現(xiàn)代聲波測井技術發(fā)展的若干特點

孫勝利 趙輝 (中海油田服務股份有限公司)

引言

目前聲波測井技術發(fā)展的特點主要體現(xiàn)在兩方面： 聲波測井技術的陣列化和聲波測井技術的集成化。 聲波測井技術的陣列化主要表現(xiàn)在可以對發(fā)射的聲波頻率進行調(diào)整、 接收器的數(shù)量大幅度增加、記錄波形的方法更加多元化等。 集成化主要表現(xiàn)在多重探測模式下更加集成、 對地層的評價和工程的應用更加協(xié)調(diào)等。 現(xiàn)代聲波測井技術發(fā)展的這些特點，使設備下井一次能夠獲得不同種類的聲波參數(shù)，可以獲得三維圖形，可以從不同的角度去評判地層的屬性的變化規(guī)律。 聲波測試技術的發(fā)展大大提高了測井的成功率，效率也顯著提升，節(jié)省了大量的資源。

1、聲波測井技術發(fā)展的特點

1.1、探測器數(shù)目的陣列化

采用聲波測井技術測量的井眼存在非均質的情況， 這種非均質的現(xiàn)象在縱向上表現(xiàn)為裂縫的低角度、大位移、底層分布不均勻等。 在徑向上則表現(xiàn)為鉆井時泥漿進入井內(nèi)、井眼形狀的變化等。 探測器數(shù)目的陣列化，可以使新的數(shù)據(jù)處理技術的應用得以實現(xiàn)，可以使縱向分辨率大大提高，改善土壤的分層能力；可以使測井的深度大大提高， 有利于觀察地層的變化和井內(nèi)空隙的流體分布情況； 可以在不同地層條件和不同的測量目的下進行特性化測量，提高信息的可靠性。

1.2、多源探測模式的組合化

采用聲波測井技術時， 傳統(tǒng)發(fā)射器采用的是單極子的換能器，它的工作方式是通過周向的徑向脹縮振動來進行輻射。 單極子換能器可以在井中激發(fā)出滑行縱波、滑行橫波等波形。 但采用單極子換能器發(fā)出的聲源在地層中的縱波速度比井內(nèi)流體的聲速要低，使得臨界折射模式無法激發(fā)出來，無法檢測到橫波時差參數(shù)，而且激發(fā)的一些波形也缺乏方向性，很難利用得激發(fā)出的波形得到一些重要的參數(shù)。 偶極子聲源可以被看成是由分成兩半的圓管組成的，圓管之間互相隔開，振動的方向也相反。 偶極子聲源可以在地層中激發(fā)出偶極子波和準橫波等。 四極子聲源可以被看成是由一個被分成四份且大小相等的圓管組成的，圓管之間彼此隔離，振動的方向相反。 在井中它主要發(fā)出的波形是準橫波和四極子波等。 四極子波與偶極子波相比有很多優(yōu)點，它有更好的方位辨別能力， 抗干擾能力更強。 缺點是效率相對較低，制造更加復雜，制造的費用更高。 將這幾種聲源模式進行有效的組合，可以使各聲源的優(yōu)點得到更好的利用，在測量井時可以獲得更多的信息，適應性和測量的可靠性也大大加強。

1.3、輻射方位的可控化

由于目前采用的陣列聲波儀的聲源距離變得越來越遠，距離的增長使得聲波衰減、信號強度變?nèi)酰瑹o法達到使用的要求。要解決這個問題，單純依靠提高儀器的功率效果不明顯，因此我們可以參照在軍事雷達中利用的非常普遍的相控陣雷達技術；相控陣雷達技術的原理是利用多個換能器組合成一個發(fā)射換能器陣列，對每個換能器發(fā)射脈沖的時間和幅度進行相應的調(diào)整，使各個換能器彼此之間相互配合，從而達到聚焦的效果。 采用相控陣發(fā)射可以大大增加聲源覆蓋的面積， 提高聲波輻射的有效性。它控制的參數(shù)有間距和振元數(shù)量等。通過對各個換能器的輻射指向性進行相應的調(diào)整， 不僅可以適應不同地層環(huán)境下的測量，還可以利用縱波反射波對井外的裂縫進行探測。

1.4、應用領域的擴展化

傳統(tǒng)聲波測井技術由于聲源的頻率比較高， 測井的方式也比較單一，使得人們無法對較深的井進行測量，而且對井的探測結果受泥漿和井徑的影響非常大； 探測得出數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和分辨率都比較低，測量效果非常差。 隨著一系列先進技術在測井中的運用，聲波測井的效果越來越好，應用范圍也越來越大。

橫波信息準確性的提高， 大大擴展了聲波測井資料的應用范圍， 比如縱波和橫波資料的結合在氣層評價和水淹評價中得到非常廣泛的應用。 除此之外，聲波測井技術在套管井中應用也越來越普遍。 通過對變密度全波列資料的數(shù)字化進行進一步的處理，不僅可以準確判斷水泥與套管膠結的情況，還可以確定地層和水泥之間膠結的情況。

1.5、信息利用的全波化

隨著人們對聲波的不斷研究， 人們開始嘗試著研究反射波等次級的聲波，并且開始對這些聲波進行研究分析，使它們應用到地層的非均質研究中。 研究發(fā)現(xiàn)，反射斯通利波和直達斯通利波的結合對地層的裂縫進行分析時用處非常大， 效果也非常明顯。 縱波反射波在評價井中裂縫的發(fā)展趨勢時用處明顯，而且可能成為一種新的探測技術，彌補目前聲波測井深度不夠、分辨率不高的問題。

結語

現(xiàn)代聲波測井技術是發(fā)展最快，應用最廣的技術之一。 相信隨著人們對測井技術研究的不斷深入，測井技術的不斷發(fā)展，聲波測井技術會在水電、冶金等行業(yè)中得到更加廣泛的應用，在我國未來的發(fā)展中起到越來越重要的作用。

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