鄂尔多斯盆地的致密砂岩气层通常具有低孔低渗和低阻的特征，因此在选用阿尔奇公式计算含水饱和度时评价效果不理想.故建立含气饱和度和非电性参数之间的关系是非常有必要的.

通过模拟部分含水岩石中纵波速度的变化，在理论上说明了含水饱和度与声波速度存在一定的关系，但同时又受到其他多种因素的影响(White，1975；王东等，2006；李维新等，2007；林凯，2010；许松等，2014).通过对部分含水的岩石在实验室中测量其声波速度变化，用实验数据说明含气对声波速度的影响作用，并与数值模拟数据进行了对比，说明含气饱和度与声波速度的关系非常复杂(史謌和沈联蒂，1990a；Endres and Knight，1991； Gist，1994；刘瑞文等，2007；朱红林等，2011).而其他因素(温度、压力、岩性等)对声波速度的也有一定的影响(史謌和沈联蒂，1990b；沈联蒂和史謌，1994；史謌等，1995;邓继新等，2004；Sun and Han，2009).Sun M等人的实验表明，声波速度受到温度和压力的影响，且随着温度的增高，呈现先降低后升高的弯曲现象(Sun and Han，2009).此外，综合利用纵横波数据，可定性评价含气性对纵波时差和纵横波速比的影响(Brie et al.，1995)，利用交叉偶极声波测井数据可对致密砂岩气层进行评价(王飞，2013).但是由于地层中声波传播的复杂性，声波速度不仅受到地层中流体的影响，更受到地层孔隙度以及其他因素的影响，所以用声波测井数据评价地层含气饱和度仍具有一定的难度.

本文在实验室超声频率下对致密砂岩层岩样在不同的含气饱和度下进行了实验测量，实验表明含气饱和度对纵波速度有一定的影响，并且也存在类似于随着温度变化呈现出的弯曲现象.建立了本地区含气饱和度和纵波速度之间的关系式，并将之用于实际井的含气性评价中.评价的结果良好，说明这种非电性方法计算饱和度是可行的.本文将实验中的超声波速测量外推到实际井的评价中，这在饱和度测井评价中有很重要的意义.实验数据分析结果应用在实际井中评价将比理论模拟的数据的应用更具有优势，且通过非电性方法对气层的定量化评价比定性识别具有更重要的意义.此外，由于本文中建立的方法仅需使用常规测井数据即可对含气饱和度进行评价，大大扩展了声波测井数据评价气层的应用范围.

本实验中选用取自鄂尔多斯盆地苏里格地区致密砂岩层的13块岩心，加工成直径约为25 mm的圆柱形样品，并进行洗油、洗盐和烘干处理后，置于干燥皿中，作为实验样品.由于苏里格地区的储层样品多为石英砂岩，泥质含量很小，所以本文认为是近于不含泥质的砂岩，为此本文不考虑泥质的影响.

对预处理的岩样进行孔渗、直径、长度和质量等物性参数的测量，以综合声波数据进行分析处理.测量数据如表 1所示.

对干样品的孔隙度和密度做交会图，得到图 1.

图 1

Fig. 1

图 1 干岩样密度与孔隙度交会图 Fig. 1 Density and porosity diagram

由图 1可见，所选取的岩样的孔隙度和密度有很好的线性相关关系，且岩石的骨架密度为2.6584 g/cm³.综合表 1中的岩性数据，说明这些样品具有类似的骨架参数.

表 1(Table 1)

表 1 干岩样物性测量数据表 Table 1 Physical property data sheet of dry samples 样号 孔隙度(%) 渗透率 (10 -3 μm 2) 长度(mm) 直径(mm) 干样质量(g) 干样密度(g/cm 3) 岩性 133 8.6 0.169 48.32 25.17 58.72 2.44 灰白色含气含砾粗砂岩 134 13.2 0.733 46.23 25.21 53.38 2.31 灰白色含气含砾粗砂岩 135 13.1 1.0259 47.80 25.25 55.01 2.30 灰白色含气含砾粗砂岩 136 15.4 1.192 46.66 25.24 52.32 2.24 灰白色含气含砾粗砂岩 138 13.2 0.789 44.36 25.23 50.86 2.29 灰白色含气含砾粗砂岩 145 6.2 0.048 46.35 25.25 58.33 2.51 灰白色含气粗砂岩 146 6.0 0.088 46.30 25.23 58.48 2.53 灰白色含气粗砂岩 148 5.8 0.102 47.61 25.28 59.81 2.50 灰白色含气粗砂岩 150 6.0 0.145 41.87 25.47 52.79 2.48 灰白色含气粗砂岩 156 12.0 0.258 46.78 25.25 54.48 2.33 灰白色含气粗砂岩 159 3.4 0.060 41.20 25.20 52.88 2.57 浅灰色粗粒岩屑石英砂岩 160 8.4 0.1908 46.71 25.37 57.00 2.42 浅灰色粗粒岩屑石英砂岩 162 9.4 0.195 42.94 25.28 52.16 2.42 浅灰色粗粒岩屑石英砂岩

