声波变密度测井技术在煤层气资源普查中的应用

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1、声波变密度测井技术在煤层气资源普查中的应用声波变密度测井技术在煤层气资源普查中的应用　　1引言　　煤层气资源作为我国现阶段极具潜力的新型可采资源，对未来国民经济的发展有着非常重大的意义。因此，对区域煤层气资源进行普查是现阶段十分必要的手段。在煤层气资源普查项目中，固井质量检查能够准确判断钻孔固井质量的等级，能为煤层气排采提供重要的技术依据[1]。　　声波变密度测井技术是固井质量检查中的一项重要手段，它能检查水泥与套管之间的胶结情况；检查水泥与地层之间的胶结情况；能找出套管外的窜槽部位；能判断水泥的返高位置。该技术已经在昭通煤层气资源普查项目发挥重要作用，为煤层气排采提供了可

2、靠的技术辅助支持，已经成为煤层气普查项目中的一种重要的地球物理方法手段。　　2声波变密度测井的原理　　2.1声波在介质中的传播　　声波由一种介质向另一种介质传播，在两种介质形成的界面上，将发生声波的反射和折射。反射波的幅值取决于两种介质的声阻抗。声阻抗（Z）就是介质密度（ρ）和声波在该介质中的传播速度（v）的乘积（Z=ρv）。如图2-1左边所示，为声波在介质中传播示意图。两种介质的声阻抗差越大，声能量就越不易从介质1传导到介质2中去。通过界面在介质2中的传播的折射波的能量就越小。如果两介质声阻抗相近，声波几乎能形成折射波通过界面在介质2中传播，这时反射波的能

3、量就非常小。　　2.2滑行波的概念　　当介质1中的声波速度v1小于介质2中的声波速度v2时，当大到某一角度时，为直角，此时折射波将沿着界面在介质2中传播，这样的折射波在声波测井中叫滑行波，或称首波或头波，此时的入射角叫临界角。如图2-1右边所示。　　并且，介质中波所传播的个点都可以看成新的波源，称为子波源；可以认为每个子波源都可以向各个方向发出微弱的波，称为子波本文由.L.收集整理；这种子波是以所在介质的声波速度传播的[2]。　　2.3声波测量原理　　发射器发射出声波后，一部分声波在套管中以滑行波的方式沿套管传播，形成套管波，另一　　部分会产生折射到水泥环中传播，还有一部分

4、穿过水泥环传入地层，分别形成水泥环波、地层波。声波在介质中传播，其幅度会逐渐衰减，声波幅度的衰减在声波频率一定的情况下，是和介质密度、弹性等因素相关的。通过测量声波幅度的衰减变化来认识地层特点以及水泥胶结环情况等。如图2-2所示，为声波测量原理。　　发射器到第一个接收器的源距为3英尺（0.91m）。测得的曲线为CBL（水泥胶结）曲线，CBL测量的是套管波的幅度。由于传播的路径和穿过的介质基本固定，因此波的衰减与介质的吸收及不同介质界面上的反射系数有关。如果水泥环与套管外壁胶结好，由于水泥环的声阻抗与套管的差别小，声波传入水泥环，套管波的首波幅度低。如果水泥环与套管胶结不好，

5、其中残留有泥浆，致使两者的声阻抗差别大，反射系数大，大部分声波能量沿套管传播，套管波的首波幅度大。如果套管外只有泥浆或空气时，套管波首波幅度与水泥环胶结好的首波相比，其幅度可增加4～5倍，因此可根据CBL测得的声波幅度曲线来判断水泥固井质量的好坏。　　2.4CBL（水泥胶结）曲线的应用：判断第一界面的固井质量　　使用声波相对幅度的大小来判断固井质量。声波相对幅度=A目的/A泥浆*100%（A目的：目的井段的声波幅度；A泥浆：套管外是泥浆，即自由套管井段的声波幅度）。通常，相对幅度越小，固井质量越好；相反，相对幅度越大，固井质量越差。一般将固井质量划分为三个等级：①：胶结质量

6、好，相对幅度<20%；②胶结质量中等，相对幅度：20%～40%；③胶结质量不好，相对幅度>40%。　　2.5VDL（变密度测井）曲线的应用：判断第二界面的固井质量　　CBL（水泥胶结）测量的是套管波的首波幅度。首波幅度的大小取决于水泥与套管外壁的胶结程度，因此只能解决第一界面（套管外壁与水泥环的界面）的问题，而水泥环与井壁（水泥环与地层）之间是否胶结良好，即第二界面的问题是无法解决的。　　第二个接收器源距为5英尺（1.52m）。接受的是变密度测井（VDL）的测井曲线，可以接受套管波、水泥环波、及地层波，可以检查套管井第一、第二界面的胶结程度。测量时将声波幅度的大

7、小转变为光辉度的强弱，黑色的深浅信号表示信号幅度的大小，因为测量时只保留信号幅度的正半周，将负半周去掉，所以资料显示为黑白相间的条纹。　　VDL（变密度测井）显示为黑白相间的条带状记录（辉度记录）。条带的宽度和亮度取决于声幅的大小及声信号的频率，条带的相对位置取决于地层性质。声波幅度越大，黑色条带越黑，通过黑白条带的亮暗就可以知道套管波、地层波的幅度，这两个幅度分别反映了第一、第二界面的胶结情况。在前十几个波中，前四个波与套管波有关，第五个至第八个波与地层波有关[3]。　　3声波变密度测井的施工要求及资料分析　　3