地球物理测井方法与原理,张冲,地球物理与石油资源学院,SCU CS,本科毕业论文答辩,PPT,示范,#,/35,声波速度测井原理,1,、单发单收声系,声波速度测井简称声速测井，测量,地层滑行波的时差,t,（地层纵波速度的倒数，单位是,s/m,或,s/ft,）。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,和一个接收换能器,R,组成，其中，发射器和接收器之间的距离称为,源距,，声波测井声系的最小源距为,1,米。电子线路提供脉冲电信号，触发发射器,T,发射声波，接收器,R,接收声波信号，并转换为电信号。,声波速度测井原理,1,、单发单收声系,测井时井内存在以下几种波,反映地层滑行纵波的泥浆折射波,；,井内泥浆直达波,；,井内一次及多次反射波,。通过合理的仪器设计，在所有地层中，,确保首波就是地层纵波,。使声波接收器记录首波到达时间。根据首波到达时间，确定首波的传播速度。,声波速度测井原理,1,、单发单收声系,A,C,B,由于井径的变化和井剖面岩性的变化，使得,A,、,B,、,C,都不是常量，而是随着井径和岩性的变化而变化，所以单发单收声系没有实用价值。,声波速度测井原理,2,、单发双收声系,TR1,：,TR2,：,R2R1,：,因此当井眼规则时，,t,只与地层速度有关，实现了测量地层速度的目的。,时差单位为,t=1/V,（,m/s,）,=10,6,/V,（,us/m,）,或用单位,us/ft,（,1ft=0.3048m),D,优点,:,1),井眼规则时能直接测量岩层的声波速度或时差,;,在固定,l,间距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。,2),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。,声波速度测井原理,2,、单发双收声系,声波速度测井原理,2,、单发双收声系,单发双收主要缺点：,井眼不规则,时如,井径变化（扩大）界面处，声波时差出现“假异常”，同时也有,深度误差,；记录的时差不仅与地层速度有关，还与泥浆速度、井径大小有关。,此误差无法校正,。为降低井径变化、仪器记录点与实际记录点的深度误差对单发双收声系时差曲线的影响，提出了,井眼补偿声速测井,（双发双收声系）。,井径扩大对时差曲线的影响实例,声波速度测井原理,3,、双发双收声系,T1,T2,R1,R2,A,E,F,F,E,A,B,C,D,D,C,O,O,B,双发双收声系结构示意图,该仪器的井下声系包括两个发射器和两个接收器。它们的排列方式如图所示。其中，两个接收器之间的距离（间距）为,0.5,米，,T1,、,R1,和,R2,、,T2,之间的距离为,1,米。,声波速度测井原理,3,、双发双收声系,T1,T2,R1,R2,A,E,F,F,E,A,B,C,D,D,C,O,O,B,双发双收声系结构示意图,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，得到时间差,T1,、,T2,，地面仪器的计算电路对,T1,、,T2,取平均值，,T=(T1+T2)/2,，记录仪记录出平均值对应的时差曲线,t=T/l,。由图可以看出，,双发双收声速测井仪的,T1,发射得到的,T1,和,T2,发射得到的,T2,曲线，在井径变化处的变化方向相反,，所以，取平均值得到的曲线恰好,补偿掉了井径变化,的影响。还可以,补偿仪器在井中倾斜,时对时差造成的影响。同时,基本消除深度误差,。,（,1,）可消除井径变化对测量结果的影响,F1J1,、,J2,，分别在扩井、未扩井段,F2J2,、,J1,，分别在扩井、未扩井段,在扩井井段,CE=DF,，在未扩段,CE=DF,，则,F1,F2,J1,J2,A,E,F,F,E,A,B,C,D,D,C,O,O,B,3,、双发双收声系,（,2,）可消除深度误差,F1J1,、,J2,，实际深度点,O,h=-a tgc,，实际深度,H-a tgc,F2J2,、,J1,，实际深度点,O,h=a tgc,，实际深度,H+a tgc,实际,OO,的中点就是仪器记录点,O,，两者一致。即时差平均值的中点（岩层,CC,的中点）,（注意：对于薄互层，速度变化大，可能有误差）,3,、双发双收声系,声波速度测井应用,1,声波测井曲线的形状与读值,（,1,）上下围岩岩性相同时，曲线对称于地层中点；,（,2,）岩层界面位于时差曲线半幅点处；,（,3,）当间距小于岩层厚度时，测量时差反映岩层时,差；当间距大于岩层厚度时，测量时差是岩层,和围岩时差的混合值。