声波测井常用方法

Ⅰ 裸眼井声波幅度测井（声波衰减测井）

（一）裸眼井声波衰减机理

1.钻井液中的衰减

泥浆固体颗粒与流体的摩擦力使声能损失和悬浮于泥浆中颗粒声波频散损失造成波的衰减。其衰减遵循指数规律：

地球物理测井

式中：m为声波在流体中的衰减系数（dB/m）；x为衰减测量对应的距离（m）。

2.入射角小于临界角的声波衰减

泥浆和地层界面处由于能量传递而造成的声波衰减。入射波声能（A₀）与透射波声能（A_s）比称能量传递系数T_c：

地球物理测井

传递系数和岩石、泥浆的相对波阻抗有关，波阻抗又与岩石、泥浆声速成正比。

3.岩石中的衰减

摩擦能量损失。纵波和横波的衰减呈指数函数形式：

地球物理测井

式中：a为总衰减系数（dB/m）；l为波传播距离（m）。

由于频散和绕射而产生的能量损失，主要出现在裂缝性、孔洞型岩石上。总之，岩石中的声波衰减，是指声波经过岩石、泥浆等介质边界的传递所造成的摩擦声能损失。

由以上分析可见，声波衰减测井可适用于地层分析。

（二）井中声波幅度测量

在裸眼井中进行声波幅度测井时，其声系由单发射器和单接收器组成（图2-5）。在脉冲电流作用下，发射器T把电能转换成机械能，并以声波的形式发射出去。声脉冲频率一般选择20 Hz，声波频率选择20 kHz。20 kHz的声波属于超声范围，因此，声波幅度测井也叫超声波测井。发射器产生的声波，穿过泥浆射向井壁岩层，一部分进入岩层成为透射波；一部分反射回来。以临界角入射的一部分，则在井壁上产生滑行波。滑行波引起向井内发射的首波（或叫折射波）。此外，还有一部分直接沿泥浆传播的直达波。因为声波幅度测井是要观测与声波能量传递给岩层时声能损失的程度。由于不可能直接测量岩层的衰减，所以采用测量研究沿井壁滑行波幅度的间接方法。为了使最先到达接收器R的声波是由滑行波引起的首波，声波幅度测井仪器的源距L（发射器到接收器的距离）要选择得足够长，以保证滑行波比直达波先到达探测器。根据上述要求，选择1 m长的源距已足够。

（三）声波幅度测井成果分析

如图2-12所示，声波幅度测井曲线记录在左数第3道中。

声波测井综合解释表明：A层为一高压水层，B层和C层为油层；A层与B层之间有17 m厚的泥岩夹层。从图中看出，声波幅度曲线有不同程度的能量降低。泥岩最甚，高压水层A居中，而B、C油层能量降低程度不如水层，更不及泥岩层。

Ⅱ 声波幅度测井

声波幅度测井测量的是声波信号的幅度。声波在介质中传播时，其能量被逐渐吸收，声波幅度逐渐衰减。在声波频率一定的情况下，声波幅度的衰减和介质的密度、弹性等因素有关。声波幅度测井就是通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层性质和水泥胶结情况的一种声波测井方法。

2.3.1 岩石的声波幅度

声波在岩石等介质中传播的过程中，由于质点振动要克服相互间的摩擦力，即由于介质的黏滞使声波能量转化成热能而衰减;这种现象也就是所谓的介质吸收声波能量。因此，声波在传播过程中能量在不断减小，直至最后消失。声波能量被地层吸收的情况与声波频率和地层的密度等因素有关。对同一地层来说，声波频率越高，其能量越容易被吸收;对于一定频率来说，地层越疏松(密度小、声速低)，声波能量被吸收越严重，声波幅度衰减越大。所以测量声波幅度可以了解岩层的特点和固井质量。

在不同介质形成的界面上，声波将发生反射和折射(透射)，如图2.1.1所示。入射波的能量一部分被界面反射，返回第一介质;另—部分能量透过界面传到第二介质，在第二介质中继续传播。声波在分界面上的反射波和透射波的幅度取决于两种介质的声阻抗z，所谓声阻抗指的是介质密度ρ与声波在这种介质中传播速度v的乘积，即Z=ρv。各种介质的声阻抗列于表2.3.1中。

表2.3.1 各种介质的声阻抗

两种介质声阻抗之比Z₁/Z₂叫声耦合率。介质Ⅰ和介质Ⅱ的声阻抗相差越大，则声耦合越差，声波能量就不容易从介质Ⅰ透射到介质Ⅱ中去，透过界面在介质Ⅱ中传播的声波能量就少，在介质Ⅰ中传播的反射波能量就多。如果介质Ⅰ和介质Ⅱ的声阻抗相近时，声耦合好，能量很容易由介质Ⅰ传播到介质Ⅱ中，这时透射波能量大，而介质Ⅰ中的反射波能量小。当两种介质的声阻抗相同时，声耦合最好，这时声波能量全部由介质Ⅰ传播到介质Ⅱ中。

综上所述，声波在地层中传播能量(或幅度)的变化有两种形式，一是因地层吸收声波能量而使幅度衰减;另一种是存在声阻抗不同的两种介质的界面的反射、折射，使声波幅度发生变化。这两种变化往往同时存在，究竟哪种变化为主，要根据具体情况加以分析。例如，在裂缝发育及疏松岩石的井段，声波幅度的衰减主要是由于地层吸收声波能量所致;在下套管井中，各种波的幅度变化主要和套管与地层之间的界面所引起的声波能量分布有关。因此，在裸眼井中测量声波幅度就可能划分出裂缝带和疏松岩石的地层;在下套管井中测量声波幅度变化，可以检查固井质量。

2.3.2 声波幅度测井

声波幅度测井测量的是声波幅度，目前主要用于检查固井质量，包括水泥胶结、变密度测井等方法。在裸眼井中进行声幅测井，主要用来划分裂缝带。

2.3.2.1 水泥胶结测井

(1)水泥胶结测井的原理

水泥胶结测井下井仪器如图2.3.1所示，由声系和电子线路组成，源距为1m。发射换能器发出声波，其中以临界角入射的声波，在泥浆和套管的界面上折射产生沿这个界面在套管中传播的滑行波(又叫套管波)，套管波又以临界角的角度折射进入井内泥浆到达接收换能器被接收，仪器测量记录套管波的第一负峰的幅度值(以mV为单位)，即水泥胶结测井曲线值。这个幅度值的大小除了决定于套管与水泥胶结程度外，还受套管尺寸、水泥环强度和厚度以及仪器居中情况的影响。

若套管与水泥胶结良好，这时套管与水泥环的声阻抗差较小，声耦合较好，套管波的能量容易通过水泥环向外传播，因此套管波能量有较大的衰减，记录到的水泥胶结测井值就很小。若套管与水泥胶结不好，套管外有泥浆存在，套管与管外泥浆的声阻抗差很大，声耦合较差，套管波的能量不容易通过套管外泥浆传播到地层中去，因此套管波能量衰减较小，所以水泥胶结测井值很大。利用水泥胶结测井曲线值可以判断固井质量。

