声波测井课后习题

第一章

1、写出纵波速度和横波速度的表达式（用弹性系数表示），并推到一般地层中纵波速度和横波速度的关系。 声波速度ρμλ2+=

p V ρ

μ

=s V μμλ2+=

=s p V V r σσ21)1(2--=r

σ泊松比的取植范围为0～0.5，r 显然总是大于1，可见纵波速度总是大于横波速度。对自然界中常见的岩石来说，

σ=0.25，这样可以得到: r=1.73。

理想流体中不存在切应变，即，所以理想流体中无横波存在，只有纵波。

2、推导滑行纵波作为首波接收的几何声学条件，并讨论声波测井中源距的选择原则。 直达波：1/V L t

=

滑行纵波：

P

C P

C C AC TA V V

V tg a L V a

t t tp 1

1sin 2cos 22=?-+

=

+=θθθ

滑行纵波作为首波几何声学条件:1

1

111

12sin 1cos 2cos 2112cos 2V V V V a a L V a V V L V L V tg a L V a tp t

tp P P

C C C

P P C C -+=->

>???? ??-<

?-+=

<θθθθθ

当L>0.825m 时,在整个地层剖面,接收的首波总是来自沿井壁岩层传播的滑行纵波。 声波测井中源距的选择原则：

a.首波特性：要保证首波为滑行波而不为泥浆直达波，源距不能选择太小。

b.衰减问题（周波跳跃）:为保证接收器有效接收信号，必须考虑滑行波的衰减问题，源距大会使衰减增强，容易发生周波跳跃，因此源距不能选择太大。

c.波组分（纵波、横波、全反射波）：根据测井解释的不同目的，需要获得更多组分的波。这是需要在发射声功率允许下适当增加源距，以保证各种波群能够在时间域内有效的分离开。

3、在硬地层（地层横波速度大于泥浆速度）中，滑行横波能否作为次首波接收？讨论并推导滑行横波作为次首波接收的条件。

能。有题意知：只需滑行横波的时间仅次于滑行纵波即可，即：tp

1

2V V V V a

L

P P -+>时滑行纵波为首

波，此时tp < t,又P V >Vs ，tp

121V Vs V Vs a

L -+>，即可满足ts

4、简单叙述声波在传播中时的衰减包括哪几个部分。 一、波前扩展造成的声能衰减—几何扩散

若声源发出的总功率为W ，则由声强的定义有2

4)

(r W

r J π=

，这种由于波阵面的几何扩展而造成的声强（能量）

随传播距离增加而减弱的现象，习惯上称为声波的几何衰减 二、声波在介质中的吸收造成的衰减

介质对声波dp 的吸收与声波在介质中的传播距离dl 成正比。

三、井下声波的衰减

在井眼中，声信号强度的衰减严重受声波在传播过程中波阵面的几何扩展的影响。在不考虑介质对声波的吸收的前提下，若从探头到井壁，声波传播的距离增加一倍时，则到达井壁时，声波信号的强度减小4倍。此时，由于波阵面扩展引起的能量分散是不能忽略的。 四、泥浆对超声的衰减

泥浆对超声的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分

1．泥浆对超声的吸收衰减 ：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。a ．粘滞吸收(泥浆内摩擦)系数: 超声在泥浆中传播由于泥浆内摩擦作用，造成泥浆对超声的吸收 b ．热传吸收衰减系数 :超声在传播过程中，引起泥浆压缩和膨胀造成温度变化,一部分声能转化为热能，导致声能的耗散。c ．驰豫吸收 ：泥浆压缩和膨胀过程中,伴有泥浆中分子的内外自由度能量的重新分配过程(驰豫过程),这一过程需要一定时间(驰豫时间)，驰豫过程中有规则的声振动转化为无规则热运动的附加能量耗散。 2. 泥浆固相颗粒对超声的散射衰减

1）散射衰减系数：泥浆中含有固相颗粒（膨润土、漂珠、硅藻土等），会引起一部分声波散射，形成散射衰减。 2）泥浆添加剂对散射系数的影响：防止高压井喷，需要增加泥浆比重，a.增加固相含量（膨润土、重晶石等）；b.采用盐水泥浆。

