現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)及其發(fā)展特點(diǎn)

肖勇

摘? 要：隨著科技的發(fā)展，聲波探測(cè)技術(shù)幾經(jīng)波折，在理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合下，取得了客觀的成果。聲波探測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及其特點(diǎn)也成了行業(yè)內(nèi)深度研究的課題之一。該文著重分析現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)的原理以及聲波速度測(cè)井、全波列測(cè)井、多極子陣列聲波測(cè)井、超聲波井壁成像測(cè)井等技術(shù)的探測(cè)方法，分析聲波測(cè)井技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展，對(duì)以上問(wèn)題深入分析并為探索現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)及其發(fā)展特點(diǎn)做參考。

關(guān)鍵詞：測(cè)井技術(shù)? 發(fā)展? 聲波? 地質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：P631 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（a）-0057-02

聲波測(cè)井技術(shù)自20世紀(jì)50年代起，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展，目前已成為油氣勘探、儲(chǔ)量測(cè)評(píng)、完井及開(kāi)采油氣等多個(gè)地質(zhì)工程不可或缺的科學(xué)技術(shù)，該技術(shù)的發(fā)展同時(shí)也是物理測(cè)井學(xué)科的重大突破與貢獻(xiàn)。現(xiàn)代科技發(fā)展與電子信息時(shí)代的到來(lái)使聲波探測(cè)技術(shù)不斷完善與創(chuàng)新，出現(xiàn)了一大批先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)。現(xiàn)代測(cè)井技術(shù)的前行使油氣勘探與工程領(lǐng)域得到更全面精確的參數(shù)信息，并能根據(jù)這些信息展開(kāi)深度研究。

1? 現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)的原理、方法及影響因素

1.1 技術(shù)原理

聲波測(cè)井技術(shù)利用聲波的機(jī)械振動(dòng)能量小作用大的性質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)巖石進(jìn)行傳播并測(cè)量。這項(xiàng)技術(shù)是物理測(cè)井最常用的方式，對(duì)地質(zhì)巖石的探測(cè)與井壁側(cè)巖的測(cè)評(píng)都有極大的作用[1]。聲波利用自身的頻率、速度、能量變化的顯著特征等通過(guò)巖石獲取參數(shù)，并判斷井壁側(cè)巖中水、油、氣層含量和分類(lèi)的性質(zhì)作用。

1.2 操作方法

將聲波探測(cè)儀器深入指定的測(cè)量井內(nèi)，通過(guò)儀器產(chǎn)生的沿井壁傳遞的聲波，傳出再傳回信息，取得巖石的參數(shù)信息，并進(jìn)行計(jì)算考量。

首先是井眼補(bǔ)償?shù)穆暡ㄋ俣葴y(cè)井方式。通過(guò)發(fā)射器發(fā)出的聲波沿井壁傳遞直至接收器接收會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差，為了縮小誤差，聲波探測(cè)器采用井眼補(bǔ)償?shù)男问教綔y(cè)。這種探測(cè)方法主要用在劃分致密地層、利用井眼縫隙的大小確定巖石性質(zhì)、方便物理計(jì)算地層密度、識(shí)別地層的裂縫、地震標(biāo)記、地質(zhì)異常情況等多方面。

聲波全波列測(cè)井是在發(fā)射聲脈沖后再進(jìn)行對(duì)橫渡、滑行縱波到達(dá)接收器后的依次記錄，主要側(cè)重于速度和偏幅程度研究。這種聲波探測(cè)方法可以直接獲得橫縱波速度的數(shù)據(jù)及對(duì)比，進(jìn)而對(duì)巖石進(jìn)行識(shí)別。

超聲成像測(cè)井對(duì)地質(zhì)整體的圖像處理有利，可以通過(guò)聲波傳遞的信息經(jīng)過(guò)圖片處理得到二維、三維圖像，深度更強(qiáng)。形成彩色圖像時(shí)按照黑、棕、黃、白的順序進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，可以得到質(zhì)量較好的薄儲(chǔ)層[2]。

