3声波测井

三、声波在介质界面上的传播特性

声波通过传播速度不同的两种介质Ⅰ和Ⅱ的分界面时，会发生反射和折射，并遵循光的反射定律和折射定律。图6-2(a)是声波的反射和折射的示意图。折射定律的数学表达式是 sinα

sinβ=v1

v2

式中α—入射角；

β—折射角；

V1、v2—分别为介质Ⅰ和介质Ⅱ的声速。

因为V1、v2对一定的介质是个固定值，所以随着入射角α的增大折射角β也增大，如在v2>v1的情况下，则β>α。当入射角增大到某一角度i时，折射角达到90°，见图6-2(b)。此时，折射波将在第Ⅱ介质中以v2的速度沿界面传播，这种折射波在声波测井中叫滑行波。入射角i叫临界角。

2声波速度测井

声波速度测井简称声速测井，测量滑行波通过地层传播的时差△t（声速的倒数，单位是μS/m)。是目前用以估算孔隙度、判断气层和研究岩性等的主要测井方法之一。它的下井仪器主要由声波脉冲发射器和声波接收器构成的声系以及电子线路组成。声系主要有三种类型，单发射双接收声系和双发射双接收及双发射四接收声系。

一、单发射双接收声速测井仪的测量原理

1．单发射双接收声速测并仪的简单介绍

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（发射探头）T和两个接收换能器（接收探头）R1、R2组成。如图6-3所示。

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20 kHz。

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．单发射双接收声速测井仪的测且原理

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，v2＞v1，所以在泥浆和地层的界面（井壁）上将发生声波的反射和折射，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折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，滑行波传播使井壁地层质点振动（视为滑行波到达该点时的新振源），这必然引起泥浆质点的振动，在泥浆中传播，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（发射换能器与接收换能器间的距离），就可以使滑行波首先到达接收换能器，声速测井仪就可以只接收记录与地层性质有关的滑行坡。图6-4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、横波的形式分别为接收换能器所接收，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迭加在滑行纵波的尾部上。图6-5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纵波。

如果发射换能器在某一时刻t。发射声波，声波经过泥浆、地层、泥浆传播到接收换能

器，其传播路径如图6-6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△T为

(6-3)

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△T=CD/v2（=1/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△T的大小只随地层声速变化，所以△T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△t（声波传播lm所用的时间）。测量时由地面仪器通过把时间差△T转变成与其成比例的电位差的方式来记录时差△t。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，图6-7给出了声速测井的时差曲线实例。声波时差的单位是μS/m， (1μS= 10S)。

-6

二、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。

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6-8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（6-3)可以知道时间差△T减小，所以在井眼扩大井段的下界面处

会出现声波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，DF>CE，由式（6-3)可知△T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锋，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锋。图6-9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。

2．地层厚度的影响

地层厚度的大小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)厚层 图6-10(b)所示的地层，中间为速度较高的厚层石灰岩，上、下都是速度较低的页岩。声速测井测量的时差是R1、R2之间所对的地层的平均声波时差。当R1、R2都在石灰岩下界面之下时，测得的是页岩的声波时差。如果仪器由下部页岩向上测量，当R1刚好达到石灰岩下界面时，测得的时差仍是页岩的声波时差，相当于曲线的A点。当R2进入石灰岩R2仍在石灰岩下界面之下时，随着仪器上提R1和R2之间的石灰岩所占的比例逐渐增大而页岩逐渐减小，所以测得的声波时差逐渐减小，曲线由A点向B点变化。当R1和R2的中点正好到达石灰岩下界面时，R1、R2之间石灰岩和页岩所占的比例相等，测得的声波时差为页岩与石灰岩声波时差的平均值，这相当于曲线的I点。当R2正好到达石灰岩下界面时，相当于曲线的B点，此后，R1、R2均在石灰岩中，测得的数值为石灰岩的声波时差，即曲线的BC段，当R1进入上部页岩后，R1、R2中点正好处在灰岩的上界面时，测得的数值为页岩与石灰岩声波时差的平均值，相当于曲线上的I点。最后，R1和R2都在上部页岩中时，测得的均为页岩的声波时差，曲线为一直线。

综上所述厚层理论曲线特点如下：

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，则取该地层中部时差曲线的平均值作为它的时差值。

②时差曲线由高向低和由低向高变化的半幅点处（I、I点）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 图6-10(a)中声速测井仪的间距较大，这时，石灰岩地层相当于薄层。曲线受围岩（页岩）影响较大，测得的石灰岩地层中部的时差值高于石灰岩地层的实际时差值，时差曲线半幅点间的距离大于石灰岩地层的实际厚度。并且石灰岩地层越薄，围岩影响越大，时差越高于石灰岩地层的实际时差值，半幅点间的距离越大于石灰岩地层的真厚度。

