声波测井在天然气探测中的应用

金林

摘要：声波测井是物理勘探手段中最为常用的方法，不仅在固体矿产上得到广泛应用，在油气勘探上也渐渐受到人们的重视。通过声波测井可以确定岩层中岩石的弹性力学性质及声学参数，进而推导出该岩层的孔隙度、渗透率及岩性等特征。本文在充分分析天然气层及声波测井特点的基础上论述声波测井在天然气探测中的具体应用手段及原理，通过测量所得声波曲线中周期跳跃现象，结合地层岩性特征、结构构造等特征，对天然气层含气饱和度进行评价。

关键词：声波测井；天然气层；周期跳跃；饱和度

1 天然气层的特征

天然气是重要的能源资源，在当今社会能源结构中所占比重越来越大，因此深入研究显得意义重大。

天然气可以以三种形式存于地下：固态、液态及气态。但以气态形式存于岩石孔隙间的天然气才能被人类使用。天然气主要由烷烃组成，其中甲烷占绝大部分，也含其他烃类及氮气等。天然气密度一般小于水且不溶于水，因此地下水常常将其圈闭起来，水层常常成为天然气层的盖层存在。

一个天然气层的形成离不开生储盖构造，一个好的生气层含有大量的有机质，能产生大量的天然气，运移到孔隙度较大的岩层中储存下来后，还需要较好的圈闭环境，使得气体能得到完好保存而不逸散。这就是一个天然气层存在的必要条件。

泥岩地层“欠压实”现象的出现[1]，一般预示着气藏的出现。弛豫时间是判断气藏的很好标准：

1/T1=1/T1B+1/T1S

T1B体弛豫时间，T1S表面弛豫时间。

含气地层与含水地层相比，前者弛豫时间明显大于后者，其次在含油地层与含气地层的比较中，含油地层横向弛豫远大于含气地层。通过弛豫时间对比也能清楚地划分出这三种地层。

2 基本原理

2.1 声波波速测井基本原理

声波波速测井通常是双发双收系统[2]，即两个发射机发射声波，同时两个接收器接受声波，两者轮流接受到声波信号，其间间隔的时间便是声波时差，它代表着地层岩石声波传播速度。

如图中所示，声波波速测井其两个接收器（T1及T2）间距相同且固定不变，所以测井结果可用单位长度的时间差表示。

Δt=L/vt

Δt为声波时差，L为两个接收器之间的距离，vt为岩石声速。声波波速测井主要用途是测定岩层的孔隙度，此外不同岩性对应有不同的Δt，对于判断岩性及地层对比，它发挥着重要作用。

2.2 声波测井与岩性识别及孔隙度

根据研究，对于固结的岩石，声波传播速度、孔隙度和孔隙中液体性质之间存在下列关系：

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

v、vf、vm为岩石、孔隙流体及岩石骨架的声波速度，φ为孔隙度，Δt、Δtf、Δtma为相应物质中的声波时差。在测井时，我们能很快地知道各种声波时差的数据，进而计算出各岩层的孔隙度。孔隙度与岩性有很大的关联，不同岩性有不同的孔隙度特征，结合横波与纵波声波时差比值，我们就能很好地推测出地层的岩性。

3 天然气层的识别

3.1岩性及孔隙度分析

不同的岩性对天然气的储存有不同的影响，对于那些形成于高温高压环境的火成岩来说，可燃天然气在其中储存的可能几乎为零。即使火成岩孔隙条件、圈闭条件极好，也会由于火成岩形成地带构造活动过于强烈，天然气运移到此，后期地质运动破坏储藏环境而逸散。笔者通过资料查询，研究全国天然气矿区的矿体岩性发现，天然气主要产于白云岩、砂岩、粉砂岩及泥岩等孔隙度发育较好的岩性中，火成岩中也可见天然气矿藏，但较少见。

在前面我们探讨了声波测井对岩性控制方面的精确性，根据Δts/Δtp比值，它能很好地推测出地层岩性特征，结合天然气在地层岩石中的储存分布特点，我们便能很好地把握未知地层中天然气层存在的可能性。

此外，孔隙度做为天然气存在的另一重要条件，也能很好地指示天然气层的探测工作。岩石孔隙中含有天然气时，时差将显著增大，孔隙度越大的岩石，其变化的程度将更大，将更好地指示出该岩层存在天然气层的可能性。

孔隙度与岩性也是密不可分的。不同岩性对应着一定范围的孔隙度，在相同环境下某些岩石孔隙度明显要高于其他岩石，如砂岩的孔隙度一般较高。因此在天然气层的探测过程中，应将这两者紧密结合，才能更好地利用声波测井对天然气层进行探测。

3.2 周期跳跃对天然气层的指示

声波速度测井过程中有许多影响因素，其中最为明显的便是周期跳跃现象。周期跳跃现象有可能是设备布置不恰当所引起，也有可能是地层中某些介质对声波的衰减较大所导致。对于前者，调整好仪器设备间距及发射功率，观察井壁情况，并确保泥浆中未混有气体，我们可以很好地避免。如果依旧出现周期跳跃现象，那么很有可能是由于地层中含有裂隙或地层中含有天然气层。通过构造地质学方法，研究本区构造活动，在大区域上推测本地层出现裂隙的可能，进而推测天然气层存在的可能性。

周期跳跃现象是一种无规律现象[3]，它的出现存在许多可能性，这要求探测人员对数据进行详细分析，排除设备、泥浆等人为因素的影响后，再对其进行进一步利用才是有价值的。结合岩性及孔隙度分析，在排除设备故障的情况下，它的存在基本意味着含气层的存在。

4 结论

声波测井对于探测天然气层有一套独有的方法，且对指示天然气层的存在的准确性较高。通过岩性及孔隙度分析，结合周期跳跃现象，我们能很好地了解某地区是否含有天然气层。

参考文献

[1]王树寅. 声波时差测井在鄂尔多斯天然气勘探中的地质应用[J]. 测井技术， 1993， （4）：289-295.

[2]王建华. 声波测井技术综述[J]. 工程地球物理学报， 2006， 3（5）：395-400.

[3]楚泽涵.声波测井原理.北京：石油工业出版社.1987.endprint