柯 擎朱艷山王成杰梁 麗

(1.西安方元能源工程有限責(zé)任公司 陜西西安) (2.中國(guó)石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部 河北任丘)

聲速測(cè)井的影響因素分析

柯 擎1朱艷山2王成杰1梁 麗2

(1.西安方元能源工程有限責(zé)任公司 陜西西安) (2.中國(guó)石油測(cè)井有限公司華北事業(yè)部 河北任丘)

文章從聲波儀器的自身結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素對(duì)儀器換能器的影響等方面分析對(duì)聲速測(cè)井曲線,找出了影響聲波波形的原因,進(jìn)而對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的儀器有針對(duì)性的分析,根據(jù)情況進(jìn)行處理。

聲速測(cè)井;儀器結(jié)構(gòu);換能器;影響因素

0 引 言

聲速測(cè)井是測(cè)量井下巖層的聲波速度,進(jìn)而判別井外巖層的巖性,估算儲(chǔ)集層孔隙度的一種測(cè)井方法。這種方法是通過(guò)在井中放置發(fā)射探頭和接收探頭,記錄聲波從發(fā)射探頭經(jīng)地層傳播到接收探頭的時(shí)間差。聲速測(cè)井儀器所測(cè)得的聲速測(cè)井資料,可用來(lái)劃分地層,計(jì)算地層的孔隙度,定性地判斷油氣層。若與其它測(cè)井資料相配合,還可以確定地層的含油飽和度。他在油田勘探、開(kāi)發(fā)等許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,幾乎是各個(gè)油田測(cè)井的必測(cè)項(xiàng)目。

聲波測(cè)井儀在測(cè)井過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題,影響測(cè)井資料的準(zhǔn)確性。從儀器方面出發(fā),拋開(kāi)井下聲場(chǎng)的復(fù)雜性、井眼形狀、儀器偏心以及地面儀器的配套和調(diào)節(jié)因素影響等,筆者單從聲波測(cè)井儀自身結(jié)構(gòu)、儀器的換能器進(jìn)行分析和討論,進(jìn)而找出影響聲波波形的原因。

1 聲系自身結(jié)構(gòu)對(duì)聲速測(cè)井的影響[1～2]

聲系是由裝置在銑削多橫槽的鋼制圓筒里由鋼絲繩連接固定發(fā)射換能器和接受換能器組成的探測(cè)器體組成的,長(zhǎng)時(shí)間使用拉伸、井下沖撞形變使源距間距發(fā)生改變,從而影響聲速測(cè)量精度。

1.1 源距影響

眾所周知,常規(guī)聲波測(cè)井儀,采集的主要是滑行波,滑行波直接攜帶井外巖層的聲學(xué)信息。所以必須選擇合適的源距,以使滑行波比直達(dá)波先到達(dá)接收探頭、各種波群在時(shí)域內(nèi)互相分離。

源距長(zhǎng),探測(cè)巖層深;源距淺,探測(cè)巖層淺。在井壁附近往往存在破碎帶,聲速較低。用小源距聲系測(cè)井時(shí),由于探測(cè)深度淺,受破碎帶影響,時(shí)差偏低,如源距過(guò)小就不能保證滑行波先比直達(dá)波先到達(dá);用大源距聲系測(cè)井時(shí),由于探測(cè)深度深,可測(cè)的地層真實(shí)時(shí)差,但在發(fā)射功率一定的情況下,隨源距增加會(huì)使聲波衰減嚴(yán)重,從而造成記錄的聲信號(hào)的信噪比降低,甚至記錄不到信號(hào)。由于自身結(jié)構(gòu)的形變,導(dǎo)致源距改變,從而影響聲速測(cè)井時(shí)差。

1.2 間距影響

當(dāng)接收換能器多于一個(gè)時(shí),相應(yīng)接收換能器之間的距離稱為間距。間距大小對(duì)曲線的測(cè)量精度以及分層能力也有影響。當(dāng)間距大于巖層厚度(l＜h)時(shí),測(cè)量時(shí)差就是巖層和圍巖時(shí)差的混合值,對(duì)分辨薄層和分層不利,如圖1所示,同時(shí)會(huì)使滑行波能量衰減大,第二個(gè)接收器探頭接收的信號(hào)衰減過(guò)大,不易接收到,容易產(chǎn)生波形跳變現(xiàn)象。

圖1 間距l(xiāng)對(duì)劃分薄層的影響

當(dāng)間距小于巖層厚度(l＜h)時(shí),測(cè)量時(shí)差反映巖層時(shí)差。但在聲功率一定情況下,若間距過(guò)小,會(huì)使接收探頭之間的相互干擾增大;當(dāng)儀器測(cè)量誤差一定時(shí),間距減小會(huì)導(dǎo)致記錄時(shí)差相對(duì)誤差增大。我們用22所SCB-3000聲速簡(jiǎn)單分析:

SCB-3000的間距為0.4 m測(cè)量誤差dt=5μs,巖鹽Δt=218.5μs/m,白云巖Δt=142.7μs/m,則測(cè)量相對(duì)誤差:

假如SCB-3000間距減小為0.2 m時(shí),巖鹽:d′t11.44%,白云巖17.52%。

2 換能器對(duì)聲速影響

換能器是由具有壓電效應(yīng)的壓電陶瓷晶體制成。聲速測(cè)井的發(fā)射、接收換能器是發(fā)射和接收振動(dòng)的關(guān)鍵器件,其作用有兩個(gè):一是利用發(fā)射、產(chǎn)生振動(dòng),將電能按照需要的頻率轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng);二是接收井內(nèi)液體中的聲波,將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

