金林

摘要：聲波測(cè)井是物理勘探手段中最為常用的方法，不僅在固體礦產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用，在油氣勘探上也漸漸受到人們的重視。通過(guò)聲波測(cè)井可以確定巖層中巖石的彈性力學(xué)性質(zhì)及聲學(xué)參數(shù)，進(jìn)而推導(dǎo)出該巖層的孔隙度、滲透率及巖性等特征。本文在充分分析天然氣層及聲波測(cè)井特點(diǎn)的基礎(chǔ)上論述聲波測(cè)井在天然氣探測(cè)中的具體應(yīng)用手段及原理，通過(guò)測(cè)量所得聲波曲線中周期跳躍現(xiàn)象，結(jié)合地層巖性特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征，對(duì)天然氣層含氣飽和度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：聲波測(cè)井；天然氣層；周期跳躍；飽和度

1 天然氣層的特征

天然氣是重要的能源資源，在當(dāng)今社會(huì)能源結(jié)構(gòu)中所占比重越來(lái)越大，因此深入研究顯得意義重大。

天然氣可以以三種形式存于地下：固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)。但以氣態(tài)形式存于巖石孔隙間的天然氣才能被人類使用。天然氣主要由烷烴組成，其中甲烷占絕大部分，也含其他烴類及氮?dú)獾?。天然氣密度一般小于水且不溶于水，因此地下水常常將其圈閉起來(lái)，水層常常成為天然氣層的蓋層存在。

一個(gè)天然氣層的形成離不開(kāi)生儲(chǔ)蓋構(gòu)造，一個(gè)好的生氣層含有大量的有機(jī)質(zhì)，能產(chǎn)生大量的天然氣，運(yùn)移到孔隙度較大的巖層中儲(chǔ)存下來(lái)后，還需要較好的圈閉環(huán)境，使得氣體能得到完好保存而不逸散。這就是一個(gè)天然氣層存在的必要條件。

泥巖地層“欠壓實(shí)”現(xiàn)象的出現(xiàn)[1]，一般預(yù)示著氣藏的出現(xiàn)。弛豫時(shí)間是判斷氣藏的很好標(biāo)準(zhǔn)：

1/T1=1/T1B+1/T1S

T1B體弛豫時(shí)間，T1S表面弛豫時(shí)間。

含氣地層與含水地層相比，前者弛豫時(shí)間明顯大于后者，其次在含油地層與含氣地層的比較中，含油地層橫向弛豫遠(yuǎn)大于含氣地層。通過(guò)弛豫時(shí)間對(duì)比也能清楚地劃分出這三種地層。

2 基本原理

2.1 聲波波速測(cè)井基本原理

聲波波速測(cè)井通常是雙發(fā)雙收系統(tǒng)[2]，即兩個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射聲波，同時(shí)兩個(gè)接收器接受聲波，兩者輪流接受到聲波信號(hào)，其間間隔的時(shí)間便是聲波時(shí)差，它代表著地層巖石聲波傳播速度。

如圖中所示，聲波波速測(cè)井其兩個(gè)接收器（T1及T2）間距相同且固定不變，所以測(cè)井結(jié)果可用單位長(zhǎng)度的時(shí)間差表示。

Δt=L/vt

Δt為聲波時(shí)差，L為兩個(gè)接收器之間的距離，vt為巖石聲速。聲波波速測(cè)井主要用途是測(cè)定巖層的孔隙度，此外不同巖性對(duì)應(yīng)有不同的Δt，對(duì)于判斷巖性及地層對(duì)比，它發(fā)揮著重要作用。

2.2 聲波測(cè)井與巖性識(shí)別及孔隙度

根據(jù)研究，對(duì)于固結(jié)的巖石，聲波傳播速度、孔隙度和孔隙中液體性質(zhì)之間存在下列關(guān)系：

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

v、vf、vm為巖石、孔隙流體及巖石骨架的聲波速度，φ為孔隙度，Δt、Δtf、Δtma為相應(yīng)物質(zhì)中的聲波時(shí)差。在測(cè)井時(shí)，我們能很快地知道各種聲波時(shí)差的數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出各巖層的孔隙度?？紫抖扰c巖性有很大的關(guān)聯(lián)，不同巖性有不同的孔隙度特征，結(jié)合橫波與縱波聲波時(shí)差比值，我們就能很好地推測(cè)出地層的巖性。