(2)影响水泥胶结测井曲线的因素

图2.3.1 水泥胶结测井原理图

1)测井时间的影响。水泥灌注到管外环形空间后，有个凝固过程，这个过程是水泥强度不断增大的过程。套管波的衰减和水泥强度有关，强度小衰减小，所以在凝固过程中，套管波能量衰减不断的增大。在未凝固、未封固好的井段测井会出现高幅度值，因此，要待凝固后进行测井。测井过晚，会因为泥浆沉淀固结、井壁坍塌造成无水泥井段声幅低值的假象。一般在固井后24h到48h之间测井最好。

图2.3.2 水泥胶结测井曲线实例

2)水泥环厚度的影响。实验证明，水泥环厚度大于2cm，水泥环厚度对水泥胶结测井曲线的影响是个固定值;小于2cm时，水泥环厚度越薄，水泥胶结测井曲线值越高。因此，在应用水泥胶结测井曲线检查固井质量时，应参考井径曲线进行。

3)井筒内泥浆气侵会使声波能量发生较大的衰减，造成水泥胶结测井曲线低值的现象。在这种情况下，容易把没有胶结好的井段误认为胶结良好。

(3)水泥胶结测井曲线的应用

图2.3.2给出了水泥胶结测井曲线，从图中可以见到:

1)在水泥面以上曲线幅度最大，

在套管接箍处出现幅度变小的尖峰，这是因为声波在套管接箍处能量损耗增大的缘故。

2)深度由浅到深、曲线首次由高幅度向低幅度变化处为水泥面返高位置。

3)在套管外水泥胶结良好处，曲线幅度为低值。

水泥胶结测井已广泛用于检查固井质量，并已总结出一套解释方法，利用相对幅度来检查固井质量:

地球物理测井教程

相对幅度越大，说明固井质量越差，一般规定有如下三个质量段:

相对幅度小于20%为胶结良好;

相对幅度介于20～40%之间的为胶结中等;

相对幅度大于40%的为胶结不好(串槽)。

根据相对幅度定性判断固井质量固然是水泥胶结测井解释的依据，但不能机械地死搬硬套，还要参考井径等曲线，同时还要了解固井施工情况，如水灰比、水泥上返速度和使用的添加剂类型等，必须综合各方面的资料，才能得出准确可靠的判断。

2.3.2.2声波变密度测井(VDL)

声波变密度测井也是一种测量套管外水泥胶结情况，从而检查固井质量的声波测井方法。它可以提供更多的水泥胶结的信息，能反映水泥环的第一界面和第二界面的胶结情况。

变密度测井的声系由一个发射换能器和一个接收换能器组成，源距为1.5m，声系还可以附加另一个源距为1m的接收换能器，以便同时记录一条水泥胶结测井曲线。

在套管井中，从发射换能器到接收换能器的声波信号有四个传播途径，沿套管、水泥环、地层以及直接通过泥浆传播。

通过泥浆直接传播的直达波最晚到达接收换能器，最早到达接收换能器的一般是沿套管传播的套管波，水泥对声能衰减大，声波不易沿水泥环传播，所以水泥环波很弱可以忽略。当水泥环的第一、第二界面胶结良好时，通过地层返回接收换能器的地层波较强。若地层速度小于套管速度，地层波在套管波之后到达接收换能器，这就是说，到达接收换能器的声波信号次序首先是套管波，其次是地层波，最后是泥浆波。声波变密度测井就是依时间的先后次序，将这三种波全部记录的一种测井方法，记录的是全波列，所以又叫全波列测井。该方法与水泥胶结测井组合在一起，可以较为准确地判断水泥胶结的情况。

经过模拟实验发现，在不同的固井质量情况下，套管波与地层波的幅度变化有一定的规律，如图2.3.3所示。

图2.3.3水泥胶结测井原理图

1)自由套管(套管外无水泥)和第一、第二界面均未胶结的情况下，大部分声能将通过套管传到接收换能器而很少耦合到地层中去，所以套管波很强，地层波很弱或完全没有，见图2.3.3(a)。

2)有良好的水泥环，且第一、第二界面均胶结良好的情况下，声波能量很容易传到地层中去。这样套管波很弱，地层波很强，见图2.3.3(b)。

3)水泥与套管胶结好与地层胶结不好(即第一界面胶结好，第二界面胶结不好)的情况下，声波能量大部分传至水泥环，套管中剩余能量很小，传到水泥环的声波能量由于与地层耦合不好，传入地层的声波能量是很微小的，大部分在水泥环中衰减，因此造成套管波、地层波均很弱，见图2.3.3(c)。

声波变密度测井采用两种不同的方式处理接收到的声信号，因而可以得到两种不同形式的记录，即调辉记录和调宽记录。

调辉记录是对接收到的波形检波去掉负半周，用其正半周作幅度调辉，控制示波器荧光屏的辉度，信号幅度大，则辉度强;反之，信号幅度小，则辉度弱。接收换能器每接收一个波列，则在荧光屏上按时间先后自左向右水平扫描一次，由照相机连续拍摄荧光屏上的图像，照相胶卷与电缆速度以一定的比例同步移动拍摄，于是就得到了变密度测井调辉记录图，如图2.3.4所示，黑色相线表示声波信号的正半周，其颜色的深浅表示幅度的大小，声信号幅度大则颜色深，相线间的空白为声信号的负半周。

图2.3.4声波变密度测井调辉记录图

调宽记录和调辉记录所不同的是将声信号波列的正半周的大小变成与之成比例的相线的宽度，以宽度表示声信号幅度的大小。

套管信号和地层信号可根据相线出现的时间和特点加以区别。因为套管的声波速度不变，而且通常大于地层速度，所以套管波的相线显示为一组平行的直线，且在图的左侧。由于不同地层其声速不同，所以地层信号到达接收换能器的时间是变化的。因此，可将套管波与地层波区分开。在强的套管波相线(自由套管)上，可以看到“人字形”的套管接箍显示，这是因为接箍处存在缝隙，使套管信号到达的时间推迟，幅度变小的缘故。

当套管未与水泥胶结时，套管波信号强，在变密度测井图上显示出明显的黑白相带，且可见到套管接箍的“人”字形图形，而地层信号很弱，如图2.3.4(a)所示。

当套管与水泥胶结(第一界面)良好，水泥与地层(第二界面)胶结良好时，声波能量大部分传到水泥和地层中去，因此套管信号弱而地层信号强，如图2.3.4(b)所示。如果地层信号在到达时间范围内显示不清楚，可能是因为第二界面胶结差或者地层本身对声波能量衰减比较大所致。

如果水泥与地层没有胶结，而第一界面胶结良好，那么当水泥环厚度小于2cm时，套管信号衰减程度与水泥环厚度有关，水泥环厚度减小则套管波信号衰减减小。若水泥环厚度大于2cm时，套管波信号的衰减达到最大值，而且基本不变化。

