聲速測井技術(shù)方法和應(yīng)用

彭化偉，黃 銳，孫寶喜

(1.大慶地區(qū)防洪工程管理處，黑龍江大慶163311;2黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 前言

聲波在不同介質(zhì)中傳播時，速度、幅度及頻率的變化等聲學(xué)特性也不相同。聲波測井就是利用巖石的這些聲學(xué)性質(zhì)來研究鉆井的地質(zhì)剖面，判斷固井質(zhì)量的一種測井方法。

聲波測井的方法主要有聲速測井、聲幅測井和聲波電視測井三種。工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用最多的是聲速測井。本文敘述的就是這種方法。

2 原理及野外工作方法

2.1 原理

聲速測井的測量原理如圖1所示，聲波測井儀的井中探測部分由超聲波發(fā)射器T和接收器R1、R2組成。T與地面上的脈沖訊號源相連，R1和R2則與電子線路構(gòu)成的記錄裝置相連。

圖1 聲波測井測量原理圖

由T發(fā)射的聲脈沖經(jīng)泥漿傳到井壁，由于聲波在泥漿中的速度V小于在井壁巖層中的速度V巖，故當(dāng)聲波射線按臨界角射至井壁時，即沿井壁滑行且產(chǎn)生通過泥漿傳到接收器的折射波。只要聲波發(fā)射器與接收器之間的距離超過折射波的盲區(qū)范圍，就能由記錄裝置將初至折射波的旅行時錄出。令聲波到達(dá)R1和R2兩個接收器的旅行時分別為t1和t2，則有

因?yàn)镽1和R2之間的距離△L一般約0.5 m，在此范圍內(nèi)的井徑可以認(rèn)為是不變的;于是CD=EF，△L=DF=BEBC，可得

式中△t是到達(dá)兩個接收器的初至折射波的時間差(圖1)，△L是一個常量。由此可知，在△t時間內(nèi)滑行波通過的井壁巖石層厚度等于兩個接收器之間的距離。曲線上的△t越小，所對應(yīng)巖層的聲速V巖就越大。規(guī)定△L以m為單位，△t以μm為單位，由(3)式可以算出

2.2 野外工作方法

野外實(shí)際工作中，聲速測井應(yīng)在無金屬套管、有井液的孔段測試。

聲速測井工作在每個測試孔中采用單孔法進(jìn)行。一般采用0.2 m或0.5 m點(diǎn)距，使用上發(fā)射下接收的一發(fā)雙收探頭。

3 應(yīng)用及實(shí)例

3.1 應(yīng)用

3.1.1 劃分巖性，進(jìn)行地層對比

由于不同的巖石具有不同的聲波傳播速度，所以聲波速度測井曲線可用于劃分巖性剖面。當(dāng)其他測井方法不能獲得良好的標(biāo)準(zhǔn)層時，可以利用聲波測井曲線成功地進(jìn)行地層對比。

3.1.2 確定巖層孔隙度

巖層的聲速主要受密度控制，密度越大聲速也越大，時差就越小。對于成分相同的巖石，密度又是孔隙度的函數(shù)，因此可以根據(jù)聲速測井資料求取巖石孔隙度。

圖2 ZK6號鉆孔聲波測試成果圖

3.2 實(shí)例

3.2.1 工程概況

位于海林市的綏滿301國道虎峰嶺段，因其海拔高、氣候多變，每到冬季經(jīng)常因?yàn)橄卵┌l(fā)生交通中斷。為了改變這里的交通狀況，計(jì)劃在虎峰嶺處建設(shè)公路隧道。這將是黑龍江省第一條公路隧道，隧道的建成將大大降低301國道橫跨虎峰嶺的落差，徹底改變這里的交通狀況。

3.2.2 數(shù)據(jù)采集

聲速測井按原則要求在每個鉆孔中現(xiàn)場測試，本次依具體情況取0.2 m點(diǎn)距。

3.2.3 資料處理

對聲速測井資料的解釋推斷，應(yīng)先宏觀，把全孔劃分為若干個聲速不同的大層，求得這些層的平均波速。在此基礎(chǔ)上再分別研究各個異常，做出地質(zhì)推斷，劃分出薄層。對厚度不足30 cm的巖土層，只能根據(jù)測井曲線估出波速的大致范圍。測井?dāng)?shù)據(jù)或曲線的深度比例尺宜與鉆孔柱狀圖的比例尺一致。同一測區(qū)宜采用同一深度比例尺。聲速測井最終提供聲波測井成果圖。

本次工作共對5個鉆孔進(jìn)行了聲速測井，其中ZK6號鉆孔聲速測試結(jié)果參見圖2。

4 結(jié)束語

聲速測井在勘察工作中，是獲取地質(zhì)資料的重要手段之一。隨著勘探領(lǐng)域的擴(kuò)展，聲波理論不斷完善，聲速測井方法解決問題的能力不斷提高，新的聲速測井儀器和方法也在不斷產(chǎn)生。相信隨著聲速測井在未來的不斷完善和發(fā)展，它在勘察領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用。

［1］ 鄧一謙，雷宛.工程與環(huán)境物探［R］.成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2003.

［2］ 長春地質(zhì)學(xué)院水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程編寫組.水文地質(zhì)工程地質(zhì)物探教程［J］.地質(zhì)出版社，1981.