3 天然氣層的識(shí)別

3.1巖性及孔隙度分析

不同的巖性對(duì)天然氣的儲(chǔ)存有不同的影響，對(duì)于那些形成于高溫高壓環(huán)境的火成巖來(lái)說(shuō)，可燃天然氣在其中儲(chǔ)存的可能幾乎為零。即使火成巖孔隙條件、圈閉條件極好，也會(huì)由于火成巖形成地帶構(gòu)造活動(dòng)過(guò)于強(qiáng)烈，天然氣運(yùn)移到此，后期地質(zhì)運(yùn)動(dòng)破壞儲(chǔ)藏環(huán)境而逸散。筆者通過(guò)資料查詢，研究全國(guó)天然氣礦區(qū)的礦體巖性發(fā)現(xiàn)，天然氣主要產(chǎn)于白云巖、砂巖、粉砂巖及泥巖等孔隙度發(fā)育較好的巖性中，火成巖中也可見(jiàn)天然氣礦藏，但較少見(jiàn)。

在前面我們探討了聲波測(cè)井對(duì)巖性控制方面的精確性，根據(jù)Δts/Δtp比值，它能很好地推測(cè)出地層巖性特征，結(jié)合天然氣在地層巖石中的儲(chǔ)存分布特點(diǎn)，我們便能很好地把握未知地層中天然氣層存在的可能性。

此外，孔隙度做為天然氣存在的另一重要條件，也能很好地指示天然氣層的探測(cè)工作。巖石孔隙中含有天然氣時(shí)，時(shí)差將顯著增大，孔隙度越大的巖石，其變化的程度將更大，將更好地指示出該巖層存在天然氣層的可能性。

孔隙度與巖性也是密不可分的。不同巖性對(duì)應(yīng)著一定范圍的孔隙度，在相同環(huán)境下某些巖石孔隙度明顯要高于其他巖石，如砂巖的孔隙度一般較高。因此在天然氣層的探測(cè)過(guò)程中，應(yīng)將這兩者緊密結(jié)合，才能更好地利用聲波測(cè)井對(duì)天然氣層進(jìn)行探測(cè)。

3.2 周期跳躍對(duì)天然氣層的指示

聲波速度測(cè)井過(guò)程中有許多影響因素，其中最為明顯的便是周期跳躍現(xiàn)象。周期跳躍現(xiàn)象有可能是設(shè)備布置不恰當(dāng)所引起，也有可能是地層中某些介質(zhì)對(duì)聲波的衰減較大所導(dǎo)致。對(duì)于前者，調(diào)整好儀器設(shè)備間距及發(fā)射功率，觀察井壁情況，并確保泥漿中未混有氣體，我們可以很好地避免。如果依舊出現(xiàn)周期跳躍現(xiàn)象，那么很有可能是由于地層中含有裂隙或地層中含有天然氣層。通過(guò)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方法，研究本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)，在大區(qū)域上推測(cè)本地層出現(xiàn)裂隙的可能，進(jìn)而推測(cè)天然氣層存在的可能性。

周期跳躍現(xiàn)象是一種無(wú)規(guī)律現(xiàn)象[3]，它的出現(xiàn)存在許多可能性，這要求探測(cè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，排除設(shè)備、泥漿等人為因素的影響后，再對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步利用才是有價(jià)值的。結(jié)合巖性及孔隙度分析，在排除設(shè)備故障的情況下，它的存在基本意味著含氣層的存在。

4 結(jié)論

聲波測(cè)井對(duì)于探測(cè)天然氣層有一套獨(dú)有的方法，且對(duì)指示天然氣層的存在的準(zhǔn)確性較高。通過(guò)巖性及孔隙度分析，結(jié)合周期跳躍現(xiàn)象，我們能很好地了解某地區(qū)是否含有天然氣層。

參考文獻(xiàn)

[1]王樹(shù)寅. 聲波時(shí)差測(cè)井在鄂爾多斯天然氣勘探中的地質(zhì)應(yīng)用[J]. 測(cè)井技術(shù)， 1993， （4）：289-295.

[2]王建華. 聲波測(cè)井技術(shù)綜述[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào)， 2006， 3（5）：395-400.

[3]楚澤涵.聲波測(cè)井原理.北京：石油工業(yè)出版社.1987.endprint