Ⅲ 地球物理测井包括哪些方法

油气田的地球物理法包括地球物理勘探和地球物理测井。地球物理勘探已在前一节中做了介绍，本节将介绍地球物理测井方法，简称测井。

地球物理测井已广泛应用于石油地质勘探和油气田开发过程中。应用测井方法可以划分井筒地层剖面、确定岩层厚度和埋藏深度、进行区域地层对比，还可以探测和研究地层的主要矿物成分、裂缝、孔隙度、渗透率、油气饱和度、倾向、倾角、断层、构造特征、沉积环境与砂岩体的分布等参数，对于评价地层的储集能力、检测油气藏的开采情况、精细分析和研究油气层等具有重要的意义。

目前，常用的测井方法主要有电法测井、声波测井和放射性测井等。

一、电法测井不同岩石的导电性不同，岩石孔隙中所含各种流体的导电性也不同。利用该特点认识岩石性质的测井方法称为电法测井。电法测井包括自然电位测井、电阻率测井和感应测井等。

1.自然电位测井1)基本原理自然电位测井是根据油井中存在着扩散吸附电位进行的。在打井钻穿岩层时，地层岩石孔隙中含有地层水。地层水中所含的一定浓度的盐类要向井筒内含盐量很低的钻井液中扩散。地层水所含的盐分以氯化钠为主，钠离子带正电，氯离子带负电。由于氯离子移动得快，大量进入井筒内钻井液中。致使井内正对着渗透层的那段钻井液带负电位，形成扩散电位。而这种电位差的大小与岩层的渗透性密切相关。地层渗透性好，进入钻井液里的氯离子就多，形成的负电位就高；地层渗透性差，氯离子进入钻井液里就少，形成的负电位就低。因此，含油渗透层在自然电位曲线上表现为负值，而不渗透的泥岩层等则显正值(图3-2)。

图3-8判断油气水层的测井资料综合解释

另一方面要对测井以外的资料(如该井的钻井、地质和工程资料等)进行综合分析和解释，搞清楚油层、气层和水层的岩性、储油物性(孔隙度和渗透率)、含油性(含油饱和度、含气饱和度或含水饱和度)等。

思考题

1. 什么叫油气田？什么叫含油气盆地？

2. 区域勘探和工业勘探分别可划分为哪两个阶段？

3. 地球物理勘探法主要包括哪些方法？简述各种方法的基本原理。

4. 地球化学勘探法的主要原理是什么？具体包括哪些方法？

5. 地质录井包括哪些方法？

6. 地球物理测井主要包括哪些方法？分别主要有哪些用途？

7. 简述声波测井的基本原理。

Ⅳ 声波速度测井( 连续速度测井)

地震速度测井因激发的地震波波长较长及测点间距较大(几米至几十米)，不能细致地划分岩层获得详细层速度信息。为了较详细地划分岩层获得连续变化的速度剖面，可以采取连续测井方法，亦称作声波速度测井方法。下面说明这种方法测定层速度和平均速度的原理。

图3-43 声波测井示意图

如图3-43所示，井中测井仪有超声波脉冲发生器和一对接收器。两个接收器相距0.5m或1m。a为仪器至井壁的距离，从井底向上连续提拉测井仪，发射器发射的超声波经过泥浆以临界角入射到井壁，并沿井壁地层滑行，再以临界角穿过泥浆传到接收器，其传播时间分别是

地震勘探

式中:v_t为泥浆中波传播的速度;v₂为在地层中波传播的速度;t₂与t₁之差是波在两个接收器之间地层段传播的时间差，当两个接收器之间的距离为1m时，得到

地震勘探

其单位是μs/m。

地面测井仪器记录下连续变化的时差曲线如图3-44所示。

根据声波测井时差曲线，由1/Δt×10⁶=v便可获得层速度，单位为m/s。

如果将声波测井时差曲线按每米的微秒时间累计起来，也就是数学上进行积分运算，即可求得深度H处的垂直传播时间

地震勘探

进而可得到平均速度，即

地震勘探

Ⅳ 合成声波测井（拟测井）

（一）合成声波测井的原理及曲线制作过程

把实际的地震记录经过人工转换成为合成波阻抗曲线（或合成速度曲线），也称虚（假、拟等）波阻抗（或速度测井）曲线的工作，称合成声波测井。它是合成地震记录的逆过程，它的目的是把时间剖面上的记录道转换成测井曲线（道）。因此，整个地震剖面就被转换成声波速度剖面或波阻抗剖面。合成声波测井是目前研究地层岩性油藏的一个重要的方法。

合成声波测井技术所基于的原理是：对于层状介质第i界面上的反射系数r_i由式（7-1-2）可以写为

反射波地震勘探原理和资料解释

由前面讨论可知，对于反射系数序列r（t），如果已知地震子波w（t），则利用式（7-1-1）就可得合成地震记录x（t）。相反地，如果对野外地震记录x（t），用反滤波因子α（t）进行反褶积，便得到反射系数序列r（t），即

r（t）＝x（t）*a（t） （7-1-4）

重要的是从反射系数序列中求解速度。如果忽略密度的变化影响，公式（7-1-3）可简化为公式（7-1-2）的形式。将式（7-1-2）移项，求解速度，即可得；

反射波地震勘探原理和资料解释

这就是由反射系数序列，反演合成声波测井曲线的递推公式。式中的初始速度要求是已知的。据上述原理很容易写出它的制作处理流程：

反射波地震勘探原理和资料解释

合成声波测井的实现过程同样可示意地表示于图7-1-1。它是由实际地震记录出发，经过子波反褶积等精细处理，形成反射系数序列再经过反演公式的计算把反射系数序列转换成合成声波曲线或合成波阻抗曲线。

合成声波测井处理流程中一个重要的问题是需要加入反映背景频率变化趋势的低频分量。主要是因为地震仪的低频截止作用使实际地震记录中缺少部分低频信息，因此由公式（7-1-5）递推出的合成声波测井曲线也缺少低频成分，故称之为相对声波测井曲线（或相对速度曲线）。一般这部分低频信息是由地震资料的叠加速度求得，或在横向速度变化不大时，通过对实际声波测井曲线进行低通滤波来获得，然后将求得的低频趋势和相对合成声波测井曲线相加就可得到绝对的合成声波测井曲线（或绝对速度曲线）。

（二）合成声波测井曲线的应用

通过制作合成声波测井曲线，结果是每一个共反射点都变成了一口假想的“虚”钻井，多条合成测井曲线可组成横向上的一个“虚”钻井剖面图。

在我们应用合成测井曲线时，一般应从已知的钻井出发，或者说以钻井资料作为控制。它的应用一般包括以下几个方面：

（1）可用来研究岩性、岩相、地层厚度、油气水等在横向上的变化。

（2）是寻找地层圈闭油气藏的新的有力手段。

（3）在砂泥岩地区，天然气的存在使得速度、密度值有明显的下降，波阻抗值变大。故该方法能准确地预测天然气的存在，其预测的成功率有时可优于亮点技术。

（4）可结合地震的构造和圈闭资料，计算储油体积和储量。

在实际工作中，合成地震记录和合成声波测井曲线一般是可以不分割地制作和使用。

Ⅵ 声波检测的方法

(1)工作方式

岩体声波探测的现场工作，应根据测试的目的和要求，合理地布置测网、确定装置距离、选择测试的参数和工作方法。

测网的布置应选择有代表性的地段，力求以最少的工作量解决较多的地质问题。测点一般应布置在岩性均匀、表面光洁、无局部节理、无裂隙的地方，以避免介质不均匀对声波的干扰。装置的距离要根据介质的情况、仪器的性能以及接收的波形特点等条件而定。

