聲波測井在天然氣探測中的應用

金林

摘要：聲波測井是物理勘探手段中最為常用的方法，不僅在固體礦產上得到廣泛應用，在油氣勘探上也漸漸受到人們的重視。通過聲波測井可以確定巖層中巖石的彈性力學性質及聲學參數，進而推導出該巖層的孔隙度、滲透率及巖性等特征。本文在充分分析天然氣層及聲波測井特點的基礎上論述聲波測井在天然氣探測中的具體應用手段及原理，通過測量所得聲波曲線中周期跳躍現象，結合地層巖性特征、結構構造等特征，對天然氣層含氣飽和度進行評價。

關鍵詞：聲波測井；天然氣層；周期跳躍；飽和度

1 天然氣層的特征

天然氣是重要的能源資源，在當今社會能源結構中所占比重越來越大，因此深入研究顯得意義重大。

天然氣可以以三種形式存于地下：固態、液態及氣態。但以氣態形式存于巖石孔隙間的天然氣才能被人類使用。天然氣主要由烷烴組成，其中甲烷占絕大部分，也含其他烴類及氮氣等。天然氣密度一般小于水且不溶于水，因此地下水常常將其圈閉起來，水層常常成為天然氣層的蓋層存在。

一個天然氣層的形成離不開生儲蓋構造，一個好的生氣層含有大量的有機質，能產生大量的天然氣，運移到孔隙度較大的巖層中儲存下來后，還需要較好的圈閉環境，使得氣體能得到完好保存而不逸散。這就是一個天然氣層存在的必要條件。

泥巖地層“欠壓實”現象的出現[1]，一般預示著氣藏的出現。弛豫時間是判斷氣藏的很好標準：

1/T1=1/T1B+1/T1S

T1B體弛豫時間，T1S表面弛豫時間。

含氣地層與含水地層相比，前者弛豫時間明顯大于后者，其次在含油地層與含氣地層的比較中，含油地層橫向弛豫遠大于含氣地層。通過弛豫時間對比也能清楚地劃分出這三種地層。

2 基本原理

2.1 聲波波速測井基本原理

聲波波速測井通常是雙發雙收系統[2]，即兩個發射機發射聲波，同時兩個接收器接受聲波，兩者輪流接受到聲波信號，其間間隔的時間便是聲波時差，它代表著地層巖石聲波傳播速度。

如圖中所示，聲波波速測井其兩個接收器（T1及T2）間距相同且固定不變，所以測井結果可用單位長度的時間差表示。

Δt=L/vt

Δt為聲波時差，L為兩個接收器之間的距離，vt為巖石聲速。聲波波速測井主要用途是測定巖層的孔隙度，此外不同巖性對應有不同的Δt，對于判斷巖性及地層對比，它發揮著重要作用。

2.2 聲波測井與巖性識別及孔隙度

根據研究，對于固結的巖石，聲波傳播速度、孔隙度和孔隙中液體性質之間存在下列關系：

1/v=φ/vf+（1-φ）/vma 或 Δt=（Δtf-Δtma）φ+Δtma

v、vf、vm為巖石、孔隙流體及巖石骨架的聲波速度，φ為孔隙度，Δt、Δtf、Δtma為相應物質中的聲波時差。在測井時，我們能很快地知道各種聲波時差的數據，進而計算出各巖層的孔隙度。孔隙度與巖性有很大的關聯，不同巖性有不同的孔隙度特征，結合橫波與縱波聲波時差比值，我們就能很好地推測出地層的巖性。

3 天然氣層的識別

3.1巖性及孔隙度分析

不同的巖性對天然氣的儲存有不同的影響，對于那些形成于高溫高壓環境的火成巖來說，可燃天然氣在其中儲存的可能幾乎為零。即使火成巖孔隙條件、圈閉條件極好，也會由于火成巖形成地帶構造活動過于強烈，天然氣運移到此，后期地質運動破壞儲藏環境而逸散。筆者通過資料查詢，研究全國天然氣礦區的礦體巖性發現，天然氣主要產于白云巖、砂巖、粉砂巖及泥巖等孔隙度發育較好的巖性中，火成巖中也可見天然氣礦藏，但較少見。

在前面我們探討了聲波測井對巖性控制方面的精確性，根據Δts/Δtp比值，它能很好地推測出地層巖性特征，結合天然氣在地層巖石中的儲存分布特點，我們便能很好地把握未知地層中天然氣層存在的可能性。

此外，孔隙度做為天然氣存在的另一重要條件，也能很好地指示天然氣層的探測工作。巖石孔隙中含有天然氣時，時差將顯著增大，孔隙度越大的巖石，其變化的程度將更大，將更好地指示出該巖層存在天然氣層的可能性。

孔隙度與巖性也是密不可分的。不同巖性對應著一定范圍的孔隙度，在相同環境下某些巖石孔隙度明顯要高于其他巖石，如砂巖的孔隙度一般較高。因此在天然氣層的探測過程中，應將這兩者緊密結合，才能更好地利用聲波測井對天然氣層進行探測。

3.2 周期跳躍對天然氣層的指示

聲波速度測井過程中有許多影響因素，其中最為明顯的便是周期跳躍現象。周期跳躍現象有可能是設備布置不恰當所引起，也有可能是地層中某些介質對聲波的衰減較大所導致。對于前者，調整好儀器設備間距及發射功率，觀察井壁情況，并確保泥漿中未混有氣體，我們可以很好地避免。如果依舊出現周期跳躍現象，那么很有可能是由于地層中含有裂隙或地層中含有天然氣層。通過構造地質學方法，研究本區構造活動，在大區域上推測本地層出現裂隙的可能，進而推測天然氣層存在的可能性。

周期跳躍現象是一種無規律現象[3]，它的出現存在許多可能性，這要求探測人員對數據進行詳細分析，排除設備、泥漿等人為因素的影響后，再對其進行進一步利用才是有價值的。結合巖性及孔隙度分析，在排除設備故障的情況下，它的存在基本意味著含氣層的存在。

4 結論

聲波測井對于探測天然氣層有一套獨有的方法，且對指示天然氣層的存在的準確性較高。通過巖性及孔隙度分析，結合周期跳躍現象，我們能很好地了解某地區是否含有天然氣層。

參考文獻

[1]王樹寅. 聲波時差測井在鄂爾多斯天然氣勘探中的地質應用[J]. 測井技術， 1993， （4）：289-295.

[2]王建華. 聲波測井技術綜述[J]. 工程地球物理學報， 2006， 3（5）：395-400.

[3]楚澤涵.聲波測井原理.北京：石油工業出版社.1987.endprint