1.4.2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。 砂泥岩剖面中，砂岩声速一般较大（时差较低）。声波时差与砂岩胶结物的性质和含量有关，通常钙质胶结砂岩声波时差比泥质胶结砂岩的低，并且声波时差随钙质含量增加而减小，随泥质含量增高而增高。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，声波时差稍有增高；当有孔隙或裂缝时，声波时差明显增大，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。
声波时差曲线可以划分地层，如果地层孔隙度、岩性在横向上比较稳定，用声波时差曲线也可以进行井间地层对比。
1.4.3确定地层孔隙度
地层声速和地层孔隙度有关，通过理论计算和实验室测量可以确定声速或时差与孔隙度的关系，所以由声速测井的时差值可以估算地层孔隙度。
大量数据表明，在固结、压实的纯地层中，地层孔隙度和声波时差存在线性关系，即威利时间平均公式：
?t?(1??)?tma???tf （2-2-10）
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。
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、压实的纯地层，因此，由威利时间平均公式求出的声波孔隙度（υS），对于不同的地层情况要分别处理。
1.4.3.1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。
②孔隙度为25～35％的砂岩，其声波孔隙度需要引入流体校正系数。气层：流体校正系数0.7；油层：流体校正系数为0.8—0.9。 1.4.3.2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△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。压实校正的大小用压实校正系数Cp表示，Cp与地层埋藏深度、年代及地区有关。压实校正后的孔隙度为：
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??s????t????tcmama1ptftc??s （2-2-11）
cp1.4.3.3泥质砂岩
由于泥质声波时差较大，所以按公式（2-2-10）计算的泥质砂岩的孔隙度偏大，必须进行泥质校正。由（2-2-12）式计算地层孔隙度。
?t?(1???vsh)?tma?vsh?tsh???tf （2-2-12）
对于次生孔隙（溶洞和裂缝）比较发育的碳酸盐岩储集层，由于次生孔隙在岩层中分布不均匀，并且孔径大，声波在这样的岩层中传播的机理和前述的纯砂岩地层是不同的。利用时间平均公式计算的孔隙度偏低，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。
1.4.4其它应用
声波时差除能够帮助我们完成上述工作外，还可以做下列工作： 1.4.4.1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。
对泥岩时差研究发现，它可以成功地预测邻近储层的地层压力。在半对数坐标系上作泥岩时差与深度的关系。在正常压力下，数据点都落在正常压实趋势线上；高压异常地层的数据点落在
图2-2-12 地层异常压力检测
趋势线的右侧，时差增大；低压异常地层的时差小于正常值，数据点落在趋势线的左侧。如图2-2-12所示。 1.4.4.2岩石强度分析
岩石强度指岩石承受各种压力的特性。根据声波、地层密度测井资料，可以连续计算出自然条件下岩石的各种弹性模量，以对岩石强度进行全面分析。根据测井资料计算的岩石弹性模量为动态弹性模量，与实验室采用静压应变测量的弹性模量（静态弹性模量）不同。
根据均匀各向同性的线弹性介质的波速与弹性模量的关系，可以计算地层的各种弹性模量。在这些公式中，时差的单位为微秒/米，密度单位为克/立方厘米，剪切模量、杨氏模量、体积弹性模量及拉梅常数的单位均为达因/平方厘米，泊松比无量纲。
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???ts?2?tp2(?ts??tp)2222 （2-2-13）
????ts2 （2-2-14）
E?2?(1??) （2-2-15）
K???tp2?23? （2-2-16）
????tp2?2? （2-2-17）
另外，还可以给出与地层强度关系密切的复合弹性模量B和斯仑贝谢比R，分别定义为：
B?K?43? （2-2-18）
R?K? （2-2-19）
B的单位为10kg/cm。在计算复合模量前，需要对测井资料作烃影响校正。对于砂岩，B表示出砂指数。经验表明，当含油砂岩的B≥3时，在正常压差下采油不出砂；当2≤B<3时，出少量砂；当B<2时，采油过程中会出较多的砂，应采取防砂措施。与B相比，R能更好地反映地层的强度和稳定性。经验表明，R=3.8x1021(dyn/cm2)2可作为判别含油气砂岩出砂的门槛值，小于此值则可能出砂。
利用声波资料还可以预测地层破裂压力梯度。破裂压力梯度（FPG）等于：
FPG?52
PDf??1??PO?DP （2-2-20）
f其中：FPG-----破裂压力梯度，psi/ft；
D-----深度，ft；
σ----地层泊松比，小数，无量纲； P0----上覆地层压力，psi；
