聲波測井在天然氣探測中的應(yīng)用

金林

摘要：聲波測井是物理勘探手段中最為常用的方法，不僅在固體礦產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，在油氣勘探上也漸漸受到人們的重視。通過聲波測井可以確定巖層中巖石的彈性力學(xué)性質(zhì)及聲學(xué)參數(shù)，進而推導(dǎo)出該巖層的孔隙度、滲透率及巖性等特征。本文在充分分析天然氣層及聲波測井特點的基礎(chǔ)上論述聲波測井在天然氣探測中的具體應(yīng)用手段及原理，通過測量所得聲波曲線中周期跳躍現(xiàn)象，結(jié)合地層巖性特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，對天然氣層含氣飽和度進行評價。

關(guān)鍵詞：聲波測井；天然氣層；周期跳躍；飽和度

1 天然氣層的特征

天然氣是重要的能源資源，在當(dāng)今社會能源結(jié)構(gòu)中所占比重越來越大，因此深入研究顯得意義重大。

天然氣可以以三種形式存于地下：固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)。但以氣態(tài)形式存于巖石孔隙間的天然氣才能被人類使用。天然氣主要由烷烴組成，其中甲烷占絕大部分，也含其他烴類及氮氣等。天然氣密度一般小于水且不溶于水，因此地下水常常將其圈閉起來，水層常常成為天然氣層的蓋層存在。

一個天然氣層的形成離不開生儲蓋構(gòu)造，一個好的生氣層含有大量的有機質(zhì)，能產(chǎn)生大量的天然氣，運移到孔隙度較大的巖層中儲存下來后，還需要較好的圈閉環(huán)境，使得氣體能得到完好保存而不逸散。這就是一個天然氣層存在的必要條件。

泥巖地層“欠壓實”現(xiàn)象的出現(xiàn)[1]，一般預(yù)示著氣藏的出現(xiàn)。弛豫時間是判斷氣藏的很好標(biāo)準：

1/T1=1/T1B+1/T1S

T1B體弛豫時間，T1S表面弛豫時間。

含氣地層與含水地層相比，前者弛豫時間明顯大于后者，其次在含油地層與含氣地層的比較中，含油地層橫向弛豫遠大于含氣地層。通過弛豫時間對比也能清楚地劃分出這三種地層。

2 基本原理

2.1 聲波波速測井基本原理

聲波波速測井通常是雙發(fā)雙收系統(tǒng)[2]，即兩個發(fā)射機發(fā)射聲波，同時兩個接收器接受聲波，兩者輪流接受到聲波信號，其間間隔的時間便是聲波時差，它代表著地層巖石聲波傳播速度。

如圖中所示，聲波波速測井其兩個接收器（T1及T2）間距相同且固定不變，所以測井結(jié)果可用單位長度的時間差表示。

Δt=L/vt

Δt為聲波時差，L為兩個接收器之間的距離，vt為巖石聲速。聲波波速測井主要用途是測定巖層的孔隙度，此外不同巖性對應(yīng)有不同的Δt，對于判斷巖性及地層對比，它發(fā)揮著重要作用。

2.2 聲波測井與巖性識別及孔隙度

根據(jù)研究，對于固結(jié)的巖石，聲波傳播速度、孔隙度和孔隙中液體性質(zhì)之間存在下列關(guān)系：

1/v=φ/vf+（1-φ）/vma 或 Δt=（Δtf-Δtma）φ+Δtma

v、vf、vm為巖石、孔隙流體及巖石骨架的聲波速度，φ為孔隙度，Δt、Δtf、Δtma為相應(yīng)物質(zhì)中的聲波時差。在測井時，我們能很快地知道各種聲波時差的數(shù)據(jù)，進而計算出各巖層的孔隙度?？紫抖扰c巖性有很大的關(guān)聯(lián)，不同巖性有不同的孔隙度特征，結(jié)合橫波與縱波聲波時差比值，我們就能很好地推測出地層的巖性。

3 天然氣層的識別

3.1巖性及孔隙度分析

不同的巖性對天然氣的儲存有不同的影響，對于那些形成于高溫高壓環(huán)境的火成巖來說，可燃天然氣在其中儲存的可能幾乎為零。即使火成巖孔隙條件、圈閉條件極好，也會由于火成巖形成地帶構(gòu)造活動過于強烈，天然氣運移到此，后期地質(zhì)運動破壞儲藏環(huán)境而逸散。筆者通過資料查詢，研究全國天然氣礦區(qū)的礦體巖性發(fā)現(xiàn)，天然氣主要產(chǎn)于白云巖、砂巖、粉砂巖及泥巖等孔隙度發(fā)育較好的巖性中，火成巖中也可見天然氣礦藏，但較少見。

在前面我們探討了聲波測井對巖性控制方面的精確性，根據(jù)Δts/Δtp比值，它能很好地推測出地層巖性特征，結(jié)合天然氣在地層巖石中的儲存分布特點，我們便能很好地把握未知地層中天然氣層存在的可能性。

此外，孔隙度做為天然氣存在的另一重要條件，也能很好地指示天然氣層的探測工作。巖石孔隙中含有天然氣時，時差將顯著增大，孔隙度越大的巖石，其變化的程度將更大，將更好地指示出該巖層存在天然氣層的可能性。

孔隙度與巖性也是密不可分的。不同巖性對應(yīng)著一定范圍的孔隙度，在相同環(huán)境下某些巖石孔隙度明顯要高于其他巖石，如砂巖的孔隙度一般較高。因此在天然氣層的探測過程中，應(yīng)將這兩者緊密結(jié)合，才能更好地利用聲波測井對天然氣層進行探測。

3.2 周期跳躍對天然氣層的指示

聲波速度測井過程中有許多影響因素，其中最為明顯的便是周期跳躍現(xiàn)象。周期跳躍現(xiàn)象有可能是設(shè)備布置不恰當(dāng)所引起，也有可能是地層中某些介質(zhì)對聲波的衰減較大所導(dǎo)致。對于前者，調(diào)整好儀器設(shè)備間距及發(fā)射功率，觀察井壁情況，并確保泥漿中未混有氣體，我們可以很好地避免。如果依舊出現(xiàn)周期跳躍現(xiàn)象，那么很有可能是由于地層中含有裂隙或地層中含有天然氣層。通過構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法，研究本區(qū)構(gòu)造活動，在大區(qū)域上推測本地層出現(xiàn)裂隙的可能，進而推測天然氣層存在的可能性。

周期跳躍現(xiàn)象是一種無規(guī)律現(xiàn)象[3]，它的出現(xiàn)存在許多可能性，這要求探測人員對數(shù)據(jù)進行詳細分析，排除設(shè)備、泥漿等人為因素的影響后，再對其進行進一步利用才是有價值的。結(jié)合巖性及孔隙度分析，在排除設(shè)備故障的情況下，它的存在基本意味著含氣層的存在。

4 結(jié)論

聲波測井對于探測天然氣層有一套獨有的方法，且對指示天然氣層的存在的準確性較高。通過巖性及孔隙度分析，結(jié)合周期跳躍現(xiàn)象，我們能很好地了解某地區(qū)是否含有天然氣層。

參考文獻

[1]王樹寅. 聲波時差測井在鄂爾多斯天然氣勘探中的地質(zhì)應(yīng)用[J]. 測井技術(shù)， 1993， （4）：289-295.

[2]王建華. 聲波測井技術(shù)綜述[J]. 工程地球物理學(xué)報， 2006， 3（5）：395-400.

[3]楚澤涵.聲波測井原理.北京：石油工業(yè)出版社.1987.endprint