声速测井的影响因素分析

柯 擎朱艳山王成杰梁 丽

(1.西安方元能源工程有限责任公司 陕西西安) (2.中国石油测井有限公司华北事业部 河北任丘)

声速测井的影响因素分析

柯 擎1朱艳山2王成杰1梁 丽2

(1.西安方元能源工程有限责任公司 陕西西安) (2.中国石油测井有限公司华北事业部 河北任丘)

文章从声波仪器的自身结构、环境因素对仪器换能器的影响等方面分析对声速测井曲线,找出了影响声波波形的原因,进而对出现问题的仪器有针对性的分析,根据情况进行处理。

声速测井;仪器结构;换能器;影响因素

0 引 言

声速测井是测量井下岩层的声波速度,进而判别井外岩层的岩性,估算储集层孔隙度的一种测井方法。这种方法是通过在井中放置发射探头和接收探头,记录声波从发射探头经地层传播到接收探头的时间差。声速测井仪器所测得的声速测井资料,可用来划分地层,计算地层的孔隙度,定性地判断油气层。若与其它测井资料相配合,还可以确定地层的含油饱和度。他在油田勘探、开发等许多领域被广泛应用,几乎是各个油田测井的必测项目。

声波测井仪在测井过程中经常出现一些问题,影响测井资料的准确性。从仪器方面出发,抛开井下声场的复杂性、井眼形状、仪器偏心以及地面仪器的配套和调节因素影响等,笔者单从声波测井仪自身结构、仪器的换能器进行分析和讨论,进而找出影响声波波形的原因。

1 声系自身结构对声速测井的影响[1～2]

声系是由装置在铣削多横槽的钢制圆筒里由钢丝绳连接固定发射换能器和接受换能器组成的探测器体组成的,长时间使用拉伸、井下冲撞形变使源距间距发生改变,从而影响声速测量精度。

1.1 源距影响

众所周知,常规声波测井仪,采集的主要是滑行波,滑行波直接携带井外岩层的声学信息。所以必须选择合适的源距,以使滑行波比直达波先到达接收探头、各种波群在时域内互相分离。

源距长,探测岩层深;源距浅,探测岩层浅。在井壁附近往往存在破碎带,声速较低。用小源距声系测井时,由于探测深度浅,受破碎带影响,时差偏低,如源距过小就不能保证滑行波先比直达波先到达;用大源距声系测井时,由于探测深度深,可测的地层真实时差,但在发射功率一定的情况下,随源距增加会使声波衰减严重,从而造成记录的声信号的信噪比降低,甚至记录不到信号。由于自身结构的形变,导致源距改变,从而影响声速测井时差。

1.2 间距影响

当接收换能器多于一个时,相应接收换能器之间的距离称为间距。间距大小对曲线的测量精度以及分层能力也有影响。当间距大于岩层厚度(l＜h)时,测量时差就是岩层和围岩时差的混合值,对分辨薄层和分层不利,如图1所示,同时会使滑行波能量衰减大,第二个接收器探头接收的信号衰减过大,不易接收到,容易产生波形跳变现象。

图1 间距l对划分薄层的影响

当间距小于岩层厚度(l＜h)时,测量时差反映岩层时差。但在声功率一定情况下,若间距过小,会使接收探头之间的相互干扰增大;当仪器测量误差一定时,间距减小会导致记录时差相对误差增大。我们用22所SCB-3000声速简单分析:

SCB-3000的间距为0.4 m测量误差dt=5μs,岩盐Δt=218.5μs/m,白云岩Δt=142.7μs/m,则测量相对误差:

假如SCB-3000间距减小为0.2 m时,岩盐:d′t11.44%,白云岩17.52%。

2 换能器对声速影响

换能器是由具有压电效应的压电陶瓷晶体制成。声速测井的发射、接收换能器是发射和接收振动的关键器件,其作用有两个:一是利用发射、产生振动,将电能按照需要的频率转换为机械振动;二是接收井内液体中的声波,将机械振动转换为电信号。

在测井过程中当声波幅度比较小时,除发射探头发射的能量较小外,也可能由以下因素造成:

2.1 深度对换能器影响

声波发射、接收换能器既有电学边界条件,又有力学边界条件。仪器下井较深时,井内液体压力增加,换能器所受到的静压力就越大,换能器的力学边界条件变化就越大。这时其振动系统的震动参数和条件也随之发生变化,这些变化的最直接表现就是换能器的发射和接收效率降低、声波幅度减小。

