聲波測井常用方法

Ⅰ 裸眼井聲波幅度測井（聲波衰減測井）

（一）裸眼井聲波衰減機理

1.鑽井液中的衰減

泥漿固體顆粒與流體的摩擦力使聲能損失和懸浮於泥漿中顆粒聲波頻散損失造成波的衰減。其衰減遵循指數規律：

地球物理測井

式中：m為聲波在流體中的衰減系數（dB/m）；x為衰減測量對應的距離（m）。

2.入射角小於臨界角的聲波衰減

泥漿和地層界面處由於能量傳遞而造成的聲波衰減。入射波聲能（A₀）與透射波聲能（A_s）比稱能量傳遞系數T_c：

地球物理測井

傳遞系數和岩石、泥漿的相對波阻抗有關，波阻抗又與岩石、泥漿聲速成正比。

3.岩石中的衰減

摩擦能量損失。縱波和橫波的衰減呈指數函數形式：

地球物理測井

式中：a為總衰減系數（dB/m）；l為波傳播距離（m）。

由於頻散和繞射而產生的能量損失，主要出現在裂縫性、孔洞型岩石上。總之，岩石中的聲波衰減，是指聲波經過岩石、泥漿等介質邊界的傳遞所造成的摩擦聲能損失。

由以上分析可見，聲波衰減測井可適用於地層分析。

（二）井中聲波幅度測量

在裸眼井中進行聲波幅度測井時，其聲系由單發射器和單接收器組成（圖2-5）。在脈沖電流作用下，發射器T把電能轉換成機械能，並以聲波的形式發射出去。聲脈沖頻率一般選擇20 Hz，聲波頻率選擇20 kHz。20 kHz的聲波屬於超聲范圍，因此，聲波幅度測井也叫超聲波測井。發射器產生的聲波，穿過泥漿射向井壁岩層，一部分進入岩層成為透射波；一部分反射回來。以臨界角入射的一部分，則在井壁上產生滑行波。滑行波引起向井內發射的首波（或叫折射波）。此外，還有一部分直接沿泥漿傳播的直達波。因為聲波幅度測井是要觀測與聲波能量傳遞給岩層時聲能損失的程度。由於不可能直接測量岩層的衰減，所以採用測量研究沿井壁滑行波幅度的間接方法。為了使最先到達接收器R的聲波是由滑行波引起的首波，聲波幅度測井儀器的源距L（發射器到接收器的距離）要選擇得足夠長，以保證滑行波比直達波先到達探測器。根據上述要求，選擇1 m長的源距已足夠。

（三）聲波幅度測井成果分析

如圖2-12所示，聲波幅度測井曲線記錄在左數第3道中。

聲波測井綜合解釋表明：A層為一高壓水層，B層和C層為油層；A層與B層之間有17 m厚的泥岩夾層。從圖中看出，聲波幅度曲線有不同程度的能量降低。泥岩最甚，高壓水層A居中，而B、C油層能量降低程度不如水層，更不及泥岩層。

Ⅱ 聲波幅度測井

聲波幅度測井測量的是聲波信號的幅度。聲波在介質中傳播時，其能量被逐漸吸收，聲波幅度逐漸衰減。在聲波頻率一定的情況下，聲波幅度的衰減和介質的密度、彈性等因素有關。聲波幅度測井就是通過測量聲波幅度的衰減變化來認識地層性質和水泥膠結情況的一種聲波測井方法。

2.3.1 岩石的聲波幅度

聲波在岩石等介質中傳播的過程中，由於質點振動要克服相互間的摩擦力，即由於介質的黏滯使聲波能量轉化成熱能而衰減;這種現象也就是所謂的介質吸收聲波能量。因此，聲波在傳播過程中能量在不斷減小，直至最後消失。聲波能量被地層吸收的情況與聲波頻率和地層的密度等因素有關。對同一地層來說，聲波頻率越高，其能量越容易被吸收;對於一定頻率來說，地層越疏鬆(密度小、聲速低)，聲波能量被吸收越嚴重，聲波幅度衰減越大。所以測量聲波幅度可以了解岩層的特點和固井質量。

在不同介質形成的界面上，聲波將發生反射和折射(透射)，如圖2.1.1所示。入射波的能量一部分被界面反射，返回第一介質;另—部分能量透過界面傳到第二介質，在第二介質中繼續傳播。聲波在分界面上的反射波和透射波的幅度取決於兩種介質的聲阻抗z，所謂聲阻抗指的是介質密度ρ與聲波在這種介質中傳播速度v的乘積，即Z=ρv。各種介質的聲阻抗列於表2.3.1中。

表2.3.1 各種介質的聲阻抗

兩種介質聲阻抗之比Z₁/Z₂叫聲耦合率。介質Ⅰ和介質Ⅱ的聲阻抗相差越大，則聲耦合越差，聲波能量就不容易從介質Ⅰ透射到介質Ⅱ中去，透過界面在介質Ⅱ中傳播的聲波能量就少，在介質Ⅰ中傳播的反射波能量就多。如果介質Ⅰ和介質Ⅱ的聲阻抗相近時，聲耦合好，能量很容易由介質Ⅰ傳播到介質Ⅱ中，這時透射波能量大，而介質Ⅰ中的反射波能量小。當兩種介質的聲阻抗相同時，聲耦合最好，這時聲波能量全部由介質Ⅰ傳播到介質Ⅱ中。

綜上所述，聲波在地層中傳播能量(或幅度)的變化有兩種形式，一是因地層吸收聲波能量而使幅度衰減;另一種是存在聲阻抗不同的兩種介質的界面的反射、折射，使聲波幅度發生變化。這兩種變化往往同時存在，究竟哪種變化為主，要根據具體情況加以分析。例如，在裂縫發育及疏鬆岩石的井段，聲波幅度的衰減主要是由於地層吸收聲波能量所致;在下套管井中，各種波的幅度變化主要和套管與地層之間的界面所引起的聲波能量分布有關。因此，在裸眼井中測量聲波幅度就可能劃分出裂縫帶和疏鬆岩石的地層;在下套管井中測量聲波幅度變化，可以檢查固井質量。

2.3.2 聲波幅度測井

聲波幅度測井測量的是聲波幅度，目前主要用於檢查固井質量，包括水泥膠結、變密度測井等方法。在裸眼井中進行聲幅測井，主要用來劃分裂縫帶。

2.3.2.1 水泥膠結測井

(1)水泥膠結測井的原理

水泥膠結測井下井儀器如圖2.3.1所示，由聲系和電子線路組成，源距為1m。發射換能器發出聲波，其中以臨界角入射的聲波，在泥漿和套管的界面上折射產生沿這個界面在套管中傳播的滑行波(又叫套管波)，套管波又以臨界角的角度折射進入井內泥漿到達接收換能器被接收，儀器測量記錄套管波的第一負峰的幅度值(以mV為單位)，即水泥膠結測井曲線值。這個幅度值的大小除了決定於套管與水泥膠結程度外，還受套管尺寸、水泥環強度和厚度以及儀器居中情況的影響。

若套管與水泥膠結良好，這時套管與水泥環的聲阻抗差較小，聲耦合較好，套管波的能量容易通過水泥環向外傳播，因此套管波能量有較大的衰減，記錄到的水泥膠結測井值就很小。若套管與水泥膠結不好，套管外有泥漿存在，套管與管外泥漿的聲阻抗差很大，聲耦合較差，套管波的能量不容易通過套管外泥漿傳播到地層中去，因此套管波能量衰減較小，所以水泥膠結測井值很大。利用水泥膠結測井曲線值可以判斷固井質量。

