3_2 声速测井

作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 1 1 第三章 声波测井 §2 声波速度(纵波)测井 井下仪器 声系（发射探头、接收探头） 电子线路（产生脉冲电流、放 大接收信号） 滑行纵波产生的条件 滑行波的产生 Vp>Vm 发射探头有方向特性,保证各 种地层都有以临界角入射的波 2 第三章 声波测井 T R L 接收探头能接收到的波 （1）直达波 （2）反射波 （3）滑行波 §2 声波速度(纵波)测井 一、使滑行纵波成为首波的条件 3 第三章 声波测井 §2 声波速度(纵波)测井 滑行波所经历的时间最短的路径 费尔玛时间最小原理： 声波以临界角 入射到两种介质的分 界面上后，沿边界以地层速度滑行，以 临界角方向折回泥浆到达接受器的路径 所用时间最短。 *θ 4 §2 声波速度测井 T R A C B L VPVf D d θ θ 滑行纵波： fPf P V CD V BC V ABt ++= 直达波： f f V Lt = Pf 2 cos 2 V dtgL V d θ θ −+= 1、使滑行纵波先于直达波到达接收器R 一、使滑行纵波成为首波的条件 5 §2 声波速度测井 必须满足: Pf tt > Pff 2 cos 2 V dtgL V d V L θ θ −+> 化简： fP fP 2 f 2 P fP 22 VV VVd VV VVdL − += − +> 取泥岩VP=1800m/s，泥浆Vf=1600m/s，d=0.1m m82.0* =L临界距离 临界源距 *L 1、使滑行纵波先于直达波到达接收器R 临界源距：使滑行纵波和直达波同时到达 接收换能器时声系的源距。 6 §2 声波速度测井 2、在仪器外壳上刻槽，防止发射的声波经仪器 外壳最先传至接收器。 使沿外壳传播的波多次反射，幅度衰减 使不同相位、不同传播路径的波相互叠加 一、使滑行纵波成为首波的条件 延长传播路径和时间作用 作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 2 7 §2 声波速度测井 T R2 A C B L VPVf D R1 l R1，R2的中点为深度记录点 L为源距 l 为间距 E F 二、 单发双收声速测井 我国l= 0.5 m 1、声系 测量的声波时差反映的是CD 中点的时差。 8 §2 声波速度测井 声波时差Δt 声波传播单位距离所用的时间，单位μs/m或μs/ft 声波时差曲线： 仪器匀速移动，记录声波时差随井深变化曲线 二、 单发双收声速测井 9 §2 声波速度测井 滑行波到达R1、R2的时间： )( mPPm 2 V AB V BC V CD V DFt +++= )( mPm 1 V AB V BC V CEt ++= 当井眼规则时： CEDF = P 1212 1 Vl tt CD ttt =−=−=Δ时差： T R2 A C B L VPVf D R1 lE F 测量l 范围内的地层速度的平均值 二、 单发双收声速测井 2、测量原理 10 §2 声波速度测井 探测深度： 纵向分辨率： 约为一个波长 3、探测特性 减小l 可以提高分辨率，但声波经过l 岩 层所需时间变短，测量相对误差增大。 