周围不连续区域的影响。事实上，某一点的声场是由直达波场（或入射波场）与反射波场叠加而成的，这种波显然符合费马原理。4一次和多