在測(cè)井過(guò)程中當(dāng)聲波幅度比較小時(shí),除發(fā)射探頭發(fā)射的能量較小外,也可能由以下因素造成:

2.1 深度對(duì)換能器影響

聲波發(fā)射、接收換能器既有電學(xué)邊界條件,又有力學(xué)邊界條件。儀器下井較深時(shí),井內(nèi)液體壓力增加,換能器所受到的靜壓力就越大,換能器的力學(xué)邊界條件變化就越大。這時(shí)其振動(dòng)系統(tǒng)的震動(dòng)參數(shù)和條件也隨之發(fā)生變化,這些變化的最直接表現(xiàn)就是換能器的發(fā)射和接收效率降低、聲波幅度減小。

2.2 溫度對(duì)換能器影響

由于換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換系數(shù)隨溫度改變,所以不同深度處波形的幅度還受換能器本身溫度性能的影響。波形隨溫度的變化曲線如圖2所示,從圖2上可以看到:溫度在80℃時(shí),首波幅度最大,當(dāng)溫度在180℃時(shí),首波幅度最小;隨著溫度升高,波形幅度減小;溫度降低,波形幅度增加,首波幅度隨溫度的變化規(guī)律基本一致。所以測(cè)井波形幅度減小在一定程度上是由換能器自身變化所導(dǎo)致的。

2.3 發(fā)射脈沖寬度對(duì)換能器影響

聲波測(cè)井采用的是瞬態(tài)的激發(fā)方式。由于換能器自身具有一定的主頻和頻帶寬度,所以激發(fā)脈沖的寬度需要按照換能器的主頻率進(jìn)行選擇。換能器于激發(fā)電路共同構(gòu)成激發(fā)回路。激發(fā)脈沖的寬度要大于換能器的的主頻率所確定的周期。激發(fā)脈沖很短,遠(yuǎn)小于換能器主頻的周期,即激發(fā)脈沖與換能器的主頻率不一致,激發(fā)的能量比較小;兩者一致時(shí),激發(fā)的能量比較大。

圖2 波形隨溫度的變化曲線

2.4 換能器自身影響

聲波換能器的高度決定它所發(fā)射(或接收)聲波的范圍。探頭越高,發(fā)射(或接收)的聲波范圍越小。由于要求發(fā)射的聲波能夠在各種地層中都能延井壁產(chǎn)生滑行波,所以要求發(fā)射換能器發(fā)射聲波的范圍足夠大,使其在不同的底層中都有入射角為臨界角的聲波信號(hào);換能器的直徑大小與換能器的固有頻率有關(guān),直徑越小,其固有頻率越高,直徑越大,固有頻率越低。由于聲速測(cè)井儀工作時(shí)要求的工作頻率與其固有頻率一致,因此換能器的工作頻率就是其固有頻率。

發(fā)射頻率既要滿足劃分地層的分辨率要求,又要避免聲信號(hào)衰減過(guò)大所出現(xiàn)的問(wèn)題。聲波換能器的工作頻率既不能過(guò)低、也不能過(guò)高。過(guò)低不利于提高分辨率,也致使增加換能器的直徑,隨之聲波儀器的直徑也要增大,這將受到井眼直徑的限制;過(guò)高由于聲波在介質(zhì)中的衰減與頻率平方成正比,因而在較短時(shí)間內(nèi)聲波會(huì)變的很弱,不利于測(cè)量。

在更換聲速測(cè)井儀接收換能器時(shí)應(yīng)注意:挑選固有頻率不應(yīng)大于發(fā)射探頭的固有頻率,可以略小于發(fā)射探頭的固有頻率;應(yīng)挑選固有頻率盡量接近,否則將會(huì)對(duì)同一滑行首波造成幅度和相位的失真,引起記錄的明顯偏差。

3 電路對(duì)聲速影響[3]

由于儀器電路長(zhǎng)時(shí)間處于高溫的井下,功率器件工作時(shí)也散發(fā)熱量,使對(duì)溫度敏感的晶體管放大器件工作點(diǎn)隨溫度漂移,從而對(duì)有用聲波信號(hào)放大造成影響;另一方面,元器件長(zhǎng)時(shí)間使用致使性能老化,引起性能參數(shù)改變,影響放大倍數(shù),使得聲波信號(hào)幅度降低。這些都可以適當(dāng)改變外圍器件來(lái)進(jìn)行調(diào)整或更換同型號(hào)的放大器件來(lái)調(diào)整信號(hào)幅度。

4 結(jié) 論

當(dāng)聲波測(cè)井儀所測(cè)曲線異常,但在地面檢查儀器各方面參數(shù)正常情況下,可根據(jù)從聲速影響的因素中找到原因作針對(duì)性的處理,比如考慮是否更換性能更好的換能器,使儀器在惡劣的井下環(huán)境中換能器的工作頻率、頻率帶寬等穩(wěn)定不變,來(lái)確保儀器的測(cè)量精度,排除故障,測(cè)出合格曲線。

[1] 沈建國(guó).聲波測(cè)井原理與技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009

[2] 章成廣,江萬(wàn)哲,潘和平.聲波測(cè)井原理與應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009

[3] 王佩珠,許開(kāi)君.電路與模擬電子技術(shù)[M].南京:南京大學(xué)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年畢業(yè)于陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,現(xiàn)在西安方元能源工程有限責(zé)任公司油田測(cè)井項(xiàng)目部從事儀器維修工作。郵編:710201

2010-06-08編輯:高紅霞)