聲波變密度測井技術的應用研究

付冰

(中國石油集團長城鉆探工程有限公司測井公司數解中心,遼寧 盤錦 124010)

1 聲波測井簡介

聲幅－變密度測井是由磁定位(CCL)、自然伽馬儀(GR)和聲幅-變密度儀(CBL-VDL)組成，能夠實現一次下井，測出CCL、GR、CBL-VDL等多條組合曲線。聲波發射器發射聲脈沖，經過泥漿折射入套管，產生套管波。套管波沿最短路徑傳播，折射入井里泥漿（或井液）。接收器接受聲波波列中首波的幅度。經過電子線路把它轉換為相應的電壓值予以記錄。超聲成像測井儀實現井周直觀、快速成像，可以直觀地識別裂縫、溶孔溶洞，可檢測套管腐蝕、變形，檢測射孔、水力割縫質量。該儀器已經在烏孜別克斯坦應用于實際測井，取得了優質的測井資料。

聲波變密度測井也屬于聲波測井的一種，其原理是利用水泥和泥漿（或水）其聲阻抗的較大差異對沿套管軸向傳播的聲波的衰減影響來反映水泥與套管間、套管與地層的膠結質量。在我國遠探測聲波反射波成像測井技術以輻射到井外地層中的聲場能量作為入射波，探測從井旁裂縫或小構造反射回來的聲場。通過分析探測器接收到的全波列信號，技術人員猶如有了“順風耳”可以了解井旁介質的構造信息，具有性能可靠、方便快捷、時效高的特點。這項技術可以和5700測井系統直接掛接測井，最大的特點是源距可變，徑向探測深度為3米至10米，是其它測井方法無法比擬的。2009年6月，遠探測聲波反射波成像測井技術首次應用于塔里木油田，在井壁儲層不發育的情況下發現井旁裂縫性儲層，試油獲高產工業油氣流。在隨后的多口井中應用都取得了較好效果，為甲方試油決策提供了依據，得到油田用戶的信任。

2 聲波變密度的應用

2.1 全波列分析

波列從性質類別上來講，首先到達的是縱波，后到達的是橫波，從部位上來講，先到達的是距探頭最近的套管波，其次是能產生橫波的地層波，再后是泥漿波和低速波，全波列測井包含聲波的速度、幅度、頻率等信息。陣列聲波測井儀不僅能完成常規聲波儀器的測井項目，而且還可通過多種組合模式，在裸眼井和套管井中進行聲波單、偶極子陣列測井和偶極子橫波直接測井，所獲得的數據和參數可進行巖性識別、巖石力學特性預測、地層孔隙度求取和滲透率估算等，是幫助地質學家找油找氣的又一利器。

2.2 檢查固井質量

2.2.1 套管外無水泥。該種情況下，套管的波反射能力很強，地層波較弱或沒有，變密度的相線差別不大，基本均勻分布，套管接箍明顯，固井聲幅為高幅值 。

2.2.2 水泥與套管和地層膠結良好 。該種情況下，由于套管和固結水泥的差別較小，聲波大量進入地層，因而套管波很弱，地層波很強，固井聲幅為低幅值 。

2.2.3 水泥僅與套管膠結良好，與地層膠結差 。該種情況聲波不在套管界面反射而是進入水泥環，水泥環對聲波能量衰減很大，傳給地層的聲波能量很小，所以，套管波和地層波都很弱，但固井聲幅顯示低幅值 。

2.2.4 水泥與套管膠結一般 。這種情況下套管把大部分聲波能量反射回來，只有小部分聲波能量進入地層，套管波和地層波都有一定的幅度。

2.3 聲波時差曲線的應用

判斷巖性：各種巖性地層其聲波速度是不同的，并且有不同的曲線特征，因此可以根據巖層的聲波時差和曲線特征判斷巖性。在砂泥巖剖面中，粘土泥巖的聲波時差較大（350-500微秒/米）并且曲線變化劇烈。砂巖時差(250-450微秒/米)曲線較平直，時差大小與孔隙大小有關。碳酸鹽巖地層曲線平直時差值較低，縫洞地層曲線變化劇烈，值增大。膏鹽巖剖面的鹽比無水石膏聲波時差大，鹽溶解井徑擴大，測的可能是泥漿的聲波時差。氣層：氣層在聲波時差上顯示的高時差特征或周波跳躍，但泥漿侵入較深時不一定明顯。

