同理，当T2发射声波脉冲时，记录的时差为：

?t2?t21?t22?B2C2也为R1，R2的间距。

B2C2R1C2?R2B2 （3-13） ?vcv1在实际情况中，可近似认为R1B1?R1C2，R2B2?R2C1。所以取平均时差时：

?t??t1??t22?B1C1?B2C2Ld? （3-14）

2vc2vc这样就补偿掉了井眼不规则的影响。另外，双发双收声系还可克服仪器倾斜的影响。

双发双收声系的缺点是薄层分辨能力差，不如单发双收声系。这是由于滑行纵波必须是入射波在传播过程中以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，而双发双收声系采取上下两端发射，使得两次时差记录的井段不能完全重合。特别是低速地层和大井径的井眼，这一问题更为明显，而且有时会出现“盲区”现象。

主要是滑行波在传播时必须是以一定的倾斜角入射到井壁上时才能产生，特别是低速地层和大井径的井眼，由于临界角大，这些现象更明显。如图3-5，当T1发射声信

号时，R1和R2记录到的时差反映的是A1B1井段上的值；当T2发射时，R1和R2记录到的时差反映的是A2B2井段上的值，因此，双发双收井眼补偿声波测井值并不能反映两个接收探头R1和R2所对应地层的声速时差，也就是说，整个接收探头所对应的地层好像探测不到一样。把这种由于双发双收声系测量引起的探测不到的地层层段称为盲区。

三、影响声速测井因素

1、井径的影响。扩径段声波时差发生变化，使时差曲线出现假异常。

2、层厚的影响。声速测井仪对小于间距的薄地层分辨能力较差。减小间距可以提高对于薄层的分辨能力，但是记录精度就受影响了，特别是探测深度也随之变浅。

3、周波跳跃的影响

含气的疏松砂岩、裂缝发育的地层以及泥浆气侵的井段，由于声能量的严重衰减，经常出现周波跳跃现象。声波在具有裂缝和溶洞的地层中传播时，会因产生多次反射而使能量明显衰减，特别是裂缝发育层段，滑行纵波的幅度急剧衰减，以致第二道接收波列的首波不能触发记录，而往往是后续波以后的第二、第三或者第四各续至波触发记录。这在声速时差曲线上表现为时差急剧增大，增大的数值有一定的规律，那就是以声波中心频率周期的倍数增大，这种现象称为“周波跳跃”。所以周波跳跃是疏松砂岩气层和裂缝发育地层的一个特征，可被利用来寻找气层或裂缝带。

四、声波时差测井资料的应用 1.声波测井曲线

声波测井曲线是声速测井仪测量到的声波时差随深度变化的关系曲线，对于比较理想的地层，如厚的泥岩夹有砂岩薄层的情况，曲线如图3-6。 声波曲线的特点：

①当目的层上下围岩声波时差一致时，曲线对称于地层中点。 ②岩层界面位于时差曲线半幅点

③在界面上下一段距离上，测量时差是围岩和目的层时差的加权平均效应，既不能反映目的层时差，也不能反映围岩时差。 ④当目的层足够厚且大于间距时，测量时差的曲线对应地层中心处一小段的平均读值是目的层时差。

2.声波时差测井资料的应用 ①划分地层。

不同岩性的地层时差值不一样，据此可划分地层。

在砂泥岩剖面，砂岩显示出较低的时差，而泥岩显示出较高的时差，砂岩中胶结物的性质对声波时差有较大的影响，一般钙质胶结比泥质胶结的时差要低。在砂岩中，随着泥质含量的增加，声波时差增大。页岩的时差介于泥岩时差和砂岩时差之间，砾岩时差一般较低，且越致密时差越低。 在碳酸盐岩剖面，致密石灰岩和白云岩时差最低，如果含泥质，声波的时差稍微有增高；如果是孔隙性和裂缝性石灰岩和白云岩，则声波时差明显增大，裂缝发育会出现周波跳跃现象。在膏盐剖面，渗透性砂岩时差最高，泥岩由于普遍含钙、含膏，时差与致密砂岩相近。如含有泥质，时差稍微增大。水石膏的时差很低，盐岩由于扩径严重，声波时差曲线显示周波跳跃现象。

总之，声波时差的高低在一定程度上反映岩石的致密程度，特别是它常用来区分渗透性砂岩和致密砂岩。

②判断气层。气层的时差值比含油含水层的要高得多，另外，在含气层段，声波时差往往会产生周波跳跃，在岩性一定的情况下，可用这一现象来指示气层。 ③估算地层的孔隙度

在均匀各向同性和完全弹性的介质中，声波的传播速度与介质的弹性和密度等有关。而自然成层形成的岩石，其声速除与造岩矿物的成分、弹性、密度有关外，还与岩石的孔隙度、孔隙流体和相态等有关。

