現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)發(fā)展的若干特點(diǎn)

孫勝利 趙輝 (中海油田服務(wù)股份有限公司)

引言

目前聲波測(cè)井技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面： 聲波測(cè)井技術(shù)的陣列化和聲波測(cè)井技術(shù)的集成化。 聲波測(cè)井技術(shù)的陣列化主要表現(xiàn)在可以對(duì)發(fā)射的聲波頻率進(jìn)行調(diào)整、 接收器的數(shù)量大幅度增加、記錄波形的方法更加多元化等。 集成化主要表現(xiàn)在多重探測(cè)模式下更加集成、 對(duì)地層的評(píng)價(jià)和工程的應(yīng)用更加協(xié)調(diào)等。 現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)發(fā)展的這些特點(diǎn)，使設(shè)備下井一次能夠獲得不同種類的聲波參數(shù)，可以獲得三維圖形，可以從不同的角度去評(píng)判地層的屬性的變化規(guī)律。 聲波測(cè)試技術(shù)的發(fā)展大大提高了測(cè)井的成功率，效率也顯著提升，節(jié)省了大量的資源。

1、聲波測(cè)井技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

1.1、探測(cè)器數(shù)目的陣列化

采用聲波測(cè)井技術(shù)測(cè)量的井眼存在非均質(zhì)的情況， 這種非均質(zhì)的現(xiàn)象在縱向上表現(xiàn)為裂縫的低角度、大位移、底層分布不均勻等。 在徑向上則表現(xiàn)為鉆井時(shí)泥漿進(jìn)入井內(nèi)、井眼形狀的變化等。 探測(cè)器數(shù)目的陣列化，可以使新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，可以使縱向分辨率大大提高，改善土壤的分層能力；可以使測(cè)井的深度大大提高， 有利于觀察地層的變化和井內(nèi)空隙的流體分布情況； 可以在不同地層條件和不同的測(cè)量目的下進(jìn)行特性化測(cè)量，提高信息的可靠性。

1.2、多源探測(cè)模式的組合化

采用聲波測(cè)井技術(shù)時(shí)， 傳統(tǒng)發(fā)射器采用的是單極子的換能器，它的工作方式是通過周向的徑向脹縮振動(dòng)來進(jìn)行輻射。 單極子換能器可以在井中激發(fā)出滑行縱波、滑行橫波等波形。 但采用單極子換能器發(fā)出的聲源在地層中的縱波速度比井內(nèi)流體的聲速要低，使得臨界折射模式無法激發(fā)出來，無法檢測(cè)到橫波時(shí)差參數(shù)，而且激發(fā)的一些波形也缺乏方向性，很難利用得激發(fā)出的波形得到一些重要的參數(shù)。 偶極子聲源可以被看成是由分成兩半的圓管組成的，圓管之間互相隔開，振動(dòng)的方向也相反。 偶極子聲源可以在地層中激發(fā)出偶極子波和準(zhǔn)橫波等。 四極子聲源可以被看成是由一個(gè)被分成四份且大小相等的圓管組成的，圓管之間彼此隔離，振動(dòng)的方向相反。 在井中它主要發(fā)出的波形是準(zhǔn)橫波和四極子波等。 四極子波與偶極子波相比有很多優(yōu)點(diǎn)，它有更好的方位辨別能力， 抗干擾能力更強(qiáng)。 缺點(diǎn)是效率相對(duì)較低，制造更加復(fù)雜，制造的費(fèi)用更高。 將這幾種聲源模式進(jìn)行有效的組合，可以使各聲源的優(yōu)點(diǎn)得到更好的利用，在測(cè)量井時(shí)可以獲得更多的信息，適應(yīng)性和測(cè)量的可靠性也大大加強(qiáng)。