(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声速度，甚至还可能出现反向，如图6-11所示。互层中的地层厚度是1 ft，在用间距为1. 5 m声系测的时差曲线上，石灰岩处的曲线变化方向正好和0.5m间距的曲线相反。

从上述分析可以看出，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，但测量的精度也就越差。所以应该合理地选择间距，目前我国现场采用0.5 m的间距。

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换能器的线路。而当首波到达第二接收换能器时，由于经过更长的的衰减不能使接收换能器线路触发。第二接收换能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”的幅度急剧变化现象，这种现象就叫周波跳跃，如图6-12所示。

在泥浆气侵的井段、疏松的含气砂岩井段，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，使得我们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。

三、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6-13是这种仪器对井径变化影响的补偿示意图。R1、R2为接收换能器，T1为上发射换能器，T2为下发射换能器。测

井时，上下发射换能器交替发射声脉冲，两个接收换能器接收T1、T2交替发射产生的滑行波，得到时差△t1和△t2曲线，地面仪器的计算电路对△t1和△t2取平均值，记录仪记录出平均值△t时差曲线。由图6-13可以看出，双发射双接收声速测井仪的 T1发射得到的△t1曲线和T2发射得到的△t2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△t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△t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。

四、声波速度测井资料的应用

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，声速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，如图6-14所示。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，这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，二者之间的声藕合很差，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 图6-15所示气层的声波时差值明显大于油层，比一般砂岩时差值大30μs/m以上。成岩较好、岩性纯净的砂岩层都具有这一特点。

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流体性质、确定油气和气水的接触面。图6-16是上气下油测井曲线的解释实例。

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。 砂泥岩剖面中，砂岩声速一般较大（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）。页岩的声波时差界于砂岩和泥岩之间。砾岩的声波时差一般都较低，并且越致密声波时差值越低。前面给出的图6-7就是砂泥岩剖面声波速度测井实测曲线。

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。图6-17是用声速测井曲线划分碳酸盐岩剖面裂缝带的一个实例。

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6-18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。

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。

3．确定岩石孔隙度

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。

经过大量的实践知道，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，其关系式称平均时间公式或威利公式，如下

或

式中△t—由声波时差曲线读出的地层声波时差，μs/m；

△tf—孔隙中流体的声波时差，μs/m；

△tma—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，△tma和△tf是个常数，于是△t和孔隙度的关系为线性关系，即 式中

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6-19为某油田一个层组的声波时差和孔隙度的关系图，其经验公式为。

在应用时间平均公式时，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是声波孔隙度（φs)，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

①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。

②孔隙度为25 % ～35％的固结而压实的砂岩，其声波孔隙度件需要进行流体校正。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下列经验数据校正。气层：流体校正系数为0.7；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，要引人压实校正直接应用平均时间公式求得的φs值会比实际的孔隙度偏高，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，在埋藏深度上一般较浅，砂岩是否压实，可根据邻近的泥岩的声波时差△tsh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△tsh越大，表明压实程度越差。

利用压实校正系数cp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界，经压实程度校正后的孔隙度为（φs)c则

压实校正系数Cp最好由平均时间公式求得的φs与真孔隙度值对比得到，即Cp=φs/φ0。

φ由岩心实验测定或其它孔隙度测井得到，如电阻率法，密度测井一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，根据实际资料，我国几个油田编绘有压实校正系数与地层埋藏深度的关系曲线，如图6-20所示。根据地层深度由该曲线可求得压实校正系数Cp。

(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。同时，泥质的多少也影响自然电位幅度的大小，也可通过自然电位幅度减小系数。对泥质影响加以校正，自然电位减少系数

如果由图版求得的孔隙度为φs，经泥质校正后的孔隙度为φ，则

对于有比较发育的次生孔隙（溶洞和裂缝）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。

3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。

一、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，即由于介质的粘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，直到最后消失。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6-2所示。入射波的能量一部分被界面反射，返回第一介质，另一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P与声波在这种介质中传播速度v的乘积，即z=pv。各种介质的声阻

抗列于表6-3中。

两种介质声阻抗之比Z1／Z2叫声藕合率。介质Ⅰ和介质Ⅱ的声阻抗值相差越大则声藕合越差，声波能量就不容易从介质工透射到介质I中去，透过界面在介质I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，声藕合最好，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问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性的地层，在下套管井中测量声波幅度变化，可以检查固井质量。

