浅论HRAS高分辨率声波测井仪的原理和应用

程圆 梁潋 张琳 王浩全 范雨航 谭荃

摘要：声波时差测井是目前测量孔隙度的三大方法之一。声波测井是以研究井下岩石的声学特性为基础的，声波通过岩石，其速度、幅度都会发生变化。HRAS高分辨率声波测井仪主要就是利用的声波的速度和幅度这两个特性进行测量。就HRAS声波时差测井仪原理及应用，本文作了浅论。

关键词：声波测井仪;测井原理;声波时差的应用

一、声波测井仪结构

HRAS声波测井仪由上、下电子线路短节和声系三个部分组成。声波的下线路用于为声波供电，上线路用于处理声波的信号，而声波的声系为单发四收阵列。声系的布置示意图如图1所示，接收换能器阵列从上到下为R1～R4，四个接收换能器的间距d=8’’（20.32cm），发射器T位于下部，源距s=3’（0.92m）。

二、声波时差测井原理

遥测短节TGR每发送一个握手信号，高分辨率声波就发射一次，从而产生向井内泥浆以及周围岩层的传播的声波。因为泥浆与岩层的性质不同，声波在两种介质中的传播速度也不同，声波从井壁射入地层时产生折射，当声波在地层中传播的速度大于在泥浆中传播的速度时，必然会产生入射的临界角，产生在井壁上（泥浆和岩层交界处）传播的滑行波。到达接收换能器的声波的路径如图2所示。

通过计算得知，在井壁上的滑行波包含的是多种波形成分，它们随到达时间的先后顺序排列，可以形成如图3所示的一个声波波列。

而通过设计合理的源距，声波测井仪的四个接受环能器可以接收测量井壁上的滑行纵波来进行测井。

如图2所示，测井时，随着仪器的提升，接收器R1～R4依次通过统一测量井段h（h=8’’）可以计算出三个时差：

Δt′=（TR1-TR2）/d;Δt′=（TR2-TR3）/d;Δt′=（TR3-TR4）/d

取平均值得：Δt′=（Δt′+Δt′+Δt′）/3

通过小间距对同一地层进行三次测量而取平均值，即提高了纵向分辨率，又未增加误差。

但是这个结果相当于单发双收的情况，若井径扩大，Δt′会受影响增大。所以需要测量当发射器T通过同一井段h时的时差：

Δt″=（TR1-TR2）/d;Δt″=（TR2-TR3）/d;Δt″=（TR3-TR4）/d

得出：Δt″=（Δt″+Δt″+Δt″）/3

最后，将Δt′、Δt″两者平均就可以得出补偿时差：Δt=Δt′+Δt″。

三、声波时差测井的应用

1、划分地层，在砂泥岩剖面中，砂岩的声速一般较大，时差较低，而含钙质胶结物的声速比泥质胶结物的声速快，孔隙度和气体含量的增多都会使时差增大，泥岩声波时差值高，而页岩时差值在砂岩和泥岩之间。

2、判断气层，含气砂岩的声波时差明显大于含油水地层的声波时差，在高孔隙度的疏松砂岩层中，油层的声波时差会比水层大10%-20%左右。并且在孔隙度高的疏松砂岩气层中，因为地层中气体对声波的衰减作用，会使声波能量衰减，造成周波跳跃。

3、确定岩石孔隙度，时差测井主要就是用来确定岩石的孔隙度，因为岩层声速与孔隙度有关。在固结、压实的纯地层中，如果分布的是小的均匀的粒间孔隙，则孔隙度和时差存在线性关系。

Δt=Aφ+B（A=孔隙中流体时差 — 岩石骨架时差   B=巖石骨架时差）

不同地区，不同地层的A和B值是不同的，需要根据不同地区、地层来确定数据。

结语

声波是近年来发展较快的一种测井方法，随着对声波在裸眼井中的传播理论的研究更加深入，有利于扩大声波在测井中的运用，对寻找油气提供更多的帮助。