聲波時差，指接收聲波的時間差值。時差就是速度的倒數(shù)，1/v，其單位為s/m，常用單位包括μs/m，μs/ft等，1s/m=10的6次方μs/m。利用這個差值可以進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，求解各種量值。測井曲線符號縮寫：AC。

常見巖石聲波時差如下：

砂巖為55.5μs/ft(182μs/m);

灰?guī)r為47μs/ft(155μs/m);

白云巖為43μs/ft(141μs/m);

淡水為189μs/ft(620μs/m)。

一、聲波時差的類型

聲波時差作為一種物理學(xué)方法，主要可以分為以下三類：

1、對指定的物體發(fā)射一列聲波，記錄發(fā)射時間和反射后的接收時間，根據(jù)聲波波速、聲波時差、多普勒效應(yīng)可以計(jì)算出該物體到發(fā)射處的距離以及物體運(yùn)動速率。此法已用于檢測車速。

2、在不同地點(diǎn)(兩個或以上)同時向某一物體發(fā)射兩列相同的聲波，分別記錄發(fā)射時間和反射后的接收時間，可以確定該物體的具體坐標(biāo)位置。此法廣泛用于聲納測量。

3、對同一物體發(fā)射兩列不同的聲波，探測相關(guān)物理數(shù)據(jù)。

二、不同巖性的巖石的聲波時差

砂泥巖剖面：

一般情況是砂巖顯示為低時差：400-180(高聲速：2500-5500);泥巖顯示為高時差：548-252(低聲速：1810-3960);頁巖介于砂巖與泥巖之間，礫巖一般具有低時差(高聲速)，且愈致密時差愈低。

碳酸鹽巖剖面：

灰?guī)r156-144、白云巖125時差Z低;泥灰?guī)r和泥巖時差較高。當(dāng)石灰?guī)r和白云巖為孔隙性或裂溶性時，聲波時差就明顯地增大。在純石灰?guī)r或白云巖井段，可以利用時差曲線劃分出儲集層(孔隙性或裂縫性層段)。

膏鹽剖面：

其中的巖鹽和石膏層，用電測無能為力，用聲速可獲得良好效果。巖鹽時差為高值217-193，無水石膏時差顯示為低值164-193。

泥巖在時差曲線上顯示為高值，當(dāng)其致密程度增加時，時差降低。由于在各類巖石中聲波不同，因此使聲波時差曲線具有一定的對比性。

地層對比當(dāng)一定類型的巖層，且孔隙度和巖性在橫向上大體穩(wěn)定時，時差曲線即可以用來作地層對比。它的優(yōu)點(diǎn)是不受井眼大小和井內(nèi)泥漿礦化度的影響。因此，如果不能從其它測井方法獲得良好的對比標(biāo)致層時，可試用時差曲線進(jìn)行地層對比，有可能獲得成功。

三、聲波時差判斷含氣層

聲波時差在天然氣中和在油水中差別很大，一般在天然氣中比油水中大30-50μs/m，所以當(dāng)巖層孔隙中含天然氣時，時差將顯著增大。此外由于聲波在氣層中能量衰減顯著，有可能出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。

地層含氣對聲波能量有很大的衰減作用，造成周波跳躍。對于非常疏松的砂巖氣層來說，這是因?yàn)樗鼈冾w粒之間的接觸面積很小，聲波能量從一個顆粒傳到另—顆粒，必須通過孔隙中的氣體，由于巖石和氣體的聲阻抗相差很大，二者之間的聲耦合很差，聲波能量不易由顆粒向氣體傳播，會產(chǎn)生大量散射，聲波信號受到很大的衰減，因此氣層在聲波時差曲線上表現(xiàn)為周波跳躍。

正是由于產(chǎn)生周波跳躍和聲波時差增大，所以聲波時差可以用來判斷地層是否含有天然氣。

四、聲波時差法在流量自動監(jiān)測中的應(yīng)用

聲波時差法是利用超聲波在水流中的傳播特性，用一組或多組超聲換能器來測量同水層平均流速，利用水位計(jì)測量水深。若為規(guī)則斷面，通過水深計(jì)算斷面面積，通過逐層流速積分計(jì)算出流量。若為不規(guī)則斷面，則需要建立斷面水深-面積數(shù)學(xué)模型，根據(jù)測量的各層流速和水深自動計(jì)算流量。

在單聲路測量中，使用面流速方法，流量Q可通過Q=Vm·A計(jì)算出，其中，Vm代表面平均流速，A代表橫截面積。為了獲得穿過整個斷面的平均流速Vm，通過超聲波流量計(jì)測得給定深度處的聲路流速Vz，這個流速并不等于平均流速，必須通過水力校正系數(shù)K進(jìn)行修正，根據(jù)關(guān)系式Vm=K·Vz計(jì)算出平均流速。一維的流速分布定律并不能完全地描述明渠的流態(tài)分布，因此，為了減少不確定的流速剖面，同時為了即使在惡劣的流態(tài)條件下也能獲得較高精度的流量數(shù)據(jù)，就必須采用多聲路配置。