5、地层速度的影响因素有哪些？简述各种影响因素下，地层速度的变化规律。 1）岩性是影响声速的最主要因素。 2）孔隙和流体性质对声波速度的影响：

f

ma P V V V φ

φ+-=11

↑φ, Vp ↓

3）压力对声波速度的影响：经分析压力对声速的影响可达35%以上 。

4）温度对声波速度的影响：温度由25℃变到120℃，波速减小最大的为8.21%，最小的为1.12%，平均误差不到3.5%，因此相对压力而言，认为温度对岩心声速的影响可以忽略 5）岩石生成的地质条件对声波速度的影响。 6）埋藏深度对岩层速度的影响。

此外，岩层速度与构造上的位置、断层特性有关。岩性相同并属于同一地质年代的岩层，位于构造顶部的声速要大于构造翼部的声速。但顶部风化， Vp ↓ 。

7、用声波幅度和声波能量两种方式写出声波反射和折射系数，说明各字符代表的物理意义。

垂直入射时（PP R 为反射系数，PP T 为折射系数，1Z 为地层纵波声阻抗，2Z 泥浆纵波的声阻抗，ρ为介质密度，

λ为波长，μ

为弹性参数。）

8、叙述声波换能所利用的两种物理效应的基本原理。

1.磁致伸缩效应：当铁磁性材料的磁状态改变时，其尺寸也发生相应的改变。

逆磁致伸缩效应：将铁磁性材料棒放入交变磁场中，在周期性的磁化作用下，其长度也将周期性的发生改变。若交变电磁场的频率与棒的固有频率相等时，棒将在交变电磁场的作用下，以其固有频率振动，振幅达到极大，同时在

棒的两端将发射出与棒的固有频率相同的声波。反过来，当声波经过棒传播时，由于声波对棒的拉伸和压缩作用，使其磁化强度发生变化。套在棒上的线圈中将产生感应电动势，利用它可以接收声波。 2.压电效应：有些多原子分子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。 逆压电效应：在电场的作用下，这些晶体的几何尺寸会发生变化。

声波测井仪器的声波换能器：圆管状的压电陶瓷、压电陶瓷片。其工作原理是：经极化处理的压电陶瓷，沿一定方向对其施加电压时，在电场力的作用下，将发生形变，在外加电场变化范围不大的条件下，形变和外加电场成正比。当外加电场的频率和压电陶瓷材料的固有频率相同时，材料即产生按材料固有频率发生的变形，从而在周围介质中激发声波。

9、泥浆对超声波衰减的影响有哪些？

泥浆对超声的衰减包括吸收衰减和固相颗粒散射衰减两部分

1．泥浆对超声的吸收衰减 ：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。a ．粘滞吸收(泥浆内摩擦)系数: 超声在泥浆中传播由于泥浆内摩擦作用，造成泥浆对超声的吸收 b ．热传吸收衰减系数 :超声在传播过程中，引起泥浆压缩和膨胀造成温度变化,一部分声能转化为热能，导致声能的耗散。c ．驰豫吸收 ：泥浆压缩和膨胀过程中,伴有泥浆中分子的内外自由度能量的重新分配过程(驰豫过程),这一过程需要一定时间(驰豫时间)，驰豫过程中有规则的声振动转化为无规则热运动的附加能量耗散。 2. 泥浆固相颗粒对超声的散射衰减

1）散射衰减系数：泥浆中含有固相颗粒（膨润土、漂珠、硅藻土等），会引起一部分声波散射，形成散射衰减。 2）泥浆添加剂对散射系数的影响：防止高压井喷，需要增加泥浆比重，a.增加固相含量（膨润土、重晶石等）；b.采用盐水泥浆。第三章

1. 声速测井中为什么不采用单发单收声系？

单发单收声系:一个发射探头+一个接收探头。对于单发单收声系，波在实际地层中滑行的距离不同，不仅与地层特性有关，还与井眼条件有关，受泥浆的影响不是固定的,很难得到地层的速度。 2. 比较单发双收和双发双收声系的工作原理及优缺点。 单法双收声系测量原理

P

P P P P V m

V l V CD t t t DF CE AB V DF

V BD V AB t V CE

V BC V AB t 5.012211

111===

-=?==++=

++=

因此当井眼规则(CE=DE)时，?t 只与地层速度有关，实现了测量地层速度的目的。 通常通过仪器刻度，时差单位为: ?t=1 / V （m/s ）=106/V （us/m ）或用单位us/ft （1ft=0.3048m) 单发双收声系的优缺点 优点:

Ａ 能直接测量岩层的声波速度或时差;在固定l 上仅与岩层速度有关传播时间,在整个井眼剖面上得到的岩层速度指在l 间距内平均值。

Ｂ 现用间距为0.5米,使声波测井曲线能划分厚度0.5米以上岩层。 缺点：

F

R 1V P V 1

E

Ａ: 井眼不规则影响；当AB ≠CE ≠DF 时1

V CE DF V CD t P -+=?

