声波测井技术在20世纪50年代开始出现, 现在经过了半个世纪的发展已经成为物理测井技术中最重要最流行的测井方法之一。物理测井的方法和技术有很多, 如电阻率测井技术、核磁测井技术、电缆地层测试技术、声波测井技术等等。众所周知, 声波在不同的介质中传播, 它的声学特性会不同。声波测井技术正是利用了岩石的这些声学特性, 来研究井下的地质, 识别岩层判断固丼质量。虽然声波测井技术相比于前几种技术来说出现的较晚, 但是近些年来发展较快, 主要是因为它不受泥浆性质的泥浆侵入的影响, 而且声波测井的仪器更加快捷轻便。另外, 对声波在岩石中传播时一些声学特性的研究也推动了声波测井技术的发展。目前虽然我国的声波测井仪器还不是很先进, 但是在一些测井的资料、信号处理方面已颇具特色。
声波是通过机械振动产生的一种运动形式, 介质的弹性与声波在其中的传播情况有着密切的联系。在声波测井时, 由于声波的能量小作用快, 所以岩石就可以当做弹性体, 根据弹性波的特点来研究传播过程和规律。最早出现的声波测井技术主要是声速测井和声幅测井, 声波测井使用的设备是声波测井仪器, 通过它发出的声波探测井下岩石的性质, 估算地层孔隙度, 目前这是应用较多的声波测井方法。
声波测井系统由三部分构成, 分别是井下换能器、地面控制器以及相应的处理记录设备。地上记录设备用于记录两次接受换能器的中点时间, 不是声波信号到达时的初始时间, 这样的测量会减小使用测量时带来的误差, 起到增加准确度的效果。在测试前先要测量声波在岩体中传播的速度, 再用换能器间的距离与传播的时间相除就可以得到在介质内的传播速度, 记录数据。
传统的声波测井技术更加注重的是井下声波的传播特点, 而忽略了地面的接收记录仪器, 接收器对信号的影响作用, 后来人们引入了信号网络的概念, 把声波测井的过程等效成一个信号的网络传输模型, 可以准确地探测出丼眼附近的地质情况。在一些长源距或软地层的声波测井中, 由于声波信号衰减较大, 实际到达接收器的首波信号微弱, 所以应用传输网络的模型可以提高首波信号的振动幅度。
声波测井技术发展很快, 从早期的声速、声幅测井, 到长源距声波测井, 再到现在的多极子阵列声波测井、超声波井眼成像仪等等。声波测井技术发展至今已经不仅仅是一种依靠声学的技术, 而是融合了声学理论、计算机信息处理技术、电子技术等最新的科学技术的现代的测量技术, 并且声波测井技术仍在不断发展和提高, 在地层评价、石油开采等领域都发挥着重要的作用。下面介绍声波速度 (或时差) 测井的几种具体应用。
划分地层依据的理论基础是声波在不同种类的岩石中传播速度不同, 时差值也不同。砂泥岩剖面中, 砂岩的时差比泥岩的时差低, 而其中渗透性的砂岩比致密性砂岩的时差低, 泥岩的时差跟致密性砂岩的时差近似, 因为泥岩中大多含有钙、石膏等物质。碳酸盐岩剖面中, 根据周波跳跃现象可以划分石灰岩和白云岩孔隙性和裂缝性, 同样含泥岩较多的时差也越高。总而言之, 利用声波的时差性能反应出岩石的致密程度, 利用时差曲线可以更好地对地层作以对比和划分。
在岩性一定的条件下, 气层段的时差值较大, 而且会产生周波跳跃现象, 所以据此可以判断是否为油层还是气层。若地质层中不可能为含气层, 而且还有明显的时差增加或是周波跳跃现象, 则可能为裂缝异常发育。
岩石的孔隙度会直接影响到岩石的密度, 而声波在岩石中的传播速度又与岩石密度有很大关系, 所以可以借助声波速度, 根据怀利时间平均公式估算出岩石的孔隙度。
随着科技的发展, 基础设备的功能以及精确度的日益完善, 人们又开发出了偶极以及多级声波测井技术, 偶极技术称为低频偶极声波测井技术, 这两种技术已经趋于成熟, 无论是哪种技术的发展都要基于陈列化和集成化。现今的的测井技术都是多种技术综合应用, 有些还运用了三维立体空间图像, 这一方法也提高了测井的效率和成功率。在井眼的环境下, 纵向的地质各不相同, 采用阵列化测量有利于信息的处理, 提高测量精度, 使测量更加准确。也有助于提高测量深度, 提高方位分辨率, 增加信息量。在信号接收方面, 未来的探井技术数字化精度将会越来越高, 随着三维声波测井技术的诞生, 提升了仪器对环境的适应能力、信息获取量和采集处理质量。现今的技术对仪器的频率控制能力也有所提升, 根据不同的地质采用不同的声波频率, 对于处理不同大小的井眼, 不同地质的井洞都有巨大的帮助。如今的声波测井技术应用领域不仅限于对井洞的测量, 已经扩展到很大的应用范围, 在套管井尤为常用, 它可以有效地提高噪声干扰和提高信噪比, 完善了套管测量时的精度。
为了能更好地满足未来测井、油田勘探等需要, 我国的声波测井技术还需要不断地发展, 从测井理论、测井方法及测井仪器上都要有所创新。本着降低成本提高效率和经济效益的目的, 根据实际的地质情况, 加大对新方法和新技术的研究, 尽快缩小与国外的差距, 使我国的声波测井技术在国际上也达到领先的水平。
摘要：声波测井就是利用声波在岩石中的传播特性来研究探测井下地质情况, 从而判断固丼的一种测井方法。这种测井的方法起步较晚, 但是近些年来发展迅速, 新的技术和工艺不断涌现, 已经成为非常重要的一种测井方法。本文从声波测井技术的原理、应用及发展趋势几方面简要地介绍一下声波测井技术。
关键词：声波测井,岩石,时差值,传输网络
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