多陣子陣列聲波測(cè)井是由縱橫波與導(dǎo)波組成。大多聲波只能通過(guò)硬地層傳遞信息，而多陣子陣列聲波可以通過(guò)軟地層測(cè)量，這也是新一代技術(shù)的結(jié)合成果。

1.3 影響因素

現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)的影響因素主要分為地層厚度、“周波跳躍”現(xiàn)象、井徑、盲區(qū)等。

1.3.1 地層厚度

地層厚度的大小是相對(duì)聲速測(cè)儀的間距來(lái)說(shuō)，因此地層厚度分為厚層、薄層、薄互層這3種。厚層是在地層中時(shí)差曲線導(dǎo)致的平直段，稱(chēng)其為地層時(shí)差值，而當(dāng)?shù)貙訋r性或井的空隙不均勻分布時(shí)，位于地層上下界面半幅點(diǎn)的時(shí)差曲線一有波動(dòng)，便要獲取地層中部時(shí)差曲線的平均值作為地層的時(shí)差值。目的層時(shí)差受到相鄰地層時(shí)差的影響正相關(guān)增加或減少[3]。在確定地層界面時(shí)不能使用曲線的半幅點(diǎn)確定。當(dāng)間距大于薄互層厚度時(shí)，測(cè)井值并不能反映地層的準(zhǔn)確速度。

1.3.2 “周波跳躍”現(xiàn)象的影響

通常情況下，接收兩個(gè)換能器的聲速測(cè)速儀被同一脈沖首次觸發(fā)，地層吸收大聲波往往有明顯衰弱，而這時(shí)首波信號(hào)只能觸發(fā)到路徑最短的接收器線路。當(dāng)線路只能被續(xù)至波觸發(fā)時(shí)，首波便不起作用，在聲波時(shí)差曲線上出現(xiàn)幅度較大的不穩(wěn)定的時(shí)差運(yùn)動(dòng)變化，被稱(chēng)為周波跳躍。

1.3.3 井徑

井徑在擴(kuò)張時(shí)聲波時(shí)差發(fā)生變化，時(shí)差曲線會(huì)出現(xiàn)假象異常現(xiàn)象。

1.3.4 盲區(qū)

現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)存在盲區(qū)的影響，儀器記錄點(diǎn)周?chē)欢ê穸鹊牡貙訉?duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何提供參數(shù)，被稱(chēng)為盲區(qū)。當(dāng)測(cè)量的地層時(shí)差是上下兩個(gè)發(fā)射器分離工作時(shí)，需要由兩個(gè)接收器記錄的首波到達(dá)時(shí)間的平均值計(jì)算得到。而計(jì)算的時(shí)差大小反映了接收器對(duì)應(yīng)的地層速度，在低速層時(shí)，上下發(fā)射聲波與實(shí)際的傳播距離并不明顯重合。因此現(xiàn)代技術(shù)存在的弊端需要更多的研究去修補(bǔ)探索。

2? 聲波測(cè)井技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

基于現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，聲波測(cè)井技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的改進(jìn)，在石油行業(yè)等領(lǐng)域體現(xiàn)了用途。以石油行業(yè)為例，測(cè)井技術(shù)的分辨率高、連續(xù)性好、節(jié)省成本等特點(diǎn)為石油行業(yè)帶來(lái)了極大的需求滿(mǎn)足。但是在更深層面的探測(cè)與評(píng)價(jià)中，現(xiàn)有的聲波探測(cè)技術(shù)仍達(dá)不到，因此聲波探測(cè)器仍需不斷研發(fā)，提高其在成像測(cè)井、核磁共振測(cè)井、地層測(cè)試以及石油檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