多層超聲波換能器被斜交叉地布置在渠道兩岸，超聲波換能器由儀表控制，從渠道一岸順流發(fā)射超聲波，另一岸接收，然后再反向工作。根據(jù)觀測的順、逆方向傳輸時間之差計(jì)算出相應(yīng)水層的平均流速。在多聲路測量中，使用“平均斷面法”，即測量從水表到渠底之間的若干層的流速并進(jìn)行平均，將根據(jù)下列關(guān)系式得出總流量為

式中，Qbottom為Z低聲路之下的底部面積乘以底部流速得出的流量;Qtop為Z高聲路之上的頂部有效面積乘以頂部流速Vtop得出的流量;Vi為第i聲路的流速，A(zi)為第i聲路之下的橫截面積。

多聲路超聲波流量計(jì)不依賴于水力學(xué)系數(shù)，多層流速可很好地描述出流速剖面曲線，從而得到較高的測量精度。

五、聲波時差在排烴中的應(yīng)用

聲波時差作為衡量物質(zhì)密度的標(biāo)尺已眾所周知，作為觀察孔隙流體異常壓力和巖石壓實(shí)程度的手段也得到廣泛應(yīng)用，作為排烴的指示也獲得了普遍認(rèn)可。

目前在排烴問題上的主流看法是微裂隙排烴。微裂隙或產(chǎn)生于不斷增加的流體數(shù)量，或產(chǎn)生于逐漸減小的孔隙體積和封閉的孔隙通道。對于后者，非生油層泥巖和生油巖泥巖的先天條件是一致的，唯yi不同的是，生油巖通過生烴產(chǎn)生出新的流體是非生油泥巖所沒有的。

烴的生成實(shí)現(xiàn)了地層中固相干酪根向液相、氣相烴類的轉(zhuǎn)換，造成了地層內(nèi)部增壓，尤其氣態(tài)烴對地層增壓貢獻(xiàn)較大。為此，源巖通常都處在一種長時憋壓和瞬時泄壓的動平衡機(jī)制當(dāng)中。當(dāng)巖石中流體壓力超過泥巖破裂壓力時，微裂隙產(chǎn)生，烴類流體排出，欠壓實(shí)緩解，微裂隙封閉，然后開始下一輪憋壓過程。盆地內(nèi)凡與砂巖并置的成熟源巖都出現(xiàn)壓力釋放，且釋放段與源巖厚度相當(dāng)，這充分證明欠壓實(shí)特征消失是烴類生成造成的，其實(shí)質(zhì)代表排烴。

非烴源泥巖的欠壓實(shí)特征之所以保持，因?yàn)樵鰤毫黧w主要是水，水的數(shù)量有限，其孔隙流體壓力增幅也有限，由于達(dá)不到巖石破裂極限，異常壓力不易釋放。同理，未熟源巖由于生烴數(shù)量太少，也因未達(dá)到巖石破裂極限使欠壓實(shí)特征仍然被保持。

為此，生油層欠壓實(shí)特征是否消失，面向疏導(dǎo)層時是否出現(xiàn)聲波時差曲線下滑就成為衡量其是否排烴的一項(xiàng)重要標(biāo)志。

六、沉積地層中的不整合——聲波時差測井

聲波時差是沉積地層的巖性、物性(孔隙度大小、孔隙結(jié)構(gòu)、裂縫密度和開啟度等)以及孔隙和裂縫中的流體性質(zhì)等因素綜合響應(yīng)。在地層垂向剖面中，由于不整合的存在，將引起上述因素發(fā)生異常變化，導(dǎo)致聲波時差也發(fā)生相應(yīng)的異常變化，這些異常變化就是我們進(jìn)行不整合識別的基礎(chǔ)。

巖性對聲波時差的影響明顯，在分析研究過程中，為了消除巖性的影響，在同一口井中選擇同一巖性作為研究對象，一般選用泥頁巖，若泥頁巖含量低時，可選用砂巖，但深部砂巖可發(fā)育次生孔隙，影響聲波時差的正常變化。

通過測試井的聲波時差對數(shù)與其深度變化關(guān)系圖的分析和研究表明，不整合面(層序界面)上下的聲波時差對數(shù)與其深度的回歸線表現(xiàn)為以下幾種基本類型:

1、界面上下回歸線發(fā)生明顯的錯開，即界面之上的回歸線的終點(diǎn)與界面之下的回歸線的起點(diǎn)不在同一點(diǎn)，但斜率相同(下圖A、B);

2、界面上下回歸線的斜率不同，但回歸線未發(fā)生錯開，呈折線(下圖C、D);

3、界面之下存在異常點(diǎn)或異常段(下圖E);

4、界面上下的回歸線無異常，呈一條直線(下圖F)。

實(shí)際研究中，不整合面上下的聲波時差對數(shù)與其深度的回歸線多表現(xiàn)為綜合類型，如：1和2的綜合，即界面上下的回歸線發(fā)生明顯的錯開，且斜率不同。

  2018-06-02 4495