第一章:声波测井物理基础1、描述声波的基本参数频率f :声音传播过程中,介质震动的频率即介质质点每秒钟振动的次数就是声波的频率周期T :指介质完成一次振动所需要的时间速度c或v:指声波的传播速度波长λ:声音在介质中传播时,相位相同的两点在空间上的距离称为声波的波长2、声速(时差)的影响因素以及如何影响,流体、压力、岩性、密度等等(一)岩性<最主要的影响因素,灰质含量↑声速↑>(二)孔隙和流体<孔隙性岩层声速<非孔隙性、含气饱和度↑纵波速度↓横波速度↑> (三)压力<压力↑波速↑极大值后基本保持不变,压力对声速影响可达35%+>(四)温度<相对压力而言,影响很小可忽略、温度↑纵波速度稍许↓>(五)岩石生成的地质条件<老地层的声速>新地层、构造顶部的声速>构造翼部>(六)埋藏深度<深度↑声速↑>3、泥浆对超声的衰减因素泥浆对超声波的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分(一)泥浆对超声波的吸收衰减:主要有泥浆的粘滞、热传导以及泥浆的微观过程引起的弛豫效应(二)泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减:泥浆中含有的固相颗粒引起的散射衰减、泥浆添加剂引起的散射衰减、声频散4、声阻抗的概念及其对反射波和透射波的影响声阻抗:地震波在介质中传播时,作用于某个面积上的压力与单位时间内垂直通过此面积的指点流量之比,其数值等于介质密度ρ与波速v的乘积,即Z=ρ.v。
影响:声波发生反射和折射的能量分配取决于泥浆和井壁两种介质的声阻抗值大小、入射角和折射角的关系。
当声波垂直井壁入射时,θ1θ2p=0,从右式可以看出,介质1和介质2声阻抗分别为Z1、Z2Β为反射系数α为折射系数,系数越大,越易进行Z1Z2声阻抗差越大,声耦合越差,声能量传递就越差,通过界面传播的折射波能量就小,若两介质声阻抗相近,声耦合率较好,声波都形成折射波通过界面传播到介质2,这时反射波能量就非常小,当Z1<<Z2时,声阻抗差异明显,声耦合差,不利于声音传递。
5、裂缝对声波慢度和幅度的影响,高角度裂缝和低角度裂缝分别有什么影响声波慢度影响:对垂直裂缝或接近垂直的裂缝,声波直接在岩石骨架中传播,不受裂缝影响,测出的时差和没有裂缝时的岩石一样;对于水平或低角度裂缝,声波在岩层中传播要通过该裂缝,时差就会增加,裂缝密度越大,声波时差增加越多。
幅度的影响:声波通过裂缝的幅度衰减与裂缝倾角和声波全波中各子波的类型有关,一般地说,低倾角裂缝横波幅度衰减大些,高倾角裂缝纵波幅度衰减大些6、滑行波作为首波的条件及优点,理解原理并会推导优点:方便记录,受泥浆干扰信号小7、造成井中声波传播能量衰减的因素(一)波前扩展造成的声能衰减:由于波阵面的几何扩展而造成的声强随传播距离的增加而减弱的现象称为几何衰减(二)声波在介质中的吸收造成的衰减:介质中由于声强(能量)被吸收而造成的衰减(三)井下声波探头指向角特性影响造成的衰减:发射器的等效“球面波”向某一方向发射的能量是由方向而异的(四)泥浆对超声波的衰减<1.泥浆对超声波的吸收衰减2.泥浆固相颗粒对超声波的散射衰减>8、描述声场的基本物理量有哪些?声功率:声波在某一单位时间内,沿其传播方向通过波阵面所传递的能量称为声功率,用W 表示,单位为微瓦(μW)声强:单位面积上声功率的大小称为声强,声强通常用J表示,单位为瓦/米2(W/m2)声压:由于声波传播在介质中造成的压力称为声压,用p表示,单位为微帕μPa声能量密度:声场中,单位体积内的声能量称为声能量密度,用ε表示。
