井眼是地下油气流动到地面的重要通道。那么,这个井眼形状规则吗?井壁表面上有什么东西?专家们能像日常看电视一样,看到距离地面几千米深井下四周的图像吗?对这个问题的回答是:不能,也能。
回答“不能”是因为电视是基于光学成像的,而几千米深的地下是没有光的,因此不能对井壁进行光学成像。回答“能”是因为石油科学家们想到了另外一种方法来获取井下图像,这就是“超声成像测井”,也叫井下声波电视。
超声成像测井主要利用旋转式超声声源对井眼四周进行扫描,并记录井壁反射回来的声波波形。超声声源发出来的声波就像一束“光”射向井壁,在马达驱动下,超声声源在井下360度高速旋转,并对井壁进行扫描成像。井壁是由不同类型的岩石组成的,这些岩石的密度和声波速度不同,即声阻抗存在差异。声波在传播过程中,如果遇到了声阻抗发生变化的地方,会发生反射。因此,当超声测井的声源发出的声波到达井壁后,由于不同岩石的声阻抗不同,反射声波的能力也存在差异,这样从井壁上反射回来的声波幅度就有了变化。
除声阻抗以外,传播距离是影响声波幅度的另外一个因素。声波会随着传播距离的增大幅度减小,因而井眼半径的变化会引起反射回波传播时间和幅度的变化。人们能看见这个世界是因为有反射光进入眼睛里,大脑处理以后形成了图像。超声成像测井技术中,声波代替了光,而测井仪器就如同眼睛和大脑,代替专家们观察井下岩石的情况。超声成像测井仪器将测量的反射波幅度和传播时间按井眼内360度方位显示成图像,就可对整个井壁进行高分辨率成像。
井下声波电视可解决下述有关问题:
首先,可以用来判断岩性。由于不同岩石的声阻抗不同,声阻抗大的岩石,反射波幅度大、图像亮,如碳酸盐岩和致密砂岩等;而声阻抗小的岩石,反射波幅度小、图像暗,如泥岩和煤层等。因此,通过对比超声图像与岩心,可以确定不同岩性的图像特征。
其次,可以帮助划分裂缝带。井下地层的裂缝带,在超声成像中通常显示为暗条纹,进而可以根据条纹的变化研究裂缝产状。一般情况下,具有较陡倾角的裂缝在声波幅度图像中显示为明显的黑条纹,在双程旅行时图像中也会有显示,但不如声波幅度图像中清楚。
此外,利用井下声波电视还可以检查射孔质量及套管损坏情况。在声波幅度图像中,射孔孔眼显示成黑点,黑点的分布反映孔眼的分布;如果黑点间有黑色条纹相连,表明射孔时套管破裂。