聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的井下觀測(cè)與初步分析

段文星，鞠曉東，盧俊強(qiáng)，門(mén)百永，車(chē)小花，喬文孝

中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的井下觀測(cè)與初步分析

段文星，鞠曉東，盧俊強(qiáng)，門(mén)百永，車(chē)小花，喬文孝*

中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102249

聲電測(cè)井是一種基于地層巖石的聲電耦合效應(yīng)探測(cè)的、特殊的井孔地球物理測(cè)井方法。自行研發(fā)的聲電效應(yīng)測(cè)井儀(AELT)在中國(guó)北部某油井進(jìn)行了實(shí)際下井測(cè)試，通過(guò)使用聲波信號(hào)和電信號(hào)同步采集的方式得到了該井聲波發(fā)射時(shí)的聲電同步接收信號(hào)，在井下觀測(cè)到了聲電效應(yīng)測(cè)井理論所預(yù)期的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換電信號(hào)和界面模式聲電轉(zhuǎn)換電信號(hào)。初步對(duì)比結(jié)果表明，伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的波形組成成分以及頻率特征與聲波發(fā)射—聲波接收信號(hào)的特征相似；在整個(gè)測(cè)量井段，縱橫波信號(hào)能量與由此產(chǎn)生的聲電信號(hào)能量相對(duì)較弱；而斯通利波信號(hào)能量與由此產(chǎn)生的聲電信號(hào)能量相對(duì)較強(qiáng)，且二者隨深度的變化趨勢(shì)具有很高的相關(guān)性。界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)到時(shí)幾乎不會(huì)隨源距和地層深度的變化而改變，其能量與常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)之間具有很高的相關(guān)性。結(jié)合由聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換出的電信號(hào)的相關(guān)特征，有可能為裸眼井地層參數(shù)評(píng)價(jià)提供新的參考依據(jù)。

聲電效應(yīng)；井下實(shí)測(cè)；測(cè)井；滲透率

0 引言

1939年，前蘇聯(lián)科學(xué)家Ivanov發(fā)現(xiàn)了巖石的震電效應(yīng)，Ivanov在不加電的情況下測(cè)量到了由地震波產(chǎn)生的電場(chǎng)，指出這可能與雙電層聲電效應(yīng)有關(guān)[1]。Frenkel建立了固相運(yùn)動(dòng)與孔隙流體運(yùn)動(dòng)相耦合的孔隙介質(zhì)波動(dòng)理論以解釋此現(xiàn)象[2]。之后的50年由于震電效應(yīng)理論研究缺乏，電子技術(shù)的限制，相關(guān)報(bào)道很少[3-7]。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，1993年，Exxon Mobil公司進(jìn)行了野外震電實(shí)驗(yàn)[8]，測(cè)得了流體飽和沉積巖中的電磁場(chǎng)。隨后，多位地球物理學(xué)家針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)震電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，一定程度上證明了震電效應(yīng)的真實(shí)性和震電轉(zhuǎn)換信號(hào)的可檢測(cè)性[9-13]。同時(shí)，震電效應(yīng)相關(guān)理論也有了一定的發(fā)展：在Frenkel和Biot的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了宏觀聲電耦合的控制方程組，表明孔隙介質(zhì)中存在兩種類型的電磁場(chǎng)擾動(dòng)[14]。但是在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，只能觀測(cè)到來(lái)自地下300 m以上地層分界面的震電轉(zhuǎn)換信號(hào)[15-17]。鑒于此，提出利用井中垂直震電剖面(VESP)來(lái)觀測(cè)震電轉(zhuǎn)換信號(hào)的設(shè)想[18]，但是VESP震源距離勘探目的層位依然很遠(yuǎn)，地震波在遇到多個(gè)分界面時(shí)會(huì)發(fā)生多次反射和折射，使得接收到的波形較為復(fù)雜，不易辨別。