声强公式:J= p*v 即声压乘质点运动速度J= p*v=p2/Z 声强和声压的平方成正比,与波阻抗成反比。
假定声速为c,有ε=j/C=p2/ρc29、斯奈尔定律表达式斯奈尔定律是描述波在分界面上发生发射、折射后波的传播方向的定律,可解释为入射波、反射波和折射波沿分界面视速度相等10、声波换能器常用哪几种效应?通常,换能器是指将能量从一种形式转换为另一种形式的装置(一)磁致伸缩效应:当铁磁性材料的磁状态发生改变时,其尺寸也发生相应的改变。
(二)压电效应:有些多晶体材料在应力作用下发生形变时,会在晶体表面产生电荷,这种现象称为压电效应,具有压电效应的材料称为压电材料目前常用的是圆管状的压电陶瓷,对于圆管状的压电陶瓷换能器来说,发生形变有三个方向上的振动模式,即向井壁发射接近于柱面波的切向振动模,向井眼轴线方向发射近似于平面波的轴向振动模以及向井壁发射柱面波的径向振动模,声波换能器常用的振动模式是径向振动和切向振动第三章:声速测井1、声波时差和波速的关系、不同单位慢度或波速的转换,如us/ft与us/m的转换等声速测井测量的是滑行波穿越地层单位长度时所用的时间,即时差,单位是μs/m或μs/ft 1ft=0.3048m 1in=2.54cm 慢度即为时差2、常见流体如油、气、水的时差范围气的时差比油、水的时差大得多3、会利用威利时间平均公式计算孔隙度及其变形应用,如利用公式求骨架值,孔隙度与时差的关系威利认为声波在单位体积岩石内传播所用的时间由两部分组成:岩石骨架部分(1-ф)以速度Vma传播所经过的时间与充满流体的孔隙部分ф以速度Vf传播所经过的时间纯砂岩水层:纯砂岩油层或气层:同样含泥质砂岩同样计算(了解)4、声速测井包括哪些应用,并掌握常见应用的原理,如何利用声速测井资料判断断层力学性质(一)划分地层<根据岩层中声波的传播速度不同,依据其曲线划分不同的岩层> 砂岩时差较高,胶结物性质和含量对时差有影响,孔隙度、气体含量会使时差增大,泥岩一般显高值,泥岩中含砂、钙质、石膏都会使时差下降。
砂岩的骨架时差值一般为56μs/ft,泥岩为100μs/ft.致密石灰岩(49μs/m)和白云岩(43μs/ft)时差最低,含泥质时差会增大,渗透性砂岩时差最高。
(二)判断气层气层的时差比油、水层的时差大得多,在相同条件下,气层砂岩大于油水层砂岩的时差,气层中由于声波传播能量衰减较大,故声波时差曲线有可能出现周波跳跃现象(三)确定孔隙度根据实际情况建立关系式,例如Δt=A+Bф Δt=(1-ф)Δt ma+фΔt f(四)确定断层力学性质1.压性断层:在长期压应力作用下,在断层附近,时差偏移泥岩正常岩石趋势线,出现负异常现象2.张性断层:在长期张应力作用下,在断层附近,时差偏移泥岩正常岩石趋势线,出现正异常现象(五)地震标定和地球化学指示(六)估算地层压力孔隙度减小量与压力增大量及孔隙度本身有关(线性关系)5、泥质在岩石中的存在形式(一)分散泥质:分散泥质是分散的填充或粘接在砂岩的孔隙中的,它不受上覆岩层压力,在泥质中含有较多的束缚水(二)层状泥质:层状泥质和结构泥质以夹层、颗粒或结核的形式存在于砂岩中,他们与邻层泥岩一样受到上覆岩层的压实作用,并具有相同的特征(三)结构泥质:同层状泥质6、周波跳跃的概念及应用周波跳跃:遇到声波幅度衰减严重的某些地层时,第二道首波幅度可能明显减小,致使第二道首波前沿不能触发,而是触发记录首波后沿,其相位将明显地滞后,造成记录的时差比岩层的实际时差大。
