聲波測井

聲波測井是指利用聲波在不同岩石的中傳播時，速度、幅度及頻率的變化等聲學特性不相同來研究鑽井的地質剖面，判斷固井質量的一種測井方法。

基本介紹

• 中文名：聲波測井
• 外文名：sonic logging
• 分類：聲速測井和聲幅測井
• 影響因素：聲波時差測井
• 測量：礦物成分、孔隙度等
• 學科：地球物理勘探

原理

將一個受控聲波振源放入井中,聲源發出的聲波引起周圍質點的振動,在地層中產生體波即縱波和橫波,在井壁一鑽井液界面上產生誘導的界面波即偽瑞利波和斯通萊波。這些波作為地層信息的載體,被井下接收器接收,送至地面的記錄下來,就是聲波測井。接收器、聲源統稱為聲系,根據聲系排列及尺寸的不同,聲波測井儀可分為補償測井儀(BHC)、長源距聲波測井儀( LSS)和陣列聲波測井儀。聲波在井內地層中傳播由於地層岩石成分、結構、孔隙中流體成分的變化其波的速度、幅度甚至頻率都會發生變化。只記錄聲波速度變化的稱為聲速測井(AC),而記錄聲幅度變化的則稱為聲幅測井。聲波速度測井中短源聲系僅記錄縱波(即首波)傳播時差,長源距聲系可記錄下縱波、橫波、偽瑞利波、斯通萊波等各種波列的傳播時差,所以又稱為全波聲波測井,而陣列聲波儀由於聲系複雜既可以記錄縱波聲速,又可以記錄全波列聲速,還可以記錄聲幅。

分類

聲波測井分為聲速測井和聲幅測井。聲速測井測量地層聲波速度。地層聲波速度跟地層的岩性、孔隙度以及孔隙流體性質等因素有關。根據聲波在地層中的傳播速度，就可以確定地層孔隙度、岩性即孔隙流體性質。

聲波速度測井簡稱聲速測井，它記錄的是聲波通過1米岩層所需的時間，測量地層滑行波的時差△t(地層縱波速度的倒數)。主要用以計算地層孔隙度、地層岩性分析和判斷氣層等。

聲波測井方法

1.補償聲波測井儀(BHC)

補償聲波測井儀(BHC)的聲系如圖所示。是用兩個發射器和兩個接收器組成的特殊類型的聲波速度測井儀,普通的聲速測井儀只有一個發射器和兩個接收器。它的測量結果受井徑變化和儀器相對於井軸傾斜的影響。當儀器的問距與源距固定時,它對於發射器在接收器之上和發射器在接收器之下的測量結果的影響正好相反。井眼補償聲波測井儀是把這兩種情況結合起來消除井徑變化和儀器傾斜影響的儀器。

補償聲波測井可消除井徑變化(垮塌、溶洞及工程原因)對測量結果的影響。使用井眼補償聲波測井,求取縱波速度,從而確定岩性和岩石孔隙度，但由於這些方法的探測深度較淺，受井眼環境及侵入帶影響較大,為此提出了長源距聲波測井和陣列聲波測井。

2.長源距聲波測井

長源距聲波測井是繼井眼補償聲波測井儀之後出現的一種聲波測井儀。它具有前者井眼補償的相同特點，同時由於源距較長使波列中各種成分的波更易於劃分、有利於充分利用聲波測井的各種信息，並且由於探測深度較大，結果受井壁影響較小。長源距聲波測井儀有兩個接收器（R、R2）和兩個發射器（T1、T2）。測量是在兩個位置上進行的，在第一個位置時，發射器T1（或T2）發射、在頂部兩個接收器測最時差；當儀器提到兩個發射器和第一個位置時兩個接收器位置接近時，兩個發射器發射，R2（或R1）記錄。第一個位置記錄的結果由地面儀器存貯起來，等第二個位置記錄之後，由儀器自動計算並輸出經過井眼補償的聲波時差。

3.陣列聲波測井陣列聲波測井

現代聲波測井儀普遍採用多個感測器，構成所謂陣列聲波測井儀，如阿特拉斯公司的DAC、MAC和斯侖貝謝公司的DSl等。通過記錄多條曲線進行相關和疊加處理，可以有效地壓制干擾，準確提取縱波、橫波和斯通利波的各種信息。由於接收器的間距較小，能滿足薄層研究的需要。