(2)影響水泥膠結測井曲線的因素

圖2.3.1 水泥膠結測井原理圖

1)測井時間的影響。水泥灌注到管外環形空間後，有個凝固過程，這個過程是水泥強度不斷增大的過程。套管波的衰減和水泥強度有關，強度小衰減小，所以在凝固過程中，套管波能量衰減不斷的增大。在未凝固、未封固好的井段測井會出現高幅度值，因此，要待凝固後進行測井。測井過晚，會因為泥漿沉澱固結、井壁坍塌造成無水泥井段聲幅低值的假象。一般在固井後24h到48h之間測井最好。

圖2.3.2 水泥膠結測井曲線實例

2)水泥環厚度的影響。實驗證明，水泥環厚度大於2cm，水泥環厚度對水泥膠結測井曲線的影響是個固定值;小於2cm時，水泥環厚度越薄，水泥膠結測井曲線值越高。因此，在應用水泥膠結測井曲線檢查固井質量時，應參考井徑曲線進行。

3)井筒內泥漿氣侵會使聲波能量發生較大的衰減，造成水泥膠結測井曲線低值的現象。在這種情況下，容易把沒有膠結好的井段誤認為膠結良好。

(3)水泥膠結測井曲線的應用

圖2.3.2給出了水泥膠結測井曲線，從圖中可以見到:

1)在水泥面以上曲線幅度最大，

在套管接箍處出現幅度變小的尖峰，這是因為聲波在套管接箍處能量損耗增大的緣故。

2)深度由淺到深、曲線首次由高幅度向低幅度變化處為水泥面返高位置。

3)在套管外水泥膠結良好處，曲線幅度為低值。

水泥膠結測井已廣泛用於檢查固井質量，並已總結出一套解釋方法，利用相對幅度來檢查固井質量:

地球物理測井教程

相對幅度越大，說明固井質量越差，一般規定有如下三個質量段:

相對幅度小於20%為膠結良好;

相對幅度介於20～40%之間的為膠結中等;

相對幅度大於40%的為膠結不好(串槽)。

根據相對幅度定性判斷固井質量固然是水泥膠結測井解釋的依據，但不能機械地死搬硬套，還要參考井徑等曲線，同時還要了解固井施工情況，如水灰比、水泥上返速度和使用的添加劑類型等，必須綜合各方面的資料，才能得出准確可靠的判斷。

2.3.2.2聲波變密度測井(VDL)

聲波變密度測井也是一種測量套管外水泥膠結情況，從而檢查固井質量的聲波測井方法。它可以提供更多的水泥膠結的信息，能反映水泥環的第一界面和第二界面的膠結情況。

變密度測井的聲系由一個發射換能器和一個接收換能器組成，源距為1.5m，聲系還可以附加另一個源距為1m的接收換能器，以便同時記錄一條水泥膠結測井曲線。

在套管井中，從發射換能器到接收換能器的聲波信號有四個傳播途徑，沿套管、水泥環、地層以及直接通過泥漿傳播。

通過泥漿直接傳播的直達波最晚到達接收換能器，最早到達接收換能器的一般是沿套管傳播的套管波，水泥對聲能衰減大，聲波不易沿水泥環傳播，所以水泥環波很弱可以忽略。當水泥環的第一、第二界面膠結良好時，通過地層返回接收換能器的地層波較強。若地層速度小於套管速度，地層波在套管波之後到達接收換能器，這就是說，到達接收換能器的聲波信號次序首先是套管波，其次是地層波，最後是泥漿波。聲波變密度測井就是依時間的先後次序，將這三種波全部記錄的一種測井方法，記錄的是全波列，所以又叫全波列測井。該方法與水泥膠結測井組合在一起，可以較為准確地判斷水泥膠結的情況。

經過模擬實驗發現，在不同的固井質量情況下，套管波與地層波的幅度變化有一定的規律，如圖2.3.3所示。

圖2.3.3水泥膠結測井原理圖

1)自由套管(套管外無水泥)和第一、第二界面均未膠結的情況下，大部分聲能將通過套管傳到接收換能器而很少耦合到地層中去，所以套管波很強，地層波很弱或完全沒有，見圖2.3.3(a)。

2)有良好的水泥環，且第一、第二界面均膠結良好的情況下，聲波能量很容易傳到地層中去。這樣套管波很弱，地層波很強，見圖2.3.3(b)。

3)水泥與套管膠結好與地層膠結不好(即第一界面膠結好，第二界面膠結不好)的情況下，聲波能量大部分傳至水泥環，套管中剩餘能量很小，傳到水泥環的聲波能量由於與地層耦合不好，傳入地層的聲波能量是很微小的，大部分在水泥環中衰減，因此造成套管波、地層波均很弱，見圖2.3.3(c)。

聲波變密度測井採用兩種不同的方式處理接收到的聲信號，因而可以得到兩種不同形式的記錄，即調輝記錄和調寬記錄。

調輝記錄是對接收到的波形檢波去掉負半周，用其正半周作幅度調輝，控制示波器熒光屏的輝度，信號幅度大，則輝度強;反之，信號幅度小，則輝度弱。接收換能器每接收一個波列，則在熒光屏上按時間先後自左向右水平掃描一次，由照相機連續拍攝熒光屏上的圖像，照相膠卷與電纜速度以一定的比例同步移動拍攝，於是就得到了變密度測井調輝記錄圖，如圖2.3.4所示，黑色相線表示聲波信號的正半周，其顏色的深淺表示幅度的大小，聲信號幅度大則顏色深，相線間的空白為聲信號的負半周。

圖2.3.4聲波變密度測井調輝記錄圖

調寬記錄和調輝記錄所不同的是將聲信號波列的正半周的大小變成與之成比例的相線的寬度，以寬度表示聲信號幅度的大小。

套管信號和地層信號可根據相線出現的時間和特點加以區別。因為套管的聲波速度不變，而且通常大於地層速度，所以套管波的相線顯示為一組平行的直線，且在圖的左側。由於不同地層其聲速不同，所以地層信號到達接收換能器的時間是變化的。因此，可將套管波與地層波區分開。在強的套管波相線(自由套管)上，可以看到「人字形」的套管接箍顯示，這是因為接箍處存在縫隙，使套管信號到達的時間推遲，幅度變小的緣故。

當套管未與水泥膠結時，套管波信號強，在變密度測井圖上顯示出明顯的黑白相帶，且可見到套管接箍的「人」字形圖形，而地層信號很弱，如圖2.3.4(a)所示。

當套管與水泥膠結(第一界面)良好，水泥與地層(第二界面)膠結良好時，聲波能量大部分傳到水泥和地層中去，因此套管信號弱而地層信號強，如圖2.3.4(b)所示。如果地層信號在到達時間范圍內顯示不清楚，可能是因為第二界面膠結差或者地層本身對聲波能量衰減比較大所致。

如果水泥與地層沒有膠結，而第一界面膠結良好，那麼當水泥環厚度小於2cm時，套管信號衰減程度與水泥環厚度有關，水泥環厚度減小則套管波信號衰減減小。若水泥環厚度大於2cm時，套管波信號的衰減達到最大值，而且基本不變化。