记录的时差不仅与地层速度有关，还与泥浆速度(V1)、井径(CE,DF)大小有关。 Ｂ: 深度误差(仪器记录点与实际传播路径中点不在同一深度上) 双发双收声系的优缺点 测量原理

在一对接收探头的上方和下方对称的放置发射探头，发射探头轮流交替发射声波脉冲，每个T 发射信号时，每个接收探头分别记录一次到达时间，然后取一次时间差，地面仪器取两次测量结果的平均值作为记录值。 优点:1可消除井径变化对测量结果的影响2可消除深度误差 缺点:1）薄层分别率差2) 对于低速地层出现盲区

3. 试讨论声速测井中源距和间距的选择需要考虑哪些问题？ 声波测井中源距的选择原则：

a.首波特性：要保证首波为滑行波而不为泥浆直达波，源距不能选择太小。

b.衰减问题（周波跳跃）:为保证接收器有效接收信号，必须考虑滑行波的衰减问题，源距大会使衰减增强，容易发生周波跳跃，因此源距不能选择太大。

c.波组分（纵波、横波、全反射波）：根据测井解释的不同目的，需要获得更多组分的波。这是需要在发射声功率允许下适当增加源距，以保证各种波群能够在时间域内有效的分离开。 声速测井中间距的选择原则：

1） 纵向分辨率，为提高底层分辨率，有效划分薄层，间距选择要小，不能太大. 2）.相对误差，当一起测量系统误差一定，艰巨减小会使相对误差增大，因此间距不能太小

3）声功率，在声功率一定的情况下，艰巨过小，会使接收探头之间的相互干扰增大，间距过大，由于第二个接收探头接收的信号衰减帝过大导致周波跳跃的发生 4. 声速测井中井眼补偿声系有哪几种？

1双发双收声系，2单发双收声系加地面延迟电路，3双发四收声系 5. CSU 长源距双发双收声系中，如何实现10ft 源距的测量。

T1发射，R1.R2接收，相当于双发双收声系中的时差t2，送到地面仪器延迟，将声系提升到10ft ，如图2的位置，T1.T2同时发射，R2记录，相当于双发双收声系中的时差t1,将延迟的时差t2和图中2记录下来的时差t1送入计算机计算求得平均时差

6.写出威利时间平均公式并说明其物理意义；

M.R.Wyllie 时间平均公式及体积模型ma

f ma ma f ma

f t t t t t t t

V V V ?-??-?=

?-+?=?-+=φφφφφ）（111

（1物理意义：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（1- φ）所经过时间与孔隙部分φ所经过时间的总和。

（2应用条件：时间平均公式不包括任何弹性波在岩石中传播的动力学描述，不反映岩层的密度、弹性参数及孔隙结构对岩层声速的影响。

7.叙述体积模型的概念，并利用体积模型推导含气砂岩的孔隙度计算公式； 体积模型—把单位体积岩石传播时间分成几部分传播时间的体积加权值。

含气砂岩的孔隙度计算：m a w g g g t t S t S t ?-+?-+?=?)1(])1([φφ，ma

w g w ma

t t S t t t t ?-?+?-??-?=

)(g φ,其中，t ?为岩

层视察，ma t ?为岩层骨架时差，w t ?孔隙中为水的时差，g t ?为孔隙中气体时差，g S 为含气饱和度。

7.周波跳跃的概念及应用

周波跳跃: 在裂缝发育地层，滑行纵波首波幅度急剧减小，以致第二道接收探头接收到的首波不能触发记录波，而往往是首波以后第二个、甚至是第三或第四个续至波触发记录波。这样记录到到时差就急剧增大，而且是按声波信号的周期成倍增加，这种现象叫周波跳跃。 应用:它是用来识别气层和裂缝储层的特征标志。

8.比较利用体积模型和Raymer 换算公式计算孔隙度的优缺点。 Raymer 换算公式：V=(1-φ)mVma+φVf

计算孔隙度缺点：（1）孔隙度25 ～ 30%内合适，5～15%内偏低，>30%时偏高;