陣列聲波測井的聲系如圖所示,在聲系的下部是兩個壓電陶瓷發射器,間距2ft(61cm),發射器頻寬為5~18kHZ。聲系的上部有8 個壓電陶瓷接收器,每個接收器之間的距離為6in (15.2cm),這組接收器用於陣列聲波測井。第一個接收器與上發射器之間的源距為8ft,與下發射器之間的距離為10ft,第一個接收器與第五個接收器間的距離為2ft,這樣的聲系可組成源距分別為8ft 和10ft 的長源距聲波測井。

在聲系的中部有兩個間距為2ft 的接收器，它們與上、下發射器組成以源距分別為5ft 和7ft的標準井眼補償測井，可用於裸眼井測量；在下套管井中可用源距為3ft 的聲系進行水泥膠結測井(CBL),用源距為5ft 的聲系進行變密度測井(VDL),這兩種測量結果可用於檢查水泥固結質量。在儀器的最頂部是用於測量井內流體聲速的測量系統,發射器與接收器相距很近,測井時可連續測量中流體的聲波速度。

4.偶極子陣列聲波測井

是將普通聲波測井儀的單極子技術同偶極子技術有機的組合在一起，其最大優勢是在地層橫波速度低於井內流體聲速時的鬆軟地層，同樣可以獲得準確的縱波、橫波、斯通利波的時差及各類波形在不同接收器上的幅度、衰減係數等參數，同偶極子陣列聲波相比交叉偶極子陣列聲波測井還可以提供地層橫波各向異性的大小和方向，對上述結果進行綜合分析，可協助常規測井資料有效地對儲層進行評價。此外，在計算岩石力學參數、工程應力參數、評估井眼穩定性方面都有其獨特的功效。

5.超音波成像測井

採用旋轉式超換能，對井眼四周進行掃描，並記錄回波波形。岩石聲阻抗的變化會引起回波幅度的變化，井徑的變化會引起間波傳播時間的變化。將測量的反射波幅度和傳播時間按井眼內360度方位顯示成圖像，就可對整個井壁進行高解析度成像，由此可以觀察井下岩性及幾何界面的變化。

聲波曲線的影響因素

1、岩石的礦物成分不同，是造成岩石聲速差異的主要原因，即岩性是造成岩石聲速的主要因素。

2、孔隙性岩層的聲速要比相同岩性非孔隙性緻密岩層的聲速低。

3、孔隙度相同的砂岩，其含水時聲速遠高於含油時的聲速，而且砂岩孔隙度越大，砂岩骨架聲速越高，孔隙相同的含水砂岩和含油砂岩的聲速差異越明顯，含氣砂岩聲波時差最大。

4、埋藏深度對聲速也是有影響的，隨深度的增加，岩層所受的上腹地層壓力增加，使岩石的顆粒密度、彈性模量以及孔隙中流體密度、彈性參數都會發生變化，更主要的是，岩層孔隙度隨上覆岩層深度的增加而又規律減小，這就使岩層聲速增加，即相同岩性的地層的聲波時差減小。

聲波測井曲線的套用

1、劃分地層

由於不同地層具有不同的聲波速度，所以根據聲波時差曲線可以劃分不同岩性地層，砂泥岩剖岩中砂岩聲波速度大，時差小；泥岩聲波速度小；在碳酸鹽岩剖面中緻密灰岩和白雲岩時差低，含泥質時時差增大，若有裂縫和孔隙時聲波時差明顯增大。砂岩55.5 us/ft(182us/m)、灰岩為47us/ft(155us/m),白雲岩43us/ft(141us/m),淡水為189us/ft(620us/m)。

2、確定岩石孔隙度

3、識彆氣層和裂縫

聲波測井曲線表現為時差值急劇增大，增大的數值是按聲波信號的周期（50微秒左右）成倍增加，這種現象稱為“周波跳躍”。“周波跳躍”可以作為裂縫層段或儲集層中含氣的特徵標誌。

（1） 時差一般性增大，一般可以認為同類地層中孔隙度更發育一些。但如果有產氣或裂縫的地質依據，也可以判斷為有氣或有裂縫帶。

（2） 如果時差明顯增大或有周波跳躍，當地質上可能含氣，並且電阻率測井以明顯高電阻率顯示證明地層含油氣時，可以判斷為氣層；當地質上不可能含氣時，可以判斷為裂縫異常發育；如果本地層存在裂縫發育的氣層，也應從電阻率測井等資料證實。

（3） 井眼嚴重擴大的岩鹽層或泥漿嚴重混氣的井段，也可能產生時差明顯增大或周波跳躍。