声波测井技术与方法浅论

葛学义

【摘要】声波速度测井、声波幅度测井、声波变密度测井、水泥胶结评价成像测井、横波测井、声波成像测井等声波测井技术与方法进行了简要论述，以期为声波测井提供理论与技术参考。

【关键词】测井技术 声波测井 浅论

1声波速度测井

声波速度测井属于孔隙度测井方法，它测量声波在地层中的纵向传播速度（或每米传播时间一声波时差），其传播速度受岩性、孔隙度及其所含流体性质的影响。因此，利用声波速度测井可以识别地层岩性，确定地层孔隙度等地质参数。

2声波幅度测井

声波幅度测井记录声波波列中的首波幅度。声幅测井时，声源发出的声脉冲在井内向各个方向传插，当声波传播到两种不同介质的交界面时会发生声波的反射和折射，反射波和折射波的能量分配取决于界面处两种介质声阻抗的性质。当套管与管外水泥固结良好时，由于水泥与钢套管的声阻抗接近，因此声波进入套管与水泥的界面时，声耦合较好，声波通过折射大部分进入水泥，反射波较弱；当套管外是水、钻井液或胶结不好时，因二者声阻抗差异大，声耦合差，声波大部分被反射到套管中；当套管外为气体时，其声阻抗差异更大，因此几乎所有的声波都被反射回来被仪器接收，反射波强。根据反射波首波幅度可以评价水泥环与套管（第一界面）的封固情况。

3声波变密度测井

声波变密度测井是固井水泥胶结质量评价测井方法，它记录超声波经套管、水泥环和地层返回的波列。当波列中地层波较强时说明套管、水泥环与地层均胶结良好；当波列中水泥环波较强时，说明套管与水泥环胶结良好，而水泥环与地层胶结较差；当波列中套管波较强时，说明水泥环与套管、地层均未胶结，或无水泥环，是固井质量最差的一种显示。

4水泥胶结评价成像测井（SBT）

水泥胶结评价成像测井是一种超声波井周扫描成像测井，是新一代固井水泥胶结质量评价测井方法。它可以观察井周水泥分布与固结情况，并且可以指示出水泥分布不均或缺失水泥的具体方位。

它利用装在六极板上的12个高频定向换能器的声系来定量测量。每个极板将其上面的发射和接收换能器推靠到套管内壁上进行补偿测量（双发双收），获得6个60（扇区范围的声波衰减率，（1）并对衰减率进行成像；（2）通过六条衰减率计算平均声幅；（3）利用5ft源距测量VDL。

该仪器独特的设计使它具有以下主要特（优）点：（1）贴套管壁补偿测量，减小井眼与地层的影响；（2）声波衰减率比声幅能更好地反映水泥胶结情况；（3）SBT源距（6英寸）短，极板独立且支撑力强大，测井效果好；（4）水泥图形象直观，可分辨水泥环向与纵向的沟槽、空隙与胶结不均匀性；（5）高频（1000KHz）窄测量门坎（10us）完全避开了外层套管反射波干扰，可准确评价双层套管（内层）的胶结状况；（6）双轴加速度计定向装置，能确定水泥沟槽位置；（7）井下波列数字化而能保证传到地面的波列数据不失真；（8）在斜度较大的井中，SBT仍可成功地测井；（9）该仪器同时还可获得“定向束”全波列或变密度信息，判定第二界面的胶结质量。声波能量的定向方式突出水泥与地层界面的效应，同时使套管效应减至最小程度。

5横波测井

横波测井是在长源距声波和阵列声波测井基础上发展起来的测井技术。它通过偶极探头激发地层挠曲波来测量地层横波速度（或慢度一一时差），同时记录斯通利波，实时计算地层泊松比。最新的交叉偶极横波测井可以确定地层岩性、物性和地应力的各向异性特征及方位、计算岩石力学参数，从而为地质、油藏和钻井工程提供更为确切、可靠的资料信息。

岩石力学参数地质应用：用测量横波或用常规测井资料计算的横波与纵波、密度、双井径（三井径）等测井资料相结合，可计算地层的岩石力学参数、地应力参数。包括：破裂压力梯度、上覆压力梯度、孔隙压力梯度、泊松比、杨氏模量、切变模量、体积弹性模量、体积压缩系数、出砂指数、单轴抗压强度、固有剪切强度、水平最大主应力、水平最小主应力、主应力差、最大水平主应力方向等参数。

這些参数对研究油气运移规律、设计井身结构、确定井下压裂施工方案和施工参数、预测出砂、制定注水开发布井方案等都具有重要的指导意义或参考作用。

6声波成像测井

声波成像测井基于钻井液（或完井液）与井壁之间的声阻抗或地层声波传播速度进行测量，因此又有声幅成像和声速成像之分。在裸眼井中，声波成像测井可以识别岩性，划分储层，分析裂缝，确定地层产状及其沉积特征等。在套管井中，声波成像测井可以检查套管变形、损坏情况和射孔作业效果等。

CBIL和CAST声波成像仪，是以脉冲一回波法为基础，换能器发射超声窄脉冲，扫描井壁并接收回波信号，传感器探测到并记录下声波幅度和两个方向的传播时间，经过特殊的处理技术提供了可靠的、高质量的二维或三维井壁图像，井周覆盖率100%，可在淡水和油基泥浆中使用。