（2）骨架时差选择择存在问题,砂岩骨架用182us/m(或18000ft/s,55.5us/ft),实际上砂岩骨架时差是在168~182us/m 变化 (或51.2~55.5us/ft),石灰岩是143~156us/m(或43.6~47.5us/ft)变化,白云岩在126~143us/m(或38.4~43.6us/ft)变化。存在选择合适骨架时差问题

（3）对欠压实地层需要压实校正及确定岩石系数

优点：（1）在低中孔隙度地层雷尹麦公式合适(平均公式改用Vma=19500ft/s); （2）25~30%,两者一致;

（3）>35%,平均公式欠压实,雷尹麦公式考虑了压实校正因素;

（4）雷尹麦公式中骨架时差采用单一值,平均公式为18000~19500ft/s 变化. 用体积公式 计算孔隙度的缺点

把地层结构简单化了，把地层的测井参数简化成各结构成分的测井参数的体积权衡值，抹杀了各岩层之间的结构差别

9.简述声速测井的应用。 1、地层对比—划分地层

根据不同岩层的声速不同进行岩层的划分。 2.判断气层 3.确定岩层孔隙度

时差曲线能有效地区分渗透性砂岩和致密砂岩。能有效地确定砂岩地层的孔隙度。但要进行油气、泥质、钙质校正及压实校正。

4.确定断层力学性质 断层按力学性质可以分为压性断层和张性断层

5.地震标定和地球化学指示

6.估算地层压力

10.叙述利用声速测井资料估算地层异常压力的原理，并画图说明。 估计地层异常压力。 估算地层压力的方法

原理:对于高压异常井段，地层孔隙内液体压力大于地层静水柱压力，他承担了一部分上部覆盖地层的压力，使岩石骨架承受的压力减小，反映在孔隙度和声波时差上出现了异常段 异常点B 垂直地应力与正常点A 地应力相同， A 点正常地应力为n w b w n gH P P T )(0ρρ-=-=

B 点的孔隙流体压力 n w b a b n p gH gH T P P )(0ρρρ--=-=

第四章

1、套管井中声波类型有哪些？简单叙述各自的特征。

1）、套管波：首波传播服从费马原理。最先到达的是套管滑行纵波。

套管波到达接收器时间只与源距，套管、仪器尺寸有关，所以其到达时间在全井段是不变的，可以采用单发单收声系。因此套管波幅度的大小可确定第一界面水泥胶结质量。

2）、水泥环波：在第一界面上不会出现滑行波，有一次或多次反射（sinθ2/sinθ3=V2/V3,V2>V3),由于水泥环中存在微裂隙水泥胶结不致密,一般水泥环的能量很弱,常被其它波列所掩盖,忽略不计.

3）、地层波：水泥—地层(第二界面)胶结好时（V4>V3), 一般出现地层波(滑行纵横波),地层波的出现说明二界面胶结良好，进而可以利用地层波信息（幅度、能量）反映二界面胶结情况。

4）、泥浆导波：接收器接收到的泥浆波时间不变，T=189*5=945us

2.套管波的影响因素有哪些？

1）套管的直径的影响

套管直径实际上对套管波的衰减无影响。它是反映泥浆对声波衰减的影响，也即对套管波原始振幅有影响。

2) 套管厚度的影响

自由套管的厚度对衰减系数影响不明显,当套管外有水泥固结时,衰减系数与套管厚度有关。在水泥抗压强度一定时，随着套管厚度增大，衰减系数减小，即声幅度增加。

3)水泥环对套管波幅度的影响

a.水泥抗压强度的影响

水泥会使套管波能量减少，实验研究表明，水泥对套管波衰减系数与水泥的抗压强度有关，抗压强度增大，衰减系数也跟着增大

b水泥环密度的影响

水泥环的密度越大，水泥环的声阻抗更接近钢质套管的声阻抗值，声波在套管—水泥界面上反射波幅度越小，也即套管中声波幅度衰减越大。

c.水泥环的厚度的影响

水泥环的厚度增加，也将使套管波的幅度减小。实验表明水泥厚度小于3/4英寸（1.905cm）时，随着水泥环厚度增大，套管波的衰减系数也增大。当水泥环厚度大于3/4英寸时，衰减系数保持不变。

d.水泥窜槽的影响

固井质量要求套管与地层之间的环行空间全部水泥占有，如有一部分没有水泥或水泥没有胶结，给油水运动形成通道，称为窜槽。水泥窜槽会给油井生产带来不良后果，水层中的水会窜到油层中，影响油层的产油量。

4）地层特性对套管波幅度的影响

地层特性对套管波没有明显的影响.