通常，储集层中除了固相部分（骨架、胶结物和填充物），还包含孔隙中的油气水液相部分。显然，岩石的孔隙体积（其大小用孔隙度来表示）对岩石的声速有很大影响，因为液体或者流体的声速一般要比岩石固相部分的声速低。

在孔隙性地层中，50年代中期怀利在总结实验测量的基础上，提出了时间平均方程，它认为，声波在单位体积岩石中传播时间可分为两部分：一是岩石骨架部分，其体积为（1??）；另一部分为岩石孔隙流体部分，其体积为?，则

?t?(1??)?tma???tf （3-15）

上式即为怀利时间平均公式，它从射线声学的角度，提出了声速与孔隙度为线性关系的计算模型。其物理意义是：声波在单位厚度岩层中传播所用的时间，等于其在孔隙中以流体声速传播经过等效的孔隙厚度所用的时间，以及在孔隙外岩石骨架部分以岩石骨架声速传播经过等效骨架厚度所用的时间之和。当岩石骨架时差?tma和孔隙流体时差?tf已知时，利用时差曲线的读数?t可求出地层孔隙度?。

在压实的地层中且孔隙度较小时，求得的孔隙度是比较可靠的，但是如果在疏松的地层和未压实的地层段上，利用它求得的孔隙度比实际值偏大。为此，有人提出应对所求得的孔隙度进行压实校正，即将所求得的孔隙度乘以一个所谓的校正系数，使得校正后的孔隙度值更可靠。

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?t?(1??)?tma???tf?

1 （3-16） Cp第三节 长源距声波全波列测井

通常的声波测井，如声速测井和声幅测井，只记录纵波首波的传播时间和第一个波的波幅，而且只是利用井孔中非常少的波列。实际上。发射探头在井孔中激发出的波列携带了很多地层的信息，如果把声波全波列都记录下来，并且利用全波列信息来研究地层的特性，有利于扩大声波测井在石油勘探中的应用。

一、裸眼井中声波全波列成分

在裸眼井中，由对称轴上的点声源激发的全波列是由多种波列成分组成的，在接收换能器中可以接收到滑行纵波、滑行横波、伪瑞利波和斯通利波等。如图3-7 滑行纵波具有传播速度快，幅度小的特点，是波列中的首波。滑行横波是紧接在纵波后面，幅度大于滑行纵波，但传播速度小于滑行纵波；伪瑞利波是以大于第一临界角入射到井壁上，并在井壁界面上多次散射所形成的高频散射的表面波。它具有截止频率，其截止频率的相速度接近地层的横波速度，所以其紧跟滑行横波之后到达且与滑行横波续至部分重叠，其幅度大于滑行纵波和横波；最后到达是斯通利波，它是发射与接收换能器间经井内钻井液直接传播而又受到井壁地层传播的滑行横波制导的一种管波，它的速度低于井内钻井液介质的纵波速度，其幅度最大。

二、声波全波列测井的记录方式和记录的信息 1.记录方式

为了探测原状地层的声学特性，能记录速度较慢的波，声波全波列测井采用探测深度大的长源距声系。采用长源距还可以从时间上把速度不同的波列成分分开。为了补偿井眼变化的影响，声系采用双发双收声系。斯伦贝谢公司目前使用的长源距全波列测井仪的声系由两个发射探头T1、T2和两个接收探头R1、R2组成，如图3-8。该声系与前面所讲的声系不同。该声系的发射探头在声系的一端、两个探头间的距离为2ft。T1,R2只见的距离（近源距）为8ft，两个接收探头之间的距离为2ft，与发射探头相同。所以T2，R1只见的距离为12ft。

该声系可采用四种记录方式，T1R1、T1R2、T2R1和T2R2，

也就是说该声系可组合成源距不同的四种单发单收声系，记录四条相应的时差曲线。 ２、补偿原理

在实际测井中，为了消除井眼扩大或缩小的影响，长源距声波测井也是采用双发双收补偿速度测井方法，因而记录的时差基本上能够消除井径变化的影响。 如图3-9所示，当测量某一井段时接收器R1和R2正对测量地层F时，讨论发射探头T1工作时的情况。这时R1和R2接受的信号是由T1发射产生的。设它们分别记录到的纵波波至或横波波至为T11和T12，则记录到的相应的波的时间差为Td?T12?T11，Td相当于由T1发射与R1 图3-9 长源距声系井眼补偿原理图 和R2组成的单发双收声系测量到的波的时间差。经过一段时间，由于声系提升，使T1和T2正对着原测量地层F时，此时R2先后接收到T1和T2发生的声波，如果记这两列波列的纵波或横波的波至分别为T21和T22，而且记它们的时间差为Tu?T22?T21，这相当于发射探头为R2、接收探头为T1和T2组成的下发上收单发双收声系纪录的纵波或横波的时间差，因此被测量的地层纵波或横波的时间差的补偿时差为?T?(Td?Tu)/2，这一结果显然相当于双发双收声系利用补偿声速测量原理纪录的声波时差。如图3-9，当考虑发射T2、R1和R2接收及T1和T2发射、R1接收时，也有类似的情况，这是记录到的时差是源距为10ft和间距为2ft时的双发双收补偿声速测量结果。一般认为，人们采用长源距的优点在于利用纵波、横波等各个波群传播速度不同的特点，使得各种波在时域内能够比较容易分开，这样有利于分析每种波群的传播速度。