,泥岩,砂岩,泥岩,t,J1,J2,0.3,米,平坦值,0.3,米,面积平均值,0.3,米,0.3,米,声波速度测井应用,2,判断气层、确定油气和气水界面,据流体密度和声速有：,V,水,V,油,V,气，,在高孔隙和侵入不深的条件下能识别气层,其特征,:,周波跳跃,高声波时差,(,大,30,微秒,/,米以上,),气层,声波速度测井应用,2,判断气层、确定油气和气水界面,(1),周波跳跃产生的原因,由于在滑行首波到达接收探头的路径中遇,到吸收系数很大的介质,首波能触发,R1,但不能触发,R2,R2,被幅度较高的后续波触发,因此,时差增大,.,(2),周波跳跃的特点,时差值大大增加,且呈周期性的跳跃,声波速度测井应用,2,判断气层、确定油气和气水界面,(3),产生周波跳跃的各种情况,含气的疏松砂岩,裂缝性地层或破碎带,泥浆气侵,3,划分地层,(,确定地层的岩性,),由于不同岩性地层具有不同的声波速度，因此可以用时差划分地层。,致密岩石的时差,孔隙性岩石的时差,岩层的孔隙增加声速下降时差增加,砂岩的时差,泥岩的时差,砂岩的理论骨架时差,:t,ma,=182,s/m(,硅质胶结,)55.5,灰 岩,:t,ma,=156,s/m,47.5,白云岩,:t,ma,=143,s/m 43.5,无水硬石膏,:t,ma,=164,s/m 50,岩盐时差,:t,ma,=220,s/m 67,淡水,:t,mf,=620,s/m 189,盐水,:t,mf,=608,s/m 185,对膏岩剖面有很强的分辩力,由于岩盐和无水石膏在时差曲线上区别很大,很容易识别,.,2,划分地层,(,确定地层的岩性,),2,划分地层,(,确定地层的岩性,),煤：,90us/ft,砂岩：,55.5us/ft,灰岩：,47.5us/ft,白云岩：,43.5us/ft,硬石膏：,50us/ft,3,、求取孔隙度,3.1,、,Wyllie,时间平均公式及体积模型,1956,年,Wyllie,在实验基础上，提出时间平均公式，认为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-,）所,经过时间与孔隙部分,所,经过时间的总和。即,Vma,3,、求取孔隙度,3.1,、,Wyllie,时间平均公式及体积模型,Vma,公式适用于：固结压实纯地层,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，不必进行校正。对于不同的地层情况要分别处理。,3,、求取孔隙度,3.1,、,Wyllie,时间平均公式及体积模型,根据测井方法的,探测特性,和岩石的,各种物理性质上的差异,把岩石体积分成,几个部分,然后研究,每一部分,对岩石宏观物理量的贡献,并视宏观物理量为,各部分贡献之和。即：,测井参数,总体积,=,测井参数,相应体积,3,、求取孔隙度,3.2,、,泥质砂岩,由于泥质声波时差较大，按公式计算的泥质砂岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由下式计算地层孔隙度。,3,、求取孔隙度,3.2,、,固结而压实不够的砂岩,对于此类地层，要引入压实校正。地质年代较新的疏松砂岩，其埋藏深度一般较浅，砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩声波时差,t,sh,的大小来辨别，若邻近泥岩的声波时差大于,328s/m,，则认为砂岩未压实，且,t,sh,越大，表明压实程度越差。压实校正的大小用压实校正系数,C,p,表示，,C,p,与地层埋藏深度、年代及地区有关（,1.2,1.4,）。压实校正后的孔隙度为：,4,、,异常地层压力预测,沉积岩层的正常地层流体压力等于其静水压力，并对应一个正常压力梯度。在一些地区遇到了地层压力高于或低于正常压力梯度计算的数值，即地层压力出现异常。我们把,地层压力高于正常值的地层称为异常高压地层,；,地层压力低于正常值的地层称为异常低压地层,。在钻井程序设计中，预先知道地层压力是非常重要的。,某油田的一口淡水泥浆井中，某一固结压实纯砂岩地层的声波时差,t,为,291.5,s/m,，电阻率,Rt,为,68m,，假定,t,ma,=182s/m,，,t,f,=620s/m,，,R,W,=0.08m,。,(1),计算该储集层孔隙度,；,(2),计算该储集层含水饱和度；,(3),确定该储集层流体性质。,作 业,