声波测井原理课件

第二章第二章 声波测井声波测井Chapter 2 Acoustic（Sonic） logging第二章第二章 声波测井声波测井声波测井的主要内容声波测井的主要内容l声波的基本知识声波的基本知识l岩石的弹性特征和岩石力学参数岩石的弹性特征和岩石力学参数l岩石的声波特性岩石的声波特性l孔隙介质的孔隙介质的Biot理论理论l井眼声学井眼声学第二章第二章 声波测井声波测井测量井眼声速评价岩性和孔隙度测量井眼声速评价岩性和孔隙度lAcoustic log （AC-DT）lFull-wave train log（LSS）lDigital array acoustic log（DAC）lDipole 、quadruploe & multipole acoustic log to detect velocity of P and/or S wave声波测井的主要内容声波测井的主要内容第二章第二章 声波测井声波测井固井质量评价测井固井质量评价测井井壁地层及套管技术状况评价测井井壁地层及套管技术状况评价测井lCement Bond Logging（CBL）lVariable Density Logging（VDL）lCement Evaluation Tool（CET）lSegmented Bond TooL（SBT）lBoreHole TeleViewer（BHTV）lUltra Sonic Imager（USI）lCirumferential BoreHole Imager Logging（CBIL）第二章第二章 声波测井声波测井最先进的声波测井方法最先进的声波测井方法lLWDcompressional and shear wave log logging while drilling has been developed since 70s-80s last century, AC log is the most difficult method of these advanced logging. However theoretical analysis and research has been done for along time ago, the economic tools are available in the last 10-15y. Now, LWD-AC can acquired compressional, shear wave and full-wave data, which can be used to understand the properties of bolehole, pipe and formation第二章第二章 声波测井声波测井参考资料参考资料l唐晓明唐晓明 定量测井声学定量测井声学 石油工业出版社石油工业出版社 2004l第二章第二章 声波测井声波测井参考资料参考资料l唐晓明唐晓明 定量测井声学定量测井声学 石油工业出版社石油工业出版社 2004l第二章第二章 声波测井声波测井需要掌握的内需要掌握的内容容l岩石的力学参数岩石的力学参数l声速或声幅在岩石中的变化规律声速或声幅在岩石中的变化规律l井眼中声波的发射与接收原理井眼中声波的发射与接收原理l各种声波测井方法的原理、仪器结构各种声波测井方法的原理、仪器结构、测量过程、曲线和应用、测量过程、曲线和应用第二章第二章 声波测井声波测井学学-教方法教方法l1. 通读全书（学生）通读全书（学生）l2. 提出问题提出问题 （学生）（学生）l3. 提问问题（教师）提问问题（教师）l4. 演讲问题（学生演讲问题（学生-老师）老师）l5. 解答解答-解释问题（老师解释问题（老师-学生）学生）l6.需要进一步研究的课题（老师需要进一步研究的课题（老师-学生）学生）l7.作业和论文（学生）作业和论文（学生） inter-action第二章第二章 声波测井声波测井教材内容教材内容-Input-Input掌握内容掌握内容-Output-Output学教方法学教方法-Process-Process IPO IPO思维方法思维方法（如何学（如何学-激励激励-兴趣）兴趣）第二章第二章 声波测井声波测井测井研究的几个方向：测井研究的几个方向： 理论研究：电磁场理论，弹性波动力学，理论研究：电磁场理论，弹性波动力学，核物理学，岩石力学等，数学物理方程的核物理学，岩石力学等，数学物理方程的数值解法；数值解法； 计算机方法：编程开发大型商业化软件，计算机方法：编程开发大型商业化软件，数值模拟；数值模拟； 仪器的研发；仪器的研发； 数据处理解释技术，学习各种软件。数据处理解释技术，学习各种软件。第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波声或声波是什么呢？同学们了解多少？声或声波是什么呢？同学们了解多少？ 在物理上如何描述一个声波呢？在物理上如何描述一个声波呢？