(2)测试方法

将各种测试方法归纳总结，由表5.1列出。现有的测试方法分为三大类，即透射法、折射法和反射法。三大类中又各有平面测试及孔中测试。所用振源，根据情况可选用换能器发射、锤击、电火花。

出于纵波较易识读，因此当前主要是利用纵波进行波速的测定。在测试中，最常用的是直达波法(直透法)和单孔初至折射波法(一发二收或二发四收)(图5.32)。反射波法目前仅用于井中的超声电视测井和水上的水声勘探。陆地上的反射波法还处于试验阶段。

表5.1声波检测方法总汇

环境与工程地球物理

图5.32常用的几种现场工作示意图

Ⅶ 地震声波测井（连续速度测井）

地震测井因激发的地震波波长及测点间距较大（几十米），而不能细致地划分岩层、获得详细的层速度信息。为了较详细地划分岩层、获得连续变化的速度剖面，可以采取连续测井方法，亦称作声波速度测井方法。下面说明这一种方法测定层速度和平均速度的原理。

声波测井工作是用一种超声波测井仪来进行的。该仪器主要由超声波发生器O和两个接收器M、N组成，如图3-6-3所示。测井时将仪器由井底连续向上提升，发生器发射的超声波经过泥浆以临界角入射到井壁，并沿井壁地层滑行，再以临界角穿过泥浆传到接收器，波传播到两个接收器的时间如图3-6-3，可知：

反射波地震勘探原理和资料解释

式中v₁、v₂分别为波在泥浆及井壁岩层中传播的速度，波到达两个接收器的时差为

反射波地震勘探原理和资料解释

因为折射波射线相互平行，所以当井下仪器与井壁平行时，有b₂-b₁＝MN。设两个接收器之间的距离为1m时，上式就变为

反射波地震勘探原理和资料解释

上式说明测量的时差的倒数即为层速度。

图3-6-3 声波测井

如果将声波测井时差曲线按每米的微秒时间累计起来，也就是数学上进行积分运算，即可求得深度H上的垂直传播时间：

反射波地震勘探原理和资料解释

进而得到平均速度，即：

反射波地震勘探原理和资料解释

声波测井是连续测量，接收点距又小，所以能细致地划分层速度。它也存在一个问题，因为时间值是累积读取，故存在累积误差，所以该法求取的速度参数精度不如地震测井求出参数精度高，它比地震测井分层细致。

Ⅷ 主要测井方法

近几十年来，人们为了通过测井使裂缝更容易被探测与评价，已做出了很大努力。然而，人们也发现裂缝的定性和定量评价比原来预计的情况复杂得多。各种方法都基于这一事实，即在井眼尺寸不变的均质地层中，裂缝带将在探测的正常响应上产生异常。如果裂缝是张开的，则这种异常相当大；如果是闭合的，这种异常则微不足道。裂缝的分布极为复杂，裂缝性储集层产量变化大而递减快，高产井、低产井、干井交替出现，开发这类储层需付出很高的代价。随着测井技术的进步，对裂缝性储层的描述与开发已形成了一定的技术系列。以声波及放射性为主的裂缝测井系列与地震资料结合，进行横向预测，可以划分裂缝发育带及其分布，对裂缝发育带应用微电极扫描和井下声波电视测井，可以直观地把裂缝形态、宽度、长度、走向，以及它们的含油产状展示在人们面前。虽然有了这些技术上的进步，但由于地震资料受到地质因素的影响，在一个新区判断裂缝发育带仍然有很大的多解性。这些技术只能提高我们的成功率而不能在任何条件下得出单一而又肯定的解释。由于裂缝发育的随机性，以及层理、岩性等因素的影响，导致了测井响应的多解性，在一定程度上影响了用测井资料探测裂缝的成功率。探测裂缝及其分布规律的主要依据是裂缝与基质岩块具有不同的地质、地球物理特征，故在多数测井曲线上都有相应的显示。用测井来探测裂缝只能限于那些张开或部分充填的裂缝，很难把天然裂缝从人工诱导缝中区分开来。

1.电测井方法

①双侧向测井。这种仪器强烈地受到裂缝的影响，因为裂缝网络构成低电阻率通道，这种通道具有分流电流的作用。在与钻井轴成亚平行的裂缝情况中，如果钻井液比存在于裂缝中的导电流体导电性更强，则浅侧向电阻率R_LLS比深侧向电阻率R_LLD低，曲线呈现双轨；而在致密带内，孔隙少，无裂缝，R_LLS与R_LLD读出的电阻率值相近，两条曲线基本重合。②微侧向测井。与双侧向相同，应用电阻率的异常来确定裂缝带，微侧向测井受垂向电阻率变化的影响，由于它们具有极板，因此面向极板的裂缝才能观测到。但是，一般说来，由于钻孔在裂缝附近易破碎，井眼成椭圆形，而极板有沿着长轴定向的趋势。微侧向测井仪器探测的深度很浅，裂缝系统的存在将大大影响这些仪器的响应。③感应测井。在假设裂缝产生电阻率异常的前提下，感应测井可用于确定裂缝的存在，由于其感应电流的分布是呈环状的，所以感应测井受水平电阻率变化的影响，微侧向测井与感应测井之间的振幅差异可用于显示垂直与水平裂缝的存在。④电磁波传播测井。千兆级高频电磁波探测很浅的地层，具特高垂向分辨率，使传播时间和衰减曲线反映很薄的岩性变化。对水平和低角度裂缝有不同的反映特征，水平缝以两条曲线的尖锐高尖出现，泥页岩的衰减更剧烈。如果极板遇上高角度缝，则出现较长井段的相应异常。

2.核测井方法

①补偿密度测井。当井身结构较好时，补偿密度曲线能较好地反映地层岩性和进行裂缝识别。②岩性密度测井。当采用重晶石钻井液钻井时，由于重晶石的光电吸收截面指数Pe值很大，Pe曲线在裂缝段将急剧增高。如果裂缝段井壁上形成重晶石泥饼，则裂缝段不仅有高的Pe值，而且还会有负的补偿密度曲线值。③自然伽马能谱测井。由于裂缝是流体循环的好场所，所以在漫长的地质年代里，如果有铀或其他放射性元素存在，NGS就能探测到裂缝。