更严重的是,第二道首波被第二周或推延多周后的幅度峰所触发,每差一个峰值,时差就增加一个周期,这种现象称为周波跳跃引起周波跳跃的地层1.裂缝发育的地层或层理发育的地层2.未胶结的纯岩石气层、高压气层3.井径扩大严重的盐岩层以及泥浆中含有气体的地层等*周波跳跃现象可以作为裂缝层段或储集层中含气的特征标志7、常用声速测井声系有哪几种,理解工作原理,各有什么优缺点,什么情况下适用,比如井径变化用什么声系,消除泥浆影响用什么声系?8、掌握体积模型的概念,并会根据体积模型推导不同储层(泥质砂岩含水储层、含油储层、含气储层)利用时差计算孔隙度的公式同本章题3第四章:套管井中的声波测井1、自由套管、套管接箍、胶结良好、中等和较差时的声幅测井响应特征(一)自由套管此时,无水泥胶结的自由套管,此时考虑套管波幅度受套管特性影响。
当源距L=5ft时,在320μs左右出现套管波,自由套管的套管波幅度最大,在固井声幅测井中,以它为标准来刻度其他水泥胶结情况的套管波幅度。
可以根据波形的周期计算套管波的中心或传播中心主频,记录的波形显示出套管波有单一波形频率整个波的包络线有高的振幅和能量,波形有长的持续性,即持续相当长的时间。
无地层波,约在945μs处出现泥浆导波(二)套管接箍一界面胶结好,即套管与水泥胶结良好、水泥与地层无胶结,考虑水泥环参数对套管波幅度的影响。
当源距L=5ft时,在320μs左右出现套管波。
由于套管与水泥胶结良好,部分声能量透射到水泥中,因而套管波幅度大大减小。
在套管波后有小的波动起伏,一般认为是水泥波由于水泥与地层未胶结,在他们中间有个环形流体层耦合很差,只有少量声能进入环形流体层,再进入地层的声能就更少了。
因此波形曲线中无地层波。
最后出现的是泥浆导波(三)胶结良好、中等和较差2、CBL、VDL、SBT的原理,源距特征、各有什么区别、各自的应用范围及优缺点,特别是CBL和VDL的应用3、变密度测井资料的应用(一)检查固井质量:1. 自由套管段:全波列波形中套管波幅度很大,地层波很弱或完全没有。
变密度测井左端套管波为黑白反差明显呈整齐的直线条;右端地层波为灰白模糊不清的曲线条或缺失,表示地层波很弱2. 仅套管与水泥胶结:全波列波形中套管波幅度弱,地层波也非常弱或没有。
变密度测井左端套管波为黑白模糊不清的直线条;右端地层波为灰白模糊不清的曲线条;固井声幅曲线为低幅值3. 部分胶结:全波列波形套管波幅度中等,地层波也呈中等强度。
变密度曲线左端套管波为灰白间隔直线条;右端地层为灰白间隔的曲线条;固井声幅曲线为低-中幅值4. 套管与水泥、水泥与地层都胶结良好:全波列波形中套管波幅度很弱,地层波很强。
变密度曲线左端套管波为灰白模糊不清直线条或缺失;右端地层波为黑白反差明显的曲线条;固井声幅曲线为低幅值。
(二)检查窜槽(三)检查压裂效果:压裂前地层致密,地层波幅度大,变密度黑白反差明显;压裂后裂缝发育,地层波幅度小,变密度灰白模糊显示,弯曲率也大。
4、声幅测井的应用5、如何评价固井质量,如何分别利用CBL资料和VDL资料评价固井质量,掌握评价标准,会分析实际资料同上,了解并学会看书上实际曲线图6、套管井测井时井中有哪些类型的模式波(波型)?(一)套管波:套管波的声强(或幅度)大小与水泥胶结好坏有关,套管波的幅度可以确定第一界面水泥胶结质量(二)水泥环波:水泥环中一般存在微裂隙,导致水泥环能量很弱,波形常被掩盖,故很难观察到(三)地层波:当套管-水泥(第一界面)和水泥-地面(第二界面)胶结良好时,一般出现地层波(滑行纵波和横波),因此出现地层波时说明第二胶结面良好,就可以用地层波幅度的大小来反应第二界面的胶结情况。