有关声波的一些知识有关声波的一些知识第二章第二章 声波测井声波测井)sin(00tAA第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波声波的分类声波的分类 一般按照频率来分，声波可以分为：一般按照频率来分，声波可以分为： 超声波（超声波（ultra-sonic wave）20KHz 声波声波 (sonic wave) 2020KHz 次声波（次声波（infrasonic wave) 20Hz第二章第二章 声波测井声波测井Ultra-sonic waveUltra-sonic wavea）方向性好，几乎沿直线传播；）方向性好，几乎沿直线传播；b）穿透能力强，能穿透许多电磁波不能穿透的物质；）穿透能力强，能穿透许多电磁波不能穿透的物质；易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应。（治疗）质产生效应。（治疗）c）在媒质中传播时能产生巨大的作用力，可以用来）在媒质中传播时能产生巨大的作用力，可以用来为硬质材料做切割、凿孔等，也可以用来清洗和消毒为硬质材料做切割、凿孔等，也可以用来清洗和消毒等。等。 我们比较熟悉的就是医院中常用的我们比较熟悉的就是医院中常用的B超，它是超，它是把超声波射入人体，根据人体组织对超声波的传导和把超声波射入人体，根据人体组织对超声波的传导和反射能力的变化来判断有无异常，如对人体脏器做病反射能力的变化来判断有无异常，如对人体脏器做病变检查、结石检查等，它具有对人体无损伤、简便迅变检查、结石检查等，它具有对人体无损伤、简便迅速的优点速的优点第二章第二章 声波测井声波测井超声波超声波 超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能超声治疗学是超声医学的重要组成部分。超声治疗时将超声波能量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的量作用于人体病变部位，以达到治疗疾患和促进机体康复的目的 在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等在全球，超声波广泛运用于诊断学、治疗学、工程学、生物学等领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。领域。赛福瑞家用超声治疗机属于超声波治疗学的运用范畴。 （一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等（一）工程学方面的应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等 （二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等（二）生物学方面的应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等 （三）诊断学方面的应用：（三）诊断学方面的应用：A型、型、B型、型、M型、型、D型、双功及彩超型、双功及彩超等等 （四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科（四）治疗学方面的应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等等 第二章第二章 声波测井声波测井又称亚声，是频率在又称亚声，是频率在20Hz20Hz以下的低频率波次声波的特点以下的低频率波次声波的特点是：是：来源广、传播远、穿透力强科学家们利用它来预测台风、来源广、传播远、穿透力强科学家们利用它来预测台风、研究大气结构等在军事上可以利用次声来侦察大气中研究大气结构等在军事上可以利用次声来侦察大气中的核爆炸、跟踪导弹等等的核爆炸、跟踪导弹等等许多自然灾害如许多自然灾害如地震、火山爆发、龙卷风等在发生前都地震、火山爆发、龙卷风等在发生前都会发出次声波会发出次声波次声波对人体能够造成危害，引起头痛、次声波对人体能够造成危害，引起头痛、呕吐、呼吸困难等症状呕吐、呼吸困难等症状Inferior sonic wave第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次声波：频率低于次声波：频率低于1赫的次声波，可以传到几千赫的次声波，可以传到几千以至上万公里以外的地方以至上万公里以外的地方1960年，南美的智利发生大地震，地震时产生的年，南美的智利发生大地震，地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落！次声波传遍了全世界的每一个角落！1961年，苏联在北极圈内进行了一次核爆炸，产年，苏联在北极圈内进行了一次核爆炸，产生的次声波竟绕地球转了生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！圈之后才消失！ 