3.声波测井方法

①声幅测井。这种方法可能比其他方法更多地用于探测裂缝。据Marris（1964）和其他学者的研究，纵波遇到垂直或高角度裂缝时减弱，而横波遇到水平或低角度裂缝时更敏感。当纵波遇到充满流体的裂缝时，由于接触面上的反射，它的振幅降低。当横波遇到充满流体的裂缝时，它的振幅基本消失（Aquilera&Vanpoollen，1977）。另外，Welex把相长和相消干涉描述为平行井身但并不横切井身的裂缝标志。然而，经验表明，由于岩性变化及仪器居中状况会使幅度产生像裂缝引起那样大的变化。实际上，由于裂缝中固体颗粒的连接会使声特性的不连续消失。因此，很难普遍使用这种方法。②变密度测井。变密度测井记录的是在一个声波传送脉冲后，深度和振幅与时间的变化关系，大部分声波波列被记录下来并以近似地震道的形式显示在测井记录上。测井记录上的阴影变化表明了振幅变化。暗色阴影表明最大的正振幅，淡色阴影表明最大的负振幅。根据Aguilera和Vanpoollen（1977）的工作，这种方法就是通过在测井记录上寻找两个独特平行波组之间的跳跃或杂乱带来表现裂缝。一些学者不是依靠跳跃带而是寻找特殊的W形图案来发现裂缝。然而，无论哪种情况，如果分析者未能很好地了解地层剖面，那么，可能把岩性变化误认为裂缝带。由于岩性与孔隙度的变化在图上可能产生类似于裂缝产生的突变，因此，解释这种测井图必须特别小心。③环形声波测井。记录沿井壁呈水平环形传播的声波，以声波幅度的衰减来探测垂直高角度裂缝。实践表明，这种方法是一种很有潜力的高倾角裂缝探测系统。④阵列声波测井。通过时间窗口控制，可获得纵波、横波、斯通利波的能量曲线。利用斯通利波的衰减来探测裂缝，是一种探测裂缝的新途径。斯通利波是一种频率为2～5Hz的波，它对裂缝有很强的响应。斯通利波在裂缝面产生的机理是由于入射波在裂缝面的压缩作用产生的流体脉冲进入井筒，使井壁产生压缩及膨胀。因为流体由裂缝压入井眼和流体进入裂缝，使转换的斯通利能量消耗，因此能量衰减与裂缝发育有密切的关系。

4.成像测井方法

利用电流束和声波波束对井轴进行扫描，从而得到有关井壁的“图像”的一类测井方法。它是近20年发展起来的，并在继续发展和完善中。通过成像测井可得到有关地层产状、溶孔、溶洞等其他测井方法无法获得的重要信息。这对地层、构造、岩性和裂缝性储层的研究等方面意义都很大。包括：①井下电视。显示井眼表面声波响应的连续图像。这种仪器能给出一张井壁声波影像。它是通过记录一部分声波能量获得的，由声源发出并由井壁折回，反射到本身发射极，因此它起着接收器的作用。当岩石致密而光滑时地层的反射能量更高。如果岩石表面粗糙，有裂缝或者孔洞，那就会存在能量失散，而这些不规则出现在胶片上更阴暗。这种仪器不仅能够探测裂缝而且能够确定裂缝的产状，能很好地显示岩石表面的形状。它只能发现宽的、开启的破裂面。当时间和振幅测井双重显示时，可发现充填物与基质具有声波差异的裂缝。由于这是一种新的定向方法，因而也能确定裂缝的方向（Wily，1980；Aillet，1981）。这种方法在裂缝定量方面具有较好的应用前景。但是为了避免能量失散和有花斑的图像的出现，不仅要求在钻井液中没有呈现悬浮状态的组分，而且没有厚的泥饼，还要求井眼不是椭圆形井眼，钻井液中不含天然气。②微电阻率扫描测井（FMS）。井壁附近的电阻率是重要的岩石物理性质之一，可用来描述地层的细微结构。微电阻率测井沿井壁测量，探测浅而垂向分辨率高，因而对井壁地层的电性不均匀极为敏感。微电阻率测井无法确定裂缝的产状，无法区分裂缝、小溶洞、溶孔，这些问题可以通过微电阻率扫描来解决。当致密层中存在裂缝时，钻开后高电导率的钻井液或滤液就回流或渗入地层中。FMS仪器扫描到此处时，就记录下裂缝的高电导信息。在相应的FMS图像上显示为深灰或黑色，而没有裂缝的地方，岩石为高电阻率，对应的FMS图像上为浅灰或白色。FMS记录的信息的清晰程度取决于以下几个因素：ⓐ裂缝的张开度，如果裂缝的张开度大，钻井液进入得就多而深，裂缝处的FMS图像颜色就深，否则就浅；如果裂缝是闭合的，FMS就扫描不出来。ⓑ钻井液性质，钻井液电导率越大，对应裂缝处的FMS图像就越暗。ⓒ钻井液侵入程度，钻井液取代地层中的烃越多，对应的FMS图像就越暗。利用FMS图像研究裂缝是一种新的测井手段，它能给出其他识别裂缝的测井方法不能给出的裂缝视产状，能把裂缝和溶孔两种不同的储集层区分开，能估计裂缝视宽度而不受其他参数控制。这种方法是测井识别裂缝的补充和发展，它以直观、简单两大特点使解释人员易懂易用。③全井眼地层微扫描测井（FMI）：20世纪80年代中期，斯伦贝谢公司推出了第一支电法成像仪———地层扫描仪。这种仪器与倾角仪相似，但较之倾角仪，它安装了大量的附加电极“电扣”去采样电流，获得的数据经处理后产生一幅对应于井壁的高清晰度图像。1991年推出的FMI具有更大的井眼覆盖率和更高的分辨率。FMI极板安装在8in井眼中应有80%的覆盖率、0.2in的垂向分辨率。FMI极板有192个电扣，能测定92条微电阻率曲线，能对井内每一条微电阻率曲线精确定位。现在已能用诸如FRACVIEW程序来分析井眼图像电导率所反映的裂缝密度、张开度和孔隙度。张开度是根据裂缝加在电图像背景上的电导率计算的；计算裂缝密度时计入井眼偏移并作为“校正密度”供井间对比使用；孔隙度用每一条裂缝的平均开度计算。

5.地层倾角测井方法

①双井径曲线。在很好地掌握了地层剖面后，井径测井是发现井中裂缝带的有效方法。简言之，若井眼钻遇高密度裂缝带，则井径扩大。特别是钻遇高角度裂缝时，往往在与形成区域性裂缝的最小应力方向相平行的方向上产生井眼定向扩径。②电导率异常检测。该方法是排除地层层理引起的电导率异常，突出与裂缝有关的电导率异常。求出各极板与相邻两个极板的电导率读数之间的最小电导率正差异，把这个最小正差异叠加在该极板的方位曲线上，作为识别裂缝的标志。③地层倾角矢量图。在地层倾角测井矢量图中，裂缝或者表现为层段之间无法进行对比，或者表现为倾角看起来很杂乱。也可根据孤立的高倾角显示识别裂缝的存在。