Ⅲ 地球物理測井包括哪些方法

油氣田的地球物理法包括地球物理勘探和地球物理測井。地球物理勘探已在前一節中做了介紹，本節將介紹地球物理測井方法，簡稱測井。

地球物理測井已廣泛應用於石油地質勘探和油氣田開發過程中。應用測井方法可以劃分井筒地層剖面、確定岩層厚度和埋藏深度、進行區域地層對比，還可以探測和研究地層的主要礦物成分、裂縫、孔隙度、滲透率、油氣飽和度、傾向、傾角、斷層、構造特徵、沉積環境與砂岩體的分布等參數，對於評價地層的儲集能力、檢測油氣藏的開采情況、精細分析和研究油氣層等具有重要的意義。

目前，常用的測井方法主要有電法測井、聲波測井和放射性測井等。

一、電法測井不同岩石的導電性不同，岩石孔隙中所含各種流體的導電性也不同。利用該特點認識岩石性質的測井方法稱為電法測井。電法測井包括自然電位測井、電阻率測井和感應測井等。

1.自然電位測井1)基本原理自然電位測井是根據油井中存在著擴散吸附電位進行的。在打井鑽穿岩層時，地層岩石孔隙中含有地層水。地層水中所含的一定濃度的鹽類要向井筒內含鹽量很低的鑽井液中擴散。地層水所含的鹽分以氯化鈉為主，鈉離子帶正電，氯離子帶負電。由於氯離子移動得快，大量進入井筒內鑽井液中。致使井內正對著滲透層的那段鑽井液帶負電位，形成擴散電位。而這種電位差的大小與岩層的滲透性密切相關。地層滲透性好，進入鑽井液里的氯離子就多，形成的負電位就高；地層滲透性差，氯離子進入鑽井液里就少，形成的負電位就低。因此，含油滲透層在自然電位曲線上表現為負值，而不滲透的泥岩層等則顯正值(圖3-2)。

圖3-8判斷油氣水層的測井資料綜合解釋

另一方面要對測井以外的資料(如該井的鑽井、地質和工程資料等)進行綜合分析和解釋，搞清楚油層、氣層和水層的岩性、儲油物性(孔隙度和滲透率)、含油性(含油飽和度、含氣飽和度或含水飽和度)等。

思考題

1. 什麼叫油氣田？什麼叫含油氣盆地？

2. 區域勘探和工業勘探分別可劃分為哪兩個階段？

3. 地球物理勘探法主要包括哪些方法？簡述各種方法的基本原理。

4. 地球化學勘探法的主要原理是什麼？具體包括哪些方法？

5. 地質錄井包括哪些方法？

6. 地球物理測井主要包括哪些方法？分別主要有哪些用途？

7. 簡述聲波測井的基本原理。

Ⅳ 聲波速度測井( 連續速度測井)

地震速度測井因激發的地震波波長較長及測點間距較大(幾米至幾十米)，不能細致地劃分岩層獲得詳細層速度信息。為了較詳細地劃分岩層獲得連續變化的速度剖面，可以採取連續測井方法，亦稱作聲波速度測井方法。下面說明這種方法測定層速度和平均速度的原理。

圖3-43 聲波測井示意圖

如圖3-43所示，井中測井儀有超聲波脈沖發生器和一對接收器。兩個接收器相距0.5m或1m。a為儀器至井壁的距離，從井底向上連續提拉測井儀，發射器發射的超聲波經過泥漿以臨界角入射到井壁，並沿井壁地層滑行，再以臨界角穿過泥漿傳到接收器，其傳播時間分別是

地震勘探

式中:v_t為泥漿中波傳播的速度;v₂為在地層中波傳播的速度;t₂與t₁之差是波在兩個接收器之間地層段傳播的時間差，當兩個接收器之間的距離為1m時，得到

地震勘探

其單位是μs/m。

地面測井儀器記錄下連續變化的時差曲線如圖3-44所示。

根據聲波測井時差曲線，由1/Δt×10⁶=v便可獲得層速度，單位為m/s。

如果將聲波測井時差曲線按每米的微秒時間累計起來，也就是數學上進行積分運算，即可求得深度H處的垂直傳播時間

地震勘探

進而可得到平均速度，即

地震勘探

Ⅳ 合成聲波測井（擬測井）

（一）合成聲波測井的原理及曲線製作過程

把實際的地震記錄經過人工轉換成為合成波阻抗曲線（或合成速度曲線），也稱虛（假、擬等）波阻抗（或速度測井）曲線的工作，稱合成聲波測井。它是合成地震記錄的逆過程，它的目的是把時間剖面上的記錄道轉換成測井曲線（道）。因此，整個地震剖面就被轉換成聲波速度剖面或波阻抗剖面。合成聲波測井是目前研究地層岩性油藏的一個重要的方法。

合成聲波測井技術所基於的原理是：對於層狀介質第i界面上的反射系數r_i由式（7-1-2）可以寫為

反射波地震勘探原理和資料解釋

由前面討論可知，對於反射系數序列r（t），如果已知地震子波w（t），則利用式（7-1-1）就可得合成地震記錄x（t）。相反地，如果對野外地震記錄x（t），用反濾波因子α（t）進行反褶積，便得到反射系數序列r（t），即

r（t）＝x（t）*a（t） （7-1-4）

重要的是從反射系數序列中求解速度。如果忽略密度的變化影響，公式（7-1-3）可簡化為公式（7-1-2）的形式。將式（7-1-2）移項，求解速度，即可得；

反射波地震勘探原理和資料解釋

這就是由反射系數序列，反演合成聲波測井曲線的遞推公式。式中的初始速度要求是已知的。據上述原理很容易寫出它的製作處理流程：

反射波地震勘探原理和資料解釋

合成聲波測井的實現過程同樣可示意地表示於圖7-1-1。它是由實際地震記錄出發，經過子波反褶積等精細處理，形成反射系數序列再經過反演公式的計算把反射系數序列轉換成合成聲波曲線或合成波阻抗曲線。

合成聲波測井處理流程中一個重要的問題是需要加入反映背景頻率變化趨勢的低頻分量。主要是因為地震儀的低頻截止作用使實際地震記錄中缺少部分低頻信息，因此由公式（7-1-5）遞推出的合成聲波測井曲線也缺少低頻成分，故稱之為相對聲波測井曲線（或相對速度曲線）。一般這部分低頻信息是由地震資料的疊加速度求得，或在橫向速度變化不大時，通過對實際聲波測井曲線進行低通濾波來獲得，然後將求得的低頻趨勢和相對合成聲波測井曲線相加就可得到絕對的合成聲波測井曲線（或絕對速度曲線）。

（二）合成聲波測井曲線的應用

通過製作合成聲波測井曲線，結果是每一個共反射點都變成了一口假想的「虛」鑽井，多條合成測井曲線可組成橫向上的一個「虛」鑽井剖面圖。

在我們應用合成測井曲線時，一般應從已知的鑽井出發，或者說以鑽井資料作為控制。它的應用一般包括以下幾個方面：

（1）可用來研究岩性、岩相、地層厚度、油氣水等在橫向上的變化。

（2）是尋找地層圈閉油氣藏的新的有力手段。

（3）在砂泥岩地區，天然氣的存在使得速度、密度值有明顯的下降，波阻抗值變大。故該方法能准確地預測天然氣的存在，其預測的成功率有時可優於亮點技術。

（4）可結合地震的構造和圈閉資料，計算儲油體積和儲量。

在實際工作中，合成地震記錄和合成聲波測井曲線一般是可以不分割地製作和使用。

Ⅵ 聲波檢測的方法

(1)工作方式

岩體聲波探測的現場工作，應根據測試的目的和要求，合理地布置測網、確定裝置距離、選擇測試的參數和工作方法。

測網的布置應選擇有代表性的地段，力求以最少的工作量解決較多的地質問題。測點一般應布置在岩性均勻、表面光潔、無局部節理、無裂隙的地方，以避免介質不均勻對聲波的干擾。裝置的距離要根據介質的情況、儀器的性能以及接收的波形特點等條件而定。