表 1 干岩样物性测量数据表 Table 1 Physical property data sheet of dry samples

本实验中，采用称重法确定岩样的含水饱和度，公式为

对于不同含气饱和度岩样纵波速度的测量步骤如下：

(1)根据岩心所在地区的水分析资料，进行模拟地层水的配置.

(2)将预处理后的岩样置于模拟地层水中，用抽空饱和仪器进行抽空饱和处理24小时，为了均匀饱和效果更好后静置12小时.

(3)用天平测量饱和好的岩样的质量，并快速测量纵波速度(防止水分蒸发过多，影响测量结果).

(4)将湿岩样在室温下放置一段时间后，测量质量和纵波速度.

(5)重复(4)，直到岩样的质量接近或等于干岩样的质量.

将称重法得到的含气饱和度和对应的纵波速度vp做交会图如图 2.

图 2

Fig. 2

图 2 纵波速度与含气饱和度关系图 Fig. 2 P-wave velocity and gas saturation diagram

由图可见，含气饱和度大于70%时，纵波速度对含气饱和度的变化反映不敏感，或随着含气饱和度的增大略有增加；含气饱和度小于70%时，纵波速度随着含气饱和度增大近似成线性降低，且不同岩样降低的速率基本一致，根据图 1可知本实验中的样品具有类似的骨架参数，所以不同岩样在饱和度相同时的速度(曲线在纵轴上的相对位置)主要取决于岩样的孔隙度.为方便评价，本文由线性外插得到了每个岩样含气饱和度为0(含水饱和)时的纵波速度v_p0.孔隙度与v_p0的关系图如图 3.

图 3

Fig. 3

图 3 含水饱和时纵波速度与孔隙度关系图 Fig. 3 P-wave velocity and porosity diagram (water saturated)

考虑到地下实际储层的绝大多数情况是含气饱和度较小的情况，尤其是致密性砂岩储层，由于束缚水饱和度较高，含气饱和度往往较低.因此基于此考虑本文选择S_g < 70%时含气饱和度与纵波速度数据进行关系式的拟合.由图 2中S_g < 70%时的点拟合得到纵波速度随着含气饱和度降低的平均速率为：-10.86 m/s，根据含水饱和岩样纵波速度与孔隙度之间的关系，拟合得到本地区纵波速度与含气饱和度和孔隙度之间的关系式为

由该公式可见，孔隙度的系数比含气饱和度的系数小，这说明孔隙度要比饱和度对纵波速度的影响更大一些.在准确求取地层孔隙度时，是可以将此公式应用到实际井的评价中的(不同地区的饱和度和孔隙度的系数可能不同).评价效果见3.2.

将以上关系应用到实际测井资料的评价中，在X井中的应用效果如图 4所示.

图 4

Fig. 4

图 4 X井评价含气饱和度综合图 Fig. 4 Gas saturation evaluation in log X

由图可见，拟合得到的公式计算的含水饱和度与分析饱和度吻合得较好，因此由实验数据拟合得到的关系式评价本地区致密砂岩气层是可行的，且评价效果良好.评价过程中需要使用的都是常规测井数据，这使该方法的应用范围较广.

鄂尔多斯盆地致密砂岩气层多具有低阻特征，阿尔奇公式不再适用.本文通过实验测量取自该地区的岩心纵波速度，建立了纵波速度与含气饱和度之间的关系式，并将该关系式应用到了本地区含气性的评价中，在S_g < 70%时，评价效果良好.致密性砂岩储层，由于束缚水饱和度较高，含气饱和度往往较低，因此本文没有考虑S_g>70%的情况，这也是下一步的工作.本文仅讨论了纵波速度随着含气饱和度的变化，按照同样的实验方法，也可评价横波速度和纵横波速比受含气性的影响.