6.其他测井方法

①温度测井。钻井液中的温度梯度受开启裂缝带存在的影响，由于裂缝网隅被钻井液侵入，使地层变冷，从而使温度降低。②磁粉测井。可探测流体能与井眼流体交换的任何裂缝以及它们的方位和范围。③重复式地层测试器（RFT）。系统测取地层压力和钻井液柱压力，能分析压力系统、寻找新裂缝系统。能直观地认识地层渗透性，计算渗透率，评价生产能力。从仪器推靠和封闭成败及预测压力恢复情况，分析地层是干层、较小裂缝或孔隙、纵向连通很好的大裂缝，还是分散孤立的高角度裂缝，这也有助于研究高角度裂缝。

从以上的分析可以看出，在过去40年中，裂缝的探测与分析对电缆服务来说一直是个持续的挑战。井下声波电视测井（Taylor，1983）是一种成功的方法，然而却难以区分开启与闭合裂缝；环形声波测井（Guy，1987）可用于探测垂直的或近于垂直的裂缝。斯通利波的能量衰减能显示开启裂缝的特征（Brie，1988），尤其是用阵列声波仪器规一化的差值能量。然而垂向平均间隔仍很大。除声波方法外，在水基钻井液中应用微电场获得了成功。很久以来在裂缝性储集层中一直使用倾角测井和SHDT（Lehne，1988），但仍然存在井眼粗糙度的影响问题。已经证明地层微扫描仪（Ekstrom等，1986）是富有成效的，但受粗糙度的影响，并且有时开启与闭合裂缝的存在而使问题更加繁琐。因此，对测井来说可靠的裂缝分析方法仍然是一种挑战。

Ⅸ 声波速度测井

声波速度测井简称声速测井，是在井中测量井壁地层声波传播速度的一类测井方法。由于声波速度测井直接记录的是声波时差(即声波速度的倒数)，因此也常被称为声波时差测井。如前所述，声波在岩石中的传播速度与岩石的性质、孔隙度以及孔隙中所填充的流体性质等有关，因此，研究声波在岩石中的传播速度或传播时间，就可以确定岩石的孔隙度，判断岩性和孔隙流体性质。

声波速度测井仪核心部件是声系，由声波发射换能器和接收换能器组成。根据换能器数量差别，可分为单发射双接收、单发射三接收、双发射双接收、双发射四接收等测井仪。其中，单发射双接收和双发射双接收测井仪应用较普遍。

2.2.1单发射双接收声波速度测井原理

2.2.1.1 测井仪器简介

这种下井仪器包括三个部分:声系、电子线路和隔声体，声系由一个发射换能器T和两个接收换能器R₁、R₂组成。如图2.2.1所示。

图2.2.1 声波速度测井仪外貌

电子线路用来提供脉冲电信号，触发发射换能器T发射声波，接收换能器R₁、R₂接收声波信号，并转换成电信号。发射与接收换能器是由具有压电效应物理性质的锆钛酸铅陶瓷晶体制成。在脉冲电信号的作用下以其压电效应的逆效应产生声振动，发射声波;在声波信号的作用下，R以其压电效应的正效应接收声波，形成电信号，待放大后经电缆送至地面仪器记录。

实际测井时，电子线路每隔一定的时间给发射换能器一次强的脉冲电流，使换能器晶体受到激发而产生振动，其振动频率由晶体的体积和形状所决定。目前，声速测井所用的晶体的固有振动频率为20kHz。

在下井仪器的外壳上有很多刻槽，称之为隔声体，用以防止发射换能器发射的声波经仪器外壳传至接收换能器造成对地层测量的干扰。

2.2.1.2 测量原理

井下仪器的发射换能器晶体振动，引起周围介质的质点发生振动，产生向井内泥浆及岩层中传播的声波。由于泥浆的声速v₁与地层的声速v₂不同，v₁<v₂，所以在泥浆和地层的界面(井壁)上将发生声波的反射和透射，由于发射换能器可在较大的角度范围内向外发射声波，因此，必有以临界角i方向入射到界面上的声波，透射产生沿井壁在地层中传播的滑行波。由于泥浆与地层接触良好，滑行波传播使井壁附近地层的质点振动，这必然引起泥浆质点的振动，在泥浆中也引起相应的波，因此在井中就可以用接收换能器R₁、R₂先后接收到滑行波，进而测量地层的声波速度。

此外，还有经过仪器外壳和泥浆传播到接收器的直达波和反射波，只要在仪器外壳上刻槽和适当选择较大的源距(发射器与接收器间的距离)，就可以使滑行波首先到达接收器，声速测井仪就可以只接收并记录与地层性质有关的滑行波。图2.2.2给出的就是上述的井内声波传播的示意图。

发射换能器发射的声波以泥浆的纵波形式传到地层，地层受到应力的作用不仅会产生压缩形变，也会产生切变形变，因此地层中既有滑行纵波产生又有滑行横波产生。不论滑行纵波或滑行横波，在传播时都会引起泥浆质点的振动，以泥浆纵波的形式分别被接收换能器所接收，只不过地层滑行纵波最先到达接收器，较后到达的是地层滑行横波并叠加在滑行纵波的尾部上。图2.2.3给出了接收换能器接收到的波形图。声速测井测量的是滑行波。

图2.2.2 井中声波传播示意图

图2.2.3 到达接收器的波形图

如果发射器在某一时刻t₀发射声波，声波经过泥浆、地层、泥浆传播到接收器，其传播路径如图2.2.4所示，即沿ABCE路径传播到接收换能器R₁，经ABCDF路径传播到接收换能器R₂，到达R₁和R₂的时刻分别为t₁和t₂，那么到达两个接收换能器的时间差ΔT为:

图2.2.4 声速测井原理图

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如果在两个接收换能器之间的距离l(称之为间距)对着的井段井径没有明显变化且仪器居中，则可认为CE=DF，所以ΔT=CD/v₂(=l/v₂)。仪器的间距l是固定的(我国采用的间距等于0.5m)，时间差ΔT的大小只随地层声速变化，所以ΔT的大小反映了地层声速的高低。声速测井实际上测量记录的是时差Δt(声波传播1m用的时间)。测量时由地面仪器通过把时间差ΔT转变成与其成比例的电位差的方式来记录时差Δt。记录点在两个接收换能器的中点，下井仪器在井内自下而上移动测量，便记录出一条随深度变化的声速测井的时差曲线。

2.2.2 影响时差曲线的主要因素

声波时差曲线主要反映地层的岩性、孔隙度和孔隙流体性质，但也受到其他一些因素的影响。

2.2.2.1 井径变化的影响

当井眼扩大时，在井眼扩大井段的上下界面处，时差曲线就会出现假的异常，如图2.2.5所示。这是由于当接收换能器R₁进入井眼扩大部分而接收换能器R₂仍在井眼扩大的下界面之下时，CE>DF，由式(2.2.1)可以知道时间差ΔT减小，所以在井眼扩大井段的下界面处会出现声速测井时差曲线减小的假异常;在R₁、R₂均进入井眼扩大井段时，CE=DF，不会有异常出现，而当R₁、R₂跨井眼扩大的上界面时，CE<DF，由式(2.2.1)可知ΔT增大，所以在井眼扩大的井段的上界面处，将出现声速测井时差曲线增大的假异常。