3 聲波變密度測井曲線特征及分析

3.1 聲波密度測井曲線的標準化

就一個油田而言，屬于同一層系的砂巖體或其它巖性，一般都具有相同的沉積環境和近似的參數分布特征。曲線標準化識別和消除測井數據中的系統誤差，得到可靠的結果用于儲層評價及解決困難的對比和地震模擬問題，這對任何涉及成批計算機處理的工作特別關鍵。標準化方程是一個包含4個變量的函數，兩個變量對每口井定義，而另兩個變量與區域地質有關。井間比較應用直方圖、交會圖、深度圖和統計測量值。在設計標準化時應該考慮的因素包括：巖石類型、研究區域的壓實模式、井眼不規則情況、曲線類型和地層層位。對同一個油田而言，屬于同一個砂巖體的地層都具有同樣的沉積環境和近似的參數變化范圍，在油田范圍內標準層某一測井響應是穩定的，其直方圖的峰值基本不變。

3.2 聲波密度測井資料分析

固井質量情況 聲幅曲線響應特征 變密度曲線響應特征幅度高且較穩定，套管接箍處幅度顯示明顯。套管波很強，為黑白相間的直條帶，黑白線條是平行的，如顯現擺動則說明儀器居中不佳。幾乎不出現地層波，套管接箍處出現人字紋。未膠結的套管出現在水泥返高以上的井段，大部分聲能將通過套管傳到接收器，而很少投射到地層中去。

3.3 應用變密度測井評價一界面和二界面膠結質量

應用變密度測井評價一界面和二界面膠結質量，根據聲波到達接收探頭的先后順序和波形外觀特征，在變密度圖上定性判斷一界面及二界面的聲波藕和情況，可以對膠結狀況作出評價。一般來說，套管波呈直條紋狀，尤其是波能強時呈現粗直條紋狀；泥漿波也表現為直條紋，但與套管波相比條紋呈細并且斷續狀；地層波往往呈現出蠕蟲彎曲粗條紋形狀，其彎曲形態一般隨地層巖性變化而變化。如果套管波和泥漿波能量很強，就會掩蓋地層波的存在而變得難以識別。

3.4 綜合判斷油氣水層

⑴滲透層。油氣層都是高阻層，其電阻率相當于標準水層2-3倍，油層3.2-4.8Ωm。標準水層其電阻率接近于同井段的泥巖。在所研究井段沒有砂巖，可近似地以泥巖電阻率來替代標準水層的電阻率。

(2)油層：高阻滲透層，電阻曲線幅度高，特別是在4m曲線必須有鼓包，4m幅度越高，油層越好，自然電位異常通常小于水層，聲波為中值。

(3)氣層：高阻滲透層，電阻曲線幅度高，4m曲線有鼓包。聲波時差大，甚至比泥巖還要大，而且有周波跳躍的現象，中子伽馬通常幅度高。

(4)水層：低阻滲透層（淡水層例外為高阻層），當地層礦化度比較高時，中子伽馬幅度比較高，通常情況較低，自然電位通常比較大（與油層作比較）。

結語

聲波變密度測井技術，可隨時錄取地層各種資料，利用測得的鉆井參數和地層參數及時調整鉆頭軌跡，避免偏離方向，使之沿目的層方向鉆進，保障了復雜環境下的測井資料安全獲得，還有效解決了儲層評價的有效性和油水性質判別等方面的難題。聲波變密度測井技術推廣應用以來，各采油廠推廣應用成功，并在較短時間內得到了認可。目前，聲波變密度測井廣泛應用于生產井、側鉆井、水平井和探井固井測井中，相信今后隨著科學技術的進步聲波測井技術會有更快的發展。

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