三、声波全波列测井资料的应用

１.估算储集层的孔隙度

可利用Raymer平均时间修正公式：

?ts(1??)m?DIR???ts[?] （3-17）

?tp?tma?tf其中DIR最好利用地区岩性的统计资料。 ２.判断岩性

横波时差与纵波时差比值与岩性密切相关，因此可以作?tp与?ts的交会图，不同岩性分布范围不同，由此可以确定岩性。 3.划分含气层

储集层含气时，时差值增大，有时还出现周波跳跃现象，另外也可用?tp与?ts的交会图判断含气层，如果与中子、密度测井综合应用，能更为准确地划分含气层。

4.判断裂缝带

对于裂缝带，纵、横波幅度下降。通常认为：垂直裂缝带纵波衰减明显低于横波衰减，中到高角度裂缝带纵波衰减明显大于横波衰减，但对低角度裂缝带纵波衰减又明显低于横波衰减。如果能与其它判断裂缝的测井方法综合利用，会得出更为准确的结果。

5.估算岩石力学的某些参数.

第四节 声波幅度测井

声波在介质中传播，其幅度会逐渐衰减，声波幅度的衰减在声波频率一定的情况下，是和介质的密度、弹性等因素有关的。测量井下声波信号的幅度的声幅测井，目前主要用于检查固井后水泥和套管的胶结情况。它是通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层特点以及水泥胶结情况的一种测井方法。

一、 岩石的声波幅度测井

声阻抗是介质密度和传播速度的乘积Z???v，声耦合率是两种介质的声阻抗比Z1/Z2。两种介质的声阻抗相差越大，则声耦合率越差，声波能量就不容易透过界面，传到第二介质的能量就少。阻抗相接近时，能量就容易透过界面在第二种介质中传播。声波在地层中传播，能量和幅度有两种衰减形式，一是因为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反射，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跟就具体情况分析。如在裂缝发育及疏松岩石井段，声波的衰减主要是由于地层的吸收能量所致；在下套管井中，各种波的幅度变化主要和套管、水泥环、地层之间界面所引起的声波能量分布有关。因此在裸眼井测量声波幅度可以划分裂缝带和疏松岩石地层，在套管井中测量声波幅度变化，可以检查固井质量。

二、水泥胶结测井(CBL)

在下套管的井中注水泥后，套管与井壁之间的环形空间内应充满注入的水泥。如果固井质量不好，套管与井壁之间的环形空间会残留泥浆。为了检查水泥与套管是否胶结良好，因此提出了水泥胶结测井。

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1.水泥胶结测井基本原理

CBL下井仪器如图3-10所示，采用单发单收声系，源距为3ft(0.91m)。可以近似认为，发射换能器发出声波，其中以临界角入射的声波，在泥浆与套管的界面上折射，产生沿这个界面在套管中传播的滑行波（即套管波），套管波又以临界角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峰的幅度值（以mV为单位），即水泥胶结测井曲线。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，测量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，水泥胶结测井值很大，从而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

（1）测井时间的影响。灌注的水泥存在凝固过程，这是水泥强度不断增大的过程，套管波的衰减与水泥强度有关，强度小衰减少，在为凝固、封固好的井段测井会出现高幅度值，因此要待凝固后测井。测井过晚，会因为钻井液沉淀固结，井壁坍塌造成无水泥井段声幅低值的假象，一般在固井后24~48h之间测量最好。

（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，曲线幅度值越高，因此，应用声波幅度测 图3-11 水泥胶结测井曲线实例 井检查固井质量时，应参考井径曲线进行。

（3）井筒内钻井液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幅度降低的现象，在这种情况下，容易把没胶结好的井段误认为胶结良好。 3.CBL测井曲线应用

图3-11给出了水泥胶结测井曲线，从图中可以见到：

（1）在水泥面返离位置以上曲线幅度最大，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）深度由浅变深、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，如根据模拟井实验表明，可用声波相对幅度的大小来判断固井质量：

声波相对幅度＝

A目的?100% （3-18） A泥浆A目的：目的层井段的声波幅度。

A泥浆：套管外全是泥浆的井段的声波幅度。

通常，相对幅度越小，固井质量越好；反之相对幅度越大，固井质量越差。根据实验结果和实际经验，可将固井质量划分为三个等级： ①胶结质量良好，相对幅度<20%

②胶结质量中等，相对幅度介于20%～40% ③胶结质量不好，相对幅度>40%

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，但不能机械地生搬硬套，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。