在一些砂泥岩的分界面处，常常发生井径变化，砂岩一般缩径而泥岩扩径，因此在砂岩层的顶部(相当于井眼扩大井段的下界面)出现时差曲线减小的尖峰，砂岩层的底界面处(相当于井眼扩大井段的上界面)出现时差曲线增大的尖峰。图2.2.6就是砂泥岩剖面井径变化对时差曲线影响的实例。显然，在时差曲线上取值时，要参考井径曲线，避开井径变化引起的时差曲线的假异常，以便正确取值。

图2.2.5 井径变化对声波时差影响示意图

图2.2.6 井径扩大对声波测井曲线影响的实例

2.2.2.2 地层厚度的影响

地层厚度是相对声速测井仪的间距来说的，厚度大于间距的称为厚层，小于间距的称为薄层。它们在声速测井时差曲线上的显示是有差别的。

1)对着厚地层的中部，声波时差不受围岩的影响，时差曲线出现平直段，该段时差值为该厚地层的时差值。当地层岩性不均匀时，曲线有小的变化，则取该厚地层中部时差曲线的平均值作为它的时差值。时差曲线由高向低和由低向高变化的半幅点处正好对应于地层的上、下界面。所以，可以用半幅点划分地层界面。实际测的声波时差曲线往往受井径及岩性变化的影响，因此现场实际工作中，划分地层界面时，常参考微电极和自然电位曲线。

2)薄层的时差曲线受围岩影响较大，半幅点间的距离越大于地层的真厚度。

3)薄互层间距大于互层中的地层厚度时，曲线不能反映地层的真正速度，甚至还可能出现反向。

可见，间距大于地层厚度时，时差曲线分辨地层的能力差，甚至无法分层和正确读取时差值，因此间距尺寸必须小于目的层中最薄地层的厚度，间距越小，分辨地层的能力越强，测量的精度也就越差。所以，应该合理地选择间距。

2.2.2.3 “周波跳跃”现象的影响

在一般情况下，声速测井仪的两个接收换能器是被同一脉冲首波触发的，但是在含气疏松地层情况下，地层大量吸收声波能量，声波发生较大的衰减，这时常常是声波信号只能触发路径较短的第一接收器的线路。当首波到达第二接收器时，由于经过更长的路径的衰减不能使接收器线路触发。第二接收器的线路只能被续至波所触发，因而在声波时差曲线上出现“忽大忽小”的幅度急剧变化的现象，这种现象称为周波跳跃，如图2.2.7所示。

图2.2.7 周波跳跃现象

在泥浆气侵的井段，疏松的含气砂岩压力较大，井壁坍塌以及裂缝发育的地层，由于声波能量的严重衰减，经常出现这种周波跳跃的现象。由于周波跳跃现象的存在，使得无法由时差曲线正确读出地层的时差值。但是，周波跳跃这个特征，却可以作为判断裂缝发育地层和寻找气层的主要依据。

2.2.3 井眼补偿声速测井

如前所述，单发射双接收声速测井受井径变化的影响，声波时差曲线出现假异常。

为了克服这种影响，采用了双发射双接收声速测井仪。图2.2.8是这种仪器对井径变化影响的补偿示意图。R₁、R₂为接收器，T₁为上发射器，T₂为下发射器。测井时，上下发射器交替发射声脉冲，两个接收器接收T₁、T₂交替发射产生的滑行波，得到时差Δt₁和Δt₂，地面仪器的计算电路对Δt₁和Δt₂取平均值，记录仪记录出平均值Δt时差曲线。由图2.2.8可以看出，双发射双接收声速测井仪的T₁发射得到的Δt₁曲线和T₂发射得到的Δt₂曲线。在井径变化处产生的假异常的变化方向相反，所以，取平均值得到的Δt曲线恰好补偿掉了井径变化的影响。双发射双接收声速测井仪测量的Δt时差曲线还可以补偿仪器在井中倾斜时对时差造成的影响。

图2.2.8 井径变化影响的补偿示意图

2.2.4 声波速度测井资料的应用

2.2.4.1 判断气层

由于油、气、水的声速不同，水的声速大于油的声速，而油的声速又大于气的声速，特别是气的声速和油水的声速有很大的差别，因此在高孔隙度和泥浆侵入不深的条件下，测井能够比较好的确定疏松砂岩的气层。

气层在声波时差曲线上显示的特点有:

1)产生周波跳跃。它常见于特别疏松、孔隙度很大的砂岩气层中，因为地层含气对声波能量有很大的衰减作用，造成周波跳跃。对于非常疏松的砂岩气层来说，是因为它们颗粒之间的接触面积很小，声波能量从一个颗粒传到另一颗粒，必须通过孔隙中的气体，由于岩石和气体的声阻抗相差很大，二者之间的声耦合很差，声波能量不易由颗粒向气体传播，会产生大量散射，声波信号受到很大的衰减，因此气层在声波时差曲线上表现为周波跳跃。

2)声波时差增大。气层的声波时差值明显大于油层，比一般砂岩的时差值大30μs/m以上。成岩较好、岩性纯净的砂岩气层都具有这一特点。

另外，在泥浆侵入不深的高孔隙度疏松砂岩地层中，油层的声波时差也相应增大，一般比水层大10%～20%，因此声速测井的这种特点，有利于判断高孔隙性地层所含的流体性质，确定油气和气水的接触面。

2.2.4.2 划分地层

由于不同地层具有不同的声波速度，所以根据声波时差曲线可以划分不同岩性的地层砂泥岩剖面，砂岩的声波速度一般较大(时差较低)。砂岩的胶结物的性质和含量也影响声波时差的大小，通常钙质胶结比泥质胶结的声波时差低，并且随着钙质含量增多声波时差下降;随泥质含量增多，声波时差增高。泥岩的声波速度小(声波时差显示高值)。页岩的声波时差值介于砂岩和泥岩之间。砾岩的声波时差一般都较低，并且越致密声波时差值越低。

碳酸盐岩剖面中，致密石灰岩和白云岩的声波时差值最低，如含有泥质时，声波时差稍有增高;如有孔隙或裂缝时，声波时差有明显增大，甚至还可能出现声波时差曲线的周波跳跃现象。

在膏盐剖面中，无水石膏与岩盐的声波时差有明显的差异。岩盐部分因井径扩大，时差曲线有明显的假异常，所以可以利用声波时差曲线划分膏盐剖面。图2.2.9是用声波时差曲线划分无水石膏和岩盐层的一个例子。

由于声波时差曲线能够较好地反映岩石的致密程度，所以它可以和微电极等测井曲线一起用来判断储集层的储集性质的优劣。

图2.2.9 声波时差曲线划分无水石膏和岩盐层

声波时差曲线可以划分地层，如果地层的孔隙度和岩性在横向上大体是稳定的，那么声波时差曲线也可以被用来进行地层对比。

2.2.4.3 确定岩层孔隙度

由第一节已经知道岩层声速和孔隙度有关，通过理论计算和实验可以确定出声速或时差与孔隙度的关系式，所以由声速测井的时差值可以估算出岩层的孔隙度。声速测井的时差反映的是岩层的总孔隙度。

