聲波測井技術與方法淺論

葛學義

【摘要】聲波速度測井、聲波幅度測井、聲波變密度測井、水泥膠結評價成像測井、橫波測井、聲波成像測井等聲波測井技術與方法進行了簡要論述，以期為聲波測井提供理論與技術參考。

【關鍵詞】測井技術 聲波測井 淺論

1聲波速度測井

聲波速度測井屬于孔隙度測井方法，它測量聲波在地層中的縱向傳播速度（或每米傳播時間一聲波時差），其傳播速度受巖性、孔隙度及其所含流體性質的影響。因此，利用聲波速度測井可以識別地層巖性，確定地層孔隙度等地質參數。

2聲波幅度測井

聲波幅度測井記錄聲波波列中的首波幅度。聲幅測井時，聲源發出的聲脈沖在井內向各個方向傳插，當聲波傳播到兩種不同介質的交界面時會發生聲波的反射和折射，反射波和折射波的能量分配取決于界面處兩種介質聲阻抗的性質。當套管與管外水泥固結良好時，由于水泥與鋼套管的聲阻抗接近，因此聲波進入套管與水泥的界面時，聲耦合較好，聲波通過折射大部分進入水泥，反射波較弱；當套管外是水、鉆井液或膠結不好時，因二者聲阻抗差異大，聲耦合差，聲波大部分被反射到套管中；當套管外為氣體時，其聲阻抗差異更大，因此幾乎所有的聲波都被反射回來被儀器接收，反射波強。根據反射波首波幅度可以評價水泥環與套管（第一界面）的封固情況。

3聲波變密度測井

聲波變密度測井是固井水泥膠結質量評價測井方法，它記錄超聲波經套管、水泥環和地層返回的波列。當波列中地層波較強時說明套管、水泥環與地層均膠結良好；當波列中水泥環波較強時，說明套管與水泥環膠結良好，而水泥環與地層膠結較差；當波列中套管波較強時，說明水泥環與套管、地層均未膠結，或無水泥環，是固井質量最差的一種顯示。

4水泥膠結評價成像測井（SBT）

水泥膠結評價成像測井是一種超聲波井周掃描成像測井，是新一代固井水泥膠結質量評價測井方法。它可以觀察井周水泥分布與固結情況，并且可以指示出水泥分布不均或缺失水泥的具體方位。

它利用裝在六極板上的12個高頻定向換能器的聲系來定量測量。每個極板將其上面的發射和接收換能器推靠到套管內壁上進行補償測量（雙發雙收），獲得6個60（扇區范圍的聲波衰減率，（1）并對衰減率進行成像；（2）通過六條衰減率計算平均聲幅；（3）利用5ft源距測量VDL。

該儀器獨特的設計使它具有以下主要特（優）點：（1）貼套管壁補償測量，減小井眼與地層的影響；（2）聲波衰減率比聲幅能更好地反映水泥膠結情況；（3）SBT源距（6英寸）短，極板獨立且支撐力強大，測井效果好；（4）水泥圖形象直觀，可分辨水泥環向與縱向的溝槽、空隙與膠結不均勻性；（5）高頻（1000KHz）窄測量門坎（10us）完全避開了外層套管反射波干擾，可準確評價雙層套管（內層）的膠結狀況；（6）雙軸加速度計定向裝置，能確定水泥溝槽位置；（7）井下波列數字化而能保證傳到地面的波列數據不失真；（8）在斜度較大的井中，SBT仍可成功地測井；（9）該儀器同時還可獲得“定向束”全波列或變密度信息，判定第二界面的膠結質量。聲波能量的定向方式突出水泥與地層界面的效應，同時使套管效應減至最小程度。

5橫波測井

橫波測井是在長源距聲波和陣列聲波測井基礎上發展起來的測井技術。它通過偶極探頭激發地層撓曲波來測量地層橫波速度（或慢度一一時差），同時記錄斯通利波，實時計算地層泊松比。最新的交叉偶極橫波測井可以確定地層巖性、物性和地應力的各向異性特征及方位、計算巖石力學參數，從而為地質、油藏和鉆井工程提供更為確切、可靠的資料信息。

巖石力學參數地質應用：用測量橫波或用常規測井資料計算的橫波與縱波、密度、雙井徑（三井徑）等測井資料相結合，可計算地層的巖石力學參數、地應力參數。包括：破裂壓力梯度、上覆壓力梯度、孔隙壓力梯度、泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量、體積壓縮系數、出砂指數、單軸抗壓強度、固有剪切強度、水平最大主應力、水平最小主應力、主應力差、最大水平主應力方向等參數。

這些參數對研究油氣運移規律、設計井身結構、確定井下壓裂施工方案和施工參數、預測出砂、制定注水開發布井方案等都具有重要的指導意義或參考作用。

6聲波成像測井

聲波成像測井基于鉆井液（或完井液）與井壁之間的聲阻抗或地層聲波傳播速度進行測量，因此又有聲幅成像和聲速成像之分。在裸眼井中，聲波成像測井可以識別巖性，劃分儲層，分析裂縫，確定地層產狀及其沉積特征等。在套管井中，聲波成像測井可以檢查套管變形、損壞情況和射孔作業效果等。

CBIL和CAST聲波成像儀，是以脈沖一回波法為基礎，換能器發射超聲窄脈沖，掃描井壁并接收回波信號，傳感器探測到并記錄下聲波幅度和兩個方向的傳播時間，經過特殊的處理技術提供了可靠的、高質量的二維或三維井壁圖像，井周覆蓋率100%，可在淡水和油基泥漿中使用。