淺談聲波測井技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用

辛守濤 李 超

（中國石油集團(tuán)測井有限公司,陜西 西安 710000）

一、聲波測井概述

聲波是由機(jī)械振動引起的一種運(yùn)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(guān)。我們知道，聲波的聲學(xué)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(jì)中期，起步較阻率測井技術(shù)、核磁測井技術(shù)、電纜地層測試技術(shù)等較晚,但是經(jīng)過不斷發(fā)展，已取得了很大進(jìn)步，成為物理測井技術(shù)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(shè)備組成，其中地上記錄設(shè)備對兩次接受換能器的中點(diǎn)時(shí)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(jìn)行測量,再用換能器的間距除以傳播時(shí)間，得到聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度,記錄結(jié)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(shè)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(shí)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(dá)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(guān)學(xué)者在后來的研究中引入了信號網(wǎng)絡(luò)的概念,相繼提出了加法和乘法聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)，這兩種方法實(shí)質(zhì)是把聲波測井的過程等效成一個(gè)信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，并建立網(wǎng)絡(luò)傳輸模型,應(yīng)用傳輸網(wǎng)絡(luò)模型提高首波信號的振動幅度，使得測井首波幅度達(dá)到倍增的效果。其目的是更準(zhǔn)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(luò)較加法聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)聲源和點(diǎn)接收器,選用驅(qū)動電壓信號激勵該等效點(diǎn)聲源產(chǎn)生聲信號,通過介質(zhì)傳播,最后由等效點(diǎn)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(yīng)特性以及聲波信號傳播特性之間的關(guān)系。

二、聲波測井技術(shù)的應(yīng)用

上述研究表明，聲波測井技術(shù)發(fā)展十分迅速。進(jìn)行聲波測井時(shí),可以結(jié)合聲波具有的能量小、作用快的特性,將巖石當(dāng)作彈性體，依據(jù)彈性波的特點(diǎn)來研究傳播過程和規(guī)律。聲波測井技術(shù)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(shù)發(fā)展至今已不單純是一項(xiàng)聲學(xué)技術(shù),而是融合了多項(xiàng)相關(guān)理論和相關(guān)學(xué)科（如計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息處理技術(shù)、電成像技術(shù)等多種新興學(xué)科）的現(xiàn)代測量技術(shù),其作用日益顯著，應(yīng)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(shí)差值也不同。利用聲波的這種時(shí)差性能反應(yīng)出巖石的致密程度,進(jìn)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(shí)差值較大,能夠產(chǎn)生周波跳躍現(xiàn)象,所以可以判斷相應(yīng)的石油或天然氣儲層。若非含氣層，但時(shí)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(jì)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(shí)間平均公式來估算巖石的孔隙度。

三、聲波測井技術(shù)的發(fā)展趨勢

據(jù)研究，國際測井技術(shù)向著陣列化和集成化采集方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)測井技術(shù)迅速發(fā)展。隨著科技的不斷進(jìn)步，第五代成像測井儀的應(yīng)用及新技術(shù)的測井評價(jià)研究，在一定程度上解決了測井難題。這些測井新技術(shù)針對性強(qiáng)、測量信息大且精度高，在油氣勘探的油氣儲層識別和評價(jià)中發(fā)揮著日益重要的作用，顯示出良好的應(yīng)用前景。其中包括聲學(xué)測井中的偶極技術(shù)和多級聲波測井技術(shù)。這兩種技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,綜合應(yīng)用多種技術(shù)，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(shù)的逐漸應(yīng)用，提升了設(shè)備適應(yīng)環(huán)境能力，增加了信息獲取量，提高了采集處理質(zhì)量?，F(xiàn)今的技術(shù)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(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不單限于測量井洞方面,應(yīng)用范圍得到很大擴(kuò)展,復(fù)雜巖性及復(fù)雜儲集空間的非均質(zhì)儲層的測井評價(jià)更需新技術(shù)，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(shí)的精度?？傊暡y井新技術(shù)深化了對復(fù)雜巖性油氣藏的認(rèn)識，提高了測井解釋的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

綜上所述，聲波測井傳輸網(wǎng)絡(luò)模型是聲波測井技術(shù)發(fā)展的一項(xiàng)成功研究。目前已得到廣泛應(yīng)用。我國的聲波測井技術(shù)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(jìn)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(shù)還需要不斷地發(fā)展，創(chuàng)新和發(fā)展測井儀器，正確運(yùn)用測井理論，在成本最小化的前提下，結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況，加大力度，對新方法和新技術(shù)作進(jìn)一步研究，最終實(shí)現(xiàn)提高效率，增加經(jīng)濟(jì)效益的油田開發(fā)目的。并逐漸縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，爭取本國在聲波測井領(lǐng)域的“一席之地”。

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