聲電效應(yīng)測(cè)井是一種井下聲電探測(cè)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于輻射源和接收器都在井內(nèi)，可以使下井儀距離勘探目的層位很近，能同時(shí)獲得地層的聲學(xué)參數(shù)和電學(xué)參數(shù)，有可能提高對(duì)不同性質(zhì)地層的探測(cè)分辨率。前人已經(jīng)在聲電效應(yīng)測(cè)井的實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面進(jìn)行了大量工作：Zhu在小型模型井的實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到了聲電測(cè)井信號(hào)、電聲測(cè)井信號(hào)，考察了不同類型地層中波的特征以及地層裂縫對(duì)波場(chǎng)的影響[19]；Mikhailov通過(guò)在低頻情況下測(cè)量井中伴隨斯通利波的電場(chǎng)，指出了伴隨電場(chǎng)與孔隙度和滲透率都有關(guān)[20]；Zhu和Toks?z通過(guò)考察井外存在水平和豎直裂隙情況下井內(nèi)單極聲源和偶極聲源激發(fā)的震電、震磁轉(zhuǎn)換信號(hào)，檢測(cè)到了伴隨井孔模式波的磁場(chǎng)[21]。Wang通過(guò)建立縮尺模型井，進(jìn)行了聲電效應(yīng)測(cè)井的物理模擬實(shí)驗(yàn)[22-23]。前人也進(jìn)行了大量的理論推導(dǎo)及數(shù)值模擬工作，Hu分析了震電全波與孔隙介質(zhì)的孔隙度、滲透率等參數(shù)的關(guān)系[24]；Mikhailov通過(guò)采用簡(jiǎn)化算法，在準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)條件下，采用低頻井孔斯通利波近似公式[25]，模擬計(jì)算了低頻斯通利波的伴隨電磁場(chǎng)[20]。Guan通過(guò)數(shù)值模擬方法，研究了充液井孔中的聲電轉(zhuǎn)換場(chǎng)[26]、隨鉆條件下的聲電轉(zhuǎn)換場(chǎng)[27]，同時(shí)還分析了聲電轉(zhuǎn)換場(chǎng)中斯通利波信號(hào)特征與地層參數(shù)之間的關(guān)系[28]。這些數(shù)值模擬結(jié)果有利于建立聲電效應(yīng)相關(guān)特征與巖石力學(xué)電學(xué)等參數(shù)的關(guān)系。但目前的數(shù)值模擬尚停留在簡(jiǎn)單介質(zhì)的模擬層面，實(shí)驗(yàn)研究仍停留在縮尺模擬階段，難以模擬不同孔滲特性的巖石，特別是不同性質(zhì)巖石之間的聲學(xué)電學(xué)耦合情況。已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖然對(duì)實(shí)際聲電效應(yīng)的解釋及研究具有指導(dǎo)意義，但是對(duì)于井下復(fù)雜地質(zhì)情況下的聲電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M和實(shí)際測(cè)井解釋的指導(dǎo)作用仍有局限。

1 聲電效應(yīng)測(cè)井儀測(cè)井實(shí)例分析

1.1 AELT儀器的測(cè)量方式

筆者所在的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了聲電效應(yīng)測(cè)井儀(Acoustoelectric Well Logging Tool, AELT)原型機(jī)。圖1為AELT結(jié)構(gòu)示意圖，其中A、B為供電電極；Vn(n=1,2,3,4)為測(cè)量電極，用以測(cè)量不同位置處的電位值；Rn(n=1,2,3)為聲接收換能器；T為由多個(gè)單極子發(fā)射換能器組成的相控線陣聲波輻射器。當(dāng)AELT工作時(shí)，由聲波輻射器T向地層發(fā)出脈沖聲波信號(hào)，聲接收換能器Rn和測(cè)量電極Vn同時(shí)開(kāi)始采集信號(hào)，同時(shí)儀器內(nèi)部的差分電路將Vn中每相鄰的兩個(gè)測(cè)量電極所測(cè)量得到的電位數(shù)值相減，得到3組差分電位信號(hào)Dn(n=1,2,3)，Dn=Vn-Vn+1；這樣就得到了3種源距下的三組聲波發(fā)射—聲電同步接收信號(hào)(聲波信號(hào)Wn和電位差分信號(hào)Dn，n=1,2,3)。該儀器使用聲波發(fā)射換能器在井孔中激發(fā)聲波信號(hào)，并用不同源距的3個(gè)聲波接收器接收聲波信號(hào)、同時(shí)用4個(gè)電極接收電位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同一地層深度下的聲發(fā)射—聲接收信號(hào)和聲發(fā)射—電接收信號(hào)同步采集，這樣設(shè)計(jì)可以保證在相同的深度點(diǎn)同步記錄聲波信號(hào)以及由聲電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)，有利于分析聲波信號(hào)和聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)之間的關(guān)系以及與地層聲學(xué)電學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系[29-30]。

圖1 AELT結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1 The construction of AELT