大量的实践表明，在固结、压实的纯地层中，若有小的均匀分布的粒间孔隙，则孔隙度和声波时差之间存在线性关系，其关系式称为平均时间公式或Wyllie公式，如式(2.2.2):

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或

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式中:Δt为由声波时差曲线读出的地层声波时差，μs/m;Δt_f为孔隙中流体的声波时差，μs/m;Δt_ma为岩石骨架的声波时差，μs/m。

当岩石骨架成分和孔隙中流体性质已知时，Δt_ma和Δt_f是个常数，于是Δt和孔隙度的关系为线性关系，即:

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式中:A=Δt_f－Δt_ma;B=Δt_ma。

由于不同地区，不同地层的A和B可能不同，因此必须按地区，针对某一地层或某一层段，用岩心分析资料和测井资料，建立岩石孔隙度和声波时差的统计关系。图2.2.10为某油田一个层组的声波时差与孔隙度的关系图，其经验公式为:

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在应用平均时间公式时，必须注意公式导出的条件(即使用条件)是孔隙均匀分布、固结且压实的纯地层，因此，由时间平均公式求出的声波孔隙度(φ_s)，对于不同的地层情况要分别处理。

1)对于固结压实的纯地层，分两种情况。

a.粒间孔隙的石灰岩及较致密的砂岩(孔隙度为18%～25%)可直接利用平均时间公式计算孔隙度，不必进行任何校正。因为这类岩石的孔隙度较小，泥浆侵入往往较深，声速测井测的是冲洗带的声波时差，冲洗带孔隙充满泥浆滤液，不必进行流体校正。另外，如果含有泥质，由于岩石致密，泥质也是致密的，其声波时差较低，接近于岩石的时差，可不必进行泥质校正。

图2.2.10 声波时差与孔隙度的关系图

b.孔隙度为25%～35%的固结而压实的砂岩，其声波孔隙度φ_s需要引入流体校正。这类砂岩泥浆侵入往往较浅，冲洗带中不全是泥浆滤液，还含有残余油气，按Wyllie公式计算的孔隙度偏大，必须乘以流体校正系数加以校正。在一般的情况下可用经验数据校正，对于气层，流体校正系数为0.7;对于油层，流体校正系数为0.8～0.9。

2)对于固结而不够压实的砂岩，要引入压实校正。直接应用平均时间公式求得的疏松砂岩的孔隙度偏高，要进行压实程度的校正。这种疏松砂岩在地质年代较新的地层中，埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩的声波时差Δt_sh的大小来辨别，若邻近泥岩的声波时差大于328μs/m，则认为砂岩未压实，且Δt_sh越大，表明压实程度越差。

利用压实校正系数C_p对这类疏松砂岩进行压实程度的校正。如果直接由图版求得的孔隙度为φ_s，经压实程度校正后的孔隙度为φ_sc，则:

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压实校正系数C_p最好由平均时间公式求得的φ_s，与真孔隙度值对比得到，即C_p=φ_s/φ。

φ由岩心实验测定或其他孔隙度测井得到，如电阻率法，密度测井－声波时差测井交会法或中子测井法求得。另外，压实校正系数与地层埋藏深度存在一定关系，可以利用压实校正系数与地层埋藏深度的关系曲线求得。

3)对于含泥质的非纯地层要引入泥质校正。时间平均公式是对纯地层导出的，如果地层中含有泥质，由于泥质的声速一般较低，声波时差较大，所以按公式计算的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。

对于次生孔隙(溶洞和裂缝)比较发育的碳酸盐岩储集层，次生孔隙在岩层中的分布不均匀，并且孔径大。声波在这样的岩层中传播的机理和前述的纯地层是不同的，声波在溶洞附近传播要产生折射和绕射。利用平均时间公式求得的孔隙度偏低，所以对于次生孔隙发育的碳酸盐岩必须建立其物理模型，导出它自己的平均时间公式。

Ⅹ 声波成像测井技术

目前的声波成像测井主要有超声波成像和偶极横波成像两种类型，它们可以在不同程度上揭示潜山基岩的储集空间，所以在复杂储集层段中的应用越来越广。

超声波成像测井采用旋转式超声波换能器对井周进行扫描，并记录反射回的波形信号；将测量得到的反射波振幅和传播时间等信息进行一系列处理，按井周360°方位将处理结果显示，就得到整个井壁高分辨率的超声波成像。

具有代表性的超声波成像测井仪有两种：超声波成像测井仪USI和井眼超声波成像测井仪UBI（均为斯伦贝谢制造），它们具有多种提高信噪比和分辨率的技术。

1.USI测井仪的原理

探头是由不同尺寸的旋转换能器组成的，它可以测量各种尺寸的套管井和裸眼井，其发射的超声波脉冲频率介于195～650kHz之间。换能器也是接收器，它首先探测到的是高振幅的反射首波信号，然后是以指数衰减的信号。USI仪有一个旋转换能器（图4-8），它具有两种操作方式：标准测量（逆时针旋转、换能器面向井壁或套管测量）和流体性质测量（顺时针旋转、换能器面向仪器内的反射板测量）。USI常用于套管井的测量和水泥固井质量的分析。

图4-7 0.2ms横波时窗归一化得到的横波幅度曲线（示裂缝强度）

USI测量到的信息常用称为T³的技术进行处理。处理过程包括3阶段：①测井仪实际处理阶段，通过快速傅里叶变换将收到的信号转换成频率信息；②制作模型阶段，对反射首波选择标准化窗口，使得温度、压力、钻井泥浆等引起的波谱变化降低到最低点，并产生一个脉冲响应谱，以便计算出声阻抗；③刻度阶段，将计算出的参数与测量得到的参数进行对比，如果不匹配，就改变窗长等参数通过模型再做一遍，产生一套新的参数再进行对比，重复这个过程直至完全匹配为止（通常需要重复处理、对比3次）。

图4-8 USI测井仪示意图

2.井眼超声波成像测井仪UBI

上述USI使用的是不聚焦换能器，UBI使用的是高分辨率聚焦裸眼换能器。这种换能器有两种固定发射频率：250kHz和500kHz，高频换能器可以给出较高分辨率的图像，低频换能器在高发散钻井液中可提供更好的测量结果。由于低分辨率换能器可以获得套管壁厚谐振，而高分辨率换能器不能获得套管壁厚谐振，所以高分辨率的UBI井眼超声波成像可以代替FMI地层微电阻率扫描成像，尤其是在油基泥浆条件下FMI不能测量时UBI更能发挥独特的优势。UBI还能提供准确的井眼横截面信息，这样可以得到井眼垮塌或井眼稳定性数据。

UBI换能器的聚焦性能越好，其成像的分辨率越高，其主要技术指标见表4-3。

表4-3 UBI测井仪技术指标