决定于间距l 的大小 4、单发双收声速测井缺点 (1) 测量时差与井径和仪器倾斜有关 二、 单发双收声速测井 (2) 仪器记录点与声波实际传播路径中点不重合 11 §2 声波速度测井 增加dΔtΔ 增加1、井眼扩大对 单发双收的影响 T R1 R2 扩径井段上界面 增大tΔ 扩径井段下界面 tΔ 减小 三、双发双收井眼补偿声速测井 下发射器时影响与此相反 12 §2 声波速度测井 2、井眼补偿时差测量原理 T1 R2 R1 T2 Δt1 Δt2 三、双发双收井眼补偿声速测井 T1和T2交替发射声脉冲， 分别测量时差Δt1和Δt2 2 21 ttt Δ+Δ=Δ 最终记录声波时差为： 作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 3 13 §2 声波速度测井 T1 T2 R1 R2 扩径井段 未扩径井段 tΔ 增大 1tΔ 2tΔ 2 21 ttt Δ+Δ=Δ 2、井眼补偿时差原理 14 §2 声波速度测井 优点 T1 T2 R1 R2 ¾消除井径变化和仪器倾斜影响 ¾可消除深度误差 2 ooo ′′+′=oo′ o ′′ 缺点 ¾分辨率降低 ¾对低速地层会出现“盲区” 盲区 2、井眼补偿时差原理 15 §2 声波速度测井 T R1 R2 A E F 1m 0.5m 测量TR1传播时间tA 测量TR2传播时间tB 测量TR1传播时间tC ( ) ( )[ ] ( )l ttttt CDAB 2 −+−=Δ 3、单发双收井眼补偿声速测井 补偿后的声波时差: 测量TR2传播时间tD 三、双发双收井眼补偿声速测井 tAtBtC, tD 16 §2 声波速度测井 四、影响测量的地质因素 1、骨架(岩性) 地层声速取决于岩石的矿物种类。矿物的影响由 其密度和弹性模量确定。 复杂岩性时的声速由各种单矿物的体积百分数 和声速确定。 17 §2 声波速度测井 626甲烷 Methane 910空气Air ~1000气Gas 210-240油Oil ~220油基泥浆OBM ~189水基泥浆WBM 67盐岩Salt 50硬石膏Anhydrite 43.5白云岩Dolomite 100~160泥岩Shale 47.5石灰岩Limestone ~55(骨架)砂岩Sandstone 时差(μs/ft)介质 常见岩石、介质声波速度和声波时差 18 §2 声波速度测井 2、岩石结构 1) 岩石胶结差、疏松, 声波速度小；反之，声速大 2) 若岩石中有裂缝、溶洞等, 则速度降低 四、影响测量的地质因素 3、孔隙度φ 岩性均匀、胶结物及胶结类型不变时，孔隙度 越高，其声速越低 作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 4 19 §2 声波速度测井四、影响测量的地质因素 4、岩石孔隙间的储集物 φ 和骨架不变，流体:油，气，水 z V气小于V油， V油略小于V水 如：φ 为20％～30％的纯砂岩，完全含水时的声速仅 比完全含油时的声速大7％～15％ 判断砂岩储层含油、 含水困难 φ为25％～30％的纯砂岩，孔隙中含气时的纵波速度 比完全含水时的纵波速度约低40％ 判断含气层 z水的声速：矿化度越高，声速越高 20 §2 声波速度测井 5、岩层埋藏深度 岩性、地质年代相同，埋藏深、压实程度及声 速高 6、岩石生成的地质年代 对孔隙度相同或相近、深度相近的岩层，老地 层的声速比新地层的声速要高 四、影响测量的地质因素 21 §2 声波速度测井 1、划分岩性 五、声速测井资料的应用 •在砂泥岩剖面中，砂岩一般显示 较低的时差 •泥岩时差显示高值 •钙质↑，Δt↓，泥质↑，Δt ↑ •页岩时差介干泥岩和致密砂岩间 •砾岩一般时差较低，并且岩石越 致密声波时差越低 22 §2 声波速度测井 碳酸盐岩剖面裂缝带 1、划分岩性 ƒ 在碳酸盐岩剖面中，致密石灰 岩和白云岩的声波时差值最低 ƒ 含泥质，声波时差会稍有增高 ƒ 有孔隙或裂缝，声波时差明显 增大，甚至会出现周波跳跃现 象 23 §2 声波速度测井 膏盐剖面 1、划分岩性 ƒ 在膏盐剖面中，渗透性砂岩时 差最高 ƒ 泥岩由于普遍含钙、含膏，时 差值与致密砂岩相近 ƒ 无水石膏时差很低 ƒ 盐岩由于扩径严重，声波时差 曲线显示周波跳跃现象 24 §2 