從近年來(lái)的研究?jī)?nèi)容上看，測(cè)井評(píng)價(jià)與石油儲(chǔ)層的研究更加貼合，采集技術(shù)、物理研究方面不斷優(yōu)化。例如，哈里伯頓公司與Anschutz勘探公司的聯(lián)合，利用微電阻成像和元素分析數(shù)據(jù)識(shí)別規(guī)薄層。數(shù)字巖石物理技術(shù)日新月異，發(fā)展迅猛，逐步受到行業(yè)重視。此項(xiàng)技術(shù)可以從一塊巖芯中獲得巖石的相互關(guān)系，而對(duì)于更多的巖芯可以通過(guò)成像細(xì)分等特征進(jìn)行處理計(jì)算，逐漸被行業(yè)接受推崇。現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)在國(guó)際上仍存有壟斷現(xiàn)象，國(guó)際的大公司例如，貝克休斯仍舊在技術(shù)發(fā)展、研究、資金等方面起著主導(dǎo)作用。隨鉆測(cè)井技術(shù)也正在縱向深層次發(fā)展，測(cè)量更加完善。

地質(zhì)儲(chǔ)層的探測(cè)程序愈加復(fù)雜，同時(shí)加深了獲取信息的困難，未來(lái)在地層測(cè)試技術(shù)方面的需求仍會(huì)不斷增加，地質(zhì)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用范圍將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。在數(shù)年的發(fā)展當(dāng)中，測(cè)井系統(tǒng)的深度和廣度逐漸趨向多元化、立體方向發(fā)展，并著重加強(qiáng)巖石物理實(shí)驗(yàn)分析、硬件的結(jié)合密度分析，對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行具體的分析與測(cè)量得到更加利于實(shí)際發(fā)展的數(shù)據(jù)，這也成了未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)之一。

3? 聲波測(cè)井的特點(diǎn)

3.1 聲速曲線特征

儲(chǔ)集層厚度較大，當(dāng)聲速曲線呈平緩起伏變化時(shí)，大概在2～3mm以?xún)?nèi)并讀取曲線平均值。若儲(chǔ)層內(nèi)聲速曲線內(nèi)有顯著的時(shí)差減小的凸點(diǎn)且位置和微電極等曲線電阻率增大的明顯凸點(diǎn)相同，則這些凸點(diǎn)是致密夾層的標(biāo)識(shí)，并不作為儲(chǔ)層性質(zhì)，應(yīng)選取計(jì)算凸點(diǎn)后的曲線平均值。儲(chǔ)層內(nèi)聲速曲線若表現(xiàn)出臺(tái)階的形狀，應(yīng)分段取值計(jì)算，而分段的最小厚度需要與聲速測(cè)速儀的分層能力相同。

若儲(chǔ)層厚度較小，沒(méi)有顯著的彎點(diǎn)，聲速曲線在儲(chǔ)層內(nèi)沒(méi)有相對(duì)平穩(wěn)的曲線線段，此時(shí)選取彎點(diǎn)的數(shù)值。如果沒(méi)有彎點(diǎn)，聲速曲線顯現(xiàn)凸形狀態(tài)，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，凸點(diǎn)的極值是可以被認(rèn)為地層讀數(shù)的，如果凸點(diǎn)數(shù)值失去代表性，則認(rèn)為此層無(wú)法讀數(shù)。

3.2 陣列化與集成化

陣列化囊括探測(cè)器數(shù)目、組波、信號(hào)采集的數(shù)字化、信息利用的全波化、應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展化。集成化主要側(cè)重于單級(jí)、偶級(jí)、四級(jí)源的組合化、多種探測(cè)的綜合化、一體化等，主要是為了每一次下井探測(cè)可以獲取多樣化的聲波參數(shù)，在不同角度識(shí)別與評(píng)價(jià)的復(fù)雜地層的屬性是各不相同且在變化的，需要提供三維立體圖像的輔助，從而提高探測(cè)的準(zhǔn)確率和效率，減少不必要的成本輸出。

4? 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)的發(fā)展為社會(huì)、科技等多個(gè)方面都做出了可觀貢獻(xiàn)，已然成為行業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)。關(guān)注并不斷創(chuàng)新聲波測(cè)井技術(shù)，將會(huì)使人們更了解地質(zhì)運(yùn)動(dòng)與構(gòu)成，推動(dòng)工業(yè)、石油、環(huán)境等多方面領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3] 盧炳文.現(xiàn)代聲波測(cè)井技術(shù)應(yīng)用分析與探討[J].石化技術(shù)，2019（1）：208.