(2)測試方法

將各種測試方法歸納總結，由表5.1列出。現有的測試方法分為三大類，即透射法、折射法和反射法。三大類中又各有平面測試及孔中測試。所用振源，根據情況可選用換能器發射、錘擊、電火花。

出於縱波較易識讀，因此當前主要是利用縱波進行波速的測定。在測試中，最常用的是直達波法(直透法)和單孔初至折射波法(一發二收或二發四收)(圖5.32)。反射波法目前僅用於井中的超聲電視測井和水上的水聲勘探。陸地上的反射波法還處於試驗階段。

表5.1聲波檢測方法總匯

環境與工程地球物理

圖5.32常用的幾種現場工作示意圖

Ⅶ 地震聲波測井（連續速度測井）

地震測井因激發的地震波波長及測點間距較大（幾十米），而不能細致地劃分岩層、獲得詳細的層速度信息。為了較詳細地劃分岩層、獲得連續變化的速度剖面，可以採取連續測井方法，亦稱作聲波速度測井方法。下面說明這一種方法測定層速度和平均速度的原理。

聲波測井工作是用一種超聲波測井儀來進行的。該儀器主要由超聲波發生器O和兩個接收器M、N組成，如圖3-6-3所示。測井時將儀器由井底連續向上提升，發生器發射的超聲波經過泥漿以臨界角入射到井壁，並沿井壁地層滑行，再以臨界角穿過泥漿傳到接收器，波傳播到兩個接收器的時間如圖3-6-3，可知：

反射波地震勘探原理和資料解釋

式中v₁、v₂分別為波在泥漿及井壁岩層中傳播的速度，波到達兩個接收器的時差為

反射波地震勘探原理和資料解釋

因為折射波射線相互平行，所以當井下儀器與井壁平行時，有b₂-b₁＝MN。設兩個接收器之間的距離為1m時，上式就變為

反射波地震勘探原理和資料解釋

上式說明測量的時差的倒數即為層速度。

圖3-6-3 聲波測井

如果將聲波測井時差曲線按每米的微秒時間累計起來，也就是數學上進行積分運算，即可求得深度H上的垂直傳播時間：

反射波地震勘探原理和資料解釋

進而得到平均速度，即：

反射波地震勘探原理和資料解釋

聲波測井是連續測量，接收點距又小，所以能細致地劃分層速度。它也存在一個問題，因為時間值是累積讀取，故存在累積誤差，所以該法求取的速度參數精度不如地震測井求出參數精度高，它比地震測井分層細致。

Ⅷ 主要測井方法

近幾十年來，人們為了通過測井使裂縫更容易被探測與評價，已做出了很大努力。然而，人們也發現裂縫的定性和定量評價比原來預計的情況復雜得多。各種方法都基於這一事實，即在井眼尺寸不變的均質地層中，裂縫帶將在探測的正常響應上產生異常。如果裂縫是張開的，則這種異常相當大；如果是閉合的，這種異常則微不足道。裂縫的分布極為復雜，裂縫性儲集層產量變化大而遞減快，高產井、低產井、乾井交替出現，開發這類儲層需付出很高的代價。隨著測井技術的進步，對裂縫性儲層的描述與開發已形成了一定的技術系列。以聲波及放射性為主的裂縫測井系列與地震資料結合，進行橫向預測，可以劃分裂縫發育帶及其分布，對裂縫發育帶應用微電極掃描和井下聲波電視測井，可以直觀地把裂縫形態、寬度、長度、走向，以及它們的含油產狀展示在人們面前。雖然有了這些技術上的進步，但由於地震資料受到地質因素的影響，在一個新區判斷裂縫發育帶仍然有很大的多解性。這些技術只能提高我們的成功率而不能在任何條件下得出單一而又肯定的解釋。由於裂縫發育的隨機性，以及層理、岩性等因素的影響，導致了測井響應的多解性，在一定程度上影響了用測井資料探測裂縫的成功率。探測裂縫及其分布規律的主要依據是裂縫與基質岩塊具有不同的地質、地球物理特徵，故在多數測井曲線上都有相應的顯示。用測井來探測裂縫只能限於那些張開或部分充填的裂縫，很難把天然裂縫從人工誘導縫中區分開來。

1.電測井方法

①雙側向測井。這種儀器強烈地受到裂縫的影響，因為裂縫網路構成低電阻率通道，這種通道具有分流電流的作用。在與鑽井軸成亞平行的裂縫情況中，如果鑽井液比存在於裂縫中的導電流體導電性更強，則淺側向電阻率R_LLS比深側向電阻率R_LLD低，曲線呈現雙軌；而在緻密帶內，孔隙少，無裂縫，R_LLS與R_LLD讀出的電阻率值相近，兩條曲線基本重合。②微側向測井。與雙側向相同，應用電阻率的異常來確定裂縫帶，微側向測井受垂向電阻率變化的影響，由於它們具有極板，因此面向極板的裂縫才能觀測到。但是，一般說來，由於鑽孔在裂縫附近易破碎，井眼成橢圓形，而極板有沿著長軸定向的趨勢。微側向測井儀器探測的深度很淺，裂縫系統的存在將大大影響這些儀器的響應。③感應測井。在假設裂縫產生電阻率異常的前提下，感應測井可用於確定裂縫的存在，由於其感應電流的分布是呈環狀的，所以感應測井受水平電阻率變化的影響，微側向測井與感應測井之間的振幅差異可用於顯示垂直與水平裂縫的存在。④電磁波傳播測井。千兆級高頻電磁波探測很淺的地層，具特高垂向解析度，使傳播時間和衰減曲線反映很薄的岩性變化。對水平和低角度裂縫有不同的反映特徵，水平縫以兩條曲線的尖銳高尖出現，泥頁岩的衰減更劇烈。如果極板遇上高角度縫，則出現較長井段的相應異常。

2.核測井方法

①補償密度測井。當井身結構較好時，補償密度曲線能較好地反映地層岩性和進行裂縫識別。②岩性密度測井。當採用重晶石鑽井液鑽井時，由於重晶石的光電吸收截面指數Pe值很大，Pe曲線在裂縫段將急劇增高。如果裂縫段井壁上形成重晶石泥餅，則裂縫段不僅有高的Pe值，而且還會有負的補償密度曲線值。③自然伽馬能譜測井。由於裂縫是流體循環的好場所，所以在漫長的地質年代裡，如果有鈾或其他放射性元素存在，NGS就能探測到裂縫。

