Page 16 - 应用声学2019年第5期

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回波信号以散射波为主，且回波幅度较小，在反射波
0 引言
的成像图中得不到清晰的异常体反映。因此，本文
对井旁溶洞的偶极反射声波测井响应进行了研究。
目前，碳酸盐岩储层的开发成为了油气田增储
上产的主力军，对其储集类型的研究具有重要的意 首先，利用有限差分方法，得到了井旁溶洞的散射波
义。碳酸盐岩油气藏的储集空间通常分为原生孔 波形；然后，分析了散射波的波形特征，总结了等源
距波形中散射波的规律；最后，对散射波进行偏移成
隙、溶洞和裂缝三类。反射声波测井可以对井旁几
米至数十米范围内的地质构造进行探测评价，是评 像处理，提出了一种井旁溶洞在偶极反射声波测井
价碳酸盐岩储层井旁孔洞的有效手段之一。反射声 成像图的识别方法。
波成像测井以辐射到井外地层中的声场能量作为
1 数值模拟方法及结果分析
入射波，探测从井旁地层界面、裂缝、溶洞、盐丘等
声阻抗不连续界面处反射 (或散射)回来的声场。通 1.1 计算方法
过对回波信号进行处理，可以清晰地对井旁地质构
对于井旁溶洞偶极反射声波测井模型，不存在
造进行成像 [1−7] 。多年来，国内外许多学者对反射 解析解，只能进行数值求解。有限差分法是一种常
声波测井的原理、方法和仪器进行了研究和改进。
用的数值模拟方法，广泛应用于弹性波在复杂介质
Schlumberger 公司于 1998 年推出了反射声波成像
中传播特征的研究。实际地层中的溶洞近似为一个
[8]
测井仪原型机 BARS ，开创了反射声波测井现场 三维球体，数值模拟井旁空洞的声波散射成像问题
应用的先河。薛梅 [9] 、车小花 [4] 、何峰江 [10] 从数值
应该采用三维有限差分方法，且需要计算充液井孔
模拟、物理模拟和数据处理等方面对单极反射纵波
中多个不同深度的声源产生的声场及井内多个声
成像方法进行了一系列基础研究工作。早期的单极 波接收器接收到的不同源距的接收波形信号。本文
纵波反射声波成像测井方法采用单极声源和单极
利用二维柱坐标系有限差分方法近似模拟了井旁
接收器，仪器的测量结果没有周向方位分辨能力。
溶洞模型中的偶极反射声波测井的过程，没有采用
为了克服单极纵波法存在的缺点，Tang [11] 将偶极
更为严格的三维有限差分计算的原因是：采用二维
子声源和偶极子接收器用于反射声波测井中，推出
模型模拟相比三维模型模拟在计算时间上有明显
了偶极横波反射声波成像测井技术。然而，由于偶
的优势，二维计算是三维计算的近似的结果，也可以
极声源和接收器具有对称的指向性，偶极横波反射
得到所研究问题的主要特征。柱坐标中各向同性介
成像测井得到的反射体的方位具有 180 的不确定
◦
质中的速度-应力波动方程如下所示：
性。Schlumberger 公司的 Sonic Scanner 仪器 [12] 以
∂v r ∂σ rr 1 ∂σ rz
及Halliburton公司的Xaminer Sonic仪器 [13] ，接收 ρ ∂t = ∂r + (σ rr −σ θθ +mσ rθ )+ ∂z +f r ,
r
1
声系均包括 13 个环形接收站，每个接收站均由 8 个 ρ ∂v θ = ∂σ rθ + (2σ rθ −mσ θθ )+ ∂σ θz +f θ ,
周向均匀分布的接收单元组成，每个单元独立接收 ∂t ∂r r ∂z
∂v z ∂σ rz 1 ∂σ zz
信号，具有一定的方位分辨能力。乔文孝等 [14−15] ρ = + (σ rz +mσ θz )+ +f z ,
∂t ∂r r ∂z
将相控阵技术应用于反射声波成像测井中，提出了 ∂σ rr ∂v r 1 ∂v z
= (λ+2µ) +λ (v r +mv θ )+λ +g rr ,
方位反射声波成像测井方法，通过对独立接收的八 ∂t ∂r r ∂z
1
∂σ θθ ∂v r ∂v z
方位声波信号进行相控阵接收处理，准确地获得了 = λ +(λ+2µ) (v r +mv θ )+λ +g θθ ,
∂t ∂r r ∂z
井旁反射体的距离和方位。 ∂σ zz ∂v r 1 ∂v z
= λ +λ (v r +mv θ )+(λ+2µ) +g zz ,
前人在反射声波测井工作上做了大量研究，在 ∂t ∂r r ∂z
( )
1
实际偶极横波反射声波测井资料处理中，对于尺度 ∂σ θz = µ − mv z + ∂v θ + g θz ,
∂t r ∂z
较大的地质构造，如地层反射界面、断层等，偏移成 ( )
∂σ rz ∂v z ∂v r
像图中有明显的指示；然而对于尺度较小的地质构 = µ + + g rz ,
∂t ∂r ∂z
造，如裂缝、孔洞等，成像图中往往没有类似的指示。 [ ]
∂σ rθ ∂v θ 1
这是因为当异常体的尺度接近或小于声波波长时， ∂t = µ ∂r + r (−v θ − mv r ) + g rθ , (1)