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。
2.3.1 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，即由于介质的黏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，直至最后消失。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2.1.1所示。入射波的能量一部分被界面反射，返回第一介质;另—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ρ与声波在这种介质中传播速度v的乘积，即Z=ρv。各种介质的声阻抗列于表2.3.1中。
表2.3.1 各种介质的声阻抗
两种介质声阻抗之比Z1/Z2叫声耦合率。介质Ⅰ和介质Ⅱ的声阻抗相差越大，则声耦合越差，声波能量就不容易从介质Ⅰ透射到介质Ⅱ中去，透过界面在介质Ⅱ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，声耦合最好，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间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石的地层;在下套管井中测量声波幅度变化，可以检查固井质量。
2.3.2 声波幅度测井
声波幅度测井测量的是声波幅度，目前主要用于检查固井质量，包括水泥胶结、变密度测井等方法。在裸眼井中进行声幅测井，主要用来划分裂缝带。
2.3.2.1 水泥胶结测井
(1)水泥胶结测井的原理
水泥胶结测井下井仪器如图2.3.1所示，由声系和电子线路组成，源距为1m。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，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，所以水泥胶结测井值很大。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
图2.3.1 水泥胶结测井原理图
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、未封固好的井段测井会出现高幅度值，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象。一般在固井后24h到48h之间测井最好。
图2.3.2 水泥胶结测井曲线实例
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，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)井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2.3.2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，利用相对幅度来检查固井质量:
地球物理测井教程
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。
2.3.2.2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。
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1.5m，声系还可以附加另一个源距为1m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2.3.3所示。
图2.3.3水泥胶结测井原理图
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耦合到地层中去，所以套管波很强，地层波很弱或完全没有，见图2.3.3(a)。
2)有良好的水泥环，且第一、第二界面均胶结良好的情况下，声波能量很容易传到地层中去。这样套管波很弱，地层波很强，见图2.3.3(b)。
3)水泥与套管胶结好与地层胶结不好(即第一界面胶结好，第二界面胶结不好)的情况下，声波能量大部分传至水泥环，套管中剩余能量很小，传到水泥环的声波能量由于与地层耦合不好，传入地层的声波能量是很微小的，大部分在水泥环中衰减，因此造成套管波、地层波均很弱，见图2.3.3(c)。
声波变密度测井采用两种不同的方式处理接收到的声信号，因而可以得到两种不同形式的记录，即调辉记录和调宽记录。
调辉记录是对接收到的波形检波去掉负半周，用其正半周作幅度调辉，控制示波器荧光屏的辉度，信号幅度大，则辉度强;反之，信号幅度小，则辉度弱。接收换能器每接收一个波列，则在荧光屏上按时间先后自左向右水平扫描一次，由照相机连续拍摄荧光屏上的图像，照相胶卷与电缆速度以一定的比例同步移动拍摄，于是就得到了变密度测井调辉记录图，如图2.3.4所示，黑色相线表示声波信号的正半周，其颜色的深浅表示幅度的大小，声信号幅度大则颜色深，相线间的空白为声信号的负半周。
图2.3.4声波变密度测井调辉记录图
调宽记录和调辉记录所不同的是将声信号波列的正半周的大小变成与之成比例的相线的宽度，以宽度表示声信号幅度的大小。
套管信号和地层信号可根据相线出现的时间和特点加以区别。因为套管的声波速度不变，而且通常大于地层速度，所以套管波的相线显示为一组平行的直线，且在图的左侧。由于不同地层其声速不同，所以地层信号到达接收换能器的时间是变化的。因此，可将套管波与地层波区分开。在强的套管波相线(自由套管)上，可以看到“人字形”的套管接箍显示，这是因为接箍处存在缝隙，使套管信号到达的时间推迟，幅度变小的缘故。
当套管未与水泥胶结时，套管波信号强，在变密度测井图上显示出明显的黑白相带，且可见到套管接箍的“人”字形图形，而地层信号很弱，如图2.3.4(a)所示。
当套管与水泥胶结(第一界面)良好，水泥与地层(第二界面)胶结良好时，声波能量大部分传到水泥和地层中去，因此套管信号弱而地层信号强，如图2.3.4(b)所示。如果地层信号在到达时间范围内显示不清楚，可能是因为第二界面胶结差或者地层本身对声波能量衰减比较大所致。
如果水泥与地层没有胶结，而第一界面胶结良好，那么当水泥环厚度小于2cm时，套管信号衰减程度与水泥环厚度有关，水泥环厚度减小则套管波信号衰减减小。若水泥环厚度大于2cm时，套管波信号的衰减达到最大值，而且基本不变化。