Question

井眼补偿声波测井

Answer 1

（一）声波时差测量原理

井眼补偿声波测井仪是双发双收声系（图2-6）。两个发射器轮流发射声波，两个接收器依次接收声波信号。

当上发射器T₁发射声波时，声波从T₁到接收器R₁的传播路径是A—B—C—D，声波旅行时间是：

地球物理测井

图2-6 双发双收声系

从T₁到R₂的路径是A—B—C—D—E—F，所需旅行时间是：

地球物理测井

接收器R₁、R₂接收到T₁发射声波时差为

地球物理测井

同理，R₂，R₁接收到T₂发射声波时差为

地球物理测井

取二者的平均值作为测量值：

地球物理测井

但CD=E′F′，EF=C′D′，CE=C′E′=l，所以：

地球物理测井

于是岩层的纵波声速为

地球物理测井

其中：l为两个接收器之间的距离，称间距；v_m、v_t分别为泥浆、岩石声速。

式（2-27）表明，两个接收器接收到的声波时间差与地层岩石声速有关。因间距l固定，所以可直接用时差Δt倒数表示地层岩石的声速。一般测井图上，声速测井结果都用单位长度的时间差表示。

井眼补偿声波测井有效地克服了井径变化和仪器在井中倾斜所造成的影响，提高了测量精度。

（二）影响声波速度测井的因素

1.周期跳跃

在正常情况下，第一接收器R₁和第二接收器R₂应该被弹性振动的同一个首波波峰（一般为头一个周期的负峰）的前沿所触发。由于某种原因造成声波的首波严重衰减，使两个接收器不是被同一个峰触发所造成的曲线跳动，称为周期跳跃。由于每差一个峰，在时间上造成的误差恰好是一个周期，所以叫周期跳跃（图2-7、图2-8）。在这种影响条件下所测时差将不反映岩层的真实声速，且时差增大，在声波时差曲线上，以急剧地偏转或特别大的时差反映出来。产生周期跳跃的原因有两方面：一是发射功率较小或间距较大时，容易产生周波跳跃记录；二是仪器周围介质对声波能量的衰减较大时，也容易产生周期跳跃。一般地说，原因一在仪器设计时已有所考虑；原因二所产生的周期跳跃时差曲线应用时要特别注意进行校正，或反其道而利用声速测井的周期跳跃现象，往往能发现气层。

图2-7 声波周期跳跃

图2-8 声波周期跳跃解释

2.源距和间距的影响

选择源距，要考虑使折射波最先到达接收器。据此，1 m的源距足够满足要求。

根据生产实践发现，声波测井求得的总旅行时常大于地震测量结果；另外，当源距增大时，测得的声速值也增大。说明，声速测井记录的地层速度与真实速度有某些差别。特别是后一种现象说明，井壁附近存在声速较低的过渡带。由于过渡带声速低于地层速度，为了得到从没有遭到破坏的地层返回的折射波，要有足够大的源距。过渡带大约在15～125 cm范围。有人曾计算，源距要在2.5 m左右可以满足这个要求。

间距大小影响分层能力。间距小分层能力强，间距大分层能力差。

3.探测范围

声波测井的探测范围一般是指井壁滑行波的影响范围，它和声波的波长λ有关。大家知道，波长λ、频率f和声波速度v之间有下列关系：

地球物理测井

在频率为20 kHz，岩层中声波速度为1500 m·s^-1到7600 m·s^-1时，波长为8 cm到38 cm。根据实验，声波测井的探测范围大约等于三倍波长。在上述条件下，研究深度大约为25 cm到115 cm。