上面提到在岩石这样的固体介质中传播可能有两种声波:纵波和横波,而且还可以根据测量记录到的岩石的声波速度来区分岩石,即识别岩性,那么除此以外在井下测量记录的纵波和横波信息还有哪些作用呢?
通常,储集石油天然气的是有孔隙或裂缝的砂岩、石灰岩、白云岩。在一个地区,或者是在一口井内,如果储集石油天然气的岩石是同一种类型(例如都是砂岩),则孔隙、裂缝多的,由于其中充满了声速比岩石低的石油天然气或水,其纵波速度要比同类的、孔隙和裂缝少的岩石的纵波速度低,这就是说,相同的岩石随其孔隙裂缝的增多(单位体积岩石中,孔隙、裂缝所占的百分比叫做孔隙度)其密度降低,相应的,其纵波速度也会下降。这样根据纵波速度测量记录的结果,可以计算出储集石油天然气岩层的一个重要参数——岩层的孔隙度。如果能探明储集了石油天然气的岩石的分布面积,通过在井下测量记录到这段岩石的厚度,再通过声波测井测得的纵波速度计算出该岩层的孔隙度,如果再能测量出孔隙中石油天然气所占的比例(叫做含石油天然气的饱和度),就可以计算石油天然气的储量。根据测量记录到的岩石的纵波速度计算岩石的孔隙度,可以达到很高的精度,例如测量大庆油田的砂岩储集层,孔隙度约25%,用纵波速度计算出的孔隙度和岩心分析结果的误差仅为1%~2%。
前节提到,纵波能在固体和流体中传播,而横波只能在固体中传播。因此,一般说来,纵波速度对岩石中孔隙度的大小或流体的多少反应非常灵敏,如致密的砂岩,其纵波速度可达5500米/秒,与钢铁的纵波速度接近,而孔隙度在20%以上的同样砂岩,纵波速度只有3000米/秒左右,仅比木材的纵波速度略高。科学家发现,岩石类固体介质的横波速度对岩石固体部分的变化非常敏感,例如,在钻井或井下作业过程中使岩石产生了裂缝或发生断裂,则其横波速度明显下降。这样根据横波速度的差异就可以判断井下岩石固体部分的变化。为了在井下岩层中产生横波,采用前面提到的偶极子声学探头在岩层中激发横波,其效果就像用锤子敲击井壁,在井壁发生与井轴方向垂直的运动的同时,产生沿井轴方向传播的横波,这样发展起来的测井方法叫偶极子横波测井。
井下的岩层,有的在各个方向的横波速度是不相同的。例如,页岩和板岩,沿其层面和垂直于层面方向的横波速度有明显差异;另外,在有裂缝的岩层中,沿裂缝延伸的方向和与裂缝垂直的方向,横波速度也明显不同,这叫做岩层的各向异性,如果能在井下测量记录到在各个方向上的横波速度的差异,就可以查明井下岩层的各向异性。例如,找到裂缝延伸的方向,从而发现高产的油气层。因此,可在井下放置两对偶极子声学探头,使之在井下互相垂直的两个方向上产生横波,根据在这两个方向上测量记录到的横波速度的差异判断岩层的各向异性。这样的测井方法叫正交偶极子横波测井。