3.聲波測井方法

①聲幅測井。這種方法可能比其他方法更多地用於探測裂縫。據Marris（1964）和其他學者的研究，縱波遇到垂直或高角度裂縫時減弱，而橫波遇到水平或低角度裂縫時更敏感。當縱波遇到充滿流體的裂縫時，由於接觸面上的反射，它的振幅降低。當橫波遇到充滿流體的裂縫時，它的振幅基本消失（Aquilera&Vanpoollen，1977）。另外，Welex把相長和相消干涉描述為平行井身但並不橫切井身的裂縫標志。然而，經驗表明，由於岩性變化及儀器居中狀況會使幅度產生像裂縫引起那樣大的變化。實際上，由於裂縫中固體顆粒的連接會使聲特性的不連續消失。因此，很難普遍使用這種方法。②變密度測井。變密度測井記錄的是在一個聲波傳送脈沖後，深度和振幅與時間的變化關系，大部分聲波波列被記錄下來並以近似地震道的形式顯示在測井記錄上。測井記錄上的陰影變化表明了振幅變化。暗色陰影表明最大的正振幅，淡色陰影表明最大的負振幅。根據Aguilera和Vanpoollen（1977）的工作，這種方法就是通過在測井記錄上尋找兩個獨特平行波組之間的跳躍或雜亂帶來表現裂縫。一些學者不是依靠跳躍帶而是尋找特殊的W形圖案來發現裂縫。然而，無論哪種情況，如果分析者未能很好地了解地層剖面，那麼，可能把岩性變化誤認為裂縫帶。由於岩性與孔隙度的變化在圖上可能產生類似於裂縫產生的突變，因此，解釋這種測井圖必須特別小心。③環形聲波測井。記錄沿井壁呈水平環形傳播的聲波，以聲波幅度的衰減來探測垂直高角度裂縫。實踐表明，這種方法是一種很有潛力的高傾角裂縫探測系統。④陣列聲波測井。通過時間窗口控制，可獲得縱波、橫波、斯通利波的能量曲線。利用斯通利波的衰減來探測裂縫，是一種探測裂縫的新途徑。斯通利波是一種頻率為2～5Hz的波，它對裂縫有很強的響應。斯通利波在裂縫面產生的機理是由於入射波在裂縫面的壓縮作用產生的流體脈沖進入井筒，使井壁產生壓縮及膨脹。因為流體由裂縫壓入井眼和流體進入裂縫，使轉換的斯通利能量消耗，因此能量衰減與裂縫發育有密切的關系。

4.成像測井方法

利用電流束和聲波波束對井軸進行掃描，從而得到有關井壁的「圖像」的一類測井方法。它是近20年發展起來的，並在繼續發展和完善中。通過成像測井可得到有關地層產狀、溶孔、溶洞等其他測井方法無法獲得的重要信息。這對地層、構造、岩性和裂縫性儲層的研究等方面意義都很大。包括：①井下電視。顯示井眼表面聲波響應的連續圖像。這種儀器能給出一張井壁聲波影像。它是通過記錄一部分聲波能量獲得的，由聲源發出並由井壁折回，反射到本身發射極，因此它起著接收器的作用。當岩石緻密而光滑時地層的反射能量更高。如果岩石表面粗糙，有裂縫或者孔洞，那就會存在能量失散，而這些不規則出現在膠片上更陰暗。這種儀器不僅能夠探測裂縫而且能夠確定裂縫的產狀，能很好地顯示岩石表面的形狀。它只能發現寬的、開啟的破裂面。當時間和振幅測井雙重顯示時，可發現充填物與基質具有聲波差異的裂縫。由於這是一種新的定向方法，因而也能確定裂縫的方向（Wily，1980；Aillet，1981）。這種方法在裂縫定量方面具有較好的應用前景。但是為了避免能量失散和有花斑的圖像的出現，不僅要求在鑽井液中沒有呈現懸浮狀態的組分，而且沒有厚的泥餅，還要求井眼不是橢圓形井眼，鑽井液中不含天然氣。②微電阻率掃描測井（FMS）。井壁附近的電阻率是重要的岩石物理性質之一，可用來描述地層的細微結構。微電阻率測井沿井壁測量，探測淺而垂向解析度高，因而對井壁地層的電性不均勻極為敏感。微電阻率測井無法確定裂縫的產狀，無法區分裂縫、小溶洞、溶孔，這些問題可以通過微電阻率掃描來解決。當緻密層中存在裂縫時，鑽開後高電導率的鑽井液或濾液就迴流或滲入地層中。FMS儀器掃描到此處時，就記錄下裂縫的高電導信息。在相應的FMS圖像上顯示為深灰或黑色，而沒有裂縫的地方，岩石為高電阻率，對應的FMS圖像上為淺灰或白色。FMS記錄的信息的清晰程度取決於以下幾個因素：ⓐ裂縫的張開度，如果裂縫的張開度大，鑽井液進入得就多而深，裂縫處的FMS圖像顏色就深，否則就淺；如果裂縫是閉合的，FMS就掃描不出來。ⓑ鑽井液性質，鑽井液電導率越大，對應裂縫處的FMS圖像就越暗。ⓒ鑽井液侵入程度，鑽井液取代地層中的烴越多，對應的FMS圖像就越暗。利用FMS圖像研究裂縫是一種新的測井手段，它能給出其他識別裂縫的測井方法不能給出的裂縫視產狀，能把裂縫和溶孔兩種不同的儲集層區分開，能估計裂縫視寬度而不受其他參數控制。這種方法是測井識別裂縫的補充和發展，它以直觀、簡單兩大特點使解釋人員易懂易用。③全井眼地層微掃描測井（FMI）：20世紀80年代中期，斯倫貝謝公司推出了第一支電法成像儀———地層掃描儀。這種儀器與傾角儀相似，但較之傾角儀，它安裝了大量的附加電極「電扣」去采樣電流，獲得的數據經處理後產生一幅對應於井壁的高清晰度圖像。1991年推出的FMI具有更大的井眼覆蓋率和更高的解析度。FMI極板安裝在8in井眼中應有80%的覆蓋率、0.2in的垂向解析度。FMI極板有192個電扣，能測定92條微電阻率曲線，能對井內每一條微電阻率曲線精確定位。現在已能用諸如FRACVIEW程序來分析井眼圖像電導率所反映的裂縫密度、張開度和孔隙度。張開度是根據裂縫加在電圖像背景上的電導率計算的；計算裂縫密度時計入井眼偏移並作為「校正密度」供井間對比使用；孔隙度用每一條裂縫的平均開度計算。

5.地層傾角測井方法

①雙井徑曲線。在很好地掌握了地層剖面後，井徑測井是發現井中裂縫帶的有效方法。簡言之，若井眼鑽遇高密度裂縫帶，則井徑擴大。特別是鑽遇高角度裂縫時，往往在與形成區域性裂縫的最小應力方向相平行的方向上產生井眼定向擴徑。②電導率異常檢測。該方法是排除地層層理引起的電導率異常，突出與裂縫有關的電導率異常。求出各極板與相鄰兩個極板的電導率讀數之間的最小電導率正差異，把這個最小正差異疊加在該極板的方位曲線上，作為識別裂縫的標志。③地層傾角矢量圖。在地層傾角測井矢量圖中，裂縫或者表現為層段之間無法進行對比，或者表現為傾角看起來很雜亂。也可根據孤立的高傾角顯示識別裂縫的存在。