2.2 温度对换能器影响

由于换能器的机电转换系数随温度改变,所以不同深度处波形的幅度还受换能器本身温度性能的影响。波形随温度的变化曲线如图2所示,从图2上可以看到:温度在80℃时,首波幅度最大,当温度在180℃时,首波幅度最小;随着温度升高,波形幅度减小;温度降低,波形幅度增加,首波幅度随温度的变化规律基本一致。所以测井波形幅度减小在一定程度上是由换能器自身变化所导致的。

2.3 发射脉冲宽度对换能器影响

声波测井采用的是瞬态的激发方式。由于换能器自身具有一定的主频和频带宽度,所以激发脉冲的宽度需要按照换能器的主频率进行选择。换能器于激发电路共同构成激发回路。激发脉冲的宽度要大于换能器的的主频率所确定的周期。激发脉冲很短,远小于换能器主频的周期,即激发脉冲与换能器的主频率不一致,激发的能量比较小;两者一致时,激发的能量比较大。

图2 波形随温度的变化曲线

2.4 换能器自身影响

声波换能器的高度决定它所发射(或接收)声波的范围。探头越高,发射(或接收)的声波范围越小。由于要求发射的声波能够在各种地层中都能延井壁产生滑行波,所以要求发射换能器发射声波的范围足够大,使其在不同的底层中都有入射角为临界角的声波信号;换能器的直径大小与换能器的固有频率有关,直径越小,其固有频率越高,直径越大,固有频率越低。由于声速测井仪工作时要求的工作频率与其固有频率一致,因此换能器的工作频率就是其固有频率。

发射频率既要满足划分地层的分辨率要求,又要避免声信号衰减过大所出现的问题。声波换能器的工作频率既不能过低、也不能过高。过低不利于提高分辨率,也致使增加换能器的直径,随之声波仪器的直径也要增大,这将受到井眼直径的限制;过高由于声波在介质中的衰减与频率平方成正比,因而在较短时间内声波会变的很弱,不利于测量。

在更换声速测井仪接收换能器时应注意:挑选固有频率不应大于发射探头的固有频率,可以略小于发射探头的固有频率;应挑选固有频率尽量接近,否则将会对同一滑行首波造成幅度和相位的失真,引起记录的明显偏差。

3 电路对声速影响[3]

由于仪器电路长时间处于高温的井下,功率器件工作时也散发热量,使对温度敏感的晶体管放大器件工作点随温度漂移,从而对有用声波信号放大造成影响;另一方面,元器件长时间使用致使性能老化,引起性能参数改变,影响放大倍数,使得声波信号幅度降低。这些都可以适当改变外围器件来进行调整或更换同型号的放大器件来调整信号幅度。

4 结 论

当声波测井仪所测曲线异常,但在地面检查仪器各方面参数正常情况下,可根据从声速影响的因素中找到原因作针对性的处理,比如考虑是否更换性能更好的换能器,使仪器在恶劣的井下环境中换能器的工作频率、频率带宽等稳定不变,来确保仪器的测量精度,排除故障,测出合格曲线。

[1] 沈建国.声波测井原理与技术[M].北京:石油工业出版社,2009

[2] 章成广,江万哲,潘和平.声波测井原理与应用[M].北京:石油工业出版社,2009

[3] 王佩珠,许开君.电路与模拟电子技术[M].南京:南京大学出版社,1996

PI,2010,24(6):52～53,56

This paper analyzes influence factors of the acoustic velocity logging from the velocity structure of the instrument itself,influence of environmental factors on the transducer,and so on.And then finds out the reason of influence acoustic waveforms,and gives process measures.

Key words:acoustic velocity logging;instrument structure;transducer;influence factor

Analysis on influence factors of the acoustic velocity log-ging.

Ke Qin,Zhu Yanshan,Wang Chengjie and Liang Li.

P631.8+1

B

1004-9134(2010)06-0052-02

柯 擎,男,1984年生,2005年毕业于陕西国防工业职业技术学院,现在西安方元能源工程有限责任公司油田测井项目部从事仪器维修工作。邮编:710201

2010-06-08编辑:高红霞)