二、声波幅度测井

声波幅度测井是测量声波幅度随井深的变化曲线，从而检查固井质量，以及研究地层的裂缝带。声幅测井有水泥胶结测井、变密度测井和裸眼井声幅测井等。

1.裸眼井声幅测井

在裸眼井中进行声幅测井，主要目的是为了寻找碳酸盐岩及坚硬的砂岩地层中的裂缝带和研究岩性。

这种测井方法的下井仪器有两种类型，如图6-21所示。一种是单发射单接收声幅测井仪，记录首波第一个半周的峰值幅度A，见图6-21(a)，另一种是单发射双接收声幅测井仪，测量的是两个接收器首波第一个半周幅度A1与A2之差△A或比值A1/A2，见图6-21(b)。

发射换能器发射能量一定的声波，经过泥浆传到地层，产生滑行波，在地层中传播，能量将逐渐衰减，这种衰减和地层情况有着密切的关系。

对于裂缝性地层，克洛波夫等人在实验室中的模拟试验结果表明，垂直裂缝主要衰减纵

波，而水平裂缝对横波的衰减大。把有裂缝和无裂缝时的声波幅度的比值作为相对幅度，图6-22就是用相对幅度和裂缝倾角的关系曲线描述了纵横波衰减和裂缝倾角的关系。由图6-22可以看出，裂缝倾角在0°附近（水平裂缝）时纵波的衰减很小，而在50°-80°(高倾角裂缝）时衰减较大，但是横波却在水平裂缝和低角度裂缝的衰减最大。

声波通过裂缝（声阻抗界面）时，只有部分能量透过，另外，裂缝内所含物质对声波能量也有衰减作用，声波能量在通过裂缝后有较大的衰减，因此接收到的地层波幅度比非裂缝地层要低的多。

裂缝对声幅的衰减与裂缝的倾角、开口及发育程度有关。对于纵波，裂缝倾角为50°～80°时衰减大，其开口越宽衰减越大，发育程度好衰减大。

对于溶洞性地层，声波传播时，将绕过溶洞传播，过溶洞后会复原，结果增加了传播路程并产生波的干涉，造成声波能量的较大衰减。同时由于溶洞引起的声波散射，也增加了声波的衰减。所以在溶洞性地层处，地层波幅度很小。正因为声波在裂缝性、溶洞性地层中有较大的衰减，地层波幅度很小，所以可以利用声幅测井将这两种地层从碳酸盐岩以及坚硬砂岩地层剖面中寻找出来。前面已经给出的图6-17就是用声波测井曲线划分裂缝带的一个例子，图中标有1,2,3,4,5的五个裂缝带处，声幅测井曲线均显示为低值，在声波时差曲线上显示为周波跳跃。

2水泥胶结测井（CBL)

(1）水泥胶结测井的原理 水泥胶结测井下井仪器如图6-23所示，由声系和电子线路组成，源距为lm。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，声祸合较好，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，声祸合较差，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。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。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、封固好的井段测井都会出现高幅度值，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现象。一般在固井后24小时到48小时之间测井最好。

②水泥环厚度的影响。实验证明，水泥环的厚度大于2 cm，水泥环厚度对水泥胶结测井曲线的影响是个固定值，小于2 cm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并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6-24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上返高度位置。

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，

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。图6-25是水泥胶结测井曲线及其解释结果图。

目前，水泥胶结测井测量的是套管波的首波，而从地层来的信号是续至波，没有测量，因此，难于判断水泥与地层的胶结情况。

水泥胶结测井不仅可以给出以电位差大小表示的声幅曲线，还可以给出水泥胶结指数(BI)曲线，如图6-26所示，用来指示水泥固井质量。

BI是目的井段声幅衰减率α1与完全胶结井段声幅衰减率α2之比，即

声幅衰减率α是套管波在套管中传播1 ft尺或1 m衰减的分贝数。声幅衰减率和水泥胶结情况有关，完全胶结时的声幅衰减率最大，所以胶结指数最大是1，它指示的是水泥完全胶结的情况；胶结指数越小于1，水泥胶结的越差。

声幅衰减率决定于接收到的套管波幅度A的大小，所以胶结指数可以根据套管波幅度A的大小来确定。

3．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口 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. 5 m，声系还可以

附加另一个源距为1 m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6-27所示。

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藕合到地层中去，所以套管波很强，地层波很弱或完全没有。