6.其他測井方法

①溫度測井。鑽井液中的溫度梯度受開啟裂縫帶存在的影響，由於裂縫網隅被鑽井液侵入，使地層變冷，從而使溫度降低。②磁粉測井。可探測流體能與井眼流體交換的任何裂縫以及它們的方位和范圍。③重復式地層測試器（RFT）。系統測取地層壓力和鑽井液柱壓力，能分析壓力系統、尋找新裂縫系統。能直觀地認識地層滲透性，計算滲透率，評價生產能力。從儀器推靠和封閉成敗及預測壓力恢復情況，分析地層是干層、較小裂縫或孔隙、縱向連通很好的大裂縫，還是分散孤立的高角度裂縫，這也有助於研究高角度裂縫。

從以上的分析可以看出，在過去40年中，裂縫的探測與分析對電纜服務來說一直是個持續的挑戰。井下聲波電視測井（Taylor，1983）是一種成功的方法，然而卻難以區分開啟與閉合裂縫；環形聲波測井（Guy，1987）可用於探測垂直的或近於垂直的裂縫。斯通利波的能量衰減能顯示開啟裂縫的特徵（Brie，1988），尤其是用陣列聲波儀器規一化的差值能量。然而垂向平均間隔仍很大。除聲波方法外，在水基鑽井液中應用微電場獲得了成功。很久以來在裂縫性儲集層中一直使用傾角測井和SHDT（Lehne，1988），但仍然存在井眼粗糙度的影響問題。已經證明地層微掃描儀（Ekstrom等，1986）是富有成效的，但受粗糙度的影響，並且有時開啟與閉合裂縫的存在而使問題更加繁瑣。因此，對測井來說可靠的裂縫分析方法仍然是一種挑戰。

Ⅸ 聲波速度測井

聲波速度測井簡稱聲速測井，是在井中測量井壁地層聲波傳播速度的一類測井方法。由於聲波速度測井直接記錄的是聲波時差(即聲波速度的倒數)，因此也常被稱為聲波時差測井。如前所述，聲波在岩石中的傳播速度與岩石的性質、孔隙度以及孔隙中所填充的流體性質等有關，因此，研究聲波在岩石中的傳播速度或傳播時間，就可以確定岩石的孔隙度，判斷岩性和孔隙流體性質。

聲波速度測井儀核心部件是聲系，由聲波發射換能器和接收換能器組成。根據換能器數量差別，可分為單發射雙接收、單發射三接收、雙發射雙接收、雙發射四接收等測井儀。其中，單發射雙接收和雙發射雙接收測井儀應用較普遍。

2.2.1單發射雙接收聲波速度測井原理

2.2.1.1 測井儀器簡介

這種下井儀器包括三個部分:聲系、電子線路和隔聲體，聲系由一個發射換能器T和兩個接收換能器R₁、R₂組成。如圖2.2.1所示。

圖2.2.1 聲波速度測井儀外貌

電子線路用來提供脈沖電信號，觸發發射換能器T發射聲波，接收換能器R₁、R₂接收聲波信號，並轉換成電信號。發射與接收換能器是由具有壓電效應物理性質的鋯鈦酸鉛陶瓷晶體製成。在脈沖電信號的作用下以其壓電效應的逆效應產生聲振動，發射聲波;在聲波信號的作用下，R以其壓電效應的正效應接收聲波，形成電信號，待放大後經電纜送至地面儀器記錄。

實際測井時，電子線路每隔一定的時間給發射換能器一次強的脈沖電流，使換能器晶體受到激發而產生振動，其振動頻率由晶體的體積和形狀所決定。目前，聲速測井所用的晶體的固有振動頻率為20kHz。

在下井儀器的外殼上有很多刻槽，稱之為隔聲體，用以防止發射換能器發射的聲波經儀器外殼傳至接收換能器造成對地層測量的干擾。

2.2.1.2 測量原理

井下儀器的發射換能器晶體振動，引起周圍介質的質點發生振動，產生向井內泥漿及岩層中傳播的聲波。由於泥漿的聲速v₁與地層的聲速v₂不同，v₁<v₂，所以在泥漿和地層的界面(井壁)上將發生聲波的反射和透射，由於發射換能器可在較大的角度范圍內向外發射聲波，因此，必有以臨界角i方向入射到界面上的聲波，透射產生沿井壁在地層中傳播的滑行波。由於泥漿與地層接觸良好，滑行波傳播使井壁附近地層的質點振動，這必然引起泥漿質點的振動，在泥漿中也引起相應的波，因此在井中就可以用接收換能器R₁、R₂先後接收到滑行波，進而測量地層的聲波速度。

此外，還有經過儀器外殼和泥漿傳播到接收器的直達波和反射波，只要在儀器外殼上刻槽和適當選擇較大的源距(發射器與接收器間的距離)，就可以使滑行波首先到達接收器，聲速測井儀就可以只接收並記錄與地層性質有關的滑行波。圖2.2.2給出的就是上述的井內聲波傳播的示意圖。

發射換能器發射的聲波以泥漿的縱波形式傳到地層，地層受到應力的作用不僅會產生壓縮形變，也會產生切變形變，因此地層中既有滑行縱波產生又有滑行橫波產生。不論滑行縱波或滑行橫波，在傳播時都會引起泥漿質點的振動，以泥漿縱波的形式分別被接收換能器所接收，只不過地層滑行縱波最先到達接收器，較後到達的是地層滑行橫波並疊加在滑行縱波的尾部上。圖2.2.3給出了接收換能器接收到的波形圖。聲速測井測量的是滑行波。

圖2.2.2 井中聲波傳播示意圖

圖2.2.3 到達接收器的波形圖

如果發射器在某一時刻t₀發射聲波，聲波經過泥漿、地層、泥漿傳播到接收器，其傳播路徑如圖2.2.4所示，即沿ABCE路徑傳播到接收換能器R₁，經ABCDF路徑傳播到接收換能器R₂，到達R₁和R₂的時刻分別為t₁和t₂，那麼到達兩個接收換能器的時間差ΔT為:

圖2.2.4 聲速測井原理圖

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如果在兩個接收換能器之間的距離l(稱之為間距)對著的井段井徑沒有明顯變化且儀器居中，則可認為CE=DF，所以ΔT=CD/v₂(=l/v₂)。儀器的間距l是固定的(我國採用的間距等於0.5m)，時間差ΔT的大小隻隨地層聲速變化，所以ΔT的大小反映了地層聲速的高低。聲速測井實際上測量記錄的是時差Δt(聲波傳播1m用的時間)。測量時由地面儀器通過把時間差ΔT轉變成與其成比例的電位差的方式來記錄時差Δt。記錄點在兩個接收換能器的中點，下井儀器在井內自下而上移動測量，便記錄出一條隨深度變化的聲速測井的時差曲線。

2.2.2 影響時差曲線的主要因素

聲波時差曲線主要反映地層的岩性、孔隙度和孔隙流體性質，但也受到其他一些因素的影響。

2.2.2.1 井徑變化的影響

當井眼擴大時，在井眼擴大井段的上下界面處，時差曲線就會出現假的異常，如圖2.2.5所示。這是由於當接收換能器R₁進入井眼擴大部分而接收換能器R₂仍在井眼擴大的下界面之下時，CE>DF，由式(2.2.1)可以知道時間差ΔT減小，所以在井眼擴大井段的下界面處會出現聲速測井時差曲線減小的假異常;在R₁、R₂均進入井眼擴大井段時，CE=DF，不會有異常出現，而當R₁、R₂跨井眼擴大的上界面時，CE<DF，由式(2.2.1)可知ΔT增大，所以在井眼擴大的井段的上界面處，將出現聲速測井時差曲線增大的假異常。