1.2 AELT實(shí)測(cè)信號(hào)展示

近期，我們?cè)谥袊?guó)北部勝利油田某砂泥巖油井進(jìn)行了AELT下井測(cè)試，獲得了實(shí)際地質(zhì)條件下的聲電測(cè)井信號(hào)。圖2表示了在深度x750～x880 m井段聲波接收器R1接收到的聲波波形信號(hào)W1和由電極V1和V2接收到的電位差分信號(hào)D1，激勵(lì)信號(hào)的主頻16 kHz。從圖2中可以看出，聲波波形W1中模式波信號(hào)的到時(shí)隨著地層深度的變化而變化，波形特征與常規(guī)聲波測(cè)井信號(hào)相似，信噪比較高。電位差分接收信號(hào)D1在整個(gè)測(cè)量井段中均有信號(hào)響應(yīng)，信噪比良好。根據(jù)波形的整體特征可以將接收信號(hào)D1中的信號(hào)分為兩類，第一類模式的到時(shí)很早(約10μs)，其到時(shí)基本不隨地層深度而改變，可以視為電磁波速度傳播的“界面模式”聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，以下簡(jiǎn)稱為界面模式；第二類模式的波形形態(tài)與到時(shí)等特征與聲波信號(hào)W1非常相似，可以視為聲波信號(hào)的“伴隨模式”聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，以下簡(jiǎn)稱稱為伴隨模式。這兩種模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)到時(shí)和波形形態(tài)特征與前人的實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果之間有一定的相關(guān)性。

圖3為兩種不同深度下的電差分接收信號(hào)在零時(shí)刻附近的波形，用以觀察界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的到時(shí)特征，其中紅色、藍(lán)色和黑色曲線分別表示短源距接收信號(hào)D3、中源距接收信號(hào)D2和長(zhǎng)源距接收信號(hào)D1。從圖3可以看出：第一，同一深度位置測(cè)量的不同源距的界面模式信號(hào)的到時(shí)不會(huì)隨著源距的變化而改變。第二，結(jié)合圖2可知，圖3所展示的這兩個(gè)深度點(diǎn)上伴隨模式信號(hào)的到時(shí)存在明顯差異，而界面模式信號(hào)的到時(shí)則沒(méi)有改變，我們統(tǒng)計(jì)了整個(gè)測(cè)量井段界面模式信號(hào)的到達(dá)時(shí)間均約為9.8μs，且?guī)缀醪粫?huì)隨地層性質(zhì)的變化而改變。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可以解釋為：當(dāng)聲波發(fā)射換能器發(fā)出的聲波能量傳播到井壁上時(shí)，部分聲波能量立即激發(fā)起地層中骨架和孔隙流體的相對(duì)位移，從而產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電信號(hào)，然后該信號(hào)以電磁波的速度傳播并被測(cè)量電極所接收到，因此界面模式信號(hào)的到時(shí)T由兩部分組成T=T1+T2，一是聲波能量由聲波發(fā)射換能器輻射面到達(dá)井壁所用的時(shí)間T1，二是界面模式信號(hào)產(chǎn)生以后從井壁介質(zhì)以電磁波的速度傳播到測(cè)量電極所用的時(shí)間T2。由于電磁波傳播速度遠(yuǎn)大于聲波傳播速度，因此T1>>T2，所以T≈T1。因此可以認(rèn)為聲波發(fā)射換能器輻射面與井壁之間的距離決定了T的大小，取泥漿聲速為1 500 m/s，則T所對(duì)應(yīng)的距離約為1.47 cm，這與實(shí)際測(cè)井儀器的幾何尺寸比較吻合。

圖2 聲電效應(yīng)測(cè)井實(shí)測(cè)信號(hào)Fig. 2 Received signals

圖3 不同深度下的“界面模式”聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)Fig. 3 The interface-mode acoustoelectric signals at two different depths

