淺談聲波測井技術在油田開發(fā)中的應用

辛守濤 李 超

（中國石油集團測井有限公司,陜西 西安 710000）

一、聲波測井概述

聲波是由機械振動引起的一種運動形式，聲波在介質(zhì)中的傳播情況與介質(zhì)本身的彈性緊密相關。我們知道，聲波的聲學特性隨傳播介質(zhì)差異而有所不同。聲波測井正是利用聲波在巖石中的這一傳播特性來研究探測井下地質(zhì)情況，識別巖層，從而判斷固丼的一種測井方法。該測井方法出現(xiàn)于20世紀中期，起步較阻率測井技術、核磁測井技術、電纜地層測試技術等較晚,但是經(jīng)過不斷發(fā)展，已取得了很大進步，成為物理測井技術中舉足輕重的測井方法之一。聲波測井系統(tǒng)由井下?lián)Q能器、地面控制器以及地上記錄設備組成，其中地上記錄設備對兩次接受換能器的中點時間作記錄，這樣測量能有效減小誤差，提高精度。測試前先對聲波在巖體中的傳播速度進行測量,再用換能器的間距除以傳播時間，得到聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度,記錄結果，完成測試。

傳統(tǒng)的聲波測井方法忽略了地面接收記錄設備、接收器對信號的影響作用，只單純考慮聲波在傳媒介質(zhì)中的傳播特性。而實際對軟地層或長源距的聲波測井中,由于軟地層的衰減大,使得到達聲波接收器的首波信號很微弱，以致用這種傳統(tǒng)方法不能直接探測到測井首波信號。針對這些局限性，相關學者在后來的研究中引入了信號網(wǎng)絡的概念,相繼提出了加法和乘法聲波測井傳輸網(wǎng)絡，這兩種方法實質(zhì)是把聲波測井的過程等效成一個信號傳輸網(wǎng)絡，并建立網(wǎng)絡傳輸模型,應用傳輸網(wǎng)絡模型提高首波信號的振動幅度，使得測井首波幅度達到倍增的效果。其目的是更準確反演井眼周圍地層的地質(zhì)情況。乘法聲波測井傳輸網(wǎng)絡較加法聲波測井傳輸網(wǎng)絡更具有優(yōu)勢，它將薄球殼壓電換能器等效為位于井內(nèi)的無方向的點聲源和點接收器,選用驅動電壓信號激勵該等效點聲源產(chǎn)生聲信號,通過介質(zhì)傳播,最后由等效點接收器接收聲信號。該模型清楚地給出了聲波測井過程中聲源與接收器傳輸響應特性以及聲波信號傳播特性之間的關系。

二、聲波測井技術的應用

上述研究表明，聲波測井技術發(fā)展十分迅速。進行聲波測井時,可以結合聲波具有的能量小、作用快的特性,將巖石當作彈性體，依據(jù)彈性波的特點來研究傳播過程和規(guī)律。聲波測井技術從最初的聲速、聲幅測井,到長源距聲波測井,再到現(xiàn)在的多極子陣列聲波測井、超聲波井眼成像儀等等。該技術發(fā)展至今已不單純是一項聲學技術,而是融合了多項相關理論和相關學科（如計算機科學、信息處理技術、電成像技術等多種新興學科）的現(xiàn)代測量技術,其作用日益顯著，應用日益廣泛，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1 用于劃分地層。聲波傳播速度在不同類型的巖石中是不同的,根據(jù)巖石含砂量、滲透力、組成成分和孔隙度大小不同，聲波傳播速度有差異，其時差值也不同。利用聲波的這種時差性能反應出巖石的致密程度,進行曲線比較可以更好地劃分地層。

2 用于確定氣層和識別裂縫。在固定巖性環(huán)境下，油藏氣層的時差值較大,能夠產(chǎn)生周波跳躍現(xiàn)象,所以可以判斷相應的石油或天然氣儲層。若非含氣層，但時差值也明顯增加，可能是周波跳躍不正常發(fā)育的裂縫。

3 計算巖層的孔隙度。巖石孔隙度將直接影響巖石的密度,而巖石密度在一定程度上影響聲波速度,所以可以利用聲波速度,基于時間平均公式來估算巖石的孔隙度。

三、聲波測井技術的發(fā)展趨勢

據(jù)研究，國際測井技術向著陣列化和集成化采集方向發(fā)展。網(wǎng)絡測井技術迅速發(fā)展。隨著科技的不斷進步，第五代成像測井儀的應用及新技術的測井評價研究，在一定程度上解決了測井難題。這些測井新技術針對性強、測量信息大且精度高，在油氣勘探的油氣儲層識別和評價中發(fā)揮著日益重要的作用，顯示出良好的應用前景。其中包括聲學測井中的偶極技術和多級聲波測井技術。這兩種技術已經(jīng)趨于成熟,綜合應用多種技術，提高了測井的效率和成功率。

井眼環(huán)境下的縱向地質(zhì)有差異,采用陣列化測量可以起到兩方面作用：一方面利于處理信息，對提高測量精度有重要作用；另一方面也利于提高測量深度和方位分辨率，對信息量的增加效果明顯。在信號接收方面，數(shù)字化精度大大提高。三維聲波測井技術的逐漸應用，提升了設備適應環(huán)境能力，增加了信息獲取量，提高了采集處理質(zhì)量。現(xiàn)今的技術對儀器的頻率控制能力也有所提升,根據(jù)不同的地質(zhì)采用不同的聲波頻率,對于處理不同大小的井眼,不同地質(zhì)的井洞都有巨大的幫助。如今的聲波測井技術應用領域不單限于測量井洞方面,應用范圍得到很大擴展,復雜巖性及復雜儲集空間的非均質(zhì)儲層的測井評價更需新技術，在套管井尤為常用,它可以有效地提高噪聲干擾和提高信噪比,完善了套管測量時的精度。總之聲波測井新技術深化了對復雜巖性油氣藏的認識，提高了測井解釋的準確性。

結語

綜上所述，聲波測井傳輸網(wǎng)絡模型是聲波測井技術發(fā)展的一項成功研究。目前已得到廣泛應用。我國的聲波測井技術也在資料和信號處理方面也取得了一定成效。為了能更好地進行儲層研究，滿足油田測井、勘探的需要,我國的聲波測井技術還需要不斷地發(fā)展，創(chuàng)新和發(fā)展測井儀器，正確運用測井理論，在成本最小化的前提下，結合實際的地質(zhì)情況，加大力度，對新方法和新技術作進一步研究，最終實現(xiàn)提高效率，增加經(jīng)濟效益的油田開發(fā)目的。并逐漸縮小與發(fā)達國家的差距，爭取本國在聲波測井領域的“一席之地”。

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