CBL测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小主要取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面）的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间是否胶结良好，即第二界面的问题是无法解决的。但由于水泥胶结测井方法简单，易于解释，仍然是判断固井质量的常用方法。

三、变密度测井(VDL) 为了更好地检查下套管井第一界面、第二界面的胶结程度，提出了变密度测井。变密度测井采用单发单收声系，源距为5ft(1.52m)，实际上为声波波列测井，可以接收到套管波、水泥环波、地层波以及泥浆直达波。 １.变密度测井测量原理

VDL利用单发单收声系进行全波列测量，在1ms的时间间隔内，能够测量套管波、水泥环波，地层波等。在测量时把信号幅度的正半周保留，将负半周去掉，正半周的信号输入到调辉管，将声波幅度的大小转变为光辉度的强弱，信号为零幅度时用灰色表示，正幅度用黑色表示，黑色的深浅表示信号幅度的大小；负半周用白色表示，在照相记录仪上就显示出随深度变化的黑、白相间的条纹，即显示为声波信号的强度—时间记录。见图3-12。 ２.曲线分析

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3-13，当套管外无水泥，只有泥浆时，此时第一界面声耦合不好，致使大部分声能量沿套管传播，极小部分传到地层，甚至传不到地层，这是套管波的幅度很大，而地层波的幅度很小，甚至看不到地层波（图a）。

当水泥环与套管及地层胶结良好时，声耦合好，声波能量基本上传到地层，此时套管波幅度小，而地层波的幅度较大（图b）。当第一界面胶结良好，而水泥环与地层胶结不好时，声波大部分能量传到水泥环中，由于水泥环吸收强，致使声波幅度明显衰减，此时所有波的幅度都很低（图c）。当套管偏斜时，一侧与水泥胶结良好，而另一部分与没有水泥，地层称为窜槽，声波能量一部分沿套管传播，另一部分传入地层，此时既有地层波的显示，也有套管波的显示。另外，在VDL测井图（辉度图）中，套管接箍也有显示，显示出“人字形”的条纹线。 四、分区水泥胶结测井(SBT)

CBL或VDL是反映套管周围水泥胶结的平均状况，不能反映套管周围不同方位的水泥胶结状况，近年来又发明了研究套管周围360方位的水泥胶结情况的测井方法，称为分区水泥胶结测井（SBT，阿特拉斯）。该仪器有6个推靠滑板，每个滑板上装有一个发射器和一个接收器，相邻两滑板之间的夹角为60。测井时推靠器使滑板贴在套管壁上，每个接收器接收相邻滑板上发射器发射的声波，这样就可以测出6条声幅曲线，每条曲线显示60张开角内水泥的胶结状况，这样就可以显示套管周围 图3-13 不同固井情况下的套管波及地层波

不同方位处水泥的胶结情况，进一步提高检查固井质量的精度。该仪器已投入工业性的应用，取得了较好的使用效果。利用分区水泥胶结测井可以确定套管与水泥、地层与水泥两个界面的水泥胶结状况；提供整个套管周围全方位的水泥胶结状况，克服了常规水泥胶结测井的多解性；判断窜槽的位置，确定水泥返高和混浆带井段；能有效地评价大直径套管井(直径406毫米)的水泥胶结状况。

五、 超声波电视测井（BHTV）

测井时，发射换能器垂直向井壁发射超声波，发射后它又作为接收探测器测量反射回来的波，根据反射波的幅度强弱，变为电讯号送入阴极射线示波管，把电信号转变成荧光屏的亮点，其辉度大小与电信号的强弱成正比。换能器以均匀速度旋转和上升，荧光屏上就扫描出一条扫描线。用余辉比较大的物质制作荧光屏，

0

0

0

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就可以用照相的方法把荧光屏上的图像记录下来，就形成了超声波电视测井

六、噪声测井

在油井内通过测量噪声信号的幅度来检测管外窜槽位置和流量等油井的生产问题。当井下液流或气流通过阻流位置时，也就是流体进入狭窄的孔道时，会产生湍流噪声。测定噪声的频率和幅度，可以确定管外流体的流动为止，流量及其流型等。

噪声测井仪由井下仪器和地面仪器组成，下井仪器接收并放大噪声，噪声信号由电缆传输到地面仪器经频率分析网络分四道用截止频率分别为200Hz，600Hz，1000Hz,2000Hz的高通滤波器进行频谱分析，分别记录四道的噪声电压峰值。测井时防止仪器运动噪声，采用点测，利用噪声测井信号可以辨别裸眼井中的出液位置，在注水井中测量注水量，在套管井中确定套管破裂和出水位置。

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