在一些砂泥岩的分界面處，常常發生井徑變化，砂岩一般縮徑而泥岩擴徑，因此在砂岩層的頂部(相當於井眼擴大井段的下界面)出現時差曲線減小的尖峰，砂岩層的底界面處(相當於井眼擴大井段的上界面)出現時差曲線增大的尖峰。圖2.2.6就是砂泥岩剖面井徑變化對時差曲線影響的實例。顯然，在時差曲線上取值時，要參考井徑曲線，避開井徑變化引起的時差曲線的假異常，以便正確取值。

圖2.2.5 井徑變化對聲波時差影響示意圖

圖2.2.6 井徑擴大對聲波測井曲線影響的實例

2.2.2.2 地層厚度的影響

地層厚度是相對聲速測井儀的間距來說的，厚度大於間距的稱為厚層，小於間距的稱為薄層。它們在聲速測井時差曲線上的顯示是有差別的。

1)對著厚地層的中部，聲波時差不受圍岩的影響，時差曲線出現平直段，該段時差值為該厚地層的時差值。當地層岩性不均勻時，曲線有小的變化，則取該厚地層中部時差曲線的平均值作為它的時差值。時差曲線由高向低和由低向高變化的半幅點處正好對應於地層的上、下界面。所以，可以用半幅點劃分地層界面。實際測的聲波時差曲線往往受井徑及岩性變化的影響，因此現場實際工作中，劃分地層界面時，常參考微電極和自然電位曲線。

2)薄層的時差曲線受圍岩影響較大，半幅點間的距離越大於地層的真厚度。

3)薄互層間距大於互層中的地層厚度時，曲線不能反映地層的真正速度，甚至還可能出現反向。

可見，間距大於地層厚度時，時差曲線分辨地層的能力差，甚至無法分層和正確讀取時差值，因此間距尺寸必須小於目的層中最薄地層的厚度，間距越小，分辨地層的能力越強，測量的精度也就越差。所以，應該合理地選擇間距。

2.2.2.3 「周波跳躍」現象的影響

在一般情況下，聲速測井儀的兩個接收換能器是被同一脈沖首波觸發的，但是在含氣疏鬆地層情況下，地層大量吸收聲波能量，聲波發生較大的衰減，這時常常是聲波信號只能觸發路徑較短的第一接收器的線路。當首波到達第二接收器時，由於經過更長的路徑的衰減不能使接收器線路觸發。第二接收器的線路只能被續至波所觸發，因而在聲波時差曲線上出現「忽大忽小」的幅度急劇變化的現象，這種現象稱為周波跳躍，如圖2.2.7所示。

圖2.2.7 周波跳躍現象

在泥漿氣侵的井段，疏鬆的含氣砂岩壓力較大，井壁坍塌以及裂縫發育的地層，由於聲波能量的嚴重衰減，經常出現這種周波跳躍的現象。由於周波跳躍現象的存在，使得無法由時差曲線正確讀出地層的時差值。但是，周波跳躍這個特徵，卻可以作為判斷裂縫發育地層和尋找氣層的主要依據。

2.2.3 井眼補償聲速測井

如前所述，單發射雙接收聲速測井受井徑變化的影響，聲波時差曲線出現假異常。

為了克服這種影響，採用了雙發射雙接收聲速測井儀。圖2.2.8是這種儀器對井徑變化影響的補償示意圖。R₁、R₂為接收器，T₁為上發射器，T₂為下發射器。測井時，上下發射器交替發射聲脈沖，兩個接收器接收T₁、T₂交替發射產生的滑行波，得到時差Δt₁和Δt₂，地面儀器的計算電路對Δt₁和Δt₂取平均值，記錄儀記錄出平均值Δt時差曲線。由圖2.2.8可以看出，雙發射雙接收聲速測井儀的T₁發射得到的Δt₁曲線和T₂發射得到的Δt₂曲線。在井徑變化處產生的假異常的變化方向相反，所以，取平均值得到的Δt曲線恰好補償掉了井徑變化的影響。雙發射雙接收聲速測井儀測量的Δt時差曲線還可以補償儀器在井中傾斜時對時差造成的影響。

圖2.2.8 井徑變化影響的補償示意圖

2.2.4 聲波速度測井資料的應用

2.2.4.1 判斷氣層

由於油、氣、水的聲速不同，水的聲速大於油的聲速，而油的聲速又大於氣的聲速，特別是氣的聲速和油水的聲速有很大的差別，因此在高孔隙度和泥漿侵入不深的條件下，測井能夠比較好的確定疏鬆砂岩的氣層。

氣層在聲波時差曲線上顯示的特點有:

1)產生周波跳躍。它常見於特別疏鬆、孔隙度很大的砂岩氣層中，因為地層含氣對聲波能量有很大的衰減作用，造成周波跳躍。對於非常疏鬆的砂岩氣層來說，是因為它們顆粒之間的接觸面積很小，聲波能量從一個顆粒傳到另一顆粒，必須通過孔隙中的氣體，由於岩石和氣體的聲阻抗相差很大，二者之間的聲耦合很差，聲波能量不易由顆粒向氣體傳播，會產生大量散射，聲波信號受到很大的衰減，因此氣層在聲波時差曲線上表現為周波跳躍。

2)聲波時差增大。氣層的聲波時差值明顯大於油層，比一般砂岩的時差值大30μs/m以上。成岩較好、岩性純凈的砂岩氣層都具有這一特點。

另外，在泥漿侵入不深的高孔隙度疏鬆砂岩地層中，油層的聲波時差也相應增大，一般比水層大10%～20%，因此聲速測井的這種特點，有利於判斷高孔隙性地層所含的流體性質，確定油氣和氣水的接觸面。

2.2.4.2 劃分地層

由於不同地層具有不同的聲波速度，所以根據聲波時差曲線可以劃分不同岩性的地層砂泥岩剖面，砂岩的聲波速度一般較大(時差較低)。砂岩的膠結物的性質和含量也影響聲波時差的大小，通常鈣質膠結比泥質膠結的聲波時差低，並且隨著鈣質含量增多聲波時差下降;隨泥質含量增多，聲波時差增高。泥岩的聲波速度小(聲波時差顯示高值)。頁岩的聲波時差值介於砂岩和泥岩之間。礫岩的聲波時差一般都較低，並且越緻密聲波時差值越低。

碳酸鹽岩剖面中，緻密石灰岩和白雲岩的聲波時差值最低，如含有泥質時，聲波時差稍有增高;如有孔隙或裂縫時，聲波時差有明顯增大，甚至還可能出現聲波時差曲線的周波跳躍現象。

在膏鹽剖面中，無水石膏與岩鹽的聲波時差有明顯的差異。岩鹽部分因井徑擴大，時差曲線有明顯的假異常，所以可以利用聲波時差曲線劃分膏鹽剖面。圖2.2.9是用聲波時差曲線劃分無水石膏和岩鹽層的一個例子。

由於聲波時差曲線能夠較好地反映岩石的緻密程度，所以它可以和微電極等測井曲線一起用來判斷儲集層的儲集性質的優劣。

圖2.2.9 聲波時差曲線劃分無水石膏和岩鹽層

聲波時差曲線可以劃分地層，如果地層的孔隙度和岩性在橫向上大體是穩定的，那麼聲波時差曲線也可以被用來進行地層對比。

2.2.4.3 確定岩層孔隙度

由第一節已經知道岩層聲速和孔隙度有關，通過理論計算和實驗可以確定出聲速或時差與孔隙度的關系式，所以由聲速測井的時差值可以估算出岩層的孔隙度。聲速測井的時差反映的是岩層的總孔隙度。