5) 测量时间对套管波幅度的影响

水泥灌入套管外的环形空间，将逐渐凝固，一般水泥侯凝时间越长，固结越好。因此测量时间对套管波幅度的影响，实际上是水泥固结侯凝时间对套管波幅度的影响。

3．对比分析水泥胶结测井（CBL）、声波变密度测井（VDL）、以及分区水泥胶结测井（SBT）的工作原理（声源频率，声系，源距，记录波形，评价对象）及其在评价固井质量方面的优缺点。

4．叙述如何利用VDL测井资料评价固井质量（工作原理、分四种情况评价）。

5. 简述声幅测井CBL的影响因素。

1、仪器偏心影响：(1)套管波幅度减小;(2)到达时间提前;(3)后续波失真;在井剖面上套管波到达时间不是固定的.采

用扶正器来实现。

2、记录套管波的局限(头半周): 仅评价一界面,不能评价二界面情况,窜槽有可能水泥—地层胶结不好引起的。利用地层波来解决。

3、水泥环间隙影响：间隙一般0.1mm,不足以引起流体窜流,但对声耦合有影响,造成套管波幅度与部分胶结相同。解决办法： (1)加压再测量依次(可能造成压裂套管、水泥环) , (2)采用反射脉冲反射法测井。 6.简述超声成像测井（USI ）的工作原理及应用。

工作原理：超声脉冲反射法测井测量采用门记录方式，在门电路中用第一个门记录（旅行时间）套管-水泥界面（第二界面）的反射波，用第二个门记录水泥-地层界面（第三界面）的反射波。由于套管、水泥、地层的声阻抗不同，更主要的是水泥胶结好坏大大影响水泥声阻抗，使得超声波在第二、第三界面反射回的声能是不同的，根据接收器接收的各界面反射声能就可以判断水泥胶结的好坏。 应用：水泥胶结质量评价、360°方位的套管质量检查。

第五章

1.叙述偶极子和多极子声源测井的基本原理。 1、脉动球源

右图表示一个中心位于原点的球状稳态声源，

球表面做球对称的周期膨胀和收缩运动，表面径向速度为 ，球源的体积变化速度的幅度为 ，这里 。球源的作用相当于向空间注入介质，注入的体积速度是 ， 常作为声源强度的度量。脉动球源辐射的声场是

当 ，则得到点源辐射的声场

2.叙述偶极子波、四极子波的特点。

a) 随频率降低，弯曲波和旋转波的速度都变大，并在某个特定的频率（即截至频率）上速度趋近于井壁地层的横波速度；

b)相速度都比群速度快； c)有爱瑞相

d ）软地层中，频率变化都与快地层相似。但截至频率低，且在截至频率附近速度随频率变化（即频散效应）明显。 3叙述裸眼井中声波全波列及其类型（硬地层、软地层分别考虑）。 一、滑行纵波

1）滑行纵波是一种体波( θc)，沿井壁附近滑行传播，速度为Vp ，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PPP 波。 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减，能量集中在3λp （即Vp/f ）范围内，在Z= λp 内集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个λp 左右。

3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当，滑行纵波在全波中为首波，幅度小，传播速度快。

4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L 增加是衰减的.直达波A ∝1/Z 滑行纵波A ∝1/Z (lnZ)2。对于Z>e=2.72m,滑行波衰减快，对于Z

5）存在共振频率，a 为井径；βi 为贝塞尔函数J １(βi)的零点，为3.83、7.01….;对于一般砂岩频率为10、20kHz 左右。

二、滑行横波

1）滑行横波是一种体波( θS) ，沿井壁附近滑行传播，速度为Vs ，轻微频散（在测井频率段可忽略），是PSP 波。 2）一种非均匀波，在地层中，离井壁距离增加按负指数规律衰减，能量集中在3λs （即Vs/f ）范围内，在Z= λs 内

2

004r S π=00→r

集中了滑行波能量63%，因此探测范围在一个λs左右。

3)在井中传播方式:滑行波在传播过程中不断向井中辐射能量,在井壁上传播其波阵面是圆锥面；若源距选择适当，滑行横波在全波中为次首波，幅度较纵波幅度大。

原因: 横波波长较纵波短,因此靠近井壁附近滑行横波幅度较滑行纵波幅度有更多能量。 横波反射系数远小于纵波，即有更多能量进入地层，在相同的情况下有更多的能量转换为滑行横波。