圖4表示了深度為1 760 m處的R1接收器接收到的聲波信號(hào)W1和R1附近的電位差分接收信號(hào)D1的波形對(duì)比曲線，用以對(duì)比兩種信號(hào)之間的特征差異。伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)產(chǎn)生于聲波波及的地層中，由于地層中存在離子雙電層，當(dāng)彈性波在這種流體飽和孔隙介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起流體相對(duì)于骨架的流動(dòng)，這種攜帶凈剩電荷運(yùn)移的滲流運(yùn)動(dòng)可引起地層電位的變化并被測(cè)量電極接收到，形成了伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，該信號(hào)伴隨著聲波信號(hào)的傳播而產(chǎn)生，只有當(dāng)聲波能量傳播到目標(biāo)地層時(shí)才能探測(cè)到來(lái)自該層位的電位變化，體現(xiàn)在圖2中，表現(xiàn)為該模式的到時(shí)隨著地層性質(zhì)的變化而改變，變化趨勢(shì)與聲波發(fā)射—聲波接收信號(hào)有相似性。從圖4所示的時(shí)域波形中可以清楚地觀察到伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，并且伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)與同位置接收到的聲發(fā)射聲接收信號(hào)波形特征相似，伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的整體到達(dá)時(shí)間要略早于W1中相應(yīng)的聲波信號(hào)(約20μs)，這是由于當(dāng)聲波信號(hào)的擾動(dòng)改變了地層內(nèi)電荷的分布后，電位的擾動(dòng)會(huì)立即被電位電極接收到，而聲波信號(hào)則由在地層中滑行的聲能量以臨界折射角向井內(nèi)輻射能量，然后以井液中縱波的傳播速度傳播并被聲接收換能器接收到。伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)雖然伴隨聲波信號(hào)產(chǎn)生，但是由于測(cè)量方式的差異，導(dǎo)致接收到信號(hào)的時(shí)間有所差異。我們計(jì)算了D1信號(hào)中的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)部分(0.8～3 ms)的頻譜，并將其與聲波信號(hào)W1的頻譜進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，在聲波測(cè)井的頻段，都可以激發(fā)起聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，而且聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)和聲聲信號(hào)的頻譜非常相似。這些現(xiàn)象與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果之間有一定的相似性。

圖4 深度為1 760 m處的聲電測(cè)井信號(hào)對(duì)比Fig.4 Received signals from depth 1 760 m

圖5 深度為1 760 m處的聲電測(cè)井信號(hào)頻譜對(duì)比Fig. 5 Spectrum of received signals from depth 1 760 m

1.3 實(shí)測(cè)聲電信號(hào)的進(jìn)一步分析

由聲電效應(yīng)產(chǎn)生的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的強(qiáng)弱取決于多個(gè)方面，如滑行聲波的能量、孔隙流體電學(xué)性質(zhì)、地層孔隙的連通性質(zhì)，特別是巖石的滲透率等因素。在使用聲電測(cè)井儀器評(píng)價(jià)實(shí)際地層參數(shù)時(shí)，由于許多參數(shù)往往是未知的或者測(cè)不準(zhǔn)的，這就給利用聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)特征評(píng)價(jià)地層參數(shù)帶來(lái)了一定的困難。因此，在進(jìn)行聲電效應(yīng)進(jìn)行地層參數(shù)評(píng)價(jià)的研究時(shí)，為了從定性的角度觀察伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)幅度和聲發(fā)射—聲接收信號(hào)幅度之間的關(guān)系，我們按照式(1)計(jì)算聲波接收信號(hào)Wn的能量(EA)以及電位差分接收信號(hào)Dn中伴隨模式電信號(hào)的能量(EE)。在計(jì)算能量時(shí)，首先計(jì)算出聲波信號(hào)首波到時(shí)，以該到時(shí)為起點(diǎn)并選擇適當(dāng)?shù)拇伴L(zhǎng)對(duì)聲聲信號(hào)按式(1)進(jìn)行積分，就得到了EA；然后將該窗內(nèi)的Wn信號(hào)作為基準(zhǔn)，利用求相關(guān)系數(shù)的方法找出Dn信號(hào)中與Wn信號(hào)相關(guān)性最高的波形區(qū)間，并對(duì)該窗內(nèi)的聲電信號(hào)按式(1)積分得到EE，式中t1和t1′分別為Wn信號(hào)和Dn信號(hào)的開(kāi)窗起始時(shí)刻，L為積分所開(kāi)窗的窗長(zhǎng)，Δt為信號(hào)的時(shí)間采樣間隔。