1.3、輻射方位的可控化

由于目前采用的陣列聲波儀的聲源距離變得越來越遠(yuǎn)，距離的增長(zhǎng)使得聲波衰減、信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)?，無法達(dá)到使用的要求。要解決這個(gè)問題，單純依靠提高儀器的功率效果不明顯，因此我們可以參照在軍事雷達(dá)中利用的非常普遍的相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)；相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的原理是利用多個(gè)換能器組合成一個(gè)發(fā)射換能器陣列，對(duì)每個(gè)換能器發(fā)射脈沖的時(shí)間和幅度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使各個(gè)換能器彼此之間相互配合，從而達(dá)到聚焦的效果。 采用相控陣發(fā)射可以大大增加聲源覆蓋的面積， 提高聲波輻射的有效性。它控制的參數(shù)有間距和振元數(shù)量等。通過對(duì)各個(gè)換能器的輻射指向性進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整， 不僅可以適應(yīng)不同地層環(huán)境下的測(cè)量，還可以利用縱波反射波對(duì)井外的裂縫進(jìn)行探測(cè)。

1.4、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展化

傳統(tǒng)聲波測(cè)井技術(shù)由于聲源的頻率比較高， 測(cè)井的方式也比較單一，使得人們無法對(duì)較深的井進(jìn)行測(cè)量，而且對(duì)井的探測(cè)結(jié)果受泥漿和井徑的影響非常大； 探測(cè)得出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和分辨率都比較低，測(cè)量效果非常差。 隨著一系列先進(jìn)技術(shù)在測(cè)井中的運(yùn)用，聲波測(cè)井的效果越來越好，應(yīng)用范圍也越來越大。

橫波信息準(zhǔn)確性的提高， 大大擴(kuò)展了聲波測(cè)井資料的應(yīng)用范圍， 比如縱波和橫波資料的結(jié)合在氣層評(píng)價(jià)和水淹評(píng)價(jià)中得到非常廣泛的應(yīng)用。 除此之外，聲波測(cè)井技術(shù)在套管井中應(yīng)用也越來越普遍。 通過對(duì)變密度全波列資料的數(shù)字化進(jìn)行進(jìn)一步的處理，不僅可以準(zhǔn)確判斷水泥與套管膠結(jié)的情況，還可以確定地層和水泥之間膠結(jié)的情況。

1.5、信息利用的全波化

隨著人們對(duì)聲波的不斷研究， 人們開始嘗試著研究反射波等次級(jí)的聲波，并且開始對(duì)這些聲波進(jìn)行研究分析，使它們應(yīng)用到地層的非均質(zhì)研究中。 研究發(fā)現(xiàn)，反射斯通利波和直達(dá)斯通利波的結(jié)合對(duì)地層的裂縫進(jìn)行分析時(shí)用處非常大， 效果也非常明顯。 縱波反射波在評(píng)價(jià)井中裂縫的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)用處明顯，而且可能成為一種新的探測(cè)技術(shù)，彌補(bǔ)目前聲波測(cè)井深度不夠、分辨率不高的問題。

結(jié)語

現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)是發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。 相信隨著人們對(duì)測(cè)井技術(shù)研究的不斷深入，測(cè)井技術(shù)的不斷發(fā)展，聲波測(cè)井技術(shù)會(huì)在水電、冶金等行業(yè)中得到更加廣泛的應(yīng)用，在我國(guó)未來的發(fā)展中起到越來越重要的作用。

[1]李長(zhǎng)文,余春昊,張銀海,胡學(xué)紅,申毅. 巖石聲波主頻漂移現(xiàn)象及其應(yīng)用探討[ J ] . 測(cè)井技術(shù), 1999 , 23 ( 4) ∶374 －380.

[2] 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司測(cè)井重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室. 測(cè)井新技術(shù)培訓(xùn)教材[ M] . 北京∶石油工業(yè)出版社,2004.

[3]喬文孝,杜光升,陳雪蓮. 相控線陣聲波輻射器在聲波測(cè)井中應(yīng)用的可行性分析[J ] . 地球物理學(xué)報(bào),2002 ,45 ( 5) ∶714－722.