4）对于井内接收点，滑行波的振幅随源离L增加是衰减的。直达波A∝1/Z滑行横波A ∝1/Z2 。不像纵波滑行横波始终比泥浆直达波衰减快。

5）存在共振频率，a为井径；αi 为贝塞尔函数J0(α i)的零点，为2.4、5.52….;对于一般砂岩频率为8、18kHz。6）当Vs

伪瑞利波是表面波。表面波是瑞利勋爵于1885年首次提出的。他研究了弹性材料接触真空后在平面的响应，发现一种波沿表面传播，并且质点运动的幅度随距表面的距离减小。瑞利的发现预测了沿地球表面传播的波的存在，这种波引起地震时毁灭性的震动。

1)是界面波,当入射角时产生,沿井壁界面传播.其相速度介于泥浆波速度和地层横波速度之间.

2)是复合模式波,存在多种模式,是无几何衰减的高频散波,存在截止频率.

3)随着频率增加,其相速度和群速度都逐渐减小.

4)当频率趋于无穷大时,相速度等于井内流体纵波速度,而此时群速度存在极小值(比泥浆速度还小),此时伪瑞利波幅度达到最大,称为艾里相,即伪瑞利波能量主要集中在艾里相处.

四、斯通利波

1924年，斯通利对波在两个固体界面的传播进行了研究，发现了表面波的类似形式。在流体-井筒表面传播的波被称为斯通利波。

1)是界面波,当波数时产生,沿井壁界面传播.其相速度小于泥浆波速度.

2)单一模式波,有轻微的频散特性.

3)在硬地层中,无截止频率,低频时相速度接近流体声速的0.9倍,随频率增高速度稍增大,高频时约为流体声速的0.96倍.

4)低频率斯通利波对地层渗透率非常敏感。当波遇到渗透性裂缝或地层时，流体相对于固体震动，在这些地层中产生粘滞扩散，使波产生衰减，而且速度变慢.开启裂缝也能导致斯通利波反射回发射器。反射波能量与入射波能量之比与裂缝开度有关。

对于快地层（地层横波速度大于泥浆声速）, 全波列中出现滑行纵波、横波和斯通利波，

对于软地层（地层横波速度小于泥浆声速）,不能激发出滑行横波和伪瑞利波，全波列中只出现滑行纵波和斯通利波)。但是，在更多情况下，由于噪音高、井筒条件差或其它影响因素会使这些波至不清晰或相互混淆。

4.交叉偶极阵列声波测井工作方式有哪些？试分别叙述。

正交偶极阵列声波测井仪工作方式:

1)纵、横波方式：单极子,高频声源激发,测量全波信息。计算孔隙度、识别岩性、识别气层、计算弹性力学参数

2)斯通利波方式：单极子,低频声源激发,测量斯通利波信息。识别裂缝、计算渗透率

3)偶极横波方式(上、下）：偶极子声源发射，低频率激发，测量横波时差。计算孔隙度，判断岩性、识别裂缝

4)正交偶极子方式：正交偶极子声源交替发射，测量正交偶极波形。计算快、慢横波慢度，评价各向异性以及非均质性等

5）首波检测方式：单极子,高频声源激发，测量纵波首波波至时差

5.叙述波形信息提取的方法。

⑴从时域中提取：①纵横波时差比法、②相关对比法③同相轴法④波形识别法

⑵从频域中提取：①付式变换法 ⑶斯通利波法 ⑷泊松比法 ⑸相关频谱法

6、简述利用声波全波列测井资料识别岩性、裂缝、油气层的基本方法、原理以及声波全波列测井的应用。 一、确定地层岩性

1. 用时差比值DTR=DTS/DTC 来鉴定岩性

横波时差DTS 与纵波时差DTC 比值与岩性密切相关，因此可以作DTS 与DTC 的交会图，不同岩性分布范围不同，由此可以确定岩性。

砂岩、石灰岩、白云岩的DTC 、DTS 分布 2.用幅度衰减/转换系数来鉴定岩性

当声波发射器T 发射声脉冲时，将R1、R2接收器接收的波形曲线算出频谱曲线，令S1(f)、S2(f)分别为R1、R2的频谱曲线，则有

称为转换系数，变化范围0-1。

一般而言，岩性不同，其转换系数也不近相同。例如课本中图5-30所示：对于颗粒骨架支撑的岩性，横波转换系数为0.8以上，泥质骨架支撑的岩性，横波转换系数在0.5左右。