將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(W1和D1)按照式(1)進(jìn)行處理得到EE和EA。為了分析井中不同模式的聲波信號(hào)與聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)強(qiáng)度之間的關(guān)系，分別計(jì)算兩個(gè)不同時(shí)間窗內(nèi)的能量值：第一個(gè)窗口的起始值為t1，如圖6(a)和(b)變密度圖中紅線所示，窗長(zhǎng)L1=0.5 ms ，在這個(gè)窗內(nèi)的波形中主要包含滑行縱波和滑行橫波成分；第二個(gè)窗口的起始值為t1+L1，窗長(zhǎng)L2=0.5 ms，在這個(gè)窗內(nèi)波形中主要為斯通利波部分,不同窗口內(nèi)波形中信號(hào)能量的計(jì)算結(jié)果如圖5中的(d)和(e)所示。為了使EE和EA能夠較好地對(duì)比，圖5中將EE放大了固定的倍數(shù)，計(jì)算得到的具體能量數(shù)值僅表征相對(duì)大小規(guī)律。綜合圖4和圖6可以看出：(1)在整個(gè)測(cè)量井段均可以觀察到聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)；(2)觀察圖6(a)和(b)，在整個(gè)測(cè)量井段，聲聲信號(hào)的縱橫波部分能量相對(duì)較弱，由此產(chǎn)生的聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)能量也相對(duì)較弱，在部分能量較強(qiáng)的井段，兩種能量值變化趨勢(shì)吻合得很好；(3)圖6(g)為使用STC方法處理聲聲信號(hào)得到的測(cè)量井段首波速度，觀察圖6(g)，在地層聲波速度較低的地層，斯通利波幅度較強(qiáng)，其對(duì)應(yīng)的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的信號(hào)能量也隨之增強(qiáng)，觀察圖6(c)和(d)，在整個(gè)測(cè)量井段，聲聲信號(hào)的斯通利波部分能量相對(duì)滑行縱波和滑行橫波部分較強(qiáng)，而與聲波斯通利波所對(duì)應(yīng)的聲電轉(zhuǎn)換伴隨波信號(hào)也很強(qiáng)，在整個(gè)測(cè)量井段，兩種信號(hào)能量值隨地層深度的變化趨勢(shì)吻合度很高；(4)結(jié)合電阻率曲線(R)和自然伽馬曲線(GR)可以看出，伴隨模式的能量與常規(guī)測(cè)井資料之間有一定的相關(guān)性。

圖6 結(jié)果展示(a)W1; (b)D1; (c)滑行縱波和滑行橫波能量(d)斯通利波能量; (e)界面模式能量; (f)電阻率; (g)速度; (h)自然伽馬Fig. 6 Results show(a)W1; (b)D1; (c)Energy of gliding P/S wave; (d) Energy of Stoneley-wave; (e) Energy of interface mode; (f) Resistivity; (g)Velocity; (h)Gamma ray

這里，我們單獨(dú)分析界面模式的能量與地層性質(zhì)之間的關(guān)系。由于滑行聲波聲擾動(dòng)導(dǎo)致井壁縱向范圍內(nèi)的電位分布不均勻，從而產(chǎn)生伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，所以伴隨模式的能量受滑行聲波能量的影響較強(qiáng)。界面模式產(chǎn)生于聲波發(fā)射換能器附近的井壁，由于與伴隨模式的產(chǎn)生機(jī)理有所差異，所以界面模式的能量更多地反映了地層的性質(zhì)。結(jié)合兩種模式的產(chǎn)生機(jī)理，我們選擇電位差發(fā)信號(hào)來(lái)計(jì)算伴隨模式的能量，而使用電位接收信號(hào)來(lái)計(jì)算界面模式的能量。圖6(e)為電位接收器V4所接收到的電位信號(hào)中界面模式能量(窗口的起始值t=0，窗長(zhǎng)L=0.2 ms)，結(jié)合伴隨模式以及常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)可以看出：界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的能量隨著地層性質(zhì)的改變而改變，在整個(gè)測(cè)量井段，界面模式的能量值整體的變化規(guī)律與常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)之間有著很高的相關(guān)性，但是其變化的程度并不完全一致，也就是說(shuō)界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的能量可以作為新的條件引入地層滲透率評(píng)價(jià)中。

綜上認(rèn)為，井孔中不同井孔模式波的聲波信號(hào)都能夠激發(fā)起其對(duì)應(yīng)的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，且聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的強(qiáng)弱與聲波信號(hào)的強(qiáng)弱之間存在相關(guān)性，同時(shí)，界面模式的能量也與地層常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)之間具有很高的相關(guān)性。這在一定程度上說(shuō)明，伴隨模式和界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)中包含有地層的信息，因此結(jié)合聲電信號(hào)和聲發(fā)射—聲接收信號(hào)有可能形成評(píng)價(jià)孔隙滲透性質(zhì)的新方法。