Pf-----地层压力（孔隙流体压力），psi。
公式中的几个参数均能用井下测井资料确定。在没有横波资料的情况下，可由声波测井与密度测井求出的伪q因子计算泊松比：
σ=0.125q+0.27 （2-2-21）
其中：q=(υs-υD)/υs ，υs、υD分别为声波孔隙度和密度孔隙度。 1.4.4.3裂缝检测
声波全波列测井资料能够指示地层裂缝。由于声波通过裂缝时，其幅度都会减小，表现在波形图上就是声波幅度减小。声波幅度衰减程度取决于波的性质（类型、频率）、裂缝倾
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角（水平裂缝、低角度缝、高角度缝）、裂缝张开度等因素。水平缝对横波幅度影响大；高角度缝对纵波幅度影响大。垂直传播的纵波和横波其衰减量与裂缝倾角的函数关系如图2-2-13所示。
2.声波成像测井仪
目前主要有三种井壁超声波成像仪，斯仑贝谢的USI（用于套管井测井）、UBI（用于裸眼井测井），西方阿特拉斯的CBIL和哈里伯顿的CAST。其测量原理基本一致，它们都是利用超声波反射井壁岩石特性、井眼及套管状况。
图2-2-13纵波（P）和横波（S）的
衰减量与裂缝角度的关
波能量的强弱和声波双程传播时间与反射界面的物理性质及井眼几何形态有关的原理，评价
2.1 UBI（USI）超声波成像测井仪
USI超声波成像测井仪和井眼超声波成像测井仪是新一代的井下声波电视测井仪。这两种测井仪确实很相似，只是在使用时根据具体的应用和测量环境选用不同的换能器，其所测资料的解释根据应用目的不同也不一样。USI在套管井中的应用包括水泥胶结质量评价和360度方位的套管检查。套管内部及其厚度的准确声波测量结果可以提供一种像地图一样的包括套管内部和外部损坏以及套管变形的测井图。对反射超声波的分析可以提供套管外面物质的声阻抗。固井图可以直观地指示出固井质量的好坏。用低分辨率换能器可获得所必需的套管壁厚谐振，高阻聚焦的换能器是不能获得进行可靠振幅测量的套管谐振。高分辨率的UBI井眼超声波成像可以代替FMI全井眼地层微电阻率扫描成像图，尤其是在油基泥浆中FMI不能测量的这种怀况下更是有用。用UBI测量的准确的井眼横截面图可以得到井眼稳定性和井眼垮塌方面的信息。对于裸眼井测量和不需要套管谐振的套管内部几何形状测量来说，UBI换能器的聚焦特性越好，其成像的分辨率就越高。
2.1.1 USI和UBI仪器描述
探头（声系）包括一个旋转的不同尺寸的换能器总成（图2-2-14），它可用于测量所有常规尺寸的套管井和裸眼井。总旋转方向决定了换能器的指向；逆时针旋转为面向套管和井壁的标准测量方式；顺时针旋转将使换能器在总成内旋转180度（换能器面向仪器内的反射板），这样就可以测量井内流体的特性（图2-2-15）。 超声波脉冲在井眼中的传播距离可以通过选择合适的换能器总成来优化，以便减小其在高密度井内流体中的衰减和维持较低的信噪比。
图2-2-14 USI探头组成
换能器即是发射器又是接收器，它发射的超声波脉冲的频率介于195kHZ和650kHZ之间，
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同时接收反射的超声波脉冲。在套管井中（USI测井）发射能量的实际频率是根据套管厚度和流体类型由采集软件来控制。对于裸眼井中的UBI测井来说，根据泥浆的的密度和类型，手动选择换能器的发射频率，为250kHZ或500KHz.
USI和UBI测并仪之间的区别： 对于水泥胶结评价的套管检查来说，USI测井仪使用了一个不聚焦的面向平面的换能器，其工作频率由软件来选择，但是一开始是根据套管和流体参数来选择的，之后再根据实际测量情况进行修改。
将USI面向平面的换能器换成高分辨率聚焦的裸眼换能器，USI就变成了UBI测井仪。对于棵眼井和套管内壁高分辨率成像应用来说，UBI使用的是高分辨率换能器，其
测量速度相对较慢，其工作频率是根据换能器的间隙、泥浆类型和重量选择两个固定频率中的一个。
图2-2-15 USI 仪器组成
2.1.2 USI测量原理
水泥胶结评价的测量原理与现有超声波测井仪的测量原理相似。面向平面的换能器发射较短的声波脉冲，它在套管中将激发套管壁厚谐振，然后再由同一换能器接收反射脉冲或回声，然后再对其进行分析和解释。
USI测井仪对在反射声波脉冲中所含有的壁厚谐振信号进行分析，但是该分析是以不同的方式完成的。USI测井仪只有一个旋转换能器，它探测整个套管。
跟没有方位分辨率的水泥胶结评价测井仪不一样的是：USI测井仪可以提供方位分辨率的测量结果，以便探测各方位上的水泥胶结质量。USI径向声波脉冲把套管和水泥间的微循环空间对水泥胶结质量评价的影响减至最小。换能器发射频率在195到650kHZ的超声波脉，然后转换到接收方式。超声波脉冲通过井内流体传播，然后撞击套管内壁（如图2-2-16所示）。大部分超声波脉冲的能量被套管反射回换能器，剩余的能量折射进套管．然后在套管和环形空间表面以及套管和井壁表面之间经过多次反射，在每一个反射界面，一部分能量被反射，一部分能量被折射，这取决于界面的声阻抗。
TransducersAcoustic BeamsTransducersFlat30 mm (1.12in.)USI200-700 KHz9 mm (0.35 in.)FocusedUBI250 KHzAcoustic Beams500 KHz
图2-2-16 超声波脉冲井内流体传播方式
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