聲速測井的解釋與應用

劉順昌

（新疆維吾爾自治區煤田地質局156煤田地質勘探隊 新疆 維吾爾自治區 830009）

聲速測井的解釋與應用

劉順昌

（新疆維吾爾自治區煤田地質局156煤田地質勘探隊 新疆 維吾爾自治區 830009）

聲速測井可以測得聲振動沿著鉆孔的傳播特征，具有輕便、快速的特點，聲速測井是通過巖石聲學性質進而實現鉆井地質剖面的分析研究的測井技術。本文論述了聲速測井方式技術原理和與之相關的工作方法、探測原理及應用范圍，并結合實例介紹了聲速測井在工程地質工作中的具體應用及效果，以此來表明聲速測井在特定的地質問題中是行之有效的、值得推廣的。

聲速測井；技術解釋；應用研究

1 引言

一般而言，聲波在各種差異性的介質中進行傳播的過程中，其速度在很大程度上是有差別的，此外聲波幅度方面的衰減程度、頻率變化等多種聲學特性也有較大差別的，這是由自然界的巖石密度、巖石的間隙、孔隙程度以及巖石的風化程度等方面來決定的。簡言之，聲波測井是通過巖石聲學性質來探究地質并得出固井質量的。特別是在工程地質勘察的工作中往往都會應用聲速測井技術的。本文以下內容就是針對其展開的。

2 聲速測井的技術原理與工作方法分析

2.1 聲速測井技術的相關原理分析

聲速測井技術的技術測量原理，可以從圖1中形象的看出，其中聲波測井儀器在井中的探測部分的關鍵組成部分，包括超聲波發射器（T）以及接收器裝置（R1、R2）。其中超聲波發射器和地表面的脈沖訊號源裝置是相互連接的，而且R1、R2接收器裝置是與電子線路的相關記錄裝置精密聯結的。

圖1 聲波測井測量原理圖

由T超聲波發射器所發射出來的聲脈沖通過泥漿傳輸到井壁表層，因為聲波在泥漿中傳播速度v低于聲波于井壁巖層傳播的速度，所以聲波射線在依照臨界角度發射到井壁的時候，也就是沿著井壁表層滑行，這個時候產生的折射波就會穿過泥漿到達外部接收器。如果聲波發射器裝置和聲波接收器裝置彼此的距離射程高于折射波盲區所覆蓋的范圍，就需要利用記錄裝置把最初到達的折射波錄出。

把聲波到達R1、R2接收器裝置的通過時間長各自記為t1、t2，那么就會得到：

由于R1、R2接收器裝置彼此間的距離長△L通常約為0.5m，那么在這個范圍之內的所測的井的直徑是可以當作穩定不變的。那么CD和EE相等而，L的變化幅度也是和DE、BE-BC是相等的，此時我們可知：

上述公式中的t的變化量指的是折射波在初次抵達R1、R2接收器裝置的初時間差(可以觀察圖1)，而△L雖然表示變化量，但此處只是一個常量。那么我們能夠得出，在時間差t的范圍內折射波滑行并傳過井壁巖石層厚度與R1、R2接收器裝置間的距離是一致的。圖1中的曲線的時間差c越小，則與之對應的巖層的聲波傳播速度V就會更大。常量L以m作為計量單位，時間差t將μm作為計量單位，那么由第三個公式能夠得出算出

2.2 聲速測井技術的實際操作分析

在野外測井的實際操作中，聲速測井需要在無金屬套管以及存在井液的孔段進行相關測試工作。一般而言，聲速測井技術的操作是在各個測試段的孔中做單孔法測試操作。通常設定為0.2米或者是0.5米的測點距離，然后再使用上發射聲波下接收聲波的一雙收發一體的雙探頭裝置。

3 聲速測井技術在的實際工作中的應用分析

3.1 能夠對地層巖性進行有效劃分

因為每一種形式的巖石自身都有著獨特的聲波傳播速度，聲波的傳播速度涉及到巖石和密度和彈性，按照聲速測井曲線函數，能夠將多種形式的巖石的地層進行科學的劃分，而且還能通過該曲線函數進行地層的比對。如果其他的測井技術無法取得較好的標準地層時，此時就能夠通過聲波測井曲線及其函數順利完成。例如，當處于碳酸鹽剖面的時候，灰巖及其自巖的聲波傳播速度非常大，但是傳播時差卻很小，其次聲波在泥灰巖的傳播速度很小，然而傳播時差曲線值卻表現的非常高。另外，位于砂泥巖剖面的砂巖的聲波傳播速度大于泥巖。

3.2 獲取巖體完整性系數

在巖層中的聲波傳播速度通常都會受到巖石的密度控制，而且如果巖體密度大的巖石，其聲波傳播速度也會非常大，并且傳播時差也很小。而針對構成成分一樣的巖石，巖體密度和孔隙度之間存在數值函數，所以能夠依照聲速測井的數據計算出巖石孔隙度。

一般而言，較為完整、科學的工程巖體做分級，能夠讓設計施工人員充分認識到對工程巖體的基本特性，同時還能達成人員之間的一致認識，這樣就能夠使得工程測井施工提供較為科學有效的施工方法和工藝。此外巖體一般都是非常復雜的，按照現有的鉆孔資料僅僅是定性的描述巖體而已，并不能做定量性的評價指標，這也就說明了巖體等級的劃分工作并沒有做到有據可循，存在主觀性。通過聲波測井資料就能夠有效的明確巖體完整性系數，從而使得隧道圍巖分級獲得定量評級數據支持。

除此之外，聲速測井曲線及其函數變化能夠有效的反映巖體破碎以及巖體節理裂隙發育程度。通常而言，聲速測井曲線及其函數值的變化有較大的幅度，巖體會表現出鋸齒狀或者跳躍狀等，而且聲速的高、低值會交替呈現，然而聲速的平均值非常低，導致聲速“低值異常”帶的出現。

4 結語

綜上所訴，聲速測井在地質勘察工作其他工程領域中，能夠協助工作人員獲取詳細準確的地質資料。此外聲速測井技術既能夠準確判別巖層，還能夠對巖層做定性、定量以及斷層位置的評定和描述，準確的進行地層的劃分和對比，得到地層的孔隙度的相關數據，從而指導巖石強度參數。文章相關分析對目前的地質勘測工作有相關的借鑒意義，隨著聲速測井技術的發展和完善，將會充分的推動我國當前的地質勘測的工作質量，促進勘測事業的發展。

[1]張利.聲速測井技術在加格斯臺煤礦普查中的應用[J]現代礦業，2016(10)：121-122.

[2]馮彥謙.聲速測井技術在工程勘察中的應用研究[J]化學工程與裝備，2010(11)：71-73.

[3]彭化偉.黃銳.聲速測井技術方法和應用[J]黑龍江水利科技，2010，38(6):90-91.

P631.81 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0058-02