2 結(jié)論

通過(guò)在勝利油田某砂泥巖油井的AELT下井實(shí)測(cè)，在實(shí)際測(cè)井條件下觀測(cè)到了聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)。聲電轉(zhuǎn)換電信號(hào)由界面模式和伴隨模式兩部分組成。界面模式電信號(hào)在聲源發(fā)出的聲波能量傳播到井壁時(shí)產(chǎn)生，其到時(shí)幾乎不會(huì)隨源距和地層聲波速度的變化而改變。而伴隨模式波在井孔中不同模式聲波在傳播時(shí)產(chǎn)生、伴隨模式的波形組成成分以及頻率特征與聲波發(fā)射—聲接收信號(hào)的特征相似，均可看做是由滑行縱波、滑行橫波和斯通利波等井孔模式波組成。

通過(guò)對(duì)比不同類型的聲發(fā)射—聲接收信號(hào)能量及其對(duì)應(yīng)的伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)能量，發(fā)現(xiàn)伴隨模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)能量與聲發(fā)射—聲接收信號(hào)能量具有相關(guān)性，特別地，井孔聲波斯通利波伴隨的聲電轉(zhuǎn)換波信號(hào)的能量比井孔滑行縱波和滑行橫波伴隨的聲電轉(zhuǎn)換波信號(hào)的能量強(qiáng)得多。同時(shí)，界面模式聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的能量與地層常規(guī)測(cè)井資料有很高的相關(guān)性。影響地層聲電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象的因素主要有地層的電學(xué)參數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，特別是巖石的滲透率，目前得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明AELT可以檢測(cè)到來(lái)自不同地層的聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)，且初步分析結(jié)果表明聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)與地層性質(zhì)之間存在一定聯(lián)系，因此研發(fā)聲電測(cè)井儀器，同步結(jié)合聲波信號(hào)和電信號(hào)的相關(guān)特征，有可能為裸眼井測(cè)井評(píng)價(jià)地層參數(shù)提供新的參考依據(jù)。

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Field test of acoustoelectric logging signals and preliminary analysis

DUAN Wenxing, JU Xiaodong, LU Junqiang, MEN Baiyong, CHE Xiaohua, QIAO Wenxiao
State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China

Acoustoelectric logging is an unconventional well-logging method based on the seismoelectric coupling effect in rocks. The acoustoelectric logging tool (AELT) developed by our team was tested in a well located at Eastern China. We received acoustic-acoustic and acoustic-electric synchronization signals via an acoustic and electric synchronous acquisition system. Theoretically expected accompany- and interface-mode acoustoelectric signals could be observed in the measured signals.Preliminary results show that the waveform composition and frequency characteristic of accompany-mode acoustoelectric and acoustic-acoustic signals are similar. Over the entire measured well section, the energy values of acoustic P/S-waves and the accompany-mode acoustoelectric signals emitted by this wave are relatively weak, whereas the energy values of the acoustic Stoneley wave and the accompany-mode acoustoelectric signals emitted by this wave are relatively strong. A high correlation exists between the energy of the acoustic-acoustic and acoustoelectric signals in the entire measured well section. The arrival time of interface-mode acoustoelectric signals is not changed by the variation in offset and formation acoustic velocity. The energy of interface-mode is related to conventional well-logging data. Certain features of the seismoelectric transition effect are related to the permeability and porosity of a formation, and thus, AELT can potentially provide a new solution for estimating formation parameters.

acoustoelectric effect; measured underground; logging; permeability

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.003

(編輯 付娟娟)

*通信作者, qiaowx@cup.edu.cn

2016-10-12

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11204380,11374371,11134011,61102102); 國(guó)家油氣重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2011ZX05020-009); 中國(guó)石油科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2014D-5006-0307); 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司項(xiàng)目(2014B-4011,2014D-4105,2014A-3912); 中國(guó)石油大學(xué)(北京)科研基金項(xiàng)目(2462015YQ0516)資助

段文星, 鞠曉東, 盧俊強(qiáng), 門(mén)百永, 車(chē)小花, 喬文孝. 聲電轉(zhuǎn)換信號(hào)的井下觀測(cè)與初步分析. 石油科學(xué)通報(bào), 2017, 01: 24-31

DUAN Wenxing, JU Xiaodong, LU Junqiang, MEN Baiyong, CHE Xiaohua, QIAO Wenxiao. Field test of acoustoelectric logging signals and preliminary analysis. Petroleum Science Bulletin, 2017, 01: 24-31. doi: 10.3969/j.issn.2096-1693.2017.01.003