声速测井技术方法和应用

彭化伟，黄 锐，孙宝喜

(1.大庆地区防洪工程管理处，黑龙江大庆163311;2黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

1 前言

声波在不同介质中传播时，速度、幅度及频率的变化等声学特性也不相同。声波测井就是利用岩石的这些声学性质来研究钻井的地质剖面，判断固井质量的一种测井方法。

声波测井的方法主要有声速测井、声幅测井和声波电视测井三种。工程地质勘察中应用最多的是声速测井。本文叙述的就是这种方法。

2 原理及野外工作方法

2.1 原理

声速测井的测量原理如图1所示，声波测井仪的井中探测部分由超声波发射器T和接收器R1、R2组成。T与地面上的脉冲讯号源相连，R1和R2则与电子线路构成的记录装置相连。

图1 声波测井测量原理图

由T发射的声脉冲经泥浆传到井壁，由于声波在泥浆中的速度V小于在井壁岩层中的速度V岩，故当声波射线按临界角射至井壁时，即沿井壁滑行且产生通过泥浆传到接收器的折射波。只要声波发射器与接收器之间的距离超过折射波的盲区范围，就能由记录装置将初至折射波的旅行时录出。令声波到达R1和R2两个接收器的旅行时分别为t1和t2，则有

因为R1和R2之间的距离△L一般约0.5 m，在此范围内的井径可以认为是不变的;于是CD=EF，△L=DF=BEBC，可得

式中△t是到达两个接收器的初至折射波的时间差(图1)，△L是一个常量。由此可知，在△t时间内滑行波通过的井壁岩石层厚度等于两个接收器之间的距离。曲线上的△t越小，所对应岩层的声速V岩就越大。规定△L以m为单位，△t以μm为单位，由(3)式可以算出

2.2 野外工作方法

野外实际工作中，声速测井应在无金属套管、有井液的孔段测试。

声速测井工作在每个测试孔中采用单孔法进行。一般采用0.2 m或0.5 m点距，使用上发射下接收的一发双收探头。

3 应用及实例

3.1 应用

3.1.1 划分岩性，进行地层对比

由于不同的岩石具有不同的声波传播速度，所以声波速度测井曲线可用于划分岩性剖面。当其他测井方法不能获得良好的标准层时，可以利用声波测井曲线成功地进行地层对比。

3.1.2 确定岩层孔隙度

岩层的声速主要受密度控制，密度越大声速也越大，时差就越小。对于成分相同的岩石，密度又是孔隙度的函数，因此可以根据声速测井资料求取岩石孔隙度。

图2 ZK6号钻孔声波测试成果图

3.2 实例

3.2.1 工程概况

位于海林市的绥满301国道虎峰岭段，因其海拔高、气候多变，每到冬季经常因为下雪发生交通中断。为了改变这里的交通状况，计划在虎峰岭处建设公路隧道。这将是黑龙江省第一条公路隧道，隧道的建成将大大降低301国道横跨虎峰岭的落差，彻底改变这里的交通状况。

3.2.2 数据采集

声速测井按原则要求在每个钻孔中现场测试，本次依具体情况取0.2 m点距。

3.2.3 资料处理

对声速测井资料的解释推断，应先宏观，把全孔划分为若干个声速不同的大层，求得这些层的平均波速。在此基础上再分别研究各个异常，做出地质推断，划分出薄层。对厚度不足30 cm的岩土层，只能根据测井曲线估出波速的大致范围。测井数据或曲线的深度比例尺宜与钻孔柱状图的比例尺一致。同一测区宜采用同一深度比例尺。声速测井最终提供声波测井成果图。

本次工作共对5个钻孔进行了声速测井，其中ZK6号钻孔声速测试结果参见图2。

4 结束语

声速测井在勘察工作中，是获取地质资料的重要手段之一。随着勘探领域的扩展，声波理论不断完善，声速测井方法解决问题的能力不断提高，新的声速测井仪器和方法也在不断产生。相信随着声速测井在未来的不断完善和发展，它在勘察领域将发挥越来越大的作用。

［1］ 邓一谦，雷宛.工程与环境物探［R］.成都理工大学信息工程学院，2003.

［2］ 长春地质学院水文地质工程地质物探教程编写组.水文地质工程地质物探教程［J］.地质出版社，1981.