第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤织的重大损伤次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡 第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波 次声武器次声武器次声炸弹的研制尽管尚处于研制阶段，但次声炸弹的研制尽管尚处于研制阶段，但科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免能幸免 次声武器能够穿透次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板人即使厘米的混凝土和坦克钢板人即使躲到防空洞或钻进坦克的躲到防空洞或钻进坦克的“肚子肚子”里，也还是一样地难里，也还是一样地难逃残废的厄运逃残废的厄运 次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多物但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多第二章第二章 声波测井声波测井声声 波波人们感觉到最恐怖的声音之一就人们感觉到最恐怖的声音之一就是婴儿的哭啼声。五角大楼正在研制是婴儿的哭啼声。五角大楼正在研制的这种武器就是利用了人的这一弱点。的这种武器就是利用了人的这一弱点。该武器将采用特超声声学系统模拟出该武器将采用特超声声学系统模拟出婴儿的哭啼声，并使用该系统所发出婴儿的哭啼声，并使用该系统所发出的超声信号来击溃敌军。的超声信号来击溃敌军。 据从事此武器研究的五角大楼专家据从事此武器研究的五角大楼专家们表示，武器研制成功后其操作使用们表示，武器研制成功后其操作使用者并不受任何伤害。这种新型武器所者并不受任何伤害。这种新型武器所产生的声音可达产生的声音可达140分贝，其声音响分贝，其声音响度相当于一架喷气式客机在人头顶上度相当于一架喷气式客机在人头顶上飞过时所产生的声音效果。飞过时所产生的声音效果。第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波次声波亡人的事件：次声波亡人的事件：1980年，一艘名叫年，一艘名叫“马尔波罗马尔波罗”的的帆船在由新西兰驶往英国的途中突然神秘地失踪；帆船在由新西兰驶往英国的途中突然神秘地失踪；20年年后，却在火地岛附近被人发现。船上的一切都原封不动、后，却在火地岛附近被人发现。船上的一切都原封不动、完好如初。就连已死多年的船员也都各就各位，保持着完好如初。就连已死多年的船员也都各就各位，保持着工作状态。科学家对他们的神秘死亡引起了极大的关注，工作状态。科学家对他们的神秘死亡引起了极大的关注，经过长期研究，终于发现，原来他们正是死于海上风暴经过长期研究，终于发现，原来他们正是死于海上风暴产生的次声产生的次声第二章第二章 声波测井声波测井 声声 波波1992年年11月月24日，桂林上空发生了一起空难，日，桂林上空发生了一起空难，141人死亡，成为中国民航史上最惨烈的飞机失人死亡，成为中国民航史上最惨烈的飞机失事事件。当事件的原因经多方解释而未肯定之时，事事件。当事件的原因经多方解释而未肯定之时，中国声学研究所的专家，提出了存在着因中国声学研究所的专家，提出了存在着因“次声次声波波”的作用而致使飞机坠毁的可能性。的作用而致使飞机坠毁的可能性。 第二章第二章 声波测井声波测井 地震学专家和动物学专家认为，一些动物的视觉、听地震学专家和动物学专家认为，一些动物的视觉、听觉、触觉、振动觉、平衡觉器官功能比人类强大。伴随地觉、触觉、振动觉、平衡觉器官功能比人类强大。伴随地震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺激而发生异常反应。激而发生异常反应。 地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在态，而断层面之间又具有强大的磨擦力，于是有人认为在磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于磨擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒人的听觉所能感觉到的低频声波。人要在每秒20次以上的次以上的声波才能感觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动声波才能感觉到，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇物，在感触到这种声波时，便会惊恐万状，以致出现冬蛇出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。出洞，鱼跃水面，猪牛跳圈，狗哭狼吼等异常现象。 5.12 汶川大地震汶川大地震第二章第二章 声波测井声波测井声波测井声波测井 声波测井是测量和记录井剖面上岩层的声波测井是测量和记录井剖面上岩层的声学性质（岩石的声速、声幅）的一种测井声学性质（岩石的声速、声幅）的一种测井方法。方法。 