现代声波测井技术发展的若干特点

孙胜利 赵辉 (中海油田服务股份有限公司)

引言

目前声波测井技术发展的特点主要体现在两方面： 声波测井技术的阵列化和声波测井技术的集成化。 声波测井技术的阵列化主要表现在可以对发射的声波频率进行调整、 接收器的数量大幅度增加、记录波形的方法更加多元化等。 集成化主要表现在多重探测模式下更加集成、 对地层的评价和工程的应用更加协调等。 现代声波测井技术发展的这些特点，使设备下井一次能够获得不同种类的声波参数，可以获得三维图形，可以从不同的角度去评判地层的属性的变化规律。 声波测试技术的发展大大提高了测井的成功率，效率也显著提升，节省了大量的资源。

1、声波测井技术发展的特点

1.1、探测器数目的阵列化

采用声波测井技术测量的井眼存在非均质的情况， 这种非均质的现象在纵向上表现为裂缝的低角度、大位移、底层分布不均匀等。 在径向上则表现为钻井时泥浆进入井内、井眼形状的变化等。 探测器数目的阵列化，可以使新的数据处理技术的应用得以实现，可以使纵向分辨率大大提高，改善土壤的分层能力；可以使测井的深度大大提高， 有利于观察地层的变化和井内空隙的流体分布情况； 可以在不同地层条件和不同的测量目的下进行特性化测量，提高信息的可靠性。

1.2、多源探测模式的组合化

采用声波测井技术时， 传统发射器采用的是单极子的换能器，它的工作方式是通过周向的径向胀缩振动来进行辐射。 单极子换能器可以在井中激发出滑行纵波、滑行横波等波形。 但采用单极子换能器发出的声源在地层中的纵波速度比井内流体的声速要低，使得临界折射模式无法激发出来，无法检测到横波时差参数，而且激发的一些波形也缺乏方向性，很难利用得激发出的波形得到一些重要的参数。 偶极子声源可以被看成是由分成两半的圆管组成的，圆管之间互相隔开，振动的方向也相反。 偶极子声源可以在地层中激发出偶极子波和准横波等。 四极子声源可以被看成是由一个被分成四份且大小相等的圆管组成的，圆管之间彼此隔离，振动的方向相反。 在井中它主要发出的波形是准横波和四极子波等。 四极子波与偶极子波相比有很多优点，它有更好的方位辨别能力， 抗干扰能力更强。 缺点是效率相对较低，制造更加复杂，制造的费用更高。 将这几种声源模式进行有效的组合，可以使各声源的优点得到更好的利用，在测量井时可以获得更多的信息，适应性和测量的可靠性也大大加强。

1.3、辐射方位的可控化

由于目前采用的阵列声波仪的声源距离变得越来越远，距离的增长使得声波衰减、信号强度变弱，无法达到使用的要求。要解决这个问题，单纯依靠提高仪器的功率效果不明显，因此我们可以参照在军事雷达中利用的非常普遍的相控阵雷达技术；相控阵雷达技术的原理是利用多个换能器组合成一个发射换能器阵列，对每个换能器发射脉冲的时间和幅度进行相应的调整，使各个换能器彼此之间相互配合，从而达到聚焦的效果。 采用相控阵发射可以大大增加声源覆盖的面积， 提高声波辐射的有效性。它控制的参数有间距和振元数量等。通过对各个换能器的辐射指向性进行相应的调整， 不仅可以适应不同地层环境下的测量，还可以利用纵波反射波对井外的裂缝进行探测。

1.4、应用领域的扩展化

传统声波测井技术由于声源的频率比较高， 测井的方式也比较单一，使得人们无法对较深的井进行测量，而且对井的探测结果受泥浆和井径的影响非常大； 探测得出数据的稳定性和分辨率都比较低，测量效果非常差。 随着一系列先进技术在测井中的运用，声波测井的效果越来越好，应用范围也越来越大。

横波信息准确性的提高， 大大扩展了声波测井资料的应用范围， 比如纵波和横波资料的结合在气层评价和水淹评价中得到非常广泛的应用。 除此之外，声波测井技术在套管井中应用也越来越普遍。 通过对变密度全波列资料的数字化进行进一步的处理，不仅可以准确判断水泥与套管胶结的情况，还可以确定地层和水泥之间胶结的情况。

1.5、信息利用的全波化

随着人们对声波的不断研究， 人们开始尝试着研究反射波等次级的声波，并且开始对这些声波进行研究分析，使它们应用到地层的非均质研究中。 研究发现，反射斯通利波和直达斯通利波的结合对地层的裂缝进行分析时用处非常大， 效果也非常明显。 纵波反射波在评价井中裂缝的发展趋势时用处明显，而且可能成为一种新的探测技术，弥补目前声波测井深度不够、分辨率不高的问题。

结语

现代声波测井技术是发展最快，应用最广的技术之一。 相信随着人们对测井技术研究的不断深入，测井技术的不断发展，声波测井技术会在水电、冶金等行业中得到更加广泛的应用，在我国未来的发展中起到越来越重要的作用。

[1]李长文,余春昊,张银海,胡学红,申毅. 岩石声波主频漂移现象及其应用探讨[ J ] . 测井技术, 1999 , 23 ( 4) ∶374 －380.

[2] 中国石油天然气集团公司测井重点实验室. 测井新技术培训教材[ M] . 北京∶石油工业出版社,2004.

[3]乔文孝,杜光升,陈雪莲. 相控线阵声波辐射器在声波测井中应用的可行性分析[J ] . 地球物理学报,2002 ,45 ( 5) ∶714－722.