纵波与横波两者的转换系数值都可反映岩层的结构变化。它们的全波列波形图同样也可反映岩层的结构变化。由于横波幅度反映更好些，国外将横波幅度用于描述地层的岩相，称为测井相 二、确定地层孔隙度

利用地层纵波、横波时差都可以求取地层孔隙度；但用横波时差的效果要比纵波好。有两种办法确定横波时差与孔隙度的关系：一个是用实验室岩心分析资料与现场声波全波列测井资料来研究横波时差与孔隙度的关系；另一个是综合已有的纵波时差与孔隙度关系及纵波时差与横波时差关系而确定。 三、识别裂缝

1、利用纵、横波信息识别裂缝

a ）速度变化:对水平或低角度裂缝，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。水平裂缝发育的井段，时差曲线上会出现明显的周波跳跃，但是对井壁残余气饱和度高的气层，即使是孔隙型储集层，也可以出现周波跳跃，要借助其它测井资料将两者区分开来。

b)幅度衰减: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波型有关。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。 2、利用斯通利波信息识别裂缝

a)利用斯通利波时差、幅度衰减识别裂缝

低频斯通利波（管波），在井内传播像一个活塞运动，使井壁径向上产生膨胀和收缩，裂缝带处，井内和地层中的流体可以自由连通，使管波能量的消耗。所以它对与井眼相交的渗透性裂缝较为敏感，地层或裂缝带的渗透性越好，斯通利波的时差越大，斯通利波的衰减也越显著。 b)利用反射斯通利波识别裂缝

对于低频斯通利波，波列记录的时间很长，对裂缝和层界面非常敏感，往往出现反射斯通利波，因此分离出反射斯通利波有利于地层裂缝识别和评价。反射斯通利波信号越强，裂缝越发育。

利用反射斯通利波识别裂缝的关键技术是如何分离斯通利波，目前一般有两种方法：加权平滑滤波法简单、直观，但不能分离出斯通利波波形上、下行反射波，影响到反射系数的精度。ｔ－Ｐ法能有效地得到裂缝地层的斯通利波波形上、下行反射波，从而对裂缝评价更精细。 四、评价地层渗透率

判断一个地层是否有渗透性以及渗透性高低的主要依据是：①斯通利波时差增大，在波形图上表现为传播到达时间滞后；②斯通利波幅度衰减增大，特别是高频成分能量衰减更大，低频成分能量相对突出；③斯通利波主频明显降

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低。

利用低频斯通利波求取地层渗透，有两种方法：时差反演和合成反演。

时差反演：根据频率、井径及岩石骨架等参数，求出斯通利波理论时差值，然后与实际测量时差值比较，直到两着达到最小误差，就可反求出地层渗透率。

合成反演：采用实测斯通利波与合成斯通利波的波至延迟和频率偏移，通过目标函数优化求解地层渗透率的方法。

五、识别油气层

当岩层内充满石油或天然气时，岩层纵波速度比孔隙内充满水的岩层纵波速度小，气层尤为明显。 1．速度比指示气层

1）速度比背景值：地层完全饱和水时纵横波速度比值 2．流体压缩系数指示油气层

地层孔隙中油、气、水的声学性质是不同的，密度有差异，它们的压缩系数也是不同的。 1）用体积模型确定流体压缩系数

六、评价地层各向异性

地层的各向异性指在测量方向上物理特性的差异。在声波测竟中，一般反映为矿物颗粒、层理、裂缝或应力的空间排列引起波速随方位而变化。

一般构造地球的物质有水平和垂直两种组成形式，这样出现了两种类型的各向异性，即横向各向异性和纵向各向异性。前者指以纵向方向为对称轴，弹性参数在纵向上发生变化，在水平方向上不发生变化，传统垂直声波测井测量声波速度和幅度，能进行分层识别岩性和油气层等；后者主要对应于在纵向上出现裂缝或断裂以及水平应力不对称等引起的地层各向异性，弹性参数在特征交叉的方向上发生变化，但沿着特征方向上不变化。 七、井眼岩石力学特性