第二章第二章 声波测井声波测井1 1 声波速度测井声波速度测井声波速度测井，又叫声波时差测井，它是测量井声波速度测井，又叫声波时差测井，它是测量井剖面声波纵波速度剖面声波纵波速度C Cp p的倒数，即声波纵波在的倒数，即声波纵波在1 1米地米地层中传播所需的时间，在测井中叫做时差，记作层中传播所需的时间，在测井中叫做时差，记作 t t， t t1/C1/Cp p，单位：微秒，单位：微秒/ /米或微秒米或微秒/ /英尺。英尺。声波速度测井是声波测井中应用最广泛的声波测声波速度测井是声波测井中应用最广泛的声波测井方法，主要利用声波速度测井资料来研究井剖井方法，主要利用声波速度测井资料来研究井剖面的岩性，估算储集层孔隙度等。面的岩性，估算储集层孔隙度等。第二章第二章 声波测井声波测井2 2 声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井声波幅度测井( (声幅测井声幅测井) )主要用于检查固井质量。主要用于检查固井质量。水泥胶结良好时，声波幅度较小；水泥胶结不好水泥胶结良好时，声波幅度较小；水泥胶结不好时，声波幅度较大。时，声波幅度较大。第二章第二章 声波测井声波测井3 3 噪声测井噪声测井噪声测井记录井下自然声场噪声测井记录井下自然声场( (噪声噪声) )分布情况，得分布情况，得到由于岩层应力变化而引起声场分布的变化情况，到由于岩层应力变化而引起声场分布的变化情况，为地震预报和震情监测提供资料；判断井下出水为地震预报和震情监测提供资料；判断井下出水或出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情或出气的层位以及检查水或气在套管外的串漏情况。况。第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -主要弹性参数主要弹性参数杨氏模量杨氏模量剪切模量剪切模量泊松比泊松比体积模量体积模量密度密度第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -声场参数声场参数纵波速度纵波速度横波速度横波速度声波频率和周期声波频率和周期声波波长声波波长声强声强第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -声波传播规律声波传播规律反射与折射反射与折射Snell law第一临界角第一临界角第二临界角第二临界角第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲- -岩石声速影响岩石声速影响主要矿物的声速主要矿物的声速岩石对声速的影响规律（注意纵横波的区别）岩石对声速的影响规律（注意纵横波的区别）M. R. Wyllie time average equationPOR 随声速、深度的变化规律随声速、深度的变化规律纵横波速度比的变化规律纵横波速度比的变化规律Static & dynamic mechanical parametersVelocity attenuation law第二章第二章 声波测井声波测井主要内容提纲主要内容提纲-Biot theory-Biot theory基本假设基本假设基本结论基本结论常见矿物和岩石的力学、声学参数常见矿物和岩石的力学、声学参数第二章第二章 声波测井声波测井第二节第二节 声波测井的几何声学问题声波测井的几何声学问题Slider waveFermat minimum time principleSelection of sound resourceSound system and record of sonic waveDT calculation formula第二章第二章 声波测井声波测井第三节第三节 井眼声场数学物理方法井眼声场数学物理方法Petrophysical model and wave equationP-wave 物理意义物理意义S-wave 物理意义物理意义Rayleigh wave 物理意义物理意义Stonely wave物理意义物理意义第二章第二章 声波测井声波测井第三节第三节 井眼声场数学物理方法井眼声场数学物理方法Phase velocity and group velocityFrequency dispersion properties for each wave 第二章第二章 声波测井声波测井第四节第四节 LSS & DACLSS & DACLSS principle 、records（curve）and applicationDAC principle、recordsDAC information analysis method（1，2，3，4，5，6）第二章第二章 声波测井声波测井第五节第五节 Mono- and Multi-pole Mono- and Multi-pole shear wave loggingshear wave loggingLSS principle 、records（curve）and applicationDAC principle、recordsDAC information analysis method（1，2，3，4，5，6）