声波速度测井 2、识别气层和裂缝（周波跳跃） 五、声速测井资料的应用 z在岩性相同情况下，气层的声波时差大于油水 层的声波时差 (1) 声波时差增大 (2) 有可能出现周波跳跃现象 (特别疏松孔隙度很大的砂岩气层) 判断气层： 作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 5 25 §2 声波速度测井 周波跳跃 2、识别气层和裂缝（周波跳跃） 声波能量(幅度)衰减原因: 介质吸收：吸收系数 31Vρ∝ 反射和折射能量分配( 反射和折射系数) 26 §2 声波速度测井 周波跳跃 地层对声波衰减过大， 使仪器(第二个接收探头) 未能检测到首波波至 产生周波跳跃的原因： 气层 裂缝 疏松地层 2、识别气层和裂缝（周波跳跃） 井眼扩径严重的盐岩层井眼扩径严重的盐岩层 27 §2 声波速度测井 气层的声波时差值明显大于油层 2、识别气层和裂缝（周波跳跃） 28 §2 声波速度测井 周波跳跃导致声波时 差变大，或忽高忽低 的变化 2、识别气层和裂缝（周波跳跃） 29 §2 声波速度测井 (1) Wyllie时间平均公式(1956) 3、确定孔隙度 五、声速测井资料的应用 maf )1( ttt Δ−+Δ=Δ φφ maf ma tt tt Δ−Δ Δ−Δ=φ 9声波在单位体积岩石内传播所用的时间等于岩石骨架部 分所经过时间与孔隙部分所经过时间的总和 φ : 孔隙度 Δtma : 岩石骨架声波时差 Δt : 岩石声波时差 Δtf : 孔隙流体声波时差 WyllieWyllie公式不反映岩层的密度、弹性参数及孔隙结构对声速的影响公式不反映岩层的密度、弹性参数及孔隙结构对声速的影响 30 §2 声波速度测井 骨架及流体 时差值(μs/m) 砂岩 182 168 石灰岩 156 白云岩 143 硬石膏 164 淡水泥浆 620 盐水泥浆 608 (1) Wyllie时间平均公式 作者：中国石油大学(北京)chexh & Lujq 6 31 §2 声波速度测井(1) Wyllie时间平均公式 9使用条件：岩性骨架单一、孔隙分布均匀、 固结且压实的纯地层 计算的孔隙度比实测岩心孔隙度偏高，与 压实程度有关，完全压实时没有差异 Cp：压实校正系数 pmaf ma 1 Ctt tt ⋅Δ−Δ Δ−Δ=φ 9疏松岩石： 32 §2 声波速度测井(1) Wyllie时间平均公式 确定压实校正系数Cp的 ¾建立地区统计关系式 ¾声波孔隙度与密度孔隙度对比 φD=(ρma-ρb)/ (ρma-ρb) Cp=φ声波/φ密度 ¾泥岩时差与压实泥岩时差对比 压实泥岩时差300μs/m Cp=Δtsh/300 Δtsh：解释井段泥岩时差平均值 33 §2 声波速度测井3、确定孔隙度 ¾泥质岩石关系式 ¾次生孔隙(溶洞和裂缝)发育的碳酸盐岩储集层， 利用时间平均公式求得的孔隙度偏低 fshshmash )1( ttVtVt Δ+Δ+Δ−−=Δ φφ (2) 用雷依曼(Raymer)公式计算孔隙度(φ≤37%) fma )1(1 ttt m Δ+Δ −=Δ φφ ；对于砂岩：m=2，对于碳酸盐岩：m=2~2.2 34 §2 声波速度测井 tx4、合成地震记录 ttt bx γ*= tb —— 地震子波 tγ —— 反射系数序列 1122 1122 VV VV ρρ ρργ + −= 地震与测井资料的纵向分辨率 地震 20－30 m 声速测井 0.5 m 五、声速测井资料的应用 35 §2 声波速度测井 5、估计地层异常压力估计地层异常压力 正常地层压力下： (1) 地层孔隙内的流体压力 等于地层静水柱压力； (2) 地层孔隙度和声波时差 随深度增加均按指数减小； (3) 声波时差与深度在半对 数坐标图上为一直线(正常 趋势线) 五、声速测井资料的应用