大量的實踐表明，在固結、壓實的純地層中，若有小的均勻分布的粒間孔隙，則孔隙度和聲波時差之間存在線性關系，其關系式稱為平均時間公式或Wyllie公式，如式(2.2.2):

地球物理測井教程

或

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式中:Δt為由聲波時差曲線讀出的地層聲波時差，μs/m;Δt_f為孔隙中流體的聲波時差，μs/m;Δt_ma為岩石骨架的聲波時差，μs/m。

當岩石骨架成分和孔隙中流體性質已知時，Δt_ma和Δt_f是個常數，於是Δt和孔隙度的關系為線性關系，即:

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式中:A=Δt_f－Δt_ma;B=Δt_ma。

由於不同地區，不同地層的A和B可能不同，因此必須按地區，針對某一地層或某一層段，用岩心分析資料和測井資料，建立岩石孔隙度和聲波時差的統計關系。圖2.2.10為某油田一個層組的聲波時差與孔隙度的關系圖，其經驗公式為:

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在應用平均時間公式時，必須注意公式導出的條件(即使用條件)是孔隙均勻分布、固結且壓實的純地層，因此，由時間平均公式求出的聲波孔隙度(φ_s)，對於不同的地層情況要分別處理。

1)對於固結壓實的純地層，分兩種情況。

a.粒間孔隙的石灰岩及較緻密的砂岩(孔隙度為18%～25%)可直接利用平均時間公式計算孔隙度，不必進行任何校正。因為這類岩石的孔隙度較小，泥漿侵入往往較深，聲速測井測的是沖洗帶的聲波時差，沖洗帶孔隙充滿泥漿濾液，不必進行流體校正。另外，如果含有泥質，由於岩石緻密，泥質也是緻密的，其聲波時差較低，接近於岩石的時差，可不必進行泥質校正。

圖2.2.10 聲波時差與孔隙度的關系圖

b.孔隙度為25%～35%的固結而壓實的砂岩，其聲波孔隙度φ_s需要引入流體校正。這類砂岩泥漿侵入往往較淺，沖洗帶中不全是泥漿濾液，還含有殘余油氣，按Wyllie公式計算的孔隙度偏大，必須乘以流體校正系數加以校正。在一般的情況下可用經驗數據校正，對於氣層，流體校正系數為0.7;對於油層，流體校正系數為0.8～0.9。

2)對於固結而不夠壓實的砂岩，要引入壓實校正。直接應用平均時間公式求得的疏鬆砂岩的孔隙度偏高，要進行壓實程度的校正。這種疏鬆砂岩在地質年代較新的地層中，埋藏深度一般較淺，砂岩是否壓實，可根據鄰近的泥岩的聲波時差Δt_sh的大小來辨別，若鄰近泥岩的聲波時差大於328μs/m，則認為砂岩未壓實，且Δt_sh越大，表明壓實程度越差。

利用壓實校正系數C_p對這類疏鬆砂岩進行壓實程度的校正。如果直接由圖版求得的孔隙度為φ_s，經壓實程度校正後的孔隙度為φ_sc，則:

地球物理測井教程

壓實校正系數C_p最好由平均時間公式求得的φ_s，與真孔隙度值對比得到，即C_p=φ_s/φ。

φ由岩心實驗測定或其他孔隙度測井得到，如電阻率法，密度測井－聲波時差測井交會法或中子測井法求得。另外，壓實校正系數與地層埋藏深度存在一定關系，可以利用壓實校正系數與地層埋藏深度的關系曲線求得。

3)對於含泥質的非純地層要引入泥質校正。時間平均公式是對純地層導出的，如果地層中含有泥質，由於泥質的聲速一般較低，聲波時差較大，所以按公式計算的孔隙度偏大，必須進行泥質校正。

對於次生孔隙(溶洞和裂縫)比較發育的碳酸鹽岩儲集層，次生孔隙在岩層中的分布不均勻，並且孔徑大。聲波在這樣的岩層中傳播的機理和前述的純地層是不同的，聲波在溶洞附近傳播要產生折射和繞射。利用平均時間公式求得的孔隙度偏低，所以對於次生孔隙發育的碳酸鹽岩必須建立其物理模型，導出它自己的平均時間公式。

Ⅹ 聲波成像測井技術

目前的聲波成像測井主要有超聲波成像和偶極橫波成像兩種類型，它們可以在不同程度上揭示潛山基岩的儲集空間，所以在復雜儲集層段中的應用越來越廣。

超聲波成像測井採用旋轉式超聲波換能器對井周進行掃描，並記錄反射回的波形信號；將測量得到的反射波振幅和傳播時間等信息進行一系列處理，按井周360°方位將處理結果顯示，就得到整個井壁高解析度的超聲波成像。

具有代表性的超聲波成像測井儀有兩種：超聲波成像測井儀USI和井眼超聲波成像測井儀UBI（均為斯倫貝謝製造），它們具有多種提高信噪比和解析度的技術。

1.USI測井儀的原理

探頭是由不同尺寸的旋轉換能器組成的，它可以測量各種尺寸的套管井和裸眼井，其發射的超聲波脈沖頻率介於195～650kHz之間。換能器也是接收器，它首先探測到的是高振幅的反射首波信號，然後是以指數衰減的信號。USI儀有一個旋轉換能器（圖4-8），它具有兩種操作方式：標准測量（逆時針旋轉、換能器面向井壁或套管測量）和流體性質測量（順時針旋轉、換能器面向儀器內的反射板測量）。USI常用於套管井的測量和水泥固井質量的分析。

圖4-7 0.2ms橫波時窗歸一化得到的橫波幅度曲線（示裂縫強度）

USI測量到的信息常用稱為T³的技術進行處理。處理過程包括3階段：①測井儀實際處理階段，通過快速傅里葉變換將收到的信號轉換成頻率信息；②製作模型階段，對反射首波選擇標准化窗口，使得溫度、壓力、鑽井泥漿等引起的波譜變化降低到最低點，並產生一個脈沖響應譜，以便計算出聲阻抗；③刻度階段，將計算出的參數與測量得到的參數進行對比，如果不匹配，就改變窗長等參數通過模型再做一遍，產生一套新的參數再進行對比，重復這個過程直至完全匹配為止（通常需要重復處理、對比3次）。

圖4-8 USI測井儀示意圖

2.井眼超聲波成像測井儀UBI

上述USI使用的是不聚焦換能器，UBI使用的是高解析度聚焦裸眼換能器。這種換能器有兩種固定發射頻率：250kHz和500kHz，高頻換能器可以給出較高解析度的圖像，低頻換能器在高發散鑽井液中可提供更好的測量結果。由於低解析度換能器可以獲得套管壁厚諧振，而高解析度換能器不能獲得套管壁厚諧振，所以高解析度的UBI井眼超聲波成像可以代替FMI地層微電阻率掃描成像，尤其是在油基泥漿條件下FMI不能測量時UBI更能發揮獨特的優勢。UBI還能提供准確的井眼橫截面信息，這樣可以得到井眼垮塌或井眼穩定性數據。

UBI換能器的聚焦性能越好，其成像的解析度越高，其主要技術指標見表4-3。

表4-3 UBI測井儀技術指標