淺論HRAS高分辨率聲波測井儀的原理和應(yīng)用

程圓 梁瀲 張琳 王浩全 范雨航 譚荃

摘要：聲波時差測井是目前測量孔隙度的三大方法之一。聲波測井是以研究井下巖石的聲學(xué)特性為基礎(chǔ)的，聲波通過巖石，其速度、幅度都會發(fā)生變化。HRAS高分辨率聲波測井儀主要就是利用的聲波的速度和幅度這兩個特性進(jìn)行測量。就HRAS聲波時差測井儀原理及應(yīng)用，本文作了淺論。

關(guān)鍵詞：聲波測井儀;測井原理;聲波時差的應(yīng)用

一、聲波測井儀結(jié)構(gòu)

HRAS聲波測井儀由上、下電子線路短節(jié)和聲系三個部分組成。聲波的下線路用于為聲波供電，上線路用于處理聲波的信號，而聲波的聲系為單發(fā)四收陣列。聲系的布置示意圖如圖1所示，接收換能器陣列從上到下為R1～R4，四個接收換能器的間距d=8’’（20.32cm），發(fā)射器T位于下部，源距s=3’（0.92m）。

二、聲波時差測井原理

遙測短節(jié)TGR每發(fā)送一個握手信號，高分辨率聲波就發(fā)射一次，從而產(chǎn)生向井內(nèi)泥漿以及周圍巖層的傳播的聲波。因?yàn)槟酀{與巖層的性質(zhì)不同，聲波在兩種介質(zhì)中的傳播速度也不同，聲波從井壁射入地層時產(chǎn)生折射，當(dāng)聲波在地層中傳播的速度大于在泥漿中傳播的速度時，必然會產(chǎn)生入射的臨界角，產(chǎn)生在井壁上（泥漿和巖層交界處）傳播的滑行波。到達(dá)接收換能器的聲波的路徑如圖2所示。

通過計算得知，在井壁上的滑行波包含的是多種波形成分，它們隨到達(dá)時間的先后順序排列，可以形成如圖3所示的一個聲波波列。

而通過設(shè)計合理的源距，聲波測井儀的四個接受環(huán)能器可以接收測量井壁上的滑行縱波來進(jìn)行測井。

如圖2所示，測井時，隨著儀器的提升，接收器R1～R4依次通過統(tǒng)一測量井段h（h=8’’）可以計算出三個時差：

Δt′=（TR1-TR2）/d;Δt′=（TR2-TR3）/d;Δt′=（TR3-TR4）/d

取平均值得：Δt′=（Δt′+Δt′+Δt′）/3

通過小間距對同一地層進(jìn)行三次測量而取平均值，即提高了縱向分辨率，又未增加誤差。

但是這個結(jié)果相當(dāng)于單發(fā)雙收的情況，若井徑擴(kuò)大，Δt′會受影響增大。所以需要測量當(dāng)發(fā)射器T通過同一井段h時的時差：

Δt″=（TR1-TR2）/d;Δt″=（TR2-TR3）/d;Δt″=（TR3-TR4）/d

得出：Δt″=（Δt″+Δt″+Δt″）/3

最后，將Δt′、Δt″兩者平均就可以得出補(bǔ)償時差：Δt=Δt′+Δt″。

三、聲波時差測井的應(yīng)用

1、劃分地層，在砂泥巖剖面中，砂巖的聲速一般較大，時差較低，而含鈣質(zhì)膠結(jié)物的聲速比泥質(zhì)膠結(jié)物的聲速快，孔隙度和氣體含量的增多都會使時差增大，泥巖聲波時差值高，而頁巖時差值在砂巖和泥巖之間。

2、判斷氣層，含氣砂巖的聲波時差明顯大于含油水地層的聲波時差，在高孔隙度的疏松砂巖層中，油層的聲波時差會比水層大10%-20%左右。并且在孔隙度高的疏松砂巖氣層中，因?yàn)榈貙又袣怏w對聲波的衰減作用，會使聲波能量衰減，造成周波跳躍。

3、確定巖石孔隙度，時差測井主要就是用來確定巖石的孔隙度，因?yàn)閹r層聲速與孔隙度有關(guān)。在固結(jié)、壓實(shí)的純地層中，如果分布的是小的均勻的粒間孔隙，則孔隙度和時差存在線性關(guān)系。

Δt=Aφ+B（A=孔隙中流體時差 — 巖石骨架時差 ??B=巖石骨架時差）

不同地區(qū)，不同地層的A和B值是不同的，需要根據(jù)不同地區(qū)、地層來確定數(shù)據(jù)。

結(jié)語

聲波是近年來發(fā)展較快的一種測井方法，隨著對聲波在裸眼井中的傳播理論的研究更加深入，有利于擴(kuò)大聲波在測井中的運(yùn)用，對尋找油氣提供更多的幫助。