由此可计算地应力、岩石破裂压力等参数，可进行井眼稳定性分析、泥浆比重选择、地层破裂压力和压裂高度预测等方面应用。

第六章

1、简述超声成像测井发展历程及其特点。

超声成像测井（或超声电视测井）是利用井壁或套管内壁对超声波的反射特性来研究井身剖面的。在裸眼井中通过测量的声学图像，可了解裂缝地层的裂缝密度、倾角、方位以及缝洞分布情况，为勘探和开发裂缝性储集层提供可靠的地质基础资料。在套管中通过声学图像，可了解射孔位置，或施工、生产而使套管损坏情况，为井修提供资料。

发展历程：1962年，MOBIL 公司第一次在井下用声学方法获得井壁的二维图象。但由于当时的声源频率很高（1MHz 以上），声波信号在井内钻井液中衰减明显，因此只能在井中充满清水或低密度钻井液中进行测井,且成像效果不好。

20世纪80年代,由于对大洋海底锰矿调查的需要,海底的超声电视测井技术得到发展和重视。后经Amoco 、Sandia 和Shell 等石油公司和研究单位的不断改进，使超声成像测井仪最终投入了商业服务。

特点:超声成像测井由声系、信号采集、信号传输和地面处理与显示四部分组成。超声成像测井以声学图像形式给出测井资料，这与以往的测井曲线资料比较，它具有信息多、分辨率高、直观、便于分析判断的优点。 2、以UBI 为例介绍超声成像测井的基本原理. 超声成像测井UBI

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声波探头有两种工作方式，探头逆时针旋转为标准测量方式，用于测量井壁的声学特性；探头顺时针旋转（换能器面向反射板）为流体性质测量方式，测量井内泥浆的声学特性。UBI 测量精度、图像质量更高，其垂向分辨率为0.2-0.4in (0.508-1.016cm)之间，推荐的测井速度在400-600ft/h （122-183m/h ）之间。

UBI 仪器结构和换能器工作模式示意图 3、测井超声换能器类型与特性有哪些？

换能器的主要类型：平面圆片状、球面状、动态聚焦换能器。其指向特性： ㈠．圆片状声源的远场衍射

㈡．发射换能器的近场特性与近场衍射

1）在中心点上，z=0，也就是说当声源半径为半波长的偶数倍时，则在中心点接收到子波的作用相互干涉抵消，声压为零。当半径为波长的奇数倍时，中心点的声压最大 2）在中心轴线上，Z>0，存在一系列位置，z=dn 声压幅值为零。

超声成像测井声源反射距离必须大于近场长度D,否则测量信号幅度受近场衍射影响太大，得不到井壁声学图像。 ㈢聚焦转换器

4、简述超声成像测井影响成像质量的主要因素。 ⑴声衰减的影响

泥浆对声波衰减主要是摩擦吸收衰减和固相颗粒散射引起的衰减。摩擦吸收衰减与频率平方成正比，而颗粒散射衰减与频率四次方成正比，因此当频率较高时，泥浆性能对超声测量影响是不能忽略的。 ⑵井眼形状和仪器偏心的影响

由于井径的不规则性或仪器的偏心使得声信号在泥浆中传播时间因方位而异，即使井壁介质均匀，也会在成像测井图上呈现差别。更有甚者，可能造成部分或全部反射声束不能被换能器所接收，回波幅度严重下降，以至于在成像测井图上形成显著的黑色垂直条带。 5、叙述超声成像测井的应用与解释。 1．判断地层的岩性、确定层面产状

超声成像测井主要是根据岩层的声阻抗差异（反射波的幅度）得到不同明暗程度（不同灰度）的声学图像。泥岩和煤层声阻抗比其它岩层小得多，发射系数小，测量的反射波（回波）幅度也小，声学图像上为“暗”显示。而声阻抗较大的石灰岩、致密砂岩、反射系数大，声学图像为“亮”显示。因此根据暗亮图像可区分岩性。 2、直观显示裂缝 ⑴水平裂缝

裂缝宽度=黑线宽度?深度比例 ⑵垂直裂缝

裂缝宽度=黑线宽度?井壁周长/图面横向长度 裂缝长度=黑线长度?深度比例 ⑶倾斜裂缝

（波浪线最高点与最低点的垂直距离）/井径

3. 井眼稳定性和地应力分析 4．确定井下套管情况

超声成像测井能直观精确地反映套管腐蚀的形状、腐蚀的程度；评价射孔质量射孔孔眼在超声成像图上显示不规则的黑点。如果射孔孔眼显示不清楚，则射孔弹没有穿透套管；如果图像上显示条状阴影，则表示射孔作业后套管发生破裂情况。

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